Создание электронного учебного модуля по дисциплине «Численные методы в эксперименте»

УДК 519.711

И. И. Яманов, М. Л. Шустрова

СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНОГО МОДУЛЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ»

Ключевые слова: программирование, программные продукты, визуальные среды, электронное учебное пособие.

Статья посвящена процессу создания программного продукта, дополняющего образовательный процесс изучения дисциплины «Численные методы в эксперименте», и позволяющего сделать процесс обучения более удобным как студенту, так и преподавателю. Приведены основные этапы построения и компоненты разработанного программного продукта, рекомендации к выбору элементов и структур. Проведен анализ полученных результатов, приведены возможные перспектив развития программы.

Key words: programming, software products, visual environments, electronic manual.

Article is devoted to process of creation of the software product adding educational process of study of discipline "Numerical methods in experiment" that will allow to make training activity more convenient both to the student, and the teacher. The main stages of creation and a component of the developed software product, the recommendation are brought to a choice of elements and structures. The analysis of the received results is carried out, advantages, shortcomings and possible perspectives of development of the program are marked.

Введение

С началом XXI века появляется первые визуальные среды языков высокого уровня программирования. С помощью новых визуальных сред, создание программных продуктов стало на ряд эффективнее, проще и быстрее. Многие программные продукты, созданные на высоких языках программирования, в настоящее время имеют тенденции к доработке в визуальных средах, где приобретают новый функционал и инструментарий. Визуальные среды сильно снизили сложность обучения молодого поколения разработчиков программного обеспечения и обслуживающего персонала.

Инструментарий и функционал визуальных средств подразумевает в настоящий момент разнообразный набор инструментов, процедур, функций, шаблонов и модулей, заранее подготовленных разработчиками визуальных сред и доступных как разработчику нового программного обеспечения, так и при необходимости рядовому пользователю при наличии соответствующих разрешений.

Программы, созданные на визуальные средах высоких языков программирования, активно используют в различных областях деятельности людей, в том в числе и в сфере образования. В настоящее время происходит активное внедрение в образовательный процесс на всех его этапах интерактивных технологий образования: обучающих программ, тренажеров, интернет-ресурсов, реализующих идеи дистанционного образования и пр.[1-3 и др]. Продукты, ориентированные на реализацию дистанционного обучения [2,3], реализуют идею организации взаимодействия между преподавателем и учениками а так же поддержки очного обучения[4] и являются, в первую очередь, продуктами, работающими в режиме on-line и не доступны при отсутствии интернет - подключения. Электронные

образовательные модули, в свою очередь, нацелены не столько на создание взаимодействия

преподаватель-учащийся, а скорее на освоение учащимся материала и подготовку к прохождению промежуточного и итогового контроля [1,6].

Электронные учебные модули позволяют упростить и интенсифицировать деятельность как преподавателя, так и студента, поскольку позволяют как изучать теоретический материал по дисциплине и ознакомляться с материалом, необходимым для успешного выполнения лабораторных работ, а также подготовиться к сдаче промежуточного и итогового контроля знаний. Анализ публикаций по указанной тематике показывает, что в печатных источниках отражены преимущественно

педагогические аспекты применения электронных учебных модулей в учебном процессе[4-13], однако с позиции информационных технологий не менее интересен процесс их разработки, которому посвящена данная работа. Рассмотрим его на примере создания электронного учебного модуля по дисциплине «Численные методы в эксперименте». Контент данной дисциплины включает рассмотрение теоретических основ численной обработки информации и проведения численного эксперимента, ряд лабораторных работ, выполняемых в специализированном пакете математической обработки информации и перечень контрольных и тестовых заданий, которые необходимо успешно решить для закрепления соответствующих знаний и навыков.

Для облегчения образовательного процесса по дисциплине «Численные методы в эксперименте» была поставлена задача создания электронного модуля, способного предоставить учащимся теоретические и практические материалы, тренировочные тестовые задания и задания для промежуточного контроля знаний путем генерирования вариантов тестовых заданий из хранилища вопросов, а также формировать задания для итогового контроля знаний посредством генератора вариантов из хранилища данных. Хранилище должно быть доступно для добавления новых заданий, при наличии необходимого допуска.

Любой результат сохраняется в хранилище программного продукта, и дублируется в выходные текстовые файлы, недоступные для рядового пользователя. Возможность добавлять, удалять и редактировать лекционный и практический материал, пополнять и редактировать банк вопросов и заданий должна быть доступна только пользователю, заходящему под учетной записью «преподаватель» и подтверждающему право работы вводом пароля. Пользователям, входящим под учетной записью «студент», доступны только возможность изучения лекций и методических указаний по лабораторным работам, прохождения промежуточного тестирования и формирования заданий для итогового контроля по дисциплине.

Выбор среды разработки программного продукта

Выбор среды разработки представляет собой сложную многопараметрическую задачу и является одним из важных этапов при разработке приложений 1111.

Выбранный программный продукт должен удовлетворять как текущим, так и будущим потребностям: а именно снизить физическую нагрузку, путем автоматизации всего процесса, а также ограничение возможности использования во время контроля знаний лекционными и практическими материалами. Реализация возможности добавления новых лекционных, практических и тестовых материалов и сохранения результатов работ студентов, а также сохранения их на общий ресурс, доступ к которому имеет преподаватель.

В данном случае наиболее удобной средой разработки является MicrosoftVisualStudio, за счет несложной структуры, низких финансовых затратах, легкой обучаемости и возможности изменения данных в программе и внешних приложений.

На рис 1. изображен алгоритм определения структуры, т.е. модели среды разработки. Она выбирается с учетом требований, задач и целей непосредственного заказчика, в данном случае это создание автоматизированного рабочего места, с помощью автоматизированных средств

автоматизации.

Компоненты программного продукта

Для реализации данного продукта можно выделить несколько подпрограмм, которые в совокупности образует полноценный программный продукт:

1. Визуальный интерфейс, который отвечает за управление, мобильность и контроль над данными внутри программы.

2. Процессор языка визуальной среды, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода,

3. Подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции

данными, создающие пользовательский интерфейс с программой.

4. Сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных

возможностей по обслуживанию информационной системы.

Рис. 1 - Алгоритм. Выбор структуры ПП

Создание интерфейса и защитной системы

После анализа структуры и сбора данных, можно перейти к этапу проектирования продукта и непосредственному созданию форм, состоящих из материалов лекционного и практического материала, которые будут содержать динамическую информацию, взаимодействующие между собой с

помощью кнопок управления, обеспечивая быстрый доступ в любую точку программы.

Для надежной защиты системы, программа оборудована системой авторизацией профилей. В данной системе присутствуют два режима работы:

1. Режим работы: студент, в котором предоставляется лекционный и практический материал без возможности добавление и редактирование информации, ограничение доступа и др.

2. Режим работы: преподаватель (Администратор), в данном режиме пользователь обладает всем функционалом программы.

Важнейшим навигационным элементом программы является главная кнопочная форма, с помощью нее возможен быстрый переход к любой форме, и обратно.

Главная кнопочная форма оборудована несколькими панелями отображения кнопок управления, для более удобного отображения информации и структуризации данных.

Каждая страница интерфейса оборудована кнопками управления, и подтекстным меню, с помощью которых осуществляется быстрый переход к под темам и подразделам.

Создание генератора вариантов

Важным элементом разрабатываемого программного продукта является генератора вариантов тестовых заданий для промежуточного контроля знаний и контрольных заданий для итоговой проверки практических умений учащихся.

Для реализации процесса идентификации тестируемого форма системы генерации вариантов включает поля Фамилия, Имя, Отечество и номер группы (рис.2).

Рис. 2 данных

Генератор вариантов, регистрация

Сгенерированный вариант задания и ответы, введенные учащимся, сохраняются в корне программы, кроме того, данная информация копируется во внутреннем хранилище. В случае прерывания работы программы сгенерированный файл с заданиями также сохраняется. Таким образом, при невыполнении конкретным студентом одного варианта заданий и генерации другого варианта, данная информация отображается в выходных файлах хранилища данных.

Рис. 3 - Генератор вариантов, компилятор вариантов

После ввода данных студент приступает к этапу получения варианта задания, представленному на рис. 3 Кнопка «приступить» выполняет функции кнопки сохранения информации и перехода к контрольным заданиям. Пример такого задания показан на рис 4. После выполнения контрольного задания результаты сохраняются с помощью кнопки закончить.

Рис. 4 - Вариант контрольных заданий Заключение

Разработанный программный продукт соответствует всем поставленным задачам и позволяет размещать, редактировать и удалять информацию в разделах «лекции» и «лабораторные работы», генерировать варианты тестовых и контрольных заданий для подготовки и осуществления промежуточного и итогового контроля соответственно. Результаты контроля знаний сохраняются в внутреннем хранилище данных и дублируются в отдельные файлы. В данном программном продукте реализована система авторизации профилей и система ограничения доступа. Разработанный программный продукт обеспечивает удобство просмотра и хранения информации посредством форм, удобство перемещения между темами, разделами, лекционными и практическими материалами. Предусмотрена совместимость для импорта, экспорта данных с такими компонентами пакета Microsoft Office, как электронные таблицы Excel и текстовый процессор Word.

В качестве перспектив развития данного программного продукта можно отметить следующие:

1. Создание и подключение системы управления базами данных.

2. Разработка и проектирование нового интерфейса с учетом новейших технологий.

3. Создание дополнительных элементов управления и редактирования материала, для более удобного использования программного продукта.

4. Разработка и проектирование языкового модуля, ориентированного на иностранных студентов, позволяющего свободно изучать дисциплину на наиболее удобном для учащихся языке.

Введение в образовательный процесс разработанного программного продукта позволило повысить усвояемость информации у учащихся, интенсифицировать процесс подготовки к лабораторным работам и контролю знаний и в конечном итоге повысить успеваемость по дисциплине, особенно у студентов с нестабильной посещаемостью занятий.

Литература

1. http://fcior.edu.ru/ - Федеральный центр информационно- образовательных ресурсов [Электронный ресурс]

2. https://moodle.com/ - Обучающая среда moodle-[Электронный ресурс]

3. http://moodle.kstu.ru/ - Виртуальная среда обучения КНИТУ (КХТИ) - [Электронный ресурс]

4. Климанова Е.Ю. Внедрение современных информационных технологий в образовательный процесс/ Е.Ю. Климанова, О.В. Зеленко Вестник

Казанского технологического университета, 2012.-№24.-с.212-214.

5. Еремина И.И. Серверная компонента информационной образовательной среды вуза на платформе LMS Moodle как основа управления интерактивным взаимодействием студентов /И.И. Еремина, Т.Г.Макусева //Вестник Казанского технологического университета, 2015.-№6.- с.16-221

6. Тимакина Е.С. Инновационное применение электронных учебных модулей по физике в системе интеграции классных и дистанционных форм обучения/ Тимакина Е.С., Гомулина Н.Н. Ученые записки ИИО РАО. 2010. № 31. С. 123-128.

7. Конструирование электронных учебных материалов в профессиональной подготовке учителей : автореферат дис. ... кандидата педагогических наук : 13.00.08 / Кубан. гос. ун-т - Краснодар, 2006 - Количество страниц: 23 с

8. .Рудаков А.В. Р83 Технология разработки программных продуктов : учеб.пособие для студ. сред. учеб. проф. образования / А.В.Рудаков. - 2-е изд., стер.-М.: Издательский центр "Академия", 2006.- 208с.

9. Попова Г.И. Конструирование тестовых заданий по математике в среде MathCAD // Тенденции и проблемы развития математического образования: Науч.-практ. сб. Армавир, 2004. Вып. 1. С. 112-116.

10. Касьянов О.А. Электронный учебник нового поколения // Информатика и образование. 2002. № 6. С. 67-76.

11. Касьянов О.А. Электронный учебник нового поколения // Информатика и образование. 2002. № 6. С. 67-76.

12. Уваров А.Ю. На пути к общедоступной коллекции цифровых образовательных ресурсов // Информатика и образование. 2005. - № 7. С. 313.

13. Филатов O.K. Основные направления информатизации современных технологий обучения. // Информатика и образование. 1999. - № 2. С. 19-24.

© И. И. Яманов, магистрант кафедры автоматизированных систем сбора и обработки информации КНИТУ; М. Л. Шустрова - к.т.н., доцент той же кафедры, shu.ma@bk.ru.

© I. I. Yamanov, Master's degree student, Automated systems of obtaining and information processing department, KNRTU; M. L. Shustrovaa, Ph.D in Science, Associate Professor, Automated systems of obtaining and information processing department, KNRTU, shu.ma@bk.ru.