Книга Разработка электронного учебника по математике для студентов I курса, отделения информатика - ин
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-25Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Министерство общего и профессионального образования
Российской Федерации
Ставропольский государственный университет
«Допущена к защите»
зав. кафедрой информационных
технологий в обучении и управлении
д.п.н., профессор
__________________Брановский Ю.С.
«___» _______________ 1998 г.
«Допущена к защите»
зав. кафедрой алгебры и теории
чисел, к.ф.-м.н., доцент
____________________Рябогин А.К.
«___» _______________ 1998 г.
Дипломная работа
Разработка электронного учебника по математике для студентов
I
курса, отделения «информатика – иностранный язык»
Студента 5 курса ФМФ группа «Б»,
математика – инф. технологии
Неботова
Виталия Дмитриевича
Научные руководители:
по информатике:
зав. кафедрой информационных
технологий в обучении и управлении
д.п.н., профессор
Брановский Ю.С.
по математике:
зав. кафедрой алгебры и теории чисел,
к.ф.-м.н., доцент
Рябогин А.К.
Ставрополь 1998 г.
СОДЕРЖАНИЕ:
Стр.
Введение............................................................................................................3
Глава I: Информационные технологии в обществе и образовании................6
Информатизация общества: современные реалии......................................6
Аспекты применения СНИТ в образовании................................................9
Типология педагогических программных средств....................................14
Необходимые условия успешного применения ППС................................18
Глава II: Этапы создания электронного учебника.........................................22
Порядок разработки обучающих мультимедиа систем.............................22
Принципы изложения материала...............................................................32
LinkWay.......................................................................................................37
Action...........................................................................................................40
ToolBook......................................................................................................42
Delphi...........................................................................................................46
Реализованные и потенциальные возможности учебника........................51
Глава III: Содержание электронного учебника.............................................54
Главы электронного учебника....................................................................54
Теоретический материал электронного учебника.....................................56
Контрольные вопросы.................................................................................67
Практические задания.................................................................................69
Заключение......................................................................................................72
Приложение.....................................................................................................75
Список использованной литературы..............................................................85
ВВЕДЕНИЕ
Современный период развития цивилизованного общества характеризует процесс информатизации.
Информатизация общества – это глобальный социальный процесс, особенность которого состоит в том, что доминирующим видом деятельности в сфере общественного производства является сбор, накопление, продуцирование, обработка, хранение, передача и использование информации, осуществляемые на основе современных средств микропроцессорной и вычислительной техники, а также на базе разнообразных средств информационного обмена. Информатизация общества обеспечивает:
• активное использование постоянно расширяющегося интеллектуального потенциала общества, сконцентрированного в печатном фонде, и научной, производственной и других видах деятельности его членов,
• интеграцию информационных технологий с научными, производственными, инициирующую развитие всех сфер общественного производства, интеллектуализацию трудовой деятельности;
• высокий уровень информационного обслуживания, доступность любого члена общества к источникам достоверной информации, визуализацию представляемой информации, существенность используемых данных.
Применение открытых информационных систем, рассчитанных на использование всего массива информации, доступной в данный момент обществу в определенной его сфере, позволяет усовершенствовать механизмы управления общественным устройством, способствует гуманизации и демократизации общества, повышает уровень благосостояния его членов. Процессы, происходящие в связи с информатизацией общества, способствуют не только ускорению научно–технического прогресса, интеллектуализации всех видов человеческой деятельности, но и созданию качественно новой информационной среды социума, обеспечивающей развитие творческого потенциала индивида.
Одним из приоритетных направлений процесса информатизации современного общества является информатизация образования – внедрение средств новых информационных технологий в систему образования. Это сделает возможным:
• совершенствование механизмов управления системой образования на основе использования автоматизированных банков данных научно– педагогической информации, информационно-методических материалов, а также коммуникационных сетей;
• совершенствование методологии и стратегии отбора содержания, методов и организационных форм обучения, соответствующих задачам развития личности обучаемого в современных условиях информатизации общества;
• создание методических систем обучения, ориентированных на развитие интеллектуального потенциала обучаемого, на формирование умений самостоятельно приобретать знания, осуществлять информационно–учебную, экспериментально – исследовательскую деятельность, разнообразные виды самостоятельной деятельности по обработке информации;
• создание и использование компьютерных тестирующих, диагностирующих, контролирующих и оценивающих систем.
В своей дипломной работе я рассмотрел одну из сторон процесса информатизации общества и образования – создание и использование на практике одной из форм обучения с использованием средств новых информационных технологий (НИТ) – электронного учебника. В ней исследуются возможности средств новых информационных технологий, условия, необходимые для их успешного использования, рассматривается и анализируется прикладное программное обеспечение необходимое для создания и дальнейшего использования электронных учебников. Кроме этого, описываются все этапы создания подобных электронных приложений с учетом специфики конкретного учебного предмета (математики).
Работа состоит из трех глав: в первой кратко рассматриваются современные реалии информатизации общества, аспекты применения СНИТ в высшем образовании и классификация ППС; вторая глава посвящена этапам разработки и создания электронного учебника, также, в нее входит анализ наиболее популярных авторских систем традиционно используемых для разработки электронных приложений; в третьей главе описан математический аппарат легший в основу электронного учебника: теоретический материал с контрольными вопросами, примеры решений заданий и задания для самостоятельной работы.
Глава
I
: Информационные технологии в обществе и образовании
Информатизация общества: современные реалии
В современном цивилизованном обществе этапа информатизации все его члены, независимо от их общественного положения, используют информацию и знания в своей деятельности, решая непрерывно возникающие перед ними задачи. При этом постоянно увеличивающиеся запасы знаний, опыта, весь интеллектуальный потенциал общества, который сосредоточен в книгах, патентах, журналах, отчетах, идеях, активно, на современном техническом уровне участвует в повседневной производственной, научной, образовательной и других видах деятельности людей. Ценность информации и удельный вес информационных услуг в жизни современного общества резко возросли. Это дает основание говорить о том, что главную роль в процессе информатизации играет собственно информация, которая сама по себе не производит материальных ценностей. Под информацией (с общих позиций) будем понимать сведения о фактических данных и совокупность знаний о зависимостях между ними, то есть средство, с помощью которого общество может осознавать себя и функционировать как единое целое. Естественно предположить, что информация должна быть научно –достоверной, доступной в смысле возможности ее получения, понимания и усвоения; данные, из которых информация извлекается, должны быть существенными, соответствующими современному научному уровню.
Как было уже сказано, общество этапа информатизации характеризует процесс активного использования информации в качестве общественного продукта, в связи с чем происходит формирование высокоорганизованной информационной среды, оказывающей влияние на все стороны жизнедеятельности членов этого общества.
Информационная среда включает множество информационных объектов и связей между ними, средства и технологии сбора, накопления, передачи, обработки, продуцирования и распространения информации, собственно знания, а также организационные и юридические структуры, поддерживающие информационные процессы. Общество, создавая информационную среду, функционирует в ней, изменяет, совершенствует ее. Современные научные исследования убеждают в том, что совершенствование информационной среды общества инициирует формирование прогрессивных тенденций развития производительных сил, процессы интеллектуализации деятельности членов общества во всех его сферах, включая и сферу образования, изменение структуры общественных взаимоотношений и взаимосвязей.
Необходимо выделить ряд основных направлений формирования и становления средств, методов и технологий, которые открывают новые возможности прогрессивного общественного развития, находящего свое отражение в сфере образования.
– математизация и информатизация предметных областей: использование современных информационных технологий при реализации возможностей аппарата математики, в том числе математической статистики, позволяет автоматизировать процессы обработки информации, результатов научного эксперимента, интенсифицировать применение инструментария математики в социологических исследованиях. Математизация дает возможность повысить качество принимаемых решений на всех стадиях процесса принятия решения человеком или ЭВМ за счет применения современных методов многофакторного анализа, прогнозирования, моделирования и оценки вариантов, оптимального планирования. Это позволяет перейти к разработке научно обоснованных подходов к принятию оптимального решения в конкретной ситуации, использовать методы и средства информатики в процессе решения задач различных предметных областей.
– интеллектуализация деятельности:
реализация возможностей технических и программных средств современных информационных технологий позволяет: обеспечить управление информационными потоками; общаясь с пользователем на естественном языке, осуществлять распознавание образов и ситуаций, их классификацию; эффективно обучать логике доказательств; накапливать и использовать знания; организовывать разнообразные формы деятельности по самостоятельному извлечению и представлению знаний; осуществлять самостоятельное "микрооткрытие" изучаемой закономерности.
– интеграционные процессы:
интеграция современных информационных технологий с операциональными обеспечивает системный эффект, следствием которого становится "технологический прорыв", имеющий место в педагогике. Вместе с тем использование современных информационных технологий поддерживает общие интеграционные тенденции процесса познания окружающей информационной, экологической, социальной среды, способствует реализации преимуществ узкой специализации и возможностей индивидуализации процесса обучения, обеспечивая эффективность образовательного процесса.
Естественно предположить, что развитие, совершенствование информационной среды сферы образования зависит от обеспечения системы образования как в целом, так и каждого учебного заведения в отдельности специализированными подразделениями, приспособленными для организации деятельности со средствами новых информационных технологий.
Аспекты применения СНИТ в образовании
Интенсивное развитие процесса информатизации образования влечет за собой расширение сферы применения СНИТ. В настоящее время можно уже вполне определенно выделить успешно и активно развивающиеся направления использования современных информационных технологий в образовании:
– реализация возможностей программных средств учебного назначения (проблемно-ориентированных, объектно-ориентированных, предметно-ориентированных) в качестве средства обучения, объекта изучения, средства управления, средства коммуникации, средства обработки информации.
– интеграция возможностей сенсорики, средств для регистрации и измерения некоторых физических величин, устройств, обеспечивающих ввод и вывод аналоговых и дискретных сигналов для связи с комплектом оборудования, сопрягаемого с ЭВМ, и учебного, демонстрационного оборудования при создании аппаратно-программных комплексов.
Использование таких комплексов предоставляет обучаемому инструмент исследования, с помощью которого можно осуществлять регистрацию, сбор, накопление информации об изучаемом или исследуемом реально протекающем процессе; создавать и исследовать модели изучаемых процессов; визуализировать закономерности процессов, в том числе и реально протекающих; автоматизировать процессы обработки результатов эксперимента; управлять объектами реальной действительности. Применение этих комплексов, учебного, демонстрационного оборудования, функционирующего на базе СНИТ, позволяет организовывать экспериментально-исследовательскую деятельность – как индивидуальную (на каждом рабочем месте), так и групповую, коллективную с реальными объектами изучения, их моделями и отображениями. Это обеспечивает широкое внедрение исследовательского метода обучения, подводящего учащегося к самостоятельному "открытию" изучаемой закономерности, способствует актуализации процесса усвоения основ наук, развитию интеллектуального потенциала, творческих способностей.
– интеграция возможностей компьютера и различных средств передачи аудиовизуальной информации при разработке видеокомпьютерных систем и систем мультимедиа.
Эти системы представляют собой комплекс программно-аппаратных средств и оборудования, который позволяет объединять различные виды информации (текст, рисованная графика, слайды, музыка, реалистические изображения, движущиеся изображения, звук, видео) и реализовывать при этом интерактивный диалог пользователя с системой. Использование видеокомпьютерных систем и систем мультимедиа обеспечивает реализацию интенсивных форм и методов обучения, организацию самостоятельной учебной деятельности, способствует повышению мотивации обучения за счет возможности использования современных средств комплексного представления и манипулирования аудиовизуальной информацией, повышения уровня эмоционального восприятия информации.
– реализация возможностей систем искусственного интеллекта при разработке так называемых интеллектуальных обучающих систем (Intelligent Tutoring Systems) типа экспертных систем, баз данных, баз знаний, ориентированных на некоторую предметную область.
Использование возможностей систем искусственного интеллекта создает веские предпосылки для организации процесса самообучения; формирует умения самостоятельного представления и извлечения знаний; способствует интеллектуализации учебной деятельности; инициирует развитие аналитико-синтетических видов мышления, формирование элементов теоретического мышления. Все это является основой интенсификации процессов развития личности обучаемого.
– использование средств телекоммуникаций, реализующих информационный обмен на уровне общения через компьютерные сети (локальные или глобальные), обмен текстовой, графической информацией в виде запросов пользователя и получения им ответов из центрального информационного банка данных.
Телекоммуникационная связь позволяет в кратчайшие сроки тиражировать передовые педагогические технологии, способствует общему развитию обучаемого.
– новая технология неконтактного информационного взаимодействия, реализующая иллюзию непосредственного вхождения и присутствия в реальном времени в стереоскопически представленном "экранном мире" - система "Виртуальная реальность".
Использование этой системы позволяет обеспечить аудиовизуальный и тактильный контакт между пользователем и стереоскопически представленными объектами виртуальной реальности при наличии обратной связи и использовании средств управления.
Перспективами использования системы "Виртуальная реальность" в сфере образования являются: профессиональная подготовка будущих специалистов в областях, в которых необходимо стереоскопически представлять изучаемые или исследуемые объекты: стереометрии, черчению, инженерной графике, машинной графике, организация досуга, развивающих игр, развитие наглядно-образного, наглядно-действенного, интуитивного, творческого видов мышления.
Как показывает отечественный и зарубежный опыт применения СНИТ, реализация вышеизложенных возможностей позволяет обеспечить:
· предоставление обучаемому инструмента исследования, конструирования, формализации знаний о предметном мире и вместе с тем активного компонента предметного мира, инструмента измерения, отображения и воздействия на предметный мир;
· расширение и углубление изучаемой предметной области за счет возможности моделирования, имитации изучаемых процессов и явлений; организации экспериментально-исследовательской деятельности; экономии учебного времени при автоматизации рутинных операций вычислительного, поискового характера;
· расширение сферы самостоятельной деятельности обучаемых за счет возможности организации разнообразных видов учебной деятельности (экспериментально-исследовательская, учебно-игровая, информационно-учебная деятельность, а также деятельность по обработке информации, в частности и аудиовизуальной), в том числе индивидуальной, на каждом рабочем месте, групповой, коллективной;
· индивидуализацию и дифференциацию процесса обучения за счет реализации возможностей интерактивного диалога, самостоятельного выбора режима учебной деятельности и организационных форм обучения;
· вооружение обучаемого стратегией усвоения учебного материала или решения задач определенного класса за счет реализации возможностей систем искусственного интеллекта;
· формирование информационной культуры, компоненты культуры индивида, члена информационного общества, за счет осуществления информационно-учебной деятельности, работы с объектно-ориентированными программными средствами и системами;
· повышение мотивации обучения за счет компьютерной визуализации изучаемых объектов, явлений, управления изучаемыми объектами, ситуацией, возможности самостоятельного выбора форм и методов обучения, вкрапления игровых ситуаций.
Процесс информатизации образования и связанное с этим использование возможностей СНИТ в процессе обучения приводит не только к изменению организационных форм и методов обучения, но и к возникновению новых методов обучения.
Математизация и информатизация предметных областей, интеллектуализация учебной деятельности, общие интеграционные тенденции процесса познания окружающей информационной, экологической, социальной среды, поддерживаемые использованием СНИТ, приводят к расширению и углублению изучаемых предметных областей, интеграции изучаемых предметов или отдельных тем. Это обусловливает изменение критериев отбора содержания учебного материала. Они основываются на необходимости интенсификации процесса интеллектуального и саморазвития личности обучаемого, формирования умений формализовать знания о предметном мире, извлекать знания, пользуясь различными современными методами обработки информации.
Таким образом, в связи с развитием процесса информатизации и образования изменяется объем и содержание учебного материала, происходит переструктурирование программ учебных предметов (курсов), интеграция некоторых тем или самих учебных предметов, что приводит к изменению структуры и содержания учебных предметов (курсов) и, следовательно, структуры и содержания образования.
Параллельно этим процессам происходит внедрение инновационных подходов к проблеме уровня знаний учащихся, основанных на разработке и использовании комплекса компьютерных тестирующих, диагностирующих методик контроля и оценки уровня усвоения.
Изменение содержания и структуры образования, представлений об организационных формах, методах обучения и контроля за его результатами приводит к изменению частных методик преподавания.
Реализация возможностей СНИТ в процессе обучения и связанное с этим расширение спектра видов учебной деятельности приводят к качественному изменению дидактических требований к средствам обучения, учебной книге. Это наглядно демонстрируется на примере педагогических программных средств (ППС) учебного назначения.
Особое место в программном обеспечении персональных компьютеров занимают педагогические программные средства, с помощью которых реализуется автоматизированное обучение.
Педагогические программные средства (ППС) – совокупность компьютерных программ, предназначенных для достижения конкретных целей обучения.
ППС являются главной частью компьютерного программно-методического комплекса, включающего кроме педагогических программных средств методическое и дидактическое сопровождение данных программ.
Средства вычислительной техники должны поступать в систему образования с программным обеспечением, ориентированным на задачи обучения различным дисциплинам. Проблема создания и использования компьютерных учебных программ продолжает оставаться актуальной. Педагогическая ценность и качество ППС зависит от того, насколько полно учитываются при его разработке комплекс требований, предъявляемый к ним.
В настоящее время нет единой классификации ППС, хотя во многих работах в зависимости от методических целей, реализация которых оправдывает введение ППС, выделяют среди них следующие типы:
1. Программы-тренажеры – предназначены для формирования и закрепления умений и навыков, а также для самоподготовки обучаемых. При использовании этих программ предполагается, что теоретический материал обучаемыми уже усвоен. Многие из этих ППС составлены в духе бихевиоризма, когда за один из ведущих принципов берется подкрепление правильного ответа. ПК в случайной последовательности генерирует учебные задачи, уровень трудности которых определяется педагогом. Если обучаемый дал правильное решение, ему сообщается об этом, иначе ему либо предъявляется правильный ответ, либо предоставляется возможность запросить помощь. Компьютерные учебные программы такого типа реализуют обучение, мало чем отличающееся от программированного обучения с помощью простейших технических устройств. Однако ПК обладает значительно большими возможностями в предъявлении информации, чем в типе ответа. Многие системы позволяют даже вводить с некоторым ограничением конструированные ответы. В настоящее время разработано достаточно большое число программ рассматриваемого типа. При их разработке можно обойтись знаниями о процессе обучения и учебной деятельности на уровне «здравого смысла», т.е. интуитивного, часто недостаточно осознанного представление о процессе обучения и индивидуального опыта, приобретенного разработчиками в процессе преподавательской работы.
2. Контролирующие программы, предназначенные для контроля определенного уровня знаний и умений. Известно, что контроль знаний обучаемых представляет собой одно из самых важных и в то же время по характеру организации и уровню теоретической исследованности одно из самых слабых звеньев учебного процесса. Главный недостаток существующих форм и методов контроля заключается в том, что в большинстве случаев они еще не обеспечивают необходимой устойчивости и инвариантности оценки качества усвоения учебной информации, а также необходимой адекватности этой оценки действительному уровню знаний. Совершенствование контроля за ходом обучения должно концентрироваться вокруг узловой проблемы – проблемы повышения достоверности оценки формируемых знаний, умений и навыков. Эту проблему можно рассматривать в двух аспектах: во-первых, как увеличение степени соответствия педагогической оценки действительному уровню знаний обучаемых; во-вторых, как создание и реализация таких методических приемов контроля, которые обеспечили бы независимость оценок от случайных факторов и субъективных установок учителя. Использование соответствующих пакетов контролирующих программ позволит повысить эффективность обучения и производительность труда преподавателя, придаст контролю требуемую устойчивость и инвариантность, независимость от субъективных установок учителя.
3. Наставнические программы, которые ориентированны преимущественно на усвоение новых понятий, многие из них работают в режиме, близком к программированному обучению с разветвленной программой. Обучение с помощью таких программ ведется в форме диалога, однако по большей части ведется диалог, построенный на основе формального преобразования ответа обучаемого, т.е. фактический диалог.
4. Демонстрационные программы, предназначенные для наглядной демонстрации учебного материала описательного характера. Преподаватель может успешно использовать компьютер в качестве наглядных пособий при объяснении нового материала. Большими возможностями в интенсификации учебного процесса обладают те демонстрационные программы, в которых используется диалоговая или интерактивная графика.
5. Информационно-справочные программы предназначены для вывода необходимой информации.
В недалеком будущем обучаемый при подготовке к занятиям или на занятиях сможет использовать ПК, подключенный через модем и телефонную линию связи к другим компьютерам и к библиотеке. В этом случае он может получить любую необходимую информацию, имея доступ к компьютеризированному каталогу книг и периодических изданий. С помощью компьютера учащийся сможет осуществить доступ к любому организованному хранилищу информации, ко многим различным банкам данных. Знать, как с помощью компьютера можно получить информацию, так же важно, как уметь пользоваться энциклопедией или библиотекой.
6. Имитационные и моделирующие программы, предназначенные для «симуляции» объектов и явлений. Эти программы особенно целесообразно применять, когда явление осуществить невозможно или это весьма затруднительно. При использовании таких программ абстрактные понятия становятся более конкретными и легче воспринимаются обучаемыми. Кроме того учащиеся получают гораздо больше знаний при активном усвоении материала, чем просто запоминая пассивно полученную информацию.
7. Программы для проблемного обучения, которые построены в основном на идеях и принципах когнитивной психологии, в них осуществляется непрямое управление деятельностью учащихся. Это значит, что предъявляются разнообразные задачи и учащиеся побуждаются решать их путем проб и ошибок.
Необходимые условия успешного применения ППС
Изучение отечественного и зарубежного опыта использования СНИТ, в частности компьютера, в целях обучения, а также теоретические исследования в области проблем информатизации образования позволяют констатировать, что включение компьютера в учебный процесс оказывает определенное влияние на роль средств обучения, используемых в процессе преподавания того или иного предмета (курса), а само применение СНИТ деформирует уже традиционно сложившуюся структуру учебного процесса. Рассматривая педагогические аспекты проблем информатизации образования и результаты исследований в этой области психологов и методистов, следует констатировать, что в процессе общения обучаемого со СНИТ и, в частности, при работе с компьютерной программой, а также в процессе так называемого "экранного творчества" учащийся подменяет объекты реального мира либо моделями, изображениями этих объектов, либо символами, обозначающими объекты или отношения между ними, при этом восприятие обучаемым реального мира подменяется опосредованным восприятием последнего, что зачастую приводит к утрате предметности деятельности, к оторванности от действительности. Кроме того, работа за компьютером связана с высоким эмоциональным напряжением, которое не всегда и не каждому может быть полезно. Поэтому основным требованием к применению СНИТ в учебном процессе и условием успешности этого применения является четкая соразмеренность целей обучения, физических и психических возможностей учащихся и средств НИТ применяемых в таком обучении. Долговременный положительный эффект в обучении с использованием СНИТ достигается наличием следующего:
* программно - методическое обеспечение, ориентированное на поддержку процесса преподавания определенного учебного предмета или курса, которое должно включать: программные средства поддержки процесса преподавания; инструментальные программные средства, обеспечивающие возможность автоматизации процесса контроля результатов учебной деятельности, разработки ППС, а также управления обучением;
* объектно-ориентированные программные системы, в основе которых лежит определенная модель объектного "мира пользователя" (например, система подготовки текстов, база данных, электронные таблицы, различные графические и музыкальные редакторы);
* средства обучения, функционирующие на базе НИТ, применение которых обеспечивает предметность деятельности, ее практическую направленность (например, различные электронные конструкторы; устройства, обеспечивающие получение информации об изменяющемся или регулируемом физическом параметре или процессе; модели для демонстрации принципов работы ЭВМ, ее частей, устройств);
* системы искусственного интеллекта, используемые в учебных целях (например, учебные базы данных, экспертные обучающие системы, учебные базы знаний);
* предметно-ориентированные среды обучающего и развивающего назначения, возможными вариантами реализации которых могут быть: программная – на базе технологии мультимедиа, на основе использования системы "Виртуальная реальность"; в современной педагогической практике отечественного образования их создание осуществляется в основном на базе программной реализации, а зарубежные разработки основываются главным образом на технологии мультимедиа.
Помимо вышеперечисленного в процесс обучения на базе НИТ целесообразно включать и традиционные средства обучения, обеспечивающие поддержку процесса преподавания того или иного учебного предмета. Необходимость этого обусловлена их специфическими функциями, которые передать СНИТ либо невозможно, либо нецелесообразно с психолого - педагогической или гигиенической точки зрения.
Подытоживая вышеизложенное, можно предложить следующий состав системы средств обучения нового поколения, в которую входят средства обучения, функционирующие на базе НИТ, отметив при этом назначение составляющих:
· средства обучения, предназначенные для поддержки процесса преподавания учебного предмета (курса), включающие программные средства;
· объектно-ориентированные программные системы, предназначенные для формирования информационной культуры и, в частности, культуры учебной деятельности;
· учебное, демонстрационное оборудование сопрягаемое с ЭВМ, предназначенное для самостоятельного изучения учебного материала при обеспечении предметности деятельности, ее практической направленности и, кроме того, позволяющее обучаемому реализовывать спектр возможностей СНИТ (управлять реальными объектами, осуществлять ввод и манипулирование текстовой и графической информацией, получать и использовать в учебных целях информацию о регулируемом физическом параметре или процессе);
· системы искусственного интеллекта, предназначенные для организации процесса самообучения;
· предметно-ориентированные среды обучающего и развивающего назначения, в том числе одна из возможных реализаций – информационно-предметная среда со встроенными элементами технологии обучения.
Глава
II
: Этапы создания электронного учебника
Порядок разработки обучающих мультимедиа систем
Создание любого компьютерного приложения, а особенно обучающих мультимедиа-систем, сегодня не мыслится без тщательно продуманного плана разработки. В настоящее время существует хорошо отработанная методология создания компьютерных обучающих систем. Как и всякая методология проектирования, она включает целый ряд последовательных этапов. Каждый из них обладает определенными временными рамками, исчисляемыми в процентах от общего времени разработки приложения. Рассмотрим эти этапы и цели, которые на них реализуются:
I
этап: техническое предложение, сделанное на основе учебных потребностей и целей обучения – на этом этапе подвергается анализу ситуация с использованием компьютерных обучающих систем, сложившаяся в образовании. В настоящее время на рынке компьютерных обучающих систем появилось множество программных продуктов довольно высокого качества, предназначенных для применения в процессе обучения. Они выпускаются как отечественными, так и (в большинстве) зарубежными производителями. Русификация импортных обучающих систем занятие довольно трудоемкое, не всегда простое с юридической точки зрения, к тому же при «механическом» переводе содержания остаются неучтенными многие психологические и психолого-педагогические факторы, не происходит учет местных, национальных особенностей обучения, и результат в итоге не покрывает затраченных усилий. В силу этих обстоятельств я не буду рассматривать здесь обучающие компьютерные системы зарубежного производства.
Сейчас на рынке программного обеспечения появился выбор и отечественных компьютерных обучающих систем. Одними из первых были системы, разработанные КУДИЦ г. Москва, ВЦ СО АН СССР, г. Новосибирск, НИИ ШОТСО АПН СССР, г. Москва. С тех пор появилось множество новых электронных учебников и обучающих систем. Сейчас их разработкой занимаются фирмы специализирующиеся на компьютерных средствах обучения. Фирмы «Кирилл и Мефодий», «1С», «Логос» и некоторые другие являются лидерами по выпуску таких систем на нашем рынке.
Однако при более подробном ознакомлении с продукцией этих фирм можно заметить некоторый крен в тематике выпускаемых приложений. Имеются в виду те предметные области для изучения которых предназначается программное обеспечение предлагаемое вышеназванными фирмами. В первую очередь, это предметные области связанные с компьютером, его применением и смежные с этим вопросом области. Сюда можно отнести такие системы, как «Анатомия компьютера», «Computer Inside», «Учебник по Турбо-Паскалю» и многие другие. Во-вторых, это исторический материал, организованный скорее как энциклопедия, но также успешно применяемый в обучении. Наконец, это области языкознания, обучения различным языкам. Здесь достигнуты очень хорошие результаты, заключающиеся в разработке большого числа обучающих систем разной ориентации и направленности: «Английский с нуля», «English Gold», «French Gold», «English Platinum» и многие другие. Применение, в последнее время, средств мультимедиа, позволило резко повысить информационную насыщенность предлагаемого учебного материала, расширить диапазон воздействия на обучаемого, и приблизить компьютерный процесс обучения к естественному. Поэтому авторы и разработчики гораздо охотнее берутся за выпуск компьютерных обучающих систем по тематикам, способным в полной мере использовать последние достижения мультимедиа-технологий в сфере представления данных. Те же предметные области, для изложения которых требуется серьезное программирование и программное моделирование различных процессов пока что пользуются у разработчиков небольшой популярностью.
Анализ компьютерных обучающих систем используемых для обучения в Ставропольском Государственном Университете показывает, что ситуация с программным обеспечением примерно та же. Широко используются вышеописанные обучающие системы и практически не применяются системы для обучения физике и математике, в силу их отсутствия на рынке.
Исходя из вышеизложенных соображений, я считаю, что тема моей дипломной работы «Разработка электронного учебника по математике для студентов I курса отделения информатика-иностранный язык» является актуальной в силу того, что потребность в таком электронном учебнике несомненно есть, а самих учебников по данной теме либо совсем нет, либо их количество крайне недостаточно. Поэтому, своей целью считаю разработать работоспособный фрагмент электронного учебника по математике, который может применятся для обучения студентов.
II
этап: планирование разработки, решение вопросов об установке сроков, финансирования и составе группы разработчики – здесь устанавливаются сроки реализации отдельных этапов разработки и всего продукта в целом, назначается конечная дата его выпуска. В дальнейшем, составленный график позволяет гибко реагировать на возникающие в процессе разработки трудности, контролировать отставание или опережение, подключать или высвобождать ресурсы и перераспределять их между отдельными стадиями разработки.
Вопрос о финансировании проекта является одним из самых важных в процессе создания любого программного продукта. В настоящее время создаются супермаштабные проекты, в разработке которых принимают участие от нескольких десятков до нескольких сотен человек. Бюджеты таких проектов составляют несколько миллионов американских долларов. Поэтому вопросы финансирования и координации выходят сегодня на первый план.
Состав группы разработчиков определяется, исходя из тематической направленности разрабатываемого приложения, но в целом состав таких групп более или менее стабилен. Сюда обязательно входят сценаристы, психологи, дизайнеры, художники и специалисты по компьютерной анимации, композиторы и музыканты, оцифровщики звука и видеоизображения, артисты и звукоинженеры, фотографы и редакторы, продюсеры и переводчики, команда контроля качества и контроля совместимости, тестеры, юристы, координаторы, всевозможные ассистенты и конечно программисты. Каждый из них является специалистом в своей области и отвечает за выполнение определенного участка работ.
Группа разработки данного электронного учебника состоит из трех человек: руководитель и идейный вдохновитель – заведующий кафедрой информационных технологий в обучении и управлении, д.п.н., профессор Брановский Юрий Сергеевич; руководитель по математическому содержанию – заведующий кафедрой алгебры и теории чисел, к.ф.-м.н., доцент Рябогин Анатолий Константинович; программист и ответственный за непосредственную реализацию – я, Неботов Виталий Дмитриевич.
III
этап: разработка содержания курса – на этом этапе проводится анализ учебного плана и состав слушателей, происходит определение стратегии курса, разрабатывается сценарий и интерактивное взаимодействие программы с пользователями.
Разрабатываемый электронный учебник предназначен для самостоятельной работы студентов младших курсов по изучению математики в рамках университетского курса. Его создание имеет своей целью предоставить студентам, изучающим математику весь теоретический материал, предусмотренный программой курса, а также практические задания и контрольные вопросы для самопроверки. Мною был проведен анализ учебного плана по математике студентов I курса специальности «информатика–иностранный язык» с целью определения степени пригодности предлагаемого теоретического материала к компьютерной реализации в виде электронного учебника и эффективности такой реализации. Были рассмотрены несколько первых тем:
– тождественные преобразования;
– элементы аналитической геометрии;
– элементы логики и теории множеств;
– числовые системы;
– матрицы;
В ходе анализа было выявлено, что данный теоретический материал пригоден к компьютерной реализации и может быть эффективно представлен в виде электронного учебника. Этот вывод основывается на том, что этот теоретический материал четко структурирован, имеет резко выраженную практическую направленность и предоставляет студентам большой простор для самостоятельной работы.
Из рассматриваемых тем, первой для реализации была выбрана тема «Числовые системы». Этот выбор не случаен – он обусловлен рядом обстоятельств. Во-первых, эта тема является одной из базовых тем, она представляется основой при дальнейшем изучении математики, во-вторых, и это, пожалуй, главное здесь математика в который раз переплетается с информатикой – материал «Числовых систем» – числовые множества имеют широчайшее применение в информатике: во многих языках программирования на них основаны понятия типа переменной, массива, объекта. Например, множеству натуральных чисел соответствует тип integer (за исключением того, что множество целых чисел бесконечно, а значения переменных все-таки имеют свой, хотя и очень большой, но все же конечный диапазон), множеству действительных чисел – тип real, и так далее. И в-третьих, данная тема интересна в плане компьютерной реализации своей четкой смысловой законченностью, делимостью на взаимосвязанные смысловые фрагменты, которые хорошо описываются с помощью объектно-ориентированных языков программирования. Эти доводы явились определяющими при выборе первой темы реализованной в учебнике и сыграли в пользу темы «Числовые системы».
IV
этап: описание курса – здесь приводится описание всех информационных фрагментов курса: текстовых, анимационных, звуковых и видео.
Предлагаемый компьютерный учебник разбит на несколько законченных взаимосвязанных фрагментов, каждый из которых обладает определенной функцией и визуально представлен отдельным модулем. В дальнейшем будем называть их блоками. Итак, в учебнике существуют следующие блоки:
– блок регистрации – выполняет функцию регистрации студентов пользовавшихся электронным учебником. Это необходимо для того, чтобы программа могла по окончанию сеанса обучения сформировать ведомость, в которой будут перечисленны студенты, работавшие с учебником и их успехи в этой работе;
– блок изучения теоретического материала – здесь студентам предлагается теоретический материал по изучаемой теме, разбитый на главы и экраны. Встроенные средства навигации позволят им свободно перемещаться по всему материалу учебника и находить интересующую их информацию;
– блок примеров решенных заданий, – где студенты смогут увидеть способы решения практических заданий по данной теме, для того чтобы решать аналогичные примеры в своей самостоятельной работе;
– блок контрольных вопросов и задач, – который содержит набор вопросов по пройденной теме, по окончанию обучения студенты должны будут знать ответы на все вопросы, им также придется решить несколько практических заданий и на основе полученных ответов система сможет оценить успешность обучения;
– блок заданий для самостоятельной работы – это набор заданий рекомендуемых студентам для самостоятельного решения с целью закрепления теоретического материала и практических навыков решения.
Кроме блоков в электронном учебнике реализованы несколько систем:
– система подсказок – для терминов и понятий, которые могут вызвать у студентов затруднения в процессе обучения, присутствуют пояснения и дополнительные определения – при необходимости студент может обратиться к этой системе за разъяснением материала вызвавшего затруднения;
– гипертекстовая система – позволяет студентам осуществлять нелинейный доступ к информации учебника, перемещаться по материалу не последовательно от начала к концу, а избирательно, ориентируясь на свои потребности;
– система навигации – ее целью является осуществление перемещения пользователей по учебнику как по обычной книге: листать страницы вперед или назад, обращаться к оглавлению или к практическим заданиям, наконец, завершить обучение.
Реализация вышеописанных блоков и систем учебника велась с применением текстовых, анимационных и звуковых форматов. К сожалению, из-за технических сложностей пришлось отказаться от вставок видеоизображения в учебнике, но с другой стороны это позволило полнее использовать возможности звукового и музыкального сопровождения, анимации, к тому же уберегло проект от разрастания на сотни мегабайт. Блок теоретического материала представлен в классическом текстовом формате, как наиболее привычном и оптимальном для учебников подобного рода. Блок регистрации, помощь, введение в учебник и некоторые другие элементы имеют помимо текстовой визуализации и звуковое сопровождение. Элементы меню и оглавления реализованы с применением анимации, что повышает эстетический уровень учебника и улучшает его внешний вид. Использование перечисленных методов в подаче информации служит для расширения сферы воздействия компьютера на органы чувств человека с целью более глубокого запоминания и закрепления полученной информации.
V
этап: реализация курса – на этом этапе происходит выбор технико-программных платформ и непосредственно программирование с помощью выбранной авторской системы или системы программирования.
Аппаратной платформой для реализации проекта электронного учебника была выбрана база IBM–совместимых компьютеров. В пользу этого выбора сыграло: во-первых, преобладание в образовательных учреждениях именно этой аппаратной платформы, IBM–совместимые компьютеры сегодня составляют до 80% всего парка компьютеров, во-вторых, долгосрочные планы Министерства образования РФ по компьютеризации учебных заведений предполагают дальнейшее широкомасштабное внедрение этой аппаратной платформы, в-третьих, это является следствием двух первых пунктов, разработка электронного учебника для IBM–совместимых компьютеров позволит охватить максимальное число потенциальных пользователей, и в-четвертых для этих компьютеров существует огромная библиотека всевозможных инструментальных средств, включая авторские системы и системы программирования, которой не может похвалится ни одна другая платформа – все эти обстоятельства определили выбор аппаратной платформы в пользу IBM–совместимых компьютеров.
Не менее важным мне видится и выбор программных средств реализации компьютерного учебника – от выбора той или иной авторской системы зависят не только внешний вид учебника, его эстетический уровень, но и его функциональность, способность поддерживать различные форматы данных, соответствие стандартам мультимедиа, зависит будет ли он привязан к авторской системе в которой разрабатывался или сможет работать на любом компьютере в независимости от установленного на нем программного обеспечения.
Мною был проведен сравнительный анализ нескольких наиболее широко распространенных и часто используемых авторских систем и одной системы программирования. К первым относятся «LinkWay», «Action» 2.5, Multimedia ToolBook, ко вторым – Borland Delphi 3.0. Целью проведения этого анализа являлось выявление достоинств и недостатков предложенных к рассмотрению авторских систем и систем программирования. По результатам анализа необходимо было выбрать систему, наиболее полно отвечающую требованиям, предъявляемым при создании электронных учебников. О том, как проходил анализ и каковы его результаты подробно описано в следующих параграфах.
VI
этап: опробование и тестирование – на этом этапе начинается испытание разработанного приложения, проводится серия тестов с целью выявить ошибки программирования. Проект еще далек от завершения, но «экспериментальный» образец уже готов. После ряда проверок на аппаратную совместимость команда контроля за качеством выносит свое заключение и предлагает перечень недочетов замеченных в ходе испытаний, которые предстоит исправить разработчикам. И так повторяется несколько раз, пока не получится окончательная версия продукта, лишенная, в большей или меньшей степени, недочетов и ошибок.
Все это в большой степени применимо и к предлагаемому электронному учебнику. В процессе его создания приходилось не раз вносить изменения и дополнения как в сам код программы, так и в оформление меню и интерфейса. Процесс этот довольно продолжителен и не может считаться оконченным даже сейчас, потому что создание полноценной системы происходит в течение нескольких итерационных модификаций и адаптаций. Но в целом продукт можно считать готовым к практическому использованию в процессе обучения.
VII
этап: эксплуатация и внедрение – на этом этапе происходит внедрение полностью законченной компьютерной системы обучения в образовательные учреждения. Разрабатывается план занятий с использованием этой системы и начинается ее эксплуатация.
Применительно к предлагаемому компьютерному учебнику можно сказать, что он разрабатывался для использования студентами младших курсов нашего университета обучающихся на специальности «информатика–иностранный язык». Но этим диапазон его применения не исчерпывается. Помимо указанных студентом им могут пользоваться и студенты других отделений имеющих сходные учебные планы по математике. Кроме самостоятельной работы с учебником может применяться и такая форма работы, как интегрированные занятия по математике с привлечением новых информационных технологий. Очень полезным и целесообразным видеться применение учебника для проведения практических тестов и зачетов, а также подготовке к экзаменам – его блок контрольных вопросов и практических заданий как нельзя лучше подходит для этой цели.
Помимо своего прямого назначения компьютерный учебник может оказаться полезным при изучении основ программирования под Windows, изучении авторских систем программирования, в виде наглядного примера при построении собственных обучающих систем.
Учет учебного плана университета, его практическая направленность и довольно широкие возможности делают предлагаемый электронный учебник полезным и своевременным для использования в нашем университете при обучении математике.
Принципы изложения материала
Принципы изложения учебного материала в условиях компьютерного обучения приобретает все большее значение по мере того как возрастают возможности компьютера в предъявлении и интерпретации разных типов разнообразной информации и углубляется понимание наиболее рационального использования мультимедийного предъявления информации. Современный компьютер обладает большими возможностями в применении разнообразных типов информации. Это и текст, и чертежи, и графика, и анимация, и видео изображения, и звук, и музыкальное сопровождение. Эффективное использование различных типов предъявления информации с учетом психологических особенностей ее переработки позволяет значительно повысить эффективность учебного процесса.
Нередки примеры, когда разработчики обучающих программ механически переносят способ расположения текста на экран монитора, пренебрегают закономерностями психологии восприятия текста и рисунка, задавая темп изменения изображения, не учитывают, что разные учащиеся имеют неодинаковую смысловую скорость и требуют для переработки информации различные временные интервалы.
В связи с этим, следует предоставить учащимся возможность самим выбирать темп смены изображения, при этом учащийся должен иметь возможность в любое время повторно вывести на экран любую необходимую ему информацию.
При построении интерфейса обучающей системы необходимо учитывать достижения теории дизайна. Это прежде всего касается таких основных принципов теории живописи, как пропорция, порядок, акцент, единство и равновесие.
Принцип пропорции касается соотношения между размерами объектов и их размещением в пространстве. Организуя данные на экране дисплея, необходимо стремиться к тому, чтобы логически связанные данные были явно сгруппированы и отделены от других категорий данных. Функциональные зоны на дисплее должны разделяться с помощью пробелов и других средств: разные типы строк, ширина, уровень яркости, геометрическая форма, цвет. Для сокращения времени поиска табличные данные должны разделяться на блоки. Необходимо учитывать, что плоскость теплых цветов обычно кажется больше, чем холодных. Разбиение на блоки, использование пробелов, табуляции, ограничителей, а также варьирование яркости цвета групп данных – важнейшие средства упорядочения графической информации.
При размещении данных необходимо помнить о правиле «золотого сечения», в соответствии с которым объекты, которые привлекают внимание, лучше размещать в разных третях изображения, а не группировать в центре.
Порядок означает такую организацию объектов на экране дисплея, которая учитывает движение глаза. Установлено, что глаз, привычный к чтению, начинает движение обычно от левого верхнего угла и движется взад-вперед по экрану к правому нижнему. Поэтому начальная точка восприятия должна находиться в левом верхнем углу экрана, а списки для быстрого просмотра должны быть подогнаны к левому полю и выровнены вертикально.
Для облегчения восприятия разные классы информации должны специально кодироваться. Так, связанные, но разнесенные по экрану данные должны кодироваться одним цветом. Цвет можно использовать и для выделения заголовков, новых данных или данных, на которые следует немедленно обратить внимание. В целом организация данных на экране должна облегчать нахождение подобий, различий, тенденций и соотношений.
Акцент – это принцип выделения наиболее важного объекта, который должен быть воспринят в первую очередь. При соблюдении этого принципа взгляд учащегося привлекается к зоне акцента. Для создания такого акцента можно использовать разнообразные средства: размещение важных сообщений в центре поля, отделение их от остальной информации свободным пространством, применение яркого цвета. Следует избегать излишних украшений, злоупотреблений цветом, избыточного кодирования и большого объема вводимой информации. Рекомендуется, например, использовать не более 90 % площади экрана.
Подсказки необходимо специально выделять с помощью цвета. Для них желательно отвести определенную зону экрана.
Необходимо выделять критическую информацию, необычные данные, элементы, требующие изменения, сообщения высокого приоритета, ошибки ввода, предупреждения о последствиях команды и т.п. Для того чтобы привлечь внимание учащихся к основному объекту, целесообразно использовать цветовое пятно: самым ярким цветом изображается основной объект, остальные его части – дополнительным. Если цветовая гамма строится без учета психологии восприятия рисунка, это затрудняет выделение главного, приводит к утомлению зрения.
Нужно учитывать, что светлые цвета на темном фоне кажутся приближенными к зрителю, а темные на светлом – удаленными. В тех случаях, когда речь идет об эвристических рекомендациях, цвет можно согласовывать с обычным изображением: красный – запрет, зеленый – рекомендация, желтый – предосторожность.
Принцип единства требует, чтобы элементы изображения выглядели взаимосвязанными, правильно соотносились по размеру, форме, цвету. С этой целью необходимо позаботиться об упорядочении организации данных. Они могут быть организованы последовательно, функционально, по значимости. При этом учащегося следует ознакомить с принципом расположения данных.
Следует позаботиться о том, чтобы идентичные данные были представлены унифицировано, а разноплановые – по-разному.
Для передачи разграничения нужно использовать контрастные цвета, а для передачи подобия – похожие, но различные. Представление информации должно быть унифицированным и логичным.
Для достижения единства изображения в целом используются рамки, оси, поля. Впечатление единства группы создает свободное пространство вокруг них, Считается, что уравновешенное изображение создает у пользователя ощущение стабильности и надежности, а неуравновешенное вызывает стресс.
Для правильного распределения визуальной тяжести на экране дисплея необходимо помнить, что любой хроматический цвет зрительно тяжелее, чем ахроматические – белый и черный; большие предметы зрительно тяжелее маленьких; черное тяжелее белого, неправильные формы тяжелее правильных.
Принцип равновесия (баланса) требует равномерного распределения оптической тяжести изображений. Поскольку одни объекты зрительно воспринимаются как более тяжелые, а другие как более легкие, необходимо распределять эту оптическую тяжесть равномерно по обеим сторонам изображения.
Информация не должна скапливаться на одной стороне экрана, логические группы информации должны продуманно размещаться в пространстве, заголовки хорошо центрироваться.
Несмотря на то что большинство учащихся воспринимает информацию на слух хуже, чем с помощью зрения, все же не следует игнорировать использование звука даже тогда, когда усвоение речевых навыков не является целью обучения. Однако при этом следует иметь в виду, что время переработки звуковой информации больше, чем зрительной, и многократное обращение к ней более затруднительно, чем к зрительной информации.
Для эффективного применения звука необходимо четко представить, с какой целью он используется, например, для лучшего усвоения произношения или чтобы обратить внимание на некоторые аспекты изучаемого материала, использовать его для активации познавательной деятельности учащихся, для стимулирования его внутреннего диалога. Звуковые реплики могут быть с успехом применены и с целью организации вспомогательного диалога.
В последнее время широко применяется музыкальное сопровождение зрительной информации. Основной функцией музыкального сопровождения является создание соответствующего эмоционального тона и поддержание внимания учащихся. Негромкая спокойная музыка поддерживает внимание, а музыка с резко выраженным ритмическим рисунком может переключать внимание лишь на музыку. Не следует стремиться к тому, чтобы музыка часто использовалась в обучении.
Создание хорошо спланированной и продуманной обучающей системы, которая отвечала бы всем психологическим и психопедагогическим требованиям, невозможно без учета этих принципов. Современное развитие компьютерных технологий снимает все больше и больше технических ограничений, позволяет глубже учитывать принципы дизайна и построения подобных систем. В ближайшем будущем можно ожидать появления обучающих компьютерных систем нового поколения, в которых описанные принципы изложения будут являться основополагающими.
LinkWay
1. Название системы: LinkWay.
2. Разработчик: IBM Company.
3. Операционная система: MS-DOS.
4. Назначение системы LinkWay:
– разработка демонстрационных роликов по различным темам;
– построение уроков в гипертекстовой манере;
– организация персональной базы данных и настольной канцелярии;
– управление внешними устройствами;
– построение оболочки ОС или пакетов прикладных программ;
5. LinkWay позволяет осуществить дифференцированный подход к каждому обучаемому и моделировать достаточно широкий круг процессов. С помощью LinkWay можно реализовывать различные виды движения: демонстрация раскрывания лепестков цветка, изменение длин сторон треугольника в процессе изменения его углов, показ полета облаков на небе, показ различных регионов на карте разным цветом, изменение цвета заходящего на горизонте солнца или колебания маятника. Также присутствует возможность воспроизведения звуков и музыки.
Основным понятием системы LinkWay является фолдер – базовое рабочее пространство создаваемого в LinkWay приложения. Фолдеры можно соединять, линковать и т.д. Фолдеры делятся на страницы – экраны с содержащейся на них информацией. В каждом фолдере содержится базовая страница с общей информацией для всех страниц. Остальные страницы нумеруются по порядку. При визуализации страницы на экране монитора изображение текущей страницы накладывается на базовую страницу. Таким образом, элементы, общие для всех страниц, можно вынести на базовую страницу, и они автоматически будут присутствовать на всех страницах фолдера. Информация, которую содержат в себе страницы, представлена в форме объектов. Различают следующие типы объектов:
– картинка (graphics) – графическое изображение, занимающее прямоугольный участок экрана. Использование объектов этого типа позволяет сделать разрабатываемую программу более живой и привлекательной. Для задания этого объекта нужно указать место и размер окна, и полное имя файла с графическим изображением.
– текстовое поле (field) – прямоугольная область экрана, содержащая информацию в текстовом виде. При создании объекта типа текст необходимо задать количество символов в строке, количество строк в тексте, шрифт и цвет символов.
– кнопка (button) – объект, так же занимающий участок страницы, но в отличие от первых двух типов объектов, может не иметь визуального представления. Это позволяет создавать на странице невидимые кнопки. Кнопки могут также накладываться на картинки и тексты. Если кнопки не имеют собственных графических образов, то изображение объекта не измениться.
При наложении объектов разных типов они проявляются или экранируют друг друга. Текстовые поля и кнопки являются прозрачными объектами. С их помощью можно организовывать работу с информацией в гипертекстовом режиме. Объекты в LinkWay могут иметь имена: это полезно когда планируется реакция различных объектов на действия пользователя – можно вызывать объект по его имени.
В LinkWay имеется также набор графических примитивов: линий, ломаных, прямоугольников и т.д., которые можно использовать при оформлении программы.
6. К недостаткам данной авторской системы можно отнести следующие:
– ориентированность системы на ОС MS-DOS;
– крайне ограниченный набор объектов и визуальных эффектов;
– бедная палитра цветов и графика низкого разрешения;
– отсутствие стандартного интерфейса;
– невозможность добавления новых элементов к уже существующим;
– отсутствие поддержки TrueType шрифтов, как следствие, крайне маленький выбор стиля шрифта и его размера;
– невозможность создания исполнимых модулей, которые могли бы работать независимо от наличия самой системы LinkWay.
Action
1. Название: Action 2.5.
2. Разработчик: Asymetrix company
3. Операционная система: Windows’95.
4. Назначение:
– создание презентаций различной тематики;
– подготовка демонстрационных и рекламных клипов;
– разработка обучающих и контролирующих программ;
5. Action объектно-ориентированная среда, позволяющая соединять в одном продукте практически все объекты мультимедиа технологии. Как и в LinkWay, в Action есть возможность вставлять в программу статический текст, графические изображения, управляющие объекты – кнопки. Помимо этого добавлена возможность представления звука как объекта: им можно управлять точно также как и другими объектами, появился и новый тип объекта – анимационный. Это дало возможность резко увеличить эффективность создаваемых приложений, так как анимационные вставки оказывают на пользователя гораздо более выраженное воздействие, нежели просто статичная картинка или текст.
Одним из качественных изменений стало появление в Action системы реального времени. Если в LinkWay содержимое страницы представляло собой раз и на всегда застывшее скопление объектов, то в Action, объекты «живут» практически полноценной жизнью: появляются в какой-то момент времени, существуют определенное время, и также исчезают с экрана, когда приходит их время. Такой подход к созданию приложений позволяет придать им большей гибкости и динамизма. Благодаря ему стало возможным контролировать время ответа студента, длину музыкального фрагмента, скорость появления изображения. Временная шкала (Timeline) позволяет легко контролировать и редактировать все временные характеристики объектов, наглядно представляя их в виде цветных полос различной длины.
По сравнению с LinkWay упрощена структура создаваемого приложения. Отсутствуют такие понятия как фолдер и базовая страница – вместо них используется понятие сцены – экран, существующий определенное время и содержащий различные объекты, каждый из которых также имеет свои временные рамки. Сцены могут сменять друг друга как последовательно, так и в заранее заданном порядке. Длина сцены может варьироваться в пределах от десятых долей секунды до нескольких часов, причем существует возможность зацикливать какой-то отрезок времени, что заставит сцену выполняться бесконечно, пока не будет получен сигнал или ответ от пользователя.
Благодаря тому, что система Action разработана для использования под Windows, она обладает достаточно развитыми средствами для обработки графических изображений: добавлена поддержка графических режимов высокого разрешения, импорт графических файлов с расширениями .DIB, .BMP, .WMF, .PAL. Расширен набор звуковых форматов: добавлена возможность воспроизведения наборов команд MIDI и проигрывание компакт-дисков в формате CD Audio. Это позволяет более качественно озвучить создаваемую программу, что вплотную приближает ее к стандарту мультимедиа.
Немаловажным моментом является наличие в среде Action довольно большого набора различных визуальных эффектов: это украшает разработанный проект, придает ему дополнительную привлекательность, и повышает общее качество продукта.
Большим прогрессом на пути объектно-ориентированного программирования стало появление у объектов собственных свойств. Задавая различные свойства объектам одного типа можно получить два совершенно не похожих элемента. Благодаря этому дизайн и интерфейс создаваемых приложений поднялся на качественно новую ступень. Появилась возможность создавать дружественные и интуитивно-понятные интерфейсы. Это является большим плюсом среды Action.
6. К минусам можно отнести следующее:
– сильно увеличившаяся система всевозможных меню;
– ограничение цветовой гаммы 256-ю цветами;
– не предусмотрена возможность ввода информации пользователем;
– отсутствие средств расширения существующих возможностей;
– невозможность создания исполнимых модулей, которые могли бы работать независимо от наличия самой среды Action.
– наличие в рассматриваемой версии (Action 2.5) небольших программных огрех.
ToolBook
1. Название: Multimedia ToolBook.
2. Разработчик: Asymetrix company.
3. Операционная система: Windows’95
4. Назначение:
– создание диалоговых сопровождений;
– реализация интерактивного обучения;
– разработка документов представленных в нескольких средах (гиперсреда);
– программирование баз данных и баз знаний;
5. Система ToolBook является еще более разветвленной, гибкой и мощной средой разработки приложений по сравнению с Action. Помимо возможностей, существующих в Action, в ToolBook добавлено множество новых возможностей, благодаря которым эта среда может с успехом применяться для создания профессиональных мультимедиа-приложений. Здесь на более качественном уровне разработана поддержка графических режимов, звукового и музыкального сопровождения, видеоданных в различных форматах. Используя систему Multimedia ToolBook можно добиваться нестандартных графических и цветовых решений, благо палитра в 16,7 миллионов цветов и поддержка SVGA–режимов позволяет воплотить на экране любую фантазию. Стандартный набор поддерживаемых звуковых и музыкальных форматов WAVE и MIDI файлов, расширен и теперь позволяет также проигрывать компакт-диски стандарта CD Audio. К новшествам обработки видеоизображения относится возможность использовать в разрабатываемых приложениях помимо стандартных AVI–файлов, видеозапись в форматах MOV и MPQ. Все это служит улучшению внешнего вида приложений, увеличению их функциональности, и, в конечном счете, к общему повышению качества разрабатываемых мультимедиа-приложений.
К очень полезным качествам системы Multimedia ToolBook относится реализованная в ней возможность создавать гипертекстовые приложения. Страницы таких приложений связаны через «горячие» слова и кнопки, что позволяет каждому читателю изучать некоторый предмет в темпе определенном его индивидуальными способностями. Достоинством любого гиперприложения является обеспечиваемый им гибкий информационный доступ. Контекстно-вызываемая информация, использование звука и видеоизображения позволяет гиперсреде расширить возможности информационного воздействия на читателя.
В ранее рассматриваемых средах и авторских системах существовали объекты того или иного типа, размещая которые на страницы создаваемого приложения можно было получать графические или текстовые кадры. По сравнению с ними система Multimedia ToolBook шагнула далеко вперед. В ней появилось понятие визуальной компоненты – стандартного объекта Windows’95 имеющего визуальное представление, набор изменяющихся свойств и способного воспринимать и реагировать на события, как внутренние, так и на события исходящие от пользователя. На самом деле это революционный шаг.
Как следствие, в среде Multimedia ToolBook присутствуют палитры компонент и обработчик событий. Первое понятие представляет собой панель, содержащую графическую интерпретацию компонент. Теперь даже не обязательно знать название каждой компоненты и искать ее название в длинных меню – достаточно выбрать ее изображение на палитре компонент и точно такая же появится у Вас на странице приложения. Такой подход является преобладающим в Multimedia ToolBook, кроме палитры компонент существуют палитра инструментов, цветовая палитра, графическая и некоторые другие. Обработчик событий представляет собой специфический модуль, в котором разработчик указывает каким образом тот или иной объект на странице будет реагировать на то или иное событие: исчезать или появляться, менять цвет или положение на экране, просто закрывать программу. Как уже было сказано, все это позволяет идейно обогатить создаваемые учебные и мультимедиа-приложения.
К новым возможностям относится также и возможность создания прототипа будущего проекта. Прототип может быть простой оболочкой, которая приближенно отвечает идее проекта, или программным продуктом. Проектирование с использованием прототипов позволяет тестировать продукты на более ранних стадиях.
В системе Multimedia ToolBook присутствует встроенный язык описания сценариев OpenScript. Он необходим для интерпретации системой действий пользователя. На нем описываются возможные действия приложения, реакция на происходящие события. Кроме этого предусмотрено использование библиотек динамической компоновки (технология DLL) и стандарта DDE, который реализует коммуникационный протокол Windows’95 и обеспечивает интеграцию нескольких приложений. Это позволяет вызывать из написанных пользователем приложений любую другую программу, поддерживающую данный протокол, будь то Word, Excel или универсальный проигрыватель, обеспечивая тем самым интегрированность разрабатываемых приложений.
6. При наличие большого числа плюсов и новых возможностей трудно выделить недостатки продукта, которые в небольшом количестве, но все же присутствуют в Multimedia ToolBook:
– сравнительно небольшой набор визуальных компонент – чуть более десяти (в Delphi для сравнения их почти полторы сотни);
– неоправданно большое количество всевозможных меню, затрудняющих на первых порах работу с системой;
– псевдообъектно-ориентированность среды Multimedia ToolBook, при которой объекты присутствуют, но не поддерживаются основные концепции объектно-ориентированного программирования;
Delphi
1. Название: Delphi 3.0.
2. Разработчик: Borland International company.
3. Операционная система: Windows’95.
4. Назначение:
– разработка многооконных пользовательских приложений;
– создание многофункциональных систем общего назначения;
– проектирование баз данных любой сложности и средств управления БД;
– разработка систем обработки текстовой, графической, видеоинформации и звука;
– создание графической операционной оболочки;
– написание прикладных программ и библиотек динамической компоновки;
– создание одно- и многопользовательских интерфейсов;
– разработка сетевых приложений;
– разработка мультимедийных приложений и средств разработки мультимедийных приложений;
– написание программ с использованием средств Internet;
и многое другое.
5. Сравнивая Delphi с вышеописанными системами LinkWay, Action, Multimedia ToolBook я признаю, что такое сравнение не совсем правомерно. Дело в том, что вышеперечисленные системы являются авторскими, то есть созданы для людей, незнакомых глубоко с программированием на каком бы то не было языке, и разрабатывающих при этом работоспособные приложения. С Delphi ситуация несколько иная: это – система программирования, базирующаяся на языке программирования (Object Pascal), имеющая свой редактор, компилятор и отладчик. Написание приложения на Delphi сводится к компоновке на экране объектов, имеющих определенную графическую интерпретацию, и подключению строк кода, как и в программе на любом другом языке. Другими словами, Delphi просто реализует визуальную концепцию программирования. Поэтому этот сравнительный анализ и кажется мне не совсем правомерным.
Однако вместе с тем, система Delphi предназначена для тех же целей (или может использоваться в тех же целях) что программирования и рассмотренные авторские системы. Назначение и визуальная концепция программирования – то, что объединяет такие среды как LinkWay, Action, Multimedia ToolBook с Delphi. Именно на этих основаниях я попытался построить свой анализ.
Итак, Delphi – это не просто редактор и компилятор. Это могучая среда разработки, значительно облегчающая участь разработчика приложений.
В течение многих лет людей занимающихся разработкой приложений вполне устраивали традиционные средства программирования, включающие редактор, компилятор и отладчик. Windows–ориентированные системы разработки, такие как Action, Multimedia ToolBook добавили к этому набору визуальные методы создания интерфейса программ и автоматическую генерацию соответствующего программного кода. Delphi, вобрав в себя все эти черты, идет еще дальше. Например, интерфейс прикладного программирования (API) позволяет писать такие утилиты, которые включаются в интегрированную среду разработки Delphi. Где еще можно встретить такое?
Многие языки и среды разработки приложений являются псевдообъектно-ориентированными – они используют объекты и методы, но не поддерживают основные концепции объектно-ориентированного программирования, таких как инкапсуляция, наследование и полиморфизм. Delphi лишена этого недостатка. Это настоящий объектно-ориентированный язык, который позволяет объединять данные и код в один класс, создавать дочерние классы и обращаться с классами-потомками, как с родительскими классами.
Легко заметить, что элементы экрана, составляющие приложения Windows, довольно просты. Возьмем в качестве примера стандартную кнопку – обычно она представлена в виде выступающего серого прямоугольника, на поверхности которого написан текст, соответствующий названию данной кнопки. Delphi «берет» функциональность кнопки – ее способность отвечать на щелчок мышью и отображать некоторый текст – и «подает» ее в виде объекта известного как компонент. Компоненты хранятся в библиотеке компонентов, содержащей все объекты, необходимые для создания полноценных программ, использующих интерфейс Windows.
Объектно-ориентированная природа Delphi делает библиотеку компонентов необычайно гибкой. Если объекту требуется дополнительная функциональность либо требуется модифицировать поведение компонента, можно наследовать новый компонент из того, который уже храниться в библиотеке, и добавить ему новых свойств.
Теперь, когда программирование стало заключаться в простом манипулировании компонентами и объектами, появляются шаблоны, которые даже эту задачу делают тривиальной. Delphi оперирует четырьмя типами шаблонов: формами, приложениями, компонентами и кодами. Шаблоны формы, приложения и компонента дают возможность повторно использовать созданные ранее коллекции объектов либо в отдельных программах, либо в качестве основы для новой программы. Шаблон кода – это новое средство, которое значительно уменьшает потребности во вводе повторяющихся фрагментов кода.
У Delphi есть еще одно приятное отличие. Многие системы разработки приложений для Windows либо вовсе не генерируют исполняемый код, либо генерируют код-полуфабрикат, или р-код, который не может быть выполнен процессором без дополнительной трансляции во время работы самой программы, что существенно снижает производительность компьютера. Потери времени процессора при преобразовании графических файлов просто трудно себе представить. Delphi же использует настоящий компилятор и компоновщик и генерирует стопроцентный машинный код. Такая реализация лишена непроизводительных затрат, что особенно важно для масштабных мультимедийных программ сегодняшнего дня, которые требуют наличия высокопроизводительных систем.
Использование стопроцентной компиляции дает еще одно преимущество, заключающееся в создании библиотек динамической компоновки (DDL), которые могут содержать любые компоненты из библиотеки компонентов. Затем эти библиотеки можно использовать в собственных приложениях Delphi или распространять как независимые компоненты для других программ.
Нельзя не сказать и о новом подходе к обработке ошибок. Многим разработчикам, программировавшим на других языках, приходилось сталкиваться с необходимостью обработки ошибок и защиты ресурсов. Прежний подход к решению этих задач состоял в выполнении функции с последующим анализом результата. В случае получения кода успешного завершения операции выполнялись некоторые действия и вновь анализировался результат. Этот процесс продолжался до тех пор, пока не исчерпывался исходный код программы. Delphi искусно справляется с проблемой обнаружения ошибок благодаря реализации концепции исключительных ситуаций. Вместо того чтобы работать в предположении, что каждый шаг может привести к сбою, потенциальное выявление которого требует соответствующего тестирования, Delphi позволяет писать программу, исходя из успешного выполнения всех ее операторов. В случае возникновения отказа Delphi вызывает исключительную ситуацию, которая перехватывается одним-единственным обработчиком исключительных ситуаций. Такой подход позволяет программе достойно справится с ошибкой, причем от разработчика в этом случае требуются минимальные усилия.
Нельзя обойти стороной и то, как в Delphi представлены средства создания и управления базами данных. Статистика утверждает, что большинство приложений так или иначе связаны с базами данных. И это неудивительно, ведь где еще компьютеру показать себя во всей красе, как не в области сбора, обработки и представления данных. Если данных много (или очень много), разработчики используют для их хранения именно базы данных. Delphi предоставляет в распоряжение пользователя объекты и компоненты, которые значительно уменьшают трудовые затраты на создание такого рода приложений. Убедительным примером этого служит тот факт, что с помощью Delphi можно создать программу ведения баз данных, не написав ни строки программного кода.
6. Обычно в этом пункте я перечислял недостатки и ограничения рассматриваемой среды или авторской системы, но в случае с Delphi нет ничего подобного. Дело не в том, что Delphi – самое последнее достижение на ниве визуального программирования, не в том, что целым рядом очень серьезных изданий она признана продуктом высшего качества, неоднократно награждена всевозможными наградами, и даже не в том, что сотни тысяч разработчиков и обычных пользователей единогласно выбирают эту систему программирования для создания собственных приложений. Дело, по-видимому, в том, что Delphi объективно лишена сколько-нибудь заметных недостатков. Мне таковых отыскать не удалось. Именно это обстоятельство явилось решающим при выборе средств реализации моего электронного учебника.
Реализованные и потенциальные возможности учебника
Одним из важнейших этапов разработки любого программного продукта является планирование его возможностей, тех, которые будут реально доступны по окончанию разработки, и тех, которые не получат реального воплощения. Для последних всегда должна существовать возможность их реализации в последующем, в новой версии программного продукта. Такие возможности получили название потенциальных – их, по разным причинам, нет в подготовленной редакции продукта, но они могут появиться в будущем. С этой точки зрения мой электронный учебник ничем не отличается от любого другого проекта. В нем помимо реализованных возможностей заложены и несколько потенциальных.
К реализованным возможностям относятся:
· регистрация студентов, пользовавшихся учебником в последний сеанс обучения, с учетом имени и фамилии, специальности, группы и курса;
· ознакомительные страницы, разъясняющие пользователю назначение и структуру электронного учебника, методы навигации по его материалу;
· система линейного двустороннего перемещения по материалу учебника – Панель Навигации;
· система нелинейного перемещения, реализованная в виде гипертекстовой системы поиска информации;
· система всплывающих подсказок и дополнительной информации по терминам и понятиям, способным вызвать затруднения у студентов;
· полностью реализованный модуль по разделу «Числовые системы»;
· звуковое и голосовое сопровождение;
· использование графики высокого разрешения и богатой цветовой палитры;
· возможность ввода ответа на вопрос в форме выбора из предложенных вариантов ответов и ввод конструированного ответа;
· музыкальное сопровождение;
· возможность прервать обучение в любой момент, перейти к ответам на вопросы и решению задач, или покинуть учебник и закрыть сеанс обучения;
· модуль распознавания правильности ответов и выставления оценки;
· ведение ведомости, в которой отражены входные данные студентов и оценки за решение практических заданий;
· система подсвечивающихся меню, облегчающих выбор желаемого пункта.
К не реализованным, но потенциально заложенным возможностям относятся следующие:
· подключение новых модулей, содержащих теоретический материал, контрольные вопросы и практические задания по вновь добавляемой теме;
· поддержка сетевого режима, когда учебник запускается на выделенном сервере, а пользователи находятся на рабочих местах;
· использование анимации и видеоизображения в учебнике, для пояснения и наглядного изложения объясняемых понятий;
· использование электронного учебника непосредственно с CD-ROM;
· и некоторые другие.
Вышеуказанные возможности должно обеспечить электронному учебнику простоту и удобство в работе, понизить утомляемость, повысить эффективность процесса обучения, предоставить студентам возможность использовать учебник как для непосредственного изучения материала, так и в виде справочного и методического пособия.
Глава
III
: Содержание электронного учебника
Главы электронного учебника
Задумывая идею компьютерного учебника по математике, преследовались несколько целей:
во-первых, предоставить студентам, изучающим математику эффективное и легкодоступное средство обучения, которое включало бы в себя теоретический материал, вопросы и практические задания, и выполняло бы не только обучающую, но и контролирующую и оценивающую функции;
во-вторых, провести анализ теоретического материала предлагаемого к компьютерной реализации с целью определения его пригодности к подобной реализации и степень ее эффективности;
в-третьих, продолжить, и в чем то оживить, процесс внедрения средств новых информационных технологий в область преподавания математики, ускорить интеграцию математических и информационных дисциплин;
и в-четвертых, хотелось предоставить нашему университету полноценное программное обеспечение, которое сможет применяться при обучении математике на младших курсах, и которым смогут пользоваться сотни студентов;
Исходя из перечисленных целей были рассмотрены и выбраны несколько тем наиболее пригодных для компьютерной реализации в виде электронного учебника. Среди них:
– Тождественные преобразования;
– Элементы аналитической геометрии;
– Элементы логики и теории множеств;
– Числовые системы;
– Матрицы;
Все эти разделы входят в учебный план студентов I курса обучающихся на специальности «информатика – иностранный язык» и представляют большой интерес в смысле компьютерного представления именно для студентов этой специальности.
Первой для переноса на компьютерную основу была взята тема «Числовые системы». Выбор этой темы был обоснован мною ранее. На данный момент эта тема практически полностью реализована в электронном учебнике и может применяться на практике. Над разделами «Тождественные преобразования», «Элементы аналитической геометрии», «Элементы логики и теории множеств», «Матрицы» сейчас ведется работа с целью скорейшего включения их в состав учебника.
Из того что уже сделано, хочется выделить систему помощи и подсказок разработанную для «Числовых систем». Она позволит студентам лучше ориентироваться в излагаемом материале, получать своевременную помощь в затруднительной ситуации, позволит избежать многих ошибок. Суть ее заключается в том что, видя новое определение или термин, студент может обратиться к этой системе и получить разъяснение или рекомендацию. Не обделялись вниманием те, на первый взгляд, простые моменты, на которых студенты чаще всего ошибаются, где за видимой простотой скрывается более глубокий смысл. Практика показывает острую необходимость такого подхода к изложению нового материала.
Теоретический материал электронного учебника
После анализа нескольких учебников и методических пособий мною был отобран следующий теоретический материал. Совместно с моим научным руководителем Анатолием Константиновичем Рябогиным была разработана система контекстно-зависимых пояснений, которую я также привожу ниже.
ЧИСЛОВЫЕ СИСТЕМЫ
1.
Множество натуральных чисел
Определение: Множество называется числовым, если его элементами являются числа.
Известны следующие числовые системы:
N - множество натуральных чисел;
Z - множество целых чисел;
Q - множество рациональных чисел;
R - множество действительных чисел;
С - множество комплексных чисел.
Между этими множествами установлены следующие отношения:
N Ì Z Ì Q Ì R Ì C.
В основе расширения числовых множеств лежат следующие принципы: если множество А расширяется до множества В, то:
1) А Ì B;
2) операции и отношения между элементами, выполнимые во множестве А, сохраняются и для элементов множества В;
3) во множестве В выполняются операции, не выполнимые или частично выполнимые во множестве А;
4) множество В является минимальным расширением множества А, обладающим свойствами 1) – 3).
| | Минимальность расширения множества А обладающее свойствами 1–3 понимается в том смысле, что: 1. выполняются свойства 1–3; 2. В – наименьшее множество для которого выполняются свойства 1–3 и для которого выполняется операция невыполнимая или частично выполнимая во множестве А. |
Множество натуральных чисел N строго определяется с помощью аксиом Пеано.
1. Существует натуральное число 1, не следующее ни за каким натуральным числом (натуральный ряд начинается с 1).
2. Каждое натуральное число следует только за одним и только одним натуральным числом (в натуральном ряду нет повторений).
3. За каждым натуральным числом следует одно и только одно натуральное число (натуральный ряд бесконечен).
4. Аксиома индукции. Пусть М Ì N. Если:
1) 1 Î М;
2) " а Î М множеству М принадлежит и следующий за а элемент а1 то множество М совпадает с множеством натуральных чисел.
Итак, множество N = { 1, 2, 3, 4,...}.
На аксиоме 4 основан метод математической индукции. Доказательство различных утверждений этим методом проводится от частного к общему, а затем делается вывод о справедливости данного утверждения.
П р и м е р. Доказать методом математической индукции следующее равенство:
Д о к а з а т е л ь с т в о.
1. Проверим справедливость данного утверждения для n = 1:
| | Проверка при n =1 ОБЪЯЗАТЕЛЬНА! |
2. Предположим, что данное равенство выполняется для k слагаемых, т.е. при n =k:
3. На основании предположения 2 докажем справедливость данного равенства для n = k+1:
Ho
Теперь можно сделать вывод о том, что данное равенство справедливо " n Î N.
2.
Множество целых чисел
Во множестве натуральных чисел выполняются операции сложения и умножения, но не всегда выполняется операция вычитания. Расширяя множество N так, чтобы эта операция была выполнима, мы получаем множество целых чисел Z.
| | Расширяя – определяя новую алгебраическую операцию. |
Поэтому Z=N È {0, -1, -2,...} или Z={...-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3,...}, т.е. множество целых чисел Z содержит множество натуральных чисел, число нуль и числа, противоположные натуральным.
Основную роль во всей теории целых чисел играют следующие факты.
Т е о р е м а о д е л е н и и с о с т а т к о м. Для любого целого а и b
> 0
существуют и притом единственные целые
q
и
r
, такие, что а =
bq
+ r,
0
£
r
< |
b |.
О п р е д е л е н и е. Натуральное число р называется простым, если р > 1 и р не имеет положительных делителей, отличных от 1 и р.
О с н о в н а я т е о р е м а а р и ф м е т и к и. Для каждого натурального числа n
> 1
существует единственное разложение
на простые множители:
,
где
p1, p2, ..., pk
–
простые числа, а
| | Единственность разложения понимается с точностью до порядка следования сомножителей. Например Если сказано, что простые числа расположены в порядке возрастания, то данная оговорка не нужна. |
О п р е д е л е н и е. 1) Общим делителем целых чисел а1
, а
2
,
..., а
n
называется целое число
d
,
такое, что
a1 : d,
а2 : d, ...,
аn : d. 2)
Наибольшим общим делителем
целых чисел а
1
, а
2
,
..., а
n
называется такой положительный общий делитель чисел а
1
, а
2
,
..., а
n
,
который делится на любой другой общий делитель этих чисел.
| | Наибольший общий делитель – это наибольший из их общих делителей. |
Обозначается: d = (а
1
, а
2
,
..., а
n
).
Наибольший общий делитель целых чисел а и b может быть найден с помощью алгоритма Евклида, в основе которого лежит теорема о делении с остатком. Последний, отличный от нуля, остаток и будет наибольшим общим делителем чисел а и b.
П р и м е р. Найти НОД чисел 1173 и 323. Последовательным делением находим:
1173 = 323´3 + 204;
323=204´1+119;
204=119´1+85;
119=85´1+34;
85=34´2+17;
34=17´2;
так что (1173, 323) = 17.
О п р е д е л е н и е. Наименьшим общим кратным целых чисел а1
, а
2
,
..., а
n
,
отличных от нуля, называется наименьшее положительное число, кратное всем этим числам.
| | Наименьшее общее кратное – это наименьшее из их общих кратных. |
Обозначают: m=[ а
1
, а
2
,
..., а
n].
Пусть а и b целые числа, тогда
П р и м е р. Найти HOK чисел 1173 и 323.
Т.к. (1173, 323) = 17, то [1173, 323] =
3.
Множество рациональных чисел. Система действительных чисел
Во множестве целых чисел выполняются операции сложения, вычитания и умножения, но не всегда выполняется операция деления. Расширяя множество Z так, чтобы эта операция была выполнима, получаем новое числовое множество - множество рациональных чисел Q, т.е. Q={r | r=
Z, n
¹
0}. Множество рациональных чисел можно еще определить как множество бесконечных периодических десятичных дробей.
| | Десятичная дробь k одна или несколько цифр (группа цифр) повторяются. |
Если же число нельзя представить в виде отношения двух целых чисел, то его называют иррациональным числом.
К необходимости введения понятия иррационального числа приводит рассмотрение многих задач, в частности - задачи измерения некоторых отрезков (например, длины диагонали квадрата со стороной, равной единице). Иррациональное число представляется непериодической бесконечной десятичной дробью. Например, рациональные числа
Иррациональные числа
| | Непериодическими бесконечными дробями также являются: 0,101001000100001..., |
Множество, состоящее из всех рациональных и всех иррациональных чисел, называется множеством действительных чисел R. Геометрически действительные числа изображаются точками числовой прямой. Отметим, что между множеством действительных чисел и множеством точек числовой прямой установлено взаимно однозначное соответствие.
| | Имеется в виду что каждой точке на прямой соответствует число из множества R, и наоборот, каждому числу из множества R соответствует точка на прямой. |
4.
Система комплексных чисел
Однако действительных чисел недостаточно для того, чтобы решить любое квадратное уравнение с действительными коэффициентами. Например, уравнение вида х2 + 1= 0 действительных корней не имеет. А это означает, что система действительных чисел нуждается в расширении.
О п р е д е л е н и е. Множество чисел вида а + bi,
а,
b
Î
R, i2 = -
1,
называется системой комплексных чисел С.
| | Подчеркнем, что в отличие от множества действительных чисел (R), множество комплексных чисел (С) с операциями определенными на нем не обладает свойством упорядоченности, так как имеется элемент |
а - действительная часть комплексного числа, bi - мнимая часть комплексного числа, i =
а +
bi называется алгебраической. Комплексное число z = а + bi равно нулю тогда и только тогда, когда а = 0 и b = 0. Два комплексных числа z1 = а1
+ b1i и z2 = а2
+
b2i называются равными, если а1
=
a2, и b1 = b2, в этом случае пишут: z1 =
z2.
Число
i и z =
-i будут взаимно сопряженными.
Арифметические действия над комплексными числами проводятся по следующим правилам. Пусть z1= а1+b1i z2= а2+b2i. Тогда:
П р и м е р ы. Выполнить действия:
1. (2 + 3i) + (8 - 5i) = 10 - 2i.
2. (-1 - i) - (2 + 3i) = -3 - 4i.
3. (10 - i)(2 + i) = 21+8i.
4.
Геометрически комплексные числа можно изображать точками плоскости, абсциссами которых служат действительные части, а ординатами - коэффициенты при мнимой единице. Таким образом, если z= a+bi, то на плоскости ХОУ это будет точка М(а, b). Так как любой вектор плоскости с началом в точке O(0,0) определяется координатами конца, то комплексные числа также изображают радиус – векторами (рис. 1).
Рис. 1
Кроме алгебраической формы комплексное число может быть записано с помощью тригонометрической формы. Введем следующие определения.
О п р е д е л е н и е. Модулем комплексного числа z
=
а+ b
i
называется арифметический квадратный корень из суммы квадратов его действительной части и коэффициента при
мнимой единице:
|z|
=
r
=
О п р е д е л е н и е. Аргументом комплексного числа z = а + bi
называется число
Возьмем на плоскости точку М(а, b
), пусть ей соответствует комплексное число z =
а
+
bi. Обозначим через j угол, который образует радиус – вектор ОМ с положительным направлением оси ОХ.
Из D ОМА (рис.2) AO = OMcosj, AM = ОМsinj, но ОМ=
а +
bi = rcosj + irsin
j = r(cosj
+
isin
j
).
Запись числа z = r(cos
j
+
isin
j
) называется тригонометрической формой комплексного числа.
С геометрической точки зрения, модуль комплексного числа представляет собой длину радиус-вектора, который это число изображает, а аргумент - это угол, который образует данный радиус-вектор с положительным направлением оси ОХ.
П р и м е р. Найти модуль, аргумент и записать число z = 1- i в тригонометрической форме.
Имеем r =
=
и
Используя тригонометрическую форму комплексного числа, умножение и деление комплексных чисел можно выполнять так: если
1
+
j
2
) + isin (j
1
+
j
2
)],
Операции же возведения в целую степень и извлечения корня удобнее проводить в тригонометрической форме. Так, для возведения в целую степень n комплексного числа z =
r(cosj
+
isinj
) известна формула Муавра:
zn
=
rn(cos
n
j
+
isin
n
j
).
| | Отметим, что возведение комплексных чисел в натуральную степень можно выполнять и в алгебраической форме, просто перемножая число само на себя или воспользовавшись биномом Ньютона. |
П р и м е р. Найти (2 + 2i)5.
Если z = 2 +2i, то r =
Для извлечения корня степени n Î N из комплексного числа z = =r(cos j
+ isin j ) используется следующая формула:
П р и м e p. Найти
Контрольные вопросы
После ознакомления с теоретическим материалом студентам предлагается ответить на несколько вопросов по данной теме. Это делается с целью закрепления нового материала и контроля его усвояемости. Форма ввода ответа на вопросы предполагает использование как классической кроудеровской системы, так и возможность ввода конструированного ответа, когда студент конструирует свой ответ из предложенных фрагментов. Система вопросов подбиралась с учетом следующих требований:
– широкий охват нового теоретического материала;
– разноплановость в смысле возможных вариантов ответов;
– отсутствие вопросов предполагающих ответы типа «да» – «нет» и ответов требующих пояснения.
Блок ответов на контрольные вопросы устроен таким образом, что дав ответ на первый вопрос, студенты могут перейти к последнему, затем вернуться назад и исправить первый ответ. Ответ, данный на вопрос, не исчезает, он остается доступным для редактирования и по прошествию некоторого времени. Во время ответа на вопросы доступ к теоретическому материалу не возможен. После получения ответов на все вопросы студентам предлагается закрыть сеанс ответов на вопросы и перейти к решению практических заданий. После этого момента вернуться к вопросам и что-либо исправить уже нельзя. По окончанию сеанса работы с учебником система проанализирует полученные ответы на предмет их правильности и полноты и выставит оценку по пятибальной шкале.
Ниже приводится схема вопросов предлагаемых студентам:
1. Дайте определение числового множества.
2. Какие числовые системы вам известны?
3. Какие принципы лежат в основе расширения числовых множеств?
4. Как определяется множество натуральных чисел?
5. Что собой представляет метод математической индукции?
6. Дайте определение множества целых чисел.
7. Какие основные факты теории целых чисел вам известны?
8. Как определяется множество рациональных чисел?
9. Дайте определение множества действительных чисел.
10. Дайте определение системы комплексных чисел.
11. Какие формы употребляются для записи комплексных чисел?
12. Какова геометрическая интерпретация комплексного числа, его модуля и аргумента?
13. Как умножаются, делятся и возводятся в степень комплексные числа, заданные в тригонометрической форме.
14. Как извлечь корень n-й степени из комплексного числа?
Каждый из вопросов предполагает только один правильный ответ, ответ, не совпадающий с правильным, считается неправильным.
После завершения ответов на вопросы студенты переходят к решению практических заданий.
Практические задания
Целью включения в учебник практических заданий являлось:
– выработка у студентов устойчивых навыков решения подобных заданий;
– закрепление на практике полученных теоретических знаний;
– оценка качества усвоения студентами нового материала;
– повторение и восстановление в памяти ранее изученного материала;
– выработка у студентов навыков компьютерного общения и самостоятельного решения задач в условиях ограниченного времени.
При подборе практических заданий учитывались следующие требования:
– всестороннее отражение в заданиях нового теоретического материала;
– сходность предлагаемых заданий с теми, что рассматривались ранее в виде решенных примеров;
– отсутствие примеров повышенной трудности или требующих нестандартного подхода;
– простота получаемых ответов и удобство их ввода и редактирования.
Ниже приводиться схема предлагаемых практических заданий:
1. По делимому а и остатку r найти делители b и соответствующие частные q, если:
а) a = 100; r = 6; б) а = 158; r = 37; в) a = 497; r = 16.
2. Найти наибольшее целое число, дающее при делении на b = 13 частное q = 17.
3. Найти НОД каждой из следующих систем чисел:
а) (120; 144); б) (424; 477); в) (299; 391; 667).
4. Найти НОК каждой из следующих систем чисел:
а) [120; 96]; б) [75; 114]; в) [118; 177;413].
5. Каким числом, рациональным или иррациональным, является значение выражения 8 - 5х при х = 0,6; 1,2; -3,4?
6.Среди чисел
7. Выполнить указанные действия:
а) (2 + 3i) (4 - 5i) + (2 - 3i) (4 + 5i); б)
8. Найти тригонометрическую форму комплексного числа:
а) i; б) -2; в) 1 + i; г)
9. Вычислить:
а)
10. Извлечь корни:
a)
11. Упростить:
а)
Предложенные задачи студенты решают у себя в тетради, а потом вводят полученные ответы в компьютер. По окончанию редактирования ответов студенты закрывают сеанс решения практических заданий и система переходит в режим оценки полученных ответов. После анализа выставляется оценка, которая показывается студенту и заносится в ведомость вместе с входными данными студента. Преподаватель, периодически просматривая ведомости (скажем, в конце дня) получает список всех студентов проходивших обучение в этот день и их оценки, может оперативно оценить успешность изложения темы и, если необходимо, принять меры по корректировке учебного процесса.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В этой дипломной работе рассматривалась тема разработки электронных обучающих систем на примере электронного учебника по математике. Сейчас, когда идет повсеместное внедрение средств новых информационных технологий в высшую школу и образовательный процесс вообще, остро ощущается нехватка программных средств. Для усиления эффективности этого процесса необходимо наличие развитого и многоцелевого программного обеспечения, на основе которого будут строится новые подходы к обучению с применением СНИТ. В этих условиях тема моей дипломной работы, предмет ее исследования представляется очень своевременным. Актуальность этого вопроса продиктована самой ситуацией на рынке программного обеспечения, когда есть люди готовые и стремящиеся внедрять новые программно-методические разработки, новые формы и методы обучения на практике, а несбалансированность российского рынка прикладного обеспечения не позволяет использовать целиком богатый потенциал, заложенный в СНИТ. Поэтому разработку компьютерного учебного пособия по математике, которое могло бы применятся в обучении студентов, считаю своей первостепенной задачей.
В данной дипломной работе передо мной были поставлены следующие цели:
– предоставить студентам, изучающим математику эффективное и легкодоступное средство обучения, которое включало бы в себя теоретический материал, вопросы и практические задания, и выполняло бы не только обучающую, но и контролирующую и оценивающую функции;
– провести анализ теоретического материала предлагаемого к компьютерной реализации с целью определения его пригодности к подобной реализации и степень ее эффективности;
– продолжить, и в чем то оживить, процесс внедрения средств новых информационных технологий в область преподавания математики, ускорить интеграцию математических и информационных дисциплин;
– предоставить нашему университету полноценное программное обеспечение, которое сможет применяться при обучении математике на младших курсах, и которым смогут пользоваться сотни студентов;
Для достижения поставленных целей и решения предложенной задачи мною, была проделана следующая работа:
– рассмотрено современная ситуация в процессе компьютеризации нашего общества и конкретно процесса образования в высшей школе;
– проведена классификация существующих на данный момент компьютерных обучающих систем по их назначению и целям применения в образовании;
– выделены основные условия успешного применения средств НИТ в учебном процессе;
– детально изучена методика создания компьютерных обучающих мультимедиа систем, которая была в дальнейшем использована при разработке собственного компьютерного приложения;
– рассмотрены принципы изложения информации с точки зрения современных теорий психологии и дизайна;
– досконально изучены наиболее популярные инструментальные средства разработки мультимедиа приложений: IBM LinkWay, Action 2.5, Multimedia ToolBook и среда программирования Borland Delphi 3.0;
– проведен сравнительный анализ этих инструментальных сред с целью выявления системы, наиболее отвечающей требованиям, предъявляемым при разработке учебника;
– проведен анализ теоретического материала предлагаемого к изучению студентам I курса отделения «информатика – иностранный язык» и выбран материал для первоочередной реализации в компьютерном учебнике;
– подобрана система контрольных вопросов для выявления уровня усвоения нового материала;
– подобрана система практических заданий предназначенных для закрепления изученного материала и выработке практических умений и навыков в решении подобных заданий;
– разработана система контекстно-вызываемых пояснений, призванная облегчить обучение студентов;
– разработан и реализован действующий фрагмент электронного учебника по математике, который может применяться при обучении студентов;
Практическую ценность своей работы вижу в том, что:
во-первых, мною был получен богатый опыт разработки обучающих компьютерных систем, в том числе освоены инструментальные средства разработки подобных систем;
во-вторых, и это главное, университет получит в свое распоряжение и сможет использовать в образовательном процессе новое электронное средство обучения – компьютерный учебник по математике.
В заключении хочется выразить свою благодарность моим научным руководителям Брановскому Юрию Сергеевичу и Рябогину Анатолию Константиновичу за практическую помощь в работе над электронным учебником и дипломным проектом.
ПРИЛОЖЕНИЕ А:
ТОЛКОВЫЙ СЛОВАРЬ СЛОВОСОЧЕТАНИЙ И ВЫРАЖЕНИЙ
База данных (БД) – именованная совокупность данных, которая отображает состояние объектов и их отношений в данной предметной области. БД обеспечивает использование одних и тех же данных в различных приложениях, допускает решение задач планирования, исследования, управления. Функционирование БД обеспечивается системой управления базами данных (СУБД).
База знаний (БЗ) – совокупность систематизированных основополагающих сведений, относящихся к определенной области знания, хранящихся в памяти ЭВМ, объем которых необходим и достаточен для решения заданного круга теоретических или практических задач. В системе управления БЗ используются методы искусственного интеллекта, специальные языки описания знаний, интеллектуальный интерфейс.
Видеокомпьютерная система – комплекс оборудования, позволяющий представлять пользователю различные виды воспринимаемой информации (текст, рисованная графика, видеофильм, движущиеся изображения, звук), обеспечивая ведение интерактивного диалога пользователя с системой.
Виртуальная реальность (VIRTUAL REALITY) - новая технология неконтактного информационного взаимодействия, реализующая с помощью комплексных мультимедиа – операционных сред иллюзию непосредственного вхождения и присутствия в реальном времени в стереоскопически представленном "экранном мире". Базовыми компонентами типичной системы "Виртуальная реальность" являются: перечни или списки с перечислением и описанием объектов, формирующих виртуальный мир, в субсистеме создания и управления объектами виртуального мира; субсистема, распознающая и оценивающая состояние объектов перечней и непрерывно создающая картину "местонахождения" пользователя относительно объектов виртуального мира; головной установочный дисплей (очки – телемониторы), в котором непрерывно представляются изменяющиеся картины "событий" виртуального мира; устройство с ручным управлением, реализованное в виде "информационной перчатки" или "спейс – болл", определяющее направление "перемещения" пользователя относительно объектов виртуального мира; устройство создания и передачи звука.
Инструментальное программное средство (ИПС) - программное средство, предназначенное для конструирования программных средств (систем) учебного назначения, подготовки или генерирования учебно – методических и организационных материалов, создания графических или музыкальных включений, сервисных "надстроек" программы. Наполнение ИПС предметным содержанием позволяет создавать различные типы ПС учебного назначения или ПС "смешанного" назначения. В монографии рассматриваются ИПС прикладного назначения: инструментальные системы, предназначенные для разработки автоматизированных систем контролирующего, консультирующего, тренингового назначения, позволяющие свести к минимуму "бумажное" предъявление учебного материала, заменяя его "экранным"; авторские программные системы, предназначенные для конструирования программных средств (систем) учебного назначения; системы компьютерного моделирования (демонстрационного, имитационного); программные среды со встроенными элементами технологии обучения, включающие как предметную среду, так и элементы педагогической технологии для ее изучения; инструментальные программные средства, обеспечивающие осуществление операций по систематизации учебной информации на основе использования системы обработки данных; экспертные системы учебного назначения как средство представления знаний, предназначенные для организации диалога между пользователем и системой, способной по требованию пользователя представить ход рассуждения при решении той или иной учебной задачи в виде, приемлемом для обучаемого. Наполнение ИПС предметным содержанием позволяет создавать различные типы ПС учебного назначения или ПС "смешанного" назначения, объединяющие в себе функциональное назначение различных типов.
Интерактивный диалог – взаимодействие пользователя с программной (программно – аппаратной) системой, характеризующееся в отличие от диалогового, предполагающего обмен текстовыми командами (запросами) и ответами (приглашениями), реализацией более развитых средств ведения диалога (например, возможность задавать вопросы в произвольной форме, с использованием "ключевого" слова, в форме с ограниченным набором символов); при этом обеспечивается возможность выбора вариантов содержания учебного материала, режима работы.
Информатизация образования – процесс обеспечения сферы образования методологией и практикой разработки и оптимального использования современных информационных технологий, ориентированных на реализацию психолого – педагогических целей обучения, воспитания. Этот процесс инициирует, во – первых, совершенствование механизмов управления системой образования на основе использования автоматизированных банков данных научно – педагогической информации, информационно – методических материалов, а также коммуникационных сетей; во – вторых, совершенствование методологии и стратегии отбора содержания, методов и организационных форм обучения, воспитания, соответствующих задачам развития личности обучаемого в современных условиях информатизации общества; в – третьих, создание методических систем обучения, ориентированных на развитие интеллектуального потенциала обучаемого, на формирование умений самостоятельно приобретать знания, осуществлять информационно – учебную, экспериментально – исследовательскую деятельность, разнообразные виды самостоятельной деятельности по обработке информации; в – четвертых, создание и использование компьютерных тестирующих, диагностирующих методик контроля и оценки уровня знаний обучаемых.
Информатизация общества – это глобальный социальный процесс, особенность которого состоит в том, что доминирующим видом деятельности в сфере общественного производства является сбор, накопление, продуцирование, обработка, хранение, передача и использование информации, осуществляемые на основе современных средств микропроцессорной и вычислительной техники, а также разнообразных средств информационного обмена.
Информационно – предметная среда со встроенными элементами технологии обучения - совокупность условий, способствующих возникновению и развитию процессов: активного информационного взаимодействия между преподавателем, обучаемым (обучаемыми) и СНИТ, ориентированного на выполнение разнообразных видов самостоятельной деятельности с объектами предметной среды, в том числе информационно – учебной, экспериментально – исследовательской деятельности, и осуществляемого оперированием компонентами CCO; функционирования организационных структур педагогического воздействия в рамках определенной технологии обучения. Информационно – предметная среда со встроенными элементами технологии обучения включает средства и технологии сбора, накопления, хранения, обработки, передачи учебной информации; средства представления и извлечения знаний; компоненты системы средств обучения, обеспечивая их взаимосвязь и функционирование организационных структур педагогического воздействия.
Информационно-учебная деятельность – это деятельность, основанная на информационном взаимодействии между обучаемым (обучаемыми), преподавателем и средствами новых информационных технологий, направленная на достижение учебных целей. При этом предполагается выполнение следующих видов деятельности: регистрация, сбор, накопление, хранение, обработка информации об изучаемых объектах, явлениях, процессах, в том числе реально протекающих, передача достаточно больших объемов информации, представленной в различной форме; интерактивный диалог – взаимодействие пользователя с программной (программно – аппаратной) системой, характеризующееся реализацией более развитых средств ведения диалога при обеспечении возможности выбора вариантов содержания учебного материала, режима работы; управление реальными объектами; управление отображением на экране моделей различных объектов, явлений, процессов, в том числе и реально протекающих; автоматизированный контроль (самоконтроль) результатов учебной деятельности, коррекция по результатам контроля, тренировка, тестирование.
Искусственный интеллект (ИИ) – искусственная (программная реализация) система, имитирующая решение человеком достаточно сложных задач в процессе его деятельности. Искусственный интеллект – направление современных научных исследований, сопровождающих и обуславливающих создание самих систем ИИ, разработанных на базе электронно – вычислительной, микропроцессорной техники и предназначенных для восприятия, обработки, хранения информации, а также формирования решений по целесообразному поведению в ситуациях, моделирующих состояния различных систем (например, природы, общества).
Компьютерная визуализация учебной информации: компьютерная визуализация изучаемого объекта - наглядное представление на экране ЭВМ объекта, его составных частей или их моделей, а при необходимости во всевозможных ракурсах, в деталях, с возможностью демонстрации внутренних взаимосвязей составных частей; компьютерная визуализация изучаемого процесса – наглядное представление на экране ЭВМ данного процесса или его модели, в том числе скрытого в реальном мире, а при необходимости – в развитии, во временном и пространственном движении, представление графической интерпретации исследуемой закономерности изучаемого процесса. Требование обеспечения компьютерной визуализации учебной информации, предъявляемой ППС, предполагает реализацию возможностей современных средств визуализации объектов, процессов, явлений (как реальных, так и "виртуальных"), а также их моделей, представление их в динамике развития, во временном и пространственном движении, с сохранением возможности диалогового общения с программой.
Контаминация – смешение, перетасовка информации, включающей текстовую, графическую, подвижные диаграммы, мультипликацию, видеоинформацию.
Мультимедиа-операционные среды, основанные на использовании технологии компакт – диска (CD – ROM), позволяют интегрировать аудиовизуальную информацию, представленную в различной форме (видеофильм, текст, графика, анимация, слайды, музыка), используя при этом возможности интерактивного диалога.
Технология Мультимедиа (Multimedia) – это совокупность приемов, методов,способов продуцирования, обработки, хранения, передачи аудиовизуальной информации, основанных на использовании технологии компакт – диска. Возможности систем Мультимедиа позволяют интегрировано представлять на экране компьютера любую аудиовизуальную информацию, реализуя интерактивный диалог пользователя с системой. При этом система обеспечивает возможность выбора по результатам анализа действий пользователя нужную линию развития представляемого сюжета или ситуации.
Объектно – ориентированные программные системы представляют собой программные системы, в основе которых лежит определенная модель объектного "мира пользователя".
Педагогическое программное средство (ППС) – программа, предназначенная для организации и поддержки учебного диалога пользователя с компьютером; функциональное назначение ППС – предоставлять учебную информацию и направлять обучение, учитывая индивидуальные возможности и предпочтения обучаемого. Как правило, ППС предполагают усвоение новой информации при наличии обратной связи пользователя с программой.
Представление знаний – способ формального выражения, представления всех видов знаний (представимых для машинной обработки), который используется для обработки знаний в системах искусственного интеллекта.
Программа прикладная – программа вычислительной машины: проблемная, функциональная, реализующая решение задачи, необходимой пользователю.
Программно – методическое обеспечение (ПМО) - учебно – воспитательного процесса – комплекс, в состав которого входят: программное средство учебного назначения или пакет программных средств учебного назначения; инструкция для пользователя программным средством учебного назначения или пакетом программных средств учебного назначения; описание методики (методические - рекомендации) по использованию программного средства учебного назначения или пакета программных средств учебного назначения.
Программное средство (ПС) учебного назначения – это программное средство, в котором отражается некоторая предметная область, в той или иной мере реализуется технология ее изучения, обеспечиваются условия для осуществления различных видов учебной деятельности. ПС учебного назначения предназначается для использования в учебно – воспитательном процессе, при подготовке, переподготовке и повышении квалификации кадров сферы образования, в целях развития личности обучаемого, интенсификации процесса обучения. Использование ПС учебного назначения ориентировано на: решение определенной учебной проблемы, требующей ее изучения и (или) разрешения (проблемно-ориентированные ПС); осуществление некоторой деятельности с объектной средой (объектно – ориентированные
ПС); осуществление деятельности в некоторой предметной среде (предметно – ориентированные ПС).
Средства информатизации образования – это средства новых информационных технологий совместно (используемые вместе) с учебно – методическими, нормативно – техническими и организационно – инструктивными материалами, обеспечивающими реализацию оптимальной технологии их педагогически целесообразного использования.
Средства новых информационных технологий (СНИТ) – программно – аппаратные средства и устройства, функционирующие на базе микропроцессорной, вычислительной техники, а также современных средств и систем информационного обмена, обеспечивающие операции по сбору, продуцированию, накоплению, хранению, обработке, передаче информации. К СНИТ относятся: ПЭВМ; комплекты терминального оборудования для ЭВМ всех классов, локальные вычислительные сети, устройства ввода – вывода информации, средства ввода и манипулирования текстовой и графической информацией, средства архивного хранения больших объемов информации и другое периферийное оборудование современных ЭВМ; устройства для преобразования данных из графической или звуковой формы представления данных в цифровую и обратно; средства и устройства - манипулирования аудиовизуальной информацией (на базе технологии Мультимедиа или систем "Виртуальная реальность"); современные средства связи; системы искусственного интеллекта; системы машинной графики, программные комплексы (языки программирования, трансляторы, компиляторы, операционные системы, пакеты прикладных программ и пр.) и др.
Учебное, демонстрационное оборудование, сопрягаемое с ЭВМ, обеспечивает: управление с помощью компьютера объектами реальной действительности; сбор, обработку, передачу информации о реально протекающем процессе; визуализацию изучаемых закономерностей; автоматизацию процессов обработки результатов учебного эксперимента; графические построения. Состав учебного, демонстрационного оборудования, функционирующего на базе СНИТ: учебные роботы, управляемые ЭВМ, имитирующие промышленные устройства и механизмы; электронные конструкторы; комплект датчиков и устройств, обеспечивающих получение информации о регулируемом физическом параметре или процессе; средства пространственного ввода и манипулирования текстовой и графической информацией.
Формализация знаний – представление знаний в формализованной структуре средствами математической логики. Построение логических исчислений в математической логике позволяет применить ее средства к формализации целых областей науки. При этом области знания, формализованные средствами математической логики, приобретают вид формальных систем.
Экспертная обучающая система (ЭОС) является средством представления знаний, организует диалог пользователя с системой, обеспечивает: пояснение стратегии и тактики решения задач изучаемой предметной области; контроль уровня знаний, умений и навыков с диагностикой ошибок по результатам обучения и оценкой достоверности контроля; автоматизацию процесса управления самой системой в целом.
Экспертные системы (ЭС) – класс систем искусственного интеллекта, предназначенных для получения, накопления, корректировки знания, предоставляемого экспертами из некоторой предметной области, для получения нового знания, позволяющего решать определенные задачи, относящиеся к классу неформализованных, слабоструктурированных, объясняя ход их решения. Экспертные системы ориентированы на использование неформальных знаний, например, в таких областях, как медицина, геология, фармакология, образование и т.п.
Список использованной литературы:
1. Борк A "История" новых технологий в образовании / Российский открытый университет - М., 1990.
2. Брановский Ю.С. Введение в педагогическую информатику. - Ставрополь: СГПУ, 1995.
3. Выявление экспертных знаний / О.И. Ларичев, А.И. Мечитов, Е.М. Мошкович, Е.М. Фуремс. - М.: Наука, 1989.
4. Инструментальные средства для конструирования программных средств учебного назначения: (Обзор) / Институт проблем информатики АН CCCP; (Отв. ред.: Г.Л. Кулешова). - М., 1990.
5. Интеллектуализация ЭВМ / (E.C. Кузин, А.И. Ройтман, И.Б. Фоминых, Г.К. Хахалин). - М.: Высшая школа, 1989.
6. Информационная технология: Вопросы развития и применения. - Киев: Наук. думка, 1988.
7. Концепция информатизации образования // Информатика и образование. - 1990. - № 1.
8. Концепция использования новых информационных технологий в организационно-методическом обеспечении учебного заведения / Российский Центр информатизации образования - М., 1992.
9. Кузнецов А.А. Сергеева Т.А. Компьютерная программа и дидактика // Информатика и образование. - 1986. - N 2.
10.Куликова М.Ф., Михалюк Э.В., Введение в математику: Методическое пособие. - Ставрополь: Издательство СГУ, 1996.
11.Куприенко В.Д., Мещерин И.В. Педагогические программные средства: Методические рекомендации для разработчиков ППС. / Омский ГПИ им. А.М. Горького. - Омск, 1991.
12.Материалы IV Международной конференции "Применение новых компьютерных технологий в образовании" (Троицк, 24 - 26 июня 1993 г.) / - Троицк, 1993.
13.Методические рекомендации по проектированию обучающих программ / Институт психологии Министерства просвещения УССР; - Киев, 1986.
14.Методические рекомендации по созданию и использованию педагогических программных средств: (Сб. ст.) / НИИ средств обучения АПН CCCP - М., 1991.
15.Мирская А, Сергеева Т. Обучающие программы оценивает практика // Информатика и образование. 1987. - 6.
16.Нильсон Н. Принципы искусственного интеллекта: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1985.
17.Основы информатики н вычислительной техники: Методические рекомендации для слушателей / НИИ школьного оборудования и технических средств обучения АПН CCCP - М., 1988.
18.Периферийное оборудование комплекта учебной вычислительной техники и демонстрационное оборудование кабинета вычислительной техники / НИИ школьного оборудования и технических средств обучения АПН СССР - М., 1989.
19.Положение о порядке аттестации и сертификации педагогического программного продукта (ППП): Методические рекомендации / Российский центр информатизации образования. - M., 1992.
20.Представление и использование знаний / Под редакцией Х. Уэно, М. Исидзука. - М.: Мир, 1989.
21.Рубенкинг Нейл Дж. Delphi 3 для «чайников». - Киев, Диалектика, 1997.
22.Свириденко С.С. Современные информационные технологии. - М.: Радио и связь, 1989.
23.Словарь по кибернетике / Под редакцией В.С. Михалевича. - Киев, 1989.
24.Соломатин Н.М. Информационные семантические системы. - М.: Высшая школа, 1989.
25.Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM РС / Под редакцией У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. - М.: Мир, 1992.
26.Терминологический словарь по основам информатики и вычислительной техники / А.П. Ершов, Н.М. Шанский, А.П. Окунева, Н.В. Баско. - М.: Просвещение, 1991.
27.Технология сертификации программных средств учебного назначения (ПС УН) / Рос. центр информатизации образования (РОСЦИО) / Под редакцией А.И. Галкина, В.К. Мороз. - М., 1993.
28.Тодд Миллер, Дэвид Пауэл. Использование Delphi 3 / специальное издание. - М.-Киев, Диалектика, 1997.
29.Уваров A.IO. Компьютерная коммуникация в учебном процессе // Педагогическая информатика. - 1993. - № 1.
30.Хейес-Рот Ф., Уотермен Д., Ленат Д. Построение экспертных систем. - М.: Мир, 1987.
31.Цивенков Ю.М., Семенов Е.Ю. Компьютеризация в образовании развитых капиталистических стран: (Средства обучения в высшей школе) НИИ Высшая школа - М., 1989.
32.Экспертные системы: Принципы работы и примеры / Под редакцией Р. Форсайта. - М.: Радио и связь, 1987.
Компьютерная визуализация учебной информации: компьютерная визуализация изучаемого объекта - наглядное представление на экране ЭВМ объекта, его составных частей или их моделей, а при необходимости во всевозможных ракурсах, в деталях, с возможностью демонстрации внутренних взаимосвязей составных частей; компьютерная визуализация изучаемого процесса – наглядное представление на экране ЭВМ данного процесса или его модели, в том числе скрытого в реальном мире, а при необходимости – в развитии, во временном и пространственном движении, представление графической интерпретации исследуемой закономерности изучаемого процесса. Требование обеспечения компьютерной визуализации учебной информации, предъявляемой ППС, предполагает реализацию возможностей современных средств визуализации объектов, процессов, явлений (как реальных, так и "виртуальных"), а также их моделей, представление их в динамике развития, во временном и пространственном движении, с сохранением возможности диалогового общения с программой.
Контаминация – смешение, перетасовка информации, включающей текстовую, графическую, подвижные диаграммы, мультипликацию, видеоинформацию.
Мультимедиа-операционные среды, основанные на использовании технологии компакт – диска (CD – ROM), позволяют интегрировать аудиовизуальную информацию, представленную в различной форме (видеофильм, текст, графика, анимация, слайды, музыка), используя при этом возможности интерактивного диалога.
Технология Мультимедиа (Multimedia) – это совокупность приемов, методов,способов продуцирования, обработки, хранения, передачи аудиовизуальной информации, основанных на использовании технологии компакт – диска. Возможности систем Мультимедиа позволяют интегрировано представлять на экране компьютера любую аудиовизуальную информацию, реализуя интерактивный диалог пользователя с системой. При этом система обеспечивает возможность выбора по результатам анализа действий пользователя нужную линию развития представляемого сюжета или ситуации.
Объектно – ориентированные программные системы представляют собой программные системы, в основе которых лежит определенная модель объектного "мира пользователя".
Педагогическое программное средство (ППС) – программа, предназначенная для организации и поддержки учебного диалога пользователя с компьютером; функциональное назначение ППС – предоставлять учебную информацию и направлять обучение, учитывая индивидуальные возможности и предпочтения обучаемого. Как правило, ППС предполагают усвоение новой информации при наличии обратной связи пользователя с программой.
Представление знаний – способ формального выражения, представления всех видов знаний (представимых для машинной обработки), который используется для обработки знаний в системах искусственного интеллекта.
Программа прикладная – программа вычислительной машины: проблемная, функциональная, реализующая решение задачи, необходимой пользователю.
Программно – методическое обеспечение (ПМО) - учебно – воспитательного процесса – комплекс, в состав которого входят: программное средство учебного назначения или пакет программных средств учебного назначения; инструкция для пользователя программным средством учебного назначения или пакетом программных средств учебного назначения; описание методики (методические - рекомендации) по использованию программного средства учебного назначения или пакета программных средств учебного назначения.
Программное средство (ПС) учебного назначения – это программное средство, в котором отражается некоторая предметная область, в той или иной мере реализуется технология ее изучения, обеспечиваются условия для осуществления различных видов учебной деятельности. ПС учебного назначения предназначается для использования в учебно – воспитательном процессе, при подготовке, переподготовке и повышении квалификации кадров сферы образования, в целях развития личности обучаемого, интенсификации процесса обучения. Использование ПС учебного назначения ориентировано на: решение определенной учебной проблемы, требующей ее изучения и (или) разрешения (проблемно-ориентированные ПС); осуществление некоторой деятельности с объектной средой (объектно – ориентированные
ПС); осуществление деятельности в некоторой предметной среде (предметно – ориентированные ПС).
Средства информатизации образования – это средства новых информационных технологий совместно (используемые вместе) с учебно – методическими, нормативно – техническими и организационно – инструктивными материалами, обеспечивающими реализацию оптимальной технологии их педагогически целесообразного использования.
Средства новых информационных технологий (СНИТ) – программно – аппаратные средства и устройства, функционирующие на базе микропроцессорной, вычислительной техники, а также современных средств и систем информационного обмена, обеспечивающие операции по сбору, продуцированию, накоплению, хранению, обработке, передаче информации. К СНИТ относятся: ПЭВМ; комплекты терминального оборудования для ЭВМ всех классов, локальные вычислительные сети, устройства ввода – вывода информации, средства ввода и манипулирования текстовой и графической информацией, средства архивного хранения больших объемов информации и другое периферийное оборудование современных ЭВМ; устройства для преобразования данных из графической или звуковой формы представления данных в цифровую и обратно; средства и устройства - манипулирования аудиовизуальной информацией (на базе технологии Мультимедиа или систем "Виртуальная реальность"); современные средства связи; системы искусственного интеллекта; системы машинной графики, программные комплексы (языки программирования, трансляторы, компиляторы, операционные системы, пакеты прикладных программ и пр.) и др.
Учебное, демонстрационное оборудование, сопрягаемое с ЭВМ, обеспечивает: управление с помощью компьютера объектами реальной действительности; сбор, обработку, передачу информации о реально протекающем процессе; визуализацию изучаемых закономерностей; автоматизацию процессов обработки результатов учебного эксперимента; графические построения. Состав учебного, демонстрационного оборудования, функционирующего на базе СНИТ: учебные роботы, управляемые ЭВМ, имитирующие промышленные устройства и механизмы; электронные конструкторы; комплект датчиков и устройств, обеспечивающих получение информации о регулируемом физическом параметре или процессе; средства пространственного ввода и манипулирования текстовой и графической информацией.
Формализация знаний – представление знаний в формализованной структуре средствами математической логики. Построение логических исчислений в математической логике позволяет применить ее средства к формализации целых областей науки. При этом области знания, формализованные средствами математической логики, приобретают вид формальных систем.
Экспертная обучающая система (ЭОС) является средством представления знаний, организует диалог пользователя с системой, обеспечивает: пояснение стратегии и тактики решения задач изучаемой предметной области; контроль уровня знаний, умений и навыков с диагностикой ошибок по результатам обучения и оценкой достоверности контроля; автоматизацию процесса управления самой системой в целом.
Экспертные системы (ЭС) – класс систем искусственного интеллекта, предназначенных для получения, накопления, корректировки знания, предоставляемого экспертами из некоторой предметной области, для получения нового знания, позволяющего решать определенные задачи, относящиеся к классу неформализованных, слабоструктурированных, объясняя ход их решения. Экспертные системы ориентированы на использование неформальных знаний, например, в таких областях, как медицина, геология, фармакология, образование и т.п.
Список использованной литературы:
1. Борк A "История" новых технологий в образовании / Российский открытый университет - М., 1990.
2. Брановский Ю.С. Введение в педагогическую информатику. - Ставрополь: СГПУ, 1995.
3. Выявление экспертных знаний / О.И. Ларичев, А.И. Мечитов, Е.М. Мошкович, Е.М. Фуремс. - М.: Наука, 1989.
4. Инструментальные средства для конструирования программных средств учебного назначения: (Обзор) / Институт проблем информатики АН CCCP; (Отв. ред.: Г.Л. Кулешова). - М., 1990.
5. Интеллектуализация ЭВМ / (E.C. Кузин, А.И. Ройтман, И.Б. Фоминых, Г.К. Хахалин). - М.: Высшая школа, 1989.
6. Информационная технология: Вопросы развития и применения. - Киев: Наук. думка, 1988.
7. Концепция информатизации образования // Информатика и образование. - 1990. - № 1.
8. Концепция использования новых информационных технологий в организационно-методическом обеспечении учебного заведения / Российский Центр информатизации образования - М., 1992.
9. Кузнецов А.А. Сергеева Т.А. Компьютерная программа и дидактика // Информатика и образование. - 1986. - N 2.
10.Куликова М.Ф., Михалюк Э.В., Введение в математику: Методическое пособие. - Ставрополь: Издательство СГУ, 1996.
11.Куприенко В.Д., Мещерин И.В. Педагогические программные средства: Методические рекомендации для разработчиков ППС. / Омский ГПИ им. А.М. Горького. - Омск, 1991.
12.Материалы IV Международной конференции "Применение новых компьютерных технологий в образовании" (Троицк, 24 - 26 июня 1993 г.) / - Троицк, 1993.
13.Методические рекомендации по проектированию обучающих программ / Институт психологии Министерства просвещения УССР; - Киев, 1986.
14.Методические рекомендации по созданию и использованию педагогических программных средств: (Сб. ст.) / НИИ средств обучения АПН CCCP - М., 1991.
15.Мирская А, Сергеева Т. Обучающие программы оценивает практика // Информатика и образование. 1987. - 6.
16.Нильсон Н. Принципы искусственного интеллекта: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1985.
17.Основы информатики н вычислительной техники: Методические рекомендации для слушателей / НИИ школьного оборудования и технических средств обучения АПН CCCP - М., 1988.
18.Периферийное оборудование комплекта учебной вычислительной техники и демонстрационное оборудование кабинета вычислительной техники / НИИ школьного оборудования и технических средств обучения АПН СССР - М., 1989.
19.Положение о порядке аттестации и сертификации педагогического программного продукта (ППП): Методические рекомендации / Российский центр информатизации образования. - M., 1992.
20.Представление и использование знаний / Под редакцией Х. Уэно, М. Исидзука. - М.: Мир, 1989.
21.Рубенкинг Нейл Дж. Delphi 3 для «чайников». - Киев, Диалектика, 1997.
22.Свириденко С.С. Современные информационные технологии. - М.: Радио и связь, 1989.
23.Словарь по кибернетике / Под редакцией В.С. Михалевича. - Киев, 1989.
24.Соломатин Н.М. Информационные семантические системы. - М.: Высшая школа, 1989.
25.Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM РС / Под редакцией У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. - М.: Мир, 1992.
26.Терминологический словарь по основам информатики и вычислительной техники / А.П. Ершов, Н.М. Шанский, А.П. Окунева, Н.В. Баско. - М.: Просвещение, 1991.
27.Технология сертификации программных средств учебного назначения (ПС УН) / Рос. центр информатизации образования (РОСЦИО) / Под редакцией А.И. Галкина, В.К. Мороз. - М., 1993.
28.Тодд Миллер, Дэвид Пауэл. Использование Delphi 3 / специальное издание. - М.-Киев, Диалектика, 1997.
29.Уваров A.IO. Компьютерная коммуникация в учебном процессе // Педагогическая информатика. - 1993. - № 1.
30.Хейес-Рот Ф., Уотермен Д., Ленат Д. Построение экспертных систем. - М.: Мир, 1987.
31.Цивенков Ю.М., Семенов Е.Ю. Компьютеризация в образовании развитых капиталистических стран: (Средства обучения в высшей школе) НИИ Высшая школа - М., 1989.
32.Экспертные системы: Принципы работы и примеры / Под редакцией Р. Форсайта. - М.: Радио и связь, 1987.
