Обучающая программа по технологии организации и хранения данных

Пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине «Проектирование систем обработки данных» на тему:

Обучающая программа по технологии организации и хранения данных.

ШИФР МГТУ.Т10.01.970471-81-01-01

Аннотация

Курсовой проект на тему “Обучающая программа по технологии организации и хранения данных” выполнена с целью автоматизации процесса обучения и предназначена для обучения и контроля знаний студентов по дисциплине «“ Системы управления базами данных ”».

Курсовой проект включает в себя расчетно-пояснительную записку, программный продукт и графический материал.

Записка содержит информацию об анализе предметной области, анализ традиционной и разработку автоматизированной технологии обучения, структуру информационного и программного обеспечения, алгоритм программы.

Расчетно-пояснительная записка содержит 55 листов печатного текста и 13 иллюстраций.

Анатацыя

Курсовой праект на тэму «Навучальная программа по технологіі організаціі і захоування данных» выканана з мэтай аўтаматызацыi працэса навучання i прызначаны для навучання i кантролю ведаў студэнтаў па дысцыплiне «Сiстэмы кіравання базамі данных».

Курсовой праект уключае у сябе разлікова-тлумачальную запіску, праграмны прадукт i графічны матэрыял.

Запіска змяшчае інфармацыю аб аналізе прадметнай галiны, аналiз традыцыйнай i распрацоўку аўтаматызаванай тэхналогіі навучання, структуры праграмнага і інфармацыйнага забеспячэння, алгарытм праграмы.

Разлікова-тлумачальная запіска ўключае 55 старонак друкаванага тэксту i 13 ілюстрацый.

Содержание

Введение________________________________________________________5

1 Анализ предметной области_______________________________________6

1.1 Описание предметной области___________________________________6

1.2 Системы управления базами данных_____________________________10

1.3 Анализ и выбор типа обучающей программы______________________11

1.4 Анализ существующих технических решений_____________________14

1.5 Выбор и обоснование критериев эффективности и качества

разрабатываемой программы______________________________________15

1.6 Вывод_______________________________________________________19

2 Постановка задачи______________________________________________20

2.1 Цель и назначение проектируемой системы_______________________20

2.2 Актуальность автоматизации процесса обучения___________________21

2.3 Требования к аппаратно-программному обеспечению_______________23

2.4 Выходная информация_________________________________________24

2.5 Входная информация__________________________________________24

2.6 Математическая модель задачи__________________________________24

2.7 Вывод_______________________________________________________26

3. Техническая часть______________________________________________27

3.1 Разработка автоматизированной технологии

обработки информации____________________________________________27

3.2 Определение формы представления входных

и выходных данных_______________________________________________30

3.3 Разработка алгоритма программы________________________________34

3.4 Разработка различного вида обеспечения__________________________38

3.5 Обеспечение безопасности в системе_____________________________43

Заключение______________________________________________________44

Приложение А____________________________________________________45

Список используемых источников___________________________________55

Введение

Целью курсовой работы на тему “Обучающая программа по технологии организации и хранения данных ”. Является автоматизация процесса обучения и контроля знаний студентов.

Процесс проникновения информационных технологий во все сферы деятельности приобретает все более интенсивный характер. Сфера образования особенно нуждается в развитии и применении новых методов обучения с использованием новейших информационных технологий, так как традиционные методы оказываются малоэффективными, вследствие значительно возросшего объема необходимых знаний.

Автоматизированная обучающая система становится инструментом, способным повысить эффективность процесса обучения, предоставляя обучаемым новые возможности приобретения знаний и облегчая их восприятие. Она позволяет существенно расширить объем заложенного материала, облегчить деятельность преподавателя, а также ускорить процесс обучения.

Следовательно, разработка такой автоматизированной обучающей системы является актуальной.

В разделе «Анализ предметной области » курсовой работы определяются основные требования и подходы к разработке системы и обосновывается актуальность автоматизации ряда операций, выполняемых при традиционной технологии обработки информации.

В разделе «Постановка задачи» разрабатывается автоматизированная технология обработки информации, определяются входные и выходные данные, структура информационного обеспечения и методы решения задачи.

В разделе «Техническая часть» описывается алгоритм решения задачи, определяются формы представления входных и выходных данных, разрабатывается структура программного обеспечения, алгоритм программы, а также проводится тестирование программной системы.

1 Анализ предметной области

1.1 Описание предметной области

1.1.1 Цели и задачи автоматизированного процесса обучения В общем случае процесс обучения можно представить так (Рисунок 1- Процесс обучения):

Из рисунка 1 видно, что процесс обучения объединяет в себе три основных элемента:

--Предмет обучения, то есть то, чему мы обучаем, в нашем случае

Access 97;

--Субъект обучения, то есть тот, кто обучает(преподаватель или АОС“Самоучитель по Access 97”);

--Объект обучения, то есть тот, кто обучается(студент);

Процесс обучения объединяет в себе две глобальные (основные) задачи:

--Передача информации о предмете обучения от субъекта к объекту (задача преподавания);

--Контроль со стороны субъекта обучения наличия знаний о предмете обучения у объекта обучения;

Реализация этих задач невозможна без решения ряда вспомогательных задач, которые зачастую могут иметь очень специфический характер в рамках какой-либо предметной области.

Наиболее часто встречающаяся задача- это задача организации эффективных двухсторонних коммуникаций между субъектом и объектом обучения. Такие коммуникации при традиционном подходе обычно реализуются как аудиторные занятия либо репетиторство.

Задача организации коммуникаций между объектом обучения и предметом обучения напрямую, без субъекта обучения в качестве посредника встречается более редко. Решение данной задачи - одно из перспективных направлений развития науки преподавания, которая носит название самообразование.

Специфической в рамках данного проекта можно считать задачу организации взаимодействия между предметом обучения (Access97) и субъектом обучения (АОС“Самоучитель по Access 97”). Специфика заключается в том, что здесь организуется не односторонняя (от предмета к субъекту), а двухсторонняя связь. Субъект может оказывать управленческое и информационное воздействие ан предмет обучения, а изменение состояния того в свою очередь оказывает влияние на субъект.

Таким образом можно сделать вывод, что для эффективной работы разрабатываемой системы и для успешной реализации ее основной задачи (преподавание и контроль) в первую очередь необходимо решить задачу организации двухсторонней коммуникации между всеми тремя элементами учебного процесса: предметом, субъектом и объектом обучения.

1.1.2 Традиционная технология обучения. Руководствуясь учебным планом, рабочей программой и учебно-методической литературой преподаватель в дисциплине «Системы управления базами данных» разрабатывает курс лекций по программированию, включающий, кроме всего прочего, разработку базы данных.

На лекциях преподаватель излагает разработанный материал, поясняя теоретические сведения примерами решения задач по данной теме.

Для оценки качества получаемых знаний во время практических занятий, используя лекционный материал и учебно-методическую литературу, студент должен выполнить разработанное преподавателем контрольное задание. По результатам решения этого задания студент оформляет отчет и сдает его на проверку. Контрольное задание проверяется преподавателем и в случае правильного решения студент получает зачет по данной теме.

При необходимости закрепления и повышения уровня знаний студент занимается самообучением и самоконтролем.

Таким образом, в традиционной технологии обучения можно выделить следующие стадии учебного процесса:

разработка и изложение преподавателем материала по заданной теме;
выдача преподавателем контрольных заданий для студентов;
самообучение и самоконтроль знаний студентами;
выполнение студентами контрольного задания;
оформление отчета;
проверка отчета преподавателем.

Схема традиционной технологии обучения представлена на рисунке 2- Схема традиционной технологии обучения.

Рисунок 2, лист 2 - Схема традиционной технологии обучения

1.2 Системы управления базами данных. Системы управления базами данных (СУБД) являются едва ли не самым распространенным видом программного обеспечения. СУБД имеют более чем тридцатилетнюю историю развития с сохранением преемственности и устойчивых традиций. Идеологическая целостность СУБД объясняется тем, что в основе программ такого рода лежит концепция модели данных, то есть некоторой абстракции представления данных. В большинстве случаев предполагается, что данные представлены в виде файлов, состоящих из записей. Структура всех записей в файле одинакова, а количество записей в файле является переменным. Элементы данных, из которых состоит каждая запись, называются полями. Поскольку во всех записях имеются одни и те же поля (с разными значениями), полям удобно дать уникальные имена. Многие практически важные случаи хорошо укладываются в такое представление данных. СУБД является подходящим средством во всех случаях, когда исходную информацию можно представить в виде таблицы постоянной структуры, но неопределенной длинны или в виде картотеки, содержащей неопределенное количество карточек постоянной структуры. Все СУБД поддерживают в той или иной форме четыре основных операции:

Добавить в базу данных одну или несколько записей;
Удалить из базы данных одну или несколько записей;
Найти в базе данных одну или несколько записей, удовлетворяющих заданному условию;
Обновить в базе данных значения некоторых полей в одной или нескольких записях;

Большинство СУБД поддерживает, кроме того, какой-либо механизм связей между различными файлами, входящими в базу. Например, связь может устанавливаться явным образом, когда значением некоторых полей является ссылка на содержащиеся в другом файле данные, такие СУБД называются сетевыми; или же связь может устанавливаться неявным образом, например, по совпадению значений полей в различных файлах, такие СУБД называются реляционными. Программы для СУБД обычно называются запросами. Результатом выполнения запроса является либо некоторое множество записей, если запрос основан на операции “ найти ”, либо изменение информации в базе, если запрос основан на операциях “ добавить ”, ”удалить” или ”обновить”.

Microsoft Access – одно из приложений Microsoft Office предназначенное для создания реляционных баз данных, хранения и обработки данных, а также для создания на их основе необходимых документов. Access является наиболее простым в освоении и использовании пакетом программ, с помощью которого можно создавать базы данных как для отдельных пользователей, так и для офисов или небольших предприятий. Наличие объектов – форм позволяет значительно облегчить ввод и представление данных, а удобный интерфейс и гибкий инструментарий позволяют быстро создать базу данных, отдельную таблицу или запрос, подготовить отчет по интересующей теме, не прибегая при этом к специальным языкам построения запросов ( например SQL).

Access является хорошей СУБД реляционного типа, в которой разумно сбалансированы все средства и возможности, типичные для современных СУБД.

1.3 Анализ и выбор типа обучающей программы. Для того чтобы программа была обучающей, она должна представлять некоторую совокупность знаний, методы использования этих знаний и способствовать их усвоению с максимальной эффективностью.

В большинстве обучающих программ присутствуют следующие этапы:

изложение материала. На этом этапе используется текстовая, графическая и другая информация по изучаемой теме предметной области. Могут также присутствовать примеры решения задач.

тренировка. Здесь обучаемому предлагается решить несколько задач по изучаемой теме. Анализируя правильность решения этих задач, обучаемый может продолжить изучение последующих тем или вернуться к повторению материала по теме, вызвавшей затруднения.
Контроль. На этом этапе производится оценка знаний обучаемого по определенной теме. Контроль позволяет определить степень усвоения определенного материала для разных обучаемых.

Как правило, полнофункциональная обучающая программа включает в себя все вышеперечисленные этапы, а при отсутствии некоторых из них она становится узконаправленной: демонстрационной, тренажером или контролирующей.

Существует несколько видов обучающих программ:

компьютерный учебник;
лабораторные практикумы;
тренажеры;
контролирующие программы;
справочники и базы данных.

Компьютерный учебник представляет собой совокупность программно-аппаратных средств и учебно-методических изданий, объединенных общим замыслом. Цель его – интенсификация учебного процесса на основе применения компьютеров в учебных занятиях под руководством преподавателя и при самостоятельной работе обучаемых. В компьютерном учебнике присутствуют элементы обычного учебника, справочника, задачника и лабораторного практикума. Он имеет фрагментарно-модульную структуру. Функциональные фрагменты компьютерного учебника выполняются в виде конструктивно законченных модулей, которые имеют самостоятельное значение. Это предоставляет возможность дальнейшего расширения функциональности фрагментов компьютерного учебника.

Компьютерный учебник должен быть написан для высокого уровня сложности и ориентирован на сильный контингент обучаемых, так как всегда можно перейти от более сложного уровня к простому, но не наоборот.

Лабораторные практикумы служат для проведения наблюдений над объектами, их взаимосвязями или некоторыми свойствами, для обработки результатов наблюдений, их численного и графического представления и для исследования различных аспектов использования этих объектов на практике.

В лабораторном практикуме должны быть четко определены цели эксперимента, описаны средства и методики проведения эксперимента, методы обработки и анализа экспериментальных данных, формы отчетов. В документации необходимо привести образец формы отчета и примеры, в полном объеме реализующие методические требования.

Тренажеры предназначены для обработки и закрепления технических навыков решения задач. Они обеспечивают получение информации по теории и приемам решения задач, тренировку на разных уровнях самостоятельности, контроль и самоконтроль, а также предоставляют вспомогательные средства (калькулятор, автоматическое решение задачи и т. п.). Как правило, тренажеры включают в себя следующие режимы: теория, демонстрация примеров, самостоятельная работа и самоконтроль. Должны быть четко определены виды навыков, для которых предназначен тренажер, необходимые теоретические сведения должны быть сформулированы максимально кратко, доступ к теоретическим сведениям должен быть обеспечен из любого режима работы тренажера, кроме контрольного, порядок и форма записи решения на экране должны быть максимально приближены к общепринятым.

Контролирующие программы – это программные средства, предназначенные для проверки качества знаний обучаемых. Они позволяют упростить процесс проверки знаний практически по любому вопросу каждой дисциплины. Существует две формы организации тестов в контролирующих программах:

выбор ответа из вариантов;
непосредственный ввод ответа.

Контролирующие программы должны предоставлять ввода ответа в форме максимально приближенной общепринятой. Должна обеспечиваться фиксация результатов контроля, их сбор, распечатка и статистический анализ результатов контроля. Такие программы не должны предлагать обучаемому выбрать ответ из списка, содержащего только неверные утверждения.

Справочники и базы данных учебного назначения предназначены для хранения и предоставления обучаемому различной учебной информации справочного характера. Для них характерна иерархическая организация материала и быстрый поиск информации по различным признакам или контексту. К компьютерным справочникам и базам данных учебного назначения должны предъявляться следующие требования:

использование стандартной формы представления записей:
обеспечение возможности получения необходимой информации из любого места программы;
обеспечение возможности сохранения и вывода полученной справки:
возможность получения комплексных справок со сведениями из нескольких разделов курса

Проанализировав возможные варианты обучающих, систем можно сделать вывод о том, что разрабатываемая система наиболее близка к классу тренажеров и, следовательно, к ней должны предъявляться такие же требования.

1.4 Анализ существующих технических решений. Прототипом разрабатываемой АОС, прежде всего, является встроенная справочная система ”Помощник”, входящая в состав пакета Microsoft Office 97.

”Помощник” представляет собой небольшое диалоговое окно, постоянно находящееся на экране перед пользователем, и позволяющее при его активации получить справочную информацию по любой интересующей пользователя теме. При необходимости ”Помощник” всегда можно отключить.

Достоинства справочной системы ”Помощник”:

--Полнота справочной информации, охватывает все аспекты применения Access 97;

--Тесная интеграция с пакетом Microsoft Office 97;

--Возможность получения контекстно-зависимой справки;

--Относительно небольшой объем требуемой дисковой и оперативной памяти;

Недостатки:

--Не наглядность и плохая восприимчивость информации;

--Избыточность данных;

--Отсутствие средств диагностики.

1.5 Выбор и обоснование критериев эффективности и качества разрабатываемой программы. В качестве системного ПО для функционирования разработанной программной системы, выбрана операционная система (ОС) WindowskNTk4.0. Выбор этой операционной системы основан на том, что она является достаточно распространенной ОС и установлена на данный момент в вычислительных центрах, где проводятся занятия по дисциплине «Системы управления базами данных». Эта ОС обеспечивает высокий уровень пользовательского интерфейса, имеет высокую степень отказоустойчивости и совместима с другими ОС семейства Windows (Windows 95/98/2000).

К основным критериям эффективности и качества разрабатываемой системы относятся:

быстродействие;

простота использования;

надежность;

Эксплуатация автоматизированной обучающей системы (АОС “Самоучитель по Access 97”) не предполагает работы с большими объемами информации или мультимедийными средствами. Поэтому обеспечение высокого быстродействия системы является определяющим фактором при разработке программной системы.

Так как пользователь не является профессионалом, то система должна удовлетворять основным критериям качества пользовательского интерфейса. Необходимо обеспечить простой, удобный и дружественный интерфейс, позволяющий при помощи справок и подсказок обеспечить эффективную работу пользователя.

Система должна удовлетворять требованиям надежности для повышения сохранности данных. Это можно реализовать при помощи регулярного резервирования данных, а также защиты от некорректных действий пользователя.

От выбора средства разработки во многом зависит качество создаваемого программного продукта, а в особенности его интерфейс.

Понятие "хорошее приложение" зависит от мощности аппаратуры, уровня развития программного обеспечения, вкусов пользователей. Современные требования к такому приложению выражаются в том, что:

это 32-х разрядное приложение для Windows 95/98/2000 или Windows NT;

оно имеет простой, удобный, интуитивно понятный интерфейс со всеми присутствующими Windows атрибутами: динамическими окнами, кнопками, меню;
оно управляется как мышью, так и клавиатурой;
оно отказоустойчиво и корректно обрабатывает любые ошибки пользователя;
оно работает быстро, не раздражая пользователя;
оно хорошо документировано;
оно разрабатывается достаточно быстро, чтобы не устареть еще на стадии разработки.

Программирование вручную на языках Pascal и C привычных для пользователя окон, кнопок, меню, обработка событий мыши и клавиатуры, включение в программы изображений и звука требовало все больше и больше времени программиста. В ряде случаев весь этот процесс начинал занимать до 80-90% объема программных кодов. Причем весь этот труд нередко попадал впустую, поскольку через год-другой менялся общепринятый стиль графического интерфейса и все приходилось начинать заново.

В результате можно сделать вывод о том, что использование языков программирования Pascal и C является не целесообразным вследствие огромных затрат времени на разработку интерфейса.

Выход из этой ситуации обозначился благодаря двум подходам. Первый из них стандартизация многих функций интерфейса, благодаря чему появилась возможность использовать библиотеки, имеющиеся, например, в Windows. В итоге при смене стиля графического интерфейса (например, при переходе от Windows 3/x к Windows 95) приложения смогли автоматически приспосабливаться к новой системе без какого-либо перепрограммирования. На этом пути создались прекрасные условия для решения одной из важных задач совершенствования техники программирования - повторного использования кодов.

Вторым революционным шагом, кардинально облегчившим жизнь программистов, явилось появление визуального программирования, возникшего в Visual Basic и нашедшего блестящее воплощение в системах Delphi и C++Builder фирмы Borland. Визуальное программирование позволило свести проектирование пользовательского интерфейса к простым и наглядным процедурам, которые дают возможность значительно сократить сроки проектирования интерфейса.

Хотя Visual Basic нашел широкий спрос и помог открыть мир программирования для людей, не слишком в нем искушенных, он не свободен от многих проблем. Главные из них - низкая производительность разрабатываемых приложений, недостаточная строгость и объектная ориентированность языка, а также ряд других недостатков.

Система Delphi и C++Builder - это следующий шаг в развитии среды быстрой разработки приложений. Они исправляют многие дефекты, обнаруженные в Visual Basic.

Интегрированная среда разработки в Delphi и C++Builder выглядит одинаково. Весь пользовательский интерфейс, все библиотеки, все приемы работы с этими системами практически одинаковы. Если быть более точным, то они различаются в силу разного времени выпуска соответствующих версий.

Но основное различие Delphi и C++Builder не в этом, а в языках программирования, которые лежат в их основе. Delphi базируется на языке Object Pascal, а C++Builder - на языке С++. Эти языки, сначала существенно различные по своим возможностям, со временем все более сближаются. Сейчас оба они представляют прекрасные инструменты объектно-ориентированного программирования, различающиеся в основном синтаксисом.

Выбор Delphi, а не С++Builder в качестве среды разработки системы основывается только на скорости работы компилятора исходного кода (в Delphi этот показатель значительно превосходит C++Builder) и личных предпочтениях разработчика.

К настоящему моменту существует несколько версий Delphi. Однако предпочтение отдается версии Delphi3 Client/Server Suite, так как она обеспечивает наиболее высокий показатель «скорость работы/требования к аппаратной части».

Для подготовки графического материала можно воспользоваться редактором Microsoft Paint входящий в состав Windows и Microsoft Photo Editor. При создании видео использовать Snagit 1.0.

Требования к минимальной конфигурации системы:

486/66 процессор;

оперативная память 16 Мб;

приблизительно 100 Мб свободного пространства на жестком диске;

операционная система Windows 3.1;

экран с разрешением 800х600, 256 цветов;

мышь.

Рекомендуемая конфигурация системы:

Pentium/100 процессор;

32 МБ оперативной памяти;

приблизительно 2Г Мб свободного пространства на жестком диске;

операционная система Windows 95/98/2000 или Windows NT3.51(4.0);

экран с разрешением 800х600, 65536 цветов;

-- мышь.

1.6 Вывод. Целью разработки автоматизированной обучающей системы «Автоматизированная обучающая система по дисциплине “ Системы управления базами данных ” является автоматизация обучения и контроля знаний студентов по созданию баз данных в системе управления базами данных Microsoft Access.

Система предназначена для обучения и проверки знаний студентов по заданной теме с помощью контрольных вопросов, а также для сбора информации об успеваемости студентов по данной дисциплине. Система позволяет получать теоретическую и практическую информацию по заданной теме и осуществлять автоматизированную проверку знаний обучаемых.

В традиционной технологии обучения существует ряд недостатков, среди которых:

значительные затраты времени на проверку выполняемых студентами заданий;
низкий уровень восприятия и усвоения информации студентами;
отсутствие индивидуализации обучения и оперативного доступа к необходимой информации;
малое количество возможных вариантов заданий в ходе контроля.

Исходя из этого, можно сделать вывод об актуальности разработки автоматизированной обучающей системы, позволяющей автоматизировать традиционную технологию обучения.