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.
|
|
1.3 Роль визуального моделирования в профессиональном становлении выпускников вуза На современном этапе развития общества совершенствование многих видов деятельности неразрывно связано с формализацией знаний, одним из ключевых моментов которой является моделирование изучаемых явлений и объектов. Применение метода моделирования позволяет показать универсальность математических уравнений и алгоритмов, дает возможность унифицировать описания разнообразных по своей природе процессов. При использовании моделирования студенты учатся выделять структуру и существенные связи изучаемых явлений. В том числе, происходит формирование умений использования моделирования для построения общих схем действий в процессе изучения сложных абстрактных понятий. Модель подразумевает под собой некий образ системы, в который входит как абстрактное представление системы, так и детальный план [8]. Адекватная модель содержит только те компоненты, которые способны существенно повлиять на поведение системы. Для всестороннего описания системы с разных точек зрения разрабатываемую систему представляют с помощью различных моделей. Модель может быть двух типов: структурная или поведенческая. Структурная модель фокусируется на организации системы, а поведенческая модель отражает динамику состояний системы. Построение моделей производится для того, чтобы лучше представлять и понимать рассматриваемую систему. Моделирование позволяет решить четыре различные задачи [8]: 16 1. Визуализировать систему в ее текущем или желательном для нас состоянии. 2. Описать структуру или поведение системы. 3. Получить шаблон, позволяющий сконструировать систему. 4. Документировать принимаемые решения, используя полученные модели. При разработке сложных систем, мы сталкиваемся с проблемой представления данной системы как единого целого. Эту проблему способно решить моделирование. В процессе моделирования мы разбиваем сложную задачу на более простые, с акцентом на каком-либо одном аспекте системы, тем самым, упрощая процесс восприятия информации человеком. От простоты поставленной задачи зависит, будет ли использоваться формальное или неформальное моделирование при разработке. При рассмотрении простой задачи используется неформальное моделирование, т.е. модели создаются для однократного применения, визуализируя лишь часть системы. Выделим основные принципы моделирования [8]: 1. Разумный выбор модели способен повлиять на дальнейший выбор подхода к разработке решения поставленной задачи. 2. Модель может быть представлена с различной степенью точности, в зависимости от поставленной задачи. 3. Близость модели к реальности, т.к. модель призвана упрощать реальность. При этом важно следить за тем, чтобы такое упрощение не повлекло за собой существенные ошибки. 4. При разработке какой-либо системы не стоит ограничиваться одной моделью. Лучше использовать совокупность почти независимых друг от друга моделей. Моделирование подразумевает процесс графического представления модели системы. Данный процесс называется визуальным моделированием. 17 Идея использовать визуальные модели в области программирования была высказана ещё Джоном фон Нейманом (J. von Neumann) в конце 40-х годов и по-прежнему остается актуальной. Визуальное моделирование – метод, который, согласно [10]: 1. Использует графовые модели для визуализации программного обеспечения (ПО). 2. Предлагает моделировать ПО с разных точек зрения. 3. Может применяться в разработке и эволюции ПО, а также в различных видах деятельности. Моделирование позволяет сократить время выполнения проекта, с полным соответствием первоначальным требованиям заказчика, а также позволяет разработчикам в полной мере представить план системы. При использовании системы в течение продолжительного времени, может возникнуть необходимость в дальнейшей ее разработке и усложнении, но при отсутствии модели могут возникнуть проблемы с усовершенствованием данной системы. Наиболее известным и используемым языком визуального моделирования на данный момент является UML (Unified Modeling Language – унифицированный язык моделирования) [17]. 1.4 Краткое описание UML Официальной датой начала работ по UML принято считать октябрь 1994 года, когда Д. Рамбо 1 перешел в компанию Rational (ныне Rational – одно из подразделений корпорации IBM). В настоящее время все вопросы разработки и сопровождения языка UML сконцентрированы в рамках консорциума OMG (Object Management Group) [28]. OMG был создан с целью разработки предложений по стандартизации объектных и компонентных технологий 1 Джеймс Рамбо (англ. James Rumbaugh) – американский учёный в области информатики и объектной методологии, наиболее известный по своей работе над созданием технологии объектного моделирования (OMT) и языка моделирования UML. 18 CORBA (Common Object Request Broker Architecture), язык UML приобрел статус второго стратегического направления в работе консорциума. В ноябре 1997 г. OMG объявил UML стандартным языком объектно-ориентированного моделирования и принял на себя обязанности по его последующему развитию. Существует консорциум партнеров UML (Digital Equipment Corp., HP, Intellicorp, IBM, ICON Computing, Microsoft, Oracle, Rational Software и другие), обеспечивающих уточнение нотации, усовершенствование и дополнение языка, и последующее сопровождение разработки инструментальных средств поддержки. Особое место занимает компания Rational Software Corporation [24], реализовавшая Rational Rose 98 – одно из первых инструментальных CASE- средств, в котором был поддержан язык UML. Статус языка UML определен, как открытый для всех предложений по доработке и усовершенствованию. Итак, UML – унифицированный язык моделирования (Unified Modeling Language) – это инструмент для разработки графических моделей программного обеспечения. Также UML используется для визуализации, спецификации, конструирования и документирования программных продуктов. UML не имеет ограничений и подходит для моделирования любых систем, а не только ПО. Данный язык позволяет представить систему со всевозможных точек зрения, способствуя разработке и последующему внедрению. Важно отметить богатство, выразительность и понятность UML. UML включает в себя обилие разнообразных средств, имеющих множество нюансов в использовании, но внушительные размеры их описания затрудняют изучение языка [19; 26]. По этой причине, язык не имеет широкого применения, ограничиваясь определенными областями. Описание формального искусственного языка, которым является UML, происходит подобно описанию языков программирования. Как правило, описываются такие его элементы, как: 1) синтаксис – определение правил составления конструкций языка; 19 2) семантика – определение правил придающих смысл конструкциям языка; 3) прагматика – определение правил использования конструкций языка для достижения поставленных целей. UML – это язык специфицирования. Понятие специфицирование подразумевает построение полных и точных моделей, определяя цели и функциональные возможности системы. Наличие единого унифицированного средства, такого как UML, помогает решить проблему общения между заказчиком и разработчиком, так как каждый из них определяет спецификации исходя из своего рода деятельности. UML – это язык конструирования. Хоть UML и не является визуальным языком программирования, но с его помощью можно строить модели программных систем, ассоциированные с различными языками программирования. По данным моделям возможна последующая генерация каркасного кода проектируемой системы (прямое проектирование), либо реверс-инжиниринг (обратное проектирование), т. е. создание UML-модели из существующего кода. Необходимо уточнить, что на данный момент получаемый таким способом код или модель далеки от идеала. По существу, набор UML-моделей является документацией будущей системы. Концептуальная модель языка UML включает в себя основные строительные блоки, правила их сочетания и общие механизмы [27]. Словарь языка UML содержит три блока: сущности, отношения и их объединение – диаграммы. В UML определено четыре типа сущностей [27]: 1. Структурные сущности (классы, интерфейсы, кооперации, прецеденты, компоненты, артефакты, узлы и т.д.). 2. Сущности поведения (взаимодействие, деятельность, автоматы). 3. Группирующие сущности (пакеты). 4. Аннотационные сущности (примечание). Основные типы отношений в UML [17]: 20 1) зависимость; 2) ассоциация; 3) обобщение. Существуют также их вариации: например, уточнение, трассировка, включение и расширение (для отношений зависимости). Далее рассмотрим каждое из отношений подробнее. Отношение зависимости. Указывает на то, что изменения независимой сущности каким-то образом влияют на зависимую сущность. Графически отношение зависимости изображается в виде пунктирной линии со стрелкой, направленной от зависимой сущности к независимой (рис. 3). Рисунок 3 – Отношение зависимости Ассоциация. Это наиболее часто используемый тип отношений между сущностями. Отношение ассоциации имеет место, если одна сущность непосредственно связана с другой (или другими сущностями, т.к. ассоциация может быть и не бинарной). Графически ассоциация изображается в виде сплошной линии со стрелкой, с различными дополнениями, соединяющей связанные сущности (рис. 4). Ассоциации можно присвоить имя. Обычно в названии ассоциации используется глагол или фраза с глаголом, отражающая смысл связи. Рисунок 4 – Отношение ассоциации 21 Агрегация – особая разновидность ассоциации, также известна как отношение типа «часть от» или «содержит». Изображается также, как ассоциация, но с ромбом на конце линии связи, означающим класс-агрегат (целое); иногда снабжена меткой и может содержать другие пометки, такие как мощность (рис. 5). Рисунок 5 – Отношение Агрегации Обобщение. Это отношение между двумя сущностями, одна из которых является частным случаем другой. Графически обобщение изображается в виде линии с треугольной незакрашенной стрелкой на конце, направленной от частного (подкласса) к общему (суперклассу) – рис. 6. Рисунок 6 – Отношение обобщения Каждый элемент нотации UML имеет уникальное графическое обозначение и спецификацию. Диаграмма в UML – это графическое представление набора элементов, изображаемое в виде связанного графа с вершинами (сущностями) и ребрами (отношениями), используемое для визуализации системы с разных точек зрения. 22 В UML выделяют 8 основных типов диаграмм рис. 7. Рисунок 7 – Типы диаграмм В заключение проведенного обзора сформулируем на основе работ [22; 27] преимущества использования языка UML: 1. UML представляет собой мощный язык визуального моделирования, легко воспринимаемый пользователями, позволяющий быстро разрабатывать модели и обмениваться ими. 2. В UML для более точного отображения моделей конкретной предметной области предусмотрены механизмы расширяемости, а также возможность специализации базовых концепций. 3. UML модели поддерживают должную независимость от конкретных языков программирования и процессов разработки ПО. 4. UML для каждого символа строго определяет семантику и формальную основу для однозначной интерпретации языка. 5. UML способствует расширению рынка объектно-ориентированных инструментальных средств создания ПО. 6. UML является языком документирования. Рассмотренный материал является теоретической базой для разработки нашего курса. Разработка курса велась согласно этапов проектирования ЭОК, удовлетворяя требованиям, предъявленным к ЭО. 23 2 Разработка электронного курса «Введение в визуальное моделирование на языке UML» на базе LMS Moodle 2.1 Основные возможности системы Moodle Moodle (Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment – модульная объектно-ориентированная динамическая учебная среда) – система, специально созданная для разработки онлайн-курсов. Этот программный комплекс, благодаря своей простоте и функциональности, отвечает большинству требований пользователей к электронным системам обучения [25]. Система Moodle предлагает широкие возможности для поддержания полноценного дистанционного обучения, позволяя с помощью различных элементов представлять учебный материал, а также последующую проверку и контроль. Одной из сильных сторон Moodle является возможность для коммуникации. В системе возможен обмен различными файлами, не только между разработчиком курса и студентом, но и между студентами. С помощью сервиса рассылки можно оперативно информировать всех участников курса о текущих либо предстоящих событиях. Кроме того, проблема коммуникации решается с помощью: форумов, чатов, сервисов «обмена сообщениями», «комментариев». Особенностью, выделяющей Moodle на фоне других электронных систем обучения, является то, что система хранит все данные о каждом студенте, выполненные им работы и полученные баллы. Данная система позволяет вести контроль активности студентов, время их учебной деятельности в сети. Выделим основные особенности системы Moodle [5]: 1. Учет современных педагогических достижений. 24 2. Реализация взаимодействия между разработчиком курса – студентом и студентом – студентом. 3. Наличие дружественного web-интерфейса. 4. Представление дизайна в виде модульной структуры и возможность его легкого изменения. 5. Поддержка различных форматов курсов. 6. Возможность редактирования учетной записи, добавления фотографии и изменения личных данных. 7. Использование интерактивных элементов – тест, лекция, книга, wiki и т.д. 8. Наличие встроенного текстового редактора. 9. Сбор всех оценок в журнале, который доступен и студенту и преподавателю. 10. Возможность использования, как для дистанционного, так и для очного обучения, что позволяет организовать образовательный процесс в условиях смешанного обучения. При разработке курса в системе Moodle разработчик использует набор элементов и ресурсов, в которые входят компоненты, перечисленные на рис. 8. Рисунок 8 – Ресурсы и элементы курса 25 Использование различных сочетаний элементов при разработке курса позволяет эффективно организовать изучение материала в ходе процесса обучения, в соответствии с целями и задачами конкретных занятий. Более подробно остановимся на элементах (модулях), используемых нами при реализации курса [1]: 1. «База данных» позволяет всем участникам вносить, просматривать и искать записи из совокупности данных. Формат данных записей не ограничен – это могут быть как рисунки, так и ссылки, числа и другие форматы. Структуру записей определяет создатель курса через количество и тип полей. 2. «Глоссарий» – это словарь терминов и понятий, используемых в курсе. 3. «Задание» позволяет разработчику курса ставить коммуникативные задания, которые требуют от студентов подготовить ответ в электронном виде и загрузить его. В ходе оценивания задания разработчик курса может оставить отзыв, выставить оценку. 4. Активный элемент «Лекция» позволяет создателю курса располагать информацию для изучения в интересной и гибкой форме, разделяя ее на теоретические блоки и блоки с вопросами. Разработчик курса может использовать различные схемы перехода по лекции, выдавая материал для изучения по частям и задавая вопросы, исходя из полученных ответов направлять процесс обучения по какой-либо из ветвей. 5. Модуль «Опрос» представляет собой очень простой инструмент, позволяющий разработчику, создать опрос для студентов с выбором одного из нескольких вариантов ответов. 6. Элемент курса «Тест» позволяет создавать тесты, состоящие из различных типов вопросов: множественный выбор, верно/неверно, на соответствие, краткий ответ и т.д. Проверка ответов происходит автоматически, но возможна и ручная проверка. 26 7. «Форум» дает возможность участникам курса общаться друг с другом при изучении курса, в течение длительного времени. Существует несколько типов форумов. 8. Ресурс «Текстовая страница» предназначен для отображения простой текстовой страницы, без использования сложного форматирования. 9. Ресурс «Надпись» подразумевает возможность вставки не только текста, но и картинок или любого другого мультимедийного контента. 2.2 Концептуальная модель курса Для построения концептуальной модели разрабатываемого курса применим полученные нами знания по разработке UML-диаграмм. Для этого, мы будем использовать следующие диаграммы: «диаграмму деятельности (активности)» и «диаграмму вариантов использования (прецедентов)» [8]. Начнем построение с более простой диаграммы вариантов использования. Диаграмма вариантов использования дает наиболее общее представление функционального назначения системы, отвечая на главный вопрос моделирования: что делает система во внешнем мире? Для того чтобы построить данную диаграмму, необходимо начать работу с идентификации действующих лиц и прецедентов. Тем самым моделируем поведение разрабатываемой системы. В качестве составляющих частей диаграммы выступают так называемые «актеры» и «прецеденты». Актер (англ. actor) – стилизованный человечек, обозначающий набор ролей пользователя, взаимодействующего с некоторой сущностью (системой) [8]. Прецедент – эллипс с надписью, обозначающий выполняемые системой действия, приводящие к наблюдаемым «актерами» результатам [8]. В нашем случае в качестве актеров выступают: студент и разработчик (тьютор) курса. 27 Выделим для наших актеров следующие прецеденты: 1. Изучение материала. 2. Выполнение заданий. 3. Общение с преподавателем с помощью форума. 4. Разработка учебных материалов. 5. Контроль выполнения заданий. 6. Сбор и анализ результатов выполнения заданий. 7. Определения набора учебных элементов. 8. Редактирование курса. 9. Ответы на вопросы студентов. 10. Оценка заданий. В итоге получим диаграмму – рис. 9. Рисунок 9 – Диаграмма вариантов использования Построим модель разрабатываемого курса с помощью диаграммы деятельности (активности). Диаграммы деятельности призваны отражать динамику системы, представляя собой схемы потоков управления, показывая параллельные и альтернативные потоки, а также переходы между ними. Исполнение определенного поведения в потоке управления системы называется действием. Данная диаграмма позволяет показать действия, 28 выполняемые в потоке параллельно. В свою очередь, линия соединения указывает на одновременное и единое выполнение действий в потоке. Разработанная диаграмма деятельности для нашего курса представлена на рис. 10. Рисунок 10 – Диаграмма деятельности |