автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Компьютерные модели и программные комплексы в проектно-ориентированном обучении

На правах рукописи

Угаров Владимир Васильевич

КОМПЬЮТЕРНЫЕ МОДЕЛИ И ПРОГРАММНЫЕ КОМПЛЕКСЫ В ПРОЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОМ

ОБУЧЕНИИ

Специальность 05.13.18 - математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Ульяновск - 2005

Работа выполнена на кафедре математической кибернетики и информатики государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Ульяновский государственный университет

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Семушин Иннокентий Васильевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Голунков Юрий Валентинович

доктор технических наук,

профессор Негода Виктор Николаевич

Ведущая организация: Ульяновский государственный педагогический

заседании диссертационного совета Д 212.278.02 при Ульяновском государственном университете по адресу: г. Ульяновск, ул. Университетская Набережная, 1, ауд. 703.

Отзывы по данной работе направлять по адресу: 432970, г.Ульяновск, ул. Л.Толстого, 42, УлГУ, УНИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного университета.

Автореферат разослан 2005 г.

университет

Защита диссертации состоится « 22. » 12 . 2005 г. в 900

часов на

Ученый секретарь диссертационного совета

Веревкин А.Б.

Z 146ESS

VJ-foC^' ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Процессы проектирования, разработки и реализации современных сложных программных систем сопровождаются серьезными трудностями, особенно в деле обеспечения высокого качества программных продуктов.

Для создания эффективных систем управления качеством разработаны положения и стандарты в сфере производства программных продуктов, например, соответствующие требования к системам качества опубликованы в стандарте ИСО 90001.

Вопросам обеспечения качества программных продуктов посвящены многочисленные научные работы, в том числе известных специалистов и ученых мирового уровня, таких как, Боэм Б.2, Брукс Ф.3, Буч Г.4, Вирт Н.5, Дейкстра Э.6, Джонс Дж. К.7, Кнут Д.8, Мейер Б.9, Холстед М.Х.10, а также ученых и специалистов в нашей стране, например, Вендров А.11, Горбунов-Посадов А.12, Ершов А.'3, Липаев В.14, Одинцов И.15, Терехов А.16 и т.д.

' ИСО 9000-3. ИСО 9001 Общее руководство качеством и стандарты по обеспечению качества, часть 3- Руководящие указания по применению ИСО 9001 при разработке, поставке и обслуживанию программного обеспечения Международная организация стандартов, Женева, 1991

2 Боэм Б У. Инженерное проектирование программного обеспечения M • Радио и связь, 1985. 511с

3 Брукс Ф Мифический человеко-месяц или как создаются программные системы Пер с англ СПб.:Символ-Плюс,2001.-304 е.: ил.

4Буч Г Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С f+, 2-е издУПер. с англ.-М.. «Издательство Бином», СПб • «Невский диалект», 2001 -560 е., ил. ® Йенсеи К., Вирт H Паскаль' руководство для пользователя/Пер. с англ и предисл. Д.Б.Подшивалова. - M : Финансы и статистика, 1989. - 255 е., ил.

6 Э Дейкстра Дисциплина программирования. Пер с англ. М.: Мир. 1978.

7 Джонс Дж. К. Методы проектирования.: Пер. с англ. - 2-е изд ,доп -М.:Мир, 1986 326 е., ил * Кнут Д Искусство программирования для ЭВМ / Пер с англ.- M ' Мир, 1976 -735 е., ил.

9 Мейер Ь., Бодуен К. Методы программирования- В 2-х томах. T 2. Пер с франц Ю А Первина Под ред. Ершова М.: Мир, 1982.

'"Холстед M X. Начала науки о программах. / Пер. с англ ВМ.Юфы-М. Финансы и статистика, 1981.-128 с, ил.

" Вендров A.M. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем. Учебник.- М.: Финансы и статистика, 2000 352 с : ил.

12 Горбунов-Посадов M M. Конфигурации программ. Рецепты безболезненных изменений - M . Малип, 1994.-272 е., ил.

" Ершов А.П. Введение в теоретическое программирование,- M ■ Наука, 1977 -286 с, ил

|4Липаев В В Проектирование программных средств - M ■ Высш шк, 1990 - 303 е., ил

"Одинцов И. Профессиональное программирование Системный подход СПб БХВ-Петербург, 2002-512

с • ил.

"А Терехов, В Павлов Перспективы развития ИТ образования// Открытые системы, 2003. №2 / Издатель-

ство «Открытые системы»

В вопросах проектирования и создания качественных программных продуктов особенно важное место занимает проблема квалификации кадров, занятых в сфере информационных технологий.

Значительную роль в подготовке профессиональных кадров играет высшая школа. Знания, умения и навыки, приобретенные во время обучения в вузе, являются базовыми для дальнейшего развития специалиста в сфере профессиональной деятельности в области информационных технологий, в частности, в области программирования. Поэтому очень важно, чтобы уже на начальных этапах обучения студенты осваивали и воспринимали те методы создания программ, которые приняты в сфере профессионального программирования, имели представление о показателях качества программных продуктов, стремились при создании учебных программных продуктов следовать определенным критериям качества. Оценка уровня зрелости учебного процесса по информационным специальностям основана на применении модели СММ'7.

Но для этого необходимо иметь систему оценки качества академических программных продуктов18, на основе которых вырабатываются способы воздействия на учебный процесс с целью обеспечения соответствия качества этих продуктов качеству профессиональных продуктов, а тем самым и повышению уровня подготовки учащихся.

Таким образом, в сфере подготовки специалистов по информационным дисциплинам существует важная, актуальная задача повышения их профессионального уровня на различных этапах их деятельности, от обучения в вузе до переподготовки их во время работы на предприятии.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование концептуальной математической модели системы управления качеством академических программных продуктов в условиях проектно-ориентированного

"Технологии разработки программного обеспечения- Учебник / С. Орлов.- СПб • Питер, 2002.^464 с . ил

18 Определим академический программный продукт (АПП), как законченный результат учебной проектной деятельности по дисциплинам информатики и программирования, представленный в виде программных текстов и испопняемых модулей, которые могут быть предложены эксперту - преподавателю, комиссии или тестирующей программе, для оценки.

обучения. Для достижения указанной цели в диссертационной работе решены следующие основные задачи:

• проведен анализ процессов проектирования и определения параметров качества академических продуктов в условиях проектно-ориентированного обучения;

• выполнен анализ методов применения компьютерных учебных моделей в системе профессиональной подготовки в области информатики и программирования;

• разработан программный комплекс для автоматического определения параметров качества программных продуктов;

• разработана концептуальная модель управления качеством в процессе создания академического продукта;

• разработан алгоритм функционирования системы управления качеством академических протраммных продуктов.

• проведены экспериментальные исследования академических программных продуктов с получением параметров качества с помощью программного комплекса;

• проведен дисперсионный анализ с целью проверки выдвинутой гипотезы об эффективности процесса управления качеством академических продуктов в условиях проектно-ориентированного обучения.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы методы теории алгоритмов, теории множеств, методы вычислительной математики и численного анализа, теории объектно-ориентированного программирования, системного анализа, методы математической статистики.

Научная новизна. В диссертационной работе проведено исследование проблемы, в котором новыми являются следующие результаты:

• Предложена новая концептуальная модель управления качеством академических программных продуктов. Отличие построенной модели от известных состоит в том, что для управления качеством программных продуктов используются результаты статистического анализа большой сово-

купности текстов программ, которые периодически обновляются. В условиях стохастической неопределенности параметрами качества выступают их средние значения, определенные на совокупности программных продуктов, и на этой основе анализируется отклонение параметров качества от эталона. Модель позволяет оценивать уровень зрелости учебного процесса, и определять, насколько он соответствует эталонному уровню.

• Впервые построен программный комплекс по автоматическому определению параметров качества текстов программных продуктов. Отличие его от аналогов состоит в том, что конфигурация комплекса создана на основе цепочечной модели, позволяющей наращивать и расширять возможности комплекса без изменения ранее созданных модулей.

• Впервые показана на основе статистических исследований методика применения критериев качества к академическим программным продуктам. Ранее статистический анализ академических продуктов не выполнялся.

• Впервые подтверждена на основе дисперсионного анализа гипотеза о влиянии фактора на качество академического программного продукта в рамках предложенной концептуальной модели. Ранее такая гипотеза не выдвигалась относительно совокупности академических продуктов.

Практическая ценность диссертационной работы и использование результатов. Практическая ценность заключается в следующем:

1. Программный комплекс позволяет преподавателям вузов и разработчикам программного обеспечения в софтверных организациях определять параметры качества программных продуктов для их оценки.

2. Концептуальная модель управления качеством АПП является основой для создания в высших учебных заведениях системы управления качеством академических программных продуктов. Создание такой системы позволяет повысить уровень образовательного процесса.

3. Методика определения эффективности управления качеством АПП в условиях проектно-ориентированного обучения позволяет в высших

учебных заведениях оценить степень влияния на академический продукт новой, внедряемой в учебный процесс, модели обучения. Реализация результатов работы.

Результаты исследования, предложенные модели и программный комплекс использованы в учебном процессе по информационным специальностям, а также в производственной деятельности следующих предприятий и организаций:

• В Ульяновском отделении федерации интернет-образования в процессе переподготовки преподавателей и сотрудников средних школ.

• На Ульяновском АОЗТ «Контактор» для обучения персонала работе на автоматизированной системе измерений (АСИ), предназначенной для проведения испытаний контактной аппаратуры.

• В Самарском отделении научно-исследовательского института радио (СОНИИР) для переподготовки кадров по информационным специальностям.

• В учебном процессе в Ульяновском государственном университете на механико-математическом факультете и на факультете информационных технологий и телекоммуникаций при обучении студентов дисциплинам программирования и информатики.

• В Ульяновском государственном педагогическом университете на физико-математическом факультете при обучении студентов дисциплине «Ядерная физика».

• В управлении по труду Администрации Ульяновской области при создании программ по обработке аналитической информации. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Компьютерная модель и программный комплекс по определению параметров качества совокупности программных продуктов и вычислению их статистических характеристик.

2. Концептуальная модель управления качеством академических программных продуктов.

3. Алгоритм функционирования системы управления качеством академических программных продуктов.

4. Применение методов дисперсионного анализа для определения эффективности процесса управления качеством академических программных продуктов в условиях проектно-ориентированного обучения. Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на 6 международных и 3 всероссийских конференциях. По теме диссертации были прочитаны доклады на расширенных заседаниях кафедры математической кибернетики и информатики УлГУ и на научных семинарах.

По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 1 статья в центральном журнале, 1 статья в зарубежном издании, 9 работ в сборниках научных трудов, 1 информационная карта регистрации программ, 1 отчет о результатах НИР, 2 акта о внедрении. Структура и объем работы.

Основное содержание диссертационной работы изложено на 178 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, списка литературы из 120 наименований и трех приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение содержит обоснование актуальности темы диссертации. Формулируется цель и задачи исследования, научная новизна и практическое значение, перечислены положения, выносимые на защиту, приведена структура диссертации.

В первой главе дается краткий обзор методов проектирования программных продуктов. Рассмотрены основные направления исследований в сфере производства программных продуктов и проблемы, встающие на пути улучшения качества программных продуктов.

Под качеством программного продукта понимается совокупность свойств продукта, обуславливающих его пригодность удовлетворять определенные потребности пользователя. Параметр качества программного продук-

та это количественная характеристика свойств этого продукта, входящая в состав его качества и рассматриваемая применительно к определенным условиям его создания, эксплуатации и сопровождения. Процесс оценки качества состоит из выбора параметров анализируемого продукта, а затем их сопоставления с эталонными значениями.

В развитых странах большое внимание уделяется образовательным технологиям в сфере подготовки и переподготовки специалистов информационного профиля. Для этого принимаются серьезные меры по повышению качества обучения информационным дисциплинам. Созданы стандарты по обучению, такие как Computing Curricula, разрабатываемые организациями АСМ19 и IEEE. Получение качественного образования в области информационных наук требует значительных усилий и затрат всех участников образовательного процесса. Соответственно, для решения этой задачи необходимо применять новейшие технологии обучения с использованием современных учебных средств. Если соотнести уровень учебного процесса с оценками по модели СММ, то в большинстве вузов он находится на начальном уровне, характеризуемым отсутствием организации проектирования, случайностью выбора заданий, неопределенностью методов обучения.

В вузах как нашей страны, так и за рубежом, получают развитие различные образовательные среды, направленные на интенсификацию процесса обучения по информационным специальностям и на активизацию деятельности самих учащихся. К ним можно отнести проектно-ориентированное обучение - это комплексный обучающий метод, предоставляющий студенту право на самостоятельность и творческое отношение к выполнению учебного проектного задания. Поскольку тема проекта задана, его выполнение начинается с планирования, затем с установки этапов работы, далее определения временных рамок, способов контроля и т.п. Таким образом, учащиеся знакомятся с методами проектирования, что в условиях изучения информационных технологий и программирования чрезвычайно важно, поскольку в осно-

" Computing Curricula 2001, Appendix ACS Body of Knowledge http.//info acm org

9

ве этих дисциплин находятся технологии проектирования со всеми их особенностями. Методика проектно-ориентированного обучения позволяет внести в учебный процесс элементы организованности процесса, определить выбор тематики проектов на основе целевой направленности, то есть позволяет перевести учебный процесс на более высокий уровень по оценке модели СММ. Отсюда заключаем, что по этим дисциплинам учебный процесс целесообразно строить на основе проектно-ориентированного подхода.

Для демонстрации информационных явлений и процессов, функционирование которых существенно зависит от параметров, предназначены имитационные компьютерные модели, которые являются одним из наиболее эффективных учебных средств. Эти модели используются в проектно-ориентированном обучении как:

• средство визуализации для лекционной демонстрации, повышающее наглядность излагаемого материала;

• тренажерный комплекс для развития навыков управления информационными объектами;

• объект для проектного задания.

В проектно-ориентированном обучении в качестве объектов проектирования как тематического задания по совокупности свойств наиболее предпочтительны компьютерные математические модели.

Во второй главе рассматриваются вопросы качества программных продуктов и построения программного комплекса для определения значений параметров качества.

Качество программной продукции определяется как качеством конечного продукта, так и уровнем качества всех этапов производства. Поэтому стандарты 180-9000 (стандарты системы качества) отражают и ту и другую стороны обеспечения качества. Методы математической статистики позволяют с заданной вероятностью оценивать качество изделий на основе анализа не всей продукции, а только части ее, т.е. используя выборочные методы, что

приводит к резкому сокращению затрат на контрольные процедуры и, в то же время, повышает эффективность контроля.

Для академических программных продуктов выбираем количественные параметры качества, важные с точки зрения учебного процесса на основе методики проектно-ориентированного обучения. Пусть введенный нами вектор параметров качества = (Щ, VI, Ш, Ст, Сг)' содержит следующие параметры качества: Щ — критерий совершенства по Холстеду; К/ — объем программы; Мс1 - модульность программы; Ст - средний размер комментария; Сг - относительный объем комментариев.

Как известно, параметры программных текстов Щ, К/, определяются на основе четырех эмпирических параметров: щ и - словари операторов и операндов, N и ~ количества вхождений операторов и операндов в текст программы, N = Я, + Ыг - эмпирически определенная длина программы. Для вычисления теоретической длины программы М.Холстед вводит следующую формулу:

N = Т1х\о£Т1г+Т11\о%г1г-, (2.1)

Вычислим для некоторой совокупности однотипных, с точки зрения тематического задания, текстов программ, значения Д^ и N1, где / = 1,2,...М и определим для них коэффициент корреляции г.

Введем новый параметр качества Яд и назовем его параметром совершенства программ. Численно он равен коэффициенту корреляции г между

Д^ и N где / = 1,2,...М- Для совершенных программ параметр Нд близок

к 1, для программ, имеющих тот или иной набор несовершенств20, отличия

N от N более существенны, и поэтому параметр Hq имеет меньшее значение. На основе данного параметра определяется уровень проработки алгоритма проектируемого программного продукта.

20 Холстед М.Х. Начала науки о программах. / Пер с англ В М Юфы - М • Финансы и статистика, 1981 -128 е., ил

Параметр модульности Md - определяет степень разбиения алгоритма на функционально законченные блоки во время процесса декомпозиции. Этот параметр определим как среднее число связей модуля в программе: Md = т}\ / Mod, где rj'2 ~ словарь операндов, Mod - количество модулей в тексте программы. Умение делить алгоритм на отдельные функциональные модули является важным в процессе обучения программированию.

Комментарии в тексте программ являются необходимым компонентом для процесса проектирования и дальнейшего сопровождения программ.

Для автоматического определения параметров качества программных продуктов разработан программный комплекс под названием "Halstead-1.7", реализованный в инструментальных средах Delphi 7.0 и VBA. Конфигурационное построение комплекса основано на цепочечной модели, что позволило уменьшить затраты при его модификации. Обмен информацией между модулями комплекса выполняется на основе файловых и динамических структур данных. Основной модуль комплекса состоит из процедур лексического и синтаксического анализатора. В работе лексического анализаюра отсутствует блок проверок на ошибки исходного текста программы, так как считается, что тексты были ранее уже компилированы и ошибок не содержат. Синтаксический анализатор выделяет идентификаторы переменных и формирует словарь операндов и операторов.

На основе словаря операторов tj{, счетчика вхождений операторов Д1', > словаря операндов ц , счетчика вхождений операндов n2 вычисляются следующие характеристики данной реализации текста программы:

1. Экспериментально определенная длина программы: N0 = Nt+N2-

2. Вычисленная длина программы: ft, = log, 7, + щ log2 щ ■

3. Экспериментально определенный объем программы: Vt - N0 log2 Щ ■

4. Вычисленный потенциальный объем программы: vp =(2 + r].2)log2(2 + ?j2)-

Модуль статистики вычисляет статистические характеристики параметров текстов программ и сохраняет их в файле для дальнейшей обработки.

z

г

1

выбор файла

7

Лексический анализатор

Щ

Добавление а словарь глобальных идентификаторов

Поиск Процедуры

Добавление а словарь локальных идентификаторов

Вычисление статистических характер* ст им

Вывод результатом файл MetrFrie tort

Формирование словаря и счетчике для опереторов

Z

Вывод реаультцтов

а файл MetrFOa txt

7

Формирование счетчика

главной программы

7

Рис. 2.1. Блок-схема комплекса программ "Halstead-1.7".

Компьютерная модель программного комплекса представлена в виде блок-схемы на рис. 2.1. Включение в комплекс новых модулей позволяет выполнять обработку текстов программ, созданных на других языках программирования.

В третьей главе рассматриваются аспекты управления качеством академических программных продуктов на основе отклонения параметров качества от эталонных значений.

Концептуальная модель управления качеством академических программных продуктов разработана на основе следующих положений:

1. Анализ данных выполняется статистическими методами. В качестве обобщенных параметров качества выступают статистические оценки параметров программ.

2. Выбор эталонных значений определяется на основе вычисленных параметров качества профессиональных программных продуктов.

3. Соответствие параметров качества академических продуктов эталонным определяется для каждого параметра по факту его нахождения в границах вариаций эталонного параметра.

4. Система обладает обратной связью на основе информации о нахождении значений параметров качества в допустимых границах. На основе анализа отклонения вырабатываются соответствующие управляющие воздействия на процесс создания программного продукта.

5. Данная система является компенсирующей, так как ее назначение состоит в сведении к минимуму значения отклонения, не учитывая при этом абсолютных значений входных сигналов системы.

Разрабатываемая на основе концептуальной модели система должна действовать в направлении обеспечения более высокого качества конечного академического программного продукта, тем самым, повышая уровень всего процесса создания этого продукта, т.е. учебного процесса. На рис.3.1 представлена концептуальная модель управления качеством академических продуктов.

В блоке "Модель проектирования" представлено множество моделей проектирования, которое опишем следующим образом:

МР = {тр1,тр1,...тру,... тр„}, у = 1,2,...^

Пусть СР = {2рх,§р2,...} > 2 е ^ - множество всех программных продуктов.

Внешняя среда

-Закаэын

Урр

Оценка 1

параметров 1

J\ ПП11 I

Рис.3.1. Концептуальная модель управления качеством академических продуктов.

Тогда в результате функционирования блока "Процесс разработки АПП" под управлением выбранной модели проектирования тр^ студентами создается множество текстов программ и исполняемых модулей, которое обозначим следующим образом:

А={а1,а2 ап}, иеЛГ

В то же время на основе заказов внешней среды профессиональными разработчиками создаются профессиональные программные продукты. Назовем множество этих продуктов:

Р = {РиР2,...Рт}>

Множества А и Р принадлежат множеству всех программных продуктов GP, т е. AeGP и PeGP-

В блоке "Оценка параметров АПП" выполняется определение значений параметров качества академических Программных продуктов (АПП). В результате в этом блоке с помощью программного комплекса вырабатывается вектор параметров:

VAP = (ap, ар2 ...,apj ...арк)т, кеК-

В блоке " Оценка параметров 111111" для множества профессиональных программных продуктов (ППП) производим оценку тех же параметров качества, в результате получаем вектор параметров множества Р:

VPP = (pp, PPj, - - - •> PPj, ■■■ PPkf-

Рассмотрим евклидово £-мерное пространство параметров, в котором определены векторы VAP и VPP ■ Тогда расстояние между векторами VAP и VPP рассматриваем как расстояние между А и Р:

г(А,Р)~ |]Г (а/? - рр )2 где к - количество параметров.

Vv=i J J

Вычисление расстояния г(А,Р) выполняется в блоке "Определение расстояния", на входы которого поступают значения параметров. Вычисленные значения г(А,Р) записываются в файл протокола для дальнейшего анализа.

В блоке "Определение корректируемых параметров" формируется множество I индексов тех параметров ар], которые подлежат корректировке.

Данные параметры определим следующим образом:

Зададим для каждого параметра PPj ( /' = 1, 2, ... к ) допустимые отклонения или допуски, зависящие от установленных стандартов, нормалей, отраслевых соглашений.

Пару назовем двусторонним допуском, определяющим допус-

тимое отклонение параметра ар] от ppJ, т.е. параметр ар] удовлетворяет допустимым отклонениям, если

ар1 е \jypj -й),рр] +£/;] при й) > > 0, у = 1,2,...*.

В случае d^=d*=dJ величину назовем односторонним допуском, т.е параметр ар; удовлетворяет допустимому отклонению от рр], если

ОР!^^!+ гДе ^ >0,/= 1,2,...

Тогда, если при ар < рр]

РР] -аР] (3.1)

и при > рр]

аР] ~РР} (3-2)

7=1,2,...*,

то считаем, что множество Л является подмножеством .Р.

Далее назовем корректируемыми параметрами те компоненты вектора УАР, для которых одно из неравенств (3.1) или (3.2) не выполняется.

Если неравенства выполняются, то считаем, что параметры качества продуктов множества А соответствуют параметрам качества продуктов множества Р и выполнение учебных проектов продолжается по текущей модели проектирования тр„ ДО следующего цикла тестирования.

В противном случае в блоке "Принятие решения" вырабатывается вектор управляющих воздействий на корректируемые параметры. На основе полученного набора управляющих воздействий выбираем другую модель проектирования тру из множества моделей МР.

В четвертой главе описывается цикл экспериментальных исследований текстов академических программных продуктов с применением методов

дисперсионного анализа. Приведены примеры расчетов, методы анализа, планы экспериментов.

В планируемом эксперименте первичной информацией является набор академических программных продуктов, созданных студентами механико-математического факультета УлГУ во время практикума на ЭВМ по курсу "Информатика" с 1999 по 2005 год. Продукты созданы на основании заданий по 14 тематическим разделам2'. Отбор материала для исследований выполнялся на основании ряда требований: во-первых - правильное функционирования исполняемого файла программы, во-вторых - наличие зачета от преподавателя за данный программный проект. Всего отобрано 1504 текста академических программ по 11 тематическим разделам.

План экспериментальных исследований включает следующие работы:

1. Вычисление с помощью программного комплекса параметров качества Нд и М<Л для различных совокупностей программных продуктов, отобранных по признаку уровня квалификации разработчиков.

2. Проверка гипотез о нормальном распределении выборочных совокупностей критериев качества Нц и А/У.

3. Проверка выдвинутой нами нулевой гипотезы о том, что влияние внешнего фактора F (методики проектно-ориентированного обучения в преподавании программирования) на параметр совершенства Яд статистически незначимо на уровне значимости а = 0,05.

Внешним фактором воздействия на процесс создания академических программных продуктов является методика обучения. До 2003-2004 учебного года в преподавании курса "Информатика" на механико-математическом факультете УлГУ применялась традиционная методика обучения. В течении 2003-2005 учебных годов на этом же курсе применялась методика проектно-

21 Угаров В В , Цыганова Ю В Информатика и программирование /Методическое пособие для вузов Ульяновск: УлГУ, 2003. 62 с.

ориентированного обучения. Остальные факторы, а это тематика выполняемых работ, интегрированная среда разработки, учебный план, темагика лекционного курса, оставались неизменными за исследуемый период.

Рассмотрим полученные в результате исследования параметры совершенства Hq для совокупностей академических программ, созданных студентами в учебном процессе, также созданных лучшими из них, а также программы, созданные профессиональными программистами фирмы Borland:

1. Академические продукты 1999-2000 г.г., в количестве 463......Hq = 0,7448.

2. Академические продукты 2002-2003 г.г., в количестве 264......Hq = 0.7349.

3. Академические продукты 2003-2004 г.г., в количестве 265......Hq = 0,7940.

4. Академические продукты 2004-2005 г.г., в количестве 512......Hq - 0,8280.

5. Академические программные продукты лучших студентов,

в количестве 66........................................................Hq = 0,9397.

6. Профессиональные программные продукты

от фирмы Borland за 2003 г., в количестве 55...................Hq = 0,9427.

Анализ данных показывает, что с возрастанием квалификации разработчиков программного продукта увеличивается также и значение параметра совершенства Hq, что доказывает возможность его применения как параметра качества.

^ 0,82 I О 80

| О 78

I

j на о 76 О 74

I

| 0.72

]

О 70

Рис. 4.1. Зависимость параметра Нц от значений фактора Р.

До проверки нулевой гипотезы о влиянии внешнего фактора определим, является ли выборка параметров совершенства Яд нормально распреде-

19

ленной. Для этого вычислим наблюдаемое и определим критическое значения критерия Пирсона для выборок параметров Щ в случае отсутствия фактора (Р= -1) и в случае влияния фактора (Р= +1) на процесс:

1. При Р = -1 Х2«а&, = 10,34; (а = 0,05) = 12,60.

2. При Р = +1 Хтб* = 11,91; (а = 0,05) = 16,90.

Поскольку для этих выборок меньше, чем , принимаем гипотезу о нормальном распределении.

Используя методику дисперсионного анализа, вычислим значение дисперсионного отношения: /г = ^1)Лх\+ = 6,5929.

А.М

Критическое значение для доверительной вероятности 0,05: ^005,1/44 =4.06- Поскольку ^ = 6,5929 >^)05>1/44 =4,06, заключаем, что различие средних по параметру Щ значимо и выдвинутая нулевая гипотеза о статистически незначимом влиянии внешнего фактора на параметр качества отвергается. Следовательно, принимаем альтернативную гипотезу о том, что влияние внешнего фактора на параметр качества Щ для академических продуктов статистически значимо (см. диаграмму на рис.4.1).

Следует отметить, что значение параметра совершенства Щ с введением проектно-ориентированного обучения возросло на 9,6%.

В заключении перечислены основные результаты диссертационной работы и области их применения.

В приложения вынесены числовые и графические результаты проведенных экспериментов, примеры реализаций компьютерных моделей, акты о внедрении.

Основные результаты и выводы. Основные результаты, сформулированные и полученные в настоящей работе, заключаются в следующем:

1. Проведен анализ процессов проектирования и определения параметров качества академических продуктов в условиях проектно-ориентированного обучения.

2 На основе компьютерной модели разработан программный комплекс для автоматического определения количественных параметров качества программных продуктов.

3. Разработана концептуальная модель управления качеством создаваемых в учебном процессе академических программных продуктов.

4. Проведены экспериментальные исследования совокупности академических программных продуктов, созданных студентами УлГУ в период с 1999 года по 2005 год, с получением параметров качества с помощью разработанного программного комплекса.

5. Методами дисперсионного анализа доказана эффективность процесса управления качеством академических программных продуктов в условиях проектно-ориентированного обучения.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Верник А.Н., Кулагин С.А., Угаров В.В. Моделирование фундаментальных физических опытов на персональной ЭВМ. // Научно-методический журнал Министерства просвещения «Физика в школе». 1987. №3. с. 44-47.

2. Верник А.Н., Кулагин С.А., Угаров В.В. Персональный компькмер как учебная физическая лаборатория. // Сборник. Применение средств вычислительной техники в учебном процессе кафедры физики. Ульяновский политехнический институт. Ульяновск: 1989. с. 24-26.

3. Угаров В.В. Опыт реализации прототипного подхода при проецировании автоматизированной измерительной системы для испытаний контактной аппаратуры // Фундаментальные проблемы математики и механики. Сборник статей. Выпуск 2(7). Под ред. акад. РАЕН, проф. А.С.Андреева. - Ульяновск: УлГУ. 1999. с. 57-62.

4. Угаров В.В. Имитационные модели АИС для обучения // Труды Четвертой международной научно-технической конференции: «Математическое моделирование физических, экономических, технических, соци-

альных систем и процессов» (10-12 декабря 2001 г.) / Под редакцией Ю.В.Полянскова- Ульяновск: УлГУ. 2001. с. 143-145.

5. Угаров В.В. Элементы проектирования математических моделей в про-ектно-ориентированном обучении // Труды Пятой международной научно-технической конференции: «Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов» (16-18 июня 2003г. г.Ульяновск) / Под редакцией Ю.В.Полянскова -Ульяновск: УлГУ. 2003. с. 193-194.

6. Угаров В.В. Об одной методике оптимизации ввода данных в автоматизированных системах измерений // Фундаментальные проблемы математики и механики. Сборник статей. Выпуск 3. Под ред. Б.Ф.Мельникова. - Ульяновск: УлГУ. 1997. с. 84-87.

7. Угаров В.В. Об одном методе прототипного подхода в проектировании измерительных систем для испытаний контактной аппаратуры // Перспективные технологии автоматизации: Тезисы докладов международной научно-технической конференции. - Вологда: ВоГТУ. 1999. с. 23.

8. Угаров В.В., Проектно-ориентированная форма обучения в курсе информатики // Труды Пятой международной научно-технической конференции: «Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов» (16-18 июня 2003г., г.Ульяновск) / Под редакцией Ю.В.Полянскова - Ульяновск: УлГУ. 2003. с. 66.

9. Угаров В.В., Цыганова Ю.В. Информатика и программирование. // Методическое пособие для вузов. - Ульяновск: УлГУ. 2003. 62 с.

Ю.Угаров В.В. Исследование академических программных продуктов // VI международная конференция УлГУ "Математическое моделирование математических, экономических, технических, социальных систем и процессов" (19 октября 2005 г., г.Ульяновск) / Под редакцией Ю.В.Полянскова-Ульяновск: УлГУ. 2005. с. 126 -128.

11.SemoushinJ.V., Tsyganova,J.V., Ugarov V.V., Computational and Soft Skills Development through the Project Based Learning, - ICCS 2003, Lecture Notes in Computer Science, St. Petersburg, Russia, June, 2-4, (2003).

12.Tsyganova J., Ugarov V. On technology of computer models application for the teacher professional retraining // Сборник статей VI МНПК "Проблемы образования в современной России и на постсоветском пространстве" под ред. В. И. Левина, ПГТА, Пенза: 2005. с. 198 - 200.

Подписано в печать 14.11.05 Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №153/66 5

Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории оперативной полиграфии Ульяновского государственного университета 432970, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42

#24 3 48

РПБ Русский фонд

2006^4 26712

i

Введение.

Глава 1. Обзор и сравнительный анализ методов проектирования программных продуктов

1.1. Проблемы проектирования программных продуктов.

1.2. Подготовка профессиональных кадров в области информационных технологий.

1.3. Методика проектно-ориентированного обучения.

1.4. Компьютерные модели в проектно-ориентированном обучении.

1.4.1. Академические особенности информационных дисциплин.

1.4.2. Применение визуальных средств. ф 1.4.3. Моделирование в преподавании дисциплин информационного цикла.

1.4.4. Практика применения компьютерных моделей.

1.5. Модели проектирования академических программных продуктов.

1.6. Выводы.

Глава 2. Программный комплекс по определению параметров качества академических программных продуктов.

2.1. Стандарты качества программных продуктов.

2.2. Оценки качества программных продуктов.

2.3. Количественные критерии качества для программных продуктов.

2.4. Выбор параметров качества для академических программных продуктов.

2.5. Программный комплекс автоматизированного определения параметров качества.

2.6. Итоги.

Глава 3. Концептуальная модель управления качеством академических программных продуктов.

3.1. Проблемы качества академических продуктов.

3.2. Задача управления параметрами качества.

3.3. Концептуальная модель управления качеством академических программных продуктов.

3.4. Алгоритм управления качеством академических программных продуктов.

3.5. Выводы.

Глава 4. Экспериментальные исследования.

4.1. Планирование эксперимента.

4.2. Проверка гипотезы о нормальном распределении выборочной совокупности критериев качества.

4.3. Определение количественных характеристик качества академических программных продуктов.

4.4. Результаты эксперимента по управлению качеством академического программного продукта.

4.5. Выводы.

Процессы проектирования, разработки и реализации современных сложных программных систем сопровождаются серьезными трудностями, особенно в деле обеспечения высокого качества программных продуктов.

Для создания эффективных систем управления качеством разработаны положения и стандарты в сфере производства программных продуктов, например, соответствующие требования к системам качества опубликованы в стандарте ИСО 9000. Под системой качества понимается совокупность организационной структуры, методик, процессов, ресурсов, необходимых для управления качеством продукции, производимой предприятием [37].

Сложность программных продуктов непрерывно растет, а особенности их проектирования и использования требуют учета все большего количества факторов. Поэтому обеспечение качества программных продуктов становится сложной задачей. Особенно остро встает проблема обеспечения качества программных продуктов в процессе их проектирования и реализации. Для ее решения необходим согласованный комплекс мер, действующий на протяжении всего жизненного цикла программы. В настоящее время разработано большое количество методов, позволяющих выполнить оценку качества программных продуктов на протяжении различных стадий проектирования и на этой основе улучшать качественные показатели программной продукции.

Для поддержки конкурентоспособности своей организации разработчики программного обеспечения должны применять все более эффективные методы, технологии, инструментальные средства, которые способствуют постоянному повышению качества программных продуктов. В настоящее время используются разнообразные методы организации проектирования, методы выработки требований к программному обеспечению, методы тестирования, позволяющих выполнить оценку качества программных продуктов. Применение данных методов дает определенный положительный эффект в производстве программных продуктов, однако он в очень большой степени зависит от уровня квалификации специалистов, занятых в производственной1 сфере.

Как известно [27], повышение качества программных продуктов обусловлено рядом факторов, в том числе и технической политикой на предприятии, то есть мерами, которые препятствуют созданию продуктов, не удовлетворяющих требованиям заказчика. Качество процесса разработки обеспечивается долговременной политикой предприятия, сферой деятельности которого является производство программных продуктов. Для оценки уровня предприятия используется различная методика, одна из наиболее распространенных основана на модели зрелости процесса разработки, которая носит название - СММ (Capability Maturity Model - модель зрелости процессов создания программного обеспечения [37]). Эта модель содержит пять уровней зрелости: начальный, повторяемый, установленный, управляемый, оптимизирующий. Тот или иной уровень зрелости присваивается организации после аттестации по установленному стандартом набору критериев.

Рассмотрим подробнее характеристики пяти уровней зрелости [88], основанные на отношении организации к основным процессам, проводимым на каждом из уровней:

1) Начальный. Создание программного продукта выполняется без разработанного плана, производственный процесс имеет случайный и трудноуправляемый характер. Организация не имеет стабильной среды разработки, намечены только некоторые процессы и успех проекта зависит в основном от усилий отдельных специалистов. Сроки выпуска продукции в большинстве случаев не выдерживаются.

2) Повторяемый. В организации разработка программных продуктов ведется на основании накопленного опыта, присутствует жесткое управление, выдерживаются основные стандарты на разработку ПО, отслеживаются

1 Под термином "производство" и "производственный" здесь и далее подразумевается производство программных продуктов. и контролируются затраты, графики работ и некоторые показатели качества продукции.

3) Установленный. Производственный процесс документирован и соответствует установленным отраслевым стандартам, как для управленческих работ, так и для процессов проектирования. Эти процессы объединены в стандартный производственный процесс организации.

4) Управляемый. Во время производственного процесса собираются подробные количественные показатели этого процесса и качества создаваемого продукта. Как производственный процесс, так и продукты оцениваются и контролируются с количественной точки зрения.

5) Оптимизирующий. На этом, самом высоком уровне выполняется постоянное улучшение процесса на основе количественной обратной связи с процессом и реализацией передовых идей и технологий.

Отсюда следует, что для оценки и улучшения качества процессов разработки программных продуктов, необходимо выполнить следующее:

• Сравнить процесс разработки программных продуктов в данной организации с процессами, представленными и описанными в отраслевом стандарте на основе модели СММ, и проанализировать полученные результаты, определив критерии, по которым наблюдается значительное или существенное расхождение.

• По результатам анализа оценить эффективность процессов и определить причины ухудшения качества конечного программного продукта. На этой же основе оценить возможность улучшения процесса разработки программных продуктов путем выработки управляющих воздействий.

• На основе сформулированных целей реализовать мероприятия по повышению качества процессов разработки.

В связи со значительным увеличением количества производимой продукции в области программного обеспечения возросла роль управления качеством этой продукции. Поэтому для создания эффективной системы управления качеством необходима разработка положений и стандартов по этой тематике. Такие положения и требования к общей системе качества опубликованы в стандарте ИСО 9001 [37].

Вопросам качества программных продуктов посвящены многочисленные научные работы, в том числе известных специалистов и ученых мирового уровня, таких как, Боэм Б. [7], Брукс Ф. [9], Буч Г. [11], Вирт Н. [39], Дейкстра Э. [97], Джонс Дж. К. [27], Кнут Д. [47], Мейер Б. [63], Холстед М.Х. [93], а также ученых и специалистов в нашей стране, например, Венд-ров А.[13], Горбунов-Посадов А. [22], Ершов А. [34], Липаев В. [56], Одинцов И. [68], Терехов А. [86] и т.д.

Так, в работах Боэма определены основные элементы методики оценки качества программных продуктов. В работах Холстеда, посвященных количественным мерам качества программных продуктов, приведены основы программометрии как раздела науки. В работах известного швейцарского ученого Н.Вирта дается глубокий анализ логики и методов реализации алгоритмов, построения "правильных" программ. Известные ученые Ф.Брукс и Г.Буч посвятили свои работы проблемам проектирования программного обеспечения и средствам их представления. Работы А. Горбунова-Посадова посвящены вопросам конфигурационного построения программ, что, в конечном счете, серьезно влияет на качество программных продуктов. Специалисты в области профессионального программирования А.Вендров и И.Одинцов в своих работах подробно рассматривают особенности жизненного цикла программного обеспечения, в том числе и проблемы их качества.

В вопросах проектирования и создания качественных программных продуктов особенно важное место занимает проблема квалификации кадров, занятых в сфере информационных технологий. Эта проблема решается на основе многоуровневой системы подготовки и переподготовки профессиональных кадров. Подготовка профессиональных кадров ведется, начиная с вуза, и продолжается на протяжении всего срока работы специалиста в организации. Это обусловлено очень быстрым развитием информационных технологий, когда для успешной деятельности в этой сфере необходимо постоянное повышение квалификации.

Существует много подходов к решению данной проблемы. Это и базовая подготовка специалистов в вузе, и повышение квалификации в системе переподготовки профессиональных кадров, и обучение на рабочих местах и т.д. Но реализация данных мероприятий влияет в основном только на отдельных сотрудников, и в меньше степени на уровень зрелости предприятия. Чтобы повысить общий уровень квалификации во всех отделах предприятия, убедится в способности предприятия выполнить предстоящий сложный программный проект, для этого на предприятии пилотное проектирование. Результат пилотного проектирования показывает, способно ли предприятие выполнить реальный проект или же оно не достигло необходимого для этого уровня.

Особое место в подготовке профессиональных кадров занимает высшая школа. Знания, умения и навыки, приобретенные во время обучения в вузе, являются базовыми для дальнейшего развития специалиста в профессиональной деятельности в области информационных технологий, в частности, в области программирования. Поэтому очень важно, чтобы уже на начальных этапах обучения учащиеся2 осваивали и воспринимали те методы создания программ, которые приняты в сфере профессионального программирования, знакомились с отраслевыми соглашениями и стандартами в этой области, имели представление о показателях качества программных продуктов, стремились при создании учебных программных продуктов следовать определенным критериям качества.

Но для этого необходимо иметь систему оценки качества академических программных продуктов3, на основе которых вырабатываются способы

2 Под термином "учащийся" понимается или студент в вузе или слушатель в системе переподготовки кадров, т.е. лицо, приобретающее знания и навыки в учебном учреждении. В некоторых, более конкретных случаях, возможно употребление и терминов "студент" или "слушатель".

3 Определим академический программный продукт (АПП), как законченный результат учебной проектной деятельности по дисциплинам информатики и программирования, представленный в виде программных текстов и исполняемых модулей, которые могут быть предложены эксперту — преподавателю, комиссии или тестирующей программе, для оценки. воздействия на учебный процесс с целью обеспечения соответствия качества этих продуктов качеству профессиональных продуктов, а тем самым и повышению уровня подготовки учащихся.

Однако до сих пор вопросы, связанные с качеством подготовки специалистов в области программирования и с качеством учебных программных продуктов, исследованы недостаточно, а некоторые работы в этом области имеют или иную направленность или недостаточно глубокую проработку. Это связано с тем, что решение проблемы качества в данной сфере связано с очень большим количеством разнообразных факторов, их значительным взаимным влиянием, сложностью достаточно полного математического описания протекающих процессов.

Таким образом, в сфере подготовки специалистов по информатике и программированию существует важная, актуальная задача повышения их профессионального уровня на различных этапах их деятельности, от обучения в вузе до переподготовки их во время работы на предприятии.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование концептуальной математической модели системы управления качеством академических программных продуктов в условиях проектно-ориентированного обучения. Для достижения указанной цели в диссертационной работе решены следующие основные задачи:

• проведен анализ процессов проектирования и определения параметров качества академических продуктов в условиях проектно-ориентированного обучения;

• выполнен анализ методов применения компьютерных учебных моделей в системе профессиональной подготовки в области информатики и программирования;

• разработан программный комплекс для автоматического определения параметров качества программных продуктов;

• разработана концептуальная модель управления качеством в процессе создания академического продукта;

• разработан алгоритм функционирования системы управления качеством академических программных продуктов.

• проведены экспериментальные исследования академических программных продуктов с получением параметров качества с помощью программного комплекса;

• проведен дисперсионный анализ с целью проверки выдвинутой гипотезы об эффективности процесса управления качеством академических продуктов в условиях проектно-ориентированного обучения.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы методы теории алгоритмов, теории множеств, методы вычислительной математики и численного анализа, теории объектно-ориентированного программирования, системного анализа, методы математической статистики.

Для разработки программного комплекса и выполнения экспериментальных исследований использовались в качестве инструментальных средств следующие программные продукты:

• операционную систему MS Windows - ХР;

• среду программирования Delphi, ver. 7.0;

• среду программирования MS Visual Basic for Application, ver.6.3;

• табличный процессор MS Excel, ver. 2003;

• приложение для создания деловой графики MS Visio, ver. 2003;

• текстовый процессор MS Word, ver. 2003;

Научная новизна. В диссертационной работе проведено исследование проблемы, в котором новыми являются следующие результаты: • Предложена новая концептуальная модель управления качеством академических программных продуктов. Отличие построенной модели от известных состоит в том, что для управления качеством программных продуктов используются результаты статистического анализа большой совокупности текстов программ, которые периодически обновляются. В условиях стохастической неопределенности параметрами качества выступают их средние значения, определенные на совокупности программных продуктов, и на этой основе анализируется отклонение параметров качества от эталона. Модель позволяет оценивать уровень зрелости учебного процесса, и определять, насколько он соответствует эталонному уровню.

• Впервые построен программный комплекс по автоматическому определению параметров качества текстов программных продуктов. Отличие его от аналогов состоит в том, что конфигурация комплекса создана на основе цепочечной модели, позволяющей наращивать и расширять возможности комплекса без изменения ранее созданных модулей.

• Впервые показана на основе статистических исследований методика применения критериев качества к академическим программным продуктам. Ранее статистический анализ академических продуктов не выполнялся.

• Впервые подтверждена на основе дисперсионного анализа гипотеза о влиянии фактора на качество академического программного продукта в рамках предложенной концептуальной модели. Ранее такая гипотеза не выдвигалась относительно совокупности академических продуктов.

Практическая ценность диссертационной работы и использование результатов. Практическая ценность заключается в следующем:

1. Программный комплекс позволяет преподавателям вузов и разработчикам программного обеспечения в софтверных организациях определять параметры качества программных продуктов для их оценки.

2. Концептуальная модель управления качеством А1111 является основой для создания в высших учебных заведениях системы управления качеством академических программных продуктов. Создание такой системы позволяет повысить уровень образовательного процесса.

3. Методика определения эффективности управления качеством АПП в условиях проектно-ориентированного обучения позволяет в высших учебных заведениях оценить степень влияния на академический продукт новой, внедряемой в учебный процесс, модели обучения.

Реализация результатов работы.

Результаты исследования, предложенные модели и программный комплекс использованы в учебном процессе по информационным специальностям, а также в производственной деятельности следующих предприятий и организаций:

• В Ульяновском отделении федерации интернет-образования в процессе переподготовки преподавателей и сотрудников средних школ.

• В учебном процессе в Ульяновском государственном университете на механико-математическом факультете и на факультете информационных технологий и телекоммуникаций при обучении студентов дисциплинам программирования и информатики.

• В Ульяновском государственном педагогическом университете на физико-математическом факультете при обучении студентов дисциплине «Ядерная физика».

• В управлении по труду Администрации Ульяновской области при создании программ по обработке аналитической информации. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Компьютерная модель и программный комплекс по определению параметров качества совокупности программных продуктов и вычислению их статистических характеристик.

2. Концептуальная модель управления качеством академических программных продуктов.

3. Алгоритм функционирования системы управления качеством академических программных продуктов.

4. Применение методов дисперсионного анализа для определения эффективности процесса управления качеством академических программных продуктов в условиях проектно-ориентированного обучения. Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на 6 международных и 3 всероссийских конференциях. По теме диссертации были прочитаны доклады на расширенных заседаниях кафедры математической кибернетики и информатики УлГУ и на научных семинарах.

По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 1 статья в центральном журнале, 1 статья в зарубежном издании, 9 работ в сборниках научных трудов, 1 информационная карта регистрации программ, 1 отчет о результатах НИР, 2 акта о внедрении.

Структура и объем работы.

Основное содержание диссертационной работы изложено на 178 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, списка литературы из 120 наименований и двух приложений.

Основные выводы и итоги:

1. Проведен анализ процессов проектирования и определения параметров качества академических продуктов в условиях проектно-ориентированного обучения.

2. На основе компьютерной модели разработан новый программный комплекс для автоматического определения количественных параметров качества программных продуктов. Отличие программного комплекса от аналогов состоит в том, что он построен на основе цепочечной модели, позволяющей наращивать и расширять возможности комплекса без изменения ранее созданных модулей.

3. Разработана новая концептуальная модель управления качеством создаваемых в учебном процессе академических программных продуктов. Отличие предложенной модели от известных состоит в том, что для управления качеством программных продуктов используются результаты статистического анализа большой совокупности текстов программ. Оценивается качество совокупности академических программных продуктов и на этой основе определяется отклонение их параметров качества от эталона. Модель позволяет оценивать уровень зрелости учебного процесса в условиях применения проектно-ориентированного обучения.

4. Проведены экспериментальные исследования совокупности академических программных продуктов, созданных студентами УлГУ в период с 1999 года по 2005 год, с получением параметров качества с помощью разработанного программного комплекса. Показана на основе статистических исследований применимость критериев качества к учебным программным продуктам. Ранее статистический анализ к учебным программным продуктам не применялся. 5. Методами дисперсионного анализа доказана эффективность процесса управления качеством академических программных продуктов в условиях проектно-ориентированного обучения.

Заключение

В диссертационной работе разработана компьютерная модель определения параметров качества программных продуктов, на ее основе создан программный комплекс, разработана концептуальная модель управления качеством академических программных продуктов, проведены экспериментальные исследования, подтверждающие эффективность управления качеством АПП.

1. Адлер Ю.П., Грановский Ю.В., Маркова Е.В. Теория эксперимента: прошлое, настоящее, будущее-М.: Знание, 1982 -64 с.

2. Апостолова H.A., Гольдштейн Б.С., Зайдман P.A. О программометриче-ском подходе к оценкам программного обеспечения // Программирование, №4, 1995, с.38-44.

3. Батан JL Ф., Моделирование учебного процесса в современной шко-ле./Сибирский учитель, №5-1999 г.

4. Бауэр Ф.Л., Гооз Г. Информатика. Вводный курс: В 2-х ч. 4.1. Пер с нем.- М.: Мир. 1990. 336 е., ил.

5. Бенькович Е.С., Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Практическое моделирование динамических систем СПб.: БХВ-Петербург, 2002.- 464 е.: ил.

6. Большая Советская Энциклопедия. Гл. ред.: А.М.Прохоров. Изд. 3-е. Т.1-М., «Советская энциклопедия». 1970.

7. Боэм Б., Браун Дж., Каспар X. и др. Характеристики качества программного обеспечения. / Пер. с англ.- М.: Мир, 1981.-208 е., ил.

8. Боэм Б.У. Инженерное проектирование программного обеспечения. М.: Радио и связь, 1985. 511 с.

9. Брукс Ф. Мифический человеко-месяц или как создаются программные системы-Пер. с англ.-СПб.:Символ-Плюс,2001.-304 е.: ил.

10. Буч Г. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения. Киев: Диалектика, М.: И.В.К., 1992.

11. Буч. Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, 2-е изд. / Пер. с англ.- М.: «Издательство Бином», СПб.: «Невский диалект», 2001 560 е., ил.

12. Введение в математическое моделирование: Учеб. пособие / Под ред. П.В.Трусова-М.:Логос,2004. -440 с.

13. Вендров A.M. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем: Учебник М.: Финансы и статистика, 2000.-352 е.: ил.

14. ВентцельЕ.С. Теория вероятностей-М.: Наука. 1964.-576 е., ил.

15. Верник А.Н., Кулагин С.А., Угаров В.В. Моделирование фундаментальных физических опытов на персональной ЭВМ. // Научно-методический журнал Министерства просвещения «Физика в школе».-1987.- №3.-с.44-47. 1.

16. Верник А.Н., Кулагин С.А., Угаров В.В. Персональный компьютер как учебная физическая лаборатория. // Сборник. Применение средств вычислительной техники в учебном процессе кафедры физики. Ульяновский политехнический институт. Ульяновск: 1989. с. 24-26.

17. Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования СПб: Питер, 2003.-368 е.: ил. (Серия "Библиотека программиста")

18. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистики: Учеб. пособие для студентов втузов.-3-e изд., перераб. и доп.-М.:Высш. школа. 1979.-400 е., ил.

19. Говорухин В., Цибулин В. Компьютер в математическом исследовании-СПб.: Питер. 2001.-624 е.: ил.

20. Горбунов-Посадов М.М. Конфигурации программ. Рецепты безболезненных изменений М.: Малип, 1994.-272 е., ил.

21. Городняя Л.В., Мурзин Ф.А. Психология для программистов // IV Меж-дунар. конф. памяти академика А.П. Ершова «Перспективы систем информатики». Секция «Школьная информатика»: докл. и тез. Новосибирск, 2001.-С. 29-30.

22. Громов Г.Р. Очерки информационной технологии.-М.:ИнфоАрт, 1992.336 с.

23. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики М. Наука, 1970 - 664 с. ил.

24. Джонс Дж. К. Методы проектирования.: Пер. с англ. 2-е изд.,доп-М.:Мир, 1986.-326 е., ил.

25. Диагностирование на граф-моделях: На примерах авиационной и автомобильной техники / Я.Я.Осис, Я.А.Гельфандбейн, З.П.Маркович, Н.В.Новожилова.-М.: Транспорт, 1991.-244 с.

26. Дозорцев В.М., Шестаков Н.В. Компьютерные тренажеры для нефтехимии и нефтепереработки: опыт внедрения на российском рынке // Приборы и системы управления. 1998. № 1.

27. Дубова Н. Академические программы Intel // Открытые системы. №02/2003.

28. Дубова Н. Вместе с Borland // Computerworld Россия. 11.03.2003.

29. Дьяконов В., Круглов В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделиро вание систем. Специальный справочник СПб.: Питер, 2002.^448 е.: ил.

30. Ершов А.П. Введение в теоретическое программирование М.: Наука, 1977.-286 е., ил.

31. Загоруйко Н.Г. Прикладные методы анализа данных и знаний-Новосибирск: Изд-во Ин-та математики, 1999.-270 с.

32. Зинченко Т.П. Опознание и кодирование Д.: Изд-во Ленинград, ун-та, 1981.- 183 е., ил.

33. Иенсен К., Вирт Н. Паскаль: руководство для пользователя/Пер. с англ. и предисл. Д.Б.Подшивалова. М.: Финансы и статистика, 1989. - 255 с. ил.

34. Калабановский И. А. Методы и средства динамической интеграции данных в системах автоматизированного проектирования. Автореферат диссертации по специальности 05.13.12. Ульяновск-2001.

35. Калбертсон Р., Браун К., Кобб Г. Быстрое тестирование. / Пер. с англ. -М.: Издательский дом "Вильяме", 2002.-384 с.:ил.-Парал. тит. англ.

36. Калинина H.A., Костюкова Н.И. Решение сложных задач как метод обучения программированию // Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации, бизнесе / Тр. Междунар. конф. IT+SE'2001, Крым, май 2001 г. Запорожье ЗГУ, 2001. - С. 230-232.

37. Кимбл Г. Как правильно пользоваться статистикой. / Пер. с англ-М.:Финансы и статистика. 1982.- 294 е., ил.

38. Кинг Д. Создание эффективного программного обеспечения: пер с англ. М.: Мир, 1991. - 288 е., ил.

39. Клещев Н.Т., Романов A.A. Проектирование информационных систем: Учебное пособие / Под общей ред. К.И.Курбакова- М.: Изд-во Рос. экон. акад.,2000.-3 86 с.

40. Кнут Д. Искусство программирования для ЭВМ. / Пер. с англ.- М.: Мир, 1976.- 735 е., ил.

41. Коршунов Ю.М. Математические основы кибернетики М.: Энергия, 1972.-376 е., ил.

42. Крамер Г. Математические методы статистики. / Пер. с англ. под ред. акад. А.Н.Колиогорова.-М.: Мир, 1975.-648 е., ил.

43. Кузьменко В.Г. Программирование на VBA 2003. М.: ООО "Бином-Пресс", 2004 г. - 880 е.: ил.

44. Кумунжиев К.В., Нечаева H.H. Моделирование на языке ФС: Учебное пособие-Ульяновск, 1995.-85 с.

45. Курова H.H. Проектная деятельность в развитой информационной среде образовательного учреждения: Учеб. пособие для системы доп. проф. образования.-М.:Федерация Интернет Образования, 2002.-64

46. Кушнеренко А.Г., Лебедев Г.В. Программирование для математиков: Учеб. пособие для вузов М.: Наука, 1988 - 384 с.

47. Лаптев В.В., Куркурин Н.Д., Спирочкин В.В. Автоматизированная система оценки качества студенческих компьютерных программ. Астраханский Государственный Технический Университет (АГТУ) http://www.bitpro.ru/ito/2003/VI.html

48. Леоненков A.B. Самоучитель UML.-СПб.: БХВ-Петербург, 2002.-304 е.: ил.

49. Липаев В.В. Проектирование программных средств.-М.: Высш. шк., 1990.-303 е., ил.

50. Лоенко М. Ю. Внешнее оценивание множества решений ЗУ О с помощью ньютоновских корректоров // Тез. докл. конф. молодых ученых по математике, математическому моделированию и информатике, Новосибирск, 4-7 декабря, 2001. Новосибирск, 2001. - С. 18.

51. Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ M.: Радио и связь, 1988.-232 е.: ил.

52. Максименков A.B., Селезнев М.Л. Основы проектирования информационно-вычислительных систем и сетей. М.: Радио и связь, 1991.-320 е., ил.

53. Максимович Г.Ю., Романенко А.Г., Самойлюк О.Ф. Информационные системы: Учебное пособие / Под общей ред. К.И.Курбакова.-М.:Изд-во Рос. экон. акад., 1999- 198 с.

54. Мангейм М.Л. Иерархические структуры. /Пер. с англ.-М.: Мир, 1970180 е., ил.

55. Маркова Н. Как нам организовать проект? // Открытые системы. №0506, 2000.

56. Мейер Б., Бодуен К. Методы программирования: В 2-х томах. Т.2. Пер. с франц. Ю.А.Первина. Под ред. Ершова.-М.: Мир, 1982.

57. Метод проектов на уроках информатики. Пахомова Н.Ю., методист ВУО, г.Москва ИТО-95. www.bitpro.ru/ITO/1995/a.html

58. Минский M. Вычисления и автоматы-М.: Мир, 1971.-364 е., ил.

59. Мол очков В.П. Наглядность как принцип обучения // Информатика и образование. 2004. №3.

60. Мясникова O.K. Моделирование и формализация в курсе информатики // Информатика и образование. № 9. 2003.

61. Немнюгин С. A. Turbo Pascal СПб .-Издательство "Питер", 2001- 496 е.: ил.

62. Одинцов И. Профессиональное программирование. Системный подход-СПб.: БХВ-Петербург, 2002.-512 е.: ил.

63. Ope О. Теория графов. / Пер. с англ.- М.: Наука, 1968.-352 е., ил.

64. Педагогика: учебник для студентов педагогических вузов и педагогических колледжей / Под ред. П.И.Пидкасистого. М.: Педагогическое общество России, 2002.-608 стр.

65. Полат Е.С. Как рождается проект. М., 1995

66. Полат Е.С. Метод проектов на уроках иностранного языка / Иностранные языки в школе № 2, 3 - 2000 г.

67. Попов Ю.П., Самарский A.A. Вычислительный эксперимент. -М.: Знание, 1983.-64 с.

68. Программные системы: Пер. с нем. / Под ред. П.Бахманна.-М.: Мир, 1988.-288 е., ил.

69. Разумовская Н.В. Компьютер на уроках физики // Физика в школе.-1985.-№3.-с.51.

70. Рыбаков Ф.И. Системы эффективного взаимодействия человека и ЭВМ М.: Радио и связь, 1985 - 200 е., ил.

71. Семушин И.В. Адаптивные схемы идентификации и контроля при обработке случайных сигналов. Изд-во Сарат. ун-та, 1985 180 с.

72. Сергеев А.Г. Латышев М.В. Сертификация: Учебное пособие для студентов вузов. М.: Логос, 2000. 248 с.

73. Скопин И.Н. Программное моделирование при изучении информатики. НГУ, Новосибирский центр информационных технологий. 2001. http://www.bitpro.rU/lTO/2001/ito/I.html#2

74. Стивене Р. Delphi. Готовые алгоритмы / Пер. с англ. Мерещука П.А. 2-е изд. стер. - М.: ДМК Пресс; Спб.: Питер, 2004. - 384 е.: ил.

75. Суходольский Г.В. Основы математической статистики для психологов- Л.: Издательство Ленинградского университета, 1972.-430 с.

76. Темников Ф.Е. Теоретические основы информационной техники М.: Энергия, 1971.^24 е., ил.

77. Теория информации и ее приложения (Сборник переводов). Под ред. Харкевича A.A. М.: Государственное издательство физико-математической литературы. 1959.-328 е., ил.

78. Терехов А., Павлов В. Перспективы развития ИТ-образования.// Открытые системы, 2003. №2 / Издательство «Открытые системы» (http://www.osp.ru/)

79. Терехов А.Н. Вслед за миром. // Компьютерные инструменты в образовании, №3, 2001 г.

80. Технологии разработки программного обеспечения: Учебник / С. Орлов СПб.: Питер, 2002.-464 е.: ил.

81. Технология системного моделирования / Е.Ф.Аврамчук, А.А.Вавилов, С.В.Емельянов и др.: Под общ. ред. С.В.Емельянова и др.- М.: Машиностроение, Берлин: Техник, 1988 520 е.: ил.

82. Турбо Паскаль 7.0 К.: Издательская группа BHV, 2000.-432 с. (На основе материалов Т.Роттена, Г.Франкена «Турбо Паскаль 6.0» - BHV, 1992

83. Финни Д. Введение в теорию планирования экспериментов / Пер. с англ., Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1970 288 е., ил.

84. Фуксман A.JI. Технологические аспекты создания программных систем. М.: Статистика, 1979. - 184 е., ил.

85. Холстед М.Х. Начала науки о программах. / Пер. с англ. В.М.Юфы М.: Финансы и статистика, 1981.-128 е., ил.

86. Шалыто A.A. Алгоритмизация и программирование для систем логического управления и "реактивных" систем // Автоматика и телемеханика, 2001. №1, с.3-39.

87. Шеридан Т.Б., Феррелл У.Р. Системы человек машина / Пер. с англ-М.: Машиностроение, 1980.-399 е., ил.

88. Штрик A.A. и др. Структурное проектирование надежных программ встроенных ЭВМ-Д.: Машиностроение, 1989.-296 е., ил.

89. Э. Дейкстра. Дисциплина программирования. Пер. с англ. М.: Мир. 1978.

90. Эксперимент на дисплее / Автор предисловия Мигдал. М.: Наука, 1989.-175 е., ил.

91. Эльясберг П.Е. Определение движения по результатам измерений.-М.: Наука, 1976.-416 с. ил.

92. ACM. The First Society in Computing, http://www.acm.org

93. Bohrer R. Halstead's Criterion and Statistical Algoritms. Processdings of the Eighth Annual Computer Science / Statistics Interface Symposium, Los Angeles, February 1975, p. 262-266.

94. Borland Pascal with Objects. Version 7.0. Language Guide. Borland International INC, 1992.

95. Computing Curricula 2001, Appendix ACS Body of Knowledge.http://info.acm.org

96. Elshoff J.L. Measuring Commerscial PL/1 Programs Using Halstead"s Criteria, General Motors Research Publication, GMR-2012, November 1975.

97. Innokenti V. Semoushin, "The Frontal Competitive Approach to Teaching Computational Mathematics." Paper presented at ICME-9, July 31 August 6, 2000, Tokyo/Makuhary, Japan, accessible since March 27, 2000:

98. Innokenti V. Semoushin, FCA+PBL=behavior modification in learning operations research. Ulyanovsk State University (993-B1-941)

99. McCabe, Tomas J, and Charles W. Butler. (1989). "Design Complexity Measurement and Testing." Communications of the ASM 32, 12 (December 1989): 1415-1425.

100. Shooman M.L. Software engineering: reliability development and management. N.Y. Pabl. MeGraw-Hill. 1983.

101. Tucker A.,et al. Computing Curricula 1991,Report of the ACM/IEEE-CS Joint Curriculum Task Force, ACM Press, N.Y. 1991.

102. Угаров В.В. Об одной методике оптимизации ввода данных в автоматизированных системах измерений // Фундаментальные проблемы математики и механики. Сборник статей. Выпуск 3. Под ред. Б.Ф.Мельникова. Ульяновск: УлГУ. 1997. с. 84-87.

103. Угаров В.В., Цыганова Ю.В. Информатика и программирование. // Методическое пособие для вузов. Ульяновск: УлГУ. 2003. 62 с.

104. Semoushin,I.V., Tsyganova,J.V., Ugarov V.V., Computational and Soft Skills Development through the Project Based Learning, ICCS 2003, Lecture Notes in Computer Science, St. Petersburg, Russia, June, 2-4, (2003).