Компьютерный практикум как средство повышения уровня математических и информационных знаний студентов.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

программный информационный компьютерный практикум

В современной учебной программе для закрепления теоретического материала проводятся практические и лабораторные занятия, на которых студент показывает уровень своих знаний по изучаемому предмету. Преподавателю это помогает проверить, насколько обучающийся усвоил необходимую информацию по курсу. Здесь и проявляется необходимость создания автоматизированных систем. Такие программные комплексы разрабатываются для более удобного и эффективного изучения, в них представлен в полном объеме материал для проверки знаний.

Целью выпускной квалификационной работы является создание системы, представляющей собой компьютерный практикум по информатике, содержащий в себе задания и тесты по данному курсу.

Данная работа состоит из шести разделов.

Первый раздел представляет собой литературный обзор программных комплексов и существующих автоматизированных систем для обучения.

Второй раздел включает в себя описание предметной области и постановку необходимых задач перед разрабатываемым ПО. Также дается характеристика основных документов и указывается требования к системе в целом, ее функциям и видам обеспечения.

В третьем разделе рассматривается функционально-ориентированное и объектно-ориентированное проектирование, строятся диаграммы различных видов и дается оценка трудоемкости разработки проекта.

В четвертом разделе проводится информационный анализ предметной области, устанавливаются функциональные зависимости реквизитов; все реквизиты разделяются на группы описательных и ключевых, между ними устанавливается соответствие; определяются структурные связи, рассматривается содержание создаваемого программного комплекса.

Пятый раздел содержит алгоритм решения задачи, а также проводится функциональное и структурное тестирование, дается оценка надежности создаваемой системы, описывается структура интерфейса.

Шестой раздел включает в себя представление компьютерной реализации практикума для пользователей автоматизированной системы: преподавателя и студента.

1 . Аналитический обзор программных средств для обучения

1.1 Особенности и классификация программных комплексов

Для изучения вопроса, прежде всего, дадим определение, что собой представляет компьютерное средство обучения (КСО). Автор книги «Разработка компьютерных учебников и обучающих систем» Башмаков А.И. пишет следующее:

«КСО - это программное средство (программный комплекс) или программно-технический комплекс, который предназначен для решения определенных педагогических задач, который имеет предметное содержание и ориентирован на взаимодействие с обучаемым.

Приведенное определение фиксирует то, что КСО является средством, специально созданным для решения педагогических задач, т.е. использование в учебном процессе - его главное назначение.

Требования предметного содержания подразумевает, что КСО должен включать учебный материал по определенной ПО. Под учебным материалом понимается информация как декларативного (описательного, иллюстративного) характера, так и задания для контроля знаний и умений, а также модели и алгоритмы, представляющие изучаемые объекты и процессы. Наличие предметного содержания позволяет отделить КСО от вспомогательных средств, обеспечивающих техническую и методическую поддержку учебного процесса (электронные журналы успеваемости, мониторы для дистанционного контроля и консультирования и др.).

Ориентация на обучаемых означает, что они составляют базовую категорию пользователей, в расчете на которые определяются содержание и функции, воплощаемые в КСО. характеристика КСО. Прочие участники учебного процесса (преподаватели, инструкторы, методисты) применяют КСО в своей профессиональной деятельности, но не входят в базовую категорию их пользователей».

С течением времени КСО претерпевало изменения, которые привели к созданию разных его разновидностей. Они выделяются по нескольким признакам.

Во-первых, КСО строились как электронные аналоги учебно-методических пособий на бумажных носителях. Этому основанию соответствуют автоматизированные учебники, задачники, справочники и т.п. Во-вторых, в КСО воплощались функции технических, но не компьютерных учебных средств: физических тренажеров и лабораторных установок. Так появились более универсальные, компактные и менее дорогостоящие компьютерные тренажерные системы и лабораторные практикумы. В-третьих, КСО соотносились с видами учебных занятий и мероприятий, на поддержку которых они ориентировались. Данная ориентация обусловила выделение мультимедийных лекций, автоматизированных контрольных работ, рубежных контролей. Наконец, в-четвертых, КСО ассоциировались с решаемыми с их помощью педагогическими задачами. Последнему аспекту соответствуют автоматизированные восстановительные курсы, системы контроля знаний .

Как любая информационная технология КСО имеет как свои определенные преимущества, так и недостатки.

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 (особенно в адаптивных КСО, способных 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 познакомится на практике);

возможность представления и взаимодействия с виртуальными трехмерными образами изучаемых объектов;

возможность представления в мультимедийной форме уникальных информационных материалов (картин, рукописей, видеофрагментов, звукозаписей);

возможность автоматизированного контроля и более объективное оценивание знаний и умений;

возможность автоматической генерации большого числа не повторяющихся заданий для контроля и более удобного доступа к ней (гипертекст, гипермедиа, закладки, автоматизированные указатели, поиск по ключевым словам, полнотекстовый поиск);

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

Перечисленные достоинства характеризуют КСО в дидактическом и функциональном отношениях. К технологическим преимуществам КСО относятся: повышение оперативности разработки; более простое обновление и развитие; легкое тиражирование; более простое распространение (особенно при использовании Internet).

К отрицательным сторонам КСО относятся:

необходимость иметь компьютер (в ряде случаев с выходом в Internet) и соответствующее программное обеспечение для работы КСО;

необходимость обладать навыками работы на компьютере;

сложность восприятия больших объемов текстового материала с экрана дисплея;

недостаточная интерактивность КСО (существенно большая по сравнению с книгой, но меньшая, чем при очном обучении);

отсутствие непосредственного и регулярного контроля над ходом выполнения учебного плана.

Часто к ним добавляются субъективные недостатки, вызванные неграмотным проектированием КСО и концептуальными недочетами, допущенными их создателями.

Разработчики КСО и преподаватели, применяющие их в своей практической деятельности, должны знать недостатки и стараться компенсировать их при создании и эксплуатации данных средств. Способы компенсации могут быть разными: техническими, организационными, методическими, дидактическими, функциональными .

Можно сказать, что нынешняя тенденция показывает, как велика потребность в КСО и сейчас существует огромное количество программных комплексов по различным предметным областям. И в каждой из таких предметных областей есть определенные педагогические задачи, решаемые с помощью КСО.

Виды КСО, как правило, соотносится не с отдельными задачами, а с группами наиболее коррелирующих задач.

Схема классификации КСО показана на рисунке 1.1.

В зависимости от решаемых педагогических задач КСО подразделяется на четыре класса: средства теоретической и технологической подготовки, средства практической подготовки, вспомогательные средства, комплексные средства.

К первому классу относятся следующие виды КСО:

компьютерный учебник (КУ) - КСО для базовой подготовки по определенному курсу (дисциплине), содержание которого характеризуется относительной полнотой и представлено в форме учебника (книги).

компьютерная обучающая система (КОС) - КСО для базовой подготовки по одному или нескольким разделам (темам) курса (дисциплины).

компьютерная система контроля знаний (КСКЗ) - КСО для определения уровня знаний обучаемого (тестируемого) по данной дисциплине, курсу, разделу, теме или фрагменту ПО и его оценивания с учетом установленных квалификационных требований.

Класс средств практической подготовки включает два вида КСО.

Рисунок 1.1. Классификация КСО

компьютерный задачник (КЗ), или компьютерный практикум - КСО для выработки умений и навыков решения типовых практических задач в данной ПО, а также развития связанных с ними способностей.

компьютерный тренажер (КТ) - КСО для выработки умений и навыков определенной деятельности, а также развития связанных с ней способностей

К вспомогательным средствам относятся КСО, способствующие решению задач теоретической, технологической или практической подготовки, но в самостоятельном качестве не достаточные для достижения соответствующих целей. Данный класс объединяет следующие виды КСО:

компьютерный лабораторный практикум (КПП), компьютерный справочник (КС), мультимедийное учебное занятие (МУЗ).

В классе комплексных средств, покрывающих широкий круг педагогических задач, выделим два вида КСО: компьютерный учебный курс (КУК), компьютерный восстановительный курс (КВК). Наряду с КУК и КВК встречаются и другие виды комплексных средств, не показанные на схеме классификациями. Они либо объединяют КСО разных видов, либо реализуют функции, присущие им. К подобным средствам относятся, например, тренажерно-обучающие системы профессиональной аттестации и др.

Широкие, в содержательном плане, КСО, в целом покрывающие материал определенного учебного курса, называются интегральными. Интегральные КСО включают большой объем учебного материала или объединяют несколько КСО одного вида.

Результатом объединения КСО разных видов является комплексное средство. Комплекс как единое средство должен обеспечивать централизованное управление учебным процессом и синхронизированное использование входящих в него КСО как звеньев системы.

В зависимости от использования телекоммуникационных технологий КСО подразделяются на локальные, работающие на базе автономных вычислительных систем, и сетевые, функционирующие в рамках вычислительных сетей (локальных или глобальных).

КСО, функционирующие на базе глобальны вычислительных сетей, используются в режиме удаленного доступа.

Сетевые КСО, предусматривающие взаимодействие обучаемых, ориентированы на групповые формы подготовки.

Интеллектуальными называют КСО, реализующие функции традиционно ассоциируемые с человеческим интеллектом.

Среди интеллектуальных КСО наибольшую известность получили экспертно-обучающие и адаптивные обучающие системы. Первые основываются на интеграции технологий КСО и предназначены для освоения методов решения так называемых слабоструктурированных задач.

Адаптивные обучающие системы представляют собой КСО, реализующие обратные связи между обучаемым и системой, которые используются для управления учебным процессом: по результатам работы обучаемого (входного тестирования, рубежных контролей и т.п.) осуществляется корректировка сценария его взаимодействия с КСО (последовательности, глубины и формы представления учебного материала, условий учебных заданий).

Условия, в которых следует применять КСО, определяются возможностями их видов. Выбор видов КСО и конкретных средств, которые удовлетворяют данным образовательным потребностям, осуществляется преподавателями и методистами, планирующими использование КСО в учебном процессе. В настоящее время большинство решений, связанных с внедрением в учебный процесс КСО, приводят к необходимости разработки новых продуктов .

Программные комплексы сейчас играют очень важную роль в обучении и подготовки будущих специалистов. Потребность в качественном и программном средстве, наиболее полно отражающем какую либо тему или профиль изучения, очень велика. Об их ценности и роли более подробно рассмотрено в учебном пособии «Информационные технологии в образовании» автора Захаровой И.Г .

Каждый из создаваемых КСО должен обеспечивать должную защиту данных, если таковые имеются и соответствовать общим требованиям руководителей и преподавателей к их содержанию и структуре.

Для их создания потребуются навыки по разработке таких систем и комплексов. Учебные пособия «Информационные системы» автора Федоровой Г.Н., «Автоматизированные информационные системы» автора Мезенцева К.Н. и «Проектирование информационных систем» автора Емельяновой Н.З. содержат достаточно полную информацию о том, из чего состоят ИС, об их архитектурах, о правильном анализе предметной области, о подходах и этапах их программирования.

Создаваемые КСО могут иметь личные данные своих пользователей и хранить другую важную информацию. Такая информация хранится в БД. Если КСО в сети, то эти данные необходимо защитить. В книгах Гуда А.Н. «Информатика. Общий курс» и Василькова А.В «Информационные системы и их безопасность» описывается общие сведения о создании БД и защите информации в КСО.

1.2 Обзор существующих программных средств для обучения

Современно обучение в высших учебных заведениях включает в себя целые программные комплексы и электронные учебники, что позволяет качественно оценить уровень знаний студентов и отслеживать успехи студентов в различных дисциплинах.

Томский технологический университет имеет огромное количество компьютерных разработок, среди которых электронные учебники на тему Рейзлин В.И «Численные методы решения краевых задач проектирования», Рейзлин В.И «Численные методы оптимизации», Рейзлин В.И «Программирование С++» . В целом, это кроссплатформенный формат электронных документов, созданный фирмой Adobe Systems с использованием ряда возможностей языка PostScript. В первую очередь он предназначен для представления в электронном виде полиграфической продукции, однако позволяет интегрировать и элементы мультимедиа, такие как интерактивные иллюстрации, анимации, аудио- и видео.

Учебники содержат несколько разделов. Раздел «Учебник» знакомит с материалом по выбранному курсу, «Тест» позволяет проверить знания, по результатам прохождения выставляется оценка. Раздел «Задания» содержит несколько вариантов заданий для прохождения лабораторных работ. «Требования» - информация и советы по оформлению выполненных заданий. Для подготовки к экзамену по курсу есть раздел «Экзаменационные вопросы». Пособия разработаны специально для студентов и аспирантов для лучшего изучения способов программирования или для тех, кто использует в своем решении численные методы.

В целом, Томский Государственный Университет имеет сетевые электронные учебно-методические комплексы. Это учебные курсы в Moodle для контроля знаний. Они включают в себя ЭУП (электронные учебные пособия), АПИМ или Аттестационные педагогические измерительные материалы (объёмом не менее 100 тестовых заданий различного типа в формате LMS Moodle или Microsoft Word), вопросы для самоконтроля (не менее 15 для каждого раздела ЭУП), задания для самостоятельной работы, темы рефератов и т.п., дополнительные материалы, такие как списки литературы, ссылки на интернет-ресурсы по курсу, мультимедийные материалы (не менее 10 анимации и 5 видио-либо аудиозаписей). Он рассчитан на один семестр обучения.

Помимо этого там также имеется немалое количество ВЛР (виртуальные лабораторные работы) более чем по двадцати темам из разделов физики, химии, биохимии и естествознания. Данные комплексы моделируют реальные явления, процессы.

Например, в Тихоокеанском Государственном Университете разработаны несколько электронных учебников, таких как электронное пособие Кудинова Н.Т. «История России IX-XX веков» и «История России» .

Первое пособие разработано с помощью Adobe Acrobat в PDF формате. Помимо лекции на данную тему в пособии предложено также словарь исторических терминов, иллюстрации, карты событий и видеофрагменты, все это представляет собой дополнительную информацию для студентов о данном периоде в истории государства. Текст оснащен всплывающими подсказками, которые раскрываются после наведения на выделенные фрагменты текста. Доступ ко всем дополнительным материалам осуществляется под средством гиперссылок.

Второе пособие было разработано совместно со студией «SPN» и представляет собой интерактивное пособие. Материал насыщен фото- и видеоматериалами, историческими документами. Помимо всего этого, имеется встроенная система тестирования.

Этот университет имеет также электронные издания для студентов заочного отделения. Созданы такие пособия как «Отечественная история», «История отечественного государства и права», «История государства и права зарубежных стран». Материалы содержат темы контрольных работ с планом изложения, справочными источниками и советами по написанию, требованиями к оформлению.

Башлаковым А.С. был создан компьютерный комплекс под названием MyTest (версии MeTestX и MyTestXPro) . Программа предназначена для создания и проведения компьютерного тестирования. Также она сама обрабатывает результаты и выставляет балл за пройденный тест.

Типы заданий, поддерживаемых в программе: одиночный выбор, множественный выбор, установление порядка следования, установление соответствия, указание истинности или ложности утверждений, ручной ввод числа, ручной ввод текста, выбор места на изображении, перестановка букв, заполнение пропусков (MyTestXPro). В задании максимально может быть 10 вариантов ответов.

Программа имеет три модуля: модуль тестирования, редактор тестов и журнал результатов. Программа имеет собственный текстовый редактор. Имеется возможность настраивать параметры для теста: время тестирования сложность теста, прикрепление подсказок, объяснение ответа. Варианты ответов и задания перемешиваются. Оценки могут быть в любой системе оценивания от 2-ух до 100-бальной. Также каждый тест хранится в отдельном файле и для них можно задать пароли, что дает дополнительную защиту, а также файлы защищены от несанкционированного получения ответов.

Программа может использоваться как для локального, так и для сетевого тестирования. Системные требования - ОС Windows XP, Vista, 7, 8, 8.1, 10. Такая программа может быть использована в любом учебном заведении (университеты, школы). Даже предприятия могут использовать ее для аттестации и классификации своих сотрудников.

Оренбургский государственный аграрный университет использует систему электронного тестирования JoliTest v1.0 .

JoliTest v1.0 - это автоматизированная электронная сессия. Пакет программ для тестирования знаний. Компоненты - клиент, сервер, конструктор тестов, база данных, которая хранит всю о студентах, заданиях для тестов и экзаменах (в данном случае указывается даже дата и список допущенных студентов), а также результаты тестирования. Администратор заполняет базу данных и в конце отправляет результаты в MS Word. Все остальное программа делает сама.

Основными компонентами являются: JTRun - клиент, с помощью которого студенты проходят тестирование, JTServer - сервер, к которому подключаются клиенты, JTEditor - конструктор тестовых заданий, JTBase - средство для работы с БД.

Возможности данной системы: централизованное хранение списков студентов, данные по экзаменам и оценкам по ним, все компоненты работают без установки, ни один параметр не записывается в реестр, программа поддерживает несколько тем, можно задать количество задании по каждой теме, задания представляются в различных формах (открытой, закрытой, на соответствие, установление правильной последовательности), удобное средства манипулирования данными, их сортировка и фильтрация, возможность заполнение БД под средством импорта, всторенные алгоритмы проверки корректности тестов.

1С имеет целую образовательную коллекцию, куда входят несколько электронных учебников, состоящих из материала для обучаемых и мультимедийных файлов, предназначенных для изучения иностранных языков для студентов всех вузов и специальностей.

С помощью1С: Электронное обучение. Экзаменатор можно провести тестирование в локальной сети и через интернет с помощью многих браузеров, что не требует установки на рабочем месте. Поддерживается работа по низкоскоростным каналам связи. Возможности для обучающегося: работать с любого компьютера, включенного в локальную сеть, проходить учебные курсы в удобное время и в комфортном для себя режиме, контролировать усвоение материала, выполняя тесты и получая результаты сразу же, предусмотрены подсказки и комментарии. Программа настроена на несколько ролей Администратор, Преподаватель, Разработчик и Ученик. Есть возможность наложить индивидуальные настройки доступа.

2 . Предметная область автоматизации и постановка задачи

2.1 Описание предметной области автоматизации

Использование компьютерного практикума позволяет автоматизировать процесс проверки знаний студентов. Такое средство обучения помогает учащемуся эффективно освоить курс, а преподавателю оценить уровень подготовки. Компьютерные практикумы имеют теоретические материалы для подготовки и включают в себя несколько этапов проверки. Задания обычно подбираются, проверяются и вносятся преподавателям. После прохождения каждого из этапов, записываются результаты. Их и просматривает преподаватель в журнале.

Проанализировав предметную область, выделим необходимые входные документы.

Студент должен заносить следующие сведения о себе: номер зачетной книжки, фамилию, имя, отчество, домашний адрес, телефон, логин и пароль для входа в систему. Чтобы оценить решение, необходимы критерии оценивания. В случае их изменения будут корректироваться границы интервалов, при которых будет выставляться определенный балл. Также необходимо описать темы и типы работ в практикуме.

Теперь представим формы входных документов.

Форма документа «Студенты» представлена на рисунке 2.1

Рисунок 2.1. Форма документа «Студенты»

Форма документа «Темы работ» представлена на рисунке 2.2

Рисунок 2.3. Форма документа «Типы работ»

Форма документа «Оценки» представлена на рисунке 2.4

Рисунок 2.4. Форма документа «Оценки»

Журнал служит методом контроля над успеваемостью студентов. Один и тот же учащийся может быть внесен несколько раз в зависимости от решенных работ. Каждая тема и каждый тип работы имеют уникальные номера. В журнале записываются такие сведения как: номер зачетной книжки студента, код темы, типа и оценки работы.

Теперь представим форму выходного документа «Журнал успеваемости» на рисунке 2.5.

Номер записи	Номер зачетной книжки	Код темы работы		Код оценки

Рисунок 2.5. Форма документа «Журнал успеваемости»

2.2 Постановка задачи

Главной целью данной работы является проектирование и разработка компьютерного практикума по информатике. Его основная задача - проверка уровня знаний студентов по представленному курсу. Автоматизация этого процесса позволит более эффективно использовать учебные часы. Программа сама выполнит проверку выполненных работ и предоставит преподавателю все результаты. За основу взяты три темы из информатики: представление информации, измерение информации и системы счисления. По ним и будут разрабатываться все задания для проверки знаний. В каждой теме должны иметься практическая, тестовая и контрольная части. Преподаватель должен иметь возможность изменять критерии оценивания работ и просматривать журнал успеваемости студентов. Ему также должен быть предоставлен доступ к вводу и редактированию вопросов, вариантов ответов и правильных ответов для всех тем данного практикума. Перед началом работы с компьютерным практикумом необходимо выполнить регистрацию студента. В каждой практической части нужно разработать несколько разделов. Для тестов необходимо несколько вариантов, среди которых будет выбираться только один для решения. Студенту должны быть предоставлены материалы по темам для изучения.

Вот какие задачи, требующие решения, можно сформулировать:

1) хранение большой базы заданий для работ по информатике;

2) редактирование заданий для практикума;

3) проведение тестирования для выявления уровня знаний студентов;

4) обработка итогов тестирования и выставление баллов;

5) хранение результатов успеваемости студентов.

После изучения предметной области разработана функциональная структура, которая представлена на рисунке 2.6.

Компьютерный практикум состоит из следующих восьми модулей: модуль студента, модуль преподавателя, модуль авторизации, модуль выполнения практических заданий, модуль тестирования, модуль выполнения контрольных заданий, модуль решения кроссворда и модуль редактирования.

Модуль преподавателя хранит данные для доступа его в систему.

Модуль студента содержит информацию о студентах, которые используют данный практикум.

Модуль выполнения практических заданий предназначен для студентов и разделен на три темы, из которых состоит весь практикум: системы счисления, представление информации, измерение информации. В каждой из них эта часть поделена на несколько разделов и содержит вопросы с открытым ответом. Доступ к тестам и контрольной осуществляется только после прохождения определенного количества задач.

Рисунок 2.6. Функциональная структура компьютерного практикума по информатике

Модуль тестирования включает в себя пять вариантов тестов для решения студентами. Прежде чем перейти к контрольной части, необходимо набрать проходной балл.

Контрольные работы по темам представлены в модуле выполнения контрольных заданий.

Модуль решения кроссворда как заключительная часть проверки знаний содержит в себе вопросы из курса информатики.

Модуль редактирования предназначен для преподавателей и предоставляет доступ к добавлению, изменению и удалению заданий компьютерного практикума, а также критериев оценивания.

2.3 Требования к разрабатываемому компьютерному практикуму

Требования к системе в целом

К программе должен предъявляться ряд требований, чтобы сделать работу пользователя с ней удобной и безопасной.

Разрабатываемый компьютерный практикум должен обеспечивать хранение, добавление, удаление всей необходимой информации, такой как: данные студентов, данные преподавателя, темы, типы работ представленных в нем и результаты выполнения заданий. Он должен иметь возможность добавления, изменения и удаления вопросов и ответов и должен вести учет успеваемости студентов в журнале. К компьютерному практикуму предъявляются также следующие требования: надежность и безопасность при работе; дружелюбный интерфейс, чтобы пользователь без труда ориентировался в программе; обеспечивать переносимость и не зависеть от версии ОС Windows.

Требования к функциям

Для студента в компьютерном практикуме должны быть доступны следующие функции: ввод данных для регистрации в программе, просмотр и изучение материала по представленным темам, решение практических, тестовых и контрольных частей, решение кроссворда.

В программе необходимо выставлять баллы за проделанную работу и записывать их в журнал.

Преподаватель должен иметь возможность осуществлять: ввод и редактирование заданий для каждой темы, критериев оценивания и просмотр журнала с результатами проверки учащихся.

Требования к видам обеспечения

Для корректной работы компьютерного практикума на компьютере пользователя должны быть соблюдены несколько минимальных требования: версия ОС не ранее Windows XP, с тактовой частотой процессора 550 МГц и выше, 512 Мб ОЗУ, программное обеспечение - Delphi 7.0, клавиатура и мышь.

3 . Проектирование компьютерного практикума по информатике

3.1 Функционально-ориентированное проектирование компьютерного практикума

Для данного проектирования будем использовать методологию функционального моделирования SADT. Она отражает функциональную структуру объекта. При применении данной методологии результатом является модель, которая состоит из нескольких диаграмм. Это главные компоненты модели. Все функции программных комплексов и информационных систем и интерфейсы на них представлены как блоки и стрелки. Стрелка сверху отражает управляющую информацию, данные, которые подвергаются обработке, показаны с левой стороны, выходные данные показаны с правой стороны блока диаграммы, механизм (человек или автоматизированная система), который осуществляет операцию, указан стрелкой снизу блока .

На рисунке 3.1 представлена контекстная диаграмма.

Рисунок 3.1. Контекстная диаграмма

Любой компонент функциональной модели может быть декомпозирован на другой диаграмме, которая иллюстрирует внутреннее строение блока на родительской диаграмме. Уровней таких диаграмм может быть несколько, так как любой компонент функциональной модели может быть декомпозирован на диаграмме нижнего уровне, которая иллюстрирует внутреннее строение блока на родительской диаграмме. Такая последовательность формирует иерархию диаграмм . На рисунке 3.2 представлена диаграмма декомпозиции первого уровня IDEF0. На рисунке 3.3 представлена диаграмма декомпозиции второго уровня.

Рисунок 3.2. Диаграмма декомпозиции первого уровня

Рисунок 3.3. Диаграмма декомпозиции второго уровня

В таблице 3.1 представлены основные элементы представленных диаграмм IDEF0 и в таблице 3.2 представлено описание функциональных блоков.

Таблица 3.1. Основные элементы диаграммы IDEF0

Название проекта
Цель проекта Практикума
Технология моделирования : метод функционального моделирования IDEF0
Инструментарий
Список данных	Перечень функций
Данные студентов Критерии оценивания Рабочая программа Компьютерный практикум Преподаватель Журнал успеваемости	А0. Разработка компьютерного практикума по информатике
Данные студентов Задания к практическим, тестовым и контрольным работам Список студентов, имеющим доступ к программе Критерии оценивания Рабочая программа Компьютерный практикум Журнал успеваемости	А2. Выбор темы А4. Решение тестов А6. Решение кроссворда
Данные студентов Задания к практическим, тестовым и контрольным работам Критерии оценивания Рабочая программа Компьютерный практикум Преподаватель Журнал успеваемости	А22. Получение результата

Таблица 3.2. Описание функциональных блоков диаграммы IDEF0

Наименование блока	Описание решаемых задач
A1. Регистрация и вход в систему	Этап, на котором пользователь регистрируется и авторизуется в системе
А2. Выбор темы	Этап выбора студентом темы для выполнения заданий
А3. Выполнение практических заданий	На данном этапе обучающийся решает задания из всех разделов практической части
А4. Решение тестов	Этап, на котором выбирается тестовый вариант, и студент выполняет задания
А5. Выполнение контрольных заданий	Обучающийся решает задачи из контрольной части
А6. Решение кроссворда	Завершающий этап проверки знаний в виде кроссворда
А21. Выбор раздела практической части	На данном этапе происходит выбор раздела, задания которого будут прорешиваться студентом
А22. Получение результата	Этап, на котором система обрабатывает результат и сообщает его студенту
А23. Проверка, набрано ли достаточное количество баллов	На этом этапе система проверяет, набрал ли обучающийся необходимое количество баллов, чтобы приступить к тесту
А24. Переход к выполнению тестовой части	При достаточном количестве баллов выполняется переход студентом к следующем части - тесту

Методология IDEF3 в основном используется для построения процессов нижнего уровня. Назвать отличием можно то, что данная нотация не отображает «механизмы» и управляющие стрелки, однако показывает порядок выполнения работ . На рисунке 3.4 представлена диаграмма IDEF3, в таблице 3.3 дано описание основных её элементов и в таблице 3.4 - её функциональных блоков.

Рисунок 3.4. Диаграмма IDEF3

Таблица 3.3. Описание функциональных блоков IDEF3

Название проекта : Разработка компьютерного практикума по информатике
Цель проекта : Реализация структурной функциональной модели КП
Технология моделирования : метод описания бизнес-процессов IDEF3
Инструментарий : программный продукт BP Win 4.1
Перечень действий	Тип соединения
	Название
	Соединение «ИЛИ» J1	Разворачивающее
	Соединение «ИЛИ» J2	Сворачивающее

Таблица 3.4. Описание функциональных блоков IDEF3

Наименование блока	Описание решаемых задач
1. Вход в систему	Ввести логин и пароль для входа в систему
2. Выбрать темы	Перейти к выбору тем для решения
3. Решение заданий на тему «Представление информации»	Из списка тем выбрать «Представление информации».
4. Решение заданий на тему «Измерение информации»	Из списка тем выбрать «Измерение информации».
5. Решение заданий на тему «Системы счисления»	Из списка тем выбрать «Системы счисления».
6. Выполнение практической части на выбранную тему	Из представленных частей выбрать практическую и перейти к выполнению заданий
7. Выполнение практической части на выбранную тему	Из представленных частей выбрать тесты и перейти к выполнению заданий
8. Выполнение практической части на выбранную тему	Из представленных частей выбрать контрольную работу и перейти к выполнению заданий
9. Решение кроссворда	Из главного меню выбрать кроссворд и перейти к решению

Моделирование потоков данных или DFD - диаграмма, в ее основе лежит построение модели проектируемой или реально существующей ИС. На такой диаграмме источники информации (внешние сущности) порождают информационные потоки (потоки данных), которые переносят информацию к подсистемам или процессам дальше. А они уже преобразуют эту информацию и порождают новые потоки, которые переносят либо к потребителям информации, либо для дальнейшей обработки . На рисунке 3.5 отражена DFD - диаграмма. В таблице 3.5 представлено описание основных элементов. В таблице 3.6 - описание её функциональных блоков.

Рисунок 3.5. DFD диаграмма

Таблица 3.5. Описание функциональных блоков DFD

Название проекта : Разработка компьютерного практикума по информатике
Цель проекта : Реализация структурной функциональной модели компьютерного Практикума
Технология моделирования : метод функционального моделирования DFD
Инструментарий : программный продукт BP Win 4.1
Список данных	Перечень объектов	Хранилища данных	Внешние сущности
Подготовленные задания		БД заданий
Информация по критериям	Ввод и изменение критериев	Результаты успеваемости студентов	Преподаватель
Результаты выполнения заданий		Критерии оценивания
	Запись в журнал

Таблица 3.6. Описание функциональных блоков DFD

Наименование блока	Описание решаемых задач
Ввод заданий для практических, тестовых и контрольных частей	Преподаватель вводит и редактирует задания для студентов
Ввод и изменение критериев	Преподаватель также выставляет критерии, по которым будет производиться оценка
Выполнение заданий по различным темам	Студент выполняет задания компьютерного практикума
Оценка решенных задач по критериям	Производится проверка и выставляется оценка за решенные задачи
Запись в журнал	Результаты студентов записываются в журнал

3.2 Объектно-ориентированное проектирование компьютерного практикума

Построение диаграммы вариантов использования

На диаграмме вариантов использования изображаются отношения между актерами и вариантами использования. Актер - это некоторая внешняя сущность по отношению к моделируемой системе, которая некоторым образом взаимодействует с ИС. Ему предписывается роль, которую он выполняет. Актером может являться как пользователь, так и внешняя система. Вариант использования это процесс или последовательность действий, которые система или другая сущность могут выполнять с актерами в процессе взаимодействия. Вариант использования изображается эллипсом, внутри которого записывается его название или краткое описание. Они соединяются с актерами при помощи сплошных линий .

Диаграмма вариантов использования изображена на рисунке 3.6. На ней представлены два действующих лица: Студент и Преподаватель. Преподаватель вносит задания, которые решает студент и просматривает журнал успеваемости, в который записываются результаты за проделанные учащимися работы. Из диаграммы видно, что в компьютерном практикуме представлено три темы, каждая из которой содержит практическую часть, тесты и контрольную работу.

Дополним диаграмму текстовым сценарием, шаблон которого представлен в таблице 3.7.

Представим сценарий на основе варианта использования «Редактирование практических заданий».

Рисунок 3.6. Диаграмма вариантов использования

Таблица 3.7. Шаблон для написания сценария отдельного варианта использования

Главный раздел	Раздел «Типичный ход событий»	«Исключения»	«Примечания»
Имя варианта использования	Типичный ход событий, приводящий к успешному выполнению варианта использования	Исключение №1 Исключение №2 Исключение №3	Примечания
Краткое описание

«Главный раздел» представлен в таблице 3.8. «Типичный ход событий» отражен в таблице 3.9, а раздел «Исключения» - в таблице 3.10.

Таблица 3.8. Главный раздел сценария выполнения варианта использования «Редактирование практических заданий»

Таблица 3.9. Раздел «Типичный ход событий» сценария выполнения вариантов использования «Редактирование практических заданий»

Действия актеров	Отклик системы
1. Преподаватель осуществляет ввод данных для входа в систему Исключение №1: Преподаватель ввел неверные логин и пароль	2. Система открывает главную страницу для работы
3. Преподаватель редактирует задания для практической части	4. Система сохраняет изменения в заданиях для практической части
5. Преподаватель редактирует задания для тестовой части	6. Система сохраняет изменения в заданиях для тестов
7. Преподаватель редактирует задания для контрольных работ	8. Система сохраняет изменения в заданиях для контрольных работ
9. Преподаватель вносит изменения критериев оценивания	10. Система запоминает новые критерии
11. Преподаватель просматривает журнал успеваемости с результатами выполнения заданий	12. Система открывает форму с оценками студентов по выбранной теме и части

Таблица 3.10. Раздел «Исключения»

Построение диаграммы деятельности

Диаграмма деятельности представляет алгоритм некоторых действий, и позволяют моделировать сложный жизненный цикл объекта. Также они применимы и для детализации некоторой конкретной операции и описывают переход от одной деятельности к другой .

На рисунке 3.7 представлена диаграмма деятельности. Из диаграммы можно проследить ход действий пользователя программы. В данном случае видна последовательность действий со стороны студента. При первом использовании он не имеет логина и пароля и должен будет пройти регистрацию, при дальнейшем обращений к программе достаточно просто выполнить вход. Затем происходит выбор одной из трех тем и решение представленных заданий, разделенных на части. И только после решения всех контрольных работ можно приступить к решению кроссворда.

3.3 Оценка трудоемкости разработки проекта

Необходимо провести оценку трудоемкости разработки проекта. За основу возьмем методику, основанную на вариантах использования.

Все действующие лица системы делятся на три типа: простые, средние и сложные. Простое действующее лицо представляет внешнюю систему с четко определенным программным интерфейсом. Среднее действующее лицо представляет либо внешнюю систему, взаимодействующую с данной системой посредством протокола, либо личность, пользующуюся текстовым интерфейсом (например, алфавитно-цифровым терминалом). Сложное действующее лицо представляет личность, пользующуюся графическим пользовательским интерфейсом.

В таблице 3.11 представлены весовые коэффициенты действующих лиц.

Таблица 3.11. Весовые коэффициенты действующих лиц

Общее количество действующих лиц каждого типа умножается на соответствующий весовой коэффициент, затем вычисляется общий весовой показатель.

Рисунок 3.7. Диаграмма деятельности

В таблице 3.12 представим типы действующих лиц для разрабатываемой системы.

Таблица 3.12. Типы действующих лиц для разрабатываемой системы

Общий весовой показатель рассчитывается по формуле:

Вычислим общий весовой показатель для нашего случая:

Все варианты использования также подразделяются на три типа: простые, средние и сложные в зависимости от количества транзакций в потоках событий (основных и альтернативных). В данном случае под транзакцией понимается последовательность действий, которая выполняется полностью или отменяется. Общее количество вариантов использования каждого типа умножается на соответствующий весовой коэффициент, затем вычисляется общий весовой показатель.

В таблице 3.13 представлены весовые коэффициенты вариантов использования.

Таблица 3.13.- Весовые коэффициенты вариантов использования

В таблице 3.14 представлена сложность вариантов использования для разрабатываемой системы.

Таблица 3.14. Сложность вариантов использования для разрабатываемой системы

Общий весовой показатель для вариантов использования путем суммирования произведений, найденных по формуле (3.1):

Общий весовой показатель вычисляется по формуле:

Вычислим общий весовой показатель по формуле (3.2):

Техническая сложность проекта вычисляется с учетом показателей технической сложности. Каждому показателю присваивается значение Тi , в диапазоне от 0 до 5 (0 означает отсутствие значимости показателя, 5 - высокую значимость показателя для данного проекта).

В таблице 3.15 представлены показатели технической сложности проекта.

Таблица 3.15. Показатели технической сложности проекта

Показатель	Описание
	Распределенная система
	Высокая пропускная способность
	Работа конечных пользователей в режиме он-лайн
	Сложная обработка данных
	Повторное использование кода
	Простота установки
	Простота использования
	Переносимость
	Простота внесения изменений
	Параллелизм
	Специальные требования к безопасности
	Непосредственный доступ к системе со стороны внешних пользователей
	Специальные требования к обучению пользователей

В таблице 3.16 представлены показатели технической сложности для рассматриваемой системы.

Таблица 3.16. Показатели технической сложности для рассматриваемой системы

Показатель		Значение	Значение с учетом веса

Техническая сложность проекта информационной системы вычисляется по формуле:

Вычислим техническую сложность проекта по формуле (3.3):

В таблице 3.17 представлены показатели уровня квалификации разработчиков

Таблица 3.17. Показатели уровня квалификации разработчиков

Каждому показателю присваивается значение от 0 до 5.

Для показателей F1 - F4: 0 - отсутствие, 3 - средний уровень, 5 - высокий уровень.

Для показателя F5: 0 - отсутствие мотивации, 3 - средний уровень мотивации, 5 - высокий уровень мотивации.

Для показателя F6: 0 - высокая нестабильность требований, 3 - средняя нестабильность требований, 5 - стабильные требования.

Для показателя F7: 0 - отсутствие специалистов с частичной занятостью, 3 - средний уровень, 5 - все специалисты с частичной занятостью.

Для показателя F8: 0 - простой язык программирования, 3 - средняя сложность языка программирования, 5 - высокая сложность языка программирования.

В таблице 3.18 представлены показатели уровня квалификации разработчиков для разрабатываемой системы.

Таблица 3.18. Показатели уровня квалификации разработчиков для разрабатываемой системы.

Показатель		Значение	Значение с учетом веса

Уровень квалификации разработчиков вычисляется по формуле:

Окончательное значение трудоемкости рассчитывается по формуле:

В качестве начального значения предлагается использовать 13 человеко-часов на один UCP. Общее количество человеко-часов на весь проект рассчитывается:

При сорока часовой рабочей неделе получается 20 недель. На всякий случай для непредвиденных ситуаций можно прибавить 2 недели.

4 . Разработка информационного обеспечения

4.1 Информационный анализ предметной области и выделение информационных объектов

Разработка базы данных осуществляется путем анализа предметной области и выделения информационных объектов. Весь процесс завершается построением логической модели БД. Основными источниками информации служат входные документы .

При построении модели должна быть проведена нормализация. Чаще всего используется третья нормальная форма, которая сводит к минимуму количество избыточных данных, при этом сохраняя их целостность, её достаточно для определения структуры создаваемой БД .

Информационный объект отражает некоторую сущность, о которой в базе данных должна быть представлена информация. Он определяется рядом количественных и качественных характеристик называемых реквизитами .

Установим функциональную зависимость реквизитов и выделим информационные объекты.

Функциональная зависимость реквизитов представлена в таблице 4.1.

Таблица 4.1. Функциональная зависимость реквизитов

Документ	Наименование реквизита	Имя реквизита	Функциональная зависимость
Студенты	Номер_зачетной_книжки Отчество Домашний_адрес
успеваемости	Номер_записи Номер_зачетной книжки Код_темы_работы Код_оценки
	Код_оценки ОТ_(нижн_граница_интервала_в%) ДО_(верх_граница_интервала_в%)
Темы работ	Код_темы_работы Наименование_темы
Типы работ	Наименование_типа

Соответствие описательных и ключевых реквизитов представлено в таблице 4.2.

Таблица 4.2. Соответствие описательных и ключевых реквизитов

Описательные реквизиты	Ключевые реквизиты	Вид ключа	Имя ИО, включающего реквизит
Документ «Студенты»
		Простой, универсальный (П., У)	Студенты Студенты Студенты Студенты Студенты Студенты Студенты
Документ «Оценки»
Документ «Темы работ»
Документ «Типы работ»

В таблице 4.3 представлена группировка реквизитов. Также были проанализированы реальные отношения и функциональные связи между информационными объектами. Связи между информационными объектами приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.3. Группировка реквизитов

Реквизиты ИО	Признак ключа		Семантика ИО
Документ «Студенты»
			Информация о студентах, изучающих курс
Документ «Журнал успеваемости»
			Данные результатов проделанных студентами работ
Документ «Оценки»
			Сведения о критериях, по которым выставляется балл
Документ «Темы работ»
			Информация о темах, представленных в курсе
Документ «Типы работ»
			Информация обо всех существующих в данной системе типах работ

Были проанализированы реальные отношения и функциональные связи между информационными объектами. Связи между информационными объектами приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4. Связи информационных объектов

4.2 Построение логической модели данных

Логическая модель данных является визуальным графическим представлением структуры данных. Требования к данным и необходимым документам учитываются при разработке и формировании логической модели. Построение модели данных предполагает определение сущностей и атрибутов, т.е. необходимо определить какая информация будет храниться в каждом из них. Логическая модель данных имеет три уровня, построим каждый из них.

Подобные документы

Обзор систем дистанционного образования. Функционально-ориентированное проектирование электронного практикума по дисциплине "Мультимедиа технологии". Разработка информационного и программного обеспечения системы. Построение логической модели данных.

дипломная работа , добавлен 27.10.2017


Системы дистанционного образования. Структура, требования к электронному практикуму. Функционально-ориентированное и объектно-ориентированное проектирование. Интерфейс системы, тестирование надежности программного средства, руководство пользователя.

дипломная работа , добавлен 19.01.2017


Графическая иллюстрация работы методов оптимизации. Работа с запрограммированными методами первого, второго и нулевого порядков. Анализ свободно распространяемого программного обеспечения. Применяемая архитектура практикума, пользовательский интерфейс.

дипломная работа , добавлен 14.10.2010


Обзор систем дистанционного образования. Разработка электронного практикума по созданию Flash-приложений на основе системы дистанционного обучения Moodle. Общая структура электронного практикума. Построение логической модели данных информационной системы.

дипломная работа , добавлен 19.01.2017


Исследование специфики и этапов освоения технологии создания компьютерного теста. Основные принципы организации компьютерного тестирования средствами офисных технологий, порядок работы с тестовыми оболочками. Разработка компьютерного теста по теме.

лабораторная работа , добавлен 29.04.2011


Особенности дистанционного образования. Анализ функциональных характеристик среды дистанционного образования Moodle. Функционально-ориентированное проектирование электронного практикума. Разработка, тестирование и оценка надежности программного продукта.

дипломная работа , добавлен 12.08.2017


Анализ методов и средств профессионального обучения операторов перегрузочных машин, автоматизация процесса. Построение функциональной модели компьютерного тренажера оператора портального крана. Разработка программного и информационного обеспечения.

дипломная работа , добавлен 12.05.2018


Особенности дистанционного образования. Разработка электронного практикума по дисциплине "Методы и средства проектирования информационных систем и технологий". Предметная область, выделение информационных объектов. Разработка программного обеспечения.

дипломная работа , добавлен 27.10.2017


Система дистанционного обучения Distance Learning Belarus. Разработка лабораторного практикума по курсу "Разработка трансляторов для языков программирования". Базовые концепции разработки приложений для Интернет. Схема диалога пользователя с системой.

курсовая работа , добавлен 03.11.2012


Отличительные признаки электронного учебника от печатного. Преимущества и недостатки компьютерных систем обучения. Аспекты применения информационных технологий в образовании. Типы педагогических программных средств. Этапы создания электронного практикума.

Берзин Д . В .

Кандидат физико-математических наук, Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации (Финансовый университет)

КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПРАКТИКУМ КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ

Аннотация

Повышение уровня математической и информационной культуры студентов является важнейшей задачей российского образования. С 2017/2018 учебного года в Финансовом университете вводится новая дисциплина “компьютерный практикум”, предназначенная для первого курса бакалавриата. Она будет проводиться параллельно изучению соответствующих разделов математики. “Компьютерный практикум” закрепит не только математические знания, но и научит студентов решать задачи с помощью MS Excel и в среде R . Автор на основании своего опыта преподавания ряда математических и информационных дисциплин дает методические рекомендации для эффективного преподавания “компьютерного практикума” студентам направления “экономика”.

Ключевые слова: инновации в образовании, ИТ культура, математика для экономистов, вычисления в MS Excel, анализ данных в R.

Berzin D.V.

PhD in Physical and Mathematical Sciences, Financial University under the Government of the Russian Federation (Financial University)

COMPUTER PRACTICAL EXERCISE LESSON AS A MEANS OF INCREASING LEVEL OF MATHEMATICAL AND INFORMATICS KNOWLEDGE OF STUDENTS

Abstract

Raising the level of mathematical and informatics culture of students is the most important task of the Russian education. The Financial University has introduced a new discipline called “Computer Practical Exercise Lesson” for the academic year of 2017/2018 designed for the first year of study of bachelors. It will be carried out along with the study of the corresponding sections of mathematics. “Computer Practical Exercise Lesson” will not only consolidate mathematical knowledge, but also teach students to solve problems using MS Excel and in the environment of R. The author, based on his experience of teaching a number of mathematical and informatics disciplines, gives methodological recommendations for the effective teaching of “Computer Practical Exercise Lesson” of students of the Economics direction.

Keywords: innovation in education, IT culture, mathematics for economists, calculations in MS Excel, data analysis in R.

Одной из важных проблем современного российского университетского образования является повышение уровня математической и ИТ культуры студентов в условиях сокращающихся часов, которые отводятся на семинарские и лекционные занятия по соответствующим дисциплинам. Одним из методов разрешения данной проблемы является использование компьютерных систем в обучении наряду с традиционными занятиями по математике. В ряду первых работ, в которых описывались теоретические и практические основы использования подобных систем, можно выделить и .

В ведущих университетах развитых стран мира математической подготовке будущих финансистов уделяется все больше внимания. Это происходит ввиду того, что требования к математическим знаниям профессиональных финансистов весьма высоки. Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации (Финансовый университет) следует лучшим мировым трендам в области образования и стремится дать более качественные и нужные знания студентам, в том числе необходимые в их будущей карьере и востребованные работодателями. С другой стороны, за последние несколько лет значительно сократились учебные часы, отводимые на математические и информационные дисциплины. Например, “линейная алгебра” и “математический анализ” были объединены в одну дисциплину “математика” практически по всем направлениям подготовки. Другими словами, количество “контактных” часов, отводимых на эти важные занятия, сократились почти вдвое. Чтобы найти компромисс, руководство университета приняло решение ввести с 2017/2018 учебного года новую дисциплину “компьютерный практикум”, которая должна дополнять курс высшей математики для студентов бакалавриата первого курса. Темы должны идти параллельно и учить студентов применять полученные на семинарах и лекциях по математике знания в табличном процессоре MS Excel и среде R, с уклоном на практическую составляющую и приложения к экономике и финансам. На математику на первом курсе бакалавриата планируется отводить 36 часов лекционных занятий и 72 часа практических занятий. На компьютерный практикум лекции не предусмотрены, но будут даваться 72 академических часа практических занятий в компьютерных классах. Исходя из этого расклада, видно, что с нового учебного года будет достаточно часов для изучения математических понятий и закрепления их на обычных семинарах и в компьютерных классах. Рабочая программа построена таким образом, что математический анализ будет преподаваться студентам вначале, а затем уже идет линейная алгебра. Это целесообразно, так как основная цель в университете – подготовка квалифицированных финансистов. Такой порядок вводится впервые, это вызвано пожеланиями преподавателей, ведущих экономические дисциплины. До сих пор изучение линейной алгебры предшествовало освоению основ математического анализа. Департамент анализа данных, принятия решений и финансовых технологий (руководитель – профессор В.И.Соловьев) организовал секцию “Компьютерный практикум” (руководитель – доцент С.А.Зададаев), на ежемесячных заседаниях которой обсуждаются содержание и методы преподавания будущей дисциплины “компьютерный практикум”.

Преподавание “экономической информатики” на первом курсе бакалавриата показало, что студенты в подавляющей своей массе слабо владеют основами MS Excel, несмотря на то, что формально они должны были это усвоить еще в средней школе. В связи с этим, участниками секции было предложено начать компьютерный практикум с изучения (повторения) основных инструментов MS Excel. Первые два семинара по высшей математике посвящены основным понятиям теории множеств и комплексным числам. Следовательно, это – хорошая возможность параллельно дать студентам следующий материал в рамках компьютерного практикума: ввод данных на рабочий лист и их редактирование; форматирование ячеек; манипуляции с диапазонами ячеек; формулы и арифметические операции в MS Excel; инструмент “подбор параметра”; категории и типы данных; адресация и имена ячеек; операции над данными; встроенные функции и их применение; условное форматирование. Далее же целесообразно проходить темы относительно синхронно с соответствующими разделами математики, чтобы у студентов не возникала путаница, а сразу же шло закрепление математических знаний практическими занятиями за компьютером.

Далее на уроках математики проходится тема “Дифференциальное исчисление функции одной переменной”, в рамках которой объясняется глава “Применение производной”. В частности, параллельно на практических занятиях по компьютерному практикуму планируется пройти тему “Численное прогнозирование значения функции с помощью первого дифференциала в малой окрестности”. Разъясним, как видится ее изложение с точки зрения эффективного обучения студентов направления “экономика”.

С самого начала практического занятия в компьютерном классе, чтобы связать название темы с экономическими и финансовыми приложениями, целесообразно познакомить студентов с примером использования инструментов прогнозирования в MS Excel.

Пример 1. Допустим, что выручка некоторой компании в 2015 году составляла 450 млн. руб., в 2016 − 380 млн. руб., в 2017 − 600 млн. руб. Требуется по имеющимся данным спрогнозировать выручку в 2018 году.

Решение.

Введем данные в таблицу MS Excel (см. рис.1). В пустую ячейку напротив 2018 года (на рисунке это ячейка C7) введем встроенную функцию MS Excel “ТЕНДЕНЦИЯ”. В этой функции применяется метод наименьших квадратов, с которым студенты ознакомятся на математических дисциплинах. Функция “ТЕНДЕНЦИЯ” возвращает значения в соответствии с линейным трендом. Аппроксимирует прямой линией (по методу наименьших квадратов) массивы “известные_значения_y” и “известные_значения_x”. Возвращает значения y, соответствующие этой прямой для заданного массива “новые_значения_x”.

Рис. 1 – Пример применения функции “ТЕНДЕНЦИЯ”

Нажав ENTER, получаем результат: в 2018 году выручка предположительно составит 626,67 млн. рублей. Рекомендуется в общем случае округлять результаты вычисления в Excel до двух знаков после запятой, так как наряду с рублями существуют копейки, с долларами − центы, и т.д. В специальных случаях, в зависимости от задачи и требований, может потребоваться другое округление. Заметим, что тот же результат можно было получить проще, выделив массив C4:C6 и потянув на одну ячейку вниз за характерный крестик (один из фундаментальных принципов в Excel - “drag и drop” - “потяни и отпусти”). Получите то же значение обоими способами.

После этого примера будет разумно вернуться к классическим задачам математического анализа с выполнением их посредством MS Excel.

Пример 2. Вычислить квадратный корень из 1,03 приближенно, заменяя приращения функции ее дифференциалом.

Для начала зададим функцию таблично. Для этого выберем отрезок и шаг Δ=0,1. Введем в ячейки листа Excel соответствующие значения, по указанным выше формулам вычислим точки на графиках самой функции, вызовем точечную диаграмму с гладкими кривыми и, указав необходимые ссылки на столбцы данных, получим искомый вид (см. рис. 2).

Рис. 2 – Пример вычисления приближенного значения в Excel

Таким образом, на практическом занятии в компьютерном классе мы добьемся нескольких целей. Во-первых, студенты будут заинтересованы тем, что изучаемые в курсе математики темы имеют практическое приложение к экономике и финансам. Хотя примеры совсем несложные и служат лишь для иллюстрации, но все же это лучше, чем общие слова о том, что когда-то данные разделы математики где-то могут пригодиться в профессиональной деятельности. Во-вторых, учащиеся повторяют и закрепляют теоретические знания, полученные на семинарах и лекциях по математике. В-третьих, студенты учатся применять эти знания на практике, вычисляя не вручную, а используя компьютер. В-четвертых, студенты осваивают современные информационные среды MS Excel и R, умение работать в которых будет очень полезно в их дальнейшей профессиональной карьере.

Уже начиная с темы “Интегральное исчисление функции одной переменной” на семинарах по компьютерному практикуму планируем обучать студентов работать в качественной бесплатной математической среде R. Это также оправдано тем, что для дальнейшего прохождения разделов возможностей MS Excel недостаточно, особенно в плане визуализации и быстрой обработки большого объема данных , . Кроме того, ознакомление с работой в среде R полезно для дальнейшей работы с финансовыми информационными продуктами . При этом не должна ставиться цель научить первокурсников экономического направления программировать, так как это нелегкая задача даже для студентов профиля “прикладная информатика в экономике”. Следует показать на конкретных (пусть несложных) примерах, какие возможности дает R для финансовых и статистических расчетов и их визуализации. При этом на каждом занятии “компьютерного практикума” целесообразно кратко повторять и закреплять основные понятия и методы, полученные на занятиях по математике. Как мы рассмотрели выше, аудиторного времени для этого достаточно.

Студенты четвертого курса бакалавриата в большинстве своем отмечают, что на собеседовании при устройстве на работу от них требовали владение основными навыками работы в MS Excel. А умение работать в среде R не менее ценится потенциальными работодателями.

Обобщая вышесказанное, кратко подведем итоги нашего исследования и сделаем выводы. Темы “компьютерного практикума” должны проходиться синхронно с соответствующими разделами дисциплины “математика”. Для эффективного обучения необходимо начать с изучения основных возможностей MS Excel; на это нужно отвести не менее 2-3 семинаров. Все разбираемые примеры должны быть несложными, но демонстрировать применение компьютерных технологий для решения практических экономических задач. Нецелесообразно учить первокурсников программированию в R, следует ограничиться разбором практических примеров и научить студентов решать задачи по “шаблонам”, демонстрируемым преподавателем. Новая дисциплина “компьютерный практикум” поможет заметно поднять уровень математической и информационной подготовки студентов, а также возможности их последующего трудоустройства.

Список литературы / References

1. Воротницкий Ю.И. Некоторые аспекты методики преподавания аналитической геометрии на основе компьютерной алгебры / Ю.И. Воротницкий, С.В. Земсков, А.А. Кулешов, Ю.В. Позняк // – Информатизация образования. – 1997. – №9. – С.5
2. Монахов В.М. Перспективы разработки и внедрения новой информационной технологии на уроках математики / В.М. Монахов // – Математика в школе. – 1991. – №3. – С.4
3. Синицын В.Ю. Вычислительная среда R как платформа для моделирования и обучения школьников и студентов / В.Ю. Синицын // Инфо-Стратегия 2013: Общество. Государство. Образование: материалы V Международной конференции, Самара – 2013. – C. 355-358
4. Берзин Д.В. Обработка финансовых данных Bloomberg посредством среды программирования R / Д. В. Берзин // – Международный научно-исследовательский журнал. – 2015. – №11 (42). – С.7-9

Список литературы на английском языке / References in English

1. Vorotnickij Ju.I. Nekotorye aspekty metodiki prepodavanija analiticheskoj geometrii na osnove komp’juternoj algebry / Ju.I. Vorotnickij, S.V. Zemskov, A.A. Kuleshov, Ju.V. Poznjak // – Informatizacija obrazovanija. – 1997. – №9. – P.5
2. Monahov V.M. Perspektivy razrabotki i vnedrenija novoj informacionnoj tehnologii na urokah matematiki / V.M. Monahov // – Matematika v shkole . – 1991. – №3. – P.4
3. Sinicyn V.Ju. Vychislitel’naja sreda R kak platforma dlja modelirovanija i obuchenija shkol’nikov i studentov / V.Ju. Sinicyn // Info-Strategija 2013: Obshhestvo. Gosudarstvo. Obrazovanie: mater. V Mezhdunar. konfer., Samara – 2013. – P. 355-358
4. Maindonald J. Data Analysis and Graphics Using R / J. Maindonald, J. Braun. – 3rd edition. – Cambridge: Cambridge University Press, 2010 – 565 p.
5. Berzin D.V. Obrabotka finansovyh dannyh Bloomberg posredstvom sredy programmirovanija R / D. V. Berzin // – Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel’skij zhurnal. – 2015. – №11 (42). – P.7-9

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ Р.Ф.

АРМАВИРСКИЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ

КУРС ЛЕКЦИЙ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ:

«Компьютерный практикум»

ДЛЯ СТУДЕНТОВ ОЧНОЙ И ЗАОЧНОЙ ФОРМ ОБУЧЕНИЯ

Составлен в соответствии с Государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников

Предисловие

Для решения проблемы подготовки студентов к жизни и профессиональной деятельности в высокоразвитой информационной среде, к возможности получения дальнейшего образования с использованием современных информационных технологий предназначен предмет "Компьютерный практикум".

Новая эпоха ставит перед образованием новую проблему- подготовить специалистов к жизни и профессиональной деятельности в высокоразвитой информационной среде, возможности получения дальнейшего образования с использованием современных информационных технологий

Компьютерный практикум - дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации, а также вопросы, связанные с процессами сбора, хранения, поиска и передачи, переработки, преобразования и использования информации в различных сферах человеческой деятельности.

Особое значение приобретает дисциплина "Компьютерный практикум" в подготовке специалистов. Это связано с тем, что развитие информационных технологий свидетельствует о том, что выпускнику приходиться работать как конечному пользователю на ЭВМ в условиях «электронного офиса», интегрированной информационной системы, электронной почты, в локальных и глобальных телекоммуникационных сетях.

Совершенствование технологических и управленческих процессов на своем рабочем месте с использованием новейших технических и программных средств предполагает постоянный рост производительности труда.

Данный курс лекций предназначен для самостоятельного изучения теоретических основ студентами и пользователями ЭВМ. Курс лекций охватывает основные темы курса дисциплины «Компьютерный практикум»

Компьютер и окружающий мир

Введение.

Представьте себе, что вам предлагают найти что-нибудь общее между такими профессиями как: Адвокат, Фермер, Учитель, Врач, Дизайнер, Судья, Киносценарист, Секретарь.

Конечно, в первый момент такое предложение покажется вам абсурдным, поскольку речь идёт о совершенно разных профессиях! Ну, а если вспомнить, что мы живём в век компьютера?! Тогда оказывается, что все они (адвокат, учитель, дизайнер, фермер, врач, судья, секретарь) используют в своей работе компьютер.

Естественно, не каждый фермер, киносценарист или врач имеет возможность работать на ЭВМ, а если такая возможность существует, то это вовсе не означает, что они будут использовать машину в течение всего рабочего дня, как, скажем, это делают программисты. Тем не менее, представители этих и многих других профессий отдают должное широким возможностям и быстродействию компьютеров.

Что же делает одно и то же устройство очень важным для выполнения столь большого количества разных работ? Вот как объясняют свой интерес представители разных профессий.

Руководитель отдела снабжения: “Компьютеры могут обрабатывать и хранить огромное количество информации. Они работают быстро надёжно и эффективно”.

Инженер-конструктор: “Компьютеры помогают планировать работу над любыми проектами и управлять такой работой”.

Ректор высшего учебного заведения: “Компьютеры облегчают процесс обучения студентов и экономят время”.

Бухгалтер: “компьютеры могут без устали решать однотипные задачи и не проявляют при этом своего неудовольствия”.

Компьютеры полезны для широкого круга людей, потому что могут быть использованы для различных целей. Познакомимся подробнее с возможностями компьютера.

Краткая история развития вычислительной техники.

Вся история развития человеческого общества связана с накоплением и обменом информацией (наскальная живопись, письменность, библиотеки, почта, телефон, радио, счеты и механические арифмометры и др.). Коренной перелом в области технологии обработки информации начался после второй мировой войны. В вычислительных машинах первого поколения основными элементами были электронные лампы. Эти машины занимали громадные залы, весили сотни тонн и расходовали сотни киловатт электроэнергии. Их быстродействие и надежность были низкими, а стоимость достигала 500-700 тысяч долларов.

Появление более мощных и дешевых ЭВМ второго поколения стало возможным благодаря изобретению в 1948 году полупроводниковых устройств- транзисторов. Главный недостаток машин первого и второго поколений заключался в том, что они собирались из большого числа компонентов, соединяемых между собой. Точки соединения (пайки) являются самыми ненадежными местами в электронной технике, поэтому эти ЭВМ часто выходили из строя.

В ЭВМ третьего поколения (с середины 60-х годов ХХ века) стали использоваться интегральные микросхемы (чипы)- устройства, содержащие в себе тысячи транзисторов и других элементов, но изготовляемые как единое целое, без сварных или паяных соединений этих элементов между собой. Это привело не только к резкому увеличению надежности ЭВМ, но и к снижению размеров, энергопотребления и стоимости (до 50 тысяч долларов).

История ЭВМ четвертого поколения началась в 1970 году, когда ранее никому не известная американская фирма INTEL создала большую интегральную схему (БИС), содержащую в себе практически всю основную электронику компьютера. Цена одной такой схемы (микропроцессора) составляла всего несколько десятков долларов, что в итоге и привело к снижению цен на ЭВМ до уровня доступных широкому кругу пользователей.

СОВРЕМЕННЫЕ ЭВМ - ЭТО ЭВМ ЧЕТВЕРТОГО ПОКОЛЕНИЯ, В КОТОРЫХ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ БОЛЬШИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ.

90-ые годы ХХ-го века ознаменовались бурным развитием компьютерных сетей, охватывающих весь мир. Именно к началу 90-ых количество подключенных к ним компьютеров достигло такого большого значения, что объем ресурсов доступных пользователям сетей привел к переходу ЭВМ в новое качество. Компьютеры стали инструментом для принципиально нового способа общения людей через сети, обеспечивающего практически неограниченный доступ к информации, находящейся на огромном множестве ЭВМ во всем мире - "глобальной информационной среде обитания".

Устройства и типы ЭВМ

Особое место в современной информационной технологии занимает персональный компьютер (ПК)

Каждый пользователь должен в общих чертах представлять себе особенности, принципы и технические приемы работы на ПК.

Архитектурой ПК называется совокупность всех технических устройств, которые относятся к компьютеру.

Основные блоки, входящие в компьютер

Обычно персональные компьютеры состоят из трех частей (блоков):

Системного блока;

Монитора;

Клавиатуры, позволяющей вводить информацию;

Монитора (или дисплей) предназначен для отображения текстовой и гра­фической информации.

Системный блок является в компьютере "глав­ным". В нем располагаются все основные узлы компьютера:

Электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры уст­ройств и т. д.,);

Блок питания, преобразующий электропитание сети в по­стоянный ток низкого напряжения, подаваемый на элек­тронные схемы компьютера

накопители (или дисководы) для гибких магнитных дис­ков, используемые для чтения и записи на гибкие магнит­ные диски (дискеты):

накопитель на жестком магнитном диске, предназначен­ный для чтения и записи на несъемный жесткий магнит­ный диск (винчестер).

Рис.1 Персональный компьютер (ПК)

К системному блоку компьютера можно подключать различ­ные устройства ввода-вывода информации, расширяя тем самым его функциональные возможности. Многие устройства подсоеди­няются через специальные гнезда (разъемы), находящиеся обыч­но на задней стенке системного блока компьютера. Кроме мони­тора и клавиатуры, такими устройствами являются принтер, мышь, джойстик и т. д.

Рассмотрим сначала принципиальную схему работы компью­тера. Она поможет понять, как его устройства взаимодействуют друг с другом.

Логическое устройство компьютера

Микропроцессор. Самым главным элементом в компьютере, его "мозгом", является микропроцессор - электронное устройство в небольшом корпусе, выполняющее все вычисления и обработку информации. Процессор осуществляет выполнение программ.

работающих на компьютере, и управляет работой остальных устройств компьютера. В настоящее время, как правило, исполь­зуются микропроцессоры, разработанные одной из следующих фирм: Intel, AMD или IBM.

Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя основными характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой. Такто­вая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет за одну секунду, т. е. тактовая частота характеризует быстродействие компьютера - чем она выше. тем быстрее осуществляется работа компьютера. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц).

Оперативная память . Следующим очень важным элементом компьютера является оперативная память. Именно из нее процес­сор и сопроцессор берут программы и исходные данные для об­работки, в нее они записывают полученные результаты. Название "оперативная" эта память получила потому, что она работает очень быстро, и процессору не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако содержащиеся в ней данные сохраняются только до тех пор, пока компьютер включен, при выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается.

Оперативная память компьютера состоит из двух частей: ос­новная память и расширенная память (или дополнительная па­мять). Основная память имеет размер 640 Кбайт. Так, например, если компьютер имеет 32 Мбайта оперативной памяти, то 640 Кбайт из них - основная память, а 31360 Кбайт - расширен­ная (или дополнительная).

Для достаточно быстрых компьютеров необходимо обеспечить быстрый доступ к оперативной памяти, иначе микропроцессор будет простаивать и быстродействие компьютера уменьшится. Для этого такие компьютеры могут оснащаться кэш-памятью т. е. "сверхоперативной" памятью относительно небольшого объ­ема (обычно от 256 до 512 Кбайт), в которой хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти. Кэш-память располагается ""между" микропроцессором и оперативной памя­тью, и при обращении микропроцессора к памяти сначала произ­водится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к обычной памяти, а в большинстве случаев необходимые микропроцессору данные содержатся в кэш-памяти, среднее время доступа к памя­ти уменьшается.

Контроллеры и шина . Для работы компьютера необходимо, чтобы в оперативной памяти находились программа и данные. А попадают они туда из различных устройств компьютера - клавиа­туры, дисководов для магнитных дисков и т. д. Обычно эти уст­ройства называют внешними, хотя некоторые из них могут нахо­диться не снаружи компьютера, а встраиваться внутрь системного блока. Результаты выполнения программ также выводятся на внешние устройства - монитор, диски, принтер и т. д.

Таким образом, для работы компьютера необходим обмен ин­формацией между оперативной памятью и внешними устройст­вами. Такой обмен называется вводом-выводом . Но этот обмен не происходит непосредственно: между любым внешним устройст­вом и оперативной памятью в компьютере имеется два промежу­точных звена.

Для каждого внешнего устройства в компьютере есть электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером, или адаптером. Некоторые контроллеры (например, контроллер дис­ков) могут управлять сразу несколькими устройствами.

Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с микропро­цессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, которую в просторечии называют шиной.

Электронные платы. Для упрощения подключения уст­ройств электронные схемы компьютера состоят из нескольких модулей - электронных плат. На основной плате компьютера -системной, или материнской, обычно располагаются основной микропроцессор, сопроцессор, оперативная память и шина. Схемы, управляющие внешними устройствами компьютера (контроллеры и адаптеры), находятся на отдельных платах. Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной магистрали пере­дачи данных в компьютере - шине. Таким образом, наличие свободных разъемов шины обеспечивает возможность добав­ления к компьютеру новых устройств. Чтобы заменить одно устройство другим (например, устаревший адаптер монитора на новый), надо просто вынуть соответствующую плату из разъема и вставить вместо нее другую. Несколько сложнее осуществляется замена самой материнской платы

Контроллеры портов ввода-вывода . Одним из контроллеров, которые присутствуют почти в каждом компьютере, является контроллер портов ввода-вывода. Эти порты бывают следующих типов: параллельные (обозначаемые LPT1-LPT4) к ним обыкно­венно подключаются принтеры; асинхронные последовательные (обозначаемые СОМ1-СОМ3) через которые обычно подсоеди­няются мышь, модем и т. д.

Некоторые устройства могут подключаться и к параллельным, и к последовательным портам. Параллельные порты выполняют ввод и вывод с большей скоростью, чем последовательные, за счет использования большого числа проводов в кабеле.

Накопители на дискетах Гибкие диски (дискеты) позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, хранить информацию, не используемую постоянно на компьютере, делать архивные копии информации, содержащейся на жестком диске.

Наиболее распространены дискеты размером 3,5 дюйма (89 мм), которые в подавляющем большинстве случаев имеют емкость 1,4 Мбайт. Эти дискеты заключены в жесткий пласт­массовый конверт, что значительно повышает их надежность и долговечность.

Для защиты от записи в таких дискетах имеется специальный переключатель - защелка, разрешающая или запрещающая за­пись на дискету (это черный квадратик в нижнем левом углу дис­кеты). Запись на дискету разрешена, если отверстие, закрываемое защелкой, закрыто, и запрещена, если это отверстие открыто.

Накопители на жестком диске . Накопители на жестком диске (винчестеры) предназначены для постоянного хранения инфор­мации - программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с языков программирования и т. д. Наличие жесткого диска значительно повышает удобство работы с компьютером.

Для пользователя накопители на жестком диске отличаются друг от друга прежде всего своей емкостью, т. е. тем, сколько информации помещается на диске. Другим важным показателем является скорость работы диска, которая характеризуется двумя показателями: временем доступа к данным на диске, скоростью чтения и записи данных на диске.

Эти характеристики соотносятся друг с другом приблизитель­но так же, как время разгона и максимальная скорость автомоби­ля. При чтении или записи коротких блоков данных, расположен­ных в разных участках диска, скорость работы определяется вре­менем доступа к данным - подобно тому, как при движении ав­томобиля по городу в час пик с постоянными разгонами и тормо­жениями не так уж важна максимальная скорость, развиваемая автомобилем. Зато при чтении или записи длинных (в десятки и сотни килобайт) файлов гораздо важнее пропускная способность тракта обмена с диском - точно так же, как при движении авто­мобиля по скоростному шоссе важнее скорость автомобиля, чем время разгона.

Очной и заочной формы обучения ...

Принимайте участие!

Среди задач с параметрами входящих в профильный ЕГЭ по математике можно выделить особый класс заданий, решить которые стандартными школьными приемами практически невозможно. Зачастую функции в левой и правой частях уравнения имеют принципиально разную природу, что не позволяет использовать аналитический подход. А сложный вид этих выражений делает проблематичным построение графиков. Выходом в данной ситуации может стать минимаксный метод решения задач с параметрами, который опирается на использование монотонности и ограниченности функций.

Некоторые уроки могут показаться детям скучными. И тогда на занятиях начинает страдать дисциплина, школьники быстро устают и не желают принимать участие в обсуждении.

Кейс-уроки были созданы, чтобы соединить учебные школьные знания с остро необходимыми компетенциями, такими как креативность, системное и критическое мышление, целеустремленность и другие.

Благодаря кейсам вы сможете помочь школьнику получать пользу и удовольствие от учебы, справиться с его личными проблемами!

Читайте новые статьи