Помощь студентам в учебе
МЕТОДЫ И ИНСТРУМЕНТАРИИ РАЗРАБОТКИ СЕТЕВЫХ УЧЕБНЫХ КОМПЛЕКСОВ
|
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ
РАЗРАБОТКИ ЭЛЕКТРОННЫХ УЧЕБНЫХ КОМПЛЕКСОВ 8
1.1 Обзор литературных источников 8
1.2 Обзор технологий и продуктов, поддерживающих систему
электронного обучения 12
Глава 2 ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ИНТЕРАКТИВНЫХ УЧЕБНЫХ WEB-ПРИЛОЖЕНИЙ SHINY 26
2.1 Структура приложения Shiny 26
2.2 Разметка HTML-страниц и каскадные таблицы стилей в приложении
Shiny 30
2.3 Раскладка web-страницы в приложении Shiny 33
2.4 Компоненты ввода и вывода в приложении Shiny 36
2.5 Серверный сценарий приложения Shiny 43
2.6 Рекомендации по созданию интерактивных учебных приложений. 55
Глава 3 РАЗРАБОТКА ИНТЕРАКТИВНЫХ УЧЕБНЫХ WEB-ПРИЛОЖЕНИЙ 58
3.1 Анализ выборки данных Фишера, пользовательский интерфейс
интерактивного web-приложения кластеризации данных 58
3.2 Логический анализ и программный код интерактивного web-
приложения кластеризации данных 65
3.3 Анализ выборки данных mtcars, пользовательский интерфейс
интерактивного web-приложения Shiny 67
3.4 Логический анализ и программный код интерактивного web-
приложения mtcars 70
Глава 4 ТЕСТИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНТЕРАКТИВНЫХ WEB-ПРИЛОЖЕНИЙ 74
4.1 Тестирование и анализ эффективности интерактивного web-
приложения кластеризации 74
4.2 Тестирование и анализ эффективности интерактивного web-
приложения mtcars 77
4.3 Апробация и оценка эффективности интерактивных учебных web-
приложений 79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 87
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 88
ПРИЛОЖЕНИЕ А. HTML-код приложения кластеризации Ирисы Фишера 94
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. HTML-код приложения mtcars 100
Глава 1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ
РАЗРАБОТКИ ЭЛЕКТРОННЫХ УЧЕБНЫХ КОМПЛЕКСОВ 8
1.1 Обзор литературных источников 8
1.2 Обзор технологий и продуктов, поддерживающих систему
электронного обучения 12
Глава 2 ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ИНТЕРАКТИВНЫХ УЧЕБНЫХ WEB-ПРИЛОЖЕНИЙ SHINY 26
2.1 Структура приложения Shiny 26
2.2 Разметка HTML-страниц и каскадные таблицы стилей в приложении
Shiny 30
2.3 Раскладка web-страницы в приложении Shiny 33
2.4 Компоненты ввода и вывода в приложении Shiny 36
2.5 Серверный сценарий приложения Shiny 43
2.6 Рекомендации по созданию интерактивных учебных приложений. 55
Глава 3 РАЗРАБОТКА ИНТЕРАКТИВНЫХ УЧЕБНЫХ WEB-ПРИЛОЖЕНИЙ 58
3.1 Анализ выборки данных Фишера, пользовательский интерфейс
интерактивного web-приложения кластеризации данных 58
3.2 Логический анализ и программный код интерактивного web-
приложения кластеризации данных 65
3.3 Анализ выборки данных mtcars, пользовательский интерфейс
интерактивного web-приложения Shiny 67
3.4 Логический анализ и программный код интерактивного web-
приложения mtcars 70
Глава 4 ТЕСТИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНТЕРАКТИВНЫХ WEB-ПРИЛОЖЕНИЙ 74
4.1 Тестирование и анализ эффективности интерактивного web-
приложения кластеризации 74
4.2 Тестирование и анализ эффективности интерактивного web-
приложения mtcars 77
4.3 Апробация и оценка эффективности интерактивных учебных web-
приложений 79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 87
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 88
ПРИЛОЖЕНИЕ А. HTML-код приложения кластеризации Ирисы Фишера 94
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. HTML-код приложения mtcars 100
В современном учебном процессе все большее внимание уделяется использованию компьютерных технологий, реализуемых в виде сетевых сервисов, открывающих новые возможности распределенной учебной и профессиональной деятельности. Однако факт использования компьютера в учебном процессе еще не является залогом успеха, и значимых результатов можно добиться только при грамотном его применении.
Современный уровень компьютерной техники, быстрое развитие интернет открывают возможности для создания информационно-обучающей среды, под которой понимают комплекс современных информационных технологий, обеспеченных необходимыми методическими, программными и техническими средствами, ориентированными на процесс обучения. В связи с этим развиваются информационные ресурсы и инструменты их создания. Все больше программ ориентированы на создание web-приложений и интерактивных программных продуктов. Хорошая интерактивность и визуализация достигается путем использования встроенных инструментальных средств, создания графических объектов и эффективного языка программирования. Одним из средств формирования информационно-обучающей среды в университете является создание электронных учебно-методических комплексов по дисциплинам, прежде всего естественно-научным и общепрофессиональным.
Актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки современных интерактивных средств обучения. Актуальным направлением разработки образовательных ресурсов является создание интерактивных учебных модулей/компонентов, способствующих повышению эффективности учебного процесса.
Целью исследования является исследование и разработка учебных интерактивных web-приложений для демонстрации физических процессов и динамических систем по дисциплинам естественно-научного профиля.
процесс профессиональной подготовки
студентов вузов, предмет исследования - использование интерактивных электронных образовательных технологий в процессе профессиональной подготовки студентов (на примере естественно-научных направлений).
Гипотеза исследования состоит в предположении, что внедрение в учебный процесс интерактивных электронных образовательных технологий упрощает формирование учебного материала и его визуальное представление, а также способствует усвояемости учебного материала и улучшению показателей успеваемости студентов.
Цель исследования определила необходимость решения следующих задач:
1. На основе исследования научной литературы определить требования к технологии разработки интерактивных учебных web-компонентов.
2. Исследовать возможности программного инструментария для
разработки интерактивных учебных web-компонентов.
3. Предложить ряд рекомендаций по созданию интерактивных учебных web-приложений.
4. Разработать и протестировать интерактивные учебные web-приложения на примере решения классических задач.
5. Выработать практические рекомендации и порядок работы с разработанными учебными web-приложениями.
6. Экспериментально проверить разработанные интерактивные учебные web-приложения и определить результативность их внедрения в учебный процесс.
Методологическую базу исследования составляют фундаментальные работы, опубликованные как отечественными, так и зарубежными авторами, в области дистанционного образования (Андреев А.А., Соловов А.В., Полат Е.С., Носкова Т.Н., Батаев А.В., Ульченко Е.Н., Лисицына Л.С., Першин А.А.), различных аспектов разработки электронных учебных комплексов и материалов (Хабибуллин Р., Плещинская И.Е., Галкина Л.А., Миллз Крис, Усмонов М.С., Василевский Ю.В., Алексеев Г.В., Бриденко И.И., Савельев А.О., Ларина Э.С., Джеймс Г., Уиттон Д., Хасти Т., Тибширани Р., Вильямс Г.), разработке интерактивных компьютерных моделей и web-приложений shiny (Zev Ross, Garrett Grolemund, Joseph J. Allaire, Winston Chang и др.).
Теоретической основой исследований послужили научные труды отечественных и зарубежных исследователей в области разработки интерактивных компьютерных моделей и web-приложений и их применения в учебном процессе.
Основные методы исследования:
• теоретические - теоретический анализ, моделирование и проектирование, анализ состояния электронного обучения и образования в мире и России;
• общенаучные - моделирование, обобщение, проектирование, анализ, классификация и систематизация.
Основные этапы исследования: исследование велось с 2015 по 2017 гг. в три этапа.
1. этап (2015 г.) - изучение научной литературы, ресурсов электронных библиотек, сравнительно-сопоставительный анализ теоретических подходов к исследуемой проблеме разработки и использования в учебном процессе интерактивных технологий;
2. этап (2015-2016 гг.) - разработка интерактивных учебных моделей для образовательного процесса, проведение формирующего этапа эксперимента;
3. этап (2016-2017 гг.) - обобщение и систематизация полученной информации, статистическая обработка и качественный анализ результатов исследования.
Апробация результатов исследования осуществлялась на кафедре «Прикладная математика и информатика» Тольяттинского государственного университета. Результаты исследования были представлены на III научно-практической всероссийской конференции (школе-семинаре) молодых ученых «Прикладная математика и информатика: современные исследования в области естественных и технических наук» (Тольятти, 24-25 апреля 2017 года).
Научная новизна исследования состоит в том, что в нем обоснованы принципы и внедрена технология создания интерактивных учебных web- приложений в среде R с использованием пакета расширения Shiny. Разработаны рекомендации по созданию интерактивных web-приложений и порядок работы с разработанными учебными демонстрациями.
Практическая значимость исследования состоит в том, что спроектированы и реализованы интерактивные учебные модели решения классических задач, позволяющие виртуализировать лабораторный практикум по дисциплинам естественно-научного профиля.
Положения, выносимые на защиту:
1. Принципы создания интерактивных учебных web-приложений в среде R с использованием пакета расширения Shiny.
2. Разработанные интерактивные учебные web-приложения.
3. Результаты тестирования разработанных учебных web-приложений, демонстрирующих эффективность внедрения интерактивных технологий в учебный процесс.
Работа является результатом теоретической и практической деятельности в области разработки интерактивных учебных компонентов для сетевых учебных комплексов.
Объем и структура диссертационного исследования: диссертационное исследование состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений. Работа изложена на 93 страницах, содержит 37 рисунков, 7 таблиц.
Современный уровень компьютерной техники, быстрое развитие интернет открывают возможности для создания информационно-обучающей среды, под которой понимают комплекс современных информационных технологий, обеспеченных необходимыми методическими, программными и техническими средствами, ориентированными на процесс обучения. В связи с этим развиваются информационные ресурсы и инструменты их создания. Все больше программ ориентированы на создание web-приложений и интерактивных программных продуктов. Хорошая интерактивность и визуализация достигается путем использования встроенных инструментальных средств, создания графических объектов и эффективного языка программирования. Одним из средств формирования информационно-обучающей среды в университете является создание электронных учебно-методических комплексов по дисциплинам, прежде всего естественно-научным и общепрофессиональным.
Актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки современных интерактивных средств обучения. Актуальным направлением разработки образовательных ресурсов является создание интерактивных учебных модулей/компонентов, способствующих повышению эффективности учебного процесса.
Целью исследования является исследование и разработка учебных интерактивных web-приложений для демонстрации физических процессов и динамических систем по дисциплинам естественно-научного профиля.
процесс профессиональной подготовки
студентов вузов, предмет исследования - использование интерактивных электронных образовательных технологий в процессе профессиональной подготовки студентов (на примере естественно-научных направлений).
Гипотеза исследования состоит в предположении, что внедрение в учебный процесс интерактивных электронных образовательных технологий упрощает формирование учебного материала и его визуальное представление, а также способствует усвояемости учебного материала и улучшению показателей успеваемости студентов.
Цель исследования определила необходимость решения следующих задач:
1. На основе исследования научной литературы определить требования к технологии разработки интерактивных учебных web-компонентов.
2. Исследовать возможности программного инструментария для
разработки интерактивных учебных web-компонентов.
3. Предложить ряд рекомендаций по созданию интерактивных учебных web-приложений.
4. Разработать и протестировать интерактивные учебные web-приложения на примере решения классических задач.
5. Выработать практические рекомендации и порядок работы с разработанными учебными web-приложениями.
6. Экспериментально проверить разработанные интерактивные учебные web-приложения и определить результативность их внедрения в учебный процесс.
Методологическую базу исследования составляют фундаментальные работы, опубликованные как отечественными, так и зарубежными авторами, в области дистанционного образования (Андреев А.А., Соловов А.В., Полат Е.С., Носкова Т.Н., Батаев А.В., Ульченко Е.Н., Лисицына Л.С., Першин А.А.), различных аспектов разработки электронных учебных комплексов и материалов (Хабибуллин Р., Плещинская И.Е., Галкина Л.А., Миллз Крис, Усмонов М.С., Василевский Ю.В., Алексеев Г.В., Бриденко И.И., Савельев А.О., Ларина Э.С., Джеймс Г., Уиттон Д., Хасти Т., Тибширани Р., Вильямс Г.), разработке интерактивных компьютерных моделей и web-приложений shiny (Zev Ross, Garrett Grolemund, Joseph J. Allaire, Winston Chang и др.).
Теоретической основой исследований послужили научные труды отечественных и зарубежных исследователей в области разработки интерактивных компьютерных моделей и web-приложений и их применения в учебном процессе.
Основные методы исследования:
• теоретические - теоретический анализ, моделирование и проектирование, анализ состояния электронного обучения и образования в мире и России;
• общенаучные - моделирование, обобщение, проектирование, анализ, классификация и систематизация.
Основные этапы исследования: исследование велось с 2015 по 2017 гг. в три этапа.
1. этап (2015 г.) - изучение научной литературы, ресурсов электронных библиотек, сравнительно-сопоставительный анализ теоретических подходов к исследуемой проблеме разработки и использования в учебном процессе интерактивных технологий;
2. этап (2015-2016 гг.) - разработка интерактивных учебных моделей для образовательного процесса, проведение формирующего этапа эксперимента;
3. этап (2016-2017 гг.) - обобщение и систематизация полученной информации, статистическая обработка и качественный анализ результатов исследования.
Апробация результатов исследования осуществлялась на кафедре «Прикладная математика и информатика» Тольяттинского государственного университета. Результаты исследования были представлены на III научно-практической всероссийской конференции (школе-семинаре) молодых ученых «Прикладная математика и информатика: современные исследования в области естественных и технических наук» (Тольятти, 24-25 апреля 2017 года).
Научная новизна исследования состоит в том, что в нем обоснованы принципы и внедрена технология создания интерактивных учебных web- приложений в среде R с использованием пакета расширения Shiny. Разработаны рекомендации по созданию интерактивных web-приложений и порядок работы с разработанными учебными демонстрациями.
Практическая значимость исследования состоит в том, что спроектированы и реализованы интерактивные учебные модели решения классических задач, позволяющие виртуализировать лабораторный практикум по дисциплинам естественно-научного профиля.
Положения, выносимые на защиту:
1. Принципы создания интерактивных учебных web-приложений в среде R с использованием пакета расширения Shiny.
2. Разработанные интерактивные учебные web-приложения.
3. Результаты тестирования разработанных учебных web-приложений, демонстрирующих эффективность внедрения интерактивных технологий в учебный процесс.
Работа является результатом теоретической и практической деятельности в области разработки интерактивных учебных компонентов для сетевых учебных комплексов.
Объем и структура диссертационного исследования: диссертационное исследование состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений. Работа изложена на 93 страницах, содержит 37 рисунков, 7 таблиц.
В рамках диссертационной работы получены следующие основные результаты:
1. На основе исследования научной литературы определены требования к технологии разработки интерактивных учебных web-компонентов.
2. Исследованы возможности программной среды R совместно с пакетом расширения Shiny для разработки интерактивных учебных web-компонентов.
3. Сформулированы рекомендации по созданию интерактивных компонентов в среде R.
4. Разработаны и протестированы интерактивные учебные web-
приложения, реализованные на основе классических задач.
5. Выработаны практические рекомендации и порядок работы с разработанными учебными web-приложениями.
6. Проведен педагогический эксперимент, в ходе которого были получены данные, подтверждающие правильность выбранной гипотезы.
Применение разработанных интерактивных web-компонентов в лабораторном практикуме формирует у учащихся умения выполнения модельных экспериментальных исследований, отрабатываются навыки проведения измерений и обработки информации.
Таким образом, предложенную технологию разработки интерактивных web-приложений можно использовать в любых сетевых учебных комплексах естественно-научного профиля для разработки интерактивных лабораторных работ, тренингов, моделей систем и процессов, исследовательских проектов, тестов.
1. На основе исследования научной литературы определены требования к технологии разработки интерактивных учебных web-компонентов.
2. Исследованы возможности программной среды R совместно с пакетом расширения Shiny для разработки интерактивных учебных web-компонентов.
3. Сформулированы рекомендации по созданию интерактивных компонентов в среде R.
4. Разработаны и протестированы интерактивные учебные web-
приложения, реализованные на основе классических задач.
5. Выработаны практические рекомендации и порядок работы с разработанными учебными web-приложениями.
6. Проведен педагогический эксперимент, в ходе которого были получены данные, подтверждающие правильность выбранной гипотезы.
Применение разработанных интерактивных web-компонентов в лабораторном практикуме формирует у учащихся умения выполнения модельных экспериментальных исследований, отрабатываются навыки проведения измерений и обработки информации.
Таким образом, предложенную технологию разработки интерактивных web-приложений можно использовать в любых сетевых учебных комплексах естественно-научного профиля для разработки интерактивных лабораторных работ, тренингов, моделей систем и процессов, исследовательских проектов, тестов.