СОДЕРЖАНИЕ 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

      Обучение - очень важный процесс в современном обществе. От того насколько качественно и эффективно оно будет осуществляться зависит благосостояние народа. В нынешней сложной экономической ситуации крайне необходим прилив новых хорошо подготовленных кадров во все сферы народного хозяйства. Необходимо быстрое внедрение всех достижений науки и техники в производство- возрождение отечественного производства - залог экономического подъема, роста социального благосостояния народа.

      В последнее время компьютер стал неотъемлемой частью жизни человека. Компьютер применяют в самых различных областях жизнедеятельности начиная с решения простейших математических задач, моделирования различных процессов, применение в банковском деле, медицине, образовании, издательском деле, использование компьютера для управления различной техникой в том числе автомобилем, самолетом, космическим кораблем до использования в быту, играх.

      Идея  обучения с помощью компьютера родилась давно. Связана она была с видимостью человекоподобного поведения компьютера, его способности вести осмысленный диалог с человеком.

      Первые  попытки внедрить компьютер в обучение были сделаны еще в 50-х годах прошлого века, когда в качестве устройства ввода/вывода использовался телеграфный аппарат. В течение последующих лет ведутся непрерывные интенсивные исследования в этой области. За это время компьютерная техника изменилась, стала более совершенной, появились персональные компьютеры, микрокомпьютеры. Разработано программное обеспечение, обеспечивающее довольно широкое использование технических возможностей компьютера. Снижение стоимости компьютерной техники позволило внедрить ее в образовательных учреждениях. Теперь компьютеры пошли в школы, институты и в количественном выражении. В нашей стране школьники старших классов уже в течение семи лет изучают такой предмет как информатика, знакомятся с компьютерами и основами работы на них.

      Возможности применения компьютера в учебном  процессе, весьма многообразны. Он может  служить для моделирования изучаемых  явлений или систем, для реализации учебных игр, применяться для выполнения вычислений, для редактирования текстов, в качестве различного рода тренажеров, как инструмент автоматизации проектирования¹, программируемого управления экспериментами, как информационно-поисковая² или экспертная система³ и, наконец, как средство практического обучения самой компьютерной технике и программированию.

      В настоящее время уже создано  множество средств обучения с помощью компьютера. Их можно квалифицировать следующим образом [12, 16]:

• компьютерные учебники;
• предметно-ориентированные среды (микромиры, моделирующие программы, учебные пакеты);
• лабораторные практикумы;
• тренажеры;
• контролирующие программы.

      Однако, потребности в компьютерных обучающих  программах не удовлетворены.

      В учебном плане кафедры «Информационные системы и технологии» Оренбургского государственного университета отсутствует лекционный курс по теме "Графический режим языка Turbo-Pascal" в рамках дисциплины «Информатика».

      Изучение графического режима полностью оставлено для самостоятельного изучения, однако, для многих студентов работа только с литературой является затруднительной, малопонятной и для получения удовлетворительных результатов требует больших временных затрат.

      Кроме того, отсутствие соответствующего методического обеспечения, а именно программы обучения работе в графическом режиме, делает сложным работу со студентами на лабораторных практикумах, вызывает много вопросов у студентов и усложняет работу преподавателей при изучении дисциплины «Информатика». 

      В связи с этим, актуальным является разработка программы для обучения работе в графическом режиме при изучении темы "Графический режим языка Turbo-Pascal", входящей в общеобразовательный курс «Информатика».

      Что позволит решить вопрос обеспечения учебного процесса необходимым методическим материалом по программированию с использованием ЭВМ типа IBM PC и языка Turbo-Pascal и экономит материальные средства кафедры «Информационные системы и технологии» Оренбургского государственного университета.  

      Именно  поэтому целью настоящей дипломной работы стало разработка обучающей программы по теме "Графический режим языка Turbo-Pascal". 

      Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд следующих задач:

• подобрать и структурировать методические материалы по теме "Графический режим языка Turbo-Pascal";
• разработать алгоритм программы обучения по теме "Графический режим языка Turbo-Pascal" с элементами контроля, дающей возможность повторного изучения материала;
• разработать программную реализацию алгоритма обучающей программы по теме "Графический режим языка Turbo-Pascal".

      Основными методами решения этих задач являются методы анализа и синтеза литературных источников, методы объектно-ориентированного программирования. 

      Новизна и практическая значимость работы заключается в следующем.

      В процессе работы с такой программой студент приобретает навыки работы с компьютером, что является целью курса, и получает конкретные знания по теме "Графические средства алгоритмического языка Turbo-Pascal". Диалог ЭВМ-пользователь (в данном случае обучаемый) ведется в удобном для последнего темпе, что обеспечивает лучшее усваивание материала.

      Каждый  студент имеет возможность изучать  разделы темы в удобном для  него порядке. Это экономит время  студента для изучения более важных для него разделов и игнорирование  разделов, которые ему уже знакомы.

      В то же время преподаватель имеет  возможность уделять внимание студентам  в индивидуальном порядке. Программа  предусматривает элементы проверки знаний в виде контрольных вопросов по каждому из разделов.

      Такая система обучения дает возможность  студенту самостоятельно оценить свои знания. После ответов на все вопросы раздела он может изучить тему вновь и вновь ответить на контрольные вопросы. Принцип "обучение + контроль" повышает уровень получаемых знаний.

ГЛАВА 1. КОМПЬЮТЕРНЫЕ ПРОГРАММЫ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

      В настоящей главе рассматриваются  вопросы, связанные с применением  компьютерных программ в учебном  процессе, проводится классификация  компьютерных программ учебного назначения, формально сформулирована задача создания программы для обучения с элементами контроля, дающей возможность повторного изучения материала. Кроме того, обоснован выбор языка программирования и описан алгоритм работы программы. 

1.1 Назначение и область  применения программы

      Известно, что возможности применения компьютеров в учебном процессе весьма многообразны. Он может служить для моделирования изучаемых явлений или систем, для реализации учебных игр, применяться для выполнения вычислений, для редактирования текстов, в качестве различного рода тренажеров, а также как инструмент автоматизации проектирования, программируемого управления экспериментами, как информационно-поисковая или экспертная система, наконец, как средство практического обучения самой компьютерной технике и программированию. Вместе с тем, особый интерес представляет использование компьютера в качестве дидактического инструмента общего назначения, применимого для обучения любым знаниям.

      В общем случае компьютерные программы  учебного назначения можно разбить  на следующие группы [12, 16]:

      1) компьютерные учебники;

      2) предметно-ориентированные среды  (микромиры, моделирующие программы,  учебные пакеты);

      3) лабораторные практикумы;

      4) тренажеры; 

      5) контролирующие программы;

      Проблема  практического применения ЭВМ в  учебном процессе продолжает стоять и сейчас. Важно использовать все новейшие достижения науки и техники для более эффективного обучения школьников, студентов, специалистов самых разных специальностей.

      В учебном процессе очень важна  в последнее время роль ЭВМ. Научно-технический  прогресс требует от учебных заведений оперативности в решении вопросов технического обеспечения учебного процесса. Однако, слабое финансирование не позволяет в полной мере соответствовать этим требованиям.

      В настоящее время вычислительная техника развивается достаточно быстро. Появляются как новые машины, так и все более сложное и разнообразное программное обеспечение⁴.

      ЭВМ входит в нашу жизнь все больше и в самых различных областях науки и производства, сферы обслуживания и образования. Потребность в  грамотных пользователях⁵ возрастает с каждым днем.

      В рамках программ, разработанных правительством нашей страны, лаборатории высших учебных заведений, школ интенсивно оснащают персональными ЭВМ или персональными компьютерами⁶, микроЭВМ, вычислительными центрами, устанавливают локальные сети. Студенты учатся пользоваться компьютером как помощником в учебе. Они приобретают навыки работы на компьютере, учатся программировать.

      Компьютеры  прочно вошли в учебный процесс, как в школах, так и высших учебных заведениях. Это обеспечивает высокое качество подготовки специалистов по всем специальностям [22].

      Разрабатываемая обучающая программа предназначена для студентов младших курсов, она восполняет отсутствие курса лекций по теме "Графический режим языка Turbo-Pascal".

      Теоретический материал изложен следующим образом.

      В начале раздела приводится его краткое  содержание и цели его изучения. Затем приводятся названия процедур и функций с параметрами, а ниже описываются их назначение и роль параметров.

      Название  процедур и функций для наглядности отмечены звездочкой.

      Одновременно  с теоретическим материалом программа  содержит контрольные вопросы. Это  обеспечивает возможность студенту самостоятельно изучить предлагаемый материал и самостоятельно проверить  свои знания. После изучения тем 3-7 студенту предлагается ответить на четыре вопроса.

      Контрольные вопросы оформлены следующим  образом.

      Сам вопрос расположен наверху экрана.

      Ниже  приведены четыре варианта ответов. Студенту предлагается выбрать правильный и установить напротив него галочку.

      Такая форма вопросов удобна. Практически студенту необходимо найти все ошибки в приведенных вариантах ответов.

      За  работу с контрольными вопросами  студенту выставляется оценка. Выставляемая оценка может быть занесена преподавателем в журнал, а может быть использована и как итог самоконтроля при самостоятельном обучении с помощью компьютера.

1.2 Постановка задачи

      Перед разработчиком была поставлена задача создания программы для обучения с элементами контроля, дающей возможность повторного изучения материала. Программа должна включать в себя соответствующий методический материал по заданной теме, подобрать и оформить который предстояло также разработчику.

      Таким образом, формальная постановка задачи может быть сформулирована следующим  образом.

      Требуется разработать программу для обучения работе в графическом режиме языка Turbo-Pascal 6.0/7.0, предназначенную для студентов младших курсов при изучении общеобразовательной дисциплины «Информатика». Программа должна отвечать следующим требованиям:

      1) позволять индивидуально изучить работу с компьютеров в графическом режиме;

      2) содержать 7 разделов для изучения:

      2.1) программирование графических режимов – данный раздел, на базе элементарной структуры Turbo-Pascal-программы должен показывать:

    - использование графических средств языка;

    - процедуры вхождения в графический режим, UnitGraph;

    - процедуру восстановления текстового режима, CloseGraph;

    - процедуру изменения графического режима;

    - процедуру восстановления исходного текстового режима;

    - вспомогательные процедуры и функции, с помощью которых можно получить справки о текущем графическом режиме и графическом адаптере.

      2.2) управление курсором и полем рисования – должен освещать:

      - процедуры управления курсором и полем рисования;

      - процедуры очищения экрана;

      - установку прямоугольного окна;

      - очищение открытого окна;

      - возвращение параметров активного окна.

      2.3) формирование прямолинейных монохромных изображений – должен содержать:

      - описание операторов построения прямолинейных фигур: отрезков, прямоугольников, параллелепипедов и ломаных линий;

      - описание возможностей закраски фигур определяемым предварительно стилем и цветом.

      2.4) Управление цветом и стилем изображений – должен описывать:

      - операторы управления стилем и цветом изображений;

      - процедуры установки цвета фона и цвета рисования;

      - процедуры изменения одного или нескольких цветов палитры;

      - процедуру, дающую справочную информацию о текущей цветовой палитре;

      - иллюстрацию цветовой палитры;

      - описать примеры и стандартные стили закраски.

      2.5) программирование цветных криволинейных изображений - должен включать описание:

      - процедуры построения дуг окружности и эллипса, контуров окружности и эллипса, круга, секторов криволинейных фигур;

      - процедуры закраски ограниченных областей, закрашенного эллипса и сектора;

      - иллюстрации перечисленных процедур на примерах с использованием различных цветов и стилей закраски;

      - понятие генератора случайных чисел и функции возврата случайного числа.

      2.6) Формирование графических текстов – должен содержать описание операторов языка, с помощью которых возможно формировать стандартные шрифты (один растровый и четыре штриховых) и нестандартные (их количество зависит от содержимого внутренней таблицы шрифтов компьютера); примеры этих шрифтов в качестве иллюстраций в программе; возможности изменения пропорций штриховых шрифтов; вспомогательные процедуры возврата ширины заданной текстовой строки; привязки выводимого текста к текущему положению курсора; возврат параметров текущего текстового шрифта; вывода символьной строки с помощью процедур OutText и OutTextXY.

      2.7) программирование озвученных динамических сцен – должен включать материалы по способам программирования эффектов мультипликации с использованием динамической и видеопамяти компьютера; примеры создания эффекта движения, например, вдоль экрана объекта в области 50x50 пикселов; программированию звуковых эффектов с использованием одноканального звукогенератора, процедуры Sound и NoSound; примеры использования звукогенератора.

      3) представлять изучаемый материал наглядно;

      4) предусматривать возможность повторения изученного материала;

      5) предусматривать возможность контроля  приобретенных знаний;

      6) регистрировать результаты контроля  знаний;

      7) иметь продолжительность сеанса  не более 45 минут. 

      1.3 Организация входных и выходных данных

      Программа для обучения "Графика" работает в диалоговом режиме⁷. При этом ЭВМ работает с обезличенным пользователем и требует лишь механической реакции на свои действия.

      В качестве входной информации в данной программе можно рассматривать  вводимые обучаемым номера правильных ответов при работе с контрольными вопросами.

      Введение  номера ответа влечет за собой следующие действия программы.

      Введенный номер считывается и фиксируется в переменной RadioGroup1.ItemIndex.

      Затем при нажатии на кнопку «Оценка по разделу» значение этой переменной сравнивается со значением правильного ответа. При совпадении этих значений переменной оценки присваивается значение, в котором расположены оценки за все варианты ответов.

      Далее эта переменная накапливает оценки за ответы на все вопросы, обрабатывает их и формирует оценку за работу с разделом.

      Эта оценка выводится на экран в виде информационного сообщения.

      То  есть, значения переменных вывода оценок являются выходной информацией.  

      Таким образом, вводимый обучаемым номер ответа можно рассматривать как входную информацию, которая после обработки формирует определенные выходные данные - оценку работы за сеанс. 

1.4 Выбор состава  программных и  технических средств

     При разработке программного комплекса использовалась операционная система Windows XP. Выбор пал на эту систему не случайно. Преимущества Windows:

     - Независимость программ от внешних  устройств. Windows-программа не обращается непосредственно к внешним устройствам. Это выполняет операционная система, что снимает с разработчиков все проблемы обеспечения совместимости с конкретными внешними устройствами.

     - Средства построения пользовательского  интерфейса. Windows имеет все необходимые средства для построения наглядного и гибкого интерфейса программ: меню, окон, запросов и т.д. При этом стиль просто не подражаем.

     - Доступность всей оперативной  памяти, что облегчает создание  на ее базе больших программ.

     - Динамическое подключение библиотек.  При программировании в Windows библиотеки (.DDL-файлы⁸) подключаются автоматически.

     - Связь и внедрение объектов OLE (Object Linking  and  Embedding) – новый способ обмена данными, при котором вы получаете возможность комбинировать изображение, звук и текст.

     - Использование масштабируемых True Type шрифтов. В Windows действует принцип WYSIWYG (What you see is what you get), который означает, что та информация, которую вы видите на экране, соответствует тому, что выдается принтером при распечатке. Шрифты True Type, используемые в Windows, содержат не растровое, а контурные описания символов.

     - Единый пользовательский интерфейс. Действия с программами в среде Windows стандартизованы.

     - Многозадачность. Windows обеспечивает одновременное выполнение целого списка задач.

     - Совместимость с DOS-приложениями. Работа с Windows не означает отказа от программ DOS. Можно работать в режиме эмуляции DOS, который ни чем не отличается от MS DOS.

     - Мультипрограммирование, т. е. возможность работы сразу с несколькими приложениями.

     Такие преимущества как динамическое подключение  библиотек, средства построения пользовательского интерфейса и связь и внедрение объектов OLE широко используются инструментальными средствами объектно-ориентированного программирования, которые вместо того, чтобы создавать собственные визуальные объекты используют готовые Windows-образы.

      Все описанные выше преимущества стали решающими при выборе операционной системы.

      Прежде  чем остановить свой выбор на каком-либо конкретном программном обеспечении, необходимо провести анализ существующего  программного обеспечения.

     Язык  программирования часто выбирается из тех, что есть в вычислительном центре и из тех соображений, что лучше знает программист.

     Это связанно еще и с тем, что почти  все структуры данных могут быть представлены на любом языке [20, 21 28].

     Однако, существуют критерии выбора языка программирования. Здесь представлены некоторые из них:

1. Назначение разрабатываемого программного средства (учитывается, нужна ли она временно или будет использоваться постоянно, планируется ли передавать ее в другие организации, предусмотрены ли доработки и новые версии программы);
2. Требуемая скорость работы программы. Соотношение ее диалоговых и вычислительных компонентов;
3. Требуется ли минимизировать размеры памяти, занимаемой программой во время работы;
4. Необходимость сопряжения разрабатываемого средства с другими программами, возможно написанных на других языках программирования;
5. Предусматривается ли перенос программы на другие типы ЭВМ;
6. Определение основных типов данных, с которыми будет работать программное средство;
7. Характер и уровень использования аппаратных средств, и необходимость в специальном программировании некоторых функции и процедур для работы с внешними устройствами;
8. Возможность и целесообразность использования имеющихся стандартных библиотек, процедур и функций.

     С точки зрения этих критериев языки  программирования различны, и поэтому выбор представляет собой довольно сложную задачу.

     Для создания рассматриваемого программного средства выбор был остановлен на объектно-ориентированных языках программирования.

     Этот  выбор не случаен, так как объектно-ориентированные языки позволяют разбивать программу на модули, чем значительно облегчают работу программиста.

     Существуют несколько таких языков (сравнительные характеристики двух из них приведены в таблице 1).

Таблица 1 

Сравнительные характеристики языков программирования 

     Для решения поставленной задачи разработки программного обеспечения использовался программный продукт Borland Delphi Builder в рамках крупной среды для разработки программного обеспечения Borland Developer Studio 2006 (BDS 2006).

     Builder – это среда, в которой можно осуществлять так называемое визуальное программирование, т.е. создавать программы, позволяющие в момент их исполнения взаимодействовать с пользователем с помощью многооконного графического интерфейса⁹.

     Кроме этого, для лучшего понимания  хода выполнения программы на экране могут прорисовываться различные  изображения, создаваться иерархические  деревья, на основе которых также  можно управлять ходом выполнения программы. Среда Builder позволяет работать как с простыми локальными и удаленными базами данных, так и с многозвенными распределенными базами данных¹⁰. Вместе с тем она позволяет построить общение программы с Интернетом.

     Среда Builder – инструмент разработки программ на основе современного метода создания программ – объектно-ориентированного программирования (ООП).