Особенности и классификация обучающих программных средств обучения. Обзор методов обработки экспертной информации. Требования к программному комплексу лабораторных работ. Построение логической модели данных. Описание компьютерной реализации для студента.
Аннотация к работе
При выполнении лабораторных работ студент не только выполняет определенные задания, но и изучает теорию (или пользуется ею), по завершении выполнения заданий студент получает отчет, на основании которого он отвечает на контрольные вопросы, на основании ответов на которые он получает оценку. В первой лабораторной работе студенту предложено выявить определяющие параметры для качества программного обеспечения в общем задании и выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов в заданиях по вариантам. Параметры для ранжирования: база знаний, полученная в школе; опыт исследовательской деятельности в школе; работа по специальности; умение планировать свою работу; организация подготовки к экзамену. Параметры для ранжирования: общеобразовательный или профильный класс в школе; оценки в аттестате; работа с учебной литературой; умение планировать свою работу; работа по специальности. Параметры для ранжирования: база знаний, полученная в школе; оценки за четвертую сессию; работа по специальности; организация подготовки к экзаменам; работа с учебной литературой.В ходе проектирования рассматриваемого комплекса была разработана структурная схема программного обеспечения комплекса лабораторных работ по методам обработки экспертной информации. Из модуля выполнения лабораторных работ студент может получить доступ к модулю формирования отчетов. Во второй лабораторной работе студент знакомиться с методом парного сравнения и методом предпочтений. Алгоритмы, реализуемые во второй лабораторной работе, представлены на рисунке 5.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 procedure Tl_1_4.BITBTN2Click(Sender: TOBJECT); var i,j,jj,n1,n,j1,count,pp: integer; nn,sum,sum_p:real; p,p1:array[1..20]of integer; sort,sort1:array[1..20]of real; povt:array[0..1,0..10] of integer; begin for jj := 0 to task_4.ROWCOUNT-1 do begin for i := 1 to task_4.COLCOUNT do begin if task_4.Cells[i-1,jj]"" then try sort[i]:=strtofloat(task_4.Cells[i-1,jj]) except sort[i]:=-1; p[i]:=i; end; for i := 1 to task_4.COLCOUNT-1 do ///сортировка for j := 1 to task_4.COLCOUNT-i do begin if sort[j] > sort[j 1] then begin pp:=p[j]; p[j]:=p[j 1]; p[j 1]:=pp; nn := sort[j]; sort[j] := sort[j 1]; sort[j 1] := nn end; end; n:=1; n1:=0; sum:=0; sum_p:=0; for i := 1 to task_4.COLCOUNT do begin if sort[i]=sort[i 1] then n:=n 1 else begin for j:=i 1 to task_4.COLCOUNT do /////сдвиг при повторе sort[j]:=sort[j] n-1; if n>1 then begin sum:=0; for j :=i downto i-n 1 do begin ////перерасчет повторов sum:=sum (j); end; sum_p:=sum/n; for j :=i downto i-n 1 do begin ////замена повторов sort[j]:=sum_p; end; end; n:=1; n1:=n1 1; end; end;В выпускной квалификационной работе был разработан программный комплекс лабораторных работ по методам обработки экспертной информации. В работе рассмотрены особенности и классификация обучающих программных средств обучения, существующие методы обучения методам обработки экспертной информации. Разработана функциональная структура системы, включающая следующие модули: модуль авторизации, модуль студента, модуль преподавателя, модули выполнения лабораторных работ, информационные модули для студента и для преподавателя, модуль оценивания и административный модуль. Разработано содержание программного комплекса, включающее в себя: лабораторную работу, содержащую задания по методу ранжирования, лабораторную работу, содержащую задания по методам предпочтения и парных сравнений.
План
4.4 Содержание программного комплекса лабораторных работ4.4 Содержание программного комплекса лабораторных работ
Вывод
В выпускной квалификационной работе был разработан программный комплекс лабораторных работ по методам обработки экспертной информации. В работе рассмотрены особенности и классификация обучающих программных средств обучения, существующие методы обучения методам обработки экспертной информации.
При анализе предметной области автоматизации определено назначение комплекса, его функции и требования к нему. Разработана функциональная структура системы, включающая следующие модули: модуль авторизации, модуль студента, модуль преподавателя, модули выполнения лабораторных работ, информационные модули для студента и для преподавателя, модуль оценивания и административный модуль.
В ходе проектирования системы были разработаны функциональные модели с использованием методологии IDEF0 и IDEF3. Объектно-ориентированное проектирование производилось с помощью диаграммы вариантов использования и диаграммы деятельности. Была произведена оценка трудоемкости проекта. При разработке информационного обеспечения выделены информационные объекты, построены информационно-логическая модель данных и физическая модель базы данных. Разработано содержание программного комплекса, включающее в себя: лабораторную работу, содержащую задания по методу ранжирования, лабораторную работу, содержащую задания по методам предпочтения и парных сравнений. При проектировании программного обеспечения построена структурная схема программного обеспечения комплекса, разработан алгоритм работы системы. Проведено тестирование программного продукта и оценка надежности системы.
Компьютерный практикум разработан в интегрированной среде программирования DELPHIXE4, в качестве СУБД использовалась INTERBASE.
Список литературы
Введение
На сегодняшний день в сфере обучения, представлено немало способов улучшить и ускорить процесс обучения с помощью разнообразных программных продуктов. Однако не все из них являются универсальными и могут предоставить свои функции для работы в сфере визуального представления информации и обучения.
Применение программных комплексов позволяет автоматизировать и ускорить процесс усвоения студентами знаний. Еще одним преимуществом внедряемых обучающих комплексов является получение контроля над выполнением лабораторных работ и знаниями студентов.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка программного комплекса лабораторных работ по методам обработки экспертной информации.
Работа состоит из шести разделов, в каждом из них рассматриваются разные аспекты разработки автоматизированного комплекса лабораторных работ.
В первом разделе представлен литературный обзор, затрагивающий особенности и классификацию программных комплексов, обзор существующих программных продуктов для обучения, также рассматриваются методы экспертных оценок.
Во втором разделе описывается предметная область и осуществляется постановка задачи. Разрабатывается функциональная структура и определяются требования к системе. Рассматривается функции, которые должны быть реализованы в программном комплексе.
В третьем разделе осуществляется проектирование программного комплекса с помощью построения диаграмм: контекстной диаграммы, диаграммы IDEF0, IDEF3, диаграммы вариантов использования, диаграммы деятельности. Также в данном разделе приводится оценка трудоемкости разработки программного обеспечения.
В четвертом разделе производится информационный анализ предметной области, строится логическая модель данных, Описываются таблицы разрабатываемой базы данных, дается содержание лабораторных работ программного комплексе.
В пятом разделе производится разработка программного обеспечения комплекса: приводятся алгоритмы решения задач, производится тестирование и оценка надежности комплекса, производится структурное и функциональное тестирование.
В шестом разделе описывается компьютерная реализация комплекса.
1. Аналитический обзор программных средств для обучения
1.1 Особенности и классификация программных комплексов
Компьютерное средство обучения - это программное средство (программный комплекс) или программно-технический комплекс, предназначенный для решения определенных педагогических задач, имеющий предметное содержание и ориентированный на взаимодействие с обучаемым [1].
Программный комплекс, ориентированный на обучение, позволяют не только дублировать учебно-методические средства, но и открывает новые возможности в обучении. Внедрение компьютерных средств предоставляет возможности для самостоятельной проработки учебного материала студентом, автоматизируют контроль и приводят к более объективному оцениванию знаний и умений, допускают возможность автоматической генерации вариантов заданий.
Основным назначением для компьютерных средств обучения является использование в учебном процессе. Их отличием от других программных продуктов, применяемых в обучении, является наличие учебного материала по предметной области. Учебный материал включает в себя теоретические сведения по теме, задания для контроля знаний, модели и алгоритмы, позволяющие реализовать изучаемые процессы в данном компьютерном средстве.
Компьютерные средства обучения ориентированы на обучаемых. Именно при взаимодействии с ним программный комплекс выполняет свои основные функции: предоставление материала для изучения, выполнение заданий и контроль знаний. Отсюда следует, что обучаемые составляют базовую категорию пользователей, а прочие участники образовательного процесса, такие как преподаватель, в эту категорию не входят.
Между различными видами программных комплексов нельзя провести четкие границы, но при этом они часто используются совместно, поэтому необходимо знать их особенности использования и взаимодействия.
Список признаков, по которым классифицируются компьютерные средства обучения весьма, обширен. Подробная классификация компьютерных средств обучения представлена на рисунке 1.1
Рисунок 1.1 - Классификация компьютерных средств обучения
Классификация по педагогическим задачам подразделяет компьютерные средства обучения на четыре вида, при этом каждый из видов представлен несколькими программными средствами, несущими на себе определенные функции.
К первому классу относятся средства теоретической и технологической подготовки: компьютерные учебники, компьютерные обучающие системы, системы контроля знаний - все они несут на себе функции предоставления знаний в объеме курса или его части и их проверка.
Компьютерные учебники ориентированы на самостоятельную работу обучаемых. Их отличает относительная полнота и ширина содержания, которое имеет иерархическую структуру. В компьютерном учебнике предусматривается система, отвечающая за контроль и самоконтроль знаний, имеется глоссарий и ссылки на источники информации.
Компьютерные обучающие системы предназначены для проработки одной или нескольких тем курса, или дисциплины, в них также имеются системы контроля и самоконтроля.
Системы контроля знаний обеспечивают контроль за знаниями обучаемого. При этом они обязательно включают в себя блоки с требованиями к знаниям и описание методики оценивания.
Второй вид, средства практической подготовки, представлен компьютерными задачниками и тренажерами. Их функция - наработка навыков решения типовых задач и получение опыта в ходе определенной деятельности.
Основным классом данного вида являются компьютерные тренажеры, функциями которых являются: моделирование изучаемых объектов и среды деятельности, обеспечение возможностей имитации воздействий на изучаемые объекты и процессы со стороны обучаемых, управление тренировочным процессом. Компьютерные задачники используются для решений типовых задач. Вспомогательные средства представляют собой третий тип, представляют собой дополнительные средства обучения, такие как компьютерный лабораторный практикум и компьютерный справочник. Компьютерный лабораторный практикум используется для поддержки автоматизированных лабораторных работ, в которых изучаемые процессы и среда деятельности изучаются с помощью экспериментов с моделями.
Четвертый тип представляет собой комплексные средства, такие как компьютерный ученый курс и компьютерный восстановительный курс. Данные средства объединяют в себе функции всех предыдущих трех видов, т.е. вспомогательные средства получаются путем объединения нескольких программных, причем объединение это представляет собой систему, имеющую единое управление, составляющие которой согласованы и выполняют свои функции дополняя друг друга.
Классификация программных комплексов также производится на локальные и сетевые. Локальные позволяют работать на базе отдельных машин и не требуют подключения к сети. Сетевые же осуществляют свою деятельность на базе локальной или глобальной вычислительной сети. Они позволяют ввести модули преподавателя, которые дают таким системам преимущество по сравнению с локальными. Сетевые программные комплексы позволяют вводить автоматизированные места преподавателей, что дает системе дополнительные преимущества по сравнению с локальными системами. Подсистема преподавателя позволяет производить контроль за выполнением обучаемыми заданий, производить корректировку заданий и формировать новые задания, вносить изменения в параметры моделей изучаемых процессов, производить анализ и оценку результатов работы обучаемых.
1.2 Обзор существующих программных продуктов для обучения
Компьютерных средств, позволяющих получать знания по теме «Методы обработки экспертной информации» мною обнаружено не было. Программные продукты, имеющие в своем составе модули, функции которых представляют наибольший интерес для разработки программного комплекса по заданной теме можно разделить на несколько групп.
К первой группе относятся программы, применяемые на практике в обучении и решении прикладных задач. Для реализации методов экспертных оценок в данных программных продуктах используются методы табличного представления данных в Microsoft Excel и математический аппарат MATHLAB, т.к. совокупность оценок представляет собой совокупность многомерных матричных структур [2].
Microsoft Excel - это табличный процессор, предназначенный для создания электронных таблиц и автоматизированной обработки табличных данных. Excel обрабатывает данные путем проведения различных вычислений с помощью формул и функций, встроенных в редактор, строя диаграммы; решая задач оптимизации, проводя статистическую обработка данных, анализируя и составляя прогнозы на основании имеющихся данных. Таким образом, Excel являются не только средством автоматизации расчетов, но и средством моделирования различных ситуаций [3].
MATLAB - это интерактивная среда, имеющая встроенный высокоуровневый язык для программирования, численных расчетов и визуализации результатов. MATLAB анализирует данные, разрабатывает алгоритмы, создает модели и приложения [4].
Ко второй группе относятся программные комплексы, позволяющие проводить лабораторные работы по разнообразным темам.
На кафедре прикладной математики и информатики НОВГУ разработан и прошел испытания программный комплекс, обеспечивающий проведение лабораторных работ по дисциплинам «Численные методы» и «Математическое моделирование». Каждая работа имеет страничную организацию и включает в себя краткие сведения из теории рассматриваемой проблемы, методические указания к выполнению работы, набор заданий, исследование которых дополняет лекционный материал и иллюстрируется соответствующими графиками или таблицами, контроль знаний основ теории и качества выполнения исследований. Оценки за каждый раздел работы и за работу в целом выставляет компьютер. Роль преподавателя в основном сводится к консультированию студентов по вопросам исследуемых задач, если это необходимо, и к обеспечению самостоятельности выполнения работы каждым студентом.
Принятая структура лабораторных исследований под управлением разработанного программного обеспечения пригодна для широкого спектра дисциплин, читаемых на различных специальностях. Любую работу студенты могут осваивать на домашних компьютерах или в компьютерных залах университета. Однако зачетное выполнение работы проводится только в дисплейном классе под наблюдением преподавателя. При этом подделка выставляемых ЭВМ оценок за выполнение лабораторных работ практически исключается, так как в программном обеспечении предусмотрена соответствующая защита.
В настоящее время в состав разработанного комплекса входят 6 работ по дисциплине «Численные методы» и 6 работ по дисциплине «Математическое моделирование» [5].
Программный комплекс проведения лабораторных работ, представленный фирмой РУСПРОМСОФТ, предназначается для обучения по естественнонаучным дисциплинам в учебных заведениях среднего образования. Система дает возможность ученикам подробно изучать темы и закреплять полученные знания с помощью экспериментов.
Программа содержит как текстовую информацию, так и видео-презентации, позволяющие ученику управлять процессом с помощью компьютерной мыши, тесты с автоматическим выставлением оценок.
Программа представлена в виде модулей преподавателя и ученика. Модуль преподавателя дает возможность выбора готовых уроков для ознакомления учениками, проведения опроса по урокам, хранения и обработка результатов опроса, подготовка собственных уроков и опросников. Модуль ученика позволяет учащимся ознакомиться с заданным учителем уроком и пройти опрос, а также узнать результаты пройденных ранее тестов. Удобная навигация, возможность быстрого вызова на экран того или иного элемента, включение и выключение текстов и надписей, возможность делать заметки, подписи и рисунки поверх учебного материала - все это предоставляет широкие возможности использования продукта в качестве интерактивного наглядного пособия, инструмента для проведения устных и письменных опросов учащихся, основы для проектной деятельности и проблемного обучения [6].
К третьей группе программных средств отнесем программные средства, непосредственно реализующие методы обработки экспертной информации. К ней можно отнести «Автоматизированную систему обработки экспертных оценок при принятии технологических решений» разработанную в Российском государственном технологическом университете имени К.Э. Циолковского.
Разработанное программное обеспечение, позволяет оперативно производить сбор и обработку экспертных мнений в области инновационных технологий сложного формообразования деталей и конструкций. Компонентами такой автоматизированной системы являются следующие подсистемы, отражающие этапы проведения научно-технической экспертизы: подсистема постановки задачи; подсистема организации экспертизы; подсистема экспертного оценивания; подсистема генерации отчета.
В рамках данных подсистем реализованы следующие модули (блоки): блок постановки целей, точки зрения, задач, условий и требований экспертизы (техническое задание на экспертизу); блок организации экспертной группы с определением коэффициентов квалификации и значимости мнений экспертов; блок формирования технических и технологических альтернатив, как массив принципиально возможных технологических решений, количество которых превосходит желаемое, а следовательно, возникает необходимость выбора решения; блок формирования массива критериев оценки; блок формирования коэффициентов весомости (приоритетов) критериев оценки технологических решений; блок сбора мнений экспертов в локальных оценках по бальной шкал; блок анализа согласованности (ранговой корреляции) мнений экспертов в принятии решений по коэффициенту конкордации; блок определения качества экспертизы по параметрам точности, достоверности, согласованности и сравнения расчетных показателей с требуемыми; блок генерации экспертного заключения с определением показателей качества научно- технической экспертизы по параметрам точности, достоверности и согласованности [7].
1.3 Обзор методов обработки экспертной информации
Методы экспертных оценок находят очень широкое применение в разнообразных сферах, в частности, в сфере экономики данные методы применяется для прогнозирования и планирования развития бизнеса [8], в сфере производства при проведении технологической экспертизы [7], в сфере управления для принятия решений [9].
Сущность метода экспертных оценок заключается в рациональной организации проведения экспертами анализа проблемы с количественной оценкой суждений и обработкой их результатов. Обобщенное мнение группы экспертов принимается как решение проблемы. В процессе принятия решений эксперты выполняют информационную и аналитическую работу по формированию и оценке решений [10].
Методы экспертных оценок представляют комплекс логических и математико-статистических методов и процедур, связанных с деятельностью экспертов по переработке необходимой для анализа и принятия решений информации.
Оценочные экспертные суждения в количественной форме называются экспертными оценками. Они могут быть индивидуальными и коллективными. Получение индивидуальных экспертных оценок называется экспертным опросом, а совокупность процедур, необходимых для получения коллективных экспертных оценок, включая и экспертный опрос, называется экспертизой.
Таким образом, метод экспертных оценок является достаточно специфическим способом получения информации, необходимой для решения управленческих и исследовательских задач посредством применения совокупности специальных приемов сбора, обработки и анализа сведений, получаемых от экспертов [11].
После проведения опроса группы экспертов осуществляется обработка результатов. Исходной информацией для нее являются числовые данные, выражающие предпочтения экспертов, и содержательное обоснование этих предпочтений.
Целью обработки является получение обобщенных данных и новой информации, содержащейся в скрытой форме в экспертных оценках. На основе результатов обработки формируется решение проблемы. Наличие как числовых данных, так и содержательных высказываний экспертов приводит к необходимости применения качественных и количественных методов обработки результатов группового экспертного оценивания.
В зависимости от целей экспертного оценивания при обработке результатов опроса решают следующие основные задачи: определение согласованности оценок экспертов; построение обобщенной оценки объектов; определение зависимости между суждениями экспертов; определение относительных весов объектов; оценка надежности результатов экспертизы.
Определение согласованности оценок экспертов необходимо для подтверждения правильности гипотезы о том, что эксперты являются достаточно точными измерителями, и выявления возможных группировок в экспертной группе. Оценка согласованности мнений экспертов производится путем вычисления количественной меры, характеризующей степень близости индивидуальных мнений. Анализ значений меры согласованности способствует выработке правильного суждения об общем уровне знаний по решаемой проблеме и выявлению группировок мнений экспертов, обусловленных различием взглядов, концепций, существованием научных школ, характером профессиональной деятельности и т.п. [10].
Задача построения обобщенной оценки объектов по индивидуальным оценкам экспертов возникает при групповом экспертном оценивании. Если эксперты производили оценку объектов в количественной шкале, то задача построения групповой оценки заключается в определении среднего значения или медианы оценки. При измерении в порядковой шкале методом ранжирования, парного сравнения или непосредственной оценки целью обработки индивидуальных оценок экспертов является построение обобщенного упорядочения объектов на основе осреднения оценок экспертов.
Метод непосредственной оценки используется в случаях, когда обеспечивается четкое различие между альтернативами и (или) альтернативы поддаются непосредственному измерению, так как имеют одинаковую природу. Диапазон изменения какой-либо качественной переменной разбивается на несколько интервалов, каждому из которых присваивается определенная оценка (балл). Задача эксперта заключается в помещении каждой из рассматриваемых альтернатив в определенный оценочный интервал, в соответствии со степенью обладания тем или иным свойством либо в соответствии с предположениями эксперта об их значимости.
Метод ранжирования заключается в том, что эксперт располагает альтернативы в порядке, который представляется ему наиболее рациональным, и приписывает каждой из них числа натурального ряда - ранги. При этом ранг 1 получает наиболее предпочтительная альтернатива, а ранг N - наименее предпочтительная. Следовательно, порядковая шкала, получаемая в результате ранжирования, должна удовлетворять условию равенства числа рангов N числу ранжируемых альтернатив n . Эксперт может присваивать один и тот же ранг нескольким альтернативам, и в результате число рангов N оказывается не равным числу ранжируемых альтернатив n . В таких случаях альтернативам приписывают "стандартизованные" ранги. С этой целью общее число стандартизованных рангов полагают равным n , а альтернативам, имеющим одинаковые ранги, присваивают стандартизованный ранг, значение которого представляет среднее суммы мест, поделенных между собой альтернативами с одинаковыми рангами.
Парное сравнение производится, когда число альтернатив велико, и в тех случаях, когда различия между альтернативами настолько малы, что непосредственная оценка или ранжирование не обеспечивают их разумного упорядочения. Таким образом, метод парных сравнений имеет некоторое преимущество перед другими методами упорядочения в случаях, когда альтернатив много и (или) они трудно различимы. В методе парных сравнений альтернативы сопоставляются попарно экспертом (экспертами), а затем выбирается одна из них наиболее важная. В этом случае эксперт предпочитает данную альтернативу, хотя выбор не обязательно будет выражать его предпочтение. В общем случае эксперт может установить равенство альтернатив или зафиксировать свои предпочтения на некоторой шкале. За основу берут результаты ранговой оценки альтернатив. Основной элементарный акт - сравнение двух альтернатив A и B одним экспертом - можно распространить на случай, когда несколько экспертов рассматривают более чем две альтернативы [12].
Обработкой результатов экспертного оценивания можно определять зависимости между суждениями различных экспертов. Выявление этих зависимостей позволяет устанавливать степень близости во мнениях экспертов.
Оценка согласованности суждений экспертов основывается на использовании понятия компактности, наглядное представление о котором дает геометрическая интерпретация результатов экспертизы. Оценка каждого эксперта представляется как точка в некотором пространстве, в котором имеется понятие расстояния. Если точки, характеризующие оценки всех экспертов, расположены на небольшом расстоянии друг от друга, т.е. образуют компактную группу, то, очевидно, можно это интерпретировать как хорошую согласованность мнений экспертов. Если же точки в пространстве разбросаны на значительные расстояния, то согласованность мнений экспертов невысокая. Возможно, что точки - оценки экспертов - расположены в пространстве так, что образуют две или несколько компактных групп. Это означает, что в экспертной группе существуют две или несколько существенно отличающихся точек зрения на оценку объектов.
Определение относительных весов объектов требуется, когда необходимо определить, насколько тот или иной фактор (объект) важен с точки зрения какого-либо критерия. Определение его веса позволяет сделать качественные выводы о важности того или иного фактора.
Обработка результатов экспертизы вручную связана с большими трудовыми затратами (даже в случае решения простых задач упорядочения), поэтому ее целесообразно проводить на базе вычислительной техники. Применение ЭВМ выдвигает проблему разработки машинных программ, реализующих алгоритмы обработки результатов экспертного оценивания. При организации обработки результатов опроса следует тщательно проанализировать трудоемкости решения задач с учетом разработки математического обеспечения для ЭВМ [10].
2. Предметная область автоматизации и постановка задачи
2.1 Предметная область автоматизации
Предметной областью данной работы является выполнение лабораторных работ по методам экспертных оценок. В ходе выполнения лабораторных работ студентом происходит проверка и закрепление его знаний по таким темам: «Метод ранжирования», «Метод парного сравнения». Проверку выполнения работ осуществляет преподаватель на основе отчетов оформленных студентом на основании выполненных работ.
Преподаватель осуществляет подготовку, проведение и проверку выполнения работ студентами. Материалы для работ предоставляются в печатном виде преподавателем каждому студенту. Выполнение лабораторных заданий производится на ПК в табличном редакторе MS Excel. В ходе лабораторной работы студент использует уже имеющиеся у него знания по теме, а также пользуется данными из раздаточных материалов. По завершении работы студент оформляет отчет по лабораторной работе и сдает его на проверку преподавателю. После проверки отчета студент устно отвечает на контрольные вопросы. Оценка ставится преподавателем и зависит от правильности оформления отчета и ответов студента на контрольные вопросы. Документами, описывающими предметную область, являются список студентов и титульный лист лабораторной работы.
Группа_________
№ п.п. Фамилия Имя Отчество
Рисунок 2.1 - Список студентов
Список студентов содержит информацию о группе в которой состоит студент, порядковом номере, фамилии, имени, отчестве студента.
Титульный лист представляет собой документ вида, представленный на рисунке 2.2. Он содержит: номер лабораторной работы, ее название, имя выполнившего работу студента, номер группы, оценка и дата сдачи.
Лабораторная работа № __
«_________________» название
Выполнил: студент ______
Группа: ______
Оценка: ____
Дата сдачи: «____»_________
20__г.
Рисунок 2.2 - Титульный лист отчета по лабораторной работе.
2.2 Постановка задачи
Целью данной работы является автоматизация выполнения лабораторных работ по методам экспертных оценок, т.е. объединение всех процессов выполнения работ в одну систему.
На основе изученной предметной области разработана функциональная структура комплекса, которая представлена на рисунке 2.3, на следующей странице.
Программный комплекс состоит из следующих блоков: модуль авторизации, модуль студента и модуль преподавателя, соответственно комплекс предоставляет возможность раздельного входа для студента и преподавателя.
Рисунок 2.3 - Функциональная структура программного комплекса
Модуль студента включает в себя подмодули выполнения лабораторных работ и информационный модуль.
Программный комплекс включает две лабораторные работы. Модули лабораторных работ позволяют выполнять лабораторные работы по методам обработки экспертной информации и проходить тестирование по каждой из работ и генерировать отчеты по работам. Информационный модуль предоставляет возможность студенту редактировать личную информацию и просматривать выполнение лабораторных работ и полученные оценки.
Модуль преподавателя включает в себя подмодули оценивания, информационный и административный модули.
Для модуля оценивания характерны такие функции как установка критериев оценки и непосредственно оценивание работ. Функции информационного модуля идентичны функциям информационного модуля студента.
Административный модуль используется для назначения вариантов лабораторных работ.
2.3 Требования к разрабатываемому программному комплексу
Требования к программному комплексу можно разделить на несколько групп: требования к комплексу в целом, к функциям комплекса, к видам обеспечения.
2.3.1 Требования к программному комплексу в целом
К общим можно отнести следующие требования: простой и понятный интерфейс, быстрая обработка данных, надежность, возможность изменять и добавлять варианты заданий, наличие главного меню, теоретической справки, руководства студента и преподавателя.
2.3.2 Требования к функциям программного комплекса
Комплекс должен предоставлять студентам следующие функции: выполнение лабораторных работ по методам обработки экспертной информации; прохождение тестирования по каждой из работ; генерировать отчеты по выполненным лабораторным работам; возможность редактировать личную информацию; возможность просматривать полученные оценки.
Для преподавателя требуются следующие функции: оценивание работ, возможность получать различные сведения по выполненным лабораторным работам; назначение вариантов лабораторных работ.
2.3.3 Требования к видам обеспечения
Далее сформулированы требования к видам обеспечения. Для функционирования комплекса необходим ПК с минимальными системными требованиями: процессор с тактовой частотой от 2000 MHZ; ОЗУ - 2 Gb; мышь и клавиатура, ОС Windows XP SP3 и позднее, не менее 150 мегабайт на жестком диске. Необходимым ПО являются: СУБД INTERBASE, Microsoft Excel.
3. Проектирование программного комплекса лабораторных работ
3.1 Функционально-ориентированное проектирование комплекса
Процесс моделирования процессов может быть реализован в рамках различных методик, отличающихся, прежде всего своим подходом к тому, что непосредственно представляет собой процесс. Методы моделирования делятся на объектные и функциональные (структурные).
Наиболее известной из функциональных методик является методика IDEF, рассматривающая моделируемый процесс как набор функций, преобразующий поступающий поток информации в выходной поток. Процесс преобразования информации потребляет определенные ресурсы. Основное отличие от объектной методики заключается в четком отделении функций (методов обработки данных) от самих данных [13].
3.1.1 Построение диаграммы IDEF0
Разработка диаграммы IDEF0 включает в себя построение контекстной диаграммы и последующая ее декомпозиция.
Контекстная диаграмма является вершиной древовидной структуры диаграмм и представляет собой самое общее описание системы и ее взаимодействия с внешней средой. После описания системы в целом проводится разбиение ее на крупные фрагменты. Этот процесс называется функциональной декомпозицией, а диаграммы, которые описывают каждый фрагмент и взаимодействие фрагментов, называются диаграммами декомпозиции. После декомпозиции контекстной диаграммы проводится декомпозиция каждого большого фрагмента системы на более мелкие и так далее, до достижения нужного уровня подробности описания.
Рисунок 3.1 - Контекстная диаграмма
В таблице 3.1, представлено описание стрелок контекстной диаграммы.
Таблица 3.1 - Стрелки контекстной диаграммы
Наименование стрелки Описание Тип
Преподаватель Пользователь, осуществляющий контроль за выполнением лабораторных работ и осуществляющий оценивание Input
Студент Пользователь системы, выполняющий лабораторные работы Input
Методы оценивания Определяют оценки за выполненные работы Control
Методы экспертной обработки информации Контролируют правильность выполнения лабораторных работ Control
Программный комплекс Обеспечивает взаимодействие всех элементов системы Mechanism
Оценки Являются качественным результатом выполнения оценки студентом Output
Статистика Предоставляет обработанную информацию по выполненным студентами работам Output
Отчеты по лабораторным работам Отчеты содержащие в себе результаты выполненных лабораторных работ - матрицы рангов, диаграммы предпочтений и т.д. Output
Целью метода построения диаграммы IDEF0 является построение функциональной схемы исследуемой системы, описывающей все необходимые процессы с точностью, достаточной для однозначного моделирования деятельности системы.
Представленная на рисунке 3.2 диаграмма является декомпозиция первого уровня, т.е. декомпозицией контекстной диаграммы.
Декомпозируем блок «Выполнение практикума и отслеживание выполнения». Данная декомпозиция является декомпозицией второго уровня. Она представлена на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 - Декомпозиция блока «Выполнение практикума и отслеживание выполнения »
Основные элементы модели IDEF0 представлены в таблице 3.2
Таблица 3.2 - Основные элементы модели IDEF0
Название проекта: Проектирование программного комплекса лабораторных работ по методам обработки экспертной информации
Цель проекта: Реализация структурной функциональной модели программного комплекса
Технология моделирования: метод функционального моделирования IDEF0
Инструментарий: программный продукт BP Win 4.0
Список данных Перечень функций
Преподаватель Студент Методы оценивания Методы обработки экспертной информации Оценки Статистика Отчеты по лабораторным работам Программный комплекс А0. Проектирование программного комплекса лабораторных работ по методам обработки экспертной информации
Преподаватель Студент Методы оценивания Методы обработки экспертной информации Оценки Статистика Отчеты по лабораторным работам Программный комплекс Открыть форму отслеживания Открыть форму выполнения Собранные данные Обработанные данные А1. Вход преподавателя А2. Вход и регистрация студента А3. Выполнения практикума и отслеживание выполнения А4. Работа с данными
Методы обработки экспертной информации Отчеты по лабораторным работам Программный комплекс Открыть форму отслеживания Открыть форму выполнения Собранные данные Обработанные данные Выбранная работа Выполненные задания А31.Выбор лабораторной работы А32. Выполнение студентом лабораторной работы А33. Отслеживание выполнения
Описание задач, которые решают функциональные блоки, представлено в таблице 3.3.
Таблица 3.3 - Описание функциональных блоков IDEF0
Наименование блока Описание решаемых задач
А1. Вход преподавателя На данном этапе осуществляется вход преподавателя в систему
А2. Вход и регистрация студента Осуществляется авторизация студента и регистрация по необходимости
А3. Выполнения практикума и отслеживание выполнения Выполнение студентом лабораторного практикума
А4. Работа с данными На данном этапе собираются данные по каждому студенту и происходит их последующая обработка.
А31.Выбор лабораторной работы Студент выбирает работу
А32. Выполнение студентом лабораторной работы Выполнение студентом конкретной работы
А33. Отслеживание выполнения Просмотр результатов выполненной работы студентов
3.1.2 Построение диаграммы IDEF3
Стандарт IDEF0, который был рассмотрен ранее, предназначен для описания процессов верхнего уровня. Для описания временной последовательности и алгоритмов выполнения работ стандарт IDEF0 не подходит. Для таких целей используется стандарт IDEF3.
Стандарт IDEF3 предназначен для описания бизнес-процессов нижнего уровня и содержит объекты - логические операторы, с помощью которых показывают альтернативы и места принятия решений в процессе, а также объекты - стрелки с помощью которых показывают временную последовательность работ в бизнес-процессе [14].
С помощью диаграмм IDEF3 опишем подробно такие блоки схемы IDEF0, как «Выбор лабораторной работы» и «Выполнение студентом лабораторной работы».
Декомпозиция блока «Выбор лабораторной работы» представлена на рисунке 3.4.
Описание основных элементов этих диаграмм представлено в таблице 3.4.
Декомпозиция блока «Выполнение студентом лабораторной работы» представлена ниже на рисунке 3.5. Описание функциональных блоков представлено в таблице 3.5.