Доклад
Уважаемые члены аттестационной комиссии!
За последнее время существенно увеличились объемы и сложност учебных материалов в средней и высшей школах. Поэтому большое внимание уделяется применению прогрессивных методик обучения, в том числе с использованием вычислительной техники.
Существует довольно много обучающих систем и средств для их разработки. Проведенный анализ показал либо отсутствие, либо недостаточную развитость в данных системах некоторых средств, весьма важных и полезных для разработчиков и пользователей. Поэтому мы сформулировали список некоторых требований обучающим системам. Требования к среде разработчика учебника изображены на плакате 1.
Требования к учебнику со стороны пользователя изображены на плакате 2.
Реализация всех этих возможностей выходит за рамки одного проекта, поэтому в данном проекте решаются только следующие задачи:
n формирование структуры понятий электронного гипертекстового учебника;
n визуализация полученной структуры в наглядном и удобном для пользователя виде;
n обработка полученной структуры, то есть:
· проверка корректности определений в структуре;
· выделение списка исходных (неопределяемых) понятий;
· выделение подструктуры по заданному множеству понятий, то есть по цели обучения или по результатам тестирования.
Исходными данными для проекта послужил гипертекстовый электронный учебник, написанный на языке HTML, о котором шла речь в предыдущем дипломном проекте. Как было сказано, учебник логически разбит на параграфы определенного типа (определение, теорема и пр.) и данные параграфы синтаксически выделены в HTML страницах. Подобная организация позволяет обрабатывать данный учебник с целью формирования его структуры.
Для решения названных задач необходимо было выбрать форму представления структуры. Известно несколько способов описания таких структур (в виде семантических сетей, в виде И-ИЛИ графа и т.д.). Для решения моих задач наиболее удобным показалось представление структуры в виде ориентированного графа. В этом графе вершинам соответствуют понятия, и два понятия связаны дугой, если одно понятие непосредственно определяется через другое.
Так как исходный учебник просматривается через браузер, то для тесной с ним связи необходимо, чтобы разрабатываемая система также работала под управлением браузера. Но из соображений безопасности, на программы, которые могут выполняться браузерами, наложены серьезные ограничения, например, отсутствие возможности записи файлов. В связи с этим было принято решение реализовать систему в виде двух отдельных функционально законченных модулей.
Первый модуль производит обработку электронного учебника, формирование его структуры и запись данной структуры в файл в принятом формате. Данный модуль является самостоятельным приложением и реализован в среде программирования Delphi 3.0. Алгоритм его работы изображен на плакате 3.
Процесс формирования структуры разбит на два этапа.
Первый этап - просмотр учебника и составление списка всех понятий, построенных по описанной в предыдущем проекте схеме. При этом для каждого параграфа составляется список всех ссылок, обнаруженных внутри него, в виде имени страницы плюс непосредственно имени ссылки.
Второй этап - анализ данного списка понятий, с целью построения связей между ними. Анализируются внутрипараграфные ссылки и на их основе строятся связи между понятиями.
Второй модуль выполняет функции, связанные с отображением и обработкой полученной структуры. Этот модуль является программой, исполняемой под управлением браузера, а именно Java-апплетом. Внешний вид его показан на плакате 5.
Данный модуль считывает сформированную первым модулем структуру учебника и отображает ее в виде ориентированного графа. Визуализация потребовала определения вида вершин на экране, их расположения, связей между ними. Вершины типа определения представляются в виде прямоугольника, типа теорема - в виде эллипса, связи между ними изображены стрелками.
Первой задачей обработки структуры является задача проверки ее корректности. Понятие А считается некорректным, если оно определено через понятие В, которое в свою очередь определено через понятие А, напрямую или косвенно. Иными словами, если применить это к графу понятий, то можно сказать, что в графе не должно быть контуров. Для отыскания контуров в графе понятий используется известный метод поиска в глубину с сохранением пути.
Второй задачей является выделение списка исходных понятий. Исходными понятиями являются те понятия, при определении которых не используются другие содержащиеся в учебнике понятия. В графе понятий таковыми являются начальные вершины графа, то есть не имеющие входящих дуг. Алгоритм выделения этого списка таков. Просматриваются по очереди все вершины графа, если данная вершина не имеет входящих дуг, то она заносится в список исходных понятий. Представление списка исходных понятий показано на плакате 4.
Следующей задачей является выделение подструктур по заданному множеству понятий. Здесь возможны два варианта.
В первом варианте необходимо выделить подструктуру по цели, то есть от вершин цели до исходных понятий. Во втором варианте выделяется подструктура учебника по выявленным в процессе тестирования студента, известным ему понятиям, которые в данном случае считаются исходными.
Для обоих вариантов используется один и тот же метод: находятся пути для каждой пары вершин, одна их которых выбранная, а другая конечная или начальная, затем эти пути объединяются и получается искомая подструктура.
Результатом данного дипломного проекта явилась система формирования структуры электронного гипертекстового учебника и решение на ней ряда задач.
Разработанная система состоит из двух функционально законченных модулей: модуля формирования структуры, реализованного в среде визуального программирования Delphi 3.0, и модуля отображения и обработки структуры, реализованного в виде Java-апплета..