Проектирование электронного курса Введение в визуальное моделирование на языке UML на базе LMS Moodle. Реферат выпускная квалификационная работа по теме Проектирование электронного курса Введение в визуальное моделирование на языке uml
 Скачать 2.44 Mb.
|
|
РЕФЕРАТ Выпускная квалификационная работа по теме «Проектирование электронного курса «Введение в визуальное моделирование на языке UML» на базе LMS Moodle» содержит 58 страниц текста, 28 использованных источников. ЭЛЕКТРОННОЕ ОБУЧЕНИЕ, UML, UML-ДИАГРАММЫ, ВИЗУАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ КУРСОВ, ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРАКТИКУМ. Цель работы – реализация открытого электронного практикума по языку визуального моделирования UML на базе современных концепций, образовательных технологий и средств электронного обучения. Главной задачей является направленность курса на саморазвитие у студентов навыков моделирования и грамотного использования средств визуализации при проектировании информационных систем. Внедрение курса в учебный процесс института математики и фундаментальной информатики СФУ позволяет устранить дефицит соответствующих дисциплин в учебном плане по направлениям подготовки: «Прикладная математика и информатика» (01.03.02) и «Математика и компьютерные науки» (02.03.01). В результате работы был создан открытый электронный практикум и разработано соответствующее наполнение. СОДЕРЖАНИЕ Введение ....................................................................................................................... 3 1 Исследование предметной области в контексте моделирования и электронного обучения .......................................................................................... 8 1.1 Электронное обучение ...................................................................................... 8 1.2 Этапы проектирования электронных образовательных курсов ................. 12 1.3 Роль визуального моделирования в профессиональном становлении выпускников вуза ................................................................................................... 15 1.4 Краткое описание UML .................................................................................. 17 2 Разработка электронного курса «Введение в визуальное моделирование на языке UML» на базе LMS Moodle ...................................................................... 23 2.1 Основные возможности системы Moodle ..................................................... 23 2.2 Концептуальная модель курса ....................................................................... 26 2.3 Структура курса .............................................................................................. 29 2.4 Примеры реализации элементов курса ......................................................... 35 2.5 Анализ некоторых программ для создания UML-диаграмм ...................... 38 2.6 Результаты использования курса .................................................................. 43 Заключение ................................................................................................................ 53 Список использованных источников ...................................................................... 55 3 ВВЕДЕНИЕ Актуальность данной работы обусловлена реализацией приоритетных направлений развития всех уровней образования, детерминированных законом об образовании и совокупностью Федеральных государственных образовательных стандартов [18], предполагающих интеграцию электронных ресурсов в традиционный процесс обучения, согласно статьям 13, 20 [19, с. 19; 19, с. 25]. Активному внедрению электронного обучения (e-learning) в образовательный процесс способствовало распространение Интернета. В настоящее время ресурсы Интернета стали общедоступными, что в свою очередь привело к повсеместному использованию электронного обучения. Электронное обучение (ЭО) – это система обучения, предполагающая использование информационно-коммуникационных технологий, а также мультимедийных материалов. Данная система позволяет решить проблемы дистанционного обучения и организации обычных аудиторных занятий. В том числе, система предоставляет возможность получения в любом месте и в любое время современных знаний и возможность получения высшего образования лицам с ограниченными возможностями [3]. Важной отличительной особенностью электронного обучения от традиционного является возможность выбора различных образовательных ресурсов исходя из индивидуальных особенностей и потребностей пользователя. Электронное образование помогает обучающимся приобрести навыки самостоятельной работы, повысить и сформировать информационную культуру, в том числе овладеть современными информационными технологиями для повышения эффективности своей деятельности. Разработчикам и тьюторам курсов электронное обучение дает возможность освоения и популяризации педагогических технологий, в том числе, возможность развития учебных веб-ресурсов [16]. 4 Несмотря на все достоинства, в России электронное обучение в чистом виде используется крайне редко, чаще можно встретить электронные ресурсы, интегрированные в традиционный процесс обучения. Такой тип обучения принято называть смешанным обучением. Новизна данной работы заключается в том, что открытый курс «Введение в визуальное моделирование на языке UML» не имеет аналогов в рамках Института математики и фундаментальной информатики Сибирского федерального университета. Данный вывод был сделан на основе анализа учебных планов направлений подготовки, реализуемых в Институте математики и фундаментальной информатики, таких как «Прикладная математика и информатика» (01.03.02) и «Математика и компьютерные науки» (02.03.01). В ходе анализа был выявлен недостаток соответствующих IT– дисциплин, относящихся к области программной инженерии, что, несомненно, сказывается на профессиональной квалификации выпускников. Согласно ФГОС 3+ [14] студенты направлений подготовки «Прикладная математика и информатика» и «Математика и компьютерные науки» должны обладать следующими профессиональными компетенциями: 1. Способность исследования и разработки математических моделей, алгоритмов, методов, программного обеспечения, инструментальных средств по тематике проводимых научно-исследовательских проектов; 2. Способность использования математических методов моделирования информационных и имитационных моделей по тематике выполняемых научно-исследовательских прикладных задач или опытно- конструкторских работ; 3. Способность использования методов математического и алгоритмического моделирования при анализе управленческих задач в научно-технической сфере, в экономике, бизнесе и гуманитарных областях знаний. 5 Из вышесказанного следует, что владение навыками моделирования играет важную роль в становлении будущих специалистов в области математики и информатики. Для бакалавров-математиков важно уметь квалифицированно представить результаты своей исследовательской и профессиональной деятельности в наглядном и понятном виде. Умение моделировать способствует формированию ясного представления о роли математических методов в преобразующей деятельности, соотношении реального и идеального, характере отражения математикой явлений окружающего мира. На основе проведенного анализа был сделан вывод о необходимости создания электронного курса «Введение в визуальное моделирование на языке UML» для изучения визуального моделирования и последующей интеграции разработанного курса с существующей в СФУ электронной системой обучения на базе Moodle. Разработанный курс является открытым и может быть использован в самостоятельной учебной работе студентов других направлений и вузов. Целью данной работы является разработка и реализация электронного практикума по UML на базе современных концепций, методик, образовательных технологий [3] и средств электронного обучения. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи: 1. Провести анализ предметной области. 2. Ознакомиться с основными возможностями системы управления обучением Moodle. 3. Изучить UML-моделирование. 4. Рассмотреть наиболее часто применяемые UML-диаграммы, с обращением внимания на их особенности. 5. Спроектировать концептуальную модель курса с использованием UML-диаграмм. 6 6. Изучить и протестировать программное обеспечение для создания UML-диаграмм. 7. Разработать лекции для последующего изучения участниками курса. 8. Создать тестовые задания для контроля знаний у участников курса. 9. Сформировать практические навыки использования UML-диаграмм у студентов с помощью предусмотренных заданий. 10. Провести апробацию разработанного курса. Главной характеристикой проектируемого курса является ориентирование на саморазвитие навыков моделирования у студентов и грамотное использование средств визуализации при проектировании информационных систем. Целевой аудиторией разрабатываемого электронного практикума будут студенты 1-2 курса в рамках изучения дисциплины «программирование» и выполнении заданий учебной практики по получению первичных профессиональных умений. Кроме того, курс будет полезен для студентов- старшекурсников при оформлении курсовых и бакалаврских работ для спецификации и документирования программных продуктов. Объектом нашего исследования является развитие навыков визуального моделирования у будущих бакалавров-математиков посредством электронного обучения. Предмет исследования – разработка электронного курса-практикума по UML на базе системы Moodle. При проведении исследовательской работы и оформлении выпускной квалификационной работы были использованы следующие общенаучные методы исследования: 1. Анализ; 2. Моделирование; 3. Обобщение; 4. Сравнение; 5. Изучение нормативно-правовой базы; 6. Систематизация материала. 7 Структура работы определена ее целью и задачами: введение, две главы, заключение, список использованных источников. В первой главе рассматриваются основы языка UML, дан обзор некоторых стандартов и систем электронного обучения. Обоснована роль визуального моделирования в профессиональном становлении выпускников вуза, представлены этапы проектирования электронных образовательных курсов. Во второй главе рассмотрены основные возможности системы Moodle, описано создание курса на базе этой системы и результаты использования курса. Заключение содержит в себе формулировку главных выводов. 8 1 Исследование предметной области в контексте моделирования и электронного обучения 1.1 Электронное обучение Согласно статье 16 Федерального закона «Об образовании в Российской Федерации» [19, с. 22]: «Под электронным обучением понимается организация образовательной деятельности с применением содержащейся в базах данных и используемой при реализации образовательных программ информации и обеспечивающих ее обработку информационных технологий, технических средств, а также информационно-телекоммуникационных сетей, обеспечивающих передачу по линиям связи указанной информации, взаимодействие обучающихся и педагогических работников». Электронное обучение является неотъемлемым компонентом технологии смешанного обучения. Данный вид обучения нормативно прописан в Законе «Об образовании в РФ» [19]. Согласно [20] смешанное обучение – это сочетание обучения в ходе личного общения (F2F – Face To Face) и программированного обучения (CAL – computer-assisted learning) в едином образовательном пространстве. Целью данной формы обучения является формирование у студентов навыков самостоятельного планирования и организации учебной деятельности, ориентируясь на конечный результат. Смешанный подход в обучении позволяет студентам учиться самостоятельно, отбирать и анализировать информацию и представлять результаты своей работы с помощью современных информационных технологий. Интеграция традиционных аудиторных занятий с электронными технологиями позволяет не просто дополнить традиционное обучение, но и сокращает время, которое студенты проводят в аудитории. Одной из современных форм ЭО с открытым доступом через Интернет является MOOC – Massive Open Online Courses – массовые открытые онлайн 9 курсы [12]. Характерно, что MOOC затрагивают не только образование, но и другие социальные сферы. Данная система подразумевает открытость бесплатных (или условно бесплатных курсов) по различным дисциплинам, с использованием всевозможных современных мультимедийных средств и предоставляет пользователям возможность обучения в лучших университетах мира (таких как Гарвардский университет, МГУ, МФТИ, и др.). В том числе, MOOC обеспечивают взаимодействие обучающихся с контентом, общение их с тьютором курса и друг с другом. На данный момент массовые открытые онлайн курсы стремительно набирают популярность, растёт количество поставщиков MOOC, количество вузов-участников проектов, увеличивается число электронных курсов и количество обучающихся. Существует несколько видов систем электронного обучения [15]: 1. Системы управления обучением (Learning Management Systems – LMS), 2. Системы управления контентом (Content Management Systems – CMS), 3. Системы управления учебным контентом (Learning Content Management Systems – LCMS). 4. Авторские программные продукты (Authoring Packages). Так как была поставлена задача интеграции проектируемого электронного курса в существующую в СФУ систему электронного обучения на базе Moodle, то нас в первую очередь интересует система управления обучением. LMS – это сетевая платформа, включающая следующие компоненты, представленные на рис. 1: 10 Рисунок 1 – Компоненты LMS Система LMS предоставляет персональные возможности студентам для более эффективного изучения нового или изложенного в аудитории учебного материала. Разработчику и тьютору курса система предоставляет необходимые инструменты для формирования учебного процесса, контроля прохождения материала, составления отчетов о результативности обучения и организации коммуникаций [13]. Для выбора наиболее подходящей LMS системы управления обучением, необходимо, чтобы система удовлетворяла требованиям организации ЭО [13]: 1. Функциональность; 2. Надежность; 3. Стоимость; 4. Поддержка систем дистанционного обучения (СДО); 5. Удобство использования; 11 6. Стабильность; 7. Система проверки знаний; 8. Модульность; 9. Наличие средств разработки контента; 10. Доступность. На сегодня, наиболее используемыми стандартами СДО являются [13]: 1. AICC – стандарт электронного обучения, первоначально используемый в области авиации, но со временем получивший широкое распространение. Стандарт AICC был построен на основе обмена текстовых файлов; 2. SCORM – стандарт, развиваемый группой ADL, считается одной из самых современных версий стандартов. Данный стандарт способен определять структуру учебных материалов и интерфейс среды выполнения, по этой причине учебные объекты могут быть использованы в различных системах электронного дистанционного образования. 3. IMS – стандарт, предназначенный для использования в высших учебных заведениях. Разработка стандарта IMS ведется с 1997 года. IMS – описывает сетевую архитектуру, основным элементом которой является пакетная транспортная сеть, поддерживающая все технологии доступа и обеспечивающая реализацию большого числа инфокоммуникационных услуг. На данный момент, стандарт позиционируется как формат обмена данными между образовательными организациями. Одной из популярных систем управления обучением является Moodle [25]. Данная система направлена на автоматизацию взаимодействия между преподавателем и обучающимися, система обеспечивает возможность очного обучения и организацию дистанционных курсов. Разработка Moodle началась при поиске замены системе WebCT еще в 1999 году в Австралии Мартином Дугиамасом. Хотя ранние прототипы 12 системы Moodle не привлекли особого внимания, но последующие разработанные версии получили широкую известность у пользователей и активно используются в российском образовании. Удобство Moodle заключается в том, что данная система поддерживается основными операционными системами, имеется подробная документация, к тому же, система имеет открытый код и огромный выбор надстроек. Данная система переведена на более чем сто языков. Moodle отвечает стандартам SCORM, AICC, IMS, LTI. Проект был задуман для распространения конструктивистского подхода в обучении, ключевая идея которого заключается в том, что знания нельзя передать в готовом виде. Можно лишь создать педагогические условия для успешного самоконструирования и самовозрастания знаний учащихся [2]. 1.2 Этапы проектирования электронных образовательных курсов Рост информационной культуры и потребность в учебных материалах нового поколения стимулировали пользователей к разработке электронных образовательных курсов (ЭОК). Данный факт привел к появлению ряда технологических требований, направленных на достижение эффективных образовательных результатов. В проектировании ЭОК можно выделить следующие основные направления деятельности [2]: 1. Идентификация проблемы. На этом этапе происходит определение ролей участников процесса, целей и использующихся ресурсов, а также состав рабочей группы. 2. Концептуализация, предполагающая определение содержания, целей и задач изучения учебной дисциплины. 3. Формализация, предусматривающая анализ дидактических задач, которые должны решаться с помощью ЭОК. Этот этап ориентирован на изучение возможных сценариев представления обучающимся 13 дидактических материалов, принципов оценивания и обратной связи, а затем построения алгоритмов, по которым будет проходить взаимодействие обучающихся с ЭОК. 4. Реализация. Реализация проекта подразумевает перевод формализованных методов решения дидактических задач в окончательную схему сценария действий ЭОК; 5. Тестирование. На данном этапе участникам курса предлагаются задачи, которые с наибольшей вероятностью способны проверить работоспособность ЭОК и выявить его слабости. Проектирование может вестись с учетом оптимизации ряда параметров ЭОК: это может быть и минимизация затрат на его создание, и повышение качества обучения, и расширение доступности учебных материалов, и т. п. Рассмотрим еще несколько различных подходов к проектированию. Согласно В.С. Безруковой, процесс проектирования включает несколько этапов, среди которых можно выделить [4, с. 117]: 1. Моделирование: разработка целей (общей идеи) создания педагогических систем, процессов или ситуаций и основных путей их достижения. 2. Проектирование: дальнейшая разработка созданной модели и доведение ее до уровня практического использования. 3. Конструирование: дальнейшая детализация созданного проекта, приближающая его для использования в конкретных условиях реальными участниками учебно-воспитательного процесса. И.А. Колесникова рассматривает следующие этапы проектирования [11]: 1. Предпроектный (стартовый) этап: исследование, проблематизация, концептуализация, целеполагание, ценностно-смысловое самоопределение, форматирование проекта. 2. Реализация проекта: уточнение цели, функций, задач, пошаговое выполнение проектных действий, коррекция, получение и внутренняя 14 оценка проекта, презентация результатов работы и их внешняя экспертиза. 3. Рефлексивный этап (оценка хода и результатов проекта, системы отношений внутри проекта, осмысление перспектив использования проектного продукта). 4. Постпроектный этап (апробация, распространение результатов и продуктов проектной деятельности, выбор вариантов продолжения проекта, объединение своего проекта с другими и т.д.). Рассмотрим понятие жизненного цикла ЭОК. Под жизненным циклом проекта подразумевается последовательность этапов по реализации той или иной идеи. Жизненный цикл ЭОК может быть представлен в виде каскадной модели, включающей пять основных этапов [9]: стратегическое планирование, проектирование, реализация, тестирование, эксплуатация и сопровождение (рис. 2). Рисунок 2 – Жизненный цикл электронного учебного курса На этапе стратегического планирования определяется цель, назначение и составляется план разработки курса. Этап проектирования предусматривает разработку структуры курса и сценариев работы с ним. Реализация включает формирование объектов обучения в соответствии со структурой курса и 15 выбранными технологиями. На этапе тестирования проверяется правильность работы ЭОК, исправляются обнаруженные ошибки и неточности. Эксплуатация предусматривает использование разработанного ЭОК в учебном процессе, а сопровождение – поддержание курса в рабочем состоянии, исправление выявленных недостатков и при необходимости модернизацию курса. |