Сущность, принципы, методы и средства построения компьютерных учебников. Общая характеристика существующих программных продуктов, позволяющих создавать компьютерные учебники. Технология создания интернет-учебного пособия "Нелинейная теория устойчивости".
Аннотация к работе
Развитие сети Интернет открывает новые перспективы дистанционного образования, при которых учащемуся обеспечиваются возможности, свойственные очному обучению, а также целый ряд дополнительных, возникших в связи с развитием современных информационных технологий. Система дистанционного образования не является антагонистичной в отношении к существующим очным и заочным системам обучения, она естественным образом должна интегрироваться с этими системами, дополняя и развивая их, способствуя созданию мобильной образовательной среды. Многие ВУЗЫ занимаются проблемой дистанционного образования, в том числе и Московский Авиационный Институт, где особенных успехов добилась кафедра “Математическая кибернетика”, специализирующаяся на создании компьютерных учебников по различным дисциплинам и имеющая многолетний опыт разработки и использования компьютерных систем обучения. Для поддержки обучения дисциплинам, входящим в учебный план студентов МАИ, на кафедре "Математическая кибернетика" был создан комплекс компьютерных учебных пособий и учебников, которые находятся в компьютерной библиотеке кафедры. В 2005 году на кафедре "Математическая кибернетика" для разработки и наполнения информационной базы компьютерного учебника была создана программная среда TBBUILDER 2, позволяющая наполнять информационную базу компьютерного учебника на естественном языке пользователя.Образование без отрыва от основной деятельности появилось более 130 лет назад. За последние 30 лет в системах образования произошли существенные структурные изменения, обусловленные развитием научно-технического прогресса и его возрастающим воздействием на все стороны жизни общества. В Концепции создания и развития единой системы дистанционного образования в России, принятой Государственным комитетом РФ по высшему образованию 31 мая 1995 г., дано следующее определение: «Под дистанционным образованием понимается комплекс образовательных услуг, предоставляемых широким слоям населения в стране и за рубежом с помощью специализированной информационно-образовательной среды на любом расстоянии от образовательного учреждения.Причем процесс обучения должен начинаться когда угодно - когда есть время; длиться сколько угодно - сколько есть времени и сил; он может быть внезапно прекращен или прерван, например срочный телефонный звонок, и может быть продолжен с любого места. Радикальный прорыв в этой области позволил осуществить известные результаты научно-технического прогресса: персональный компьютер и Интернет, а в ближайшей перспективе - мобильный Интернет и беспроводные локальные пикосети. Нелинейную форму организации материала, при которой его единицы представлены не в линейной последовательности, а как система явно указанных возможных переходов, связей между ними, дающая возможность адекватного представления всей взаимосвязи ее различных аспектов. Такой подход позволяет в максимальной степени приблизить процесс передачи знаний к естественному общению и обеспечить адаптивность траектории обучения; Присутствие большого количества справочной информации, причем именно в дополнительной, сопровождающей форме, когда пользователь видит основной предмет изучения в окружении каких-либо других узлов, т.е. любой вопрос (тема, проблема, аспект, идея, документ) всегда оказывается связанным с другими вопросами.С использованием гипертекстовых документов и активным использованием информационных технологий в дистанционном обучении, разработка компьютерного учебника становится более сложной задачей. Так как желательно предусмотреть возможность работы по локальной сети с учебником, возможность размещения его в сети Интернет, защитить системно обучающие функции, чтобы случайные ошибки пользователя не меняли содержание учебника. Одним из достоинств электронных средств обучения и, в частности, компьютерных учебников, относят индивидуальный темп обучения. Под этим должна подразумеваться не только "индивидуализация" по времени, так как обучение при классно-урочной системе подчинено жестким временным рамкам, но и вариативность развернутости учебного материала, учет типа памяти, темперамента и мышления учащегося. Таким образом, вытекает необходимость встраивания в компьютерные учебники небольшого набора тестов, позволяющих оценивать основные психофизиологические особенности конкретного обучающегося.В то время уже имелась возможность "общения" человека с компьютером посредством используемого в качестве устройства ввода/вывода телеграфного аппарата-телетайпа. Надлежащим образом запрограммированный компьютер заносит в свою память набираемый человеком на клавиатуре телетайпа текст запроса, а по окончании ввода этого текста производит некоторый анализ его и печатает на телетайпе заранее заготовленный, или конструируемый из подходящих элементов текст ответа. Или проще - компьютер выдает на телетайп текст вопроса или условия задачи и ждет ввода с клавиатуры ответа, который затем сверяется с имеющимся эталоном, чтобы выдать оценку: верно/неверно. С тех пор во всем ми
План
Оглавление
Перечень сокращений, символов и специальных символов 4
Введение 6
1. Принципы создания и основные требования к компьютерным учебникам и обучающим программам 11
1.1 Базовые принципы создания систем дистанционного образования 12
1.2 Требования к учебным пособиям и обучающим программам 14
2. Обзор существующих программных сред для создания компьютерных учебников 17
2.1 Обзор зарубежных средств 18
2.2 Обзор российских средств 21
2.3 Анализ различных подходов и решений 25
3. Описание компьютерного учебника 26
3.1 Общие сведения о программной среде TBBUILDER 2 26
3.2 Наполнение информационной базы компьютерного учебника 29
3.3 Инструкция по практическому использованию компьютерного учебника в учебном процессе 33
4. Технология создания компьютерного учебника 35
4.1 Перевод текста из формата TEX в формат HTML 35
4.2 Технология создания компьютерных учебников, содержащих специальные математические тексты 40
5. Расчет экономической эффективности внедрения компьютерного учебника в учебный процесс и определение затрат на разработку электронного учебника 45
5.1 План разработки программы 45
5.2 Определение затрат на разработку программы 50
5.2.1 Расчет капитальных вложений 52
5.2.2 Расчет годовых эксплуатационных расходов, связанных с использованием разработанной программы 52
5.3 Оценка экономической эффективности внедрения программы 53
6. Охрана труда и окружающей среды 54
6.1 Санитарно-гигиенические факторы 55
6.1.1 Микроклимат 55
6.1.2 Освещенность 56
6.1.3 Шум и вибрации 57
6.1.4 Излучения и поля 58
6.2 Эргономические факторы 59
6.2.1 Рабочий стол оператора 59
6.2.2 Рабочий стул оператора 60
6.2.3 Дисплей 61
6.2.4 Клавиатура 62
6.3 Психофизиологические факторы 62
6.3.1 Основные характеристики изображения на экране 62
6.4 Выводы 68
Заключение 70
Перечень сокращений, символов и специальных символов
ДО - дистанционное образование
КУ - компьютерный учебник
ИБ - информационная база
ТТ - терминальный текст
HTML - HYPERTEXT Markup Language
Введение
Процесс обучения - очень важный процесс в современном обществе. Во многом от его построения зависит качество получаемых во время обучения знаний. Особенную актуальность в настоящее время приобрело дистанционное образование, основанное на применении интернет-технологий. Важность такого вида образования вытекает, прежде всего, из возможности проведения обучения на расстоянии.
Большой интерес к дистанционному обучению, который возрастает сегодня во всем мире, особенно с использованием интернет-технологий, имеет объективную основу. В связи с техническим прогрессом и появлением новых специальностей растет потребность людей в эффективном образовании, повышении квалификации, переподготовке и дополнительном профессиональном образовании. При этом растущий динамизм жизни вызывает потребность в мобильных учебных системах. Развитие сети Интернет открывает новые перспективы дистанционного образования, при которых учащемуся обеспечиваются возможности, свойственные очному обучению, а также целый ряд дополнительных, возникших в связи с развитием современных информационных технологий. Дистанционное образование становится единственной реальной возможностью учиться в индивидуальном режиме, независимо от места и времени. Появилась возможность получать образование непрерывно и по индивидуальной программе в соответствии с принципами открытого образования. Дистанционное образование призвано реализовать права человека на непрерывное образование и получение информации.
Система дистанционного образования не является антагонистичной в отношении к существующим очным и заочным системам обучения, она естественным образом должна интегрироваться с этими системами, дополняя и развивая их, способствуя созданию мобильной образовательной среды. Задача дистанционного обучения - учить, не имея прямого постоянного контакта с обучаемым.
Цели дистанционного образования: создание образовательного пространства посредством внедрения в учебный процесс современных технологий;
самостоятельная поисковая деятельность студентов в образовательном пространстве, контролируемая и направляемая вузом;
переход от репродуктивного метода обучения к творческому (креативному) освоению знаний студентами.
Дистанционное образование сориентировано на внедрение в учебный процесс новых технологий, которые со временем перестроят всю организацию обучения. Применение этих технологий принципиально меняет способ получения и усвоения знаний, а также взаимодействие между студентом и преподавателем. Источником информации в данных моделях являются базы данных (образовательное пространство), координатором учебного процесса - преподаватель, а интерпретатором знаний - сам студент. Его деятельность меняется: от получения знаний - к творческому поиску таковых.
Многие ВУЗЫ занимаются проблемой дистанционного образования, в том числе и Московский Авиационный Институт, где особенных успехов добилась кафедра “Математическая кибернетика”, специализирующаяся на создании компьютерных учебников по различным дисциплинам и имеющая многолетний опыт разработки и использования компьютерных систем обучения.
Для поддержки обучения дисциплинам, входящим в учебный план студентов МАИ, на кафедре "Математическая кибернетика" был создан комплекс компьютерных учебных пособий и учебников, которые находятся в компьютерной библиотеке кафедры. Эти учебники предназначены для самостоятельного изучения дисциплин, для проведения компьютерных занятий в учебном процессе и для самоподготовки перед зачетами и экзаменами. Комплекс, включающий в себя более 70 компьютерных учебников, поддерживает 8 разделов курса "Теория управления", 7 разделов курса "Системный анализ", 3 раздела курса "Линейная алгебра и аналитическая геометрия", а также курсы "Теория графов", "Теория функций комплексного переменного", "Линейное программирование", "Линейные дифференциальные уравнения" и другие.
В 2005 году на кафедре "Математическая кибернетика" для разработки и наполнения информационной базы компьютерного учебника была создана программная среда TBBUILDER 2, позволяющая наполнять информационную базу компьютерного учебника на естественном языке пользователя. При этом в программе учитывается специфика информации, присущей математическим дисциплинам, и присутствуют редакторы, позволяющие работать с формулами и графиками функций. Наполнение информационной базы структурировано таким образом, чтобы обеспечить самостоятельную работу студента по получению информации, выработки ее понимания и умения по ее практическому использованию.
В учебном плане специализации кафедры 805 МАИ "Информационные технологии в управлении и обучении" предполагается изучение спецкурса “Нелинейный динамический анализ систем”, разработанного академиком
В.М. Матросовым, который до настоящего времени не имел соответствующего компьютерного учебника. Это вызвало практический интерес и, вследствие этого, возникла задача создания учебного интернет-пособия "Нелинейная теория устойчивости", при создании которого использовалась методология и принципы организации компьютерного обучения, разработанные на кафедре "Математическая кибернетика" и уже многие годы используемые на практике.
Вследствие вышесказанного, были поставлены следующие задачи: Освоить принципы, методы и средства построения компьютерных учебников и подготовить материал по «Нелинейной теории устойчивости».
Разработать технологию создания компьютерных учебников, содержащих специальные математические тексты.
Разработать структуру теоретического модуля: перевести текст компьютерного учебника (в формате TEX) в формат HTML, структурировать его и разработать средства навигации по страницам учебника.
Выбрать программную среду создания компьютерных учебников и реализовать интернет-учебное пособие с учетом разработанной технологии.
Электронный учебник должен содержать: оглавление алфавитный указатель средства навигации по учебнику средства контроля знаний обучаемого
В качестве программной среды для создания интернет-учебного пособия «Нелинейная теория устойчивости» был выбран TBBUILDER 2, разработанный на кафедре "Математическая кибернетика" МАИ.
В дипломной работе описываются процессы разработки технологии и реализации компьютерного учебника «Нелинейная теория устойчивости», а также предложен алгоритм его использования. Рассчитана экономическая эффективность и суммарные затраты на разработку.
В разделе 1 дается описание основополагающих принципов создания и требований к компьютерным обучающим программам, т.к. во многом от их выполнения зависит достижение высокой эффективности обучения. Особое внимание в этом разделе уделяется требованиям к компьютерным учебникам.
В разделе 2 приводится обзор существующих программных продуктов, позволяющих создавать компьютерные учебники, удовлетворяющие изложенным требованиям.
Раздел 3 посвящен описанию компьютерного учебника «Нелинейная теория устойчивости». Приведена инструкция по практическому использованию компьютерного учебника в учебном процессе.
В разделе 4 описан процесс создания компьютерного учебника «Нелинейная теория устойчивости». Проанализированы трудности при переводе предложенного текста (в формате TEX) в формат HTML и предложены пути их решения. Приведена технология создания компьютерных учебников, содержащих специальные математические тексты.
Раздел 5 дипломного проекта посвящен решению следующих задач: разработке плана создания компьютерного учебника;
определению затрат на разработку электронного учебника и его цены;
оценке экономической эффективности внедрения компьютерного учебника в учебный процесс.
В разделе 6 (охраны труда и безопасности жизнедеятельности) описано влияние санитарно-гигиенических, эргономических и психофизиологических факторов на оператора ПЭВМ. В данном разделе, основываясь на государственные стандарты и санитарные нормы, рассмотрены наиболее оптимальные параметры рабочей среды для реального рабочего места.