V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

ВВЕДЕНИЕ

Разработка проблем компьютерного обучения обусловлена общими задачами информатизации современного общества. Овладение обучающимися новыми способами получения и обработки информации с помощью электронных вычислительных средств становится обязательным требованием к конкурентоспособной личности в условиях современного рынка труда.

Информационные технологии открывают обучаемым доступ к нетрадиционным источникам информации, позволяют реализовать принципиально новые формы и методы обучения с применением средств концептуального и математического моделирования явлений и процессов, которые способствуют повышению качества образования.

Использование электронных обучающих систем связано с общими задачами модернизации российского образования, призвано обеспечить максимальную реализацию познавательного потенциала личности, как школьника, так и студента, и обусловлено потребностями стремительно развивающегося обучения на основе компьютерных технологий [10].

Отечественные и зарубежные исследования по использованию информационно-коммуникационных технологий в образовательном процессе убедительно доказывают возможность и целесообразность использования ИКТ в развитии речи, интеллекта и в целом личности обучающегося (И.Г. Захарова, В.Г. Беспалько, С. Пейперт, Г. К. Селевко и др.), рассматривают психологические аспекты применения компьютера в процессе обучения (Е.И. Виштынецкий, А.О. Кривошеев, Е.С. Полат и др.); роль и место ИКТ в системе гуманитарного обучения (Б.С. Гершунский, И.Г.Захарова и др.).

Образовательные сайты сети Интернет предлагают большое количество современных инструментов для использования их в процессе обучения. На наш взгляд, особое внимание заслуживает интерактивный диктант образовательного ресурса Грамота.ру. Он предназначен для проведения online тестирования по русскому языку. Тестирование может пройти любой желающий и, практически мгновенно, получить результат. Однако, эти результаты не сохраняются, а количество предложенных текстов весьма ограничено, что делает невозможным систематическое и целенаправленное использование интерактивного диктанта в учебном процессе. Не представляется возможным использование такого ресурса на других языках.

Учитывая тот факт, что ежегодно в вузе все студенты-первокурсники и студенты филологи пишут проверочный диктант по русскому языку, а проверка такого вида работы для преподавателей является трудоёмким процессом, с одной стороны, и возможностью автоматизации этого процесса (идея, подсказанная ресурсом Грамота.ру) мы остановили свой выбор на теме работы «Интерактивный диктант».

Объектом исследования являются электронные обучающие системы и системы оценки уровня знаний.

Предметом технология разработки программного приложения «Интерактивный диктант».

Целью работы является разработка программного приложения «Интерактивный диктант» для образовательных учреждений различных уровней.

Данная цель обусловила следующие задачи:

1) осуществить выбор структур, используемых данных, технологии языка и среды программирования;

2) разработать алгоритмы и программы для создания интерактивного диктанта с использованием современной технологии программирования;

3) составить пояснительную записку для описания функциональных возможностей и сопровождения разработанной системы, на основе, нормативных документов, регламентирующих состав, содержание и форму технической документации на разработанное программное приложение.

Программное приложение «Интерактивный диктант» и вспомогательное приложение «Создание диктанта» разработаны средствами среды объектно-ориентированного программирования Borland Delphi 7.0, дизайн разработан с помощью графического редактора Adobe Photoshop CS5.

Предполагаемая область применения: «Интерактивный диктант» может быть использован в образовательных учреждениях различных уровней для организации обучающих и контрольных мероприятий по дисциплинам русский и иностранный языки.

Работа состоит из введения, двух разделов, шести параграфов, заключения, списка использованной литературы.

Во введении обосновывается актуальность и практическая значимость программного приложения «Интерактивный диктант».

В первом разделе «Проектирование программного приложения» описывается разработка внутренних структур данных, обосновывается выбор технологии, языка и среды программирования. А также проектируется структура программ.

Во втором разделе «Описание и функциональные возможности программного приложения» рассматриваются особенности построения и работы алгоритма, результаты тестирования программы и предлагается руководство пользователя.

В заключении приведены выводы, отражающие результаты решения поставленных во введении задач.

Раздел 1. Проектирование программного приложения

1.1. Разработка внутренних структур данных и определение пользовательского интерфейса программного приложения

Практически все алгоритмы зависят от способа организации данных. В ГОСТе 19.701-90 сказано, что проектирование программы следует начать не с алгоритмов, а с разработки структур, необходимых для представления входных, выходных и промежуточных данных [3].

Структура данных – организационная схема, в соответствии с которой упорядочиваются данные с целью их обработки и хранения. Структура данных представляет собой множество логически связанных данных [3]. Данное определение охватывает все возможные подходы к структуризации данных, но в зависимости от поставленной задачи могут использоваться только некоторые его аспекты.

Для разработки программного приложения «Интерактивный диктант», прежде всего, необходимо спроектировать и разработать способ хранения данных в файловой системе. Исходя из соображений безопасности, файлы данных необходимо представлять в зашифрованном виде, то есть ограничить доступ, и разрешить его только лицам, имеющим к файлу непосредственное отношение.

Предполагается деление программных файлов с заданиями по уровню сложности, для этого создадим папки с файлами усложненных и обычных вариантов диктантов.

Вывод результатов выполнения диктанта будем производить в текстовый файл.

Кроме основного приложения, цель которого «проведение» диктанта в обучающем или контрольном режиме, будем проектировать вспомогательное приложение для создания текстов диктантов с указанием заданий обучаемым.

При проектировании приложения «Создание диктанта» следует обратить внимание и предусмотреть функцию загрузки текстовых файлов в приложение.

Целью разработки любого файла является хранение и использование информации о какой-либо предметной области. Для реализации этой цели имеются следующие инструменты:

- языки программирования;

- иерархическая модель данных - способ упорядочения файлов предметной области.

Создание пользовательского интерфейса предполагает организацию способов взаимодействия пользователя с системой. Пользовательский интерфейс – это набор «интерфейсных элементов» и их расположение на экране [1, 56].

Программный интерфейс – система унифицированных связей, предназначенных для обмена информацией между компонентами вычислительной системы. Программный интерфейс задает набор необходимых процедур, их параметров и способов обращения [1, 130].

Интерфейс пользователя – это элементы и компоненты программы, которые способны оказывать влияние на взаимодействие пользователя с программным обеспечением. В том числе: средства отображения информации, отображаемая информация, форматы и коды; командные режимы, язык пользователь – интерфейс; устройства и технологии ввода данных; диалоги, взаимодействие и транзакции между пользователем и компьютером; обратная связь с пользователем; поддержка принятия решений в конкретной предметной области; порядок использования программы и документации на нее [7, 140].

Стандарт интерфейса пользователя должен определять:

• правила оформления экранов (шрифты и цветовую палитру), состав и расположение окон и элементов управления;

• правила пользования мышью;

• правила оформления текстов помощи;

• перечень стандартных сообщений;

• правила обработки реакции пользователя [7, 154].

Интерфейсы со свободной навигацией также называют графическими пользовательскими интерфейсами (GUI – Graphic User Interface) или интерфейсами WYSIWYG (What You See Is What You Get - что видишь, то и получишь, т. е., что пользователь видит на экране, то он и получит при печати) [5, 325]. Эти названия подчеркивают, что интерфейсы данного типа ориентированы на использование экрана в графическом режиме с высокой разрешающей способностью.

Графические интерфейсы поддерживают концепцию интерактивного взаимодействия с программным обеспечением, осуществляя визуальную обратную связь с пользователем и возможность прямого манипулирования объектами и информацией на экране. Кроме того, интерфейсы данного типа поддерживают концепцию совместимости программ, позволяя перемещать между ними информацию.

В проектируемых программных приложениях будем использовать интерфейс со свободной навигацией.

Различают также однодокументные (SDI -Single Document Interface) и многодокументные (MDI - Multiple Document Interface) интерфейсы. Однодокументные или «однооконные» интерфейсы организуют работу, как следует из названия, только с одним документом, например, текстом или рисунком. Чтобы посмотреть другой текст, необходимо запустить еще одну копию приложения, что допустимо только в мультипрограммной операционной системе. Поэтому такие интерфейсы используют, если одновременная работа с несколькими документами маловероятна.

Многодокументные или «многооконные» интерфейсы соответственно организуют в тех случаях, когда велика вероятность, что пользователю понадобится одновременно работать с несколькими документами. Реализация этих интерфейсов существенно сложнее, а меню должно предусматривать специальные операции управления окнами.

Для приложения «Интерактивный диктант» будем использовать интерфейс SDI, так как предполагается, что в один момент времени взаимодействовать с приложением будет всего один пользователь. Для приложения «Создание диктанта» будем использовать интерфейс MDI, так как возможно создание нескольких документов одновременно.

Таким образом, в проектируемых программных приложениях будем хранить данные в специально спроектированных файлах с возможностью получения доступа к ним, а интерфейсы программных приложений будут со свободной навигацией, а также разработанный интерфейс для приложения «Интерактивный диктант» должен соответствовать однооконному, и многооконному - для приложения «Создание диктанта».

1.2. Выбор технологии языка и среды программирования

Технологией программирования называют совокупность методов и средств, используемых в процессе разработки программного обеспечения [2, 113]. Как любая другая технология, технология программирования представляет собой набор технологических инструкций, включающих:

• указание последовательности выполнения технологических операций;

• перечисление условий, при которых выполняется та или иная операция;

• описания самих операций, где для каждой операции определены исходные данные, результаты, а также инструкции, нормативы, стандарты, критерии и методы оценки и т. п. [2, 120].

Кроме набора операций и их последовательности, технология также определяет способ описания проектируемой системы, точнее модели, используемой на конкретном этапе разработки.

Различают технологии, используемые на конкретных этапах разработки или для решения отдельных задач этих этапов, и технологии, охватывающие несколько этапов или весь процесс разработки. В основе первых, как правило, лежит ограниченно применимый метод, позволяющий решить конкретную задачу. В основе вторых обычно лежит базовый метод или подход (парадигма), определяющий совокупность методов, используемых на разных этапах разработки, или методологию.

Как известно, в настоящий момент популярными являются так называемые языки визуального программирования. Наиболее известны Basic, Delphi, C#, С++.

Несомненным преимуществом реализованного в них подхода к написанию программ является возможность работы с будущим интерфейсом как с самостоятельной частью создаваемого приложения. В этом заключается коренное отличие от классического программирования, когда программист должен был сам создавать с помощью команд интерфейс и сам обеспечивать с ним работу средствами языка. В визуальном программировании сначала «рисуется» интерфейс, а потом пишутся «обработчики» для каждого из его элементов. При этом активизация и работа с элементом выполняется средствами операционной системы (ОС) Windows. Еще одним преимуществом Windows-ориентированного программирования является возможность использования функций ОС: демонстрация рисунков, видео, проигрывание звуков, текстовый редактор, отображение Web-страниц. При этом программист с помощью средств языка обеспечивает эффективное взаимодействие этих возможностей для создания качественных программ.

Преимущества среды объектно-ориентированного программирования Borland Delphi 7.0 по сравнению с другими программными приложениями:

• быстрота разработки приложения;

• высокая производительность разработанного приложения;

• настоящий 32-битный код, полученный в результате компиляции оптимизирующим компилятором;

• низкие требования разработанного приложения к ресурсам компьютера;

• наращиваемость за счет встраивания новых компонент и инструментов в среду Delphi;

• возможность разработки новых компонент и инструментов собственными средствами Delphi (существующие компоненты и инструменты доступны в исходных текстах);

• удачная проработка иерархии объектов.

Разработчик, создавая свое приложение, выбирает из набора компонент готовые компоненты и помещает их на рабочую форму. Еще до компиляции он видит результаты своей работы - после подключения к источнику данных их можно видеть отображенными на форме, можно перемещаться по данным, представлять их в том или ином виде. В этом смысле проектирование в Borland Delphi 7.0 мало чем отличается от проектирования в интерпретирующей среде, однако после выполнения компиляции мы получаем код, который исполняется в 10-20 раз быстрее, чем то же самое, сделанное при помощи интерпретатора. В Borland Delphi 7.0 компиляция производится непосредственно в «родной» машинный код, в то время как существуют компиляторы, превращающие программу в так называемый p-код, который затем интерпретируется виртуальной p-машиной. Это не может не сказаться на фактическом быстродействии готового приложения.

Cреда Borland Delphi 7.0 включает в себя полный набор визуальных инструментов для скоростной разработки приложений (RAD - rapid application development), поддерживающей разработку пользовательского интерфейса и подключение к корпоративным базам данных. Библиотека визуальных компонент, включает в себя стандартные объекты построения пользовательского интерфейса, объекты управления данными, графические объекты, объекты мультимедиа, диалоги и объекты управления файлами, управление DDE и OLE.

Borland Delphi 7.0 предлагает разработчикам - как в составе команды, так и индивидуальным - открытую архитектуру, позволяющую добавлять компоненты, где бы они ни были изготовлены, и оперировать этими вновь введенными компонентами в визуальном построителе. Разработчики могут добавлять CASE-инструменты, кодовые генераторы, а также авторские help-системы, доступные через меню Borland Delphi 7.0.

Borland Delphi 7.0 использует структурный объектно-ориентированный язык (Object Pascal), который сочетает с одной стороны выразительную мощь и простоту программирования, характерную для языков 4GL, а с другой стороны эффективность языка 3GL. Программисты немедленно могут начать производить работающие приложения, и им не придется для этого изучать особенности программирования событий в Windows. Borland Delphi 7.0 полностью поддерживает передовые программные концепции, включая инкапсуляцию, наследование, полиморфизм и управление событиями.

Язык Delphi отличается строгой типизированностью, позволяющей компилятору еще на этапе компиляции обнаружить многие ошибки, а так же средства работы с указателями.

Простой и ясный синтаксис Delphi позволяет последнему претендовать на роль языка, идеального подходящего для описания алгоритма.

Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что Borland Delphi 7.0 идеально подходит для написания данных программных приложений, и соответственно выбранной технологией будет являться объектно-ориентированное программирование.

1.3. Проектирование структуры программы и взаимодействие модулей

Программа на Delphi – это командный код, задача которого – вызвать на экран форму и обслуживающий ее модуль.

Любой логически завершенный алгоритм должен представлять собой модуль (функцию), в котором все входные данные и результат работы передаются через заголовок (программный интерфейс) [2, 15].

Согласно ГОСТу 19.701-90 необходимо разработать структурную и функциональную схемы проектируемых программных приложений.

Структурная схема – это совокупность элементарных звеньев объекта и связей между ними, один из видов графической модели. Под элементарным звеном понимают часть объекта, системы управления и т. д., которая реализует элементарную функцию [3].

Составление структурной схемы программной системы, как правило, показывает наличие подсистем или других структурных компонентов. В отличие от программного комплекса отдельные части (подсистемы) программной системы интенсивно обмениваются данными между собой и, возможно, с основной программой.

Представление алгоритма решения задачи в виде подзадач называется процедурной декомпозицией [17, 130]. В соответствии с объектно-ориентированной технологией была проведена декомпозиция предметной области на объекты и разработана структурная схема проектируемых программных приложений «Интерактивный диктант» (Рис. 1.1) и «Создание диктанта» (Рис. 1.2).

Компонент ScrollBox1 предусмотрен для отображения эмблемы университета.

ScrollBox2 занимает основную часть формы и заключает в себе компоненты: GroupBox1 – содержит список тем в зависимости от уровня сложности диктанта, GroupBox2 – содержит поля ввода личных данных, GroupBox3 – предназначен для выставления лимита времени выполнения диктанта, RadioGroup – переключатель, создан для выбора уровня сложности диктанта, BitBtn – кнопки, применяются для подтверждения идентификации, очистки формы заполнения персональных данных, отмены ввода.

ScrollBox3 создан для вывода окна диктанта, кнопки BitBtn – для подтверждения завершения работы с диктантом, а также для вызова печати диктанта и закрытия формы.

ScrollBox2 и ScrollBox3 не будут отображаються на форме одновременно.

Основная форма содержит компоненты:

- BitBtn – содержит пункты меню;

- Image – будет использоваться для отображения баннера программы;

- WebBrowser – предназначен для печати результатов.

Рис. 1.1. Структурная схема программного приложения «Интерактивный диктант»

Form2 – форма будет содержать компоненты:

• ToolBar – для вывода основных функций приложения на панель инструментов;

• MainMenu – будет содержать команды приложения в структурированном виде.

Form1 – форма будет содержать компоненты:

• GroupBox1 – для отображения панели управления орфограммами, будем использовать для ввода заданий и снабдим следующими компонентами: RadioGroup – для выбора типа задания (орфография, пунктуация), GroupBox – будет содержать добавляемые варианты ответов, BitBtn – применим для добавления вариантов ответов, сохранения задания;

• GroupBox2 –для вывода окна редактирования текста диктанта, ввода его названия, BitBtn – используем для загрузки текста диктанта.

Для реализации программного приложения «Интерактивный диктант» будут спроектированы следующие модули:

• interaktiv.dpr, для инициализации модулей с целью компиляции их в одну программу;

• main.pas, данный модуль предназначен для запуска основной формы, в которой пользователю будет предложено выбрать режим работы диктанта, уровень сложности, просмотреть результаты проведенных диктантов и выйти из неё;

• dialog.pas, модуль предназначен для вывода диалоговых окон;

• instruction.pas, предназначен для вывода руководства пользователя с целью быстрого ознакомления с программой.

Рис. 1.2. Структурная схема программного приложения «Создание диктанта»

Для реализации программного приложения «Создание диктанта» будут спроектированы следующие модули:

• creating.dpr, для инициализации модулей с целью компиляции их в одну программу;

• mdiparentform.pas, модуль предназначен для отображения основной формы-родителя;

• mdichildform.pas, данный модуль предназначен для создания формы-потомка, в которой пользователь непосредственно осуществляет создание диктанта;

• faststart.pas, модуль предназначен для быстрого начала взаимодействия с основными возможностями приложения;

• dialog.pas, модуль предназначен для вывода справочных окон;

• instruction.pas, предназначен для вывода руководства пользователя с целью быстрого ознакомления с программой;

• about.pas – предназначен для вывода окно «О программе».

Функциональная схема – документ, разъясняющий процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях изделия (установки) или изделия (установки) в целом [3]. Функциональная схема является экспликацией отдельных видов процессов, протекающих в целостных функциональных блоках устройства. Разработана функциональная схема проектируемых программных приложений «Интерактивный диктант» (Рис. 1.3) и «Создание диктанта» (Рис. 1.4).

Рис. 1.3. Функциональная схема программного приложения «Интерактивный диктант»

Рис. 1.4. Функциональная схема программного приложения «Создание диктанта»

Таким образом, мы определили структуру программ и взаимодействие составляющих модулей, что позволяет перейти к непосредственной разработке приложений в среде Borland Delphi 7.0.

Раздел 2. Описание и функциональные возможности программного приложения 2.1. Особенности построения и работы алгоритма

Программы разрабатывались в соответствии с технологией объектно-ориентированного программирования. Рассмотрим программные приложения, последовательно разобрав код по модулям.

Для запуска приложения «Интерактивный диктант» необходимо открыть папку «Интерактивный диктант» и запустить файл «Dictant.exe».

Программное приложение состоит из файла проекта, содержащего не-обходимые конструкции для исполнения, и модулей main, dialogs, instruction.

При запуске приложения на экране активируется форма (Рис. 2.1).

Рис. 2.1. Главная форма приложения «Интерактивный диктант»

На форме доступно меню выбора режимов работы. При выборе пункта «Контрольный диктант» отображается форма ввода персональных данных и выбора уровня сложности диктанта, а также осуществляется выбор темы, при этом в меню данный пункт становится неактивным. Далее необходимо выставить лимит времени для проведения диктанта и нажать кнопку «Приступить». Также предусмотрены функции очистки и отмены запуска диктанта формы.

Рис. 2.2. Форма ввода персональных данных

После нажатия кнопки «Приступить» в компонент WebBrowser выводится текст диктанта с заданиями в «желтых окошках». Производится запуск таймера обратного отсчета. Следует отметить, что в данный момент становится также неактивной кнопка «Обучающий диктант» (Рис 2.3).

Рис. 2.3. Отображение текста диктанта в WebBrowser

В окне WebBrowser необходимо кликнуть по каждому «желтому окну». При нажатии на «желтое окно» необходимо выбрать вариант ответа в появившемся всплывающем окне. После выбора варианта ответа «желтое окно» сменит цвет на зеленый. Затем следует нажать кнопку «Завершить» (Рис. 2.4).

Рис. 2.4. Окно с выбранными вариантами ответов

В появившемся окне WebBrowser отображаются итоги выполненного диктанта, персональные данные пользователя, количество верно выполненных заданий (орфографических и пунктуационных), их общее количество. По тексту подсвечиваются правильные и неправильные ответы. Также предусмотрена функция печати результатов (Рис. 2.5). Все кнопки меню становятся активными.

Рис. 2.5. Результаты диктанта в режиме «Контрольный диктант»

При выборе пункта «Обучающий диктант» отображается форма ввода, данные вводятся аналогичным образом.

После нажатия кнопки «Приступить» в компонент WebBrowser выводится текст диктанта с заданиями в «желтых окошках». Работа с диктантом осуществляется аналогично. Во время работы с диктантом становится неактивными кнопки «Контрольный диктант», «Обучающий диктант».

Нажимая на кнопку «Завершить» в компоненте WebBrowser отображается текст диктанта, в котором подсвечены цветом правильные и неправильные ответы. При нажатии на окно с заданием появляется правильный вариант ответа и пояснение орфограммы. Итоги тестирования можно также вывести на печать через соответствующую кнопку. Кнопки «Контрольный диктант», «Обучающий диктант» активируются (Рис. 2.6).

Рис. 2.6. Результаты диктанта в режиме «Обучающий диктант»

При нажатии на кнопку «Обзор результатов» появляется окно файловой системы, в котором отображены папки с результатами тестирования, отсортированными по датам.

В качестве основного алгоритма программы рассмотрим пример формирования текст диктанта:

procedure TForm1.BitBtn4Click(Sender: TObject);

var doc:AnsiString;kk:char;f:file of char;i:LongWord;shifr:integer;st:string;

begin

if (txtFam.Text'')and(txtNeim.Text'')and(Trim(txtGroup.Text)'')

and(Trim(txtOtch.Text)'')and(lbfileName.ItemIndex-1) then

begin

ScrollBox3.Hide;

ScrollBox4.Show;

BitBtn1.Enabled:=False;

BitBtn11.Enabled:=False;

WebBrowser2.Width:=ScrollBox4.Width-20;

WebBrowser2.Height:=ScrollBox4.Height-160;

WebBrowser2.Navigate('about:blank');

if RadioGroup1.ItemIndex=0 then

st:=ExtractFilePath(Application.ExeName)+'testnormal'+lbFileName.Items[lbFileName.ItemIndex]+'.dct'

else

st:=ExtractFilePath(Application.ExeName)+'testhard'+lbFileName.Items[lbFileName.ItemIndex]+'.dct';

AssignFile(f,st);

Reset(f);

while not EOF(f) do

begin

read(f,kk);

doc:=doc+kk;

end;

shifr:=StrToInt(copy(IntToStr(length(doc)),1,2));

for i:=1 to length(doc) do

doc[i]:=AnsiChar(Ord(doc[i])-shifr-i);

CloseFile(f);

WebBrowser2.OleObject.Document.Write(doc);

if kontrol then

head:=copy(doc,1,pos('

Код для цитирования: Скопировать