автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Исследование, разработка и применение курсового обеспечения с использованием мультимедиа технологий в учебном процессе вуза

п I > л а > /

Ы'ЧЪ- </ - о

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 681.142.2: 371.67

КАЗАКОВ Виталий Геннадьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ КУРСОВОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МУЛЬТИМЕДИА ТЕХНОЛОГИЙ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ ВУЗА

05.13.16 - применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научные руководители: д.ф.-м.н., профессор Б. А. Князев к.ф.-м.н., доцент А. М. Задорожный

Новосибирск - 1999 г.

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ................................................................................................................................................................

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................................................................................

актуальность проблемы............................................................................................................................................6

Цель работы..................................................................................................................................................................7

Научная новизна........................................................................................................................................................7

Положения, выносимые на защиту:.......................................................................................................................8

Практическая ценность............................................................................................................................................8

Апробация работы и публикации.............................................................................................................................9

Содержание работы..................................................................................................................................................10

ГЛАВА 1. ПРАКТИКА, ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КУРСОВОГО

КОМПЬЮТЕРНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ ВУЗА...................................13

1.1. Современное курсовое обеспечение...........................................................................................................13

1.1.1. Актуальность использования..................................................................................................................13

1.1.2. Мультимедийный характер.....................................................................................................................14

1.1.3. Классификация курсового обеспечения и дидактические■схеМы.........................................................16

1.1.3.1. Дидактические схемы..................................................^.У......:......„.....;................................................................16

1.1.3.2. Лекционная работа и презентационные системы..............................................................................................18

1.1.3.3. Работа с учебным материалом и справочно-поисковые системы....................................................................20

1.1.3.4. Практическая работа и моделирующие системы..............................................................................................21

1.1.3.5. Программированное обучение............................................................................................................................24

1.1.3.6. Комплексный характер современного курсового обеспечения........................................................................26

1.1.4. Классификация курсового обеспечения и схема жизненного цикла.....................................................28

1.1.4.1. Типы жизненного цикла курсового обеспечения..............................................................................................28

1.1.4.2. Курсовое обеспечение с жизненным циклом изделия......................................................................................29

1.1.4.3. Курсовое обеспечение с открытым жизненным циклом..................................................................................30

1.1.4.4. Курсовое обеспечение как информационная система.......................................................................................31

1.2. Проблемы создания и функционирования курсового обеспечения в вузе.........................................32

1.2.1. Интеграция в учебный процесс...............................................................................................................32

1.2.2. Методические основы применения в учебном процессе........................................................................34

1.2.3. Проблемы создания, трудозатраты и стоимость..............................................................................35

1.2.4. Проблемы сопровождения и применения...............................................................................................38

1.3. Подход к курсовому компьютерному обеспечению как к образовательной информационной системе............................................................................................................................39

1.3.1. Основные принципы формирования информационных систем курсового обеспечения....................39

1.3.2. Методика создания и применения курсового обеспечения...................................................................41

1.3.2.1. Поддержка работы коллективов преподавателей..............................................................................................42

1.3.2.2. Сквозная поддержка учебных дисциплин..........................................................................................................43

1.3.2.3. Средства непрерывного развития и модификации курсового обеспечения....................................................45

1.3.3. Многократное использование учебных материалов как путь повышения эффективности

курсового обеспечения...........................................................................................................................................46

1.3.3.1. Принцип многократного использования учебных материалов........................................................................46

1.3.3.2. Разбиение данных на смысловые единицы........................................................................................................47

1.3.3.3. Сетевое использование курсового обеспечения................................................................................................49

1.3.3.4. Обеспечение независимости от аппаратных платформ и операционных систем...........................................50

1.3.4. Организация эксплуатации курсового обеспечения..............................................................................51

1.4. ВЫВОДЫ..............................................................................................................................................................52

ГЛАВА 2. ОПЫТ ПОСТРОЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЛЕКСА "ЛЕКЦИОННАЯ

МУЛЬТИМЕДИА АУДИТОРИЯ"..........................................................................................................55

2.1. Предпосылки создания комплекса ЛЕММА.............................................................................................55

2.2. Комплекс ЛЕММА..........................................................................................................................................56

2.3. Аппаратура для лекционных комплексов.................................................................................................58

2.4. Программное обеспечение комплекса.......................................................................................................60

2.4.1. Структура и функции демонстрационной системы............................................................................60

2.4.2. Модель данных..........................................................................................................................................61

2.4.3. Интерфейсы демонстрационной системы............................................................................................62

2.5. Опыт применения комплекса в учебном процессе..................................................................................63

2.6. Концепция использования комплекса......................................................................................................65

2.7. Выводы..............................................................................................................................................................66

ГЛАВА 3. СОЗДАНИЕ И АПРОБАЦИЯ КУРСОВОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ «УЧЕБНЫЙ

АРХЕОЛОГИЧЕСКИЙ МУЗЕЙ»...........................................................................................................67

3.1. Исходные данные для дальнейшего развития методов и средств создания курсового компьютерного обеспечения........................................................................................................................67

3.1.1. Развитие информационных технологий.................................................................................................67

3.1.2. Основные принципы и направления дальнейших исследований............................................................68

3.2. Проект «Учебный археологический музей»...............................................................................................69

3.2.1. Предпосылки проекта (предметный и образовательный аспекты)...................................................69

3.2.2. Предпосылки проекта (технологический аспект)................................................................................71

3.2.3. Цель проекта............................................................................................................................................72

3.2.4. Пользовательские требования к данным курсового обеспечения.......................................................73

3.3. Система пользовательских метафор..........................................................................................................74

3.3.1. Проблема навигации в гиперпространстве...........................................................................................74

3.3.2. Метафора как средство организации эффективной работы пользователя.....................................76

3.3.3. Метафора Музея, как образующая метафора проекта......................................................................77

3.4. Модель данных системы «Учебный Археологический Музей».............................................................79

3.4.1. Гетерогенный характер модели данных................................................................................................79

3.4.2. Схема организации данных......................................................................................................................81

3.4.3. Схема построения программной компоненты......................................................................................81

3.5. Ресурс «Архив»................................................................................................................................................82

3.5.1. Пользовательские соглашения................................................................................................................82

3.5.2. Структура данных...................................................................................................................................86

3.5.3. Соглашения доступа................................................................................................................................87

3.6. Ресурс «Глоссарий»........................................................................................................................................91

3.6.1. Пользовательские соглашения................................................................................................................91

3.6.2. Структура данных...................................................................................................................................91

3.6.3. Соглашения доступа................................................................................................................................91

3.7. Ресурс «Библиография»..................................................................................................................................94

3.8. Ресурс «Дополнительные элементы»..........................................................................................................95

3.9. Реализация программной компоненты......................................................................................................96

3.10. Методика и результаты применения...........................................................................................................97

3.10.1. Организация занятий...............................................................................................................................97

3.10.2. Апробация и оценка обучающих возможностей...................................................................................97

3.10.3. Опрос студентов......................................................................................................................................99

3.11. Выводы..............................................................................................................................................................99

ГЛАВА 4. СОЗДАНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОЙ ПРОГРАММНОЙ КОМПОНЕНТЫ ДЛЯ

ПОСТРОЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ КУРСОВОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ, ФУНКЦИОНИРУЮЩИХ В ИНТЕРНЕТ...........................................................................................103

4.1. Предпосылки создания универсальной программной компоненты..................................................103

4.2. Общая схема построения систем на основе универсальной компоненты......................................105

4.2.1. Особенности универсальной модели данных.......................................................................................105

4.2.2. Схема реализации программной части системы................................................................................106

4.2.3. Уровни клиента и сервера......................................................................................................................Ю8

4.2.4. Основные функции программного обеспечения промежуточного уровня........................................109

4.3. Основные решения универсальной модели данных.............................................................................110

4.3.1. Пользовательские типы и подструктуры универсальной модели данных.......................................110

4.3.2. Представления об объектах, положенных в основу модели данных.................................................113

4.3.2.1. Объекты и классы...............................................................................................................................................ИЗ

4.3.2.2. Атрибуты классов, общие атрибуты объектов и их размещение в таблице базы данных...........................115

4.3.2.3. Уникальные атрибуты объекта.........................................................................................................................1

4.3.3. Связи объектов.......................................................................................................................................Н8

4.3.3.1. Гиперпространство системы.............................................................................................................................

4.3.3.2. Структурные связи.............................................................................................................................................^

4.3.3.3. Условные связи..................................................................................................................................................1^1

4.3.3.4. Ассоциативные связи.........................................................................................................................................

4.3.4. Организация интерфейса......................................................................................................................¡23

4.4. Шаблоны и язык представлений................................................................................................................125

4.4.1. Шаблоны представлений.......................................................................................................................125

4.4.2. Фреймы представлений.........................................................................................................................126

4.4.3. Включение значений атрибутов............................................................................................................126

4.4.4. Теги организации списков связанных элементов.................................................................................127

4.4.5. Тег указания ресурса...............................................................................................................................128

4.4.6. Теги работы с параметрами.................................................................................................................129

4.4.7. Атрибуты гипертекстового типа и теги работы с ними..................:.............................................129

4.4.8. Реализация ассоциативных связей, теги подстановок......................................................................131

4.4.9. Многостраничный гипертекст и теги работы с ним........................................................................132

4.5. Север курсового обеспечения....................................................................................................................133

4.5.1. Назначение и сопряжение сервера с системой...................................................................................133

4.5.2. Внутренняя структура сервера курсового обеспечения....................................................................134

4.6. Применение универсальной программной компоненты в системах курсового

обеспечения...................................................................................................................................................136

4.7. Выводы............................................................................................................................................................136

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................................................................................................139

ЛИТЕРАТУРА.............................................................................................................................................................144

Введение

Актуальность проблемы

К применению компьютеров для целей образования существует устойчивый интерес с тех самых пор, как серийная компьютерная техника стала доступна образовательным центрам. В настоящее время применение компьютеров получило новый импульс в связи с развитием ряда новых информационных технологий.

Мультимедиа технологии необычайно расширили функциональность компьютера, пригодную для применения в учебном процессе. Возможность работы с высококачественной графикой, аудио и видео информацией делает из компьютера универсальное техническое средство обучения, что в сочетании с интерактивным программным обеспечением представляет практически неограниченные возможности организации работы с учебными материалами. Можно сказать, что в настоящее время существует технологическая основа для перевода значительной части информационной базы образования на компьютерную основу.

Сетевые технологии, и в особенности Интернет/Интранет технологии, объединили вычислительные и информационные ресурсы больших сообществ, создав технологическую базу для организации разнообразных схем взаимодействия субъектов в ходе учебного процесса. Вслед за созданием общего информационного пространства Интернет стоит задача организации накопления и коллективного использования информационных ресурсов образовательного характера.

Важнейшей задачей современного этапа является исследование того, какие схемы обучения с использованием компьютера эффективны и применимы на практике, как необходимо организовывать учебные системы с тем, чтобы обеспечить эффективную работу по созданию и использованию учебных материалов. Одними из самых перспективных направлений являются создание мультимедиа баз данных учебной информации и разработка образовательных систем, функционирующих в Интернет/Интранет. Актуальность этих задач определяется насущными потребностями образовательных институтов в интенсификации учебного процесса за счет применения компьютеров, в создании образовательных банков данных, в организации дистанционного образования.

Цель работы

Цель настоящей работы заключается в:

• исследовании и разработке способов создания и применения курсового компьютерного обеспечения, основанного на организации баз данных учебных материалов;

• выработке подходов и формулировании рекомендаций по созданию информационных систем курсового обеспечения, как функционирующих в Интернет/Интранет ресурсов Web;

• рассмотрении возможных логических моделей данных и архитектуры универсального программного обеспечения для построения информационных систем курсового обеспечения;

• апробации результатов работы в практической реализации и функционировании информационных систем курсового обеспечения в учебном процессе вуза.

Научная новизна

1. Предложена классификация курсового компьютерного обеспечения, основанная на двух базовых признаках: поддерживаемая дидактическая схема и схема жизненного цикла.

2. Сформулирован подход к построению курсового компьютерного обеспечения как специализированной информационной системы на основе банков данных учебных материалов, опирающийся на принцип многократного использования компьютерных учебных материалов, как основной путь повышения эффективности курсового обеспечения.

3. Построен комп�