Назначение и область применения обучающе-тестирующей программы

Содержание

Введение
1 Назначение и область  применения обучающе-тестирующей  программы
2 Сценарий обучения
3 Проектирование задачи
3.1 Обоснование инструментов  разработки
3.2 Описание алгоритма  решения задачи
4 Программа решения  задачи
4.1 Логическая структура
4.2 Физическая структура
5 Тестирование
6 Применение
6.1 Назначение программы
6.2 Требования к аппаратным  ресурсам ПК
6.3 Руководство пользователя
7 Экономический раздел
8 Охрана труда
Заключение
Литература
Приложения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Создание и развитие информационного общества (ИО) предполагает широкое применение информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) в образовании, что определяется рядом факторов:

• внедрение ИКТ в образование существенным образом ускоряет передачу знаний и накопленного технологического и социального опыта человечества не только от поколения к поколению, но и от одного человека к другому;
• современные ИКТ, повышая качество обучения и образования, позволяют человеку успешнее и быстрее адаптироваться к окружающей среде и происходящим социальным изменениям. Это дает каждому человеку возможность получать необходимые знания как сегодня, так и в будущем;
• активное и эффективное внедрение ИКТ в образование является важным фактором создания системы образования, отвечающей требованиям ИО и процессу реформирования традиционной системы образования в свете требований современного индустриального общества.

Говоря об информационной технологии, в одних случаях подразумевают определенное научное направление, в других — конкретный способ работы с информацией: совокупность знаний о способах и средствах работы с информационными ресурсами, способ и средства сбора, обработки и передачи информации для получения новых сведений об изучаемом объекте.

В современном понимании информационная технология обучения (ИТО) — это педагогическая технология, использующая специальные способы, программные и технические средства (кино, аудио- и видеосредства, компьютеры, телекоммуникационные сети) для работы с информацией.

Таким образом, ИТО следует  понимать как приложение информационных технологий для создания новых возможностей передачи знаний (деятельности педагога), восприятия знаний (деятельности обучаемого), оценки качества обучения и, безусловно, всестороннего развития личности обучаемого в ходе учебно-воспитательного процесса. А главная цель информатизации образования состоит в подготовке обучаемых к полноценному и эффективному участию в бытовой, общественной и профессиональной областях жизнедеятельности в условиях информационного общества.

Одним из способов применения ИТО на практике является использование так называемых электронных средств обучения.

Таким образом, темой данного дипломного проекта является разработка программного продукта педагогического назначения по дисциплине «Нормирование точности и технические измерения».

Целью работы является создание приложения, которое позволит подробно изучить информацию по нормированию точности изготовления деталей машин в машиностроении, техническим измерениям и контролю точности геометрических параметров деталей машин с возможностью тестирования по изученному материалу. Также данное приложение будет являться вспомогательным средством при проведении практических и лабораторных занятий.

Данное электронное  средство обучения рассчитано на индивидуальную работу учащегося, как в аудитории, так и дома. Это дает шанс учащемуся продолжать обучение дома. В этом и заключается актуальность предложенного проекта.

 

1 Назначение и область применения  обучающе-тестирующей программы

В практику педагогической деятельности все шире входит использование различных электронных учебных материалов, таких, например, как: планы-графики лекционных и практических занятий; сборники задач и упражнений, методические рекомендации по их выполнению; вопросы и тесты для самопроверки; моделирующие программы для проведения компьютерных экспериментов и деловых игр (с возможным использованием специализированных баз данных); программы для проведения контроля качества обучения и развития обучаемых и другие.

Соответствующая методическая и технологическая  систематизация указанных электронных материалов по сути дела и обеспечивает поэтапное формирование электронного средства обучения (ЭСО), которое может совмещать в себе функции автоматизированных обучающих и контролирующих систем, моделирующих программ и других программных средств ИТО.

С точки зрения содержания ЭСО должен обеспечивать полноту представления конкретной предметной области, эффективность используемых педагогических и методических приемов, а именно:

• достаточный объем материала, соответствие Государственному образовательному стандарту, актуальность, новизна и оригинальность;
• фактографическая, практическая содержательность, культурологическая составляющая, системность и целостность;
• педагогическая состоятельность продукта посредством используемых методик представления учебного материала, системы контроля, соответствия принципам вариативности и дифференцированного подхода для организации самостоятельной работы обучаемого с ЭСО.

Учитывая особую важность ЭСО для обеспечения самостоятельной работы, необходимо включить в систему требований следующие:

• подробное комментирование примеров выполнения заданий, хода решения учебных и прикладных задач;
• особая четкость постановок задач;
• реализация четкой логики изложения теоретического материала с возможностью прослеживания обучаемым всех цепочек рассуждений с помощью специальных схем;
• использование различных методов и средств активизации познавательной деятельности обучаемых для всех форм учебно-воспитательного процесса (изучение проблемных ситуаций, постановка задач исследовательского характера, требующих для своего решения привлечения знаний из других источников, и т.п.).

Разрабатываемая информационная система по дипломному проекту «Разработка электронного учебника "Нормирование точности и технические измерения», предназначена для индивидуального изучения и закрепления материала по дисциплине «Нормирование точности и технические измерения». Программный продукт разрабатывается с целью повышения эффективности обучения учащихся Могилевского экономического профессионально-технического колледжа, обучающихся по специальности «Техническая эксплуатация автомобилей» на уровне среднего специального и среднего технического образования.

 Иначе говоря, дипломный проект представляет собой ЭСО. Данное ЭСО включает в себя:

• теоретическую часть, содержащую необходимые материалы, направленные на изучение вопросов, связанных с нормами точности различных поверхностей деталей машин, а также методов и средств контроля размеров с целью обеспечения качества изделий и принципа взаимозаменяемости;
• задания для практического применения, предназначенные для закрепления и систематицации знаний, полученных в ходе изучения теоретического материала дисциплины;
• проверку изученного материала в виде тестовых заданий;
• основополагающие стандарты Единой системы допусков и посадок (ЕСДП).
• справочные таблицы;

Таким образом, можно определить входные и выходные данные программного продукта.

 К входным данным  можно отнести запросы пользователя на предоставление информации по конкретному разделу учебника и его ответы на вопросы тестовых и практических, а также лабораторных заданий.

Выходными данными являются материалы для изучения по запросу  пользователя и результаты выполнения тестовых, практических или лабораторных заданий, а так же справочная информация и содержимое основополагающих стандартов ЕСДП.

Данное ЭСО можно  применять в любом учебном  процессе (организованном как в учебном заведении, так и в домашних условиях), программа которого предусматривает изучение системы стандартов по нормированию точности изготовления деталей машин в машиностроении, техническим измерениям и контролю точности геометрических параметров деталей машин.

В связи с выше сказанным, можно определить минимальные системные требования для поддержания работоспособности программного продукта:

• операционная система Windows XP, Vista, 7 (возможно использование и более ранних версий);
• свободное пространство на жестком диске 10 Мб;
• оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 128 Мб;
• процессор с тактовой частотой 500 МГц.

Приветствуется изменение  указанных параметров в сторону  увеличения, поскольку это приведет к более быстрым откликам сиситемы на действия пользователя.

 

2 Сценарий обучения

Электронный учебник  содержит теоретическую часть, в  которой отображены основные материалы в соответствии с программой дисциплины «Нормирование точности и технические измерения», практическую часть, которая представлена заданиями практических и лабораторных работ. Самостоятельный вид деятельности формируется в процессе решения учащимися различного рода практических задач. Материал данного ЭСО содержит наглядные примеры, благодаря этому учащиеся не будут испытывать затруднений при самостоятельном изучении темы.

При составлении алгоритма управления познавательной деятельности обучаемых необходимо выделить главные модули без которых невозможно выполнить практическую часть данной темы. Поэтому алгоритм управления познавательной деятельностью обучаемых можно представить в виде схемы, предсавленной на рисунке 1.

Рисунок 1 – Алгоритм управления познавательной деятельностью

На первом этапе предлагается изучение теоретической части по основным темам программы дисциплины с включенными подробными примерами. В случае затруднений, учащийся может обратиться к дополнительным источникам литературы (справочным материалам или стандартам ЕСДП) или за консультацией к преподавателю. Для удобной подачи материала необходимо разделить форму приложения на две части: для удобной навигации по темам материалов и перехода в разделы закрепления и тестирования полученных знаний и для представления непосредственно самого материала для изучения и закрепления.

На втором этапе, обучаемому необходимо закрепить полученные знания, решая задания, предусмотренные для практического применения.

На последнем этапе предлагается возможность проверить полученные знания с помощью выполнения тестовых заданий. При разработке системы тестов необходимо учитывать следующее. Поскольку применяется компьютерное тестирование и обработка результатов, то наиболее приемлимым типом вопросов являются вопросы открытого типа, т.е. вопросы с уже содержащимися вариантами ответов. Степень сложности вопроса при этом можно регулировать как самой постановкой вопроса, так и способами выбора верного варианта. Например, при низкой степени сложности вопроса и наличии единственного верного ответа, пользователя к принятию такого решения можно подтолкнуть, запрограммировав выбор ответов с помощью компонентов типа RadioButton. Для увеличения сложности выбора или при наличии нескольких вариантов ответа целесообразно использовать компоненты типа CheckBox и т.п. Следует также продумать и механизм хранения ключа теста и подачи результатов тестирования пользователю. Так рекомендуется хранить вопросы тестов и ключи к ним в специальных защищенных файлах. Для предоставления результата пользователя и реализации дополнительного контроля целесообразно хранить информацию о результатах тестирования каждого учащегося в отдельном файле. При этом кроме личных данных, даты тестирования и непосредственного результата логично сохранить в файле и ответы данные пользователем. Для определения результата тестирования необходимо разработать шкалу перевода полученных ответов в отметку. Можно воспользоваться градацией приведенной в таблице 2.1.

Таблица 1 – Критерии выставления оценки по результатам тестирования

Верные ответы (%)	0	до 10	10-25	25-35	35-45	45-60	60-70	70-80	80-90	90-95	95-100
Балл	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10

 

Между этапами использования  ЭСО необходимо запрограммировать  взаимосвязь, так, например, можно изучив определенную тему теоретического материала перейти либо к следующей теме, либо к выполнению предусмотренных практических или лабораторных заданий, либо в раздел тестирования. При выполнении практических и лабораторных заданий (тренировочный этап) необходима возможность возврата к теоретическому материалу, в случае необходимости, с целью его построения или обращение к справочным материалам или стандарам ЕСДП. При прохождении контролирующего этапа (тестирование) возврат к теоретическим или практическим разделам, а также к справочным матриалам и стандартам ЕСДП должен быть заблокирован до завершения его прохождения.

Алгоритм применения данного ЭСО, как уже отмечалось ранее, в основном направлен на увеличение доли самостоятельно изучаемого материала в ходе урока, но это не уменьшает роль педагога в образовательном процессе. Грамотно распределение освобождающегося времени учителя позволит провести в течение урока ряд индивидуальных консультаций. Такой подход будет более эффективным, нежели традиционная лекционная форма проведения занятий.

Данное ЭСО можно  применять и при групповых  занятиях, но при этом, для удобства организации процесса обучения, помимо компьютера, желательно наличие в аудитории специального оборудования: проектора и экрана или электронной доски, подключаемой к персональному компьютеру.

Мобильность данного  ЭСО позволяет применять его  и при закреплении материала  в домашних условиях, в случае, если учащемуся не хватает отведенного аудиторного времени на усвоение материала в полном объеме или повторения всего или части материала при выполнении домашнего задания. Таким образом, можно обеспечить принципы дифференцированного подхода в обучении.

 

 

3 Проектирование задачи

3.1 Обоснование инструментов  разработки

Исходя из определенных ранее требований предъявляемых к ЭСО можно обсновать выбор инструментов разработки программного приложения.

В связи с широким  распространением операционной системы Windows, программный продукт должен работать под управлением этой операционной системы. Выбор операционной системы основывается на анализе существующих операционных систем в надежности, простоте и удобстве использования, а также уровня известности пользователю.

Windows обеспечивает достаточно  высокий уровень надежности. Она  разработана так, что способна восстанавливать свое состояние после сбоя прикладной программы. Windows является простой и эффективной в использовании, ее можно легко установить, настроить, включает в себя множество новинок, созданных для упрощения пользования ею: обширная справочная система, кнопка "Пуск", полоса задач и множество других.

Для раскрытия всех потенциальных  возможностей, которые несет в  себе использование ЭСО, а также облегчения создания структуры прилодения используются CASE-технологии. В качестве CASE-средств концептуального проектирования программных приложений будет использоваться RationalRose.

Для разработки данного  программного продукта могут быть использованы следующие системы программирования:

• VBA (Visial Basic for Applications)  – немного упрощённая реализация языка программирования Visual Basic, встроенная в линейку продуктов Microsoft Office, а также во многие другие программные пакеты. VBA является интерпретируемым языком. Преимущества языка: встроенность в некоторые приложения, быстрота и простота разработки приложений. Однако есть множество недостатков: наличие малого количества стандартных компонентов, невозможность создания автономного кода, программы, написанные на этом языке, могут выполняться только внутри его интегрированной среды, отсуствие встроенной поддержки событий, невозможность создания GUI приложения.
• С++ Builder  представляет собой интерактивную среду программирования на языке C++. Система обеспечивает высокую продуктивность и производительность, удовлетворяя современным требованиям к разработке приложений под Windows. Расширенный менеджер проектов с множественными типами исполняемого кода,  компилятор с оптимизацией кода по размеру и эффективности, компоновщик, средства интегрированной отладки. Однако существуют и недостаки: непереносимость, сложность в разработке многопоточного приложения, отсутсвие гибких инструментов, ограничение возможностей.
• Delphi – язык программирования, изначально называемый Object Pascal, который используется в одноимённой среде разработки. Начиная со среды разработки Delphi 7.0, в официальных документах Borland стала использовать название Delphi для обозначения языка Object Pascal. К преимуществам Delphi можно отнести быстроту разработки приложения, низкие требования к ресурсам компьютера, встраиваемые компоненты, более обширные библиотеки объектов. С помощью средств интегрированной среды удобно проектировать интерфейсную часть приложения, а также писать программный код и связывать его с элементами управления. Уникальная среда разработки Delphi 7.0 объединяет дизайнер форм, инспектор объектов, палитру компонентов, менеджер проектов и полностью интегрированные редактор кода и отладчик —  основные инструменты RAD, обеспечивающие полный контроль над кодом и ресурсами.

Изходя из выше перечисленных  преимуществ Delphi, было принято решение вести разработку данного программного продукта в среде разработки Borland Delphi 7.0.

 

3.2 Описание алгоритма  решения задачи

Под алгоритмизацией  понимается рациональное разбиение  рассматриваемой модели на отдельные задачи, упорядоченные в соответствии с требованиями заказчика и самой предметной области. С помощью алгоритма наглядно отображается зависимость одних данных от других (выходных от входных). Результатом является логический блок – схема процесса обработки данных и решения задач по подсистемам с разработкой вопросов, размещением файлов, формирования требуемых документов.

Программа состоит из следующих основных действий:

• переход на основную форму;
• переход на форме по кнопкам и пунктам меню;
• выбор вариантов ответов, при выполнении тестирования.

 Основной алгоритм программы представлен на рисунке 2, в соответствии с которым отображены основные действия.

С помощью кнопки «О программе» пункта «Справка»  можно получить дополнительные сведения о разработчике и самой программе.

Алгоритм программы  отображения по пунктам меню, в соответствии с рисунком 3.

 

Рисунок 2 – Основной алгоритм программы

 

Рисунок 3 – Основной алгоритм программы, отображения пунктов меню

 

4 Программа решения задачи

4.1 Логическая структура

Для того, чтобы обеспечить эффективное, рациональное и удобное обращение пользователя с программным продуктом нужно не только определить физические аспекты программы, но и учесть все особенности логики. Другими словами выявить несогласованность, неоднозначность и неполноту структурных частей программного обеспечения, всесторонне рассмотреть подход к программному средству со стороны пользователя, четко определить функции, которые должна выполнять система и устранить недостатки.

Логическая структура программного средства представлена на диаграмме вариантов использования (рис.4)

 

Рисунок 4 – Диаграмма вариантов использования

 

На основе диаграммы  вариантов использования можно построить информационную модель данных (представлена на рисунке 5)

Рисунок 5 – Информационная модель

 

4.2 Физическая структура

При разработке программного продукта использована среда программирования Delphi. В основе идеи использования Borland Delphi лежит технология визуального конструирования (Visual design) программ, которое избавляет программиста от рутинной разработки интерфейса будущей программы. Среда содержит все необходимые программные «кирпичики» - заготовки, из которых строится интерфейс будущей программы. Программист использует прототип будущего окна программы – форму – и наполняет ее необходимыми компонентами, реализующими нужные интерфейсные свойства. При этом количество компонентов, из которых программист может «собрать» свою программу достаточно велико. Все необходимые для создания программы компоненты объединяются в так называемую библиотеку визуальных компонентов. Библиотека визуальных компонентов (Visual Component Library) предоставляет программисту огромное разнообразие созданных разработчиком программных заготовок, которые можно сразу использовать при написании собственных программ. При этом компоненты содержат в себе помимо программного кода и все необходимые для их работы данные. Использование подобного подхода во много раз сокращает время разработки программ, а также существенно снижает вероятность случайных программных ошибок.

Программа, кроме тех компонентов, которые будут видны во время выполнения, содержит также много невидимых компонентов, реализующих те или иные возможности, например, стандартные диалоги, таймер, различные списки и т.д.

В связи с тем, что данный дипломный проект разработан в среде визуального программирования Borland Delphi при разработке программы использовались стандартные компоненты Windows: окна, меню, кнопки, дерево объектов и т.п. Управление программой осуществляется с помощью древовидного меню и кнопок.

Работа программы основана на взаимодействии между окнами (в  нотации Delphi - формами). Разработанная программа включает в себя основную форму и ряд вспомогательных форм для работы с данными, модули, и другие файлы ресурсов.

Функциональная модель диалога представлена на рисунке 6.

 

Рисунок 6 – Функциональная модель диалога

 

При создании проекта  были задействованы следующие компоненты и элементы управления:

– TEdit – служит для  отображения текстовых и числовых значений;

– TLabel – служит для отображения информации;

– TImage – служит для отображения , графических изображений и создания кнопок;

– TTreeview – служит для создания дерева объектов;

– TWebBrowser – служит для вывода окна отображения текстов;

– TMainMenu – служит для создания меню.

Разработанная программа, как уже отмечалось ранее, включает в себя ряд форм (основную и вспомогательные) для работы с данными, модули, и другие файлы ресурсов. Многие из этих файлов создаются автоматически:

-файл проекта (*.dpr) – этот текстовый файл используется  для хранения информации о  формах и модулях. В нем содержатся  операторы инициализации и запуска программы на выполнение. Содержимое файла:

program Project1;

uses

  Forms,

  Unit1 in 'Unit1.pas' {TitleForm},

  Unit2 in 'Unit2.pas' {MainForm},

  Unit3 in 'Unit3.pas' {TheoryForm},

  Unit4 in 'Unit4.pas' {LabsForm},

  UnitGlob in 'UnitGlob.pas',

  Unit5 in 'Buttons\Unit5.pas' {TestForm},

  Unit6 in 'Unit6.pas' {TMForm};

{$R *.res}

begin

  Application.Initialize;

  Application.CreateForm(TTitleForm, TitleForm);

  Application.CreateForm(TMainForm, MainForm);

  Application.CreateForm(TTheoryForm, TheoryForm);

  Application.CreateForm(TLabsForm, LabsForm);

  Application.CreateForm(TTestForm, TestForm);

  Application.CreateForm(TTMForm, TMForm);

  Application.Run;

end.

-файлы модулей (unit*.pas) – текстовые файлы модулей, используемые для хранения кода;

-файл форм (*.dfm) – двоичные  или текстовые файлы, создаваемые  для хранения форм;

-файл параметров проекта (*.dof) – в этом файле хранятся установки параметров проекта;

-файл информации о  пакетах (*.drf) - бинарный файл, создаваемый  при работе с пакетами;

-файл ресурсов (*.res) –  бинарный файл, содержащий, используемую  пакетом пиктограмму и прочие ресурсы;

-файл пакета (*.dpk) –  двоичный файл пакета;

-файлы резервных копий (*.dp, *.df, *.pa) - файлы резервных копий для  файлов проекта, формы и модуля;

-файл конфигурации окон (*.dsk) –  файл хранит конфигурацию всех  окон.

Следующие файлы создаются компилятором: исполняемый файл (.exe), объектный файл модуля (.dcu), динамически присоединяемая библиотека (.dll), файл содержания пакета (.dcp), откомпилированный файл пакета времени выполнения (.bpl), файл справки (.hlp), файлы изображения (.wmf, .bmp, .ico).

В пакет выполняемых файлов входят файлы с расширением .dcu, .ddp, .dfm, .dof, .dpr, .exe, .pas;

Файлы модулей содержат процедуры  для работы с данными. Каждая процедура соответствует обработчику какого-либо события, например, нажатия на кнопку, активации формы, выбора пункта меню. Приведем обработчик события выбора некоторого пункта содержания:

…

procedure TTheoryForm.TreeView1Changing(Sender: TObject;

                                         Node: TTreeNode;  var AllowChange: Boolean);

begin

// Если был выбран пункт второго раздела

  if (node.AbsoluteIndex>=16) then

  begin

    s:=ExtractFilePath(Application.ExeName)+'Theory/Gost/';

    TheoryForm.WebBrowser1.Navigate(s

                                               +inttostr(node.AbsoluteIndex-16)+'.pdf');

  end;

// Если был выбран пункт первого раздела

  if  (node.AbsoluteIndex<16) then

  begin

    s:=ExtractFilePath(Application.ExeName)+'Theory/';

    TheoryForm.WebBrowser1.Navigate(s+inttostr(node.AbsoluteIndex)

                                                                                                   +'.html');

  end;

  nodeTF:=node.AbsoluteIndex;

  if ((nodeTF=4) OR (nodeTF>=6) AND (nodeTF<=10)) then

    Image2.Visible:=True

  else Image2.Visible:=False;

end;…

Полный программный код представлен в Приложении А.

Так как программное  средство отображает много теоретических  сведений, то вся необходимая информация хранится в папках «Theory», «Theory/ Gost», «Labs», «Tests», и др в виде текстовых файлов формата*.htm, *.pdf и др. Для полноценной работы программы наличие этих файлов обязательно.

Модель программы представлена на диаграмме классов в соответствии с рисунком 7.

Рисунок 7 – Диаграмма  классов

 

 

 

5 Тестирование

Комплексное тестирование –  это необходимая процедура, которую должено пройти каждый программный продукт. Тестирование ЭСО позволяет выявить потенциальные ошибки, допущенные при разработке. Качественное тестирование программного продукта помогает выявить и исправить ошибки, которые могут привести не только к потере части потенциальных клиентов, но и к ошибкам связанным, например, с некорректной подачей информации или неверной процедурой проверки знаний.

Тестирование будем проводить в два этапа.

Тестирование устойчивости. Проверяется реакция программы на некорректный ввод данных, значения которых выходят за допустимый диапазон. Как указывалось выше, ограничения устанавливаются в компонентах, в которые осуществляется ввод.

Тестирование функциональности. Выполнялась  проверка правильности вычислений, корректности работы по исходным данным. На этом этапе проверка осуществлялась путём ввода новых данных в базу данных.

Для продтверждения работоспособности системы, необходимо выполнить следующие действия:

• загрузка программы, осуществление навигации по приложению;
• получение результатов;
• сравнение с выходными данными и ожидаемыми результатами;
• выводы.

Результаты тестирования программы в соответствии с таблицей 5.1.

В ходе тестирования испытывалось действие всех кнопок, доступных пользователю. Ошибок выявлено не было. В нужный момент кнопки становились недоступны (так, например, при загруженном содержании не доступна кнопка «Назад»), на не выбранный вариант ответа программа выдавала сообщение с просьбой отметить один из вариантов как правильный.

 

Таблица 2 – Тестирование программного модуля

Действие	Ожидаемая реакция	Отметка о выполнении
Выбор раздела	Загрузка необходимого раздела	выполнено
Выбор варианта ответа с  нажатием на кнопку «Ответ»	Переход к следующему вопросу	выполнено
Не выбор варианта ответа с нажатием на кнопку «Ответ»	Вывод предупреждения, с просьбой выбрать ответ	выполнено
Вызов справочной информации	Появление окна «О программе» или встроенной справки	выполнено