Разработка методического сайта для подготовки школьников к написанию научных проектов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Северо-Казахстанский Государственный Университет им. М. Козыбаева Факультет информационных технологий Кафедра «Информационные системы»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту на тему

«РАЗРАБОТКА методическОГО сайтА для подготовки школьников к написанию научных проектов»

по дисциплине

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИЛОЖЕНИЙ ИС»

АВТОР: Мораш В. А РУКОВОДИТЕЛЬ:

магистр техники и технологии, ст. преподаватель Копнова О.Л.

Петропавловск, 2013 г.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

В курсовом проекте используется следующий перечень обозначений и сокращений:

— ГОСО государственный общеобязательный стандарт образования;

— PHP Hypertext Preprocessor (препроцессор гипертекста);

— HTML Hyper Text Markup Language (язык разметки гипертекста);

— SQL Structured Query Language (язык структурированных запросов);

— CSS Cascade Style Sheet (каскадные таблицы стилей);

— БД база данных;

— СУБД система управления базами данных;

— ЭВМ электронно-вычислительная машина;

— ИС информационная система;

— ПО программное обеспечение;

— CASE Computer Aided Software Engineering (система автоматизированной разработки программ/систем);

— IDEF IntegratedDEFinition (методология, позволяющая отображать и анализировать модели деятельности сложных систем в различных разрезах);

— UML Unified Modeling Language (унифицированный язык моделирования);

— ТЗ техническое задание;

— SADT Structured Analysis and Design Technique (структурный анализ и проектирование);

— ООАП объектно-ориентированный анализ и проектирование;

MySQL My Structured Query Language (свободная реляционная система управления базами данных).

В современном мире недостаточно просто владеть определенными знаниями и навыками, нужно научиться их приобретать и применять в реальных жизненных ситуациях. Это основная задача проектов, который часто применяется для обучения детей, в том числе, и в начальной школе. Разрабатывая и представляя свой проект, ученики учатся определять цель своей деятельности, планировать, соотносить результат и цель и так далее.

Написание и презентация результатов реферативных и научно-исследовательских работ учащимися — одно из важных и актуальных направлений подготовки выпускника современной средней общеобразовательной школы, позволяющее сформировать необходимые для дальнейшей жизни и успешного продолжения учебы в институте умения грамотно работать с информацией, а также навыки публичных выступлений.

К сожалению, в существующей методической литературе основное внимание уделяется вопросам оформления реферативных и научно-исследовательских работ, но не технологии подготовки и их написания. Таким образом, отсутствие специальных знаний, необходимых для выполнения такого сложного вида работы, как реферативная и, тем более, научно-исследовательская, заметно снижает качество подготовки учащихся и представляет собой серьезную проблему. Это обстоятельство и побудило разработать Web-приложения в котором, как раз таки будет находиться материал о технологии и написании научных проектов для школьников.

Оценка современного состояния решаемой научной проблемы.

На данный момент выбранная разработка методического сайта для подготовки школьников к написанию научных проектов является экспериментальной, и подобный сайт находятся в стадии разработки.

Актуальность предлагаемой курсовой работы обуславливается отсуствием подобных сайтов для учеников.

Целью данного курсового проекта является создание Web-приложения по подготовке школьников к написанию научных проектов с использованием различных диаграмм, наглядно отображающих структуру приложения и описания функционирования системы.

Исходя из цели курсового проекта, были поставлены следующие задачи:

• выбор и обоснование среды разработки;

• определить функциональные требования к Web-приложению;

• проектирование Web-приложения посредством составления диаграмм UML и IDEF0;

• проектирование структуры и интерфейса Web-приложения.

Объект исследования: процесс создания Web-приложения по теме курсового проекта.

Методами исследования является проектирование Web-приложения посредством языка графического описания для объектного моделирования в области разработки программного обеспечения (UML).

Основные положения, выносимые автором на защиту:

• проект Web-приложения в виде диаграмм UML;

• структура Web-приложения;

Практическая значимость: в результате курсового проекта разработан сайт, который поможет школьникам в организации образовательной деятельности. Данные сайт может быть использован учениками в общеобразовательных школах, лицеях, гимназиях.

Структура и объем проекта:

Работа состоит из введения, аналитической части, проектной части, заключения и приложений.

В аналитической части исследования содержится общая характеристика разработки Web-приложения.

В проектной части содержится описание создания Web-приложения.

Общий объем курсового проекта состоит из 40 страниц.

1 Основные теоретические аспекты проектирования

1.1 Анализ предметной области

За последние десятилетия наблюдается существенное увеличение объемов, сложности учебных материалов и разработки научных проектов, изучаемых во многих учебных заведениях. Большие трудности часто возникают при оперативной подготовке, изготовлении и распространении учебных пособий различных видов. Указанные факторы негативно сказываются на качестве подготовки обучаемых. В связи с этим большое внимание уделяется применению прогрессивных методик обучения, в том числе предполагающих использование методических сайтов. Это позволяет существенно повысить качество и эффективность учебного процесса. Одной из форм повышения эффективности создании научных проектов является методический сайт.

Для того чтобы сайтом могли пользоваться школьники, его нужно наполнить полезной информацией. На данном сайте будут находиться примеры статей, уроки и практические рекомендации по написанию школьных научных проектов. На сайте будут выложены примеры статей, для того, чтобы ученики могли посмотреть, как должны выглядеть научные статьи по разным темам. Статьи будут способствовать так же и тематикой при написании уже самим учеником. Уроки по MS Word так же необходимы, так любая научная статья или любой другой научное исследование непосредственно связан с работой данного редактора.

Научная публикация — основной результат деятельности исследователя. Главная цель научных проектов — сделать работу автора достоянием других исследователей и обозначить его приоритет в избранной области исследований. Наибольший интерес представляют научные статьи, которые включают в себя как рецензируемые статьи (перед опубликованием статья проходит рецензирование) и нерецензирумые статьи, так и труды (или материалы) конференций.

Всякая научная статья должна содержать краткий, но достаточный для понимания отчет о проведенном исследовании и объективное обсуждение его значения. Отчет должен содержать достаточное количество данных и ссылок на опубликованные источники информации, чтобы коллегам можно было оценить и самим проверить работу. Написать хорошую статью — значит достичь этих целей.

Чтобы написать хорошую статью необходимо соблюдать стандарты построения общего плана научной публикации и требования научного стиля речи. Это обеспечивает однозначное восприятие и оценку данных читателями. Основные черты научного стиля: логичность, однозначность, объективность. Основная задача этих рекомендаций — практическая помощь в написании и оформлении Ваших научных трудов (статей, тезисов).

1.2 Анализ аналога

Существуют различные методических сайты, посвященные множеству различных тем. Наглядно был рассмотрен пример методического центр на тему «Учебные и методические издания» в соответствии с рисунком 1.1.

Рисунком 1.1 Учебные и методические издания

Данный сайт, даст возможность найти методические и дидактические материалы, так же опубликовать свою наработки и полезности.

Сайт является средством массовой информации. При публикации материалов можно получить свидетельство о публикации, которое пригодится в дальнейшем для повышения разряда, прохождении аттестации, получения грантов и т. п. Рассмотренный сайт ориентирован на работников дошкольного воспитания, начальной и средней школы, дополнительного и профессионального образования.

Итак, на примере методического сайта на тему «Учебные и методические издания» были выявлены следующие недостатки:

• расположение навигационных панелей не совсем удобно для пользователя;

• неудобный просмотр информации;

• отсутствие материала для подготовки школьников к научным проектам.

Также было выявлены достоинства системы:

• логичная и понятная информационная структура сайта;

• хорошо подобран фон;

• сайт содержит новую и полезную информацию.

В связи с проведенным анализом методического сайта «Учебные и методические издания» можно сделать вывод о его несоответствии с требованиями Государственного стандарта РК. Следовательно, существует необходимость в разработке и создании методического сайта по подготовке школьников к научным проектам.

1.3 Классификация сайтов

Существуют различные варианты классификаций сайтов. Чаще всего сайты делятся на следующие категории (виды):

• сайт-визитка — обычно состоит из нескольких страниц и имеет уникальный, но простой и функциональный дизайн; идеально подходит для компаний, которые хотят разместить информацию о себе и своих услугах в Интернете; основные разделы сайта: «О компании», «Продукция или услуги», «Прайс-листы», «Контактная информация»; сайт-визитка используется предприятиями, организациями и частными лицами;

• корпоративный информационный web-сайт — необходим для автоматизации внутреннего документооборота, учета показателей компании, управления персоналом, может быть оснащен функциями обмена информацией между удаленными филиалами; корпоративный сайт позитивно влияет на репутацию и имидж компании; дизайн должен соответствовать фирменному стилю компании; чаще всего, включает «администраторскую часть» для создания и изменения контента, позволяющую менеджеру или секретарю компании добавлять или менять новости, информационные статьи, справочную и прочую информацию на сайте; используется минимум графики, основной упор идет на текст;

• корпоративный имиджевый web-сайт — идеально подходит для обеспечения имиджевого присутствия в Сети; сайт служит для предоставления подробной информации о компании, истории торговой марки, сведений об оказываемых услугах или поставляемых товарах; корпоративный сайт обычно содержит ленту новостей компании, средства публикации информации о рекламных и торговых акциях, информацию для прессы и другие сведения; нередко корпоративные сайты сочетают информацию о компании с каталогом продукции; используется эксклюзивный оригинальный дизайн, выгодно представляющий компанию; использование нестандартных идей и решений в оформлении, процентное соотношение текст/графика = 50/50;

• интернет-магазин, он же Сетевой магазин, Электронный магазин, Internet shop, E-shop — интерактивный web-сайт рекламирующий товар или услугу, принимающий заказы на покупку, предлагающий пользователю выбор варианта расчета, выписывающий счет на оплату, служащий одновременно подтверждением заказа; при этом администратор магазина обязан: организовать доставку товара; проконтролировать расчеты с покупателем за поставку;

• информационный сайт — достаточно большой виртуальный массив информации, включающий в себя множество различных тематических разделов меньшего размера, либо некоторое количество самостоятельных проектов; является для клиента основным источником информации, напоминает энциклопедию или специализированный журнал;

• игровой портал — сложный развлекательный интерактивный проект, предусматривающий большую посещаемость и ресурсоемкость;

• персональный проект — личный проект, содержит все, что угодно и оформляется в любом стиле, который наиболее полно сможет раскрыть и отобразить тематику сайта;

• контент-проект — это сайт, который представляет собой собрание текстов, статей и прочих материалов, основная задача которого — привлечение посетителей по определенной тематике.

В дальнейшем, этот трафик обычно перенаправляется на коммерческие сайты и, по сути, контент-проект используется, как рекламная площадка. Может быть выполнен в виде интернет-библиотеки, энциклопедии или справочника. Каждая отдельная страничка сайта контент-проекта дает, как правило, незначительный трафик, однако общий трафик такого сайта может быть очень внушительным.

• контент-проект, при условии размещения на нем подходящей по тематике рекламы, дает самый качественный и тематический трафик на коммерческие сайты партнеров (а значит и конвертацию посетителей в покупателей), т.к. эта тема, с очень высокой долей вероятности, будет интересна большинству посетителей, пришедших с сайта контент-проекта. Также может представлять собой образовательный или развлекательный ресурс;

• промо-сайт — это сайт, созданный специально для продвижения какого-либо товара либо услуги или основного сайта компании;

• промо-сайт — это почти всегда неосновной сайт компании, исключением здесь может быть только промо-сайт, созданный фирмой специально для продвижения одного конкретного продукта или товарной группы. Причина этого лежит в оптимизации сайта с целью получения более высоких мест в рейтингах поисковых машин, которые дают сайту (а значит — компании) большее количество посетителей, а значит больший доход;

• сайт-форум может быть самостоятельным сайтом, а может быть разделом сайта. Чаще всего сайт-форум делается на поддомене основного сайта и предназначен для организации общения посетителей сайта между собой и с администратором сайта.

Сайт-форум может быть удобным способом набора контента для основного сайта. Новые темы, открытые на форуме могут быть использованы в качестве анонса новых статей для ленты новостей основного сайта или анонса статей, выдержки из которых можно использовать для почтовой рассылки. Используя сайт-форум совместно с почтовой рассылкой, можно быстро увеличить посещаемость основного сайта;

• блог — это сайт, представляющий собой интернет-дневник, или журнал, который ведется наподобие новостной ленты, при этом на каждую тему блога посетители могут оставлять свои комментарии-сообщения, доступные с главной страницы соответствующей темы. Блог обычно очень часто обновляется, по этой причине он может намного чаще индексироваться поисковыми машинами, чем обычные сайты.

Блог часто используется для общения людей объединенных какими-либо общими интересами, и в этом, чем-то, напоминает форум [7, 8].

Данное Web-приложение относится к информационному сайту так, как в нем достаточно много информации, включающий в себя множество различных тематических разделов, а именно некоторое количество научных проектов и статей, что является для пользователя основным источником информации.

1.4 Основные понятия технологии проектирования информационных систем (ИС)

Предмет и метод курса «Проектирование информационных систем». Понятие экономической информационной системы. Классы ИС. Структура однопользовательской и многопользовательской, малой и корпоративной ИС, локальной и распределенной ИС, состав и назначение подсистем. Основные особенности современных проектов ИС. Этапы создания ИС: формирование требований, концептуальное проектирование, спецификация приложений, разработка моделей, интеграция и тестирование информационной системы.

Информация в современном мире превратилась в один из наиболее важных ресурсов, а информационные системы (ИС) стали необходимым инструментом практически во всех сферах деятельности.

Разнообразие задач, решаемых с помощью ИС, привело к появлению множества разнотипных систем, отличающихся принципами построения и заложенными в них правилами обработки информации.

Процесс создания ИС делится на ряд этапов, ограниченных некоторыми временными рамками и заканчивающихся выпуском конкретного продукта (моделей, программных продуктов, документации и пр). Обычно выделяют следующие этапы создания ИС:

• формирование требований к системе;

• проектирование;

• реализация;

• тестирование;

• ввод в действие;

• эксплуатация;

• сопровождение.

Начальным этапом процесса создания ИС является моделирование бизнес-процессов, протекающих в организации и реализующих ее цели и задачи. Модель организации, описанная в терминах бизнес-процессов и бизнес-функций, позволяет сформулировать основные требования к ИС. Это фундаментальное положение методологии обеспечивает объективность в выработке требований к проектированию системы. Множество моделей описания требований к ИС затем преобразуется в систему моделей, описывающих концептуальный проект ИС. Формируются модели архитектуры ИС, требований к программному обеспечению (ПО) и информационному обеспечению (ИО). Затем формируется архитектура ПО и ИО, выделяются корпоративные БД и отдельные приложения, формируются модели требований к приложениям и проводится их разработка, тестирование и интеграция.

Целью начальных этапов создания ИС, выполняемых на стадии анализа деятельности организации, является формирование требований к ИС, корректно и точно отражающих цели и задачи организации-заказчика. Чтобы специфицировать процесс создания ИС, отвечающей потребностям организации, нужно выяснить и четко сформулировать, в чем заключаются эти потребности. Для этого необходимо определить требования заказчиков к ИС и отобразить их на языке моделей в требования к разработке проекта ИС так, чтобы обеспечить соответствие целям и задачам организации.

Задача формирования требований к ИС является одной из наиболее ответственных, трудно формализуемых и наиболее дорогих и тяжелых для исправления в случае ошибки. Современные инструментальные средства и программные продукты позволяют достаточно быстро создавать ИС по готовым требованиям. Но зачастую эти системы не удовлетворяют заказчиков, требуют многочисленных доработок, что приводит к резкому удорожанию фактической стоимости ИС. Основной причиной такого положения является неправильное, неточное или неполное определение требований к ИС на этапе анализа.

На этапе проектирования прежде всего формируются модели данных. Проектировщики в качестве исходной информации получают результаты анализа. Построение логической и физической моделей данных является основной частью проектирования базы данных. Полученная в процессе анализа информационная модель сначала преобразуется в логическую, а затем в физическую модель данных.

Параллельно с проектированием схемы базы данных выполняется проектирование процессов, чтобы получить спецификации (описания) всех модулей ИС. Оба эти процесса проектирования тесно связаны, поскольку часть бизнес-логики обычно реализуется в базе данных (ограничения, триггеры, хранимые процедуры). Главная цель проектирования процессов заключается в отображении функций, полученных на этапе анализа, в модули информационной системы.

Конечными продуктами этапа проектирования являются:

• схема базы данных (на основании ER-модели, разработанной на этапе анализа);

• набор спецификаций модулей системы (они строятся на базе моделей функций).

Этап проектирования завершается разработкой технического проекта ИС. На этапе реализации осуществляется создание программного обеспечения системы, установка технических средств, разработка эксплуатационной документации. Этап тестирования обычно оказывается распределенным во времени. После завершения разработки отдельного модуля системы выполняют автономный тест, который преследует две основные цели:

• обнаружение отказов модуля (жестких сбоев);

• соответствие модуля спецификации (наличие всех необходимых функций, отсутствие лишних функций).

После того как автономный тест успешно пройдет, модуль включается в состав разработанной части системы и группа сгенерированных модулей проходит тесты связей, которые должны отследить их взаимное влияние.

Далее группа модулей тестируется на надежность работы, то есть проходят, во-первых, тесты имитации отказов системы, а во-вторых, тесты наработки на отказ. Первая группа тестов показывает, насколько хорошо система восстанавливается после сбоев программного обеспечения, отказов аппаратного обеспечения. Вторая группа тестов определяет степень устойчивости системы при штатной работе и позволяет оценить время безотказной работы системы. В комплект тестов устойчивости должны входить тесты, имитирующие пиковую нагрузку на систему.

Затем весь комплект модулей проходит системный тест — тест внутренней приемки продукта, показывающий уровень его качества. Сюда входят тесты функциональности и тесты надежности системы.

Последний тест информационной системы — приемо-сдаточные испытания. Такой тест предусматривает показ информационной системы заказчику и должен содержать группу тестов, моделирующих реальные бизнес-процессы, чтобы показать соответствие реализации требованиям заказчика.

Необходимость контролировать процесс создания ИС, гарантировать достижение целей разработки и соблюдение различных ограничений (бюджетных, временных и пр.) привело к широкому использованию в этой сфере методов и средств программной инженерии: структурного анализа, объектно-ориентированного моделирования, CASE-систем [10, 11].

1.5 Этапы проектирования сайта

Для разработки и создания сайта существует несколько моделей, которые позволяют поэтапно, шаг за шагом, реализовать свой проект от идеи до ее воплощения. Какую модель предпочесть зависит, в общем, только от разработчиков и тех целей, которые они преследуют. Для коммерческого проекта, например, нужно рассчитать все затраты на разработку и выполнить проект качественно и в срок. В этом случае, требуется подход, позволяющий максимально быстро, при этом на достаточно высоком уровне, сделать сайт и сдать его заказчику.

Для большинства разработчиков вполне подойдут простые модели проектирования сайтов, но которые четко определяют цели сайта и описывают его внутреннюю структуру. Одной из примечательных с этой позиции методик можно считать «Модель Уолта Диснея». Сам Дисней не занимался никаким созданием сайтов, даже не знал, что это такое, но он сочетал в себе умение превращать образы воображения в реальный результат. Кроме того, Дисней был не только талантливым аниматором, но и весьма удачливым бизнесменом, успешно сочетая новаторское творчество с деловой активностью. Процесс проектирования разбивается на следующие стадии: концептуальное проектирование, логическое проектирование, физическое проектирование [12, 13].

Этапы следуют последовательно один за другим, но в некоторых случаях возможен переход к следующей стадии без окончания предыдущей. Это может происходить, например, когда разработчиков несколько и каждый работает со своей частью сайта. В любом случае, после окончания этапа физического проектирования следует вернуться к началу и внести соответствующие коррективы.

Концептуальное проектирование.

На этом этапе следует описать следующее:

• основные и второстепенные цели;

• действия, которые необходимо предпринять для достижения поставленных целей;

• состав пользователей;

• интересы групп пользователей;

• разделы сайта;

• критерии достижения цели.

С учетом поставленных целей, а также интересов пользователей, в итоге получаем список сервисов и разделов, которые будут располагаться на сайте.

Логическое проектирование.

Разделы сайта, продуманные на предыдущем этапе, пока не упорядочены и не структурированы, поэтому их нужно привести к удобному и понятному виду. Логическое проектирование включает организацию информации на сайте, построение его структуры и навигации по разделам.

На данном этапе следует задаться вопросом, каким образом будет упорядочена информация. Варианты могут быть самыми разными и зависеть от типа данных и предпочтений создателей сайта: по времени, разделам, в алфавитном порядке, определенным группам или другим критериям. Так, для сайта музыкальной группы, поиск определенной песни можно сделать в виде алфавитного указателя, по названию альбома, первым строчкам песни, году выпуска и по ключевым словам. Одновременное использование различных способов охватывает большую аудиторию и позволяет быстрее найти нужную информацию на сайте [14, 15].

На этом этапе следует описать следующее:

• тип структуры сайта (линейная, иерархическая, контекстная, другая);

• названия разделов;

• что будет содержать в себе каждый раздел;

• организация и связь разделов между собой;

• какая информация будет размещена на определенных страницах сайта.

Конечный результат логического проектирования оформляется в виде блок-схем, структурных диаграмм или другими способами, показывающими взаимосвязь различных частей сайта.

Физическое проектирование.

Этап поиска проблем, а не их решений, связанных, по большей части, с технической реализацией сайта.

На этом этапе следует описать следующее:

• технологии, которые будут применяться на сайте;

• используемое программное обеспечение;

• возможные проблемы и способы их устранения;

• как будет обновляться информация.

После завершения данного этапа следует вернуться к концептуальному проектированию и проверить, не нужно ли внести изменения, в связи с переосмыслением проекта на других стадиях.

1.6 Этапы проектирования web-приложений с применением UML

UML пригоден для моделирования любых систем: от информационных систем масштаба предприятия до распределенных Web-приложений и даже встроенных систем реального времени. Это очень выразительный язык, позволяющий рассмотреть систему со всех точек зрения, имеющих отношение к ее разработке и последующему развертыванию. Несмотря на обилие выразительных возможностей, этот язык прост для понимания и использования. Изучение UML удобнее всего начать с его концептуальной модели, которая включает в себя три основных элемента: базовые строительные блоки, правила, определяющие, как эти блоки могут сочетаться между собой, и некоторые общие механизмы языка.

Несмотря на свои достоинства, UML — это всего лишь язык; он является одной из составляющих процесса разработки программного обеспечения, и не более того. Хотя UML не зависит от моделируемой реальности, лучше всего применять его, когда процесс моделирования основан на рассмотрении прецедентов использования, является итеративным и пошаговым, а сама система имеет четко выраженную архитектуру.

UML обеспечивает поддержку всех этапов проектирования сайта и предоставляет для этих целей ряд графических средств — диаграмм.

На этапе создания концептуальной модели для описания бизнес-деятельности используются модели бизнес-прецедентов и диаграммы видов деятельности, для описания бизнес-объектов — модели бизнес-объектов и диаграммы последовательностей.

На этапе создания логической модели сайта описание требований к системе задается в виде модели и описания системных прецедентов, а предварительное проектирование осуществляется с использованием диаграмм классов, диаграмм последовательностей и диаграмм состояний.

На этапе создания физической модели детальное проектирование выполняется с использованием диаграмм классов, диаграмм компонентов, диаграмм развертывания.

Ниже приводятся определения и описывается назначение перечисленных диаграмм и моделей применительно к задачам проектирования ИС (в скобках приведены альтернативные названия диаграмм, использующиеся в современной литературе) [17, 18].

Диаграммы видов деятельности (диаграммы деятельностей, activity diagrams) — модель бизнес-процесса или поведения системы в рамках прецедента.

Диаграммы взаимодействия (interaction diagrams) — модель процесса обмена сообщениями между объектами, представляется в виде диаграмм последовательностей (sequence diagrams) или кооперативных диаграмм (collaboration diagrams).

Диаграммы состояний (statechart diagrams) — модель динамического поведения системы и ее компонентов при переходе из одного состояния в другое.

Диаграммы классов (class diagrams) — логическая модель базовой структуры системы, отражает статическую структуру системы и связи между ее элементами.

Диаграммы базы данных (database diagrams) — модель структуры базы данных, отображает таблицы, столбцы, ограничения и т. п.

Диаграммы компонентов (component diagrams) — модель иерархии подсистем, отражает физическое размещение баз данных, приложений и интерфейсов ИС.

Диаграммы развертывания (диаграммы размещения, deployment diagrams) — модель физической архитектуры системы, отображает аппаратную конфигурацию ИС.

В соответствии с рисунком 1.2, показаны отношения между различными видами диаграмм UML. Указатели стрелок можно интерпретировать как отношение «является источником входных данных для…» (например, диаграмма прецедентов является источником данных для диаграмм видов деятельности и последовательности). Приведенная схема является наглядной иллюстрацией итеративного характера разработки моделей с использованием UML.

Рисунок 1.2 Взаимосвязи между диаграммами UML

Ниже приводятся описания последовательных этапов проектирования ИС с использованием UML.

Унифицированный язык моделирования (Unified Modeling Language, UML) — это графический язык для визуализации, специфицирования, конструирования и документирования систем, в которых главная роль принадлежит программному обеспечению. С помощью UML можно разработать детальный план создаваемой системы, содержащий не только ее концептуальные элементы, такие как системные функции и бизнес-процессы, но и конкретные особенности, например классы, написанные на каком-либо языке программирования, схемы баз данных и повторно используемые программные компоненты.

Диаграммы UML. Диаграмма — это графическое представление набора элементов, чаще всего изображенного в виде связного графа вершин (сущностей) и путей (связей). Диаграммы используются для визуализации системы с различных точек зрения, поэтому отдельная диаграмма — это проекция системы.

Для всех систем, кроме самых тривиальных, диаграмма представляет собой ограниченный взгляд на элементы, составляющие систему. Один и тот же элемент может появляться либо во всех диаграммах, либо в некоторых (наиболее частый случай), либо вообще ни в одной (очень редкий случай). Теоретически диаграмма может включать в себя любую комбинацию сущностей и связей. На практике, однако, используется лишь небольшое число общих комбинаций, состоящих из пяти наиболее часто применяемых представлений архитектуры программных систем. По этой причине UML включает следующие виды диаграмм:

• диаграмма классов — статическая структурная диаграмма, описывающая структуру системы, она демонстрирует классы системы, их атрибуты, методы и зависимости между классами;

• диаграмма компонентов — статическая структурная диаграмма, показывает разбиение программной системы на структурные компоненты и связи (зависимости) между компонентами. В качестве физических компонент могут выступать файлы, библиотеки, модули, исполняемые файлы, пакеты и т. п.;

• диаграмма развертывания — служит для моделирования работающих узлов (аппаратных средств) и артефактов, развернутых на них;

• диаграмма объектов — демонстрирует полный или частичный снимок моделируемой системы в заданный момент времени. На диаграмме объектов отображаются экземпляры классов (объекты) системы с указанием текущих значений их атрибутов и связей между объектами;

• диаграмма деятельности — диаграмма, на которой показано разложение некоторой деятельности на ее составные части. Диаграммы деятельности используются при моделировании бизнес-процессов, технологических процессов, последовательных и параллельных вычислений;

• диаграмма состояний — диаграмма, на которой представлен конечный автомат с простыми состояниями, переходами и композитными состояниями;

• диаграмма вариантов использования — диаграмма, на которой отражены отношения, существующие между актерами и вариантами использования;

• диаграмма последовательности — диаграмма, на которой изображено упорядоченное во времени взаимодействие объектов. В частности, на ней изображаются участвующие во взаимодействии объекты и последовательность сообщений, которыми они обмениваются;

• диаграмма сотрудничества — этот тип диаграмм позволяет описать взаимодействия объектов, абстрагируясь от последовательности передачи сообщений. На этом типе диаграмм в компактном виде отражаются все принимаемые и передаваемые сообщения конкретного объекта и типы этих сообщений [22, 23].

Язык UML представляет собой общецелевой язык визуального моделирования, который разработан для спецификации, визуализации, проектирования и документирования компонентов программного обеспечения, бизнес-процессов и других систем. Язык UML является достаточно строгим и мощным средством моделирования, которое может быть эффективно использовано для построения концептуальных, логических и графических моделей сложных систем различного целевого назначения. Этот язык вобрал в себя наилучшие качества и опыт методов программной инженерии, которые с успехом использовались на протяжении последних лет при моделировании больших и сложных систем.

Преимущества UML:

• UML объектно-ориентирован, в результате чего методы описания результатов анализа и проектирования семантически близки к методам программирования на современных ОО-языках;

• UML позволяет описать систему практически со всех возможных точек зрения и разные аспекты поведения системы;

• диаграммы UML сравнительно просты для чтения после достаточно быстрого ознакомления с его синтаксисом;

• UML расширяет и позволяет вводить собственные текстовые и графические стереотипы, что способствует его применению не только в сфере программной инженерии;

• UML получил широкое распространение и динамично развивается.

1.7 Методология моделирования IDEFX

IDEF — методологии семейства ICAM (Integrated Computer-Aided Manufacturing) для решения задач моделирования сложных систем, позволяет отображать и анализировать модели деятельности широкого спектра сложных систем в различных разрезах. При этом широта и глубина обследования процессов в системе определяется самим разработчиком, что позволяет не перегружать создаваемую модель излишними данными.

IDEF — методологии создавались в рамках предложенной ВВС США программы компьютеризации промышленности — ICAM (Integrated Computer-Aided Manufacturing), в ходе реализации которой выявилась потребность в разработке методов анализа процессов взаимодействия в производственных (промышленных) системах. Принципиальным требованием при разработке рассматриваемого семейства методологий была возможность эффективного обмена информацией между всеми специалистами — участниками программы ICAM (отсюда название: Icam Definition — IDEF другой вариант — Integrated Definition). После опубликования стандарта он был успешно применен в самых различных областях бизнеса, показав себя эффективным средством анализа, конструирования и отображения бизнес-процессов.

В настоящий момент к семейству IDEF можно отнести следующие стандарты:

• IDEF0 — Function Modeling — методология функционального моделирования. С помощью наглядного графического языка IDEF0 изучаемая система предстает перед разработчиками и аналитиками в виде набора взаимосвязанных функций (функциональных блоков — в терминах IDEF0). Как правило, моделирование средствами IDEF0 является первым этапом изучения любой системы. Методологию IDEF0 можно считать следующим этапом развития хорошо известного графического языка описания функциональных систем SADT (Structured Analysis and Design Technique);

• IDEF1 — Information Modeling — методология моделирования информационных потоков внутри системы, позволяющая отображать и анализировать их структуру и взаимосвязи;

• IDEF1X (IDEF1 Extended) — Data Modeling — методология построения реляционных структур (баз данных), относится к типу методологий «Сущность-взаимосвязь» (ER-Entity-Relationship) и, как правило, используется для моделирования реляционных баз данных, имеющих отношение к рассматриваемой системе;

• IDEF2 — Simulation Model Design — методология динамического моделирования развития систем. В связи с весьма серьезными сложностями анализа динамических систем от этого стандарта практически отказались, и его развитие приостановилось на самом начальном этапе. В настоящее время присутствуют алгоритмы и их компьютерные реализации, позволяющие превращать набор статических диаграмм IDEF0 в динамические модели, построенные на базе «раскрашенных сетей Петри» (CPN-Color Petri Nets);

• IDEF3 — Process Description Capture — Документирование технологических процессов,

• IDEF3 — методология документирования процессов, происходящих в системе (например, на предприятии), описываются сценарий и последовательность операций для каждого процесса. IDEF3 имеет прямую взаимосвязь с методологией IDEF0 — каждая функция (функциональный блок) может быть представлена в виде отдельного процесса средствами IDEF3;

• IDEF4 — Object-Oriented Design — методология построения объектно-ориентированных систем, позволяют отображать структуру объектов и заложенные принципы их взаимодействия, тем самым позволяя анализировать и оптимизировать сложные объектно-ориентированные системы;

• IDEF5 — Ontology Description Capture — Стандарт онтологического исследования сложных систем. С помощью методологии IDEF5 онтология системы может быть описана при помощи определенного словаря терминов и правил, на основании которых могут быть сформированы достоверные утверждения о состоянии рассматриваемой системы в некоторый момент времени. На основе этих утверждений формируются выводы о дальнейшем развитии системы и производится её оптимизация;

• IDEF6 — Design Rationale Capture — Обоснование проектных действий. Назначение IDEF6 состоит в облегчении получения «знаний о способе» моделирования, их представления и использования при разработке систем управления предприятиями. Под «знаниями о способе» понимаются причины, обстоятельства, скрытые мотивы, которые обуславливают выбранные методы моделирования. Проще говоря, «знания о способе» интерпретируются как ответ на вопрос: «почему модель получилась такой, какой получилась» Большинство методов моделирования фокусируются на собственно получаемых моделях, а не на процессе их создания. Метод IDEF6 акцентирует внимание именно на процессе создания модели;

• IDEF7 — Information System Auditing — Аудит информационных систем. Этот метод определён как востребованный, однако так и не был полностью разработан;

• IDEF8 — User Interface Modeling — Метод разработки интерфейсов взаимодействия оператора и системы (пользовательских интерфейсов). Современные среды разработки пользовательских интерфейсов в большей степени создают внешний вид интерфейса. IDFE8 фокусирует внимание разработчиков интерфейса на программировании желаемого взаимного поведения интерфейса и пользователя на трех уровнях, выполняемой операции (что это за операция), сценарии взаимодействия, определяемом специфической ролью пользователя (по какому сценарию она должна выполняться тем или иным пользователем), и, наконец, на деталях интерфейса (какие элементы управления, предлагает интерфейс для выполнения операции);

• IDEF9 — Scenario-Driven IS Design (Business Constraint Discovery method) — Метод исследования бизнес ограничений был разработан для облегчения обнаружения и анализа ограничений в условиях которых действует предприятие. Обычно, при построении моделей описанию ограничений, оказывающих влияние на протекание процессов на предприятии уделяется недостаточное внимание. Знания об основных ограничениях и характере их влияния, закладываемые в модели, в лучшем случае остаются неполными, несогласованными, распределенными нерационально, но часто их вовсе нет. Это не обязательно приводит к тому, что построенные модели нежизнеспособны, просто их реализация столкнется с непредвиденными трудностями, в результате чего их потенциал будет не реализован. Тем не менее в случаях, когда речь идет именно о совершенствовании структур или адаптации к предсказываемым изменениям, знания о существующих ограничениях имеют критическое значение;

• IDEF10 — Implementation Architecture Modeling — Моделирование архитектуры выполнения. Этот метод определён как востребованный, однако так и не был полностью разработан;

• IDEF11 — Information Artifact Modeling. Этот метод определён как востребованный, однако так и не был полностью разработан;

• IDEF12 — Organization Modeling — Организационное моделирование. Этот метод определён как востребованный, однако так и не был полностью разработан;

• IDEF13 — Three Schema Mapping Design — Трехсхемное проектирование преобразования данных. Этот метод определён как востребованный, однако так и не был полностью разработан;

• IDEF14 — Network Design — Метод проектирования компьютерных сетей, основанный на анализе требований, специфических сетевых компонентов, существующих конфигураций сетей. Также он обеспечивает поддержку решений, связанных с рациональным управлением материальными ресурсами, что позволяет достичь существенной экономии.

1.8 Обзор средств разработки Web-приложения

Для создания методического сайта по подготовке школьников к научным проектам был выбран язык PHP. PHP — скриптовый язык программирования общего назначения, интенсивно применяющийся для разработки Web-приложений. В области программирования для сети, PHP — один из популярнейших скриптовых языков (наряду с JSP, Perl и языками, используемыми в ASP.net) благодаря:

• традиционности — код РНР очень похож на тот, который встречается в типичных программах на С или Pascal. Это заметно снижает начальные усилия при изучении РНР;

• простоте — сценарий РНР может состоять из 10 000 строк или из одной строки — все зависит от специфики задачи;

• эффективности — очень важное преимущество PHP заключается в его «движке». «Движок» PHP не является ни компилятором, ни интерпретатором. Он является транслирующим интерпретатором. Такое устройство «движка» PHP позволяет обрабатывать сценарии с достаточно высокой скоростью;

• безопасности — РНР предоставляет в распоряжение разработчиков и администраторов гибкие и эффективные средства безопасности, которые условно делятся на две категории: средства системного уровня и средства уровня приложения;

• гибкости — Apache, Microsoft IIS, Netscape Enterprise Server, Stronghold и Zeus — РНР работает на всех перечисленных серверах. Поскольку эти серверы работают на разных платформах, РНР в целом является платформенно-независимым языком и существует на таких платформах, как UNIX, Solaris, FreeBSD и Windows 95/98/NT/2000/XP/2003. Средства РНР позволяют программисту работать с внешними компонентами, такими как Enterprise Java Beans или СОМ-объекты Win32.

В качестве наиболее подходящей СУБД была выбрана MySQL. MySQL — свободная система управления базами данных (СУБД). Это одна из самых популярных и распространенных СУБД в Интернете. Она не предназначена для работы с большими объемами информации, но ее применение идеально для Интернет сайтов, как небольших, так и достаточно крупных. Базы обеспечивают безопасность информации, сортируют ее и позволяют извлекать и размещать информацию при помощи одной строчки [26, 27].

Код с использованием базы данных получается более компактным, и отлаживать его гораздо легче. Кроме того, не нужно забывать и о скорости — выборка информации из базы данных происходит быстро. Основные преимущества MySQL:

• многопоточность, поддержка нескольких одновременных запросов;

• оптимизация связей с присоединением многих данных за один проход;

• записи фиксированной и переменной длины;

• гибкая система привилегий и паролей;

• гибкая поддержка форматов чисел, строк переменной длины и меток времени;

• интерфейс с языками C и Perl, PHP;

• быстрая работа, масштабируемость;

• совместимость с ANSI SQL;

• бесплатна в большинстве случаев;

• хорошая поддержка со стороны провайдеров услуг хостинга.

2 Проектирование приложения «Методический сайт для подготовки школьников к написанию научных проектов»

2.1 Техническое задание

Название сайта: «Методический сайт для подготовки школьников к написанию научных проектов».

Сайт должен быть разработан с использованием системы управлением сайтами WordPress. После окончания работ необходимо обеспечить возможность Заказчику самостоятельно вносить изменения (редактировать) в структуру и содержимое сайта.

По окончании работ Исполнитель обязан предоставить полностью функционирующий сайт, исходные графические материалы по дизайну, все необходимые данные для доступа к системе управления сайтом (аккаунты, пароли, адреса серверов и т. п.).

Проект предназначен для школьников, которые имеют желание написать свой собственный научный проект. Сайт будет наполнен необходимой информацией по данной тематике, а также примерами научных проектов и общими требованиям к их оформлению. Предполагается поддержка данного сайта, т. е. будет существовать форум, на котором можно будет задать, интересующие посетителей, вопросы.

Целью данного проекта является создание учебно-информационного портала по теме: «Методический сайт для подготовки школьников к написанию научных проектов». Сайт будет неким дополнительным источником учебных знаний, а также будет являться информационным источником.

Основная задача сайта — образовательная, т. е. сайт должен обеспечивать доступ для всех пользователей сети Интернет к информации обо всех областях по теме «Методический сайт для подготовки школьников к написанию научных проектов». На данном сайте будут располагаться учебные материалы по информатике, которыми можно воспользоваться в качестве дополнительного источника знаний.

Дизайн сайта должен быть выполнен с использованием языка HTML и CSS (вид и структура), при необходимости для создания отдельных графических элементов допустимо использование технологии FLASH. Сам фон страниц, а также оформление структурных элементов (шапка ит.д.) должно быть выполнено с помощью Photoshop.

Необходимо осуществить средства для просмотра страниц, людям с ограниченными возможностями, в данном случае зрения, т. е. информация должна предоставляться в наиболее контрастных тонах.

Элементы управления должны быть понятными, однозначными и простыми, не отвлекающими внимание. Сайт должен корректно отображаться в браузерах Microsoft Internet Explorer; Mozilla FireFox; Opera. Необходимо создать структуру (шаблон) сайта, состоящую из следующих элементов:

• «шапка» (хедер). В данном блоке необходимо расположить логотип и название организации;

• блок отображения меню главного меню сайта. Данный блок должен содержать перечень всех основных страниц. Меню должно располагаться слева на сайте;

• блок для входа зарегистрированных пользователей на сайт;

• блок статистики посещения сайта;

• блок отображения погоды;

• «подвал» (футер) сайта. В данном блоке необходимо разместить об авторе;

• блок отображения форума.

В соответствии с рисунком 2.1, представлена графическая схема шаблона сайта.

Рисунок 2.1 Графическая схема шаблона сайта Требования к функциональности сайта.

Сайт должен позволять пользователям:

• осуществлять навигацию по сайту (переход между страницами);

• скачивать (при наличии необходимых прав доступа) различного рода документы и файлы;

• выполнять вход на сайт как зарегистрированный пользователь для возможности просмотра конфиденциальной информации и/или добавления/редактирования содержимого сайта (при наличии соответствующих прав доступа).

Система управления сайтом должна позволять:

• управлять страницами сайта (добавлять, удалять, изменять их содержимое);

• управлять элементами меню;

• добавлять/изменять/удалять новости на сайте.

Необходимо создать следующие страницы сайта:

• главная страница сайта;

• страница «Статьи и методические рекомендации»;

• страница «Примеры проектов»;

• страница «Тест по MS Word»;

• страница «О нас».

Необходимо создать меню навигации по сайту. Меню должно состоять из следующих элементов:

• главная страница сайта;

• страница «Статьи и методические рекомендации»;

• страница «Примеры проектов»;

• страница «Тест по MS Word»;

• страница «О нас»

Главная страница.

Вначале данной страницы необходимо вставить изображение (тематическое) и вводную информацию (текст), описывающую назначение сайта и организации На главной странице сайта, а также на всех остальных страницах сайта, в «футере» (подвале) страницы необходимо разметить краткую контактную информацию и информацию о правообладании сайтом (авторском праве).

Страница «Статьи и методические рекомендации».

В разделе «Статьи и методические рекомендации» содержатся различные статьи и методические рекомендации для написания научных проектов. В администраторской части имеется возможность добавлять, редактировать и удолять выбранные статьили или рекомендации.

Страница «Примеры проектов».

В разделе «Примеры проектов» содержатся проекты для школьников. В администраторской части также имеется возможность добавления новых, редактирования и удаления имеющихся проектов.

Страница «Тест по MS Word».

В разделе «Тест по MS Word» содержатся тест, который может пройти любой школьник и узнать за него оценку.

Страница «О нас».

В разделе «О нас» содержится информация о разработанном сайте.

Системные требования.

1. Требования к архитектуре.

Предполагается 2 сервера, это файловый и web-сервер.

2. Требования к параметрам оборудования:

• частота процессора: 2,3 Ггерц;

• размер оперативной памяти:128Мб;

• видеопамять: 64 Мб;

• наличие интернет соединения 56 Кб/с.

Сайт должен корректно отображаться в современных версиях браузеров Microsoft Internet Explorer, Mozilla FireFox.

3. Время отклика на действия пользователя зависит от скорости интернет соединения, по умолчанию она будет максимальной.

4. Дизайн сайта должен быть выполнен с использованием языка HTML, при необходимости для создания отдельных графических элементов допустимо использование технологии FLASH.

Элементы управления должны быть понятными, однозначными и простыми, не отвлекающими внимание.

5. Так как разрабатываемая система является сайтом, то масштабируемость ее достаточно высока.

6. Сайт поддерживает распределенное хранение данных, так как часть когда будет обрабатываться на клиентском оборудовании.

7. Система состоит из отдельных модулей, интегрированных между собой, таких как форум, или страница вопрос-ответ.

Требования к архитектуре системы.

Архитектура системы является «трехзвенной», т. е. браузер — БД — сайт.

Требования к пользователям. Система подразумевает 3 вида пользователей:

• администратор должен распределять доступ к БД;

• оператор должен своевременно и добавлять, обновлять и удалять информацию;

• пользователь должен обладать основными навыками работы в сети интернет на уровне рядового пользователя.

Требования к защите информации от несанкционированного доступа.

Для защиты информации от несанкционированного доступа существует форма регистрации на сайте, с разграничением прав доступа.