Разработка электронного учебного пособия по информатике

метки: Разработка, Информатика, Модель, Рисунок, Электронный, Учебник, Метод, Система

В настоящее время компьютеров, мобильных средств связи, Интернета и высоких технологий все более актуальным становится использование в сфере образования электронных обучающих средств. Электронный учебник скоро заменит ресурсы на бумажных носителях.

Электронное учебное пособие — это совокупность обучающих, контролирующих, моделирующих и других программных средств, в которые включено основное научное и методическое содержание учебной дисциплины. Он может с успехом дополнить обычный учебник и особенно полезен в тех случаях, когда мгновенно дает результаты проверочных или контрольных работ, дает возможность быстро найти необходимую информацию, намного быстрее, чем это можно сделать в обычных учебниках, включает иллюстрации, видеофрагменты, аудиозаписи, модели различных процессов, предоставляет возможность каждому учащемуся обучаться в удобном и подходящем ему темпе, проверить знания по той или иной теме.

Все это могут дать современные мультимедиа технологии, обладающие гибкостью, многофункциональностью, ну и, конечно, качеством учебного материала, о чем должны помнить их разработчики. Электронный учебник также предоставляет возможность дистанционного обучения, что так важно и актуально сегодня.

К недостаткам электронных средств обучения можно отнести отсутствие достаточно хорошей эргономичности монитора как средства восприятия информации и более высокую стоимость по сравнению с книгой, так как хороший электронный учебник требует огромных сил разработчиков и большие временные затраты.[1]

Однако, несмотря на недостатки электронных учебных пособий, они бесспорно являются очень сильным средством повышения качества усвоения информации и обучения.

Книги в переплетах, однообразные лекции, мел и доска без использования технических средств давно исчерпали свои возможности и неинтересны детям. Растущий уровень использования компьютеров, планшетов, интерактивных досок и др. позволяет автоматизировать, упростить сложную процедуру, которую используют учителя при создании методических пособий. Использование новейших технологий в обучении должно идти в ногу с ускоряющимся темпом информатизации и технических достижений, а также отвечать потребностям личности обучаемого.[2]

Целью выполнения дипломной работы является разработка электронного учебного пособия по информатике, раздел компьютерное моделирование.

Использование интерактивных средств в процессе обучения младших школьников

... не только новые технические средства, но и новые формы и методы преподавания, новый подход к процессу обучения. Использование интерактивных технологий в образовательном процессе дает возможность справиться с определенными трудностями, ...

Для достижения цели проекта поставлены следующие задачи :

• ь изучить литературу о разработке электронных учебных пособий, что они должны в себя включать, какими качественными характеристиками должны обладать;
• рассмотреть различные информационные источники по современным языкам программирования и средствам разработки программного обеспечения;

ь выбрать из всех компьютерных средств наиболее подходящие для создания электронного учебного пособия, которое должно обладать следующими характеристиками и функциями:

1. пособие должно включать исчерпывающий теоретический материал по выбранной теме «Информатика. Компьютерное моделирование.» в соответствии с общеобразовательной школьной программой;

2. в нем должны присутствовать система основных теоретических понятий, вопросы и практические задания, лабораторный практикум с понятным объяснением и алгоритмом выполнения лабораторных работ;

3. пособие должно содержать автоматизированное средство для самопроверки знаний, дающее мгновенный результат, которое также может использовать учитель на уроке как средство контроля, желательно, чтобы вопросы контроля были разных типов — открытые, закрытые, с несколькими вариантами ответов, чтобы их можно было менять и распределять по нескольким вариантам;

4. учебник должен иметь привлекательный внешний вид, соответствовать единому стилю, иметь логичную внутреннюю структуру, позволять быстро найти необходимую информацию, быть удобным, простым и приятным в использовании для учеников средней школы, а также подходить индивидуально к процессу обучения каждого конкретного учащегося.

ь необходимо также изучить алгоритмические структуры, систему команд, функций и процедур выбранного языка программирования;

— ь и, наконец, разработать программное средство, соответствующее вышеперечисленным характеристикам и функциям.

ГЛАВА 1. ИНФОРМАЦИОННОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

• информационный пользовательский интерфейс программирование

1.1 Построение и исследование информационных моделей

Для разработки электронного учебного пособия по моделированию, прежде всего, необходимо изучить, систематизировать, классифицировать, выбрать главное из различных информационных источников и ресурсов по данной теме. Остановимся подробнее на теоретических основах моделирования.

Окружающий мир состоит из огромного числа объектов, обладающих разнообразными свойствами. Они взаимодействуют между собой, выстраивая связи и системы. Система состоит из объектов, которые называются ее элементами.

Важным признаком системы является её целостное функционирование. Система представляет собой не набор отдельных элементов, а их совокупность и взаимосвязь.

Система остается целостной под воздействием различных внешних факторов и внутренних преобразований, пока она сохраняет свою структуру. Если структура системы меняется (например, удаляется или изменяется один из элементов), то система может перестать функционировать как целое.

Моделирование — это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.

Модель — это объект, который отражает существенные с точки зрения цели проводимого исследования (цели моделирования) свойства изучаемого объекта, явления или процесса.

Автоматизированные системы управления непроизводственными объектами: ...

... Объектом данной работы будет являться изучение автоматизированных систем управления непроизводственными объектами. Предмет исследования — автоматизированные охранные системы, ... информационный параметр, изменение которого изменяет смысл информации, содержавшейся в сообщении.[16] Нейронные сети — новая модель ... отбора лучших методов проектирования, производства и управления. Исследовательская — ...

Статические информационные модели.

Любая система существует в пространстве и времени. В каждый момент времени система находится в определённом состоянии, которое характеризуется составом элементов, значениями их свойств, величиной и характером взаимодействия между элементами и т.д.

Модели, описывающие состояние системы в определённый момент времени, называются статическими информационными моделями.

В физике примером статических информационных моделей являются модели, описывающие простые механизмы, в биологии — модели строения растений и животных, в химии — модели строения молекул и кристаллических решёток.

Динамические информационные модели.

Состояние систем изменяется во времени, т.е. происходят процессы изменения и развития систем.

Модели, описывающие процессы изменения и развития систем, называются динамическими информационными моделями.

В физике динамические информационные модели описывают движение тел, в биологии — развитие организмов или популяции животных, в химии — процессы прохождения химических реакций.

Материальные модели и информационные модели

Различают два класса моделей: материальные и информационные модели.

Предметные или материальные модели воспроизводят геометрические, физические и другие свойства объектов в материальной форме (глобус, муляжи овощей и фруктов, модели молекул, макеты строений и сооружений и др.).

Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или в знаковой форме.

Образные модели (картины, фотографии и др.) представляют собой зрительные образы объектов, изображенные на каком-либо носителе информации (бумаге, фото и киноплёнке и др.).

Широко применяются образные информационные модели в образовании (учебные схемы, демонстрационные пособия, географические карты) и науке, где требуется классификация объектов по их внешним признакам (ботанике, биологии, палеонтологии и др.).

Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем).

Знаковая информационная модель может быть представлена в форме текста, формулы, таблицы и т.д.

Иногда при построении знаковых информационных моделей используются одновременно несколько различных языков. Например, глобус, графики, диаграммы и др. Во всех моделях используются одновременно как язык графических элементов, так и символьный язык.

Алгоритм как информационная модель.

Алгоритмы лежат в основе современных информационных технологий. Алгоритм является информационной моделью процесса решения задачи. Исполнитель алгоритма выполняет алгоритм формально, не вникая в содержание поставленной задачи.

Человек при разработке и исполнении алгоритмов использует язык блок-схем. Блок-схема позволяет сделать алгоритм более наглядным и выделить в нём основные алгоритмические структуры (линейная, ветвление, цикл и др.).

По блок-схеме можно легко проследить выполнение алгоритма, т.к. элементы блок-схем соединены стрелками, указывающими последовательность действий.

Формализация. Естественные языки используются для создания описательных информационных моделей.

С помощью формальных языков строятся формальные информационные модели(математические, логические и др.).

Одним из наиболее широко используемых формальных языков является язык математических формул. Такие модели называются математическими моделями.

Язык алгебры позволяет формализовать функциональные зависимости между величинами. Язык алгебры логики (алгебры высказываний) позволяет строить формальные логические модели.

Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией.

Визуализация формальных моделей.

В процессе исследования формальных моделей часто производится их визуализация. Для визуализации алгоритмов используются блок-схемы, пространственные соотношения между объектами — чертежи, модели электрических цепей — электрические схемы, логические модели устройств — логические схемы и т.д. [17]

Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере

Использование компьютера для исследования информационных моделей различных объектов и систем позволяет изучить их измерения в зависимости от значения тех или иных параметров. Процесс разработки моделей и их исследование на компьютере можно разделить на несколько этапов.

Описательная информационная модель.

На первом этапе исследования объекта или процесса обычно строится описательная информационная модель. Такая модель выделяет существенные с точки зрения целей проводимого исследования параметры объекта, а несущественными параметрами пренебрегает.

Формализованная модель.

На втором этапе создаётся формализованная модель, т.е. описательная информационная модель записывается с помощью какого-либо формального языка. В такой модели с помощью формул, уравнений, неравенств и т.д. фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств.

Компьютерная модель.

На третьем этапе необходимо формализованную информационную модель преобразовать в компьютерную модель, т.е. выразить её на понятном для компьютера языке. Существуют два способа построения компьютерной модели:

1. Разработка компьютерной программы на одном из языков программирования;

2. Построение модели с использованием какого-либо приложения, например электронных таблиц.

В процессе создания компьютерной модели полезно разработать удобный графический интерфейс, который позволит визуализировать формальную модель, а также реализовать интерактивный диалог человека с компьютером на этапе исследования модели.

Компьютерный эксперимент.

Четвёртый этап исследования информационной модели состоит в проведении компьютерного эксперимента. Если компьютерная модель существует в виде программы на одном из языков программирования, её нужно запустить на выполнение и получить результаты. Если компьютерная модель исследуется в приложении, например, в электронных таблицах, можно провести сортировку или поиск данных, построить диаграмму или график.

Анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели.

Пятый этап состоит в анализе полученных результатов и корректировке исследуемой модели. В случае различия результатов, полученных при исследовании информационной модели, с измеряемыми параметрами реальных объектов, можно сделать вывод, что на предыдущих этапах построения модели были допущены ошибки или неточности.

1.2 Информационные модели: описательные и формальные

Когда мы слышим слово «модель» и «моделирование», нам представляются картинки из детства: уменьшенные копии автомобилей и самолетов, глобус, манекен, макеты зданий… Эти и многие другие вещи часто отражают какие-то общие свойства или функции настоящих предметов или объектов, только в более упрощенном виде. Используя такие модели, можно проще объяснить особенности оригинала.

Информационная модель, примеры которой наглядно и понятно объясняют многие сложные для понимания процессы, также подчиняется основным требованиям моделирования

Описательные информационные модели— это модели, созданные на естественном языке (то есть на любом языке общения между людьми: английском, русском, китайском, испанском и т. п.) в устной или письменной форме.

Формальные информационные модели— это модели, созданные на формальном языке (то есть научном, профессиональном или специализированном).

Примеры формальных моделей: все виды формул, таблицы, графы, карты, схемы и т. д.

Одним из наиболее часто используемых типов информационных моделей является таблица, которая состоит из столбцов и строк. Такой тип моделей применяется для описания ряда объектов, обладающих одинаковыми наборами свойств. С помощью таблиц могут быть построены как статические, так и динамические информационные модели в различных предметных областях. Широко известно табличное представление математических функций, статистических данных, расписаний поездов и самолетов, уроков и так далее.

В табличной информационной модели обычно перечень объектов размещен в ячейках первого столбца таблицы, а значения их свойств — в других столбцах. Иногда используется другой вариант размещения данных в табличной модели, когда перечень объектов размещается в первой строке таблицы, а значения их свойств — в последующих строках. Подобным образом организованы таблицы истинности логических функций, одна из которых представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Таблица истинности логических функций

Таблица типа «объект-свойство»: в одной строке содержится информация об одном объекте или одном событии. Таблица типа «объект-объект»: отражает взаимосвязи между разными объектами. Таблица типа «двойная матрица»: отражает качественный характер связи между объектами (рисунок 2).

Таблица типа «объект-свойство»

Дата	осадки	Темп
15.03	снег	— 15
16.03	дождь	— 20

Таблица типа «объект-объект»

Ученик	русский	Алгебра
Иванов	4	4
Сидоров	5	3

Таблица типа «двойная матрица»

	1	2
1	1	2
2	2	4

Рисунок 2. Примеры табличных моделей

В процессе классификации объектов часто строятся информационные модели, которые имеют иерархическую структуру. В иерархической информационной модели объекты распределены по уровням. Элементы высокого уровня состоят из элементов нижнего уровня, а элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента более высокого уровня.

В биологии весь животный мир рассматривается как иерархическая система (тип, класс, отряд, семейство, род, вид), в информатике используется иерархическая файловая система и так далее (рисунок 3).

Рисунок 3. Компьютерная файловая система

Другие примеры иерархических моделей приведены на рисунке 4.

Рисунок 4. Примеры иерархических моделей

Сетевые информационные модели применяются для отражения систем со сложной структурой, в которых связи между элементами имеют произвольный характер.

Сетевая модель — граф, в котором вершины различных уровней связаны между собой по принципу «многие-ко-многим».

Например, различные региональные части глобальной компьютерной сети Интернет связаны между собой высокоскоростными линиями связи. При этом некоторые части могут иметь прямые связи со всеми региональными частями (см. рисунок 5).

Рисунок 5. Примеры сетевых моделей

Рассмотрим некоторые примеры моделей, созданных в компьютерных программах. На рисунке 6 представлен интерактивный кроссворд на знание английского языка, дающий мгновенный результат и оценку.

Рисунок 6. Интерактивный кроссворд по английскому языку

Программа, которая строит графики дробно-рациональных функций и их асимптоты представлена на рисунке 7.

Рисунок 7. Построение графиков и их асимптот

Широко применяются в инженерии компьютерные программы 3D моделирования. На рисунке 8показаны 3D модели, построенные с помощью программы Creo.

Рисунок 8. Примеры 3D моделей

Задача линейного программирования на нахождение оптимального плана предприятия или организации легко решается с помощью редактора электронных таблиц MSExcel (рисунок 9).

Рисунок 9. Решение задачи линейного программирования

С помощью математических методов компьютерного моделирования решаются различные уравнения. На рисунке 10представлен пример решения сложного уравнения графически.

Рисунок 10.Решение уравнения с помощью компьютерной программы

Любая компьютерная игра является примером модели (рисунок 11).

Рисунок 11. Логическая компьютерная игра «Строитель»

С помощью метода наименьших квадратов экономисты-аналитики находят функциональную зависимость в виде формулы, которая близка к заданной табличной функции, представляющей результаты наблюдений или статистические данные о том или ином производственном процессе предприятия, например, об объеме прибыли. По полученной формуле можно построить график, по которому можно проследить характер изменений, сделать прогноз на следующий период. На рисунке 12 представлена модель, построенная по методу наименьших квадратов.

Рисунок 12. Модель, построенная по методу наименьших квадратов

1.3 Формы представления информационных моделей

Одной из характеристик информационной модели является форма ее представления, которая тесно связана с целью создания данной модели. Если одним из требований к проекту является его наглядность, то используется графическая информационная модель. Примеров очень много: электрические схемы, карты местности, различные графики и чертежи. Причем одни и те же данные, например, график изменения температуры в течение месяца, можно представить в различных формах, например, в табличной или текстовой. На рисунке 13 показаны формы представления различных моделей.

Рисунок 13. Формы представления моделей

1.4 Классификация математических моделей

В данном проекте рассматриваются экономико-математические методы моделирования. Среди математических моделей по методам, лежащим в их основе, можно выделить аналитические, численные и имитационные модели. Аналитической моделью называется формализованное описание объекта или явления, позволяющее получить соотношения между входными и выходными величинами в явном виде. Численная модель характеризуется такой зависимостью между входными и выходными величинами, которая допускает только численные решения для конкретных начальных условий и количественных параметров модели.

Методы оптимизации делятся на методы решения статических задач и методы решения динамических задач. Статические задачи отличаются тем, что они не учитывают время. Тем не менее, они находят широкое применение во многих областях человеческой деятельности. В динамических задачах строится модель с обязательным учетом времени. Это существенно расширяет область применения динамических задач, но делает решение их гораздо более трудоемким.

Статические задачи по виду целевой функции и ограничений делят обычно на задачи линейной и нелинейной оптимизации. В задачах линейной оптимизации целевая функция и ограничения являются линейными.

Наибольшее распространение из математико-статистических методов в экономическом анализе получили методы множественного и корреляционного анализа.

Для изучения одномерных статистических совокупностей используются вариационный ряд, законы распределения, выборочный метод.

Для изучения многомерных статистических совокупностей применяют корреляции, регрессии, дисперсионный и факторный анализ.

Экономические методы строятся на синтезе трех областей знаний: экономики, математики и статистики.[18]

Основа эконометрии — экономическая модель, под которой понимается схематическое представление экономического явления или процесса при помощи научной абстракции, отражения их характерных черт. Наибольшее распространение получил метод анализа «затраты-выпуск». Это матричные (балансовые) модели, строящиеся по шахматной схеме и позволяющие в наиболее компактной форме представить взаимосвязь затрат и результатов производства.

Удобство расчетов и четкость экономической интерпретации — главные особенности матричных моделей. Это важно при создании систем компьютерной обработки данных.

Математическое программирование — важный раздел современной прикладной математики. Методы математического (прежде всего линейного) программирования служат основным средством решения задач оптимизации производственно-хозяйственной деятельности. По своей сути эти методы есть средство плановых расчетов. Их ценность для экономического анализа выполнения планов в том, что они позволяют оценивать напряженность плановых заданий, определять лимитирующие группы оборудования, виды сырья и материалов, получать оценки дефицитности производственных ресурсов.

Под исследованием операций подразумеваются разработка методов действий (операций), количественная оценка полученных решений и выбор наилучшего из них. Предметом исследования операций являются экономические системы, в том числе производственно-хозяйственная деятельность предприятий. Целью исследования является такое сочетание структурных взаимосвязанных элементов систем, которое в наибольшей степени отвечает задаче получения наилучшего экономического показателя из ряда возможных. Математическая теория оптимальных процессов применяется для управления технико-экономическими процессами и ресурсами. В разработанном учебном пособии рассматриваются экономико-математические методы решения статистических, производственных и других задач различных типов и классификаций. Средством их решения в основном является компьютерная программа Microsoft Excel.

Итак, мы рассмотрели различные классификации моделей, формы их представления, виды, методы математического описания моделей. В данном проекте рассматриваются экономико-математические методы моделирования с использованием редактора электронных таблиц MSExcel, который дает возможности применить различные необходимые математические, статистические, экономические формулы и функции, предлагает такое средство как Поиск решения для решения задач линейного программирования, делает возможным построение диаграмм, графиков в том виде, в каком захочет пользователь.

В результате исследовательского этапа работы над проектом была отобрана и систематизирована вся теоретическая часть учебного пособия, алгоритмы и методика выполнения лабораторно-практических работ, вопросы и задания, тестовые вопросы, — все готово к внедрению в электронное учебное пособие.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИКО-МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНОГО ПОСОБИЯ ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ

2.1 Применение электронных обучающих средств в современной системе образования

Современная педагогическая наука обеспечивает учебный процесс разнообразными средствами, которые способствуют достижению обучающих целей и качественному усвоения материала. Основным из них является учебник как модель системы обучения. Сейчас появляются другие разнообразные средства обучения, среди которых ведущее место принадлежит электронным носителям информации — электронным учебникам и пособиям.

Электронное учебное пособие как педагогическое обучающее средство, предназначено для ознакомления с новой информацией, дополняющей печатные учебники, которое применяется для группового, индивидуального или дифференцированного обучения и позволяет контролировать полученные знания и умения обучаемых. [5]

Одним из критериев электронного учебного пособия является минимальное содержание текстовой информации, так как длительное чтение текста с экрана приводит к быстрому утомлению глаз, а, следовательно, к снижению восприятия и усвоения знаний. Электронные учебники должны содержать большое количество иллюстраций, анимаций, видеоинформации, которая позволяет передать в действии процессы и явления т.к. восприятие и заинтересованность учеников повышаются и как следствие, улучшается качество знаний. [6]

В традиционном обучении преобладают вербальные средства представления нового материала. В связи с этим использование аудио позволяет не только приблизить его к привычным способам предъявления информации, но и улучшить восприятие нового материала, при этом активизируются не только зрительные, но и слуховые центры головного мозга — происходит более качественное усвоение информации и быстрое ее запоминание.

Качество восприятия новой информации, возможность обобщения и анализа, скорость запоминания, полнота усвоения учебной информации в значительной мере зависят как от расположения информации на экране, так и от последовательности идущих друг за другом страниц.

Преимущество электронных учебных пособий заключается также в том, что их можно дополнять, корректировать, модифицировать.

Электронное учебное пособие может содержать обложку, титульный экран, оглавление, аннотацию, полное изложение учебного материала, краткое изложение учебного материала, дополнительную литературу, систему проверки знаний, систему рубежного контроля, функцию поиска текстовых фрагментов, список авторов, словарь терминов, справочную систему по работе с управляющими элементами электронного учебника, систему управления работой с учебником.

Одной из основных форм электронного учебника является тест, внешне это простейшая форма электронного учебника, где основную сложность составляет подбор и формулировка вопросов, а также интерпретация ответов на вопросы.

Качественно составленные тестовые вопросы позволяют получить объективную картину знаний, умений и навыков, которыми владеет учащийся в определенной предметной области.

Современные электронные учебники должны обеспечивать творческую работу учащегося с объектами изучения и с моделями систем взаимодействующих объектов. Творческая работа в рамках проекта, сформулированного преподавателем, способствует формированию и закреплению навыков и умений у учащегося, а также позволяет организовать коллективную работу учащихся над проектом.

Электронный учебник должен быть приближенным к учебному процессу. То есть учитывать особенности конкретного предмета, конкретного учащегося. [7]

Таким образом, электронный учебник должен не повторять печатные издания, а использовать все современные достижения компьютерных технологий, чтобы его дополнить.

Применение электронных учебных пособий в учебно-воспитательном процессе целесообразно только в комплексе с другими обучающими системами, при этом, не отрицая, а, взаимно дополняя печатные издания. Их можно просмотреть с помощью компьютера, интерактивной доски или планшета. В одном устройстве могут храниться сотни и тысячи книг. Кроме того, оно обычно меньше и легче бумажной книги, которое освобождает учеников от тяжелых портфелей. [5]

Необходимо также учитывать мотивирующий характер электронных средств обучения. Мотивация — это один из ведущих факторов любой деятельности [13].

Вовлеченность ученика в деятельность, удовлетворенность собой и своим результатом обеспечивают переживание осознанности, значимости происходящего, являются основой для его дальнейшего самосовершенствования и самореализации. Один из путей повышения учебной мотивации — использование информационно-коммуникационных технологий на уроках. [6]

Электронный вариант учебника позволяет выделить отдельные слова или фразы цветом и фоном, что с одной стороны улучшает наглядность, позволяет акцентировать внимание на главном, но с другой стороны, излишняя «пестрота» или недостаточная контрастность могут рассеивать внимание или затруднить чтение. [8]

В данной работе исследуются все возможности средств информационных технологий, условия, необходимые для их успешного использования, а также выбираются наилучшие формы представления материала электронного учебника, которые бы соответствовали требованиям качества и реализовывали все задачи проекта.

2.2 Структура и технология создания электронных учебных пособий

Одной из главных качественных характеристик электронного учебника является наличие гиперссылок, дающих возможность мгновенного перехода к нужному разделу, теме учебника, позволяющих осуществлять быструю навигацию и поиск нужной информации. Электронный учебник отличается от обычного как раз разветвленной структурой, которая не должна быть в то же время слишком запутанной.[9]

Электронное учебное пособие состоит из нескольких блоков. Основной теоретический блок должен содержать краткий учебный материал по теме. Следующий блок — это контрольные вопросы и задания по каждому разделу. Он поможет учащемуся самостоятельно проверить степень усвоения материала. Таким образом, в электронном учебнике осуществляется постоянная обратная связь, которая повышает эффективность усвоения знаний.[10]

Также в электронном учебнике должен присутствовать блок практических заданий или лабораторных работ, что позволит обучающемуся закрепить на практике полученные знания. Должны присутствовать также подсказки, которые позволят обратиться снова к теоретическому материалу и повторить его.

Задания для проверки знаний и тестовые вопросы должны быть разных типов, например, вопросы с одним вариантом выбора, с несколькими вариантами выбора, вопросы на соответствие, открытые вопросы.[9]

В этом блоке должна быть предусмотрена оценка правильности ответов обучаемого на поставленные вопросы. В конце теста обучаемому должна быть представлена информация о его результатах. Для устранения возможности запоминания обучаемым правильных ответов необходимо использовать значительный по величине банк компьютерных тестовых заданий, в котором варианты заданий перемешиваются и берутся в виде произвольной выборки.[11]

Создание любого программного продукта, а особенно обучающих мультимедиа-систем, не мыслится без тщательно продуманного плана разработки. В настоящее время существует хорошо отработанная методика создания компьютерных обучающих систем [12].

Она включает целый ряд последовательных этапов:

1. Определение целей и задач разработки.

2. Разработка структуры.

3. Разработка содержания по разделам и темам.

4. Подготовка сценариев отдельных структур учебника.

5. Реализация.

6. Апробация.

7. Корректировка содержания электронного учебника по результатам апробации.

8. Подготовка методического пособия для пользователя.

Коротко рассмотрим эти этапы.

Начальным этапом разработки должно быть четкое определение целей и задач, для достижения и решения которых используются информационные технологии.

В зависимости от целей обучения электронные обучающие пособия могут быть следующих типов [10]:

• ь предметно-ориентированные;
• ь для изучения отдельных предметов общеобразовательного цикла в конкретном классе;
• ь предметно-ориентированные для изучения отдельных разделов предметов общеобразовательного цикла при сквозном изучении учебного материала;
• ь предметно-ориентированные электронные тренажеры с наличием справочного учебного материала;
• ь электронные автоматизированные системы развития способностей.

Структура в общепринятом понимании — совокупность устойчивых связей объекта, обеспечивающих его целостность. Исходя из этого определения, при разработке электронного учебного пособия необходимо первоначально выработать его строение, порядок следования учебного материала, сделать выбор основного опорного пункта.

Все разделы курса и их компоненты должны быть взаимосвязаны, находиться в общей программной оболочке. Каждый компонент в указанных разделах электронного учебника должен быть доступен для пользователя из любого другого компонента.

Понятие о содержании электронного учебника является частью понятия содержания образования, под которым понимается система знаний, умений, навыков, овладение которыми обеспечивает развитие умственных способностей школьника.[12]

Содержательную часть электронного учебника может разработать опытный педагог-предметник, педагог-новатор, не один год посвятивший преподаванию своего предмета в школе.

В ходе этой работы необходимо:

ь выделить основу учебного материала,

ь выделить второстепенные моменты в изучении учебного материала,

ь выделить связи с другими темами учебного курса,

ь подобрать практические разноуровневые многовариантные задания по каждой теме,

ь подобрать иллюстрации, графики, демонстрации, анимационные и видеофрагменты к понятиям, формулировкам, событиям и т.д.[12]

После разработки электронного учебника необходимо, чтобы с ним могли поработать преподаватели, учителя-предметники, для которых он разрабатывался. Мнение учителей, их замечания крайне важны для разработчиков; их учитывают, на их основе вносят в курс корректировки. Электронный учебник также необходимо протестировать в условиях учебного заведения, для которого он создавался. Во время апробации выявляются отдельные незамеченные разработчиками ошибки, некорректность, неудобства в эксплуатации и т.п. [11]

По результатам апробации проводится корректировка программ электронного учебника.[14]

2.3 Обусловленность выбора средств разработки и языков программирования

Для разработки структуры учебного пособия, его теоретической и практической части были выбраны язык разметки гипертекста HTML и язык стилей CSS. Преимущества HTML — относительная несложность изготовления программного продукта, возможность представлять его по частям, уверенность в совместимости с программным обеспечением пользователей. Для просмотра используется любой браузер (интернет-обозреватель) — Internet Explorer, Opera, Mozilla Firefox, Safari, Google Chrome и другие. [15]

Разметка позволяет вставку спецсимволов, изменение размера, типа, начертания шрифта, выравнивание текста, создание таблиц. HTML позволяет сверстать книгу в более удобном для чтения виде, внедрить иллюстрации, списки, создать гиперссылки, которые позволяют одним кликом мыши перейти в нужный раздел. [3]

CSS — это язык стилей, отвечающий за отображение элементов. Он используется для задания цветов, шрифтов, расположения отдельных блоков и других аспектов представления внешнего вида веб-страниц. Основной целью разработки CSS являлось разделение описания логической структуры веб-страницы от описания ее внешнего вида. Такое разделение может увеличить доступность документа, предоставить большую гибкость и возможность управления его представлением, а также уменьшить сложность и повторяемость в структурном содержимом. Кроме того, CSS позволяет анимировать элементы WEB-страницы, добавлять тени, трансформировать, задавать прозрачность и другие визуальные эффекты. [4]

Преимуществами CSS являются:

1. управление отображением множества документов с помощью одной таблицы стилей;

2. более точный контроль над внешним видом страниц;

3. различные представления для разных носителей информации (экран, печать, и т. д.);

4. сложная и проработанная техника дизайна.

Для реализации тестовой программы, которая бы давала возможность пользователю в интерактивном режиме отвечать на поставленные вопросы, обрабатывала бы результаты теста, выводила оценку, позволяла выбрать вариант теста из файла, языка разметки HTML и таблиц стилей CSS недостаточно. Они не дают возможность оживить WEB-страницу, сделать ее динамичной, осуществить диалог компьютера с пользователем. Для этих целей необходим полноценный язык программирования. JavaScript- это язык программирования для WEBстраниц, с помощью которого можно реализовать все задачи проекта.

Как и у любого языка программирования, основная задача Javascript создавать последовательность действий, которые будут приводить к определенному результату.

Это могут быть условия «если-то», циклы, которые создают определенную последовательность действий, математические вычисления и т.д.

Самое главное в том, что все эти операции можно производить на веб-страницах, в окне браузера. Причем, JavaScript может работать и без подключения к сети Интернет.

Для того чтобы программа позволяла преподавателю менять вопросы теста, необходимо разработать базу данных с возможностью редактирования данных. Такие возможности предоставляют различные СУБД, которые могут взаимодействовать с WEBприложением: MYSQL, PostgreSQL, MSSQLи другие. Обращение к базе данных происходит посредством языка PHP. Тестовые вопросы можно хранить также в файле, который пользователь без труда может открыть и отредактировать, а также создать новые варианты. Для данного проекта был выбран второй вариант. Он удобен как разработчику, так и пользователю и способен реализовать все задачи проекта, тем более что функции JavaScriptпозволяют выбрать текстовый файл и прочитать его содержимое.

В данной главе рассмотрены вопросы о качественных характеристиках электронных учебных пособий, о том, какие части оно должно содержать, проведен обзор языков программирования, которые лучше всего подходят для разработки электронного пособия, перечислены этапы его программной реализации, в соответствии с которыми велась работа над данным проектом.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНОГО ПОСОБИЯ

3.1 Описание инструментов среды разработки

ь Структура HTML документа

HTML-документ представляет из себя простой текстовый файл Указанный файл, если он не включает в себя серверные сценарии, должен иметь расширение html. Редактировать файлыHTMLудобно в специальных редакторах, предусмотренных для языков программирования. [15] WEB-страницы данного проекта выполнялись в кроссплатформенном текстовом редакторе SublimeText. Каждая HTML-страница имеет следующую общую структуру:

• <html>

• <head>

• <!-раздел заголовок->

• </head>

• <body>

• <!-тело документа->

• </body>

• </html>

• Тег <head>
• указывает, где начинается и заканчивается HTML- документ. Элемент позволяет вставлять в HTML-документ комментарии или комментировать код, который никогда не будет визуализирован пользователю.

Тег <head> определяет начало и конец заголовка документа, где описываются технические параметры документа: правила отображения, ключевые слова, подключение дополнительных программных модулей. Теги и тексты, находящиеся в этом разделе, не отображаются на веб-странице.

Тег <meta> используется для вставки данных, предназначенных для обозревателей и поисковых систем. Хотя рассматриваемый тег всего один, он имеет множество атрибутов, позволяющих описывать разные данные. Наиболее важной для корректного воспроизведения всего HTML-документа является конфигурация тега, определяющая в какой кодировке написаны символы страницы.

Раздел заголовка содержит также таблицы стилей CSS, подключаемые к документу (рисунок 14).

Рисунок 14. Структура раздела заголовка странички

Тег <body> определяет расположение содержательной части HTML-документа.

ь Специальные символы

Символы <, >, & и » имеют в HTML особое значение, как символы форматирования. Но иногда нам необходимо использовать их в тексте по своему прямому назначению. Для их введения в текст, Вы должны использовать:

• &lt;

• левая скобка <
• &gt;

• правая скобка >
• &amp;- & амперсанд

&pi; — число пи

&deg; — градус

&quot;

• » кавычки.

Использовать в тексте верхние и нижние индексы можно с помощью команд SUP and SUB (рисунок 15).

Рисунок 15. Использование специальных символов

Получившийся текст с использование специальных символов представлен на рисунке 16.

Рисунок 16. WEB-страница со специальными символами

ь Прерывание строки

Используя команду<BR>, можно перейти на новую строку, не начиная нового абзаца.

ь Горизонтальная линия

Используя команду<HR>, можно разделить текст горизонтальной чертой. (рисунок 17)

Рисунок 17. Использование разделителей и бегущей строки

На рисунке 18 показан внешний вид страницы с горизонтальным разделителем.

Рисунок 18. Горизонтальный разделитель на WEB-странице

ь Таблицы

Команда <TABLE> (задание и описание таблиц) является основной командой форматирования документа HTML.

Задание таблицы определяется двумя командами (и соответственно ихатрибутами):

• <TR>(table row) — описание строки таблицы;

• <TD>(table detail)- описание клетки таблицы;

• Атрибуты COLSPAN=и ROWSPAN=команд TD и TH позволяют объединять столбцы и строки таблицы в группы, вокруг которых рисуется рамка. (рисунок 19)

Рисунок 19. Команды построения сложной таблицы

На рисунке 20 показано, как выглядит данная таблица на WEB-странице.

Рисунок 20. Представление таблицы на страничке

ь Списки и перечисления

Для задания ненумерованного списка используются команды UL и LI. Используя OL и LI, получим нумерованный список.

С помощью тех же тегов можно создавать вложенные друг в друга многоуровневые списки (рисунок 21)

Рисунок 21. Команды для вставки многоуровневого списка

На рисунке 22 представлен вид страницы с вложенным списком.

Рисунок 22. WEB-страница с многоуровневым списком

ь Гиперссылки

Связь между документами и отдельными частями документов дается через соответствующие гиперссылки — команда <A…>

• Атрибут HREF=reference задает адрес гиперссылки в URL формате.

TARGET=window определяет место (окно — window) загрузки документа. Этот атрибут применяется при использовании многооконных документов, определяемых командой FRAME. (рисунок 20)

Рисунок 23. Использование гиперссылок и графики

ь Графика и картинки

Графические файлы включаются в HTML документы с помощью команды IMG.

Атрибут SRC определяет URL адрес (имя) графического файла. Размеры изображения задаются атрибутами HEIGHT=(высота) и WIDTH (ширина).

Используя атрибут ALIGN, можно переместить, следующий перед и за картинкой текст.

В данном проекте все рисунки, диаграммы, таблицы, графики фотографировались с помощью клавиш Alt+PrintScring и из электронной версии учебника и копировались в графический редактор AdobePhotoshop. В графическом редакторе рисунки соответствующим образом обрезались, настраивалось качество их изображения с помощью команды Регулировки — Уровни и сохранялись как рисунки в формате PNG с прозрачным фоном. (рисунки 23, 24)

Рисунок 24. Графические изображения на веб-странице

Команда MARQUEE позволяет задать движущийся текст. (рисунок 4)

ь Фреймы

Чтобы создать многооконный документ, используется команда frame. Фреймы разделяют рабочее поле окна на независимые части, в каждую из которых загружаются различные документы. Атрибутами команды являются ROWS — параметры и число строк, COLS-параметры и число столбцов, NAME-имя фрейма, на которое ссылаются в гиперссылках (с помощью атрибута TARGET), когда хотят загружать содержимое нужной страницы именно в этот фрейм (рисунок 25).

Рисунок 25. Использование фреймов

Как выглядит фрейм показано на рисунке 26.

Рисунок 26. Фрейм на веб-странице

ь Формы

Формы (Forms) позволяют запросить у пользователя информацию, требуемую для дальнейшей работы сервера, например, «права доступа» для регистрации или комментарии о работе сервера. Формы составляются из одного (или нескольких) запросов к пользователю, ответом на которые должен быть ввод текста или выбор условий.

Для создания формы используется команда FORM. Элементами форм являются кнопки, переключатели, списки, поля для ввода текста и др. Для их размещения на форме используются следующие команды (рисунок 27).

Тег <input> в HTML

<input>

• это одиночный тег, с помощью которого можно создавать определённые элементы документа (текстовые поля, радиокнопки, флажки, списки, кнопки), которые предназначены для заполнения прямо на html-странице.

У тега <input> имеется несколько очень важных значений атрибутов.Name- атрибут, который следует всегда задавать для элемента, чтобы обработчик (скрипт) понимал, input с каким именем он обрабатывает.

Рисунок 27. Элементы формы в HTML

Так скрипт обработки поймёт, что это два разных поля.

Type- данный атрибут отвечает за указание типа поля. При определённом типе input может стать радиокнопкой, флажком, списком, кнопкой, текстовым поля.

Size- атрибут, указывающий размер для текстового поля, когда type указан как text. Указанные данные воспринимаются как ширина поля.

Тег < input>имеет много других атрибутов, например, id (уникальный идентификатор поля, нужен, например, при работе сJavaScript), value — значение, которое отображается в данном элементе и видно пользователю.

Атрибут type имеет следующие значения:

Text- значение атрибута указывает на то, что будет отображено обычное текстовое поле, изначально доступное для изменения.

Password- превращает input в поле для заполнения пароля. Отличие от text заключается в том, что вводимые данные будут отображаться как звёздочки, а после заполнения всей формы браузер будет понимать, что в этом поле пароль и будет спрашивать, нужно ли его сохранить.

Submit- подобное значение атрибута type определяет input как кнопку, при нажатии которой будет прорабатываться определённый сценарий (программа на языках PHP, JavaScript и др.).

Кнопка используется для того, чтобы отправить данные из форм к обработчику, написанному, например, на вышеуказанных языках. Есть и другие, но указал самые популярные.

Reset- это ещё один вид кнопки, который обнуляет все значения в форме. после её нажатия их нужно будет заполнить заново.

Radio- данное значение создает радиокнопку, то есть переключатель. Используется, как правило, для значений с небольшим количеством вариантов.

В тесте, например, нужно выбрать один вариант ответа из нескольких предложенных (рисунок 28).

Для этого нужно было указать один и тот же идентификатор в значение name, чтобы обработчик понял, что это один и тот же вопрос.

Рисунок 28. Элементы формы

Checkbox- это поле, которое работает так же как и радиокнопка. С разницей лишь в том, что можно выделить несколько чекбоксов в качестве вариантов ответа. Также как и с радиокнопкой, если к вопросу принадлежат несколько чекбоксов, то у них атрибут name должен быть соответственно одинаково заполнен. В value соответственно будет указано значение выбранного поля.

ь Использование языка JavaScript [16]

JavaScript — это алгоритмический язык программирования. Что же такое алгоритм? Если дать простое и понятное определение, то алгоритм это ни что иное как порядок выполняемых действий. Грубо говоря, мы сообщаем компьютеру последовательность действий, которые он должен выполнить.

Для того чтобы начать программировать на JavaScript, достаточно web-браузера, и простого текстового редактора, например Sublime Text. То есть, для программирования на javascript нам не нужны ни сервера типа Apache, MySQL, ни готовые сборки типа Denwer. В данном проекте был использован клиентский JavaScript (см. приложение).

Вставлять JavaScript нужно между тэгами <head>…</head>, а сам сценарий нужно писать между парными тэгами <script>…</script>

ь Типы данных JavaScript

Типы данных JavaScript условно можно разделить на две группы: простые данные и сложные данные. К простым данным можно отнести: числа, строки, логические значения. Из сложных типов данных в проекте использовались: функции, объекты, массивы.

Массивы JavaScript представляют собой упорядоченный набор значений, различного типа данных. Массивы отличаются от объектов тем, что в массиве каждое значение пронумеровано, а в объекте каждое значение имеет имя. Обращаться к значениям массива можно указывая в квадратных скобках его порядковый номер, индексы массивов начинаются с нуля.

Объекты JavaScript — это неупорядоченная JavaScript коллекция, в которой у каждого элемента есть имя или по-другому коллекция именованных значений. Объекты, как и массивы, могут состоят из других объектов или других массивов.

JavaScript функция — это объект, в котором находится определенный код, выполняющий то или иное действие. Функция, грубо говоря, это программа внутри программы, ее предназначение — уменьшить объем кода, так как функцию можно написать один раз, а затем использовать ее несколько раз (рисунок 29).

Использование функции называется вызовом. Вызывать функцию можно сколько угодно раз и где угодно.

Рисунок 29. Функция на языке JavaScript и ее вызов

Строка JavaScript- это последовательность Unicode-символов(буквы, числа, знаки препинания и др.), которая заключается в кавычки (одинарные или двойные зависит от разработчика).

Строка JavaScript — это тип данных, который служит для представления текста.[16]

Со строками можно производить различные действия (использовать функции для работы со строками), например, сцеплять строки, найти длину строки, выделить из строки нужное количество символов, начиная с требуемого, разбить строку на последовательность строк, можно работать со строкой, как с массивом символов, обращаясь к каждому символу по его номеру. Нумерация символов строки начинается с нуля. (см приложение)

ь Операторы, методы и функции JavaScript

Условный оператор применяется, когда необходимо запрограммировать действие, которое будет выполняться в зависимости от какого-либо условия

if (условие) {последовательность действий}; else {последовательность действий}