Разработка интерактивного обучающего комплекса

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ

. ЦЕЛЕВАЯ АУДИТОРИЯ

. Классификация языков программирования

3.1 Машинно - ориентированные языки

.2 Машинно - независимые языки

3.3 Объектно-ориентированные языки

.4 Java

.5 C++

.6 Си

4. КЛАССИФИКАЦИЯ БАЗ ДАННЫХ

5. АНАЛИЗ СРЕДСТВ РАЗРАБОТКИ

5.1 Microsoft Visual Studio

5.2 Eclipse

.3 IntelliJ IDEA

.4 NetBeans IDE

.5 JDeveloper

6. ОБЗОР КОМПЬЮТЕРНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ

6.1 Полетный тренажер

.2 Учебный стенд по перезарядке реакторов

6.3 Компьютерный технологический тренажер

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Эксплуатация атомной станции, один из самых опасных способов энергии. Из-за сложного управления реакциями протекающих в реакторах АЭС, несущие в себе огромную энергию, в неквалифицированных руках может стать опасным оружием, оружием против человечества. Для большей безопасности эксплуатации АЭС нужно готовить квалифицированный персонал, то есть сооружать для его обучения тренажеры.

Любой тренажер, особенно если он приближается к реальному оборудованию, должен быть полностью подобен своей модели.

Основной задачей интерактивных компьютерных тренажеров является привитие навыков определенного вида практической деятельности.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ

Принцип, на котором основано большинство компьютерных тренажеров - моделирование реальности. Применительно к тренажерам ведения технологических процессов это означает создание некоторого подобия реального оборудования, которое при воздействии на него ведет себя так же как соответствующее технологическое оборудование. Очевидно, что, чем более “похожа” созданная модель на свой реальный прототип и, чем ближе ее поведение к реальности, тем лучше тренажер. Обучаемый человек, практикуется в операциях, максимально соответствующих реальным, имея дело всего лишь с их электронным аналогом.

Современные компьютерные тренажеры можно условно разделить на несколько разновидностей. По принципу внутреннего устройства и функционирования:

-    электронные экзаменаторы;

-             статические или (логико-динамические);

-             динамические.

Рисунок 1 - Классификация компьютерных тренажеров

Основная функция электронного экзаменатора - это замена живого. Такая программа представляет собой последовательность вопросов, и контролирует правильность введенных ответов. Вопросы могут сопровождаться графическими, и видео иллюстрациями. Ответы можно выбирать из списка возможных ответов, либо указать свой вариант.

Статические тренажеры обучают и позволяют контролировать правильность и порядок выполнения действий. Они не содержат математических моделей и поэтому могут использоваться при тренировке строго определенной последовательности действий. Хотя цепочки действий могут разветвляться в зависимости от логических условий (логико-динамические) все равно они остаются жестко заданными. Это и есть главный недостаток таких тренажеров.

Динамические тренажеры имеют математические модели физических процессов. Они учат понимать влияние различных управляющих воздействий на технологические процессы и потому позволяют качественно обучать, а не “натаскивать” персонал. Разумеется создание такого “моделирующего” тренажера процесс очень трудоемкий.

2. ЦЕЛЕВАЯ АУДИТОРИЯ

Программа обучения рассчитана на эксплуатационный персонал атомной станции.

Эксплуатационный персонал атомной станции - персонал, осуществляющий использование по назначению, техническое обслуживание и ремонт оборудования, систем и сооружений атомной станции.

Тренажер будет ориентирован на получение необходимых знаний по конкретным должностям и профессиям в объеме требований квалификационных характеристик в соответствии с программами подготовки с последующей проверкой знаний. А так же для получения новейших теоретических и практических знаний и навыков по ремонту оборудования рамках определенной профессии, являющееся основанием для повышения квалификационного разряда, группы квалификации, класса или категории.

Так же тренажер будет использоваться для поддержания профессионального мастерства - это поддержание навыков правильного выполнения ответственных работ - пуски, остановы, переходные состояния, поддержание готовности правильного выполнения действий в различных ситуациях, обновление теоретических и практических знаний.

3. КЛАССИФИКАЦИЯ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

.1 Машинно-ориентированные языки

Машинно-ориентированные языки - это языки, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.). Машинно-ориентированные языки позволяют использовать все возможности и особенности машинно-зависимых языков:

высокое качество создаваемых программ (компактность и скорость выполнения);

возможность использования конкретных аппаратных ресурсов;

предсказуемость объектного кода и заказов памяти;

- для составления эффективных программ необходимо знать систему команд и особенности функционирования данной ЭВМ;

- трудоемкость процесса составления программ (особенно на машинных языках и ЯСК), плохо защищенного от появления ошибок;

низкая скорость программирования;

- невозможность непосредственного использования программ, составленных на этих языках, на ЭВМ других типов.

.1.1 Машинный язык

Как уже упоминалось, в введении, отдельный компьютер имеет свой определенный машинный язык, ему предписывают выполнение указываемых операций над определяемыми ими операндами, поэтому машинный язык является командным.

.1.2 Языки символического кодирования

Языки символического кодирования, так же, как и машинный язык, являются командными. Однако коды операций и адреса в машинных командах, представляющие собой последовательность двоичных (во внутреннем коде) или восьмеричных (часто используемых при написании программ) цифр, в языке символического кодирования заменены на символы (идентификаторы), форма написания которых помогает программисту легче запоминать смысловое содержание операции. Это обеспечивает существенное уменьшение числа ошибок при составлении программ.

Использование символических адресов - первый шаг к созданию языка символического кодирования. Команды ЭВМ вместо истинных (физических) адресов содержат символические адреса. По результатам составленной программы определяется требуемое количество ячеек для хранения исходных промежуточных и результирующих значений.

.1.3 Автокоды

Есть также языки, включающие в себя все возможности языка символического кодирования, посредством расширенного введения макрокоманд - они называются Автокоды.

В различных программах встречаются некоторые достаточно часто использующиеся командные последовательности, которые соответствуют определенным процедурам преобразования информации. Эффективная реализация таких процедур обеспечивается оформлением их в виде специальных макрокоманд и включением последних в язык программирования, доступный программисту. Макрокоманды переводятся в машинные команды двумя путями - расстановкой и генерированием. В постановочной системе содержатся «остовы» - серии команд, реализующих требуемую функцию, обозначенную макрокомандой. Макрокоманды обеспечивают передачу фактических параметров, которые в процессе трансляции вставляются в «остов» программы, превращая её в реальную машинную программу.

Развитые автокоды получили название Ассемблеры. Сервисные программы и прочие, как правило, составлены на языках типа Ассемблер.

.1.4 Макрос

Язык является средством для замены последовательности символов описывающих выполнение требуемых действий ЭВМ на более сжатую форму - называется «Макрос» (средство замены).

В основном, Макрос предназначен для того, чтобы сократить запись исходной программы. Компонент программного обеспечения, обеспечивающий функционирование макросов, называется макропроцессором. На макропроцессор поступает макроопределяющий и исходный текст. Реакция макропроцессора на вызов-выдача выходного текста. Макрос одинаково может работать, как с программами, так и с данными.

.2 Машинно-независимые языки

Машинно-независимые языки - это средство описания алгоритмов решения задач и информации, подлежащей обработке. Они удобны в использовании для широкого круга пользователей и не требуют от них знания особенностей организации функционирования ЭВМ и ВС.

Подобные языки получили название высокоуровневых языков программирования. Программы, составляемые на таких языках, представляют собой последовательности операторов, структурированные согласно правилам рассматривания языка (задачи, сегменты, блоки и так далее). Операторы языка описывают действия, которые должна выполнять система после трансляции программы на машинном языке.

.2.1 Проблемно-ориентированные языки

С расширением областей применения вычислительной техники возникла необходимость формализовать представление постановки и решение новых классов задач. Необходимо было создать такие языки программирования, которые, используя в данной области обозначения и терминологию, позволили бы описывать требуемые алгоритмы решения для поставленных задач, ими стали проблемно - ориентированные языки. Эти языки, ориентированные на решение определенных проблем, должны обеспечить программиста средствами, позволяющими коротко и четко формулировать задачу и получать результаты в требуемой форме.

Примерами проблемных языков являются:

Simula, Слэнг - для моделирования;

Лисп, Снобол - для работы со списочными структурами.

.2.2 Универсальные языки

Универсальные языки были созданы для широкого круга задач: коммерческих, научных, моделирования и т.д. Первый универсальный язык был разработан фирмой IBM, ставший в последовательности языков Пл/1. Второй по мощности универсальный язык называется Алгол-68. Он позволяет работать с символами, разрядами, числами с фиксированной и плавающей запятой. Пл/1 имеет развитую систему операторов для управления форматами, для работы с полями переменной длины, с данными организованными в сложные структуры, и для эффективного использования каналов связи. Язык учитывает включенные во многие машины возможности прерывания и имеет соответствующие операторы. Предусмотрена возможность параллельного выполнение участков программ.

.2.3 Диалоговые языки

Появление новых технических возможностей поставило задачу перед системными программистами - создать программные средства, обеспечивающие оперативное взаимодействие человека с ЭВМ их назвали диалоговыми языками.

Эти работы велись в двух направлениях. Создавались специальные управляющие языки для обеспечения оперативного воздействия на прохождение задач, которые составлялись на любых раннее неразработанных (не диалоговых) языках. Разрабатывались также языки, которые кроме целей управления обеспечивали бы описание алгоритмов решения задач.

Одним из примеров диалоговых языков является Бэйсик.

Бэйсик использует обозначения подобные обычным математическим выражениям. Многие операторы являются упрощенными вариантами операторов языка Фортран. Поэтому этот язык позволяет решать достаточно широкий круг задач.

.2.4 Непроцедурные языки

Непроцедурные языки составляют группу языков, описывающих организацию данных, обрабатываемых по фиксированным алгоритмам (табличные языки и генераторы отчетов), и языков связи с операционными системами.

Позволяя четко описывать как задачу, так и необходимые для её решения действия, таблицы решений дают возможность в наглядной форме определить, какие условия должны быть выполнены, прежде чем переходить к какому-либо действию. Одна таблица решений, описывающая некоторую ситуацию, содержит все возможные блок-схемы реализаций алгоритмов решения.

Программы, составленные на табличном языке, удобно описывают сложные ситуации, возникающие при системном анализе.

.3 Объектно-ориентированные языки

Объектно-ориентированное программированный язык представляет собой метод программирования, который весьма близко напоминает наше поведение. Оно является естественной эволюцией более ранних нововведений в разработке языков программирования. Объектно-ориентированное программирование является более структурным, чем все предыдущие разработки, касающиеся структурного программирования. Оно также является более модульным и более абстрактным, чем предыдущие попытки абстрагирования данных и переноса деталей программирования на внутренний уровень. Объектно-ориентированный язык программирования характеризуется тремя основными свойствами:

) Инкапсуляция. Комбинирование записей с процедурами и функциями, манипулирующими полями этих записей, формирует новый тип данных - объект.

) Наследование. Определение объекта и его дальнейшее использование для построения иерархии порожденных объектов с возможностью для каждого порожденного объекта, относящегося к иерархии, доступа к коду и данным всех порождающих объектов.

) Полиморфизм. Присваивание действию одного имени, которое затем совместно используется вниз и вверх по иерархии объектов, причем каждый объект иерархии выполняет это действие способом, именно ему подходящим.

К данным языкам программирования относятся: Си, Java, Delphi, ActionScript и др.

Рисунок 2 - Классификация языков программирования

Рисунок 3 - Популярность языков программирования

Таблица 1

Популярность языков программирования

.4 Java

Java обладает следующими характеристиками:

-    язык программирования объектно-ориентирован, в то же время довольно прост для освоения;

-             цикл разработки приложений сокращен за счет того, что система построена на основе интерпретатора;

-             приложение получается автоматически переносимым между множеством платформ и операционных систем;

-             за счет встроенной системы сборки мусора программист освобождается от необходимости явного управления памятью;

-             в интерактивном графическом приложении удается достичь высокой производительности (быстрого отклика на ввод пользователя) за счет встроенной в систему многопотоковости;

-             приложение легко сопровождается и модифицируется, т.к. модули могут быть загружены с сети;

-             в приложения встроена система безопасности, не допускающая незаконного доступа и проникновения вирусов.

Java существенно облегчает создание надежного программного обеспечения. Кроме исчерпывающей проверки на этапе компиляции, система предусматривается анализ на этапе выполнения. Сам язык спроектирован так, чтобы вырабатывать у программиста привычку писать "правильно".

Компилятор Java производит байт-коды, т.е. модули приложения имеют архитектурно-независимый формат, который может быть проинтерпретирован на множестве разнообразных платформ. Это уже не исходные тексты, но еще не платформно-зависимые машинные коды.

Схема работы системы и набор байт-кодов виртуальной машины Java таковы, что позволяют достичь высокой производительности на этапе выполнения программы:

-    анализ кодов на соблюдение правил безопасности производится один раз до запуска кодов на выполнение, в момент выполнения таких проверок уже не нужно, и коды выполняются максимально эффективно;

-             работа с базовыми типами максимально эффективна, для операций с ними зарезервированы специальные байт-коды;

-             методы в классах не обязательно связываются динамически;

-             автоматический сборщик мусора работает отдельным фоновым потоком, не замедляя основную работу программы, но, в то же время, обеспечивая своевременный возврат свободной памяти в систему;

-             стандарт предусматривает возможность написания критических по производительности участков программы в машинных кодах.

Интерпретируемая природа языка позволяет сократить цикл разработки и тестирования программных фрагментов.

Многопотоковость позволяет выполнять в рамках одного приложения несколько задач одновременно. Это становится особенно актуально в современных распределенных приложениях, когда процессы сетевого обмена могут идти одновременно и асинхронно. При этом программа продолжает реагировать на ввод информации пользователем без неприятных задержек.

Система обеспечивает динамическую сборку программы. Классы подгружаются по мере необходимости, причем загружены они могут быть с любой точки сети, что позволяет сделать внесение изменений в приложения прозрачным для пользователя. Пользователь может быть уверен, что всегда работает со свежей версией приложения.

.5 C++

C++ - компилируемый <#"577234.files/image004.gif">

Рисунок 2 - Классификация баз данных

.1 Microsoft Visual Studio

Microsoft Visual Studio - линейка продуктов компании Майкрософт <#"577234.files/image005.gif">

Рисунок 3 - Компьютерный технологический тренажер

Работа на тренажёре позволяет поддерживать и развивать профессиональные навыки действий персонала в сложных технологических ситуациях и формировать эффективные стратегии управления в режиме нормальной эксплуатации.

Этому способствует предоставление обучаемым значительного количества дополнительных расчётных показателей процесса. Среди них - текущие значения компонентных потоков в составе основных газовых и жидкостных сред.

Кроме того, наличие в базе знаний тренажёра большого количества технических сведений о производстве карбамида даёт возможность регулярно повышать техническую грамотность оперативного и технологического персонала.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Компьютерный тренажер - программное средство для выработки умений и навыков определенной деятельности, а также развития связанных с ней способностей.

Для эффективной разработки компьютерного тренажера наиболее перспективными являются следующие технологии:

1.   Объектно-ориентированный язык программирования Java

2.       NetBeans IDE как средство разработки

.        Реляционная база данных Microsoft Office Access 2007

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Красильникова, В.А. Становление и развитие компьютерных технологий обучения: Монография / В.А. Красильникова. - М.: ИИО РАО, 2002. - 168 с.

. Красильникова, В.А. Информационные и коммуникационные технологии в образовании: учебное пособие / В.А. Красильникова. - М.: ООО «Дом педагогики», 2006. - 231 с.

. Шалкина, Т.Н. Электронные учебно-методические комплексы: проектирование, дизайн, инструментальные средства / Т.Н. Шалкина, В.В. Запорожко, А.А. Рычкова. - Оренбург: ОГУ, 2008. - 160 с.

. Джейсон М.Т. Java: основы программирования. - СПб.: BHV,1997.-320с.

5. Капор М.А. Ява для всех. - СПб.: Питер, 1997. -200 с.

6. Майкл Э.М. Java: справочник .- СПб.: «Питер Ком», 1998.-150 с.

7. Башмаков, А.И. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем / А.И. Башмаков, И.А. Башмаков. - М.: Филинъ, 2003. - 616 с.