1 обзор и анализ современного состояния создания систем компьютерного обучения
Скачать 0.76 Mb.
|
(или самообучении). Оно отличается от обучения отсутствием учителя и, следовательно, этапа передачи информации, как показано схематически на рисунке 1.2. Рисунок 1.2 - Схема взаимодействия в процессе учения Задача в виде вопроса генерируется средой. Ее решение (ответ ученика) сообщается среде, которая реагирует на него в виде реакции. Эта реакция может иметь самый разнообразный характер: от поощрения или наказания (в зависимости от ответа) до подсказки, как надо было решать поставленную задачу. Отличительной чертой самообучения является отсутствие декларируемых знаний общего характера - вся поступающая обучающая информация связана только с конкретной решаемой задачей. Обучение в режиме самообучения, как видно, должно моделировать реальные взаимоотношения ученика со средой в процессе его профессиональной деятельности. Компьютеризация самообучения не требует знания столь изощренных дидактических методов, как обучение, но зато заставляет генерировать задачи, близкие к реальным. Оба подхода нашли свое место в системе образования: режим обучения - для хорошо структурированных предметов, реализованные в виде стандартных курсов общего образования (например, средней и высшей школы), а самообучение - для плохо-структурированных предметов, которые обычно составляют основу профессионального образования. Обобщая сказанное выше, можно сделать вывод, что обучающие программы служат для обеспечения следующих основных педагогических целей. 1. Демонстрация учебного материала: обучаемому предъявляется текстовый, графический, аудио- и видеоматериал. Программы, реализующие эту цель, называются демонстрационными, а также компьютеризированными лекциями и электронными книгами. 2. Тестирование и диагностика: обучаемый подвергается испытанию с целью выяснения некоторых его характеристик, в частности, глубины усвоения знаний или степени приобретения навыков и умений, полученных им ранее. 3. Тренировка: обучаемый получает знания, необходимые для выполнения определенной работы, а учебные программы организуют адекватную среду для приобретения и закрепления требуемых навыков и умений. Учебные программы данного класса принято называть тренирующими программами, или тренажерами. Характерными их чертами являются: а) наличие как формальной, так и аудиовизуальной модели изучаемого предмета; б) явное знание целей функционирования системы; в) наличие контроля действий обучаемого; г) как правило, наличие жестких ограничений на время, выделяемое обучаемому для достижения поставленной цели. 4. Обучение: обучаемый получает знания и приобретает умения и навыки в некоторой предметной области под управлением учебной программы. При этом программа принимает на себя все функции преподавателя по организации предъявления учебного материала, контроля его усвоения и диагностики ошибок обучаемого. Данный класс программ характеризуется: а) наличием цели обучения; б) реализацией некоторого метода обучения, приводящего к достижению требуемой цели и определяющего стиль общения с обучаемым; в) комплексным решением задач учения, контроля и диагностики. 1.2 Спецификации Основным недостатком существующих систем организации обучения является то, что в системах разных производителей управляющие функции (например, отслеживание пользования, обработка информации о пользова-теле, подготовка отчетов о результатах и т.д.) осуществляются по-разному. Это приводит к увеличению себестоимости учебных материалов. Объясняет-ся это несколькими причинами. Во-первых, разработчикам учебных материалов приходится создавать отдельные прикладные программы для разных систем организации обучения – для того, чтобы разрабатываемые ими учебные материалы могли успешно использоваться на разных платформах. Во-вторых, создатели систем организации обучения часто бывают вынуждены вкладывать деньги в разработку собственных средств авторизации учебных материалов. Наконец, разработчики, как правило, не имеют возможности распределять затраты на разработку между продавцами и, кроме того, они ограничивают сбыт своей продукции потребителям, остановившим свой выбор на каких-то конкретных сериях их изделий. Стандарты, разрабатываемые Консорциумом глобального обучения IMS (IMS Global Learning Consortium), помогают избежать этих трудностей и способствуют внедрению технологии обучения, основанной на функциональной совместимости. Некоторые спецификации IMS получили всемирное признание и превратились в стандарты для учебных продуктов и услуг. Основные направления разработки спецификаций IMS – метаданные, упаковка содержания, совместимость вопросов и тестов, а также управление содержанием. Стандарты для метаданных определяют минимальный набор атрибутов, необходимый для организации, определения местонахождения и оценки учебных объектов. Значимыми атрибутами учебных объектов являются тип объекта, имя автора объекта, имя владельца объекта, сроки распространения и формат объекта. По мере необходимости эти стандарты могут также включать в себя описание атрибутов педагогического характера – таких как стиль преподавания или взаимодействия преподавателя с учеником, получаемый уровень знаний и уровень предварительной подготовки. Созданная IMS информационная модель упаковки содержания (УС) описывает структуры данных, призванные обеспечить совместимость материалов, созданных при помощи интернета, с инструментальными средствами разработки содержания, системами организации обучения (learning management systems - LMS) и так называемыми рабочими средами, или оперативными средствами управления выполнением программ (run-time environments). Модель УС IMS создана для определения стандартного набора структур, которые можно использовать для обмена учебными материалами. Спецификация совместимости вопросов и систем тестирования IMS описывает структуры данных, обеспечивающие совместимость вопросов и систем тестирования, созданных на основе использования интернета. Главная цель этой спецификации – дать пользователям возможность импортировать и экспортировать материалы с вопросами и тестами, а также обеспечить совместимость содержания учебных программ с системами оценки. Спецификация управления содержанием, подготовленная IMS, устанавливает стандартную процедуру обмена данными между компонентами содержания учебных программ и рабочими средами. 1.3 Стандарты На сегодняшний день основными организациями, ведущими разработки по направлениям информатизации образования и развития отраслевых стандартов являются ADL, AICC, ALIC, ARIADNE, CEN/ISSS, EdNA, DCMI, CEN/ISSS, EdNA, DCMI, GEM, IEEE, IMS, ISO, PROMETEUS. Деятельность этих организаций направлена на: - создание концептуальной модели стандартизации в системе открытого образования (IEEE); разработку архитектуры технологических систем в образовании AICC, IMS, ISO/IEC JTC1 SC36; - разработку внутренних стандартов и спецификаций для корпоративного обучения и переподготовки персонала компаний (AICC); - решение задач в области телематики и мультимедиа в образовании для Европейского Сообщества (ARIADNE, PROMETEUS); формирование учебного контента для учебных заведений, ориентированных на Интернет-обучение (проект SCORM) и так далее. Наиболее активно развивающейся международной ассоциацией в настоящее время является консорциум IMS Global Learning Consortium. Деятельность консорциума направлена на разработку системы базовых стандартов, описывающих требования к элементам учебного процесса в среде новых образовательных технологий. Множество создаваемых спецификаций консорциума включает в себя: - стандартизация форматов хранение и поиск учебной информации - стандартизация принципов построения систем управления обучением - стандартизация форматов обмена данных - стандартизация информации об участниках учебного процесса - стандартизация элементов образовательного контента учебных материалов - стандартизация форматов и принципов разработки учебных материалов (УМ). AICC. В результате скоординированных действий потребителей и поставщиков была сформирована комиссия - aicc.org. AICC - Aviation Industry CBT Comission, разработавшая одноименный стандарт. AICC - первый и наиболее распространенный стандарт обмена учебными материалами. Стандарт AICC был построен на основе обмена текстовых файлах и не в полной мере отражал новые возможности технологий Интернет. Для создания нового стандарта был организован консорциум, в число участниов которого вошли Apple, IBM, Oracle, Sun Microsystems, Microsoft, University of California - Berkley и.т.п. Консорциум был назван IMS Global Learning Consorium. IEEE LOM. Метаданные учебного объекта (Learning Object Metadata). Область применения - Описание учебных ресурсов. Организация разработчик - IEEE Computer Society Standards Activity Board and IEEE Learning Technology Standards Committee. Цель стандарта – облегчить поиск, рассмотрение и использование учебных объектов учителями, инструкторами или автоматически процессами в ходе выполнения программ, а также облегчить совместное использование таких объектов путем создания каталогов и хранилищ. Стандарт предлагает базовую схему, которая может использоваться для создания практических разработок, например, с целью автоматического адаптивного назначения учебных объектов тем или иным агентам программного обеспечения. Стандарт не определяет, каким способом обучающие системы будут представлять или использовать метаданные учебных объектов. Используется в проектах: CUBER, EASEL, ITALES, OR-WORLD, TRIAL-SOLUTIONS, UNIVERSAL. Метаданные учебного объекта (Learning Object Metadata, LOM) – составная часть инициативы SCORM. Цель этого стандарта – облегчение поиска, рассмотрения, оценки и использования учебных объектов для учеников, учителей или автоматических программных процессов. IMS - Instructional Management Standards. Основным недостатком существующих систем организации обучения является то, что в системах разных производителей управляющие функции (например, отслеживание пользования, обработка информации о пользователе, подготовка отчетов о результатах и т.д.) осуществляются по-разному. Это приводит к увеличению себестоимости учебных материалов. Объясняется это несколькими причинами. Во-первых, разработчикам учебных материалов приходится создавать отдельные прикладные программы для разных систем организации обучения – для того, чтобы разрабатываемые ими учебные материалы могли успешно использоваться на разных платформах. Во-вторых, создатели систем организации обучения часто бывают вынуждены вкладывать деньги в разработку собственных средств авторизации учебных материалов. Наконец, разработчики, как правило, не имеют возможности распределять затраты на разработку между продавцами и, кроме того, они ограничивают сбыт своей продукции потребителям, остановившим свой выбор на каких-то конкретных сериях их изделий. Стандарты, разрабатываемые Консорциумом глобального обучения IMS (IMS Global Learning Consortium), помогают избежать этих трудностей и способствуют внедрению технологии обучения, основанной на функциональной совместимости. Некоторые спецификации IMS получили всемирное признание и превратились в стандарты для учебных продуктов и услуг. Основные направления разработки спецификаций IMS – метаданные, упаковка содержания, совместимость вопросов и тестов, а также управление содержанием. Стандарты для метаданных определяют минимальный набор атрибутов, необходимый для организации, определения местонахождения и оценки учебных объектов. Значимыми атрибутами учебных объектов являются тип объекта, имя автора объекта, имя владельца объекта, сроки распространения и формат объекта. По мере необходимости эти стандарты могут также включать в себя описание атрибутов педагогического характера – таких как стиль преподавания или взаимодействия преподавателя с учеником, получаемый уровень знаний и уровень предварительной подготовки. Созданная IMS информационная модель упаковки содержания (УС) описывает структуры данных, призванные обеспечить совместимость материалов, созданных при помощи интернета, с инструментальными средствами разработки содержания, системами организации обучения (learning management systems - LMS) и так называемыми рабочими средами, или оперативными средствами управления выполнением программ (run-time environments). Модель УС IMS создана для определения стандартного набора структур, которые можно использовать для обмена учебными материалами. Спецификация совместимости вопросов и систем тестирования IMS описывает структуры данных, обеспечивающие совместимость вопросов и систем тестирования, созданных на основе использования интернета. Главная цель этой спецификации – дать пользователям возможность импортировать и экспортировать материалы с вопросами и тестами, а также обеспечить совместимость содержания учебных программ с системами оценки. Спецификация управления содержанием, подготовленная IMS, устанавливает стандартную процедуру обмена данными между компонентами содержания учебных программ и рабочими средами. ADL – Advanced Distributed Learning. Правительственное распоряжение 13111, “Об использовании технологии для улучшения обучения служащих федерального правительства” обязало Министерство Обороны (DoD) взять на себя инициативу в работе с другими федеральными агентствами, высшей школой и коммерческими организациями над разработкой спецификации в сфере новых технологий в образовании. Министерством была создана Лаборатория Advanced Distributed Learning (ADL). За правительственным распоряжением 13111 следовало распоряжение 13218 «Рабочая Инициатива XXI века», преследующее эти же цели. Что касается SCORM, ADL Лаборатории должны проверять все продукты ADL на предмет доступности, возможности использоваться повторно, длительно и эффективно. Эти критерии касаются следующих особенностей: - способность перемещать образовательный Web контент в любую среду вне зависимости от прикладной программы. - многократно использовать контент в любой среде вне зависимости от прикладной программы. - создание образовательного контента доступного и легко поддающемуся поиску, вне зависимости от прикладных программ. - применения SCORM к образовательным программам. Для достижения этих задач ADL организовал “Plugfest”-конференции, где представители правительства, высшей школы и бизнеса могут обменяться опытом по созданию образовательных программ и продемонстрировать новые ADL разработки на основе SCORM. Кроме разработки SCORM, сеть ADL Лабораторий занимается созданием принципов обмена информацией между правительственными организациями, высшей школой и коммерческими организациями. Эти принципы будут включать разработку проекта, стратегий развития и методов оценки. SCORM. Ссылочная модель совместно используемых объектов контента (SCORM) фактически представляет собой функциональный профиль стандартов и спецификаций для систем электронного обучения. SCORM определяет принципиальные технические решения для ИОС, в которой реализуются процессы электронного обучения на основе web-технологий. SCORM базируется на концепции образовательных объектов (ОО –learning objects), предусматривающей декомпозицию учебного материала на относительно небольшие единицы контента, рассчитанные на многократное применение в разных самостоятельных и независимых контекстах. Под ОО понимается автономный в техническом и содержательном отношениях электронный ИР, представляющий часть учебного материала и предназначенный для динамического формирования агрегированных единиц контента, соответствующих урокам, разделам, модулям, курсам и т.п., в расчете на конкретные образовательные потребности. ОО компонуются в виде стандартных дистрибутивных пакетов, которые имеют унифицированное описание (манифест), включающее метаданные, и размещаются в Интернет-хранилищах (репозиториях ОО). Выбор ОО из репозиториев, построение из них агрегированных средств и предоставление последних для работы учащимся (доставку) обеспечивают системы управления учебным процессом (СУУП - Learning Management Systems). Концепция ОО в SCORM реализуется на основе обобщенной архитектуры ИОС, базовыми компонентами которой являются хранилища ОО, СУУП и клиентская среда исполнения приложений (для учащегося – это среда взаимодействия с ОО). Ключевую роль в организации электронного обучения играет СУУП – серверное приложение, реализующее комплекс функций администрирования учебной деятельностью, управления контентом (выбора ОО из хранилищ и агрегации контента), доставки его учащемуся, управления навигацией по контенту, контроля за ходом и результатами работы учащегося, формирования отчетов и др. СУУП обеспечивает поддержку планирования учебного процесса и определения заданий для учащихся, а также взаимодействия учащихся и преподавателей. Именно СУУП определяет, какой контент и когда должен быть предоставлен учащемуся с учетом целей его подготовки, индивидуального задания, степени его выполнения (результатов предыдущей работы), сделанных ранее настроек интерфейса и предпочтений, зафиксированных в персональном профиле. СУУП также отвечает за регистрацию и авторизацию пользователей, и обмен информацией с другими системами ИОС. В SCORM выделены семь основных сервисов в составе СУУП: - администрирование учебной деятельностью (Course Administration); - управление контентом (Content Management); - доставка контента (Delivery); - управление навигацией по контенту (Sequencing); - тестирование и оценивание учащегося (Testing/Assessment); - контроль за ходом и результатами работы учащегося (Tracking); - ведение профиля учащегося (Learner Profile). Наряду с ними СУУП реализует два интерфейса: с репозиторием ОО и с отдельным ОО, функционирующим в клиентской среде исполнения приложений (по умолчанию – web-браузере учащегося). Второй интерфейс обеспечивает передачу СУУП информации о ходе и результатах работы учащегося, которые заносятся в его профиль (в составе базы данных СУУП) и используются для оценивания выполнения каждого задания и приобретенной компетенции, управления навигацией по контенту, планирования и управления обучением. Несмотря на то, что основной средой доставки контента является WWW, технологические решения SCORM позволяют осуществлять процессы электронного обучения в локальных вычислительных сетях и в локальном (off-line) режиме. Спецификация SCORM имеет весьма прагматичный характер. В ней рассматриваются только ключевые аспекты технологий электронного обучения, являющиеся критическими для обеспечения интероперабельности систем и обладающие достаточной степенью готовности к унификации решений. К числу таких направлений отнесены: - компоновка дистрибутивных пакетов ИР (ОО); - методы агрегации и дезагрегации контента; - метаданные для ИР; - модели навигации и методы управления навигацией по контенту; - интерфейс между СУУП и ОО. Соответствующие предметные области представлены базовыми НТД, разработанными AICC, IEEE и IMS. Для них в SCORM определены уточнения. Прочие сегменты предметной области ИОС – системы управления образовательным учреждением и информационно-библиотечные технологии – в спецификации SCORM не рассматриваются. Для иллюстрации структуры SCORM используется метафора книжного шкафа: полки представляют технологические направления, а книги – НТД. Формально структура профиля не описана. Связи между его разделами охарактеризованы вербально. Тем не менее, технические решения, специфицируемые SCORM, в целом относятся к уровню прикладных сервисов. Текущая версия SCORM в явном виде не привязана к сервисно-ориентированной архитектуре. Распределение НТД и регламентируемых ими сущностей по уровням в ней не предусмотрено. В спецификации SCORM намечены направления ее дальнейшего развития, связанные как с совершенствованием представленных в ней компонентов и наращиванием их возможностей, так и с расширением состава охватываемых вопросов. При этом структура и способ описания модели не позволяют выявлять в ней пробелы и недостающие НТД. 2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНО РАБОТЫ СТУДЕНТА 2.1 Общая постановка задачи Обучающие системы (ОС) - это программные средства профессиональной подготовки студентов, состоящие как правило из одного или нескольких автоматизированных учебных курсов (АУК) и набора специализированных локальных тренажеров, позволяющих осуществлять формирование навыков и умений при выполнении лабораторных работ, рассматриваемых в содержательной части ОС. Обучающие системы на базе ПЭВМ дают возможность обучаемому лучше усвоить материал и проверить свои знания. В разработке программного обеспечения можно выделить следующие задачи: 1) разработать структуру системы компьютерного обучения и средств управления обучением; 2) создать программное обеспечение, которое являлось бы системой обучения с полным теоретическим материалом по учебному курсу, тестами по этому курсу; 3) разработать и реализовать в системе обучения способ обновления теоретической и практической части ; 4) разработать и реализовать структуру проверки знаний студентов (тестирование). 2.2 Требования к системе компьютерного обучения Система компьютерного обучения в общем должна обеспечивать наглядность представляемого учебного материала в виде текстовой и графической информации, содержащей необходимый материал по высшей математике, а также осуществлять самоконтроль студентов. Но также система должна осуществлять внедрение и накопление новых данных. Программное обеспечение средств управления компьютерным обучением должно быть разработано с помощью языка С ++ и MySQL. На систему распространяются требования, предъявляемые современному программному обеспечению: - наличие интуитивно понятного графического интерфейса, обеспечивающего наглядность и полную функциональность системы; - работа под управлением современной операционной системы из семейства Windows (Windows 2000/XP/2003). 2.3 Требования к функционированию системы Цикл работы системы должен начинаться с регистрации или входа зарегистрированного пользователя (студента). Результаты контроля студента будут накапливаться в блоке сбора статистики, там же где и сведения о пройденных разделах. Генерация варианта тестирования будет производиться администратором системы. После завершения работы системы все записи будут сохраняться в базе данных информации о студентах. Система будет выполнять функции преподавателя, контролируя знания студентов. На рисунке 2.1 представлена укрупненная схема функционирования системы.  Рисунок 2.1 - Укрупненная схема функционирования системы 3 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПОТОКИ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ 3.1 Входные и выходные данные Входными данными являются: - ответы на контрольные и экзаменационные тесты; - информация о пройденном материале. Выходными данными в системе является таблица о собранной в течение обучения статистики. 3.2 Информационные потоки между внешней средой и обучающей системой При работе обучающей системы используется информация при обмене между внешней средой и системой обучения.  Рисунок 3.1 - Информационные потоки между внешней средой и системой обучения На рисунке 3.1 показаны информационные потоки между внешней средой и компонентами системы обучения. В блоки входных данных информация поступает из внешней среды. Модуль тестирования и лекционных материалов обменивается с внешней средой данными о результатах тестирования обучаемого и о результатах изучения учебного материала. Блок сбора статистики получает информацию из внешней среды и далее передает в главный модуль управления для хранения, но также и отдает во внешнюю среду информацию о текущем состоянии блока сбора статистики. Главный модуль управления работой системы получает от блока сбора статистики и модуля тестирования и учебных материалов информацию и необходимые сведения для работы и управления. Данная схема помогает лучше разобраться в процессе работы системы и ее взаимодействии с внешней средой. 3.3 Внутренние потоки данных информационной системы Обучающая система состоит из нескольких модулей, в результате взаимодействия которых пользователю должен обеспечиваться оптимальный режим обучения по определенной предметной области. Все модули в составе обучающей системы тесно взаимодействуют между собой, т.е. систему можно считать коллективом систем, поддерживающих различные аспекты процесса обучения. На рисунке 3.2 изображена схема внутренних потоков данных в системе обучения.  Рисунок 3.2 - Схема внутренних потоков данных в системе Модуль управления обучением управляет (на рис. 3.2 – толстые линии управления) модулем тестирования и модулем сбора статистики. Информация о студенте из блока регистрации поступает в БД студентов. Блок сбора статистики собирает информацию о пройденном материале, о результатах контроля уровня знаний обучаемого, а также информацию о начальном уровне знаний и передает все в БД для хранения. 4 ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 4.1 Выбор программных средств разработки системы визуализации В настоящее время бурное развитие вычислительной техники обусловило большое распространение многозадачных операционных систем. К таким системам можно отнести: UNIX-подобные системы, OS/2, Windows NT/2000/XP/2003. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. В качестве платформы для разработки системы обучения была выбрана операционная система Windows XP. Такой выбор обусловлен тем, что клан операционных систем Windows включает в себя как Windows XP, которая является одной из самых популярных операционных систем для ПЭВМ, используемых в бизнесе и домашних ПЭВМ, так и Windows NT/2000/2003, которая широко используется для работы в глобальных и корпоративных сетях и хорошо зарекомендовала себя в среде программистов как устойчивая, надежная и удобная в использовании система. Кроме того, все верcии Windows совместимы, т.е. большинство программ, написанных в одной версии могут функционировать под второй. В связи с этим и была выбрана операционная система Windows XP. В качестве средства разработки выбраны язык написания С Sharp (C#) и Transact SQL. Учитывая все подобные пожелания, Microsoft разработала новый язык – С#. Он имеет массу преимуществ: простота, объектная ориентированность, типовая защищенность, «сборка мусора», поддержка совместимости версий. Данные возможности позволяют быстро и легко разрабатывать приложения. При создании С# его авторы учитывали достижения многих других языков программирования: C++, С, Java, Visual Basic и т.д. Надо заметить, что поскольку С# разрабатывался что называется «с нуля», у его авторов была возможность не переносить в него все неудачные особенности любого из предшествующих языков. Особенно это касается проблемы совместимости с предыдущими версиями. В результате получился действительно простой, удобный и современный язык, который по мощности не уступает C++, но существенно повышает продуктивность разработок. Ввиду высокой объектной ориентированности, язык С# великолепно подходит для быстрого конструирования различных компонентов – от высокоуровневой бизнес-логики до системных приложений, использующих низкоуровневый код. Также следует отметить, что С# является и Web-ориентированным – с помощью простых встроенных конструкций языка ваши компоненты легко превратятся в Web-сервисы, к которым можно будет обращаться из Интернета, используя любой язык на любой операционной системе. Дополнительные возможности и преимущества С# перед другими языками приносит использование современных Web-технологий, таких как: XML (Extensible Markup Language) и SOAP (Simple Object Access Protocol). Удобные методы для разработки Web-приложений позволяют программистам, владеющим навыками объектно-ориентированного программирования, легко освоиться в разработке Web-сервисов. Большинство приложений баз данных используют традиционный язык программирования, такой как Microsoft Visual Basic, для создания интерактивного интерфейса с SQL Server. Используя средства интерфейса, предоставляемые языком, эти приложения представляют данные пользователям в удобной и "дружественной" форме. "За сценой" же они, тем не менее, используют команды Transact-SQL. Как Enterprise Manager, так и анализатор запросов Query Analyzer в SQL Server как раз и являются приложениями для работы с базами данных, которые выполняют эту задачу. Когда используются обычные языки программирования, язык сам определяет, как исполнить команды. Некоторые окружения, например такие, как Microsoft Access, предоставляют интерактивные программные инструменты, схожие с Enterprise Manager и Query Analyzer. Другие, такие как Visual Basic или Microsoft Visual C++, используют объектную модель типа ADO для взаимодействия с сервером. Язык SQL является стандартом для всех СУБД. SQL Server 2000 использует модифицированную версию языка – Transact-SQL (T-SQL), дополненную специфическими функциями администрирования и управления проектами. SQL – это язык программирования и запросов к базам данных, он применяется для осуществления доступа к данным, для запросов к реляционным СУБД, для управления базами данных и их обновления. Стандарт SQL утвержден как Американским Национальным Институтом Стандартов (ANSI, American National Standards Institute), так и Международной организацией по стандартизации (ISO, International Organization for Standardization). ANSI – это организация промышленных и деловых групп, разрабатывающая стандарты для торговли и коммуникации в Соединенных Штатах. ANSI также является членом ISO и IEC (Международной электротехнической комиссии, International Electrotechnical Commission). ANSI публикует стандарты США, которые соответствуют международным стандартам. В 1992 году ISO и IEC опубликовали международный стандарт на SQL, который принято называть SQL-92. ANSI опубликовал в Соединенных Штатах соответствующий стандарт, ANSI SQL-92, который иногда называют ANSI SQL. Хотя разные реляционные СУБД применяют несколько различающиеся версии SQL, но большинство из них соответствуют стандарту SQL-92, определенному ANSI. Как и в любом языке программирования, программы Transact-SQL состоят из набора операторов. Оператор представляет собой инструкцию, которая описывает (во всех подробностях) некоторое действие, которое должен совершить Microsoft SQL Server. Оператор состоит из некоторой комбинации команд, выражений, функций, операций и символов. Оператор может быть простым, как одиночная команда GO, которую вы используете для разделения пакетов операторов в сценариях, или составным, состоящим из комбинации некоторых компонентов. 4.2 Выбор технических средств разработки системы визуализации Для доступа к системе обучения на компьютере должен быть установлен Microsoft SQL server. Для функционирования системы обучения была выбрана ЭВМ: - процессор Intel Celeron с тактовой частотой 1000 МГц; - объем оперативной памяти - 128 Мб; - 32 Мб видео; - монитор с разрешением не менее 800х600 и глубиной цвета 16 бит; - НDD – 10Гб; - мышь; - клавиатура; - операционная система Microsoft Windows XP. Использование аппаратного обеспечения, с учетом выше перечисленных характеристик, позволяет выполнять поставленные задачи на должном уровне и использовать возможности представляемого программного продукта эффективно. 5 ОБЗОР И АНАЛИЗ МЕТОДОВ СРАВНЕНИЯ ТЕКСТА 5.1 Методы сравнения текста Существует бесконечно много способов определения меры похожести. В общем случае любая числовая симметричная функция двух аргументов может быть функцией похожести. Обычно функция похожести бывает двух типов. Функция первого типа измеряет «долю» похожести и принимает значения от 0 до 1 или от 0 до 100 (процентов). Функция второго типа измеряет расстояние между объектами. Ноль соответствует наибольшей похожести, и чем больше значение функции, тем менее похожими считаются сравниваемые объекты. В контексте сопоставления произвольных текстовых строк наибольшее распространение получило расстояние редактирования. Расстояние редактирования равно минимальному числу элементарных операций редактирования, необходимых для преобразования одной строки в другую. Расстояние редактирования очевидным образом обобщается на случай, когда отдельные операции имеют различный вес. Вес преобразования строк равен сумме весов составляющих его элементарных преобразований. А расстояние равно минимально возможному весу преобразования одной строки в другую. Часто на последовательность операций редактирования накладывается ограничение: ни одна подстрока не должна модифицироваться дважды. Данное ограничение существенно, потому что иначе расстояние редактирования вряд ли можно было бы вычислять эффективно. Но в случае простого расстояния Левенштейна, когда нет транспозиций и все операции имеют единичный вес от него можно отказаться. Среди невзвешенных расстояний наиболее известны расстояния Левенштейна и Левенштейна-Дамерау. Для расстояния Левенштейна набор элементарных операций состоит из операции замены, вставки и удаления одной буквы. Если расширить этот набор операцией перестановки соседних символов (при условии, что эти символы являются смежными в обеих словах), то получим расстояние Левенштейна-Дамерау. Существуют также приложения, в которых используются n-граммные расстояния, основанные на вычислении меры близости по количеству общих подстрок фиксированной длины. Эти подстроки называются n-граммами. Если требуется сравнивать строки текста на естественном языке, например, предложения или документы, то расстояние редактирования редко является адекватной мерой близости, потому что для человека предложения с переставленными словами или документы с переставленными предложения являются похожими. Иногда нужно сопоставить поисковый образец только с частью текста. В данном случае в качестве функции похожести иногда используют длину наибольшей общей подстроки. В качестве альтернативного варианта возможно определение меры похожести, как минимального расстояния редактирования между поисковым образцом и некоторой подстрокой документа. 5.2 Метод Левенштейна Расстояние редактирования равно минимальному числу элементарных операций редактирования, необходимых для преобразования одной строки в другую. Для расстояния Левенштейна набор элементарных операций состоит из операции замены, вставки и удаления одной буквы. Если расширить этот набор операцией перестановки соседних символов (при условии, что эти символы являются смежными в обеих словах), то получим функцию Дамерау. Термин функция Левенштейна обычно используется, если стоимости различных типов ошибок совпадают. Однако, в общем случае это не так. Пусть для любой пары символов  из алфавита  определена положительная стоимость  замены  на  . Обратите внимание, что алфавит расширен специальным пустым символом  . Введение пустого символа позволяет свести операции удаления и добавления к операции замены. В частности, замена  соответствует удалению , а  – вставке . Таким образом, для любой цепочки преобразований одного слова в другое можно определить ее стоимость как сумму стоимостей элементарных операций редактирования данного преобразования. А минимально возможную стоимость преобразований будем называть взвешенным расстоянием редактирования. Достаточно трудоемко вычислять расстояние редактирования полным перебором, а сложность такого алгоритма растет экспоненциально с размером слов. Гораздо проще вычислять стоимость так называемого оптимального выравнивания. Для невзвешенного расстояния стоимость оптимального выравнивания совпадает с самим расстоянием. Для взвешенного расстояния и расстояния Дамерау это не всегда так. Дадим формальные определения. Под словами будем понимать последовательности символов некоторого алфавита  . Расширим алфавит пустым символом . Выравниванием слов  и  длины  будем называть пару строк  и  длины  , где слова и получаются из исходных слов  и  в результате добавления пустых символов таким образом, чтобы в обоих словах и не было пустых символов в одинаковых позициях. Пусть =поле,=полог. Тогда пара строк: =поле, =полог, является примером выравнивания. Поскольку для каждой операции замены задана стоимость, то можно ввести понятие стоимости выравнивания. Пусть  – выравнивание строк и . Тогда стоимостью  выравнивания  будем называть величину:  Стоимость выравнивания пустых строк удобно положить равной нулю. С понятием стоимости выравнивания тесно связано понятие оптимального выравнивания. Выравнивание будем называть оптимальным, если его стоимость минимальна. Несложно показать, что стоимость оптимального выравнивания совпадает со значением невзвешенного расстояния редактирования. Кроме того, из определения следует достаточно простой способ его вычисления, основанный на методе динамического программирования. Чтобы стоимость оптимального выравнивания совпадала со взвешенным расстоянием редактирования необходимо потребовать выполнения неравенства треугольника на множестве элементарных однобуквенных операций. Для расстояния Дамерау стоимость оптимального выравнивания иногда отличается от самого расстояния. Рассмотрим, например, слова AB и BRA. Стоимость выравнивания между ними равна 3, хотя с помощью двух операций редактирования: удаления буквы R и транспозиции, второе слово преобразуется в первое. Суть упомянутого метода динамического программирования заключается в вычислении стоимости оптимального выравнивания между всевозможными префиксами двух сравниваемых слов u и v. Предположим, что для всех i ≤ m, j ≤ n за исключением случая i = m и j = n известна стоимость оптимального выравнивания между префиксами длины i и j, соответственно. Оптимальное выравнивание между префиксами длины i и j может быть построено одним из трех способов: - сопоставление префиксов длины i - 1 и j - 1, а также символов ui и vj. Этот случай соответствует замене символов ui и vj; - сопоставление префикса длины i - 1 с префиксом длины j, а также символа ui с пустым символом . Данный случай соответствует удалению символа ui;- сопоставление префикса длины i с префиксом длины j - 1, а также пустого символа с символом vj . Несложно видеть, что данный случай соответствует вставке символа vj. Легко видеть, что поскольку оптимальные выравнивания для префиксов меньших длин уже построены, то вышеприведенные правила позволяют его построить и для префиксов длин i и j. Алгоритм расчета оптимального выравнивания основан на вычислении расстояния редактирования между префиксами слов и длины i и j, используя значения расстояний редактирования для более коротких префиксов. Обозначим через  стоимость оптимального выравнивания, которое для функции Левенштейна также и расстояние редактирования, префиксами u1u2…ui и v1v2…vj. Выполняются следующие рекуррентные соотношения:     Для вычисления расстояния между двумя строками длины  и  , как несложно видеть, требуется  операций. Разумеется, что одна перестановка символов представима, например, как две операции замены символов, однако в этом случае при поиске в пределах одной ошибки, слова с транспонированными соседними буквами не попадают в выборку. Если соотношение модифицировать следующим образом:  где  равно единице при условии, что  и  , и  в противном случае:  то каждая транспозиция учитывается с весом единица. Учет перестановок произвольных, а не только соседних символов, усложняет рекуррентные соотношения и замедляет вычисления. 5.3 Метод сравнения по секциям Правильный ответ разбивается на секции - несколько слов, или часть одного слова, и указывается, какие секции обязательны, а какие нет. В правильном ответе, указывается относительное положение одной секции относительно остальных, так же указывается цена каждой секции, по которой потом считается, на сколько правильно дали ответ. Данный механизм позволяет выделять смысловые зоны в ответе, определять степень, какую каждая из них вносит в общую сумму правильности ответа. Кроме этого, реализована возможность создания вариантности ответа, что приближает работу тестирующегося с системой к естественной форме контроля. 5.4 Обоснование выбора методов Если сравнивать эти методы, которые работали бы в одинаковых условиях, то можно провести их сравнительный анализ. Естественно, что данный анализ применим только для данных условий тестирования, и при иных условиях может отличаться. Как и предполагалось, метод сравнения по секциям справляется с экспериментальной задачей быстрее метода Левенштейна. Следует, однако, заметить, что его эффективность растет лишь с уменьшением количества секций, то есть количества зарезервированных слов. Так при длине строки меньшей или равной 10 слов, он показал себя хуже, чем метод Левенштейна. Однако, использование обеих методов, напротив только улучшает составление тестовых заданий. 6 Программная реализация СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ 6.1 Описание классов программы В программе реализованы следующие классы. DataAccess – класс, который используется для работы с базой данных. ZoneChecking – класс, который используется при выборе метода сравнения по секциям. Distance – класс, который используется при выборе метода Левенштейна. AnswerZones – класс, который используется для определения зон ответа. DocumentsData – класс, который используется для работы с документами. JournalData – класс, отвечающий за сохранение статистики. TestsData – класс, отвечающий за создание тестов. Users – класс, который используется при создании пользователей. Схема связи классов программы приведена на рисунке 6.1.  Рисунок 6.1 – Схема связи классов 6.2 Описание методов и функций Ниже приведено описание функций для каждого класса. Класс DataAccess реализован при помощи следующих функций: – void Open() – открывает соединение с базой; – void Close() – закрывает соединение с базой; – string Execute(string commandtext) – выполняет на базе запрос переданный в параметре commandtext; – DataSet Select(string commandText, string[] tableNames) – выполняет запрос указанный в параметре commandtext и перекладывает полученный с сервера набор таблиц в результирующий DataSet. tableNames – имена таблиц в результирующем DataSet; – string Databases() – возвращает массив имен пользовательских баз данных доступных на сервере; – List – List – string BuildConnString(string server, string dbname, string username, string password) – создает строку соединения на основании переданных параметров (имя сервера, имя базы данных, имя пользователя, пароль). Класс ZoneChecking реализован при помощи следующих функций: – int questionId – обозначает смысловую зону ответа в вопросе. – string answer – обозначает смысловую зону в ответе. – indexZone – отвечает, за определение степени правильности ответа. Класс Distance реализован при помощи следующих функций: – int n – считывает текст из ответа в вопросе. – int m – считывает текст из ответа. – int cost – сравнивает ответ n и ответ m. – indexZone – отвечает, за определение степени правильности ответа. Класс AnswerZones реализован при помощи функции |
Похожие:
 | Учебно-методический комплекс дисциплины сд. Ф. 18 Методика обучения изобразительной деятельности Целью его является изучение современного состояния эстетического образования дошкольников на основе ознакомления с искусствоведческими... |  | Анализ современного состояния Единой Энергетической Системы России,... В работе представлен анализ современного состояния Единой Энергетической Системы России, основных проблем в энергетике России, а... |
| Русский народный костюм как источник вдохновения для создания современного костюма Образовательная: научить методам создания эскиза современного костюма на основе русского костюма | | Анализ деяельности педагогического коллектива, направленой на обеспечение... Анализ деяельности педагогического коллектива, направленой на обеспечение базового образования, анализ состояния преподавания и процесса... |
| Структура архитектуры ивс "атмосферные аэрозоли" Широкий класс задач, связанных с обеспечением контроля состояния атмосферы крупного промышленного центра требуют создания специализированных... | | Знакомство с чудесной дымкой Целью его является изучение современного состояния эстетического образования дошкольников на основе ознакомления с искусствоведческими... |
| Обзор систем дистанционного обучения (сдо) Персональный менеджмент: Учеб методический комплекс / Авт и сост.: М. Б. Дюжева. – Омск: Типография «с-принт», 2011. – 85 с | | Работа представляет собой краткий обзор состояния дел в области разработки... Изложены базовые принципы построения ситемы управления на базе поведенческих реакций и архитектуры системы управления группой летательных... |
| Конспект нод по образовательной деятельности Целью его является изучение современного состояния эстетического образования дошкольников на основе ознакомления с искусствоведческими... | | Исследование современного состояния производства специальной одежды из огнезащитных тканей В статье представлены результаты исследования современного состояния производства специальной одежды из огнезащитных тканей |
| Конспект занятия по развитию речи на тему Целью его является изучение современного состояния эстетического образования дошкольников на основе ознакомления с искусствоведческими... | | Конспект занятия в старшей группе мбдоу д/с №8 Целью его является изучение современного состояния эстетического образования дошкольников на основе ознакомления с искусствоведческими... |
| «Зима» Цель: способствовать развитию экспрессивной речи Целью его является изучение современного состояния эстетического образования дошкольников на основе ознакомления с искусствоведческими... | | Занятие по лепке в младшей группе на тему: «Цыплята» Цель Целью его является изучение современного состояния эстетического образования дошкольников на основе ознакомления с искусствоведческими... |
| Конспект открытого занятия по изобразительной деятельности в средней группе Целью его является изучение современного состояния эстетического образования дошкольников на основе ознакомления с искусствоведческими... | | Конспект занятия по лепке (предметной) в средней группе Тема: "Кукла" Целью его является изучение современного состояния эстетического образования дошкольников на основе ознакомления с искусствоведческими... |
