Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Создание электронного учебника по дисциплине «Информатика и программирование

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

В жизни современного человека компьютерные телекоммуникации занимают важное место. Сейчас, широкий спектр образовательных Web-ресурсов позволяет не только организовать дистанционное обучение, сетевые олимпиады, виртуальные экскурсии, Web-проекты, но и успешно расширить задачи и возможности образования. В настоящее время важной задачей для образования является разработка качественных образовательных Web-ресурсов.

Обучающиеся и тестирующиеся программы по различным дисциплинам (в рамках учебного процесса и компьютерных курсов) показывают, что их применение позволяет повысить не только интерес к будущей специальности, но и успеваемость по данной дисциплине. Большинство обучающихся воспринимают лучше информацию зрительно, тем более, если она качественно оформлена.

Эти программы дают возможность каждому обучающемуся независимо от уровня подготовки активно участвовать в процессе образования, учиться по индивидуальному плану согласно собственным потребностями, осуществлять самоконтроль, быть не пассивным наблюдателем, а активно получать знания и оценивать свои возможности. Обучающиеся начинают получать удовольствие от самого процесса обучения, независимо от внешних мотивационных факторов.

Выбранная тема курсовой работы «Создание электронного учебника по дисциплине «Информатика и программирование» является актуальной в силу того, что электронный учебник предоставляет коллективный доступ, также он дает возможность преподавателю вносить изменения и дополнять материал, руководствуясь личным опытом, не ограничиваясь рамками каких-либо других пособий.

Цель данной работы, является организация процесса разработки электронного учебника по дисциплине «Информатика и программирование».

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

определить понятие «электронный учебник», изучить его особенности;
выполнить описание входных и выходных потоков информации;
спроектировать функциональную модель предметной области;
определить требования к электронному учебнику;
спроектировать структуру электронного учебника.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Описание предметной области

Современный учебный процесс сложно представить без использования компьютерных учебников, задачников, тренажеров, лабораторных практикумов, справочников, энциклопедий, тестирующих и контролирующих систем и других компьютерных средств обучения (КСО). Последние составляют обширный класс средств, относящихся к образовательным ИТ. Далее в большинстве случаев, говоря об ИТ, мы будем иметь в виду КСО и электронные учебники (ЭУ) в частности. Среди перечисленных КСО электронный учебник представляет собой наиболее емкое средство обучения, т.к. включает в себя элементы всех остальных средств (тренажер, задачник, система контроля знаний и т.д.).

Назовем основные преимущества КСО:

создание условий для самостоятельной проработки учебного материала (самообразования), позволяющих обучаемому выбирать удобные для него место и время работы с КСО, а также темп учебного процесса;

более глубокая индивидуализация обучения и обеспечение условий для его вариативности (например, адаптивные КСО, способные настраиваться на текущий уровень подготовки обучаемого и области его интересов);

возможность работы с моделями изучаемых объектов и процессов (в том числе тех, с которыми сложно познакомиться на практике);

возможность представления и взаимодействия с виртуальными трехмерными образами изучаемых объектов;

возможность представления и мультимедийной форме уникальных информационных материалов (картин, рукописей, видеофрагментов, звукозаписей и др.);

возможность автоматизированного контроля и более объективное оценивание знаний и умений;

возможность автоматической генерации большого числа не повторяющихся заданий для контроля знаний и умений;

возможности поиска информации в КСО и более удобного доступа к ней (гипертекст, гипермедиа, закладки, автоматизированные указатели, поиск по ключевым словам, полнотекстовый поиск и др.);

создание условий для эффективной реализации прогрессивных психолого-педагогических методик (игровые и состязательные формы обучения, экспериментирование, «погружение» в виртуальную реальность и др.).

Электронный учебник (ЭУ) — это специальное устройство либо программное обеспечение, используемое в образовательном процессе и заменяющее собой традиционный бумажный учебник.^[1]

Электронный учебник должен содержать систематизированный материал по соответствующей научно-практической области знаний, обеспечивать творческое и активное овладение студентами знаниями, умениями и навыками в этой области.

Такое издание отличается от печатного и по своему внутреннему оформлению, и по внешнему виду. Разумеется, можно взять какую-либо печатную книгу и преобразовать ее в электронное издание. Тогда текст будет находиться не на листах бумаги, а в памяти компьютера. Если еще при этом использовать звук, видео, анимацию, гиперссылки, то это уже будет иное по своей структуре издание.

Электронный учебник по дисциплине «Информатика и программирование» должен выполнять следующие функции:

Обучающую. ЭУ повысит качество и эффективность процесса обучения; позволит студентам изучать материал по дисциплине в удобном темпе.
Практическую. Практические задания сделают процесс обучения интересным и творческим, вовлекут студентов в исследовательскую деятельность.
Наглядную. Наглядность обеспечивается также использованием при создании электронных учебников мультимедийных технологий: анимации, звукового сопровождения, гиперссылок, видеосюжетов и т.п.
Контролирующую. ЭУ позволит студентам выполнять самоконтроль. Обеспечит многовариантность, многоуровневость и разнообразие проверочных заданий, тестов. Электронный учебник позволяет все задания и тесты давать в интерактивном режиме.
Оценивающую. В ЭУ будет реализована возможность распознавания правильности ответов и выставления оценки.

Оценка качества создаваемых и используемых в образовательном процессе электронных мультимедийных учебников и пособий на сегодняшний день является очень актуальным, так как единого научно-методического обеспечения и стандартов в данной области не существует, что отрицательно сказывается на качестве программного обеспечения учебного назначения, существующего на современном рынке программного обеспечения. В то же время они вызывают к себе повышенный интерес как к современному научно-методическому обеспечению учебного процесса и способу самообразования.

1.2 Информационное обеспечение задачи

Процесс разработки электронного учебника должен включать входные и выходные данные.

Входные данные программы включают в себя:

Лекционный материал;
Практический материал;
Тестирующий материал;

Выходные данные:

Оценка обучающегося.

Процесс создания электронного учебника будет проходить в редакторе Brackets на HTML-языке^[2]и CSS^[3].

1.3. Функциональное моделирование предметной области

Функциональная модель электронного учебника по дискретной математике включает в себя три блока:

лекционный материал;
практический материал;
тестирующий материал.

Каждый блок преобразует входную информацию в выходную. Блоки соединяются между собой дугами (стрелками), каждая из которых имеет свою подпись. На рисунке 1.1 и 1.2 представлена модель электронного учебника по дискретной математике.

Рис.1.1 Контекстная диаграмма «Электронный учебник»

Рис.1.2 Контекстная диаграмма «Электронный учебник»

Каждый из основных блоков электронного учебника по дискретной математике разделяется на подблоки, в которых описываются функции основных блоков. (рис.1.3 , 1.4 и 1.5)

Рис.1.3 Контекстная диаграмма «Лекционный материал»

Рис.1.4 Контекстная диаграмма «Практический материал»

Рис.1.5 Контекстная диаграмма «Тестирующий материал»

2. ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ ПО РАЗРАБОТКЕ ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНИКА

2.1 Техническое задание

Введение

Техническое задание распространяется на разработку электронного учебника по дисциплине «Информатика и программирование», предназначенной для хранения данных указанного лекционного материала, а также для его решения, хранения полученных результатов и использования разработчиками программных и аппаратных средств вычислительной техники.

Разработка системного проекта

1.1. Назначение разработки

Задача электронного учебника – донести до студента учебный предмет, а не науку в целом. Обучающейся должен освоить основные законы и методы науки, чтобы в дальнейшем использовать свои знания в научной или практической деятельности. Из учебника он получает основные понятия по излагаемому предмету. При изложении учебного предмета используются приемы, которые дают возможность обучающемуся ясно понимать текст, запоминать его и использовать для самоконтроля своих знаний.

Функциональные возможности разделов
Главная страница панели управления ЭУ должно включать в себя следующие обязательные компоненты:
Меню быстрого доступа к главам и разделам
Практические задания
Тестирующие задания
Словарь

Требования к программе

3.1. Требования к функциональным характеристикам

Поскольку электронное издание воспринимается с экрана, то оно имеет свои особенности:

информация, предъявляемая на экране, должна быть понятной, логически связной, распределенной на группы по содержанию и функциональному назначению;
при организации информации на экране следует избегать избыточного кодирования и неоправданных, плохо идентифицируемых сокращений;
на экране должна находиться только та информация, которая обрабатывается пользователем в данный момент;
лёгкость в освоении и использовании данной среды;
для лучшего понимания, усвоения и запоминания материала необходимо использовать технические возможности: анимацию, звук, цвет, иллюстрации;
необходимо, чтобы в одной из страниц постоянно было оглавление книги, что позволяет, не листая страницы, быстро переходить к нужному разделу или фрагменту и также быстро возвращаться назад;
необходимо выделять ключевые слова, термины, имена, чтобы, щелкая по ним кнопкой мыши, вызывать гиперссылки с объяснениями значений этих слов или комментарием на экран компьютера;
использовать колонтитулы или заголовки на каждой электронной странице, чтобы обучающейся не терял ориентации в учебнике.

При создании электронного издания необходимо учитывать все совокупность приемов, методов, способов воспроизведения графической и аудиовизуальной информации с учетом воспроизведения электронных изданий с локального носителя, локальной сети или из образовательных сайтов. На экране рекомендуется представлять минимум текстовой информации.

3.2. Требования к надежности и безопасности

Программный продукт должен соответствовать современному уровню требований к надежности программного обеспечения:

предусматривать контроль вводимой информации и блокировку некорректных действий пользователя при работе с системой;
обеспечивать корректное завершение вычислений с соответствующей диагностикой при превышении имеющихся вычислительных ресурсов;
обеспечивать целостность информации, хранящейся в базе данных.

3.3. Требования к хранению данных

Все данные системы должны храниться в структурированном виде под управлением БД MySQL^[4]. Исключения составляют файлы данных, предназначенные для просмотра и скачивания: изображения, видео, документы и т.п. Такие файлы сохраняются в файловой системе.

3.4. Требования к составу и параметрам технических средств

В качестве рабочего места персонала, т.е. компьютера, с которого осуществляется работа специалистов, должен использоваться компьютер с характеристиками не ниже следующих:

Тактовая частота процессора 2000 Гц;
Объем оперативной памяти 512 Мб;
Объем свободного дискового пространства 50 Мб;
Разрешение монитора 1024х768

3.5. Требования к информационной и программной совместимости

Программа должна работать в операционных системах Windows XP/7/8/10.

3.6. Требования к языкам программирования

Для реализации статических страниц и шаблонов должны использоваться языки HTML и CSS. Исходный код должен разрабатываться в соответствии со стандартами W3C^[5] (HTML 5). Для формирования динамических страниц будет использоваться PHP.

3.7. Требования к лингвистическому обеспечению

Система управления содержимым сайта должна быть выполнена на русском языке.

Для реализации интерактивных и динамических страниц должен использоваться языки JavaScript и HTML.

3.8. Требования к дизайну

Дизайн должен быть выдержан в строгих и мягких тонах. Дизайн сайта должен быть выполнен с использованием языка HTML и CSS.

Сайт должен корректно отображаться в браузерах Microsoft Internet Explorer 6.0, 7.0; Mozilla FireFox 2.0, 3.0; Opera 9.0. Необходимо создать структуру или шаблон сайта (рис 2), состоящую из следующих элементов:

1. “шапка” (хедер). В данном блоке необходимо расположить имя страницы;

2. блок отображения главного меню сайта. Данный блок должен содержать:

Разделы;
Уроки;
Практические задания;
Тестовые задание;
Словарь

Меню должно располагаться вертикально (ниже хедера) на сайте;

3. “подвал” (футер) сайта. В данном блоке необходимо разместить краткую контактную информацию о дисциплине;

4. блок отображения основного содержимого страницы.

$F:\Новая папка\Безымянный.png$

Рис 2. Шаблон ЭУ

4. Этапы разработки (табл. 1.1)

После утверждения технического задания организация-разработчик непосредственно приступает к созданию программного обеспечения.

Таблица 1.1. Этапы разработки

Номер этапа	Название этапа	Срок	Отчетность
1	Разработка ядра системы	01.10.19 - 15.10.19	Описание внутренних форматов, интерфейса и форматов базы данных. Реализация система на уровне интерфейса
2	Разработка подсистемы глав и разделов	16.10.19– 15.11.19	Описание алгоритма разработки подсистем глав и разделов
3	Разработка поиска необходимого материала по дисциплине	16.11.19-30.12.19	Реализация поиска
4	Разработка подсистемы тестирования студентов	01.01.20 – 20.01.20	Описание алгоритма тестирования
5	Разработка дизайна системы	20.01.20 – 01.02.20	Описание методов дизайна
6	Тестирование программного продукта и составление программной документации	01.02.20 – 20.02.20	Тесты. Документация. Программный продукт

2.2 Структура базы данных

Для хранения данных используется база данных MySQL, структура которой представлена на рис 3. Схема базы данных состоит из следующих объектов:

Category (разделы) – содержать определённый список уроков по данной дисциплине;

Lessons (уроки) – используются для хранения лекционного материала;

Test (тест) –используется для оценивания облучённости учащихся, состоящий из системы тестовых заданий;

Answer (ответы) – содержит несколько вариантов ответов.

Рис.3 Схема базы данных

2.3. Этапы построения электронного учебника

Постепенное наращивание парка вычислительной техники в быту делает перспективной отрасль деятельности, связанной с разработкой и внедрением, как электронных учебников, так и технологий обучения «без преподавателя». В отличие от обычного (бумажного) учебника электронный учебник может и должен обладать «несколько большим интеллектом», поскольку компьютер может имитировать некоторые аспекты деятельности преподавателя (подсказывать в нужном месте в нужное время, дотошно выяснять уровень знаний и т.п.). Он должен содержать весь необходимый (и даже более) учебный материал по определенной дисциплине. Только наличие полного учебного материала по дисциплине может обеспечить успешное обучение по электронному учебнику. Наличие же «интеллектуальных аспектов» в электронном учебнике не только компенсирует его недостатки (использование только на компьютере), но и дает ему значительные преимущества перед бумажным вариантом (быстрый поиск необходимой информации, компактность, дешевизна и т.д.). Электронный учебник может быть, с одной стороны, в значительной степени автономным, а с другой стороны - может отвечать некоторым стандартам по своей внутренней структуре и форматам содержащихся в них информационных данных, что обеспечит возможность легко и быстро набирать необходимый комплект учебников, связанных в единую обучающую систему.

Создание электронных учебников основывается на двух компонентах: методически обработанном контенте и информационных технологиях создания учебника.

При подборе контента эффективно опираться на человеческие знания в целом и каждого отдельного индивидуума имеют сложную иерархическую структуру, подобную структуре материального мира.

Как структура материи от элементарных частиц восходит к сложным объектам окружающего нас мира, точно также и знания, основываясь на самых простейших понятиях, восходят до сложнейших понятий, ранее не известных закономерностей окружающего нас мира (открытий).

Процесс обучения можно рассматривать, как происходящий в одном человеке, но в главном ничем не отличающийся от приобретения знаний человечеством. Главное отличие - эхо ограниченность и определенность знаний при их изучении, в отличие от безграничности и непредсказуемости знаний о природе.

При изучении дисциплины происходит изучение новых понятий на основе уже известных. В целом, весь процесс обучения в школе строится по такому же принципу от основополагающих понятий и дисциплин к более сложным.

Обучение начинается с задания обучаемому цели обучения - изучаемой темы. Учебное пособие должно выдать все неизвестные обучающемуся знания по этой теме.

Предполагается, что учебный материал представлен множеством понятий. Для определения понятия необходимо знание других понятий, непосредственно с помощью которых, определяется изучаемое понятие (Например: чтобы изучить понятие команды, необходимо прежде изучить следующие понятия - адрес, операция, операнд, результат).

Между понятиями существует отношение включения. Каждому понятию, соответствует некоторое подмножество понятий, с помощью которых оно определяется и с которыми находится в отношении включения. Отношение включения является частично упорядоченным. Оно определяет частично упорядоченное множество понятий. Это отношение обусловливает разбиение всех понятий на подмножества (уровни знаний).

Нижний уровень составляют базовые знания. Понятия этого уровня предполагаются известными обучающемуся, и не требуют дальнейшего определения. На основе этого уровня определяются понятия на уровень выше.

На основе понятий этих уровней определяется следующий уровень понятий и так далее. Разбиением понятий дисциплины на группы и уровни создается модель знаний по дисциплине - семантическая сеть.

Разработка семантической сети является творческим процессом. Поэтому, аналогично тому, как после составления программы она требует отладки, так и вновь созданная семантическая сеть требует анализа и оптимизации.

Качество разработанной семантической сети можно оценить с помощью ряда показателей используемых для оценки качества данных:

- достоверность;

- кумулятивность;

противоречивость.

Под кумулятивностью понимается свойство данных небольшого объема достаточно полно (точно) отображать действительность.

Достоверность - степень безошибочности данных.

Противоречивость - это отсутствие двух взаимоисключающих понятий.

Приведенные показатели позволяют оценить наличие явных ошибок в сети.

Обучающийся стремится изучить заданные ему темы с наибольшем пониманием и «в кротчайшие сроки». Поэтому, разработанную сеть, после ее анализа и доработки необходимо оптимизировать, так чтобы время изучения было минимально, а понимание наиболее глубоким.

Для уменьшения времени изучения необходимо оптимизировать семантическую сеть, таким образом, чтобы потребовалось меньше анализа знаний (тестирования) и сократить (если это возможно, без нарушения понимания) число понятий. Для этого существуют следующие способы:

- замена определения понятия на более простое (с меньшим числом понятий, для объяснения основного понятия);

- если одно и тоже понятие используется для объяснения нескольких понятий одного уровня, то можно обойтись одним его тестированием, а в других случаях уже брать готовый результат;

- путем сокращения типов понятий, объясняющих понятия более высокого уровня.

Следует отметить, что оптимизация не является формальной процедурой. После оптимизации, вследствие возможности привнесения человеком ошибок - семантическую сеть целесообразно проанализировать.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе, исходя из цели – организация процесса разработки электронного учебника по дисциплине «Информатика и программирование», были поставлены ряд задач. В ходе исследования эти задачи были реализованы.

На основании изученного материала можно сделать вывод о практической ценности электронных пособий. Кроме того, электронное пособие дает больше возможностей для самостоятельной работы, позволяет выбирать глубину изучения темы. Эффект познания усиливается, если учебные задачи, решаемые в рамках информационных технологий обучения, связаны с практической деятельностью или представляют интерес в его сегодняшней учебной работе.

Таким образом, электронный учебник обладает следующими преимуществами: облегчает понимание изучаемого материала за счет иных, нежели в печатной учебной литературе, способов подачи материала: индуктивный подход, воздействие на зрительную и эмоциональную память и т.п.; допускает адаптацию в соответствии с потребностями обучающегося, уровнем его подготовки, интеллектуальными возможностями и амбициями.

На основании всего вышесказанного можно сделать вывод, что электронные учебники являются перспективным направлением информатизации образования, и их значимость в дальнейшем будет лишь увеличиваться.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

Рудаков А.В, Федорова Г.Н. Технология разработки программных продуктов. Практикум.
Антонова, С. Г. Современная учебная книга: создание учеб. лит. нового поколения / С.Г. Антонова, Л.Г. Тюрина. – М.: Сервис, 2001. – 287 с.
Голицына, О.Л. Базы данных: [учеб. пособие для СПО] / О.Л. Голицына. – 2е изд, испр. и доп. – М : ФОРУМ-ИНФРА-М, 2009. – 399 с. : ил.
Красильников И.В. Информационные аспекты разработки и применение электронных учебных пособий. Монография. М.: «РХТУ», 2007. – 114 с.
Новиков С.В. Принципы разработки Интернет-учебников// Информатика и образование. 2001. №10. С. 61-65.
Ратшиллер Т., Геркен Т. PHP4: разработка Web-приложений. - СПб: Петербург, 2001. - 384 с.
Технические задания. Режим доступа: https://docviewer.yandex.ru
Разработка электронного учебника. Режим доступа: http://www.e-ng.ru/informatika_programmirovanie/kursovaya_rabota_razrabotka_elektronnogo.htm
Web технологии. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://stepic.org
Википедия. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki

https://ru.wikipedia.org/wiki ↑
HTML – стандартный язык разметки документов. ↑
CSS (англ. CascadingStyleSheets — каскадные таблицы стилей) — формальный язык описания внешнего вида документа, написанного с использованием языка разметки. ↑
MySQL — свободная реляционная система управления базами данных ↑
W3C — (World Wide Web Consortium) организация, разрабатывающая и внедряющая технологические стандарты для Всемирной паутины. ↑