В исследовательской работе и проекте по информатике "Электронные учебники" авторы затронули принципы создания электронных учебников, изучили требования к электронным учебникам и рассмотрели программные средства их создания, алгоритмические языки и интрументальные средства общего назначения.

В процессе работы над индивидуальным исследовательским проектом «Электронные учебники» обучающиеся 11 класса разработали электронный учебник на основе языка программирования Python, методику и структуру учебника, сформировали содержание электронного учебника.

Подробнее о работе:

В индивидуальном исследовательском проекте по информатике на тему «Электронные учебники» авторы сделали выводы о том, что последние годы появились сначала англоязычные, а затем и национальные электронные энциклопедии, а также сейчас в мире проходит активное внедрение электронных учебников в учебный процесс.

В индивидуальной исследовательской работе по информатике на тему «Электронные учебники» обучающиеся изучили и проанализировали применение электронных учебников, а также рассмотрели и спланировали систему контроля знаний обучающегося в пределах электронного учебника, сформировали выводы в рамках заключения к проекту.

Оглавление

Введение
Глава 1. Основные принципы создания электронных учебников.
1.1. Требования к электронным учебникам
1.2. Программные средства создания электронного учебника
1.2.1. Традиционные алгоритмические языки
1.2.2. Инструментальные средства общего назначения
1.2.3. Средства мультимедиа
1.2.4. Гипертекстовые и гипермедиа средства
1.3. Применение электронных учебников
1.4. Система контроля знаний обучающегося в пределах электронного учебника.
Глава 2. Разработка электронного учебника «Основы программирования на Python»
2.1. Методика разработки учебника
2.2. Структура учебника
2.3. Содержание учебника
Заключение
Список литературы

В процессе вступления школы в мировое образовательное пространство необходимо совершенствование, а также масштабная переориентация компьютерно-информационной составляющей. С середины ХХ века в мире происходит переход к информационным обществам. Объём информации, который охватил все сферы человеческой деятельности, принял характер информационного взрыва.

Проблема обучения стала одной из самых важных в наше время, а наиболее актуальными являются вопросы, связанные с автоматизацией обучения. «Ручные методы» без использования технических средств уже давно исчерпали свои возможности. Как правило, наиболее простой формой автоматизации обучения является применение ЭВМ для обучения и обработки результатов контрольных опросов учащихся.

Все чаще применение компьютеров помогает упростить и автоматизировать ту сложную процедуру, которую применяют учителя для создания методических пособий. Для представления различных «электронных учебников», методических пособий на компьютере есть множество преимуществ. Это автоматизация всего процесса создания таких данных и хранения их в любой необходимой форме.

Также такой подход позволяет использовать почти неограниченный объем информации. При создании компьютеров обучение происходит с изданием учебных пособий новой генерации, которые отвечают потребностям личности обучаемого. Пособия новой генерации призваны обеспечить единство учебного процесса и современных научных исследований, т.е целесообразность использования новых информационных технологий в учебном процессе или использование различного рода электронных учебников. Результат от использования средств компьютерной техники в обучении можно получить только тогда, когда специалист предметной области не ограничивается средствами представления информации, коммуникаций и работы с базами данных.

Целью исследования является демонстрация использования электронных учебников.

Из определения целей вытекает задача исследования: изучить принципы создания электронных учебников.

В исследовательской работе (проекте) "Электронные учебники" исследуется теория и методика преподавания информатики. Предметом исследования является принцип создания электронных учебников.
 

Для изучения мы возьмем следующие принципы для среды электронных учебников. Чтобы обучение людей в этой среде было эффективно, в электронных системах обучения, независимо от задачи исследования и задач исследователя важно использовать методы визуализации исходных данных, промежуточных результатов обработки, которые обеспечивают единую форму представления текущей и конечной информации в виде изображений, адекватных зрительному восприятию человека и удобных для однозначного толкования полученных результатов. Не менее важным требованием к интерфейсу является его интуитивность.

Необходимо также отметить, что управляющие элементы интерфейса должны быть удобны и заметны. Однако они не могут перетягивать внимание с основного содержания, не считая случаев, когда управляющий элемент сам является основным содержанием системы.

Простота освоения и использования данной среды для создания электронных учебников достигается за счет использования визуальных технологий и возможности использования специалистом-предметником любого текстового и графического редактора для написания содержания электронного учебника. Для удобства работы среда генерации электронных учебников позволяет разрабатывать проект отдельными частями, что позволяет организовать работу над одним учебником несколькими профильными специалистами.

Психолого-эргономические требования
Новые возможности приводят к развитию новых функций в программном обеспечении, особенно в формах связи между людьми и компьютерами. Необходимо обеспечить психологическую естественность деятельности пользователей с использованием ЭВМ, соответствие программ целям и функциям обучения, удобство работы пользователей с ЭВМ, охрану здоровья. Психологическая лояльность и эргономика - одна из важнейших характеристик качества электронных учебников (программ), широко пропагандируемая в настоящее время "программная дружелюбность" подразумевает лишь поддержку психологии и эргономики при разработке программного обеспечения.

При использовании электронного пособия особое внимание уделяется психологической и эргономической поддержке в дидактических целях. Психологическая естественность по возрастным возможностям пользователя тесно связана с обеспечением эргономических требований, таких как восприятие информации, выделение специальных зон для специальной информации и др. Любая разработка программного обеспечения включает в себя задачу проектирования деятельности будущего пользователя создаваемой системы. В практике автоматизации вопросы проектирования деятельности будущего пользователя обычно решаются спонтанно, в лучшем случае на основе опыта авторов системно-технического обеспечения, а чаще всего исходя из случайных соображений.

Более того, проект деятельности пользователя не входит в состав документации на автоматизированную систему, не является законченным продуктом ее разработки. И как следствие, отсутствуют психологически и эргономически обоснованные решения по таким важным вопросам, как определение класса решаемых пользователем задач, проектирование языка его взаимодействия с ЭВМ, выбор вида диалога, разработка дисплейных форматов, что приводит, как правило, к низкой мотивации у пользователей при решении задач с применением ЭВМ, к снижению эффективности их деятельности, повышенной утомляемости, к возникновению трудностей в освоении средств вычислительной техники.

Предложен проектно-программный исследовательский подход к созданию психолого-эргономического обеспечения технических и программных средств деятельности пользователя.

Начальный этап разработки проекта деятельности пользователя компьютера включает в себя следующие конструктивные, системные, психологические и эргономические аспекты:

• системно-психологические характеристики пользователя;
• логико-психологическое описание класса решаемых с помощью электронного учебника задач;
• перечень программных поддержек основных стандартных процедур решения указанных задач;
• описание структуры компьютеризированной деятельности, включающее те действия, процедуры, средства реализации, эффективные стратегии осуществления информационных технологий.

Должны учитываться индивидуальные различия пользователей, в частности должна быть возможность получения информации с разной степенью детализации.
При выборе способов представления информации на экране компьютера необходимо исходить не только из содержания учебной деятельности, но и из тех возможностей, которые предоставляет компьютер: реализации эффективных стратегий решения и достижения недостижимых целей при «ручной» технологии.
В связи с особым ритмом общения человека с ЭВМ особую роль приобретает проблема понимания текстов. Это касается не только понимания текстов программ, но и понимания тех текстов, которые предъявляются пользователю на экране компьютера.

Необходимо исследовать, как приобретаются новые навыки и умения при использовании такого нового средства, как компьютер. При разработке электронного учебника могут предъявляться эргономические требования к способу взаимодействия пользователя с компьютером; типы взаимодействия пользователя с компьютером; дизайн рекламных форматов; контроль ошибок пользователей; временные параметры диалога пользователя с компьютером; организация информации на экране; кодирование информации на экране; Языки взаимодействия с пользователем компьютера.

Существует ряд эргономических требований к организации информации на экране:

• информация, представленная на экране, должна быть понятной, логически последовательной, разделенной на группы по содержанию и функциональным возможностям;
• при организации информации на экране избегайте чрезмерного кодирования и неоправданных и плохо идентифицируемых сокращений;
• рекомендуется свести к минимуму использование на экране терминов, относящихся к компьютеру, вместо терминов, знакомых пользователю;
• нельзя использовать краевые зоны экрана для представления информации.

В современном ПО для выделения части информации на экране используются различные приемы: реструктуризация информации и зоны выделения, окна для выделенной части информации, а также перевернутое изображение для части информации, различные эффекты, привлекающие внимание пользователей. внимание (мерцание и др.). Использование этих приемов должно быть психологически обосновано, особенно для электронной книги, функционально обусловленной и эргономичной.

Рекомендуется: размещать вопросно-ответные сообщения и подсказки в верхней части экрана, четко обозначив очерченную область, например, отделив ее горизонтальной линией от основной информации на экране; сообщения разных типов должны быть отделены друг от друга в области вспомогательной информации.

Например, вы можете порекомендовать использовать перевернутое изображение в качестве подсказки; зоны размещения вспомогательной информации на экране должны быть четко различимы - область подсказки, область комментария, область управляющих сообщений, область сообщений об ошибках; эффекты, бросающиеся в глаза пользователю ПК (мигание, усиление яркости, обратный контраст) должны применяться строго по дизайну деятельности пользователя, только в тех случаях, когда это необходимо и психологически оправдано.

Средства создания электронных учебников можно разделить на группы по комплексному критерию, включающему такие показатели, как назначение и выполняемые функции, требования к технической поддержке, характеристики приложений. По этому критерию возможна следующая классификация:

• традиционные алгоритмические языки;
• инструменты общего назначения;
• мультимедийные инструменты;
• инструменты гипертекста и гипермедиа.

Ниже приведены характеристики и краткий обзор каждой из выделенных групп.

Характерные особенности электронных учебников, созданных с использованием прямого программирования:

• разнообразие стилей реализации (цветовая палитра, интерфейс, структура электронного учебника, способ подачи материала и т.д.);
• сложность модификации и обслуживания;
• большие затраты времени и напряженность труда;
• отсутствие аппаратных ограничений, т.е. возможность создания электронного учебника на базе имеющихся технических баз.

Инструментальные средства общего назначения (ИСОН) предназначены для создания электронных руководств пользователями, не являющимися квалифицированными программистами. ИСОН, используемый при разработке электронного руководства, обычно обеспечивает следующие функции:

• Создание структуры электронного учебника;
• Ввод, редактирование и форматирование текста (текстовый редактор);
• Подготовка статической иллюстративной части (графический редактор);
• Подготовка динамической иллюстративной части (звуковые и анимационные фрагменты);
• Подключение исполняемых модулей, реализованных с помощью других средств разработки и т.д.

К преимуществам универсального инструмента относятся:

• возможность создания электронного учебника людьми, не являющимися квалифицированными программистами;
• вместе с тем ИСОН имеют ряд недостатков, таких как:
• сложный для понимания интерфейс;
• меньшие, по сравнению с мультимедийными и гипермедиасистемами, возможности;
• отсутствие возможности создания программ дистанционного обучения.

В нашей стране существует множество отечественных ИСОН: Адонис, АосМикро, Сценарий, ТесСис, Интегратор и др.

Еще до появления новых информационных технологий специалисты, проведя множество экспериментов, выявили взаимосвязь между способом усвоения материала и способностью через некоторое время восстановить полученные знания. Если материал был звуковым, человек запоминал около 1/4 его объема. Если информация подавалась визуально - около 1/3. При комбинированном воздействии (зрительном и слуховом) запоминание повышалось вдвое, а если человек занимался активными действиями в процессе обучения, усвоение материала повышалось до 75%.

Таким образом, мультимедиа означает объединение различных форм представления информации - текста, неподвижных изображений (рисунков и фотографий), движущихся изображений (анимация и видео) и звука (цифровых и MIDI) - в интерактивном продукте.

Аудиоинформация включает в себя речь, музыку и звуковые эффекты. Важнейшей проблемой в данном случае является объем информации носителя. По сравнению со звуком видеоинформация представлена большим количеством используемых элементов. Во-первых, это элементы статического видеоряда, которые можно разделить на две группы: графические (рисованные изображения) и фотографии. К первой группе относятся различные рисунки, интерьеры, поверхности, символы в графическом режиме. Второй - фотографии и сканы.

Динамический видеоряд почти всегда состоит из последовательностей статических элементов (кадров). Здесь выделяются три типичных элемента: обычное видео (около 24 кадров в секунду), квазивидео (6-12 кадров в секунду), анимация. Использование видео в множественной среде требует решения гораздо большего количества проблем, чем использование аудио. Среди них наиболее важными являются: разрешение экрана и количество цветов, а также объем информации.

Характерным отличием мультимедийных продуктов от других видов информационных ресурсов является гораздо больший объем информации, поэтому на сегодняшний день основным носителем этих продуктов является оптический CD-ROM стандартной емкостью 640 МБ. Для профессионального использования существует множество других устройств (CD-Worm, CD-Rewriteable, DVD и т. д.), но они достаточно дорогостоящие для повсеместного использования.

Гипертекст — это способ нелинейного представления текстового материала, при котором в тексте содержатся выделенные тем или иным образом слова, относящиеся к определенным фрагментам текста. Таким образом, пользователь не просто листает текстовые страницы по порядку, а может отклоняться от линейного описания по любой ссылке, то есть управлять процессом выпуска информации. В системе гипермедиа изображения могут использоваться как фрагменты, а информация может содержать текст, графику, видеоклипы и звук.

Использование гипертекстовой технологии отвечает таким требованиям к учебникам, как структура, удобство использования. При необходимости такой учебник можно «выложить» на любой сервер и немного подправить.
В настоящее время существует множество различных форматов гипертекста (HTML, DHTML, PHP и т. д.).

Возможная область применения электронных учебников чрезвычайно широка: использование компьютерных обучающих программ эффективно как при самообучении, так и при дистанционном обучении; рекомендуется для людей с особыми образовательными потребностями.

Кроме того, использование электронных учебников необходимо при особо острой нехватке учителей для практического обучения педагогическому мастерству. Таким образом, можно выделить следующие возможные области применения данных рекомендаций:

• обучение в средних школах;
• проведение лабораторных работ
• дистанционное обучение.

Разработка нового поколения персональных компьютеров с широкими возможностями и высоким «интеллектом» привела к переоценке целей разработки программных средств обучения, основной задачей которых является получение информации и формирование знаний в какой-либо области, закрепление навыков, мастерство, контроль и тест.

Внедрение компьютерных технологий в процесс обучения позволяет:

• проводить весь курс обучения конкретной дисциплине полностью на компьютере (включая лекции, практические занятия и проверку усвоения материала);
• избавить обучающегося от поиска и покупки книг;
• оперативно редактировать учебный материал с учетом новых данных, появляющихся по конкретному предмету, в том числе в компьютерных сетях;
• совершенствование методов подачи материала на основе анализа результатов регулярных контрольных работ обучающихся по каждой теме.

 

На практике применяются: система самопроверки, система рубежного контроля, экзаменационная система.

Система самопроверки.
Первое и самое главное требование к системе самопроверки знаний (самоконтроля) — наличие большого количества контрольных вопросов. Настолько, что совокупность этих вопросов охватывает все содержание учебника (очевидно, материал, который обучающийся должен усвоить). Кстати, эти же вопросы можно использовать и для экзаменационных тестов. Конечно, не все вопросы являются обязательными для экзамена. Все, что вам нужно, это случайный выбор определенного количества вопросов. Чем больше вопросов содержит база вопросов изучаемой дисциплины, тем больше вероятность того, что экзаменационная выборка вопросов будет носить более «однородный» характер.

Второе требование к системе самопроверки состоит в том, что вопросы должны быть представлены экзаменующемуся в случайном порядке. Это исключит возможность механического запоминания испытуемыми последовательности вопросов.

Третье требование: вопросы не должны начинаться с цифры или какого-либо символического обозначения. Испытуемый должен каждый раз читать вопрос и понимать его, т. е. запоминать вопросы по их смыслу, а не по тому порядку, в котором они следуют один за другим, или по символам, их обозначающим.

Четвертое требование: возможные варианты ответа должны быть даны испытуемому также в случайном порядке.

Пятое требование: время, потраченное на ответы, должно быть зафиксировано. Это время должно быть ограничено. Практика показывает, что среднее время, достаточное для ответа на вопрос, составляет 1 минуту. Зачем считать время? Это один из способов обращения со шпаргалкой. Если вопросов много, то чтобы найти ответ на следующий вопрос, нужна либо очень большая шпаргалка, либо целый справочник. Но такой поиск ответов займет много времени, а потому общий результат без учета времени может оказаться ложным. Для положительного результата самопроверки нужно отвечать не только правильно, но и достаточно быстро.

Шестое требование: поскольку это система тестирования внутри учебника, целесообразно весь комплекс вопросов разделить на темы, чтобы учащийся мог проверить уровень усвоения учебного материала после изучения каждой темы (а также организовать проверку своих возможностей). Также деление вопросов по темам очень полезно при построении экзаменационной или зачетной системы — это позволяет более равномерно охватить все темы учебника темами с меньшим количеством вопросов, чем при самопроверке.

Седьмое требование: простота использования компьютерного теста. Желательно, чтобы визуальную структуру вопросов на экране проектировал дизайнер, а возможные действия студента при ответе на вопрос продумывал эргономист. В любом случае на экране должно быть минимум кнопок управления, а всплывающие подсказки к действиям ученика не должны загромождать экран, появляться в нужное время в нужном месте.

И, наконец, восьмое требование – сами тестовые вопросы должны быть понятными по содержанию и вариантам ответов. Однако эти характеристики зависят не столько от создателей электронных версий учебников, сколько от авторов содержания учебника и контрольных вопросов.
 

Представляемый нами проект – электронный учебник «Основы программирования на Python» может быть использован учителями и учениками для упрощения обучения соответствующей теме.
Цель работы состоит в том, чтобы научить основам данного языка программирования, так как в настоящее время базовые знания в этой теме достаточно востребованы во многих областях.

При разработке данного учебного пособия мы придерживались следующих этапов:
1) Технический этап:

• сбор информации
• определение требований к учебнику
• определение формы представления материалов

2) Анализ задачи:

• изучение аналогов
• изучение программных средств

3) разработка структуры учебника:

• выбор способа представления материала
• выбор практических упражнений

4) Тестирование и отладка:

• синтаксическая отладка
• совершенствование материала

Необходимо было сделать выбор в сторону той или иной среды разработки. Для нашего проекта мы решили использовать среду разработки «Ispringpage», которая относится к ИСОН. Это отечественная онлайн-платформа, которая используется для разработки учебников, курсов и тестов. Ее преимущество составляют интуитивно понятный дизайн, что отвечает нашим требованиям, а так же онлайн-формат, что позволяет создать интерактивное пособие, отослать его обучающимся и отслеживать их прогресс в реальном времени.

1. Введение в программу.
1.1. Установка рабочей среды
2. Типы данных
2.1. Теоретические вопросы
3. Переменные
3.1. Практическая работа
4. Целочисленные операции
4.1. Практическая работа. Решение задач

Такая структура позволяет освоить материал постепенно и принимать ранее полученные знания в решении новых задач

Электронный учебник позволяет легко находить нужную информацию, повторять пройденный материал, что делает процесс обучения более приятным и доступным. Постепенное усложнение материала позволяет постепенно переходить к решению более сложных задач. Материал структурирован, представлен в виде блоков и списков. Ко многим темам прилагаются изображения с инструкциями.
Учебник не предусматривает проверку с помощью онлайн – теста, но такая функция есть на сайте учитель может воспользоваться ей или самостоятельно проверить пройденный материал с помощью теоретических и практических работ после каждой главы.

В разработанном нами электронном учебнике представлены основы языка программирования Python.
При рассмотрении структуры учебника, начинаем обучение с главы 1. В ней описывается установка рабочей среды IDLE, создание нового файла, а также принцип работы с функцией print().
В последующих главах есть информация о работе с разными типами данных, переменных и целочисленными действиями.

Основные разделы учебника:

• Установка программы. Функция print()
• Типы данных. Функции для смены типа данных
• Переменные. Функция ввода input()
• Целочисленные операции

Современная степень развития коммуникативных ресурсов открыла перед человечеством новые горизонты в сфере образовательной деятельности, но вместе с тем поставила и новые задачи. Решение одной из них и составляет суть проделанной работы в рамках проекта "Электронные учебники".

Стремительное развитие информационных технологий, медленное, но последовательное превращение компьютера из сакрального объекта, доступного лишь узкому кругу посвященных, раскрытие быта, появление Интернета и т. д. — все это рано или поздно должно было затрагивают такую традиционно консервативную область, как домашнее образование. В последние годы мы все стали свидетелями появления сначала англоязычных, а затем и национальных электронных энциклопедий, предоставляющих пользователям принципиально новые «степени свободы», чем их традиционные «бумажные» аналоги.

Отсюда оставался один шаг до попыток создания принципиально новых обучающих ресурсов – электронных книг. В настоящее время, когда процесс создания таких учебников уже превзошел индивидуальный опыт, когда предпринимаются активные попытки внедрения их в учебный процесс, и на этом пути уже накоплен некоторый опыт, можно, наконец, сказать, что определение наконец начинает проясняться термин «электронная книга» и его понятие, которое энтузиасты-первооткрыватели нащупывали почти вслепую.

1. Н.Д. Угринович. Информатика и информационные технологии. Учебник для 10-11 классов – 2-е изд. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005.
2. Информационные технологии в образовании: Учебное пособие для студентов высших педагогических учебных заведений. – Издательский центр «Академия», 2003.
3. С.А. Христочевский. Электронные мультимедийные учебники и энциклопедии. Информатика и образование, 2000.
4. Л.Х. Зайнутдинова. Создание и применение электронных учебников. Астрахань, ООО "ЦНТЭП", 1999.
5. С.А. Христочевский. Мультимедиа в образовании. Проблемы разработки и использования. Системы и средства информатики. Вып.8. М.: Наука. Физматлит, 1999.
6. С.А. Христочевский. Базовые элементы электронных учебников и мультимедийных энциклопедий. Системы и средства информатики. Вып.9. М.: Наука. Физматлит, 2003.
7. "Профессор Хиггинс". CD-ROM, 2004.
8. Д.А. Власов, Л.С. Кузина, В.М. Монахов и др. "Технологические процедуры создания электронного учебника". 2-я всероссийская конференция "Электронные учебники и электронные библиотеки в открытом образовании". М: "МЭСИ", 2001.
9. С.А. Христочевский, В.В. Вихрев, А.А. Федосеев, Е.Н. Филинов. "Информационные технологии". Учебное пособие. М.: "АРКТИ", 2001.