Разработка учебно-методического комплекса по дисциплине «Архитектура ЭВМ»

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

1 Техническое задание 8

1.1 Преимущества использования и состав электронных учебников

в современном образовании 8

1.2 Технология создания электронных учебников 10

1.3 Рекомендации по созданию электронного учебника 12

2 Описание программы 25

2.1 Аппаратное и программное обеспечение разработки

электронного учебника 25

2.1.1.Объектно-ориентированная среда программирования Delphi 7.0 25

Язык гипертекстовой разметки HTML 4.0 28

2.2 Интерфейс электронного учебно-методического комплекса 33

2.2.1 Окно просмотра электронного документа и панель навигации 33

2.2.2 Меню и панель инструментов 36

2.3 Создание тестового приложения 37

3 Руководство пользователя 42

4 Экономическая эффективность разработки 46

5 Охрана труда 50

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53

Список использованных источников 54

ВВЕДЕНИЕ

Вычислительные машины появились сравнительно недавно, в середине прошлого столетия. Они были «святая святых» особой касты людей (математиков и программистов), которые (единственные) могли их достаточно эффективно использовать. Потом круг пользователей расширился, в первую очередь, за счет ученых, использовавших вычислительные машины для проведения машинных экспериментов. Всегда широкий круг работающих на компьютерах специалистов пытался использовать их в учебном процессе. Прорыв был совершен академиком А.П. Ершовым, выдвинувшим лозунг «Программирование - вторая грамотность». Как раз к тому времени появились и первые персональные компьютеры, которые можно было разместить в учебных заведениях.

Первые робкие опыты использования вычислительных машин в образовании заключались в попытках воспроизведения на компьютерах дозированных кусков текста учебника или сводились к обучению программированию. Последние годы внимание общества буквально приковано к использованию средств вычислительной техники, или к использованию информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) в учебном процессе.

Электронным учебником называется продукт образовательного характера, который может быть воспроизведен только с помощью средств информатики (в том числе и компьютера), соответствующий утвержденной программе обучения или программе, разработанной автором для предложенного курса, и имеющий принципиально новые черты по сравнению с обычным учебником. К таковым обычно относят свойства мультимедийности, виртуальной реальности, высокой степени интерактивности, использование «педагогических агентов влияния», настройки на личностные характеристики обучаемого и т.д.

Электронный учебник (ЭУ) - программно-методический обучающий комплекс, соответствующий типовой учебной программе и обеспечивающий возможность студенту самостоятельно или с помощью преподавателя освоить учебной курс или его раздел. Данный продукт создается со встроенной структурой, словарями, возможностью поиска и т.п

Электронный учебник может быть предназначен для самостоятельного изучения учебного материала по определенной дисциплине или для поддержки лекционного курса с целью его углубленного изучения.

ЭУ должен предоставлять аналогичные (близкие к реальности) возможности. В нем, например, можно использовать на порядок больше иллюстраций, чем в обычном учебнике, фрагменты видеофильмов, а можно использовать панорамы виртуальной реальности, с помощью которых на экране компьютера можно получить полное представление об окружающей обстановке.

Таким образом, электронный учебник должен, сохраняя все возможности обычных учебников, обладать принципиально новыми, по сравнению с ними, качествами, включающими элементы гипермедиа и виртуальной реальности, обеспечивающими высокий уровень наглядности, иллюстративности и высокой степени интерактивности, обеспечивать новые формы структурированного представления больших объемов информации и знаний, возможности эффективного поиска требуемой информации.

Темой дипломной работы стала разработка учебно-методического комплекса по дисциплине «Архитектура ЭВМ», предназначенного для студентов специальностей 5В070300 – «Информационные системы» и 5В070400 – «Вычислительная техника и программное обеспечение».

Цели и задачи дипломной работы

Основной целью данной дипломной работы было создание разработка учебно-методического комплекса по дисциплине «Архитектура ЭВМ».

Основными задачами создания обучающего комплекса является следующее:

разработать такой программный интерфейс, который предоставит возможность не только редактировать материал учебника, но и загружать новый лекционный и лабораторный материал;
насытить лабораторные задания примерами, для более лучшего понимания студентами изучаемого материала;
предусмотреть возможность тестирования после изучения каждой лекции;
ограничить доступ различным категориям пользователей (преподаватель и студент), создав два режима работы программы.

Техническое задание

1.1 Преимущества использования и состав электронных учебников в современном образовании

Кроме разного носителя, ЭУ имеет ряд принципиальных отличий от учебника, изготовленного типографским способом:

возможность мультимедиа;
обеспечение виртуальной реальности;
высокая степень интерактивности;
возможность индивидуального подхода к обучающемуся.

Внедрение в структуру электронного учебника элементов мультимедиа позволяет осуществить одновременную передачу различных видов информации. Обычно это означает сочетание текста, звука, графики, анимации и видео.

Многие процессы и объекты в электронном учебнике могут быть представлены в динамике их развития, а также в виде 2-х или 3-х мерных моделей, что вызывает у пользователя иллюзию реальности изображаемых объектов.

Интерактивность позволяет установить обратную связь от пользователя информации (студента) к ее источнику (преподавателю).

Для интерактивного взаимодействия характерна немедленная ответная и визуально подтвержденная реакция на действие, сообщение.

Индивидуальный подход к личности обучающегося формируется после проведения психологического тестирования. Результат такого тестирования позволяет разбить обучающихся на определенные группы и предложить наиболее адекватные модели изучения учебного материала.

Психологическое тестирование выполняется автоматически, если элементы тестов будут встроены в меню на 1 странице электронного учебника, или отдельно перед началом изучения материала. По результатам теста пользователю может быть предложен наиболее удобный вариант изучения соответствующих разделов учебника.

Электронный учебник имеет определенные преимущества перед традиционными видами учебников:

Изучение материала может быть не связано с временными рамками (расписанием аудиторных занятий).
Позволяет развить навыки самостоятельной работы у студентов.
Структура учебника помогает устанавливать контроль над изучением определенных блоков тем.
Электронные учебники, могут иметь дополнительные возможности по сравнению с бумажным вариантом. Одной из таких возможностей является использование гиперссылок, с помощью которых возможен быстрый переход от одного участка учебника, к другому.

Несмотря на то, что создание электронного учебника представляет собою свободный творческий процесс преподавателя и программиста, необходимо все же придерживаться определенных методических требований.

Основные требования к методике составления электронного учебника следующие:

Учебный материал должен быть разбит на блоки.
Каждый блок должен быть снабжен подробными иллюстрациями.
Иллюстрации должны подбираться таким образом, чтобы более подробно и просто разъяснить трудновоспринимаемый студентами материал.
Основной материал блока должен быть объединен в одно целое с помощью гиперссылок. Гиперссылки могут связывать собой и отдельные блоки электронного учебника.
Целесообразно, дополнить материал электронного учебника всплывающими подсказками.

С точки зрения функциональной значимости материал электронного учебника должен состоять из презентационной части, основного материала с упражнениями, задачами, контрольными вопросами; промежуточными тестами, позволяющими оценить полученные знания и открыть доступ к следующей ступени обучения (другим более сложным блокам учебного материала).

При составлении промежуточных и итоговых тестов, проводимых в рамках конкретного электронного учебника рекомендуется за основу брать аттестационные педагогические измерительные материалы, которые уже составлены преподавателями университета.

Презентационная часть электронного учебника - есть аналог введения печатного учебника. В этом разделе дается краткая характеристика содержания электронного учебника, перечисляют рекомендации по использованию данного программного продукта, наименование образовательного учреждения, название дисциплины, информация об авторах.

Основное содержание электронного учебника разбивается на отдельные блоки или модули. Блок аналогичен главе в обычном учебнике.

Переход из одного блока или модуля возможен двумя путями. При прохождении промежуточного тестирования по окончании изучения материала предыдущего блока или через меню.

Если блок состоит из большого количества файлов, то целесообразно разработать его внутреннее меню.

Очень важно обеспечить доступ к справочникам, словарям терминов с каждой страницы учебника. Для этого необходима навигационная система. Навигационная система отображается на так называемых навигационных панелях. Для удобной навигации по электронному учебнику в текст вставляются гиперссылки. Гиперссылка - это слово или фраза, подчеркнутые или выделенные ярким цветом, при нажатии на которые осуществляется быстрый переход к нужным фрагментам текста. Например: в каком-то абзаце текста введено определение какого–то понятия. Тогда в дальнейшем, при упоминании этого понятия, его можно указать как гиперссылку, т.е. при нажатии на слово, будет осуществляться быстрый переход на тот абзац, где дано его определение. Все гиперссылки расставляются по указанию автора учебника.

1.2 Технология создания электронных учебников

Технология создания электронных учебников достаточно трудоемка и включает следующие этапы.

Определение целей и задач разработки.
Разработка структуры электронного учебника.
Разработка содержания по разделам и темам учебника.
Подготовка сценариев отдельных структур электронного учебника.
Программирование.
Апробация.
Корректировка содержания ЭУ по результатам апробации.
Подготовка методического пособия для пользователя.

Коротко рассмотрим эти этапы.

- Определение целей и задач разработки

Отправной точкой в создании электронных учебников являются дидактические цели и задачи, для достижения и решения которых используются информационные технологии.

В зависимости от целей обучения электронные учебники могут быть следующих типов:

предметно-ориентированные ЭУ;
для изучения отдельных предметов общеобразовательного цикла в конкретном классе;
предметно-ориентированные электронные учебники для изучения отдельных разделов предметов общеобразовательного цикла при сквозном изучении учебного материала;
предметно-ориентированные электронные тренажеры с наличием справочного учебного материала;
электронные автоматизированные системы развития способностей.

- Разработка структуры электронного учебника

Структура в общепринятом понимании (от лат. struktura - строение, расположение, порядок) - совокупность устойчивых связей объекта, обеспечивающих его целостность. Исходя из этого определения при разработке электронного учебника необходимо первоначально выработать его структуру, порядок следования учебного материала, вид навигации по разделам, сделать выбор основного опорного пункта будущего учебника.

- Разработка содержания по разделам и темам ЭУ

Понятие о содержании электронного учебника является частью понятия содержания образования, под которым понимается система знаний, умений, навыков, овладение которыми обеспечивает развитие умственных способностей школьника.

Содержание электронного учебника может разработать опытный преподаватель-новатор, не один год посвятивший преподаванию своей дисциплины.

При разработке содержания отдельных тем необходимо ранжировать учебный материал:

по степени сложности восприятия,
по степени сложности подачи;

В ходе этой работы необходимо:

выделить основное ядро учебного материала,
выделить второстепенные моменты в изучении учебного материала,
выделить связи с другими темами учебного курса,
подобрать практические разноуровневые многовариантные задания по каждой теме,
подобрать иллюстрации, графики, демонстрации, анимационные и видеофрагменты к понятиям, формулировкам, событиям и т.д.

- Подготовка сценариев отдельных программ ЭУ

Познавательный интерес в педагогической практике рассматривают часто как средство активизации познавательной деятельности учащихся, эффективный инструмент преподавателя позволяющий ему сделать процесс обучения привлекательным, выделить в обучении те аспекты, которые могут привлечь к себе непроизвольно внимание учащихся, заставят активизировать их мышление, волноваться, переживать. Вот эти слова Г.И. Щукиной следует всегда помнить при составлении сценариев педагогических программных средств учебного назначения.

Сценарий электронного учебника - это покадровое распределение содержания учебного курса и его процессуальной части в рамках программных структур разного уровня и назначения.

Процессуальная часть включает в себя все то, что необходимо представить на экране монитора для раскрытия и демонстрации содержательной части.

Программные структуры разного уровня - это компоненты мультимедийных технологий: гипертекст, анимация, звук, графика и т.п. Использование этих средств носит целенаправленный характер: для активизации зрительной и эмоциональной памяти, для развития познавательного интереса, повышения мотивации учения.

- Программирование

Следующим этапом при создании ЭУ является его программирование. В этой работе участвуют: постановщик курса, программисты, программисты- дизайнеры, психолог. Эта работа начинается с создания основных шаблонов кадров будущего ЭУ; они различаются в зависимости от назначения кадра: разместить в нем познавательный материал, подкрепить его рисунком, анимацией, графиком и т. п. Иной вид имеет шаблон кадра для заданий, тестов. После создания основных шаблонов кадров процесс программирования упрощается, делается более целенаправленным.

- Апробация

После создания ЭУ очень хорошо, если с ним могут поработать преподаватели, для использования которыми (в том числе) в учебном процессе он и разрабатывался. Мнение таких людей об ЭУ, их замечания крайне важны для разработчиков; их учитывают, на их основе вносят в курс корректировки. И все-таки ЭУ необходимо апробировать в условиях реального учебного процесса. Во время апробации выявляются отдельные незамеченные разработчиками ошибки, некорректность, неудобства в эксплуатации и т.п.

- Корректировка по результатам апробации

По результатам апробации проводится корректировка программ электронного учебника. Эта работа может касаться и сценарной линии учебника, его структуры; она касается и неточностей и ошибок в ответах при работе с заданиями и т.п.

- Подготовка методического пособия для пользователя

Завершает работу по созданию электронного учебника подготовка методического пособия для преподавателя. Оно может содержать следующие материалы: содержание отдельных программных модулей; задания, тесты, предлагаемые после изучения каждой темы; примерное тематическое планирование с указанием места использования данного электронного учебника; инструкцию для работы с ЭУ; необходимую конфигурацию компьютера для инсталляции ЭУ. Пособие может быть записано на электронном носителе, либо издано на бумажном носителе.

1.3 Рекомендации по созданию электронного учебника

Многие понятия, связанные с электронным учебником, существенно изменялись в течение последних двадцати лет. Авторам данного документа неоднократно приходилось наблюдать, как в дискуссиях об ЭУ одни участники, исходя из устаревших представлений, выдвигали и отстаивали тезисы, давно ставшие очевидными для других. В практическом плане устаревшие концепции часто приводят к созданию электронных продуктов, выдаваемых за ЭУ, но на самом деле бесполезных ровно постольку, поскольку они ЭУ не являются. Поэтому представляется целесообразным начать изложение с уточнения основных понятий, относящихся к электронным учебником.

Электронное издание (ЭИ) — это совокупность графической, текстовой, цифровой, речевой, музыкальной, видео–, фото– и другой информации, а также печатной документации пользователя. Электронное издание может быть исполнено на любом электронном носителе — магнитном (магнитная лента, магнитный диск и др.), оптическом (CD–ROM, DVD, CD–R, CD–I, CD+ и др.), а также опубликовано в электронной компьютерной сети [3, Приложение 2].

Учебное электронное издание (УЭИ) должно содержать систематизированный материал по соответствующей научно–практической области знаний, обеспечивать творческое и активное овладение студентами и учащимися знаниями, умениями и навыками в этой области. УЭИ должно отличаться высоким уровнем исполнения и художественного оформления, полнотой информации, качеством методического инструментария, качеством технического исполнения, наглядностью, логичностью и последовательностью изложения [3, Приложение 2].

Учебник (У)— учебное издание, содержащее систематическое изложение учебной дисциплины или ее раздела, части, соответствующее государственному стандарту и учебной программе и официально утвержденное в качестве данного вида издания [3, Приложение 2].

Электронный учебник (ЭУ) — основное УЭИ, созданное на высоком научном и методическом уровне, полностью соответствующее федеральной составляющей дисциплины Государственного образовательного стандарта специальностей и направлений, определяемой дидактическими единицами стандарта и программой [3].

Учебное пособие (УП) — это издание, частично или полностью заменяющее или дополняющее учебник и официально утвержденное в качестве данного вида издания [3

Электронное учебное пособие (ЭУП) — это электронное издание, частично или полностью заменяющее или дополняющее учебник и официально утвержденное в качестве данного вида издания [3, Приложение 2].

Гипертекст — это текст, представленный в электронной форме и снабженный разветвленной системой связей, позволяющей мгновенно переходить от одного его фрагмента к другому в соответствии с некоторой иерархией фрагментов (ср. [10]).

Интеллектуальное ядро (ИЯ) — специальный комплекс программ, реализующих математические операции в численной и символьной формах.

Компьютерное объяснение — объяснение, использующее наглядность, индуктивные умозаключения и формирование понятий путем ответов на вопросы типа “да” и “нет”.

Компьютерное решение — решение таким методом, который, являясь наиболее простым и естественным, требует столь громоздких вычислений и преобразований, что без компьютера не применяется.

Визуализация — представление в наглядной форме с помощью рисунков, графиков и анимации.

Характеристика электронного учебника

Реформа современного образования может состояться лишь при условии создания таких компьютерных пакетов (электронных учебников, пособий, тренажеров, тестеров и проч.), наличие которых обеспечит одну и ту же компьютерную среду в специализированной аудитории на практических занятиях, в компьютерном классе учебного заведения или общежитии, оборудованном для самостоятельной работы учащихся, а также дома на персональном компьютере.

Основываясь на официальных определениях электронного издания (ЭИ), учебного электронного издания (УЭИ) и электронного учебника (ЭУ), необходимо расширить и конкретизировать понятие ЭУ.

Электронный учебник — новый жанр учебной литературы

Электронный учебник (даже самый лучший) не может и не должен заменять книгу. Так же как экранизация литературного произведения принадлежит к иному жанру, так и электронный учебник принадлежит к совершенно новому жанру произведений учебного назначения. И так же как просмотр фильма не заменяет чтения книги, по которой он был поставлен, так и наличие электронного учебника не только не должно заменять чтения и изучения обычного учебника (во всех случаях мы подразумеваем лучшие образцы любого жанра), а напротив, побуждать учащегося взяться за книгу.

Именно поэтому для создания электронного учебника недостаточно взять хороший учебник, снабдить его навигацией (создать гипертексты) и богатым иллюстративным материалом (включая мультимедийные средства) и воплотить на экране компьютера. Электронный учебник не должен превращаться ни в текст с картинками, ни в справочник, так как его функция принципиально иная.

Электронный учебник должен максимально облегчить понимание и запоминание (причем активное, а не пассивное) наиболее существенных понятий, утверждений и примеров, вовлекая в процесс обучения иные, нежели обычный учебник, возможности человеческого мозга, в частности, слуховую и эмоциональную память, а также используя компьютерные объяснения.

Текстовая составляющая должна быть ограничена — ведь остаются обычный учебник, бумага и ручка для углубленного изучения уже освоенного на компьютере материала.

Некоторые принципы, которыми следует руководствоваться при создании электронного учебника по математике

Принцип квантования: разбиение материала на разделы, состоящие из модулей, минимальных по объему, но замкнутых по содержанию.

Принцип полноты: каждый модуль должен иметь следующие компоненты

теоретическое ядро,
контрольные вопросы по теории,
примеры,
задачи и упражнения для самостоятельного решения,
контрольные вопросы по всему модулю с ответами,
контрольная работа,
контекстная справка (Help),
исторический комментарий.

Принцип наглядности: каждый модуль должен состоять из коллекции кадров с минимумом текста и визуализацией, облегчающей понимание и запоминание новых понятий, утверждений и методов.

Принцип ветвления: каждый модуль должен быть связан гипертекстными ссылками с другими модулями так, чтобы у пользователя был выбор перехода в любой другой модуль. Принцип ветвления не исключает, а даже предполагает наличие рекомендуемых переходов, реализующих последовательное изучение предмета.

Принцип регулирования: учащийся самостоятельно управляет сменой кадров, имеет возможность вызвать на экран любое количество примеров (понятие ``пример" имеет широкий смысл: это и примеры, иллюстрирующие изучаемые понятия и утверждения, и примеры решения конкретных задач, а также контрпримеры), решить необходимое ему количество задач, задаваемого им самим или определяемого преподавателем уровня сложности, а также проверить себя, ответив на контрольные вопросы и выполнив контрольную работу, заданного уровня сложности.

Принцип адаптивности: электронный учебник должен допускать адаптацию к нуждам конкретного пользователя в процессе учебы, позволять варьировать глубину и сложность изучаемого материала и его прикладную направленность в зависимости от будущей специальности учащегося, применительно к нуждам пользователя генерировать дополнительный иллюстративный материал, предоставлять графические и геометрические интерпретации изучаемых понятий и полученных учащимся решений задач.

Принцип компьютерной поддержки: в любой момент работы учащийся может получить компьютерную поддержку, освобождающую его от рутинной работы и позволяющую сосредоточиться на сути изучаемого в данный момент материала, рассмотреть большее количество примеров и решить больше задач. Причем компьютер не только выполняет громоздкие преобразования, разнообразные вычисления и графические построения, но и совершает математические операции любого уровня сложности, если они уже изучены ранее, а также проверяет полученные результаты на любом этапе, а не только на уровне ответа.

Принцип собираемости: электронный учебник (и другие учебные пакеты) должны быть выполнены в форматах, позволяющих компоновать их в единые электронные комплексы, расширять и дополнять их новыми разделами и темами, а также формировать электронные библиотеки по отдельным дисциплинам (например, для кафедральных компьютерных классов) или личные электронные библиотеки студента (в соответствии со специальностью и курсом, на котором он учится), преподавателя или исследователя.

Электронный учебник необходим для самостоятельной работы учащихся при очном и, особенно, дистанционном обучении потому, что он

облегчает понимание изучаемого материала за счет иных, нежели в печатной учебной литературе, способов подачи материала: индуктивный подход, воздействие на слуховую и эмоциональную память и т.п.;

допускает адаптацию в соответствии с потребностями учащегося, уровнем его подготовки, интеллектуальными возможностями и амбициями;

освобождает от громоздких вычислений и преобразований, позволяя сосредоточиться на сути предмета, рассмотреть большее количество примеров и решить больше задач;

предоставляет широчайшие возможности для самопроверки на всех этапах работы;

дает возможность красиво и аккуратно оформить работу и сдать ее преподавателю в виде файла или распечатки;

выполняет роль бесконечно терпеливого наставника, предоставляя практически неограниченное количество разъяснений, повторений, подсказок и проч.

Учебник необходим студенту, поскольку без него он не может получить прочные и всесторонние знания и умения по данному предмету.

Электронный учебник полезен на практических занятиях в специализированных аудиториях потому, что он

позволяет использовать компьютерную поддержку для решения большего количества задач, освобождает время для анализа полученных решений и их графической интерпретации;

позволяет преподавателю проводить занятие в форме самостоятельной работы за компьютерами, оставляя за собой роль руководителя и консультанта;

позволяет преподавателю с помощью компьютера быстро и эффективно контролировать знания учащихся, задавать содержание и уровень сложности контрольного мероприятия.

Электронный учебник удобен для преподавателя потому, что он

позволяет выносить на лекции и практические занятия материл по собственному усмотрению, возможно, меньший по объему, но наиболее существенный по содержанию, оставляя для самостоятельной работы с ЭУ то, что оказалось вне рамок аудиторных занятий;

освобождает от утомительной проверки домашних заданий, типовых расчетов и контрольных работ, передоверяя эту работу компьютеру;

позволяет оптмизировать соотношение количества и содержания примеров и задач, рассматриваемых в аудитории и задаваемых на дом;

позволяет индивидуализировать работу со студентами, особенно в части, касающейся домашних заданий и контрольных мероприятий.

Методические рекомендации по разработке электронного учебника

Основные этапы разработки электронного учебника

Выбор источников

Заключение договоров с авторами о праве на переработку

Разработка оглавления и перечня понятий (индекса)

Переработка текстов в модули по разделам и создание Help

Реализация гипертекста в электронной форме

Разработка компьютерной поддержки

Отбор материала для мультимедийного воплощения

Разработка звукового сопровождения

Реализация звукового сопровождения

Подготовка материала для визуализации

Визуализация материала

На первом этапе разработки ЭУ целесообразно подобрать в качестве источников такие печатные и электронные издания, которые

наиболее полно соответствуют стандартной программе,

лаконичны и удобны для создания гипертекстов,

содержат большое количество примеров и задач,

имеются в удобных форматах (принцип собираемости).

На втором этапе заключения договоров из полученного набора источников отбираются те, которые имеют оптимальное соотношение цены и качества.

На третьем этапе разрабатывается оглавление, т.е. производится разбиение материала на разделы, состоящие из модулей, минимальных по объему, но замкнутых по содержанию, а также составляется перечень понятий, которые необходимы и достаточны для овладения предметом (двух– или трехуровневый индекс).

На четвертом этапе перерабатываются тексты источников в соответствии с оглавлением, индексом и структурой модулей; исключаются тексты, не вошедшие в перечни, и пишутся те, которых нет в источниках; разрабатывается система контекстных справок (Help); определяются связи между модулями и другие гипертекстные связи.

Таким образом, подготавливаются проект гипертекста для компьютерной реализации.

На пятом этапе гипертекст реализуется в электронной форме.

В результате создается примитивное электронное издание, которое уже может быть использовано в учебных целях. Многие именно такое примитивное ЭИ и называют электронным учебником. Оно практически не имеет шансов на коммерческий успех, потому что студенты не будут его покупать.

На шестом этапе разрабатывается компьютерная поддержка: определяется, какие математические действия в каждом конкретном случае поручаются компьютеру и в какой форме должен быть представлен ответ компьютера; проектируется и реализуется ИЯ; разрабатываются инструкции для пользователей по применению интеллектуального ядра ЭУ для решения математических задач (правила набора математических выражений и взаимодействия с ИЯ).

В результате создается работающий электронный учебник, который обладает свойствами, делающими его необходимым для студентов, полезным для аудиторных занятий и удобным для преподавателей. Такой ЭУ может распространяться на коммерческой основе.

Интеллектуальное ядро целесообразно сделать так, чтобы его можно было заменять на более мощный компьютерный пакет типа DERIVE, Reduce, MuPAD, Maple V и т.п.

Теперь электронный учебник готов к дальнейшему совершенствованию (озвучиванию и визуализации) с помощью мультимедийных средств.

На седьмом этапе изменяются способы объяснения отдельных понятий и утверждений и отбираются тексты для замены мультимедийными материалами.

На восьмом этапе разрабатываются тексты звукового сопровождения отдельных модулей с целью разгрузки экрана от текстовой информации и использования слуховой памяти учащегося для облегчения понимания и запоминания изучаемого материала.

На девятом этапе разработанные тексты звукового сопровождения записываются на диктофон и реализуются на компьютере.

На десятом этапе разрабатываются сценарии визуализации модулей для достижения наибольшей наглядности, максимальной разгрузки экрана от текстовой информации и использования эмоциональной памяти учащегося для облегчения понимания и запоминания изучаемого материала.

На одиннадцатом этапе производится визуализация текстов, т.е. компьютерное воплощение разработанных сценариев с использованием рисунков, графиков и, возможно, анимации (нужно иметь в виду, что анимация стоит очень дорого).

На этом заканчивается разработка ЭУ и начинается его подготовка к эксплуатации. Следует отметить, что подготовка к эксплуатации ЭУ может предполагать некоторые коррекции его содержательной и мультимедийной компонент.

Подготовка электронного учебника к эксплуатации

Содержанием этого этапа работы являются

тестирование;
написание инструкций по эксплуатации;
разработка методического обеспечения;
подготовка материалов для регистрации;
регистрация.

Вопросы защиты ЭУ от нелегального копирования требуют специального решения в каждом конкретном случае, в зависимости от условий финансирования его разработки и порядка распространения. Эти вопросы требуют специального изучения.

Методическое обеспечение электронного учебника

Если создание электронного учебника не будет сопровождаться разработкой надлежащих методических материалов, затраченные силы и средства пропадут даром, поскольку тогда электронный учебник не будет воспринят системой образования. Поэтому методическое обеспечение ЭИ имеет принципиальное значение для успеха проекта в целом. Исходя из этого, мы уделяем данному вопросу особое место.

Реформа образования требует создания таких УЭИ, наличие которых обеспечит одну и ту же компьютерную среду для учащихся и преподавателей, в аудитории и дома. Здесь уместно провести параллель с реформой европейского образования, связанной с изобретением книгопечатания (Гутенберг, 1440г.)

Средневековые школяры полностью зависели от своего наставника, ибо только он владел информацией. Изобретение Гутенбергом книгопечатания сделало источник информации (книгу) одинаково доступным для всех, что принципиально изменило систему образования. Книга, перо и бумага — всем этим стал владеть и преподаватель, и учащийся, причем и в аудитории, и дома.

Аналогично, для успешной реформы современного образования необходимо сделать новые источники информации (в частности, УЭИ) одинаково доступными для всех. Однако в данном случае именно преподаватели зачастую оказываются в худшем положении по сравнению со студентами, так как они по ряду причин объективного и субъективного характера меньше привыкли к работе с компьютером и меньше готовы к восприятию новых технологий в образовании.

Очевидно, что с появлением и совершенствованием различных УЭИ должны принципиально измениться учебные программы и планы лекций и практических занятий, а также роль преподавателя в учебном процессе.

Роль методического обеспечения

Важно понять, что если ЭУ и ЭУП будут разработаны в соответствии с принципами, изложенными выше, то можно будет считать компьютеризацию математического образования состоявшейся. По разным причинам, и не только материального характера, никогда не будет так, чтобы компьютеры были в каждом доме, в каждой аудитории и в каждой комнате общежития. Это не только невозможно, но и, как будет показано ниже, не нужно.

Однако даже самые лучшие электронные средства обучения осядут мертвым грузом на компьютерах, если их использование не будет методически обеспечено, если не будет создано компьютерное учебно–информационное пространство, единое для преподавателей и учащихся.

Успешная компьютеризация образования зависит не от количества компьютеров, а от качества средств обучения и методического обеспечения их использования (здесь уместно вспомнить термин "внедрение").

На наш взгляд, отсутствие полного комплекса методических материалов, а также удобных и эффективных форм повышения квалификации, оперативной и полной информации о появлении и содержании новых компьютерных учебных пакетов, вынуждают преподавателя не только не использовать в своей профессиональной деятельности достижений компьютеризации, но иногда даже запрещать студентам использовать компьютер при выполнении домашних заданий и типовых расчетов.

Сейчас уже трудно убедить студентов в том, что они не только должны овладеть техникой вычисления производных, интегралов и т.п., но и в дальнейшем, при изучении других разделов математики должны решать вручную от начала до конца любую задачу, не имея времени сосредоточиться на ее сути и не понимая, что же именно они изучают в данный момент.

В то же время многие принципиальные вопросы остаются неисследованными из–за недостатка времени у преподавателя в аудитории и у студентов дома. Например, при решении дифференциальных уравнений после вычислений (иногда довольно громоздких) всех интегралов студент совершенно не представляет, что ему делать с найденным решением (построить график, исследовать поведение при t ® , рассмотреть вопросы устойчивости, ...). Список таких примеров можно продолжить. Кроме того, многие важные разделы современной математики (качественная теория дифференциальных уравнений, элементы функционального анализа, случайные процессы, прикладная математическая статистика, теория принятия решений и т.д.) не изучаются вовсе или изучаются "галопом по Европам", часто только на лекциях без поддержки на практических занятиях и без домашних заданий, и следовательно, быстро стираются из памяти учащегося и не могут быть использованы при изучении других дисциплин, как естественно–научных и общетехнических, так и профилирующих, не говоря уже о профессиональной деятельности будущего выпускника (ср. с "выживаемостью" школьных знаний). В результате недостаточности и короткой "выживаемости" математических знаний программы специальных дисциплин пестрят доморощенными ``методами" решения стандартных математических задач.

Все сказанное вовсе не означает, что преподавателей надо немедленно усадить за компьютеры, а занятия перенести в компьютерные классы. Это не только невозможно, но и вредно (хотя такие попытки систематически предпринимаются).

Требования к современному методическому обеспечению

Прежде чем перейти к описанию содержательной части методического обеспечения математического образования, попытаемся сформулировать некоторые положения, без выполнения которых принципиально изменить содержание и форму математического образования и превратить его в образование 21-го (а не 19-го!) века, на наш взгляд, невозможно:

Нельзя проводить занятия в компьютерном классе в течение всего семестра, но студенты всех групп должны иметь равные возможности получить 3–4 занятия в компьютерном классе в соответствии с сеткой расписания.

Каждое занятие в соответствии со стандартными программами должно быть оснащено методической разработкой, не зависящей от того проходит ли занятие в компьютерном классе или в обычной аудитории (изменится лишь соотношение вопросов и задач, рассмотренных в аудитории, и заданных на дом). Это возможно, если учесть, что компьютерная среда в компьютерном классе и на домашнем компьютере одна и та же..

Преподаватель за компьютер не садится — он ведет занятие по математике, а компьютеры служат лишь подспорьем, позволяющем сэкономить время и сделать работу более эффективной: решить большее количество задач (и уменьшить домашнее задание), проанализировать результаты, воспользоваться графическими возможностями компьютера.

При чтении лекций и проведении занятий в обычной аудитории преподаватель учитывает наличие у всех студентов электронного учебника и других компьютерных пособий (на домашнем компьютере или в специальных аудиториях, оборудованных для самостоятельной работы студентов) и, следовательно, имеет возможность ограничиться наиболее существенными вопросами, а остальное передать студентам для самостоятельного изучения. (Для обеспечения полноценной самостоятельной работы студентов в компьютерных классах, может быть, целесообразно вернуть в расписание т.н. "День самостоятельных занятий" или в некоторые дни проводить занятия лишь до обеда.)

В компьютерных классах очень удобно проводить контрольные работы. Учитывая экономию времени, которое студенты тратят на решение задач с помощью компьютера, можно контрольную работу провести за половину занятия, разделив группу пополам и проводя параллельно занятие (с одной частью группы) и контрольную работу (с другой частью), причем компьютер выдает результаты контрольной немедленно. Очень важно, что преподаватель сам вызывает нужную ему контрольную работу в необходимом количестве вариантов и выбирает уровень ее сложности (группу также можно разделить по уровню подготовки).

Компьютерная поддержка позволяет индивидуализировать работу со студентами особенно в части, касающейся домашних заданий и контрольных мероприятий, таким образом, чтобы каждый студент ощущал, что задания ему по силам и он продвигается от успеха к успеху. Это стимулирует интерес к предмету и делает учебу осмысленной и эффективной. Нравственное и воспитательное значение индивидуализации заданий трудно переоценить.

Содержание методического комплекса

Самые скромные требования к содержательной части методического обеспечения преподавания математики предполагают наличие основных элементов:

Новые планы лекций и практических занятий, разработанные с учетом компьютерной поддержки.

Методические пособия (печатные и электронные), содержащие подробные рекомендации по каждому занятию.

Подробная информация о наличии, содержании и возможностях компьютерных пакетов учебного назначения вместе с методическими рекомендациями по их использованию в аудитории, при выдаче домашних заданий и проведении контрольных мероприятий.

Аппаратное и программное обеспечение разработки электронного учебника

При первых попытках разработать ЭУ использовалось так называемое прямое программирование на одном из языков типа FORTRAN, C и т.п. В роли программистов выступали студенты старших курсов и аспиранты. Они покидали кафедры вместе с исходными текстами программ. В результате эти программы нельзя было модернизировать, изменять и они быстро устаревали.

Позднее пришла пора так называемых оболочек, представлявших из себя универсальные среды для наполнения методическими материалами. Стоимость таких оболочек варьировалась от 500 до 5000 долларов. Хотя оболочки не требовали непосредственного программирования и, в принципе, каждый преподаватель мог подготовить ЭУ, ничего заслуживающего внимания создано не было по трем причинам. Во–первых, в то время концепции, относящиеся к ЭУ, находились в зачаточном состоянии. Во–вторых, не существовало так называемых систем символьной математики. В–третьих, персональные компьютеры еще не имели надлежащего распространения. В те годы энтузиасты создания ЭУ заложили основы современных представлений о том, каким должен быть ЭУ.

В 90–е годы с развитием аппаратного и программного обеспечения компьютеров появились средства, действительно позволяющие создавать подлинные ЭУ. Имеется в виду

операционные системы Windows и OS/2, в которых стало возможным программирование на высоком уровне, использующее DLL и OLE;
мультимедийные средства;
системы символьной математики.

Наряду с этим, персональные компьютеры перестали быть роскошью и проникли в систему образования, хотя и без надлежащего программного обеспечения.

Роль оболочек теперь может выполнить пакет Microsoft Office. Прямое программирование требуется для его связи с какой–нибудь имеющейся системой символьной математики, а также для разработки новой системы символьной математики. Для программирования необходим пакет Delphi. Все методическое содержание может быть подготовлено в печатном виде. Для быстрого представления печатных материалов в электронной форме необходим сканнер и пакет Fine Reader. Для ускорения работы очень полезен микрофон и пакет распознавания речи DragonDictate (в русской версии Комбат).

Все программное обеспечение должно быть лицензионным.

Общая стоимость аппаратного и программного обеспечения разработки ЭУ на одно рабочее место составляет около 1200 долларов (без стоимости компьютера и принтера).

Компьютер должен иметь очень хороший монитор и мощный системный блок с полным набором мультимедийных компонент. Стоимость таких компьютеров сейчас составляет около 1000 долларов.

Для работы группы необходим профессиональный лазерный черно–белый принтер и среднего класса копировальный аппарат. Стоимость этих аппаратов составит 800–900 долларов.

Все участники проекта должны иметь надежный и быстрый доступ в Интернет.

Аппаратное и программное обеспечение эксплуатации электронного учебника

Электронный учебник должен разрабатываться для его использования на компьютерах среднего класса. Требуется только, чтобы на компьютере был установлен MS Word и PowerPoint. Возможность воспроизведения звуковых файлов желательна.

Нужно добиваться того, чтобы эти средства тоже были лицензионными, в первую очередь, в учебных заведениях.

Виды электронных учебных изданий

Для учебного процесса используется комплекс учебных изданий. Как уже говорилось, для последовательного усвоения материала необходимы программы обучения. Это может быть учебно-программное издание - учебное издание, регламентирующее состав, объем, порядок, сроки изучения учебных дисциплин, предусмотренных для данного учебного заведения. Разновидностями учебно-программных издания являются:

Учебный план - учебно-программное издание, нормативный документ, характеризующий основное содержание подготовки специалистов и их квалификацию. Он определяет состав изучаемых учебных дисциплин с указанием их объема, последовательности и сроков изучения, указывает формы и сроки проверки знаний и умений студентов.
Учебная программа - учебно-программное издание, нормативный документ, определяющий содержание, объем, порядок изучения какой- либо дисциплины (ее частей, раздела). Регламентирует как деятельность педагога, так и учебную работу студента.

Чтобы получить знания, студент изучает учебно-теоретические издания. Эти учебные издания содержат систематизированные научно-теоретические сведения, изложенные в форме, удобной для изучения и усвоения. К ним относятся:

Учебник - учебно-теоретическое издание, содержащее систематическое изложение учебной дисциплины или ее части, раздела, соответствующее учебной программе и официально утвержденное в качестве данного вида издания.
Учебное пособие - учебно-теоретическое издание, официально утвержденное в качестве данного вида издания, частично или полностью заменяющее или дополняющее учебник.
Отдельная лекция - учебно-теоретическое издание, содержащее текст одной лекции. Отражает содержание, объем и форму изложения лекции, читаемой определенным преподавателем.
Тексты лекций - учебно-теоретическое издание, полностью или частично освещающее содержание учебной дисциплины либо выходящее за рамки учебной программы. Отражает материал, читаемый определенным преподавателем.
Курс лекций - учебно-теоретическое издание (совокупность отдельных лекций), полностью освещающее содержание учебной дисциплины. Отражает материал, читаемый определенным преподавателем.
Конспект лекций - учебно-теоретическое издание, в компактной форме отражающее материал всего курса, читаемого определенным преподавателем.

Для усвоения материала и для самопроверки студенту предлагаются учебно-практические издания - учебные издания, содержащие систематизированные сведения научно-практического и прикладного характера, изложенные в форме, удобной для изучения и усвоения. Предназначены для закрепления материала, полученного из учебно-теоретических изданий, и проверки знаний. Разновидностями учебно-практических изданий являются:

Практикум - учебно-практическое издание, предназначенное для закрепления пройденного материала и проверки знаний различными методами. Содержит практические задания и упражнения, способствующие усвоению пройденного.
Сборник упражнений - учебно-практическое издание, содержащее упражнения и методические рекомендации по его выполнению в объеме определенного курса, способствующее усвоению и закреплению пройденного материала и проверке знаний.
Сборник задач (задачник) - учебно-практическое издание, содержащее задачи и методические рекомендации по их выполнению в объеме определенного курса, способствующее усвоению, закреплению пройденного материала и проверке знаний.
Сборник иностранных текстов - учебно-практическое издание, содержащее иностранные тексты для изучения иностранного языка и методические рекомендации в объеме определенного курса, способствующее усвоению, закреплению пройденного материала и проверке знаний.
Сборник описания лабораторных работ (сборник описания практических работ, лабораторный практикум) - учебно-практическое издание, содержащее тематику, задание и методические рекомендации по выполнению лабораторных или практических работ в объеме определенного курса, способствующее усвоению, закреплению пройденного материала и проверке знаний.
Сборник планов семинарских занятий - учебно-практическое издание, содержащее тематику семинарских занятий, порядок их подготовки и проведения, рекомендуемую литературу, способствующее усвоению, закреплению пройденного материала и проверке знаний.
Сборник контрольных заданий - учебно-практическое издание, содержащее перечень типовых контрольных заданий, обеспечивающих проверку знаний и умений студентов по конкретной учебной дисциплине или комплексу учебных дисциплин.
Хрестоматия - учебно-практическое издание, содержащее систематически подобранные литературно-художественные, официальные, научные и иные произведения или отрывки из них, составляющие объект изучения учебной дисциплины. Хрестоматия способствует усвоению, закреплению пройденного материала, дополняет и расширяет знания учащихся.
Тесты - учебно-практическое издание, содержащее вопросы для проверке усвоения учащимися пройденного материала.