Разработка компьютерной программы для обучения и развития детей младшего школьного возраста. ДИПЛОM Свиридов. Обучение в младших классах проходит в игровой форме
 Скачать 5.1 Mb.
|
|
Глава 1. Теоретическая часть 1.1Анализ предметной области Обучение детей в начальных классах происходит посредством обильно иллюстрированных книг, различных игр, и со слов преподавателя. Развивающие программы, которые создаются в наше время, не заменяют традиционной формы, но способны значительно повысить качество обучения в начальной школе. Наиболее весомыми причинами для дополнения сложившейся системы обучения младших классов компьютерными программами являются: Дополнение и углубление предметной области; Закрепление изученного материала; Контроль и проверка полученных знаний. Электронные образовательные программы для детей нашли широкое применение, они используются не только в образовательных учреждениях, но и некоторыми родителями, для развития успеваемости ребенка. При использовании программ такого рода контроль, за самим процессом получения знаний должен осуществляться только при изучении основных тем дисциплины. После овладения основами, ребенок сможет самостоятельно, изучать предлагаемый материал, выполнять проверочные работы, видеть свои ошибки и делать работу над ними. Персональный компьютер, на котором имеются данные обучающие среды, может стать чем-то вроде репетитора или просто хорошим помощником в изучении определенных дисциплин. Правильно организованная среда, в которой будет происходить обучение ребенка способна расширить его познания в данной области, что существенно повысит уровень успеваемости, и снизит количество ошибок совершаемых во время работы.[18,с.64] Обучающие программы для младшей школы способствуют развитию интереса детей к процессу обучения, что в свою очередь приведет к снижению времени донесения полной информации, повысит качество усвоения. Таким образом, разработка и создание такой программы является- актуальной задачей. При изучении предметной области были сформулированы требования, какими функциональными возможностями должно обладать программное средство: возможность быстрой и удобной навигации по приложению; возможность хранения различных типов данных: текст, звук, изображения и видео; возможность просмотра изображений; возможность прослушивания аудио файлов; возможность самопроверки и работы над ошибками. К технологическим преимуществам таких обучающих программ относятся: быстрота и легкость разработки; быстрота распространения. Внедрение развивающих программ в обучение дает положительные результаты, такие как: снижение затрат на проведение учебно-воспитательных мероприятий; повышение скорости и качества обучения; позволяет организовать быстроту и качество проверки знаний каждого ученика; открывает возможность для детей самостоятельно изучать предмет, и делать самопроверку.[30] Тем не менее, необходимо сказать о том что, работа ребенка с новыми темами или заданиями в обучающей программе, должна проходить под контролем педагога или родителей. Обучающие и развивающие программы для детей младшей школы, не смогут заменить основной системы обучения, они лишь дополняют ее, делая сам процесс более скоростным и эффективным. К основным недостаткам таких программ относятся: необходимость иметь компьютер и уметь работать на нем; сложность восприятия информации с экрана монитора при длительной работе; работа ребенка должна проходить под контролем (в большинстве случаев); 1.2 Определение класса ПО и общих методов для его разработки В настоящем мире к разрабатываемым программным средствам предъявляются высокие требования в таких планах как: качества; надежности; быстродействия; соответствия заявленным возможностям; полноте документации; возможности обновления и расширения. При создании ПО необходимо строго соблюдать заявленные требования.[27,с.10] Также стоит учитывать ряд специфических особенностей, которые могут встретиться при разработке ПО. Это такие особенности как: творческий подход к создаваемому программному средству – это значит, что разработчик сам определяет этапы разработки, а не придерживается какого либо установленного порядка; продукт разработки показывает совокупность текстов, смысл которых выражает процессы обработки данных и действия пользователей, запускающих данные процессы; эксплуатируя ПС, оно не растрачивается и не расходует применяемых средств. Начало создания программного средства начинается с концептуально описания будущего продукта. Концептуальное описание представляет описание свойства создаваемого ПО, то есть описание цели и требований которые необходимо удовлетворить с расчетом на потребности пользователя. Так же на этом этапе происходит определение функциональных возможностей, которыми стоит наделить программу в соответствии с существующими приоритетами. Решением этих задач занимается «менеджер по продукту». Жизненный цикл программного средства – период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания программного продукта и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.[23,с.83] Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии принят стандарт ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-2010 «Информационная технология. Системная и программная инженерия. Процессы жизненного цикла программных средств». Данный стандарт устанавливает терминологию, общую структуру процессов жизненного цикла программных средств. Стандарт определяет процессы, виды деятельности и задачи, которые используются при приобретении программного продукта или услуги, а также при поставке, разработке, применении по назначению, сопровождении и прекращении применения программных продуктов. Данный стандарт не предлагает конкретную модель жизненного цикла. Он является общим для любых моделей жизненного цикла. Описание структуры процессов жизненного цикла не конкретизируется. Жизненный цикл охватывает трудоемкий процесс разработки и эксплуатации программных средств. Для различных ПС, этот процесс может быть сформулирован по разному. Стандарт группирует те виды деятельности, которые выполняются в течении ЖЦ программных систем. Существует семь групп процессов, каждый из которых жизненного цикла, описывается в пределах этих групп в терминах цели и желаемых выходов, списков действий и задач, которые необходимо выполнять для достижения этих результатов. процессы соглашения; процессы организационного обеспечения проекта; процессы проекта; технические процессы; процессы реализации программных средств; процессы поддержки программных средств; процессы повторного применения программных средств Каждый процесс, включает ряд действий. Каждое действие включает ряд задач. Моделью жизненного цикла ПО является структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач на протяжении жизненного цикла. Модель жизненного цикла зависит от специфики, масштаба и сложности проекта и специфики условий, в которых система создается и функционирует. Модель ЖЦ ПО включает в себя: Стадии; Результаты выполнения работ на каждой стадии; Ключевые события — точки завершения работ и принятия решений. Стадия — часть процесса создания ПС, ограниченная определенными временными рамками и заканчивающаяся выпуском конкретного продукта, определяемого заданными для данной стадии требованиями. На каждой стадии могут выполняться несколько процессов, определенных в стандарте ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-2010, и наоборот, один и тот же процесс может выполняться на различных стадиях. Соотношение между процессами и стадиями также определяется используемой моделью жизненного цикла ПО. Персональный компьютер сегодня имеет большой функционал, и применяется практически во всех сферах деятельности человека таких как: работа, учеба, быт. Однако компьютер который только что сошел с конвеера, и не имеющий в своей памяти программ (ПО) не способен помочь пользователю в решении тех или иных задач. ПО – это совокупность программ для обработки информации и программных документов, для их использования. Программы в наше время значительно изменили свой вид по сравнение с более ранними их версиями, но самым главным преимуществом нынешних программ является «дружелюбие». ПО является неотъемлемой частью современного ПК. Практически любая современная программа делает общение человека с компьтером наглядным, простым и понятным. Использование мультимедиа позволяет обеспечить необходимую интерактивность для пользователя. Программные продукты имеют стоимось как и аппаратные составлющие ПК. В наши дни стоимость программных средств зачастую превышает стоимость технических устройств. Это связанно с высокой сложностью разработки современных программ. Программы можно классифицировать по различным признакам. Классификация ПО (по областям их применения) соответствует рисунку 1. Общее ПО (системное) – это совокупность программ главной целью которых является управление компонентами компьютерных систем. Программное обеспечение Общее (системное) Проблемное (прикладное) Рисунок 1 – классификация ПО Так же ПО этого типа решает следущие задачи: эффективное распределение ресурсов между процессами; управление вычислительными процессами; организация надежных вычислений. ПО такого типа сознанно для обеспечения работы других прогрмамм, и не способно решать конкретные практические задачи. Системное программное обеспечение соответствует рисунку 2. Общее ПО (системное) Операционные системы Системы программирования Программы контроля и диагностики Обслуживающие программы Рисунок 2 – классификация системного ПО Операционная система представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для организации взаимодействия ПК с пользователем, для эффективного распределения ресурсов вычислительных систем и обеспечение работы прикладного ПО. Системы программирования – это средства для создания новых программ по средствам использования определенного языка программирования. Обслуживающие программы – это программы предназначенны для реализации протокола взаимодействий центрального процессора с внешним устройством обмена данными и служебной информацией, обнаружением ошибок, сигнализация о готовности. Программы контроля и диагностики – программы, осуществляющие контроль и анализ информации о ПК, информируют пользователя о возникновении отклонений и предлагающие варианты их ликвидации. Прикладное ПО – такое программное обеспечение рассчитано на непосредственное взаимодействие с пользователем, предназначено для решения конкретных задач. Классификация прикладного ПО соответствует рисунку 3.[14,с.20] Прикладное ПО Пакеты частного применения ППП Рисунок 3 – классификация прикладного ПО Пакеты частного приименения – создаются для решения узкого круга задач и как правило используются на одном объекте. ППП – комплекс взаимо связанных программ предназначенных для выполнения определенных задач конкретной предметной области. Определяя класс ПО для создаваемого приложения необходимо учесть, что, данная программа предназначенна для детей младшего школьного возраста, поэтому: обучающая программа не должна обеспечивать управления компонентами компьтерных систем; обучающая программа должна выполнять четко поставленную задачу; обучающая программа предназначена для использования группой объектов с общими свойствами в отношении решаемой задачи. На основе выше изложенного можно сделать вывод что данная программа для детей младшего школьного возраста является прикладной программой и принадлежит к классу ППП. Существует три черты характерные ППП: наличие механизма настройки на параметры конкретного объекта применения; наличие готовых алгоритмических решений доводимых до конкретной машинной реализации; возможность дополнения его программами Классификация ППП (по облостям пременения) представленны на рисунке 4. Проблемно-ориентированные ППП - предназначены для решения определенных задач и ориентированы на потребности пользователя. Методо-ориентированные ППП – это пакеты в алгоритмической основе котрых используется экономико-математический метод предназначенный для решения поставленных задач. К таким пакетам относятся програмные средства, реализующие методы математического программирования, сетевого планирования, математической статистики и другие. ППП Проблемно ориентированные Методо- ориентированные Общего назначения ППП личного пользования Процедурные ППП ППП системного плана Инструментальные средства программирования ППП табличные процессоры Сервисные ППП СУБД Рисунок 4 – классификация ППП ППП общего назначения – универсальные програмные продукты, главной целью которых является автоматизация разработки и использования функциональных задач пользователя и информационных сетей в целом. Обучающая и развивающая программа для дете й младшего школьного возраста относится к проблемно ориентированному ППП, так как расчитанна на тесное взаимодействие с пользователем (учеником), а ее главной задачей является обучение и контроль за усвоением материала. В процессе изучения предметной области были сформулированны требования к создаваемому приложению. Программа должна иметь: полный систематезированный материал по данной теме; качественные задания для проверки знаний; простой и понятный интерфейс; удобную навигацию по материалу и заданиям; красочное оформление; В связи с представленными требованиями важно правильно выбрать среду в которой будет создаваться ПС. Среда должна обеспечить создание качественного и дружелюбного интерфейса в кратчайший срок. Для этих целей можно использовать различные инструментальные средства: Delphi, С++Bilder, VisualBasic. 1.3 Выбор средств разработки Приступая к созданию проекта, необходимо определить средства посредством которых будет создано ПО полностью удовлетворяющее теме выбранной в рамках дипломного проектирования. Так же для создания качественного ПО необходимо проанализировать часто встречающиеся проблемы и принять меры по их устранению. Встречаются проблемы связанные с качеством самого продукта, с его безопасностью или с высокой длительностью разработки. Для решения задач данной разработки целесообразно использованть технологию RAD. RAD – технология быстрой разработки приложений. Основными положительными моментами использования данной технологии являются: создание приложений в относительно короткий промежуток времени; создание приложений, соответствующих высоким требованием к качеству и функционалу; низкая стоимость. Технология RAD тесно связанна с визуальным программированием, что позволяет определить требования к ПО на начальных стадиях его создания. Это в свою очередь снижает вероятность внесения изменений заказчиком на позней сдадии разработки.[29] Для создания приложения была выбрана среда Borland Delphi 7. В первую очередь это связанно с тем, что язык Delphi информативен, удобен для чтения и понимания. Так же на выбор данной среды повлияли и другие ее достоинства, такие как: быстрота разработки приложения; низкие требования к ресурсам компьютера; высокая производительность разработанного приложения. В обучающем приложении большое внимание должно быть уделено графической составляющей интерфейса. Borland Delphi 7 является визуальной средой, и обеспечивает возможность создания качественного интерфейса по средствам наличия большого количества визуальных компонентов. Delphi реализован как простой и удобный язык с сочетанием мощи и гибкости, но при этом является очень надежным и функциональным языком.[13,с.10] В среде реализована возможность работы с файлами, этот факт также оказал влияние на выбор данной среды как инструмента для разработки обучающе-развивающего ресурса приложения. Файл представляет собой именованную область внешней памяти, в которую можно записывать или из которой можно считывать данные. Различают три вида файлов, классификация файлов соответствует рисунку 5. Файл Файл из элементов определенного типа (типизированные файлы) Файл из элементов, тип которых не указан (не типизированный файл) Текстовый файл, т.е. элементами являются текстовые строки Рисунок 5 – типы файлов Разработка программного интерфейса для обучающего приложения в Borland Delphi 7, не потребует много времени и средств. Существует два подхода к разработке ПИ. Какой бы из двух подходов не применялся, набор применяемых действий для создания ПИ практически не отличается. Различия состоят лишь в том, что отдельные действия выделяются в этапы. 1. Подход – от задачи: Анализ требований предметной области. Во-первых, происходит анализ потребностей пользователя, следом разработка целей и формулировка задачи. Выбор методов реализации задачи. Формирование задания разработки. Внешнее проектирование ПИ . Внутреннее проектирование. Определение структуры программного комплекса. Кодирование текстов программы и параллельная подготовка программной документации. Автономная отладка, отладка модулей, их связей. Комплексирование компонентов и комплексная отладка. Испытание. Проверка работоспособности изделия в условиях эксплуатации. 2. Подход стандартный ЕСПД. Технического задания, включает в себя этапы: сбор сведений; анализ данных обследования, подготовка ТЭО; техническое задание. Проектирование эскиза ПИ. Эскизный проект необходим для согласования между разработчиком и заказчиком основных технологических элементов. Техническое проектирование. Объединение материалов внешнего и внутреннего проектирования, которые будут доводиться до машинной реализации. Рабочее проектирование: подготовка текста программ; отладка; подготовка документации. Испытания в реальных условиях. Ключевым понятием процесса разработки ПИ является работа. Как правило, при планировании процесса разработки не доходят до уровня программных операторов, операций. Работа – совокупность действий, выполняемых одним или несколькими исполнителями с целью получения конкретного контролируемого результата. [24,с.21] Глава 2. Практическая часть Разработка ПО Для разработки обучающей программы для детей младшего школьного возраста была выбрана среда Borland Delphi 7. Язык Delphi первоначально носил название Object Pascal - императивный, структурированный, объектно-ориентированный язык программирования со строгой статической типизацией переменных. Основная область использования — написание прикладного программного обеспечения.[26,с.56] Delphi является визуальной средой программирования. Она дает возможность спроектировать интерфейсную часть на начальных стадиях разработки программного обеспечения, это возможно за счет наличия широкого спектра визуальных компонентов, но для корректной программы только визуальных компонентов не достаточно. Все компоненты в Delphi делятся на два вида: визуальные и не визуальные. Визуальные компоненты представляют собой базовые элементы интерфейса, к таким компонентам относятся всевозможные кнопки, метки, блоки, строки редакторов и другие. На стадиях проектирования программы выглядят одинаково. Для того что бы добавить в программу дополнительные возможности используют различные меню, компоненты для организации доступа к данным. Для этих целей необходимо использовать невизуальные компоненты. Основное их отличие от визуальных компонентов состоит в том, что при работе программы они не отображаются. Некоторые невизуальные компоненты способны отображать на экране информацию. При создании приложения были использованы следующие компоненты: Визуальные: Image – представляет собой некоторою ограниченную область, предназначенную для отображения графических изображений на форме; Button – это стандартная командная кнопка, она используется для обработки команд в программе при помощи обработчика события OnClick. BitBtn – является потомком класса Button стандартной кнопки, но главным ее отличием от button является то что на BitBtn своей поверхности способно отображать не только надписи но и изображения. Label – компонент предназначен для отображения статичного текста, надписей и меток на форме. Panel – представляет собой панель на поверхности которой можно компоновать различные объекты интерфейса. Memo – многострочный текстовый редактор позволяет вводить текст с клавиатуры, а также загружать из файла, редактировать и сохранять в файл текстового формата. Edit – однострочное текстовое поле типа string предназначенное для ввода данных пользователем. MediaPlayer – универсальный проигрыватель для аудио и видео информации. Не визуальные: Timer – предназначен для установки задержек между определенными действиями. MainMenu – предназначен для добавления к программе главного меню XPManifest – служит для улучшения качества отображения кнопок, делает их такими как и в текущей версии Windows. [19,с.231] В созданном программном обеспечении главной формой является Form1-«Обучение». Вид главной формы соответствует рисунку 6.  Рисунок 6 – основная форма Объект TForm является базовым компонентом, своеобразным контейнером для размещения других объектов. За вид рамки формы отвечает свойство BorderStyle. Это свойство имеет шесть значений, в которые может быть установлено: bsDialog - диалоговое окно, которое используется, когда программа требует ответа для продолжения выполнения программы или для вывода информации; bsNone -окно без рамки и заголовка, может быть полезным в программах сохранения экрана или заставках; bsSingle – форма, размеры которой нельзя изменять во время работы; bsSizeable - обычное окно с изменяемыми размерами; bsSizeToolWin - упрощённое окно с уменьшенным заголовком; bsToolWindow - упрощённое окно с уменьшенным заголовком без возможности изменения размеров. [32] По умолчанию это свойство установлено как bsSizebel. Для разрабатываемой программы свойство было установлено в значение bsToolWindow для запрета изменения размера формы и скрытия пиктограмм сворачивания. Для более комфортной работы с приложением необходимо правильно подобрать место размещения форм на экране. За размещение форм на рабочем столе отвечает свойство Position, оно имеет восемь значений: poDefault - Windows автоматически определяет начальную позицию и размеры формы; poDefaultPosOnly - Windows определяет начальную позицию формы, ее размеры не изменяются; poDefaultSizeOnly - Windows определяет начальные ширину и высоту формы и помещает форму в позицию, определенную при разработке; poDesigned - форма появится в том месте, где она находилась при проектировании; poDesktopCenter - форма появится в центре рабочего стола; poMainFormCenter - появится в центре главного окна приложения; poOwnerFormCenter - в центре вызывающего окна; poScreenCenter - форма появится в центре экрана. [31] Данное свойство Position по умолчанию установлено poDesigned. Свойство было изменено на poDesktopCenter для вывода окно программы по центру экрана. Вид инспектора объектов в процессе проектирования соответствует рисунку 7.  |