Разработка автоматизированной обучающей системы с функцией контроля знаний

Содержание

Введение

1. Анализ технического задания

2. Обзор и анализ технологий, языков программирования и СУБД для создания системы

2.1 Клиентские языки программирования

2.2 Серверные языки программирования

2.3 Системы управления базами данных

2.4 Средства построения векторых изображений

3.Разработка и анализ алгоритмического и программного обеспечения

4. Проектирование БД

4.1 Инфологическое проектирование базы данных

4.2 Логическое проектирование базы данных

5. Тестирования, верификация и экспериментальная эксплуатация систем. Настройка и отладка компонентов системы

5.1 Компонент сбора данных

5.2 Компонент новостная лента

5.3 Компонент прогнозирования

6. Эргономические особенности организации труда при использовании системы сбора статистических данных и прогнозирование возможностей системы общего образования

6.1 Общие сведения

6.2 Характеристика условий труда разработчика системы сбора статистических данных и прогнозирования возможностей системы общего образования

6.3 Эргономика физической среды

6.4 Эргономические требования к рабочему месту

6.5 Организационная эргономика

6.6 Расчет освещенности

6.7 Расчет уровня шума

Вывод

7. Бизнес-план разработки автоматизированной обучающей системы с функцией контроля знаний

7.1 Резюме

7.2 Характеристика разработки

7.3 Анализ конкуренции

7.4 Производственный план

7.5 Оценка и предупреждение риска

7.6 Финансовый план

7.7 Оценка эффективности проекта

Заключение. Основные выводы и перспективы развития системы

Список литературы

Приложение

Введение

Выпускники системы профессионального образования являются основным источником удовлетворения потребности в рабочей силе на рынке труда, и их численная прогнозная оценка служит основой для расчета баланса трудовых ресурсов на перспективный период. Кроме того, выпускники системы профессионального образования вносят существенный вклад в приемы других ступеней образования, что необходимо учитывать при их оценке. Так, например, выпускники учреждений начального профессионального образования (НПО) текущего и прошлых лет составляют в приеме учреждений среднего профессионального образования (СПО) 8%, а выпускники СПО в приеме в учреждения высшего профессионального образования (ВПО) - 28%. Таким образом, для корректной оценки приемов необходимо уметь рассчитывать выпуск из учреждений системы профессионального образования [1].

Выпускники 9-х и 11-х классов школ являются фактором, осуществляющим внешнее воздействие на систему профессионального образования. Численность выпускников общеобразовательных школ напрямую влияет на объем приемов в образовательные учреждения профессионального образования. В свою очередь, численность выпускников школ напрямую зависит от демографического фактора рождаемости.

Прогнозирование численности обучающихся студентов позволяет в перспективе оценить объем государственных затрат на финансирование образования [2].

1. Анализ технического задания

Целью дипломного проекта является разработка системы сбора статистических данных и прогнозирование возможностей системы общего образования с использованием математических методов прогнозирования (Винтерса) и различных способов представления результирующей информации.

Объектом дипломного проектирования является web-сайт, который позволяет проводить расчет и прогнозирование возможностей системы общего образования, а также представлять результаты этих действий в виде таблиц(Excel, Html, Pdf) и диаграмм (гистограмм, линейных графиков и др.). Web-сайт включает в себя несколько компонентов:

·   компонент сбора данных;

·   компонент прогнозирования;

·   компонент новостной ленты;

Назначение системы. Разработанная система позволяет проводить обзор и анализ демографического состояния региона в динамике. Она предназначена для расчета количества выпускников 9 и 11 классов общего образования, а также для расчета их распределения между уровнями профессионального образования на основе статистических данных.

Базовые требования и ограничения к проекту:

1)   К аппаратному обеспечению:

·   персональный компьютер с установленной операционной системой семейства Windows, Linux или Mac OS;

2)   К программному обеспечению:

Программное обеспечение, требуемое для разработки системы:

·   операционная система семейства Windows, Linux или MacOS;

·   браузер с нативной поддержкой svg изображений;

·   веб-сервер Apache;

языкпрограммированияphp,JavaScript.

·   язык разметки HTML;

·   интегрированная среда разработки NetBeans 7.0;

·   case-средство Erwin;

·   СУБД MySQL.

Программное обеспечение, требуемое для использования системы:

·   операционная система семейства Windows, Linux или MacOS;

·   браузер с поддержкой векторных SVG изображений.

Требования к эргономике и эффективности. Система должна:

·   работать максимально эффективно, обмены информацией между сервером и клиентом должны быть минимальны;

·   поддерживать принцип открытости компонентов среды разработки с возможностью последующей модификации.

Быть достаточно «легкой» по объему графических элементов и обеспечивать достаточную скорость загрузки информации;

Обеспечивать легкую идентификацию раздела, в котором находится пользователь;

Корректно отображаться при возможных разрешениях монитора;

Обладать системой контекстных подсказок в местах, где у пользователя потенциально могут возникнуть затруднения;

обеспечиватьприемлемыйрезультатприраспечаткеинформациинапринтере.

2.  Обзор и анализ технологий, языков программирования и СУБД для создания системы

2.1 Клиентские языки программирования

JavaScript - объектно-ориентированный <#"600045.files/image001.gif">

Растровое изображение содержит в себе информацию о точках, а векторное - о фигурах. Здесь показано ключевое преимущество «вектора» над «растром».

Текстовый формат - файлы SVG можно читать и редактировать при помощи обычных текстовых редакторов <#"600045.files/image002.gif">

Рисунок 3.1 Обобщенная структура сайта

Основная функциональная нагрузка направлена на компонент прогнозирования, который, основываясь на статистических данных, выполняет расчет прогнозных значений и визуализирует полученные результаты.

В качестве математического метода прогнозирования используется метод трехпараметрического экспоненциального сглаживания временных рядов. Блок-схема работы компонента прогнозирования и метод Винтерса представлена на рисунке 3.2

Рисунок 3.2 Блок-схема алгоритма прогнозирования с использованием метода Винтерса

Для работы компонента прогнозирования необходимы статистические данные о демографической составляющей региона. Эти данные в систему заносятся путем импорта из EXCEL файла определенной структуры:

Алгоритм разбора Excel файла и импорта данных представлен на рисунке 4.3.

Рисунок 3.3 Блок-схема алгоритма импорта данных их Excel файла

4. Проектирование БД

Основными этапами проектирования базы данных являются: инфологическое и датологическое проектирование. В свою очередь, датологическое проектирование подразделяется на логическое и физическое проектирование.

4.1 Инфологическое проектирование базы данных

Результатом инфологического проектирования является диаграмма вариантов использования. Она описывает функциональное назначение системы или то, что система должна делать. Разработка диаграммы преследует следующие цели:

1.  Определить общие границы и контекст моделируемой предметной области;

2.      Сформулировать общие требования к функциональному поведению проектируемой системы;

3.      Разработать исходную концептуальную модель системы для ее последующей детализации в форме логических и физических моделей;

4.      Подготовить исходную документацию для взаимодействия разработчиков системы с ее заказчиками и пользователями.

Суть диаграммы вариантов использования состоит в следующем. Проектируемая система представляется в виде множества сущностей или актеров, взаимодействующих с системой с помощью вариантов использования. При этом актером или действующим лицом называется любая сущность, взаимодействующая с системой извне. Это может быть человек, техническое устройство, программа или любая другая система, которая может служить источником воздействия на моделируемую систему так, как определит сам разработчик. Вариант использования служит для описания сервисов, которые система предоставляет актеру. Диаграмма вариантов использования может дополняться пояснительным текстом, который раскрывает смысл или семантику составляющих ее компонентов.

Диаграмма 4.1.1 Варианты использования

4.2 Логическое проектирование базы данных

Задача логического проектирования - организация данных, выделенных на предыдущем этапе проектирования в форму принятую в выбранной конкретной СУБД. Таким образом, на данном этапе разрабатываются схема концептуальной модели (логическая схема) и схемы внешних моделей данных о предметной области, пользуясь только теми типами моделей данных и их особенностями, которые поддерживаются этой СУБД.

Результат логического проектирования приведен на диаграмме 4.2.1 в виде IDEF1X диаграммы, разработанной с помощью CASE-средства ERwin.

Диаграмма 4.2.1 Логическая структура базы данных

Для функционирования компонента прогнозирования требуются первичные данные, которые берутся с сайта Федеральной службы государственной статистики из раздела о социально-экономическом развитии регионов Российской Федерации. Таблицей, содержащей первичные данные, является «Демографические показатели». В системе имеется демографическая информация за период с 1991 по 2009 годы.

Демографические данные напрямую связаны с субъектом федерации, поэтому внешний ключ «ид_СФ» находится в таблице «Демографические показатели». Таблица «Расчетные параметры» содержит статистические данные о процентном соотношении количества учеников, находящихся на каждом этапе обучение. Эта информация берется из статистического сборника «Образование Пензенской области». В системе имеются 2 вида пользователей: гость и зарегистрированный пользователь. Типы хранятся в таблице «Тип пользователя». В таблице «Пользователь» хранятся учетные записи зарегистрированных пользователей с указание типа пользователя. Зарегистрированный пользователь имеет возможность добавлять статьи и каналы новостей.

5. Тестирования, верификация и экспериментальная эксплуатация систем. Настройка и отладка компонентов системы

Тестирование системы проводилось на персональном компьютере, удовлетворяющем всем необходимым требованиям программного и аппаратного обеспечения.

Все компоненты (за исключением компонента сбора данных) имеют 2 составные части: административную и публичную. Это предназначено для разделения интерфейсов добавления и редактирования информации от интерфейса просмотра (чтения) информации. Административная часть компонентов доступна только привилегированным пользователям, тогда как публичная часть - всем пользователям системы.

Компонент сбора данных.

Административная часть. Она включает в себя интерфейс для импорта данных из Excel файла (рисунок 5.1.1). Для добавления информации в систему необходимо кликнуть по кнопке «Выберите файл», в появившемся окне указать необходимый файл. Далее необходимо нажать кнопку «импортировать». В ходе импортирования новых данных происходит фильтрация дублирующихся данных, такие данные в БД не заносятся. Эта функциональность реализована на уровне СУБД путем указания группы ключевых полей уникальными в пределах таблицы.

Рисунок 5.1.1 Интерфейс для импорта

5.1 Компонент новостная лента

Административная часть. Так как компонент новостной ленты включает в себя статьи, размещенные непосредственно в системе и внешние rss каналы новостей, то для каждой его составляющих реализован свой интерфейс.

Рисунок 5.2.1 Список статей

Рисунок 5.2.2 Интерфейс редактирования статей

На рисунках 5.2.1 и 5.2.2 изображены интерфейсы редактирования статей. На рисунке 5.2.3 показан интерфейс для редактирования каналов новостей.

Рисунок 5.2.3 Интерфейс редактирования каналов новостей

Публичная часть. Предназначена для отображения новостей, находящихся в локальной БД, а также импорта внешних rss лент. Пользователь системы имеет возможность выбирать интересующие его каналы новостей.

Рисунок 5.2.4 Публичная часть компонента новостей

5.2 Компонент прогнозирования

Административная часть. Для работы компонента прогнозирования необходимы расчетные параметры:

) Процент выпускников девятого класса относительно числа родившихся в регионе.

2)      Процент обучающихся, окончивших 11 классов, относительно обучающихся в 9 классе.

)        Процент учеников, поступающих в НПО после 9 класса.

)        Процент учеников, поступающих в СПО после 9 класса.

)        Процент учащихся, поступающих в СПО после 11 класса.

)        Процент учащихся, поступающих в ВПО после 11 класса.

Данная информация доступна из статистических сборников «Образование Пензенской области».

Расчетные параметры могут корректироваться авторизованным пользователем системы.

Рисунок 5.3.1 Интерфейс редактирования расчетных параметров

Публичная часть. Она предоставляет интерфейс для прогнозирования возможностей системы общего образования и расчета распределения выпускников по уровням образовательных учреждений профессионального образования. На рисунке 5.3.2 представлен конфигуратор запросов. Он включает в себя секцию для выбора объекта расчета, которым могут быть:

. Количество выпускников общего образования

В следующей секции необходимо выбрать расчетные года.

Заключительным этапом работы с конфигуратором является выбор способа визуализации результатов расчета.

Рисунок 5.3.2 Конфигуратор запроса на построение результатов

На рисунках 5.3.3-5.3.7 представлены примеры представления результатов в различном виде.

Рисунок 5.3.3 Способ представления результатов: Гистограмма

Рисунок 5.3.4 Способ представления результатов: Лепестковая

Рисунок 5.3.5 Способ представления результатов: Секторная

Рисунок 5.3.6 Способ представления результатов: График

Рисунок 5.3.7 Способ представления результатов: HTML и PDF таблицы

Рисунок 5.3.8 Способ представления результатов: Excel таблица

6. Эргономические особенности организации труда при использовании системы сбора статистических данных и прогнозирование возможностей системы общего образования

6.1 Общие сведения

ЭРГОНОМИКА (от греч. еrgon - работа, nomos - закон), комплексная прикладная отрасль науки, занимающаяся изучением человека в производственной среде и проектированием механизмов, изделий и рабочих мест, наиболее удобных для работника. Принято считать, что термин «эргономика» появился в Англии в 1949. В США эта отрасль науки называется «исследование человеческих факторов» (Human Factors), в ФРГ - «антропотехника».

В России идеи эргономики сформировались еще в конце 19 в. в связи с исследованиями И.М. Сеченова, В.М. Бехтерева <#"600045.files/image021.gif">, где

- рассчитываемый световой поток, Лм;

Е - нормированная минимальная освещенность, Лк (определяется по таблице). Работу программиста, в соответствии с этой таблицей, можно отнести к разряду точных работ, следовательно, минимальная освещенность будет Е = 300Лк;- площадь освещаемого помещения (в нашем случае S = 15м²);- отношение средней освещенности к минимальной (обычно принимается равным 1,1…1,2 , пусть Z = 1,1);

К - коэффициент запаса, учитывающий уменьшение светового потока лампы в результате загрязнения светильников в процессе эксплуатации (его значение зависит от типа помещения и характера проводимых в нем работ и в нашем случае К= 1,5);- коэффициент использования, (выражается отношением светового потока, падающего на расчетную поверхность, к суммарному потоку всех ламп и исчисляется в долях единицы; зависит от характеристик светильника, размеров помещения, окраски стен и потолка, характеризуемых коэффициентами отражения от стен (Р_С) и потолка (Р_П)), значение коэффициентов Р_С и Р_П были указаны выше: Р_С=40%, Р_П=60%. Значение n определим по таблице коэффициентов использования различных светильников. Для этого вычислим индекс помещения по формуле:

, где

- площадь помещения, S = 15 м²;- расчетная высота подвеса, h = 2.92 м;- ширина помещения, А = 3 м;

В - длина помещения, В = 5 м.

Подставив значения получим:

Зная индекс помещения I, по таблице 6 [8] находим n= 0,22

Подставим все значения в формулу для определения светового потока F:

Для освещения выбираем люминесцентные лампы типа ЛБ40-1, световой поток которых F = 4320 Лк.

Рассчитаем необходимое количество ламп по формуле:

- определяемое число ламп;- световой поток, F = 33750 Лм;_л- световой поток лампы, F_л = 4320 Лм.

При выборе осветительных приборов используем светильники типа ОД. Каждый светильник комплектуется двумя лампами.

6.7 Расчет уровня шума

Одним из неблагоприятных факторов производственной среды в ИВЦ является высокий уровень шума, создаваемый печатными устройствами, оборудованием для кондиционирования воздуха, вентиляторами систем охлаждения в самих ЭВМ.

Для решения вопросов о необходимости и целесообразности снижения шума необходимо знать уровни шума на рабочем месте оператора.

Уровень шума, возникающий от нескольких некогерентных источников, работающих одновременно, подсчитывается на основании принципа энергетического суммирования излучений отдельных источников [9]:

где L_i - уровень звукового давления i-го источника шума;

n - количество источников шума.

Полученные результаты расчета сравнивается с допустимым значением уровня шума для данного рабочего места. Если результаты расчета выше допустимого значения уровня шума, то необходимы специальные меры по снижению шума. К ним относятся: облицовка стен и потолка зала звукопоглощающими материалами, снижение шума в источнике, правильная планировка оборудования и рациональная организация рабочего места оператора.

Уровни звукового давления источников шума, действующих на оператора на его рабочем месте представлены в табл. 6.6.

Таблица 6.6

Уровни звукового давления различных источников

Обычно рабочее место оператора оснащено следующим оборудованием: винчестер в системном блоке, вентилятор(ы) систем охлаждения ПК, монитор, клавиатура, принтер и сканер.

Подставив значения уровня звукового давления для каждого вида оборудования в формулу, получим:

L_∑=10·lg(10⁴+10^4,5+10^1,7+10¹+10^4,5+10^4,2)=49,5 дБ

Полученное значение не превышает допустимый уровень шума для рабочего места оператора, равный 65 дБ (ГОСТ 12.1.003-83). И если учесть, что вряд ли такие периферийные устройства как сканер и принтер будут использоваться одновременно, то эта цифра будет еще ниже. Кроме того при работе принтера непосредственное присутствие оператора необязательно, т.к. принтер снабжен механизмом автоподачи листов.

Вывод:

В данном разделе дипломной работы были изложены требования к рабочему месту разработчика системы сбора статистических данных и прогнозирования возможностей системы общего образования. Созданные условия должны обеспечивать комфортную работу. На основании изученной литературы по данной проблеме, были указаны оптимальные размеры рабочего стола и кресла, рабочей поверхности, а также проведен выбор системы и расчет оптимального освещения производственного помещения, а также расчет уровня шума на рабочем месте. Соблюдение условий, определяющих оптимальную организацию рабочего места, позволит сохранить хорошую работоспособность в течение всего рабочего дня, повысит как в количественном, так и в качественном отношениях производительность труда программиста, что в свою очередь будет способствовать быстрейшей разработке и отладке программного продукта.

Существует множество различных центров дистанционного образования, которые помогают студентам получать знания, находясь у себя дома за компьютером.

Основные проблемы, с которыми сталкиваются обучающиеся студенты - это контроль собственных знаний. Результаты своей подготовки студенты получают в виде результатов тестирования, но это только цифры, процент усвоенных знаний, не более.

Путь решения данной проблемы - разработать автоматизированную обучающую систему с функцией контроля знаний, основной функцией которой будет выдача студенту учебных материалов, необходимых ему для полного усвоения знаний на основе результатов тестирования.

Разработанную информационную систему также нужно экономически обосновать, что было сделано в данном разделе пояснительной записки.

Были вычислены такие экономические показатели, как: величина чистой дисконтированной стоимости ЧДС > 0, значение индекса доходности ИД > 1, рентабельность проекта - 83%. Это позволяет сделать вывод о том, что вложение инвестиций в разработку данного проекта является экономически целесообразным.

7.2 Характеристика разработки

Были разработаны компоненты для выполнения следующих функций системы:

1)  Организация пользовательского web-интерфейса АС;

2)      Разработка структуры базы данных АС обработки заказов с учетом требований поддержки целостности данных;

)        Обработка и представление результатов тестирования;

)        Проведение тестирования;

)