Жизненный цикл обучающей программы

Введение 3
Глава 1. Обзор жизненного цикла программного продукта…………………….6
1.1. Классификация программных продуктов по уровням применения………..6
1.2. Стадии жизненного цикла программного продукта……………………….12
1.3. Модели жизненного цикла программного продукта………………………18
1.4. Анализ последовательности этапов внутри стадий внедрения и сопровождения……………………………………………………………………26
1.5. Выявленные проблемы внедрения и сопровождения обучающих программных продуктов…………………………………………………………29
Глава 2. Проектирование программных продуктов обучающего назначения..32
2.1. Использование электронного обучения…………………………………….32
2.2. Обобщенная архитектура электронных образовательных ресурсов……...34
2.3. Генерация учебно-тренировочных задач…………………………………...40
2.3.1. Классификация методов генерации……………………………………….40
2.3.2. Генерация учебно-тренировочных задач на основе формализованных представлений…………………………………………………………………….41
Глава 3. Разработка базы учебно-тренировочных заданий по пределам……...44
3.1. Модель жизненного цикла программы ………………………………...44
3.2. Выбор средств реализации базы учебно-тренировочных заданий……….45
3.3. Программная реализация……………………………………………………53
Глава 4. Генерация учебных задач линейного программирования……………72
4.1. Требования к функционалу…………………………………………………73
4.2. ЗЛП и обоснованность выбора……………………………………………...73
4.3. Реализация и инструменты разработки…………………………………….75
Заключение……………………………………………………………………….80
Список литературы……………………………………………………………..
Приложения

Введение

Министерством экономического развития РФ в «Прогнозе долгосрочного социально-экономического развития РФ на период до 2030 г.» был сформулирован прогноз развития рынка российских информационных технологий. Согласно данному документу, объем рассматриваемой индустрии должен возрасти в 3,7 раза в сравнении с 2011 г.. При этом должен произойти рост объема индустрии программных средств на 55%. Согласно указу президента РФ от 7 мая 2012 года (№596), к 2020 г. Необходимо сформировать и модернизировать 25миллионов высокопроизводительных рабочих мест.
В большинстве секторов экономики информационным технологиям формированию конкурентных преимуществ придается все большее значение. Численность производимых программных продуктов все возрастает, но некоторые ученые говорят о том [1, 2], что на число неэффективных инноваций приходится около 30%.
...

1.1. Классификация программных продуктов по уровням применения

Программный продукт (ПП) является программным средством, который передается, продается, поставляется пользователям. Программное средство же является объектом, в который входят программы, процедуры, правила и при необходимости сопутствующие им документы и информация, касающаяся работы системы обработки данных. При этом программу следует рассматривать в качестве данных, дающих возможность управлять определенными элементами системы обработки информации с целью реализовать тот или иной алгоритм [3]. В соответствии с ГОСТ-19781, есть ряд программ, указанных в таблице 1.1 [4].
Таблица 1.1.
...

1.2 Стадии жизненного цикла программного продукта

В соответствии с Национальным стандартом РФ ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-2010 «Информационная технология. Системная и программная инженерия. Процессы жизненного цикла программных средств» [16, 17], под жизненным циклом принято понимать процесс развития структуры, товаров, услуг, проектов и иных объектов, разработанных людьми, с этапа формирования концепции вплоть до завершения использования. В ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-2010 приводится ряд групп процессов этого цикла. В частности, это соглашение, организационное обеспечение проекта, его процессы, комплекс технических процессов, а также таких процессов, как реализация, поддержка, повторное использование. В указанные группы входит несколько процессов (рис.1.3):

Рис. 1.3. Группы процессов ЖЦ согласно ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-2010
В ГОСТ 34.601 – 90 [18] приводятся этапы формирования автоматизированных систем (АС).
...

1.3 Модели жизненного цикла программного продукта

Очередность реализации этапов ЖЦ зависит от избранной модели ЖЦ.
Проведем анализ нескольких моделей ЖЦ: модели быстрого формирования приложений, модели прототипирования, инкрементной модели (многопроходной модель), спиральной модели, модели с промежуточным контролем (итерационной модели), V-образной модели, каскадной (водопадной, последовательной) модели [21, 23, 25, 27, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36].
Каскадную (последовательную, водопадную) модель ЖЦ (рис. 1.5) предложил в 1970 году Уинстон Ройс. Эта модель подразумевает пошаговую реализацию всех этапов проекта в четко закрепленной последовательности. Переход к очередному этапу производится лишь после того как полностью завершатся работы на настоящем этапе, с выпуском полного комплекта документов, достаточных для того, чтобы разработку продолжила другая команда разработчиков.
...

1.4 Анализ последовательности этапов внутри стадий внедрения и сопровождения

Этапы внедрения и сопровождения находятся в тесной взаимосвязи и, в соответствии с изученными моделями, следуют один за другим. Этап внедрения предназначен для того, чтобы передавать готовый продукт в полное распоряжение конечного пользователя. Этот этап состоит из [23, 37] (рис. 1.12):
• планирования внедрения;
• бета-тестирования, которое дает возможность удостовериться, что новая система отвечает ожиданиям потребителя;
• введения в эксплуатацию, при этом речь может идти о параллельном функционировании с имеющейся системой, которую необходимо постепенно заменить;
• улучшения производительности;
• обучения пользователя ПП [38];
• обучения работников отдела сопровождения ПП.

Рис. 1.12. Этапы стадии внедрения ПП
На этапе сопровождения исправляются ошибки, координируются все компоненты системы согласно потребностям пользователей, вносятся необходимые пользователям изменения [33].
...

1.5 Выявленные проблемы внедрения и сопровождения обучающих программных продуктов

В исследовании проводится анализ ЖЦ ПП автоматизированного обучения: таких процессов, как внедрение и сопровождение проблемно ориентированных прикладных ПП со значительным числом обучающихся, в связи с тем, что неэффективное окончание данных процессов ставит под сомнение рациональность создания ПП. Электронные образовательные ресурсы также являются программными продуктами и для них необходимо исследование жизненного цикла, а также разумное применение их при проектировании, реализации и внедрении.

Выводы по главе

Жизненным циклом ПП называют период от момента появления идей создания некоторого ПО до момента завершения его поддержки фирмой разработчиков или фирмой выполнявших сопровождение.
Модель ЖЦ ПО является структурой, служащей для установления очередности реализации и взаимосвязи между процессами, действиями и задачами в течение ЖЦ.
...

2.1 Использование электронного обучения

Под электронным обучением подразумевается вид организации учебного процесса, в основе которого лежит самостоятельная деятельность обучающихся и применяются электронные образовательные средства.
Этот вид обучения удобен тем, что обучающиеся могут находиться на удалении в пространстве и/или во времени от педагога, и при этом у них имеется возможность в любой момент общаться, используя электронные телекоммуникации.
Потребность в развитии и внедрении этого вида обучения, его перспективность определены факторами психолого-педагогического, технического и социального характера. Образование становится открытым и доступным в том числе для социально незащищенных групп граждан, появляется возможность получения дополнительных знаний в любых местах в любое время, возможность быстрой смены профессии и т.д. большая роль отводится экономическим предпосылкам.
...

2.2. Обобщенная архитектура электронных образовательных ресурсов

Архитектура электронных образовательных ресурсов (ЭОР) является спецификацией ее взаимосвязи с пользователем и внутренних элементов системы между собой. В архитектуру входят основные информационные и программные элемента системы и их интеракция друг с другом, с комплексом программных систем и пользователем.
Рисунок 2.1 отражает построение обобщенной архитектуры ЭОР (под которыми понимаются электронные учебники). В конкретных воплощениях архитектуры некоторых ее элементов не будет. Обязательные элементы потмечены звездочками.

Рис 2.1.
...

2.3.1. Классификация методов генерации

1) Генерация УТЗ с применением текста учебных материалов бывает нескольких видов:
1. Генерация УТЗ, основанная на предложениях либо ряде взаимосвязанных предложений. В ее состав входят:
• методы, подразумевающие необходимость построить грамматический образ предложения;
• методы, подразумевающие создание моделей суждений.
Данные методы включают в себя генерацию вопросов к членам предложения, к самому предложению, заданий, направленных на корректировку предложений.
2. Генерация УТЗ из отрывков текста (подразумевают необходимость построить локальные части модели представления ПО). В ее состав входят:
• Генерация, основанная на перечислении;
• Генерация, основанная на данных касательно значений характеристик объектов,
• Генерация, основанная на данных касательно взаимоотношений объектов друг с другом.
2) Генерация УТЗ с применением данных, представленных на искусственных языках.
...

2.3.2. Генерация учебно-тренировочных задач на основе формализованных представлений
В учебных материалах зачастую применяется множество формализованных представлений (ФП) в виде карт, формул, схем, графиков, фрагментов программ, диаграмм, описаний моделей на языках моделирования и т.д.
Говоря о формальном характере подобных представлений, мы указываем на то, что имеются формальные правила, по которым они обрабатываются и выстраиваются. Они реализуются как и в алгоритме генерации УТЗ, так и в операциях ввода и оценки их итогов.
Есть 4 вида задач с моделями, в основе которых лежат формализованные представления. 1-й, 2-й и 3-й виды базовые, 4-й обладает вспомогательной значимостью.
В 1-м виде происходит интерпретация формализованных представлений в описание ситуаций (объектов процесса).
Во 2-м виде происходит формализация названного описания в комплекс формализованных представлений.
В 3-м виде происходит преобразование одного формализованного представления во второе.
...

3.1. Модель жизненного цикла программы

Рассматриваемая модель анализирует потребности и требования к программе, процесс ее планирования и составления (формирование образовательных средств, создание информационной среды учебного процесса), а также формирование инструментария ее оценки.
Рисунуок 3.1отражает общий вид данной модели.

Рисунок 3.1. Модель ЖЦ программы

В ходе выполнения образовательных программ выбирается технология учебного процесса, формируется учебное пространство и размещаются участники, проводится обучение, оцениваются участники. Также имеется обратная связь, т.е. программу могут оценить участники и работодатели. В случае несоответствия образовательных программ заданным требованиям (в связи с изменением образовательных стандартов, с устареванием знаний, изменениями в законодательстве, информационных технологиях либо версиях программного продукта и пр.), она утрачивает свою неконкурентоспособность и возникает потребность в ее изменении.
...

3.2. Выбор средств реализации базы учебно-тренировочных заданий

Рассмотрим язык программирования C#. Данный язык программирования был разработан для того, чтобы создавать разные приложения для среды .NET Framework. Он является простым, типобезопасным и объектно ориентированным. 
Многочисленные новшества у C# появилась возможность быстрого создания приложения с сохранением при этом свойственной С-подобным языкам элегантности и выразительности.
Visual C# представляет собой осуществление корпорации Майкрософт языка C#. В Visual Studio поддержка Visual C# производится при помощи совершенно функционального редактора кодов; также при этом задействованы мастера кода, мощный и удобный отладчик, конструкторы, компилятор, шаблоны проектов и большое количество иных инструментов.
Библиотека классов .NET Framework обеспечивает доступ к большому количеству служб операционной системы и к другим важным, отлично сконструированным классам, что способствует многократному ускорению цикла создания.
...

3.3. Программная реализация

Для разработки базы учебно-тренировочных заданий было использовано приложение Windows Forms в Visual Studio 2013:

Для применения возможностей Wolfram Mathematica в приложении, необходимо добавить ссылку на библиотеку «Wolfram.NETLink.dll», которая находится в папке с установленным пакетом математики (Wolfram Research \Mathematica\”версия установленного пакета”\SystemFiles\Links\NETLink):

Далее нужно добавить на панель элементов компонент «MathKernel», который находится в пространстве имён Wolfram.NETLink:

Если он будет отсутствовать среди элементов в предлагаемом списке, следует кликнуть на «Обзор» с указанием ссылки на библиотеку.
Остается добавить компонент «MathKernel» на форму с изменением его свойства «CaptureGraphics» с false на true. Это требуется для того, чтобы была показана графика.
...

4.2. ЗЛП и обоснованность выбора.
Линейное программирование является одним из направлений в математическом программировании, в котором происходит изучение способов решения экстремальных задач, которым свойственна линейная зависимость между линейным критерием и переменными.
Непременное условие постановки ЗЛП состоит в ограничениях на численность ресурсов, спрос, производительную мощность организации и иные факторы производственного характера.
В ЗЛП важно определить точки максимального либо минимального значения заданной функции с конкретным комплексом ограничений, которые применяются к аргументам и которыми формируется система ограничений, имеющая, как правило, бесконечное количество решений. Комплекс значений, отвечающих системе ограничений, представляет собой допустимый план ЗЛП. Целевой функцией задачи является функция F, служащей для определения наибольшего либо наименьшего значения.
...

4.3. Реализация и инструменты разработки

Наряду с использовавшимися ранее инструментами тут нами была добавлена среда CLR. Она необходима для контроля памяти, реализации потоков, реализации кода, проверки его безопасности, компиляции и иных системных служб. Названные средства располагаются в самом управляемом коде, который выполняется в среде CLR.
Для обеспечения безопасности управляемым элементам предоставляется различная степень доверия. Оно зависит от определенных факторов, к примеру, фактора их происхождения (к Интернету, к сети организации и локальному компьютеру проявляются различные степени доверия). Соответственно, управляемый элемент в состоянии либо не в состоянии проводить операции с доступом к документам, к реестру либо иные существенные функции, могущие оказать влияние на безопасность программы.
Среда CLR служит для управления доступом для кода.
...

Заключение

В современных условиях для обучения применяются новые высокоэффективные автоматизированные системы, которые применяют современные технологии проектирования образовательного процесса.
Для того чтобы создать информационно-логическую модель, мы воспользовались реляционным подходом. На полученную модель совершенно не влияет физическая среда хранения информации. Мы также воспользовались методами объектно-ориентированного программирования и средствами быстрого составления приложений.
Благодаря развитию компьютерных технологий мы смогли на качественно новом уровне справиться с информационными проблемами. Библиотекам отводится основное значение в предоставлении данных. Классические формы распространения данных в настоящее время не способствуют необходимому уровню библиотек. В настоящее время происходит активное изучение и внедрение современных технологий, дающих возможность существенного увеличения информационного статуса библиотеки.
...

Приложение 1
Основная форма Form1.cs
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;
using System.IO;
using Finisar.SQLite;

namespace Dipl
{
public partial class Form1 : Form
{
private int i = 0;
private SQLiteConnection sql_con;
private SQLiteCommand sql_cmd;
private SQLiteDataAdapter DB;
private DataSet DS = new DataSet();
private DataTable DT = new DataTable();

public Form1()
{
InitializeComponent();
}
public void Podst1()
{
Random rnd = new Random();

string aP = «« + rnd.Next(1, 10);
string bP = «« + rnd.Next(1, 10);
string cP = «« + rnd.Next(1, 10);
string dP = «« + rnd.Next(1, 10);
string eP = «« + rnd.Next(1, 10);
string pP = «« + rnd.Next(-10, 10);

mathKernel1.
...

Приложение 2
(1) int numVariables = Convert.ToInt32(numericUpDown1.Value);
int numInequalities = Convert.ToInt32(numericUpDown2.Value);
int numProblems = Convert.ToInt32(numericUpDown3.Value);
count = numProblems;
Random r = new Random();
problems = new string[numProblems];
solutions = new string[numProblems];
for (int i = 0; i < numProblems; i++)
{
double[] fun = new double[numVariables];
for (int j = 0; j < numVariables; j++) fun[j] = r.Next(-10, 11);
double[,] ineq = new double[numInequalities, numVariables + 1];
for (int k = 0; k < numInequalities; k++)
{
for (int j = 0; j < numVariables; j++) ineq[k, j] = r.Next(-10, 11);
ineq[k, numVariables] = r.Next(101);
}
string s = «max «;
for (int j = 0; j < numVariables; j++) s += fun[j].ToString(string.Format(«+#0x{0};-#0x{0}; «, j + 1));
s += « \r\n»;
for (int k = 0; k < numInequalities; k++)
{
for (int j = 0; j < numVariables; j++) s += ineq[k, j].ToString(string.
...