Разработка электронного учебника по математике для студентов I курса

*           объектно-ориентированные программные системы, в основе которых лежит определенная модель объектного "мира пользователя" (например, система подготовки текстов, база данных, электронные таблицы, различные графические и музыкальные редакторы);

*           средства обучения, функционирующие на базе НИТ, применение которых обеспечивает предметность деятельности, ее практическую направленность (например, различные электронные конструкторы; устройства, обеспечивающие получение информации об изменяющемся или регулируемом физическом параметре или процессе; модели для демонстрации принципов работы ЭВМ, ее частей, устройств);

*           системы искусственного интеллекта, используемые в учебных целях (например, учебные базы данных, экспертные обучающие системы, учебные базы знаний);

*           предметно-ориентированные среды обучающего и развивающего назначения, возможными вариантами реализации которых могут быть: программная – на базе технологии мультимедиа, на основе использования системы "Виртуальная реальность"; в современной педагогической практике отечественного образования их создание осуществляется в основном на базе программной реализации, а зарубежные разработки основываются главным образом на технологии мультимедиа.  

Помимо вышеперечисленного в процесс обучения на базе НИТ  целесообразно включать и традиционные средства обучения, обеспечивающие поддержку  процесса преподавания того или иного  учебного предмета. Необходимость этого  обусловлена их специфическими функциями, которые передать СНИТ либо невозможно, либо нецелесообразно с психолого - педагогической или гигиенической точки зрения.

Подытоживая вышеизложенное, можно предложить следующий состав системы средств обучения нового поколения, в которую входят средства обучения, функционирующие на базе НИТ, отметив при этом назначение составляющих:

·   средства обучения, предназначенные для поддержки процесса преподавания учебного предмета (курса), включающие программные средства;

·   объектно-ориентированные программные системы, предназначенные для формирования информационной культуры и, в частности, культуры учебной деятельности;

·   учебное, демонстрационное оборудование сопрягаемое с ЭВМ, предназначенное для самостоятельного изучения учебного материала при обеспечении предметности деятельности, ее практической направленности и, кроме того, позволяющее обучаемому реализовывать спектр возможностей СНИТ (управлять реальными объектами, осуществлять ввод и манипулирование текстовой и графической информацией, получать и использовать в учебных целях информацию о регулируемом физическом параметре или процессе);

·   системы искусственного интеллекта, предназначенные для организации процесса самообучения;

·   предметно-ориентированные среды обучающего и развивающего назначения, в том числе одна из возможных реализаций – информационно-предметная среда со встроенными элементами технологии обучения.

Глава II: Этапы создания электронного учебника 

Порядок разработки обучающих мультимедиа систем

Создание любого компьютерного приложения, а особенно обучающих мультимедиа-систем, сегодня  не мыслится без тщательно продуманного плана разработки. В настоящее  время существует хорошо отработанная методология создания компьютерных обучающих систем. Как и всякая методология проектирования, она  включает целый ряд последовательных этапов. Каждый из них обладает определенными  временными рамками, исчисляемыми в  процентах от общего времени разработки приложения. Рассмотрим эти этапы  и цели, которые на них реализуются:

I этап: техническое  предложение, сделанное на основе  учебных потребностей и целей  обучения – на этом этапе  подвергается анализу ситуация  с использованием компьютерных  обучающих систем, сложившаяся в  образовании. В настоящее время  на рынке компьютерных обучающих  систем появилось множество программных  продуктов довольно высокого  качества, предназначенных для применения  в процессе обучения. Они выпускаются  как отечественными, так и (в  большинстве) зарубежными производителями.  Русификация импортных обучающих  систем занятие довольно трудоемкое, не всегда простое с юридической  точки зрения, к тому же при  «механическом» переводе содержания  остаются неучтенными многие  психологические и психолого-педагогические  факторы, не происходит учет  местных, национальных особенностей  обучения, и результат в итоге  не покрывает затраченных усилий. В силу этих обстоятельств  я не буду рассматривать здесь  обучающие компьютерные системы  зарубежного производства.

Сейчас на рынке  программного обеспечения появился выбор и отечественных компьютерных обучающих систем. Одними из первых были системы, разработанные КУДИЦ г. Москва, ВЦ СО АН СССР, г. Новосибирск, НИИ ШОТСО АПН СССР, г. Москва. С тех пор появилось множество новых электронных учебников и обучающих систем. Сейчас их разработкой занимаются фирмы специализирующиеся на компьютерных средствах обучения. Фирмы «Кирилл и Мефодий», «1С», «Логос» и некоторые другие являются лидерами по выпуску таких систем на нашем рынке.

Однако при более  подробном ознакомлении с продукцией этих фирм можно заметить некоторый  крен в тематике выпускаемых приложений. Имеются в виду те предметные области  для изучения которых предназначается  программное обеспечение предлагаемое вышеназванными фирмами. В первую очередь, это предметные области связанные с компьютером, его применением и смежные с этим вопросом области. Сюда можно отнести такие системы, как «Анатомия компьютера», «Computer Inside», «Учебник по Турбо-Паскалю» и многие другие. Во-вторых, это исторический материал, организованный скорее как энциклопедия, но также успешно применяемый в обучении. Наконец, это области языкознания, обучения различным языкам. Здесь достигнуты очень хорошие результаты, заключающиеся в разработке большого числа обучающих систем разной ориентации и направленности: «Английский с нуля», «English Gold», «French Gold», «English Platinum» и многие другие. Применение, в последнее время, средств мультимедиа, позволило резко повысить информационную насыщенность предлагаемого учебного материала, расширить диапазон воздействия на обучаемого, и приблизить компьютерный процесс обучения к естественному. Поэтому авторы и разработчики гораздо охотнее берутся за выпуск компьютерных обучающих систем по тематикам, способным в полной мере использовать последние достижения мультимедиа-технологий в сфере представления данных. Те же предметные области, для изложения которых требуется серьезное программирование и программное моделирование различных процессов пока что пользуются у разработчиков небольшой популярностью.

Анализ компьютерных обучающих систем используемых для  обучения в Ставропольском Государственном  Университете показывает, что ситуация с программным обеспечением примерно та же. Широко используются вышеописанные  обучающие системы и практически  не применяются системы для обучения физике и математике, в силу их отсутствия на рынке.

Исходя из вышеизложенных соображений, я считаю, что тема моей дипломной работы «Разработка электронного учебника по математике для студентов I курса отделения информатика-иностранный  язык» является актуальной в силу того, что потребность в таком  электронном учебнике несомненно есть, а самих учебников по данной теме либо совсем нет, либо их количество крайне недостаточно. Поэтому, своей целью считаю разработать работоспособный фрагмент электронного учебника по математике, который может применятся для обучения студентов.

II этап: планирование  разработки, решение вопросов об  установке сроков, финансирования  и составе группы разработчики  – здесь устанавливаются сроки  реализации отдельных этапов  разработки и всего продукта  в целом, назначается конечная  дата его выпуска. В дальнейшем, составленный график позволяет  гибко реагировать на возникающие  в процессе разработки трудности,  контролировать отставание или  опережение, подключать или высвобождать  ресурсы и перераспределять их  между отдельными стадиями разработки.

Вопрос о финансировании проекта является одним из самых  важных в процессе создания любого программного продукта. В настоящее  время создаются супермаштабные проекты, в разработке которых принимают участие от нескольких десятков до нескольких сотен человек. Бюджеты таких проектов составляют несколько миллионов американских долларов. Поэтому вопросы финансирования и координации выходят сегодня на первый план.

Состав группы разработчиков  определяется, исходя из тематической направленности разрабатываемого приложения, но в целом состав таких групп  более или менее стабилен. Сюда обязательно входят сценаристы, психологи, дизайнеры, художники и специалисты  по компьютерной анимации, композиторы  и музыканты, оцифровщики звука  и видеоизображения, артисты и  звукоинженеры, фотографы и редакторы, продюсеры и переводчики, команда  контроля качества и контроля совместимости, тестеры, юристы, координаторы, всевозможные ассистенты и конечно программисты. Каждый из них является специалистом в своей области и отвечает за выполнение определенного участка  работ.

Группа разработки данного электронного учебника состоит  из трех человек: руководитель и идейный  вдохновитель – заведующий кафедрой информационных технологий в обучении и управлении, д.п.н., профессор Брановский Юрий Сергеевич; руководитель по математическому содержанию – заведующий кафедрой алгебры и теории чисел, к.ф.-м.н., доцент Рябогин Анатолий Константинович; программист и ответственный за непосредственную реализацию – я, Неботов Виталий Дмитриевич.

III этап: разработка  содержания курса – на этом  этапе проводится анализ учебного  плана и состав слушателей, происходит  определение стратегии курса,  разрабатывается сценарий и интерактивное  взаимодействие программы с пользователями.

Разрабатываемый электронный  учебник предназначен для самостоятельной  работы студентов младших курсов по изучению математики в рамках университетского курса. Его создание имеет своей целью предоставить студентам, изучающим математику весь теоретический материал, предусмотренный программой курса, а также практические задания и контрольные вопросы для самопроверки. Мною был проведен анализ учебного плана по математике студентов I курса специальности «информатика–иностранный язык» с целью определения степени пригодности предлагаемого теоретического материала к компьютерной реализации в виде электронного учебника и эффективности такой реализации. Были рассмотрены несколько первых тем:

– тождественные  преобразования;

– элементы аналитической  геометрии;

– элементы логики и теории множеств;

– числовые системы;

– матрицы;

В ходе анализа было выявлено, что данный теоретический  материал пригоден к компьютерной реализации и может быть эффективно представлен  в виде электронного учебника. Этот вывод основывается на том, что этот теоретический материал четко структурирован, имеет резко выраженную практическую направленность и предоставляет  студентам большой простор для  самостоятельной работы.

Из рассматриваемых  тем, первой для реализации была выбрана  тема «Числовые системы». Этот выбор  не случаен – он обусловлен рядом  обстоятельств. Во-первых, эта тема является одной из базовых тем, она  представляется основой при дальнейшем изучении математики, во-вторых, и это, пожалуй, главное здесь математика в который раз переплетается с информатикой – материал «Числовых систем» – числовые множества имеют широчайшее применение в информатике: во многих языках программирования на них основаны понятия типа переменной, массива, объекта. Например, множеству натуральных чисел соответствует тип integer (за исключением того, что множество целых чисел бесконечно, а значения переменных все-таки имеют свой, хотя и очень большой, но все же конечный диапазон), множеству действительных чисел – тип real, и так далее. И в-третьих, данная тема интересна в плане компьютерной реализации своей четкой смысловой законченностью, делимостью на взаимосвязанные смысловые фрагменты, которые хорошо описываются с помощью объектно-ориентированных языков программирования. Эти доводы явились определяющими при выборе первой темы реализованной в учебнике и сыграли в пользу темы «Числовые системы».

IV этап: описание  курса – здесь приводится описание  всех информационных фрагментов  курса: текстовых, анимационных, звуковых и видео.

Предлагаемый компьютерный учебник разбит на несколько законченных  взаимосвязанных фрагментов, каждый из которых обладает определенной функцией и визуально представлен отдельным  модулем. В дальнейшем будем называть их блоками. Итак, в учебнике существуют следующие блоки:

– блок регистрации  – выполняет функцию регистрации  студентов пользовавшихся электронным  учебником. Это необходимо для того, чтобы программа могла по окончанию  сеанса обучения сформировать ведомость, в которой будут перечисленны студенты, работавшие с учебником и их успехи в этой работе;

– блок изучения теоретического материала – здесь студентам  предлагается теоретический материал по изучаемой теме, разбитый на главы  и экраны. Встроенные средства навигации  позволят им свободно перемещаться по всему материалу учебника и находить интересующую их информацию;

– блок примеров решенных заданий, – где студенты смогут увидеть  способы решения практических заданий  по данной теме, для того чтобы решать аналогичные примеры в своей  самостоятельной работе;

– блок контрольных  вопросов и задач, – который содержит набор вопросов по пройденной теме, по окончанию обучения студенты должны будут знать ответы на все вопросы, им также придется решить несколько  практических заданий и на основе полученных ответов система сможет оценить успешность обучения;

– блок заданий  для самостоятельной работы –  это набор заданий рекомендуемых  студентам для самостоятельного решения с целью закрепления  теоретического материала и практических навыков решения.

Кроме блоков в электронном  учебнике реализованы несколько  систем:

– система подсказок  – для терминов и понятий, которые  могут вызвать у студентов  затруднения в процессе обучения, присутствуют пояснения и дополнительные определения – при необходимости  студент может обратиться к этой системе за разъяснением материала  вызвавшего затруднения;

– гипертекстовая система – позволяет студентам  осуществлять нелинейный доступ к информации учебника, перемещаться по материалу  не последовательно от начала к концу, а избирательно, ориентируясь на свои потребности;

– система навигации  – ее целью является осуществление  перемещения пользователей по учебнику как по обычной книге: листать  страницы вперед или назад, обращаться к оглавлению или к практическим заданиям, наконец, завершить обучение.

Реализация вышеописанных  блоков и систем учебника велась с  применением текстовых, анимационных и звуковых форматов. К сожалению, из-за технических сложностей пришлось отказаться от вставок видеоизображения в учебнике, но с другой стороны  это позволило полнее использовать возможности звукового и музыкального сопровождения, анимации, к тому же уберегло проект от разрастания на сотни мегабайт. Блок теоретического материала представлен в классическом текстовом формате, как наиболее привычном и оптимальном для  учебников подобного рода. Блок регистрации, помощь, введение в учебник и некоторые  другие элементы имеют помимо текстовой  визуализации и звуковое сопровождение. Элементы меню и оглавления реализованы  с применением анимации, что повышает эстетический уровень учебника и  улучшает его внешний вид. Использование  перечисленных методов в подаче информации служит для расширения сферы  воздействия компьютера на органы чувств человека с целью более глубокого  запоминания и закрепления полученной информации.