Лабораторная работа №6 по ТП

Лабораторная работа №6 по ТП

«Технология создания информационной системы»

(на примере информационно-обучающей системы)

Цель работы – разработать информационно-обучающие систему на основе модели. Сделать демо-версию программы.

1. Варианты заданий:

Таблица 1 – Тематика информационно-обучающей системы (ИОС)

Первая буква фамилии	Тематика ИОС
А	Cisco
Б	Adobe Premier
В	Borland Delphi
Г	PHP
Д	Flash Studio
Е	Adobe Photoshop
Ж	Corel Draw
З	Visual Basic.Net
И	Visual C#
К	Нейронные сети
Л	C++
М	My SQL Server
Н	3D Max
О	Adobe In Design
П	Java Script
Р	Windows Vista
С	Алгоритмы программирования
Т	Maya
У	Window XP
Ф	Linux
Х	MS Office 2007
Ц	Pascal
Ч	UML
Ш	HTML
Щ	Искусственный интеллект
Э	Oracle
Ю	MS Movie Maker
Я	Adobe Acrobat Professional

 

Таблица 2- Режим работы информационно-обучающей системы

Последняя цифра з\к.	Режим работы ИОС
	Обучающий (замкнутый режим)
	Обучающий (разомкнутый режим)
	Корректирующий режим
	Тренирующий режим
	Режим самообразования
	Экзамен (проверка уровня знания по дисциплине)
	Адаптивный режим
	Режим обучения с возможностью установки определенного уровня обученности
	Обучающийся режим
	Интеллектуальный режим

 

 

Методические указания

 

Информационно-обучающая система (ИОС) – это человеко-машинный комплекс, реализующих сценарии учебной деятельности, и определенным образом подготовленных знаний (структурированной информации и системы упражнений для ее осмысления и закрепления), работающий в диалоговом режиме и предназначенный для управления обучающей деятельностью, целью которой является овладение знаний, умений и навыков.

Обучающая система должна обучать, а только изучение теоретического материала еще не является обучением. Следовательно, обучающая система - более широкое понятие, чем электронный учебник. Она должна включать в себя теоретический материал с примерами (т.е. электронный учебник), а также средства для выработки практических навыков у обучаемых и средства контроля приобретенных знаний, умений и навыков (контролирующую систему и тренирующую программу).

Основное назначение обучения (а, следовательно, и обучающей системы) - овладение умениями, а не знаниями. Механизмом осуществления деятельности является решение задач. Следовательно, основная часть обучающей системы – тренирующая.

 

Информационно-обучающая система

Изучение теоретического материала

Выработка практических умений

Контроль усвоения теоретического материала

Анализирование процесса обучения в ИОС

Идентификация пользователя

Корректирование процесса обучения в ИОС

Принятие решения

 

Рисунок 1 – Схема процесса обучения в

информационно-обучающей системе

 

Подсистема идентификации пользователя

Подсистема формирования контента информации

Подсистема формирования уровня сложности

Подсистема диагностики

Подсистема принятия решения

Информационный ресурс

База данных

Хранилище БД

База правил

 

Рисунок 2 – Обобщенная структурная схема

информационно-обучающей системы

 

Сценарий обучения в ИОС формируется динамически в соответствии с текущей ситуацией. Реализация осуществляется на основании протокола процесса обучения на каждом учебном элементе.

Рассмотрим кратко назначение всех составляющих:

- подсистема идентификации пользователя предназначена для персонализации обучаемого;

- подсистема формирования контента информации предназначена для определения и формирования «порций информации» теоретического, практического и контролирующего модулей;

- подсистема формирования уровня сложности определяет уровень сложности изучаемого материала;

- подсистема диагностики предназначена для контроля знаний обучаемого, осуществляет расчет уровня знаний обучаемого по суперкритерию многокритериальной модели знаний, учитывая уровень реакции, сомнения, уверенности и др. критерии;

- подсистема принятия решений предназначена для принятия решений о формировании последовательности обучения, количестве заданий, выборе уровня сложности и т.д., благодаря многокритериальной модели принятия решений.

Обучающий (замкнутый режим)

Данный режим предполагает последовательное обучение учащегося со стартовой позиции (с начального уровня знания) до конца обучения всего материала.

Корректирующий режим

Данный режим предполагает обучение учащегося с тщательным анализом его текущего уровня знания по данной дисциплине, с возможностью коррекции этого уровня.

Тренирующий режим

Данный режим обучения находится в постоянной обратной связи с пользователем, и весь процесс обучения построен на тренировке проверки полученных знаний.

5.Режим самообразования

В режиме самообразования отключена возможность автоматизации формирования контента информации по персональным характеристикам. Преимуществом режима самообразования является возможность получения только самой необходимой информации материала, после чего подразумевается самообразование пользователя в данной области.

6.Экзамен (проверка уровня знания по дисциплине)

С учетом начального, конечного уровня знания, персональных характеристик формируется экзамен по данной дисциплине. Цель режима – проверка уровня знания, который пользователь достиг в конце обучения, выставление рейтинга и оценки.

Адаптивный режим

Адаптивный режим позволяет сэкономить количество времени (примерно в 1,5 – 2 раза) на обучение за счет адаптации программы к пользователю и его уровню знания. Например, если пользователь уже знает некоторые учебные элементы (темы учебного материала) на 70-100%, то система принимает решение пропустить их при достаточно высоком % качества и незначительной долей ошибки изучаемого учебного элемента.

Обучающийся режим

Работая с обучающей системой, в основе которой заложен обучающийся режим, не только пользователь приобретает новые знания в процессе работы с системой, но и программа обучается вместе с ним. Отслеживая начальный уровень знаний ученика, этапы достижения результатов, количество посещений, качество и чистоту знаний, реакцию пользователя на выполнения заданий, глубину вопросов, а также другие характеристики, электронный учебно-методический комплекс пополняет базу своих знаний, что в дальнейшем сказывается на его «сознании» (отношения к ученику, к группе учеников, принятию решений и др.). Основываясь на этих знаниях, формируется контент системы для контретного пользователя.

Интеллектуальный режим

В основе системы, работающей в интеллектуальном режиме, заложены элементы искусственного интеллекта. В процессе работы пользователя с ОС, формируются не только наполнение и содержание, но и его семантика и алгоритм работы являются индивидуальными для конкретного пользователя, т.е. система принимает решение наилучшего алгоритма своей работы с учетом особенностей обучаемого.

 

 

Оформление отчета

В отчет необходимо включить:

· Титульный лист;

· Содержание;

· Введение;

· Задание на выполнение лаб. работы;

· Описание предметной области

· Скрин-шоты

· Пошаговое описание хода разработки программы;

· Заключение;

· Список литературы;

· Листинг программы

4. Контрольные вопросы

4.1 Что такое информационная система?

4.2 Режимы работы обучающих систем?

4.3 Виды демо-режимов работы программы?

4.4 Как работает демо-режим программы?

4.5 Технологии программирования в информационно-обучающей системе?

4.6 Способы повышения качества информационных систем?

Приложение А

Пример описания обучающей системы

«Языки программирования Borland: Pascal & Delphi»

 

При запуске программы появляется форма Входа в систему, позволяющая выбрать из списка пользователя системой в соответствии с рисунком 9. Для загрузки обучающей системы необходимо ввести пароль присущий для конкретного пользователя.

 

Рисунок 9 – Окно «Вход в систему»

 

Кнопка «Вход» позволяет войти в систему, при условии, если пароль верный.

Кнопка «Регистрация» позволяет открыть регистрационную форму для создания нового пользователя в соответствии с рисунком 9.

Кнопка «Войти как гость» - ограниченный режим входа в систему, не позволяющий автоматически сохранять промежуточные результаты обучаемого и корректировать его уровень знаний.

Кнопка «Удалить» позволяет удалить пользователя системой при условии, если введен пароль.

Кнопка «Администрирование» открывает пароли на каждого пользователя, что позволяет войти в систему в случае, если забыли пароль.

Пункт «Аналитика» открывает аналитическую часть: начальный и полученный уровень знаний, график освоения практических навыков и контрольную диаграмму освоения знаниями. Начальный уровень знаний – это сумма (в процентном соотношении) уровня знаний по Borland: Pascal & Delphi. В случае затруднения пользователем оценки своего начального уровня знаний в момент регистрации, можно воспользоваться входным тестированием, которое автоматически определит текущий уровень знаний.

 

Рисунок 10 – Регистрационная форма

 

График освоения практических навыков показывает зависимость процента освоения от количества входов в систему и попыток освоить материал. На графике прослеживаются количественные показатели освоения и показатели качества в соответствии с рисунком 10.

Контрольная диаграмма освоения знаний демонстрирует зависимость качества освоения материала от конкретной темы учебника. Количественные показатели качества формируются после прохождения контрольного тестирования по всем темам учебника, с учетом освоения практических навыков и начального уровня знаний. На графике четко прослеживается общий уровень знаний по конкретной теме. Система анализирует разницу приобретенных и начальных знаний.

На значение общего уровня знаний влияет не степень максимальной обученности, а разница начальных и приобретенных знаний в процессе работы с системой.

 

Главная форма системы

Главная форма обучающей системы раскрывается во весь экран. Дизайн программы выполнен в классическом стиле с элементами стиля Hi-Tehc. Загрузка формы начинается с появления анимационной заставки, созданной средствами технологии Shockwave в программе Macromedia Flash Studio 2007.

В левой части экрана расположено основное динамическое меню-навигации, служащее путеводителем по основным разделам системы.

Снизу представлено статическое меню-навигации для управления системой и дополнительная информация.

Динамическое меню-навигации состоит из теоретического, практического, тренирующего и контролирующего разделов системы по двум направлениям: Pascal и Delphi. В теоретическую часть в соответствии с рисунком 11, добавлены разделы: «Программирование» и «Алгоритмы», являющиеся расширением знаний по технологии программирования.

Рисунок 11 – Теоретическая часть раздела «О программировании»

 

В практическом модуле задачи разделены по уровням сложности: простые (уровень А), средние (уровень В), трудные (уровень С) и олимпиадные (уровень Z).

В системе предлагается разобрать 110 задач, разделенных на темы и уровни сложности. Обучаемый сам может сформировать свой собственный путь обучения.

При открытии задачи автоматически формируется постановка задачи и листинг. Кнопка данной задачи погаснет. Это говорит о том, что данная задача уже была сформирована и открыта. При завершении работы системы, программа автоматически «запоминает» открытые задачи и в последующем указывает на это.

По каждой задаче можно посмотреть подробное описание примера, листинг и готовое скомпилированное приложение.

В тренажере по Pascal в соответствии с рисунком 12, предлагается 25 задач с пропущенным в двух местах программным кодом в листинге, который необходимо вставить. Система оценивает не только полную правильность ответа, но и в случае неправильности подсчитывает процент правильности ответа, сохраняет в список и учитывает на графике уровня знаний.

 

Рисунок 12 – Практическая часть. Примеры задач уровня А

 

Рисунок 13 – Примеры олимпиадных задач

 

В тренажере предусмотрены подсказки на каждую задачу. В случае правильного ответа, но с использованием подсказки – на 1 балл меньше, чем в случае, если бы подсказкой не воспользовались в соответствии с рисунками 14, 15.

 

Рисунок 14 – Практическая часть. Тренажер

 

 

Рисунок 15 – Появление подсказки

 

Контролирующая часть реализована в виде тестов в соответствии с рисунками 16 и 17. Варианты вопросов и ответов хранятся в базе данных и появляются в случайной последовательности и в случайном порядке. Тест организован таким образом, что если обучаемый неправильно ответит на вопрос, то система автоматически предложит перейти в теоретическую часть соответствующей темы вопроса.

Управление процессом обучения в данной системе основано на многокритериальной модели принятия решений, разработанной в третьей главе.

Система тестирования не дает возможности загрузить следующий вопрос до тех пор, пока не будет правильного ответа на предыдущий вопрос.

 

Рисунок 16 – Контрольное тестирование

 

 

Рисунок 17 – Обучающее тестирование

 

Листинг подсистемы диагостики Информационно-обучающая система «Языки программирования Borland: Pascal & Delphi» приведен в приложении Б.

Информационно-обучающая система «Языки программирования Borland: Pascal & Delphi» - это человеко-машинный комплекс, реализующих сценарии учебной деятельности, и определенным образом подготовленных знаний (структурированной информации и системы упражнений для ее осмысления и закрепления), работающий в диалоговом режиме и предназначенный для управления обучающей деятельностью, целью которой является овладение знаний, умений и навыков.

Пример описания электронного учебно-методический комплекс по физике «Механика. Молекулярная физика и термодинамика»

Совместно с кафедрой общей и теоретической физики КазНТУ создан электронный учебно-методический комплекс (ЭУМК) по физике для студентов ВУЗа. В состав комплекса входит информационно-обучающая система.

Обучающая система состоит из двух частей – механики, молекулярной физики и термодинамики. Каждая часть разбита на 5 разделов, названия которых вынесены на рабочую панель и все время находятся в поле зрения, формируя цельное представление о предмете изучения.

Содержание системы иерархически структурировано. Верхний уровень отражает основные понятия и утверждения. Последующие уровни детализируют и углубляют содержание материала. Гипертекстовое представление информации и система навигации дают возможность оптимально перемещаться по разделам учебника, по уровням учебного материала и быстро получать необходимые сведения.

Иллюстрационный материал представлен наглядно и динамично в виде анимационно-мультипликационных проектов и интерактивно-мультимедийных приложений.

Интерактивный тестирующий комплекс, встроенный в ЭУМК, является не только контролирующим, но и обучающим. Он позволяет оценить уровень усвоения материала (в процентах и баллах) и, путем «работы над ошибками», получить правильные ответы на предлагаемые вопросы.

Задачи также представлены в «диалоговом» режиме. Если введенный ответ на задачу не верен, то предлагается подсказка в виде рабочей формулы. После повторного введения неправильного ответа раскрывается полное решение задачи.

Система особенно актуальна в период перехода к кредитной технологии обучения в нашей Республике.

Для работы с электронным учебно-методическим комплексом (ЭУМК) требуется некоторая компьютерная грамотность студентов и техническое оснащение рабочего места – наличие персонального компьютера со специальным программным обеспечением: Window 9X, 2000, XP; Microsoft Office 9X, 2000, XP. Разрешение экрана должно быть не менее 800Х600 пикселей (рекомендуемое разрешение – 1024Х768). Компьютер должен быть оборудован CD-ROM, наушниками или колонками.

Основную часть рабочего поля ЭУМК занимает область вывода информации – текста, графики, анимаций. Слева от нее и вверху справа расположены динамическое и статическое меню навигации, в левом верхнем углу находится кнопка выхода из учебника в соответствии с рисунком 18.

 

Рисунок 18 – Общий вид главного окна

 

Динамическое меню позволяет сначала выбрать интересующий раздел физики (механику или молекулярную физику и термодинамику), а затем перемещаться по его уровням и подуровням. Важно, что программа учебника запоминает каждый шаг Вашего передвижения. При нажатии на кнопку «Назад», расположенную слева над текстовым полем, она последовательно возвращает Вас предыдущие позиции.

 

Рисунок 19 – Разделы физики

 

Чтобы включить анимацию в тексте следует нажать на соответствующий рисунок. Тогда статическое изображение станет динамическим, сопровождаемым синхронным звуковым комментарием. Появившаяся кнопка «анимация» позволит повторно просмотреть ее. Чтобы вернуться к тексту, достаточно нажать на кнопку «назад». Список всех анимаций системы находится в соответствующей кнопке статического меню навигации. Гиперссылка анимации позволяет вызывать ее, не входя в текст учебника.

 

Рисунок 19 – Вид окна загрузки первого вопроса тестирования

 

 

Рисунок 20 – Окно выполнения работы над ошибками

 

Задачи, представленные в «диалоговом» режиме, находятся в соответствующей кнопке статического меню навигации. После введения неправильного ответа на задачу, раскрывается подсказка в виде формулы. Если вновь ответ введен неправильно, то раскрывается полное решение задачи в соответствии с рисунками 21 и 22.

Рисунок 21 – Вид окна условия задачи

 

Рисунок 22 – Окно решения задачи

 

Пользуясь кнопками статического меню, можно раскрыть содержание ЭУМК, в котором вся информация разбита на уровни и подуровни; справочник с физическими постоянными; калькулятор, список литературы, сведения об авторе и помощь.

Преимущество таких систем очевидно. В век развития информационных технологий особенно актуально применение их в дистанционном образовании.

 

Список рекомендуемой литературы

1 Сербин В.В., Сулеев Д.К., Ускенбаева Р.К. Стратегия формирования контента информационно-обучающей системы на основе многокритериальной модели оценки. // Вестник КазАТК. - 2008. - №1. - С.288-292.

2 Сербин В.В. Разработка многокритериальной модели оценки знания обучаемого. // Журнал «Поиск». - 2008. - №2. - С.120-126.

3 Сербин В.В. Алгоритмы управления процессом обучения в электронном учебно-методическом комплексе. // Вестник КазНТУ. - 2008. - №3. - С.164-170.

4 Сербин В.В., Сулеев Д.К. Разработка моделей оценки уровня знания обучаемого // Вестник КазНТУ. - 2008. - №3. - С.37-41.

5 Сербин В.В., Ускенбаева Р.К. Принятие решений организации процесса обучения в информационно-обучающей системе. // Труды международной научно-практической конференции «Информационно-инновационные технологии: интеграция науки, образования и бизнеса». – Алматы, 2008. - С.203-208.

6 Сербин В.В. Разработка моделей и алгоритмов управления знаниями в информационно-обучающей системе. // International Kazak-Kyrgyz electronics and computer conference. - Алматы, 2007. - С.79-83.

7 Сербин В.В., Мукажанов В.Н., Берикулы А.Б. Many-criteria model of Rating knowledge of students in an electronic educational resource. // International conference on «IT Promotion in Asia 2008». - Tashkent, 2008. - С.101-103.

8 Сербин В.В. Моделирование процесса обучения в электронных учебно-образовательных ресурсах. // Труды областной научно-практической конференции «Школьная информатика: вчера, сегодня, завтра». - Алматы, 2008. - С.18-22.

9 Сербин В.В. Обучающая электронно-информационная система в дополнительном образовании. // Учебно-методический журнал «Внешкольник Казахстана». - 2007. - №1. - С.40-43.

10 Сербин В. В. Технология и методология создания информационно-обучающей системы. // Материалы Международной научно-практической конференции «Школьная информатика: опыт, проблема и перспективы». - Алматы, 2007. - С.160-165.

11 Сербин В.В. Реализация адаптивных систем объективной оценки знаний с элементами искусственного интеллекта. // Материалы IV Международного Форума «Информатизация образования Казахстана и стран СНГ». - Алматы, 2006. - С.182-188.

12 Сербин В.В. Элементы искусственного интеллекта в обучающих системах проверки знаний. // Журнал «Открытая школа». - 2006. - №4. - С.21-26.

13 Сербин В.В. Realization of adaptive systems of objective evaluation of students’ knowledge with machine intelligence elements. // Труды VI Межвузовской научно-практической конференции «Казахстан в условиях глобализации». - Алматы, 2006. - C.76-78.

14 Сербин В.В. Реализация элементов искусственного интеллекта в электронных учебно-методических комплексах (на примере обучающих систем оценки знаний. // Труды III Международной научно-методической конференции «Математическое моделирование и информационные технологии в образовании и науки». - Алматы, 2005. - С.202-207.

15 Сербин В.В., Шотан Ж.Ж., Садгалин М.Е., Афанасьев Г.А., Лемешко А.А. Программа экзаменационного тестирования. // Труды научно-практической конференции «Проблемы развития энергетики и телекоммуникаций в свете стратегии индустриально-инновационного развития Казахстана». – Алматы, 2005. - С.147.

16 Технология, методология создания и разработка информационно-обучающих систем: Монография. – Алматы: АИЭС, 2010. – 198с.

Лабораторная работа №6 по ТП

«Технология создания информационной системы»

(на примере информационно-обучающей системы)

Цель работы – разработать информационно-обучающие систему на основе модели. Сделать демо-версию программы.

1. Варианты заданий:

Таблица 1 – Тематика информационно-обучающей системы (ИОС)

Первая буква фамилии	Тематика ИОС
А	Cisco
Б	Adobe Premier
В	Borland Delphi
Г	PHP
Д	Flash Studio
Е	Adobe Photoshop
Ж	Corel Draw
З	Visual Basic.Net
И	Visual C#
К	Нейронные сети
Л	C++
М	My SQL Server
Н	3D Max
О	Adobe In Design
П	Java Script
Р	Windows Vista
С	Алгоритмы программирования
Т	Maya
У	Window XP
Ф	Linux
Х	MS Office 2007
Ц	Pascal
Ч	UML
Ш	HTML
Щ	Искусственный интеллект
Э	Oracle
Ю	MS Movie Maker
Я	Adobe Acrobat Professional

 

Таблица 2- Режим работы информационно-обучающей системы

Последняя цифра з\к.	Режим работы ИОС
	Обучающий (замкнутый режим)
	Обучающий (разомкнутый режим)
	Корректирующий режим
	Тренирующий режим
	Режим самообразования
	Экзамен (проверка уровня знания по дисциплине)
	Адаптивный режим
	Режим обучения с возможностью установки определенного уровня обученности
	Обучающийся режим
	Интеллектуальный режим

 

 

Методические указания

 

Информационно-обучающая система (ИОС) – это человеко-машинный комплекс, реализующих сценарии учебной деятельности, и определенным образом подготовленных знаний (структурированной информации и системы упражнений для ее осмысления и закрепления), работающий в диалоговом режиме и предназначенный для управления обучающей деятельностью, целью которой является овладение знаний, умений и навыков.

Обучающая система должна обучать, а только изучение теоретического материала еще не является обучением. Следовательно, обучающая система - более широкое понятие, чем электронный учебник. Она должна включать в себя теоретический материал с примерами (т.е. электронный учебник), а также средства для выработки практических навыков у обучаемых и средства контроля приобретенных знаний, умений и навыков (контролирующую систему и тренирующую программу).

Основное назначение обучения (а, следовательно, и обучающей системы) - овладение умениями, а не знаниями. Механизмом осуществления деятельности является решение задач. Следовательно, основная часть обучающей системы – тренирующая.

 

Информационно-обучающая система

Изучение теоретического материала

Выработка практических умений

Контроль усвоения теоретического материала

Анализирование процесса обучения в ИОС

Идентификация пользователя

Корректирование процесса обучения в ИОС

Принятие решения

 

Рисунок 1 – Схема процесса обучения в

информационно-обучающей системе

 

Подсистема идентификации пользователя

Подсистема формирования контента информации

Подсистема формирования уровня сложности

Подсистема диагностики

Подсистема принятия решения

Информационный ресурс

База данных

Хранилище БД

База правил

 

Рисунок 2 – Обобщенная структурная схема

информационно-обучающей системы

 

Сценарий обучения в ИОС формируется динамически в соответствии с текущей ситуацией. Реализация осуществляется на основании протокола процесса обучения на каждом учебном элементе.

Рассмотрим кратко назначение всех составляющих:

- подсистема идентификации пользователя предназначена для персонализации обучаемого;

- подсистема формирования контента информации предназначена для определения и формирования «порций информации» теоретического, практического и контролирующего модулей;

- подсистема формирования уровня сложности определяет уровень сложности изучаемого материала;

- подсистема диагностики предназначена для контроля знаний обучаемого, осуществляет расчет уровня знаний обучаемого по суперкритерию многокритериальной модели знаний, учитывая уровень реакции, сомнения, уверенности и др. критерии;

- подсистема принятия решений предназначена для принятия решений о формировании последовательности обучения, количестве заданий, выборе уровня сложности и т.д., благодаря многокритериальной модели принятия решений.