Введение. 
Компьютерные технологии обучения

Компьютерные технологии обучения на современном этапе развития мирового образовательного пространства обеспечивают новые возможности создания перспективных форм обучения и образования.

Важнейшая составляющая обучающих компьютерных технологий — электронные средства обучения: аппаратные, программные и информационные компоненты. Программное обеспечение компьютерных технологий обучения дает возможность создавать новые виды учебной информации и визуализировать ее во всем многообразии форм с использованием современных инструментальных и программных средств.

Программные средства и программно-технические комплексы в компьютерной образовательной системе должны быть направлены на решение широкого спектра дидактических задач. При этом, как отмечает ряд исследователей, в компьютерных средствах обучения дидактика должна отражаться не только в учебном материале, но и в моделях и алгоритмах программного обеспечения.

Мировое образовательное пространство в настоящее время характеризуется интенсификацией процессов глобализации, информатизации и ростом конкуренции на рынке образовательных услуг, что стимулирует в свою очередь совершенствование компьютерных технологий обучения для соответствия мировым стандартам. Тенденция усложнения компьютерных технологий обучения, которая характерна для современного образования, связана с увеличением мощности и возможностей компьютеров и возрастающим использованием Интернета для предоставления образовательных услуг.

Развитие современных информационных технологий также определяет постоянное возрастание сложности программного обеспечения автоматизированных систем, в том числе и в образовательной сфере. Попытка улучшения существующих компьютерных обучающих систем (КОС) в целях их адаптации к новейшим технологиям приводит к возникновению ряда технических и организационных проблем.

Современные крупные проекты в области программного обеспечения компьютерных технологий обучения характеризуют, как правило, следующие особенности:

• • сложность описания (большое количество функций, процессов, элементов данных и взаимосвязи между ними), требующая тщательного моделирования и анализа данных и процессов;
• • наличие совокупности взаимодействующих информационных и программных компонентов (модулей) компьютерной обучающей системы, имеющих локальные задачи и цели функционирования (например, модуль генерации учебнотренировочных заданий, модуль представления моделей обучаемых и протоколов их работы) и т. д.

Создание таких систем — логически сложная и трудоемкая работа, требующая высокой квалификации всех участников разработки. Однако до настоящего времени разработка компьютерных обучающих систем нередко осуществляется на интуитивном уровне неформализованными методами, включающими элементы искусства, практический опыт и отсутствие экспериментальной проверки качества функционирования.

По мнению признанного специалиста в области разработки программного обеспечения Гради Буча (Grady Booch), увеличение сложности, важности и все более широкое распространение программных систем ограничивают наши способности к пониманию принципов разработки продуктов в сфере программного обеспечения (ПО). Поскольку компьютерные обучающие системы относятся к классу программных систем, решение задачи качественной разработки следует искать в применении современных методов программной инженерии.

Основополагающими принципами программной инженерии, лежащими в основе современных технологий разработки, являются итеративность, модульная архитектура системы и визуальное моделирование. Реализация этих принципов для разработки компьютерных обучающих систем должна осуществляться с использованием современных систем автоматизированного проектирования на основе объектно-ориентированных технологий. Данный подход обеспечивает использование преимуществ объектно-ориентированных методов на уровне анализа и проектирования и является платформой для создания инфраструктуры разработки программного обеспечения для образовательной отрасли.

Основа объектной технологии разработки компьютерных обучающих систем, как и всех видов программных проектов — процесс, который должен четко определять и структурировать технологию инженерии программного обеспечения.

Унифицированный процесс разработки программного обеспечения, созданный в корпорации Rational Software, и носящий название Rational Unified Process (RUP), эволюционировал многие годы и включил в себя передовой опыт разработки программного обеспечения в различных областях. Использование унифицированного процесса позволяет осуществлять визуальное моделирование проекта, разрабатывать проектную документацию в виде диаграмм и спецификаций, обеспечивать процессы кодогенерации и реверсный инжиниринг программ для повторного использования программных компонентов в новых проектах.

Цель использования унифицированного процесса для разработки компьютерных^{обучающих} систем — повышение результативности проектов, выраженной в экономической эффективности, создании систем высокого качества и успешного внедрения.

Методология объектно-ориентированного анализа и проектирования тесно связана с концепцией автоматизированной разработки программного обеспечения (Computer Aided Software Engineering, CASE). Выбор инструментального средства автоматизированного проектирования компьютерных обучающих систем должен быть продиктован целями, потребностями и ограничениями будущего проекта системы (включая квалификацию участвующих в процессе проектирования специалистов). Сложность выбора CASE-средств для разработки компьютерных обучающих систем обусловливается тем, что большинство задач, решаемых на стадии проектирования, имеют творческий характер и трудно формализуемы.

Определяющим фактором выбора инструментария являются используемые методы и технологии проектирования. Для автоматизации разработки компьютерных обучающих систем в рамках использования унифицированного процесса необходимо применение инструментальных объектно-ориентированных CASE-средств. В настоящее время доминирующим CASE-средством на рынке продуктов для объектно-ориентированного анализа, моделирования и проектирования, является продукт Rational Software Corporation — Rational Rose, основанный на языке моделирования UML.

Язык моделирования, дополненный руководящими принципами для использования системы обозначений, методологическими основами их применения, процедурами для решения вопросов моделирования предметной области и требований, становится методом анализа и проектирования систем. Таким языком является UML (Unified Modeling Language — унифицированный язык моделирования), разработанный компанией Rational Software Corporation для унификации лучших свойств, которыми обладали более ранние методы и способы нотации.

В 1997 г. рабочей группой по развитию стандартов объектного программирования (Object Management Group — OMG) UML был принят в качестве стандартного языка моделирования и получил дальнейшее развитие и широкое признание в отрасли информационных технологий, в том числе и в качестве основной платформы для ускоренной разработки приложений. Последний фактор является заслуживающим внимания для достижения экономической эффективности разработки и внедрения компьютерных технологий обучения.

Методологической основой проектирования компьютерных обучающих систем является системный анализ, реализующий представление сложного объекта в виде иерархической системы взаимосвязанных моделей. Методология системного анализа служит концептуальной основой для объектно-ориентированной декомпозиции предметной области. Результатом системного анализа является построение некоторой модели компьютерной обучающей системы или предметной области.

Проведение системного анализа технологического процесса проектирования компьютерных обучающих систем позволяет выявить механизмы модификации и адаптации для создания инфраструктуры программных разработок в образовательной отрасли.

В результате освоения материалов учебника студент должен:

знать

• • структуру учебно-методического комплекса интерактивного компьютерного обучения;
• • формализованную структуру системы электронного обучения;
• • сущность и методы программной инженерии как структурные решения для разработки программных систем;
• • структуру моделей процессов разработки программных систем;
• • принципы визуального моделирования программных систем;
• • графические нотации моделирования программных систем;
• • общие характеристики CASE-средств;
• • принципы проектирования графического пользовательского интерфейса для компьютерных обучающих систем;
• • концепцию применения паттернов (проектных образцов) в моделях компьютерных обучающих систем;
• • структуру пакета спецификации требований к компьютерной обучающей системе;

уметь

• • выбирать модель процесса разработки компьютерной обучающей системы;
• • применять графическую нотацию Unified Modeling Language для моделирования программной системы;
• • применять методы визуального моделирования программных систем с использованием CASE-средств;
• • анализировать архитектуру программной системы для выявления проектных образцов;
• • составлять спецификацию требований для программной системы;

владеть

• • графической нотацией Unified Modeling Language для моделирования программной системы;
• • навыками визуального моделирования компьютерных обучающих систем;
• • принципами построеггия архитектуры компьютерных обучающих систем;
• • методикой разработки требований к программным системам;
• • методикой объектно-ориентированного анализа для моделирования предметной области компьютерных обучающих систем.