Формирование структуры электронного учебника и решение задач на ней

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Уральский Государственный Технический Университет Кафедра Автоматики и информационных технологий Допущен к защите Заведующий кафедрой АИТ Доктор технических наук, профессор Лабунец В.Г. Формирование структуры электронного учебника и решение задач на ней ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ Пояснительная записка 22.01 0 017 ПЗ Руководитель канд. техн. наук, доц. Битюцкий В.П. Консультант канд. экон. наук, доц. Шилков В.И. Консультант канд. техн. наук, доц. Романов И.Т. Нормоконтролер канд. техн. наук, доц. Битюцкий В.П. Студент Ширыкалов С.В. Р-1999 СОДЕРЖАНИЕ РЕФЕРАТ 5 ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ 6 ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ 7 ВВЕДЕНИЕ 1. ОБЗОР СРЕДСТВ СОЗДАНИЯ ОБУЧАЮЩИХ ПРОГРАММ И ФОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К УЧЕБНИКУ 1. Системы на основе линейного текста 2. Мультимедийные обучающие системы 3. Системы на основе гипертекста 1.3.1. Справочная система ОС Windows 2. Пакет ГиперМетод 4. Формулирование требований к учебнику 2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ 1. Основные функции системы 2. Разработка структуры системы 3. Формирование структуры учебника 1. Правила построения учебника 2. Алгоритм формирования структуры 3. Формат выходного файла модуля формирования структуры 2.4. Алгоритм проверки корректности определений 5. Алгоритм выделения списка исходных понятий 6. Алгоритмы выделения подструктур 3. РЕАЛИЗАЦИЯ МОДУЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ 1. Обоснование выбора среды программирования 2. Основные функции модуля 3. Работа с модулем 1. Запуск модуля 2. Назначение элементов модуля 3.3.3. Настройка параметров модуля 4. Выбор файла начальной страницы учебника 5. Формирование структуры учебника и запись ее в файл 4. РЕАЛИЗАЦИЯ МОДУЛЯ ОБРАБОТКИ И ОТОБРАЖЕНИЯ СТРУКТУРЫ 1. Обоснование выбора среды программирования 2. Основные функции модуля 3. Требования к аппаратному и программному обеспечению 4.4. Установка модуля 5. Работа с модулем 1. Запуск модуля 2. Назначение элементов модуля 3. Загрузка файла структуры 4. Окно просмотра структуры 5. Панель управления 6. Настройка параметров модуля 7. Установка внешнего вида структуры 8. Обработка и анализ структуры 5. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА 1. Краткая характеристика работы и её назначение. 2. Определение затрат на создание программного продукта 1. Расходы на оплату труда разработчика программы 2. Затраты на оплату машинного времени 3. Расчёт общих расходов 3. Выводы 6. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА 6.1. Краткая характеристика разработки 2. Безопасность проекта 1. Электробезопасность 2. Пожарная безопасность 3. Требования к уровням шума и вибрации 4. Пыль и вредные химические вещества 5. Микроклимат 6. Вентиляция 3. Эргономичность проекта 1. Эргономические принципы при создании ПО АСУ. 6.3.2. Эргономические требования к системам отображения информации. 3. Описание зрительной работы оператора. 4. Организация рабочего места оператора. 5. Эргономические требования к рабочему месту 6. Освещенность рабочего места. 4. Экологичность проекта. 5. Методы обеспечения стойкости типовых схем, узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры к воздействию сильных ЭМИ 1. Общие сведения 2. Конструкционные методы 3. Схемотехнические методы. 4. Структурно-функциональные методы 6. Выводы ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 76 РЕФЕРАТ В ходе работы над предлагаемым к рассмотрению дипломным проектом разработана система, предназначенная для выделения структуры гипертекстового электронного учебника на языке HTML и решения на ней определенных задач.

Система реализована в виде двух отдельных модулей модуля формирования структуры и модуля обработки и отображения сформированной структуры гипертекстового электронного учебника.

Модуль формирования структуры реализован в среде визуального программирования Borland Delphi 3.0 и обеспечивает выполнение следующих функций обработка файлов электронного учебника и построение структуры понятий определений и теорем запись полученной структуры в файл, необходимый для работы второго модуля.

Модуль обработки и отображения сформированной структуры реализован в виде апплета на языке Java и выполняет следующие функции считывание файла со структурой, сформированного первым модулем проверка корректности данной структуры отображение на экране структуры либо подструктуры в виде графа, вершинами в котором являются определения или теоремы, а дуги отражают связи между ними анализ структуры - выделение списка исходных понятий, выделение по заданному понятию подсписка, включающего в себя все понятия, через которые определено заданное, поиск в структуре понятий возможность просмотра текста любого определения или теоремы.

Данный дипломный проект направлен на повышение эффективности работы преподавателей при создании электронных обучающих систем, позволяя улучшить качество и уменьшить сроки разработки подобных систем.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ п п. Наименование Обозначение Формат 1. Требования к учебнику со стороны разработчика.

А2. Требования к учебнику со стороны пользователя. А3. Алгоритм формирования структуры. А4. Представление структуры. А5. Интерфейс с пользователем. А1

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ HTML Hipertext Markup Language - язык разметки гипертекста. HTTP Hipertext transfer protocol - протокол передачи гипертекста.

ОС -операционная система ПЭВМ - персональная электронно-вычислительная машина

ВВЕДЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ За последние десятилетия наблюдается существенное увеличение объемов и сложности учебных материалов, изучаемых в средней и высшей школах.

При этом во многих учебных заведениях наблюдается недостаток высококвалифицированных преподавательских кадров.

Большие трудности часто возникают при оперативной подготовке, изготовлении и распространении учебных пособий различных видов.

Указанные факторы негативно сказываются на качестве подготовки обучаемых.

В связи с этим большое внимание уделяется применению прогрессивных методик обучения, в том числе предполагающих использование вычислительной техники.

Программы, предназначенные для передачи обучаемому знаний и или умений, получили название Автоматизированные обучающие системы АОС . Интерес к разработке АОС наблюдается с конца 50-х - начала 60-х годов.

Развитие обучающих систем в настоящее время идет в направлении придания им свойства адаптации к целям и условиям обучения.

В течении почти ста лет психологи значительную часть своих научных усилий тратили на то, чтобы понять процесс научения.

При этом исследовались, главным образом, факторы, влияющие на быстроту усвоения и утрату полученных знаний. В результате этих усилий был установлен ряд надежных принципов, которые могут быть использованы для построения схем обучения.

Принципы обучения имеют прямое отношение к разработке автоматизированных обучающих систем. Рассмотрим кратко каждый из этих принципов 1. Обучение идет быстрее и усваивается глубже, если учащийся проявляет активный интерес к изучаемому предмету. 2. Обучение является более эффективным, если формы приобретения знаний и навыков таковы, что без труда могут быть перенесены в условия реальной жизни, для чего они и предназначены. Обычно это означает, что учащемуся важнее научиться находить правильные ответы на вопросы, чем просто узнавать их. 3. Обучение идет быстрее, если учащийся узнает результат каждого своего ответа немедленно.

Если ответ правилен, то учащийся должен тотчас получить подтверждение этого, если неправильный - он столь же быстро должен узнать об этом. Даже незначительная задержка резко тормозит обучение. В настоящее время наши учащиеся вынуждены часто подолгу ждать результатов своего ответа. 4. Обучение идет быстрее, если программа по предмету построена по принципу последовательного усложнения материала.

Занятия следует начинать с самых простых заданий, для выполнения которых учащийся уже владеет необходимыми навыками и знаниями. Постоянно уровень сложности материала повышается. Это продолжается до тех пор, пока не будет достигнута желательная степень опытности и умения. 5. Знание результатов своей работы стимулируют выполнение очередного задания. Трудности, которые учащемуся необходимо преодолевать, должны возникать перед ним последовательно одна за другой, а успешное их преодоление развивает высокий уровень активности. 6. Поскольку обучение само по себе индивидуально, процесс обучения следует организовать так, чтобы каждый ученик мог проходить программу соответственно своим индивидуальным особенностям. По ряду причин одни усваивают материал быстрее других, поэтому обучение тех и других в одной группе затруднительно.

Решение многих из этих проблем возможно только с использованием обучающих программ. Лишь очень немногие из тех, кто работает в области создания таких программ, намереваются создать средство, предназначенное для замены учителя в классной аудитории.

Самое большое, на что можно реально рассчитывать это надеяться, что эти системы облегчат труд учителя, освободив его от функций которые учитель и так почти не может выполнить, а именно на протяжении всего курса предмета, на каждом этапе немедленно после усвоения материала контролировать результат. Тогда у учителя будет больше возможностей для выполнения задач, которые под силу только человеку-учителю и в выполнении которых никакая машина не может его заменить.

Для реализации большинства вышеизложенных принципов обучения в автоматизированной обучающей системе просто необходима четкая структуризация учебного материала. Большинство же имеющихся на сегодняшний день систем разработки не обеспечивает возможности подробной структуризации учебного материала. Во многих случаях разработчику автоматизированной обучающей системы требуется наглядно представить ее структуру не только в общем виде, с точностью в лучшем случае до целой темы, как это позволяет сделать большинство систем, но и более конкретно, с деталировкой до более мелких структур, таких как определения, теоремы, алгоритмы и др. Это позволит разработчику увидеть возможные недоработки, неполноту материала, отсутствие каких-либо промежуточных элементов, необходимых для логической связи понятий.

По данной структуре сразу можно будет увидеть базовые понятия, являющиеся основополагающими для данного учебника, знание которых необходимо перед началом процесса обучения. По такой структуре можно легко определить правильность последовательности подачи материала для обучаемого, проверить корректность введенных определений.

Наличие подобной структуры может послужить отправной точкой для построения интеллектуальной системы обучения, позволяющей в зависимости от уровня знаний пользователя указывать оптимальный путь обучения и контролировать усвоенные знания, выработать рекомендации по изменению плана учебного процесса.

Все это в целом позволит усовершенствовать цикл обучения и уменьшить временные затраты, необходимые на изучение. Реализация вышеперечисленных возможностей послужила основанием для разработки системы формирования и обработки структуры электронного учебника. За основу был взят гипертекстовый учебник, написанный на языке HTML, разработанный на кафедре АИТ РТФ. 1.

ОБЗОР СРЕДСТВ СОЗДАНИЯ ОБУЧАЮЩИХ ПРОГРАММ И ФОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К УЧЕБНИКУ

ОБЗОР СРЕДСТВ СОЗДАНИЯ ОБУЧАЮЩИХ ПРОГРАММ И ФОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К УЧЕБНИКУ В настоящее время создано довольно большое количество автоматизированных обучающих систем и средств их создания.

По виду представления учебного материала их можно разделить на три основных вида - в виде простого, мультимедийного или гипертекстового документов. 1.1.

Системы на основе линейного текста

Представление материала в виде обычных документов, то есть линейного т... Системы с подобной организацией данных обычно не предполагают каких-ли... Как видно из вышеизложенного, системы подобного типа мало подходят для... 1.2. Мультимедийные обучающие системыМультимедийные обучающие системы позво...

Системы на основе гипертекста

Системы на основе гипертекста. Третьей разновидностью обучающих систем являются гипертекстовые систем... Возможность варьирования последовательности ознакомления с содержанием... Очевидно, что большей гибкостью в смысле удовлетворения различных целе... 1.3.1.

Справочная система ОС Windows

Хотя в нем присутствуют некоторые возможности, которые необходимы при ... . Живопись, справочник Российский софт, диск Ваша собака, мультимедиа уч... С помощью этого пакета сделаны профессиональные мультимедиа продукты о... Пакет ГиперМетодСистема разработки Пакет ГиперМетод - инструмент для с...

Формулирование требований к учебнику

Подводя итог всему вышесказанному, можно отметить отсутствие или недос... Организация обучения разного уровня - от начального знакомства до подр... 3. Формирование списка неопределяемых понятий. Но на основе данного проекта с некоторыми доработками можно реализоват...

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ Система выделения и обработки структуры электронного учебника далее система была разработана для обработки гипертекстового учебника, реализованного на языке HTML. В ней были реализованы принципы, изложенные в предыдущем разделе. 2.1.

Основные функции системы

Основные функции системы Система выполняет следующие основные функции 1 Построение структуры понятий электронного гипертекстового учебника. 2 Отображение полученной структуры в наглядном и удобном для пользователя виде поиск элемента в структуре возможность перехода от просмотра структуры к просмотру учебника 3 Обработка полученной структуры проверка корректности определений в структуре выделение списка исходных неопределяемых понятий выделение подструктуры по заданному множеству понятий. 2.2.

Разработка структуры системы

Во-вторых, структуру учебника придется каждый раз при запуске системы ... Исходя из всего вышесказанного, возникла идея разделить систему на два... Назовем его модулем формирования структуры. Второй модуль возьмет на себя все функции, связанные с отображением и ... Назовем данный модуль модулем обработки и отображения структуры.

Правила построения учебника

В-третьих, использование именно таких конструкций облегчает построение... Если в тексте определения встречаются ссылки на другие параграфы, они ... Весь процесс разбит на два этапа. Первый этап - просмотр учебника и со... Анализируются внутрипараграфные ссылки и на их основе строятся связи м... 2.2.

Формат выходного файла модуля формирования структуры

Все эти параметры перечислены через запятую. Заканчивается часть описа... Файл, содержащий структуру электронного учебника, представляет из себя... После этой строки до конца файла идут списки смежностей каждой вершины... . 2.4.

Алгоритм проверки корректности определений

Определение считается корректным, если оно не определяется через само ... Пусть у нас имеется граф G V,E . 2 Выбираем произвольную вершину u, смежную с v0 и повторяем поиск от в... 3 В общем случае допустим, что мы находимся в некоторой вершине v. 2.5.

Алгоритм выделения списка исходных понятий

Алгоритм выделения списка исходных понятий Исходными понятиями являются те понятия, при определении которых не используются другие содержащиеся в учебнике понятия.

В графе понятий таковыми являются начальные вершины графа, то есть не имеющие входящих дуг. Алгоритм выявления подобных понятий тривиален. Просматриваются все вершины графа, и те вершины, которые не имеют входящих дуг, включаются в данный список. 2.6.

Алгоритмы выделения подструктур

В момент посещения вершины u последовательность просмотренных но неисп... . Чтобы найти путь между вершинами v и u методом поиска в глубину, нужно... Полученные в результате этого пути объединяются и получается искомая п... Поиск пути с его помощью осуществляется следующим образом.

РЕАЛИЗАЦИЯ МОДУЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ

5 Минимальные затраты на разработку модуля. В ходе последующего анализ... Среда визуального программирования Delphi 3.0 работает в среде Windows... Для запуска программ, написанных на Delphi, не требуются никакие допол... Для установки программы на другой компьютер не требуется создание каки... 3.2.

Выбор файла начальной страницы учебника

Для выбора файла начальной страницы учебника необходимо ввести его имя... Если необходимо просмотреть все файлы в текущей папке, независимо от т... 3.3.5. Этот режим может понадобиться в том случае, если пользователь не увере... .

Формирование структуры учебника и запись ее в файл

Формирование структуры учебника и запись ее в файл Для начала формирования структуры электронного учебника необходимо нажать на кнопку Старт. Работу программы можно контролировать по группе Статистика работы. По окончании обработки учебника система записывает полученную структуру в файл, указанный в настройках модуля по умолчанию STRUCT.DAT в папку, в которой расположен учебник и выдает сообщение о завершении обработки. 4.

РЕАЛИЗАЦИЯ МОДУЛЯ ОБРАБОТКИ И ОТОБРАЖЕНИЯ СТРУКТУРЫ

Модуль обработки и отображения структуры учебника реализован на языке ... Обоснование выбора среды программированияНа этапе подготовки задания н... 2 Модуль должен интегрироваться с электронным учебником, чтобы при раб... Новые браузеры используют сейчас наряду с интерпретаторами Java также ... Таким образом, последний вариант, то есть реализация модуля в виде апп...

Требования к аппаратному и программному обеспечению

Назначение элементов модуляОкно формы модуля содержит следующие основн... 4.1. 4.2. 2 Прокручивающееся окно для просмотра графа понятий. 3 Панель управления, содержащая элементы для управления положением окн...

Загрузка файла структуры

Окно просмотра имеет две линейки прокрутки - вертикальную и горизонтал... При этом все связи этой вершины автоматически потянутся за ней. Кнопка Масштаб 2 уменьшает текущий масштаб изображения вдвое, кнопка М... Чтобы применить сделанные изменения, необходимо нажать кнопку Применит... 4.4 Введя желаемые значения в поля Название шрифта и Размер шрифта, мо...

Установка внешнего вида структуры

Внешний вид графа задается с использованием меню Вид. Это меню содержит подменю Дерево, которое позволяет расположить граф п... Перед выполнением данного действия обязательно должна быть выбрана вер... Остальная часть остается в неизменном виде. Второй пункт данного меню CGD предлагает другой алгоритм укладки графа...

Обработка и анализ структуры

. При выборе данного пункта в окне просмотра появляется исходный граф ст... Подпункт меню Подструктура предназначен для выделения из исходного гра... Пункт меню Исходные понятия предназначен для отображения списка исходн... Первый подпункт данного меню называется Поиск.

ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА В этой главе произведен расчет затрат на разработку данного программного комплекса. 5.1.

Краткая характеристика работы и её назначение

Краткая характеристика работы и её назначение. Данная работа нацелена на помощь в разработке электронных средств обучения и автоматизацию учебного процесса.

В результате внедрения разработанного комплекса программ ожидается повышение качества и скорости обучения студентов, а также облегчение труда преподавательского состава. 5.2.

Определение затрат на создание программного продукта

5.2.1.1.2. 5.2.1.1.6. 5.2.2.2.2.3. Тогда, учитывая, что данный персонал обслуживает 10 машин, имеем издер... А затраты на оплату машинного времени составят Змвспп 3.74 256.85 960....

Расчёт общих расходов

2249.03 руб. ВыводыВ результате расчета затраты на создание данного программного пр... Данная цифру сложно оценить, так как имеющиеся на рынке подобные проду... Снизить эти затраты можно путем повышения эффективности труда программ... Также при более бережном и аккуратном отношении к компьютерной технике...

БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА. 6.1. Это связано с всесторонним учетом человеческого фактора в процессе про... При создании сложных автоматизированных систем управления все чаще пра...

Краткая характеристика разработки

6.2. . Комплекс функционально делится на следующие блоки блок выделения струк... Тема дипломного проекта - разработка комплекса программ, предназначенн... Краткая характеристика разработки.

Безопасность проекта

Безопасность проекта. ЭлектробезопасностьВ соответствии с ГОСТ 12.1.019-79 1 под электробезо... Пожарная безопасностьПод пожарной охраной понимают систему государстве... Огнестойкость здания по СНиП 2.01.02-85 5 соответствует I степени стен... Устанавливать ЭВМ необходимо так, чтобы задняя и боковые стенки отстоя...

Требования к уровням шума и вибрации

Требования к уровням шума и вибрации. ЭВМ являются также источниками шумов электромагнитного происхождения к... Характеристики постоянного шума - уровни звукового давления в децибела... Уровни звукового давления в октавных полосах. Допустимый уровень шума ... 6.2.4.

Пыль и вредные химические вещества

МикроклиматНаиболее значительным фактором производительности и безопас... 6.2 Параметры микроклимата Значения параметров Зимой летом 1. Естественная вентиляция подразделяется на аэрацию и проветривание. Мех... Механическая вентиляция обеспечивается вентиляторами, забирающими возд... При механической вентиляции воздух перед его потреблением можно подвер...

Эргономичность проекта

Эргономичность проекта 6.3.1.

Эргономические принципы при создании ПО АСУ

Это объясняется тем, что скорость переработки информации оператором и ... Расстройство пользователя производственные причины, может возникнуть и... Не должно быть повторения уже сделанной работы. . Во втором случае система обязана быстро сообщить об ошибках и по возмо...

Эргономические требования к системам отображения информации

Эргономические требования к системам отображения информации. Максимально допустимый перепад яркостей в поле зрения оператора не дол... Оптимальными же являются соотношения 20 1 между источником света и бли... Средства отображения информации отвечают следующим техническим требова... 6.3.3.

Описание зрительной работы оператора

Нижняя граница определяется минимальной интенсивностью светового поток... Наиболее благоприятные условия для работы оператора создаются при ярко... Наиболее контрастирующим соотношением являются в порядке убывания свет... Острота зрения зависит от уровня освещенности, расстояния до рассматри... 6.3.5.

Эргономические требования к рабочему месту

Конструкция рабочего места и взаимное расположение всех его элементов ... Зоны досягаемости моторного поля тела человека. Рис. 6.2. Зоны досягаемости и оптимальной зоны моторного поля. 6.3.6.

Освещенность рабочего места

Прямая блесткость появляется в результате наличия источника света непо... Применение естественного света имеет ряд недостатков поступление света... Применение искусственного освещения помогает избежать рассмотренных не... Если освещенность превышает 30000 лк, то необходимы меры для ее снижен... Напряженность электрического поля в нижней полосе не должна превышать ...

Общие сведения

Общие сведения. Проблема обеспечения стойкости современной радиоэлектронной аппаратуры... Поэтому стойкость радиоэлектронных систем к воздействию ЭМИ зависит не... Тот или иной метод повышения стойкости следует выбирать применительно ... 6.5.2.

Конструкционные методы

Для повышения порога ограничения входного напряжения до 0,6 0,8 В в ка... Ограничительные диоды, установленные в цепях питания и во входных цепя... 6.5.4. Шумы и вибрации на рабочем месте практически отсутствуют. Рабочее помещение расположено окнами во двор, поэтому уличных шумов и ...

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ССБТ. ГОСТ 12.1.006-84. 17. Интеллектуальная гипертекстовая система для исследования проблем и обу... Для решения названных задач необходимо было выбрать форму представлени...