CC BY
70
ПРИКЛАДНАЯ ИНФОРМАТИКА / JOURNAL OF APPLIED INFORMATICS
_ [ Том 11. № 2 (62). 2016 ]
Н. А. Шигина, канд. техн. наук, доцент, Пензенский государственный технологический университет, shiginana@gmail.com
Облачные инструменты разработки программного обеспечения в учебном процессе вуза
В статье приводится характеристика облачных инструментов разработки программного обеспечения и рассмотрены результаты их экспериментального использования в Пензенском государственном технологическом университете. Предложены подходы к применению Oracle Application Express в различных дисциплинах образовательной программы бакалавриата и магистратуры по направлению «Прикладная информатика», «Информатика и вычислительная техника».
Ключевые слова: облачные сервисы, облачные IDE, обучение разработке программного обеспечения, Oracle APEX, Vertabelo.
Введение
Процессы согласования содержания новых стандартов высшего образования с профессиональными стандартами, которые разрабатываются в рамках федеральной программы, инициированной указом Президента Российской Федерации N° 597 от 7.05.2012 «О мероприятиях по реализации государственной социальной политики», характерны для настоящего времени. Влияние профессионального сообщества на содержание образовательных программ подготовки ИТ-специалистов выражается, в частности, в том, что последние все чаще включают в образовательный процесс новейшие информационные технологии как предмет и средство обучения. Одно из актуальных направлений развития информационных технологий — концепция облачных вычислений (Cloud computing), при которой масштабируемые информационные и вычислительные ресурсы предоставляются как сервис посредством Интернета.
Основное достоинство данной технологии — возможность удовлетворить практи-
чески любые потребности в хранении и обработке информации при экономии финансовых, трудовых и временных ресурсов — особенно важно для учреждений образования. Облачные сервисы могут помочь будущим ИТ-специалистам в приобретении самых современных профессиональных компетенций, и при этом вузу не потребуется значительных расходов на закупку, установку, сопровождение и регулярное обновление сложного инструментального программного обеспечения. Более того, облачные сервисы открывают возможность использования собственных вычислительных устройств студентов и преподавателей, включая мобильные устройства, снижая тем самым расходы вуза на оборудование компьютерных классов. Таким образом, изучение и использование облачных сервисов в учебном процессе можно признать актуальной задачей. Данная статья посвящена анализу современных облачных инструментов проектирования и разработки программного обеспечения и баз данных и особенностям их использования в учебном процессе вуза.
[ 41 ]
Требования учебного процесса к облачным сервисам
Облачная модель доступа к компьютерным ресурсам быстро завоевывает рынок: растут количество пользователей и поставщиков услуг, объем рынка, расширяются области применения. По прогнозам аналитиков, тенденция роста рынка облачных вычислений сохранится вплоть до 2017 г., затем секторы PaaS и IaaS достигнут насыщения, но сектор рынка SaaS будет испытывать уверенный рост до 2020 г. [1].
К достоинствам облачных технологий обычно относят возможность сокращения затрат на приобретение и обслуживание технических, программных средств и инфраструктуры, доступность ИТ-ресурсов с любого устройства, подключенного к Интернету, увеличение возможностей коллективной работы, а среди проблем отмечают высокую нагрузку на сети передачи данных, неподконтрольность поставщика услуг вузу и связанные с этим небезопасность и возможные потери данных [2]. Добавим сюда также возможные проблемы со сбором и хранением персональных данных поставщиками облачных сервисов, а также возможное отсутствие облачного сервиса с требуемой функциональностью и приемлемым уровнем стоимости и надежности. Одним из путей решения указанных проблем является создание «частного облака» учебного заведения, однако это связано с высокими капитальными затратами на переход к новому способу распределения и обслуживания ИТ-ресурсов вуза и повышением квалификации обслуживающего персонала.
Таким образом, при выборе и внедрении в учебный процесс облачных сервисов вуз должен оценить, насколько тот или иной сервис удовлетворяет следующим требованиям:
• доступность программного обеспечения (ПО) и информационных ресурсов для
всех студентов независимо от их местонахождения;
• приемлемая скорость обмена и обработки информации;
• достаточный объем выделенной памяти для решения учебных задач;
• бесплатный доступ обучающихся к информационным и программным ресурсам;
• сокращение затрат вуза на сопровождение ПО;
• достаточно высокая надежность и безопасность ПО, включая сохранность, резервное копирование, архивирование, экспорт и импорт пользовательских ресурсов;
• возможность обучения студентов настройке, администрированию и управлению коллективным доступом к программному и информационному обеспечению;
• способность преподавателей и студентов эффективно использовать сервис с учетом их текущего уровня ИТ-компетенций.
Среди трех основных моделей облачных вычислений — SaaS, IaaS, PaaS — для большинства преподавателей и студентов наиболее привлекательна и популярна первая модель, ибо она позволяет использовать программное обеспечение «в один клик», без явной поддержки специалистов ИТ-подразделений вуза. Вторая и третья модели имеют более узкое применение, так как предполагают наличие достаточной квалификации и опыта у пользователей. Таким образом, если данные сервисы не являются предметом изучения, а используются как инструменты для решения других задач, то целесообразность их применения должна оцениваться в каждом конкретном случае. Например, при изучении основ программирования не стоит тратить время на изучение установки среды разработки ПО в облаке, в то время как при исследовании и разработке распределенных приложений эта задача может быть включена в программу курса, так как студенты уже подготовлены к ее решению и имеют опыт программирования и использования облачных сервисов.
Разработка программного обеспечения «в облаке»
Облачные среды разработки программного обеспечения переживают период становления и развития. Авторы обзоров выделяют такие их достоинства, как повсеместная доступность посредством обычного браузера, возможность командной работы по созданию, тестированию и обсуждению проектов ПО, интеграция со средствами управления версиями проекта, поддержка нескольких языков программирования [3-6]. По функциональности некоторые облачные IDE (Integrated Development Environment, интегрированная среда разработки) вполне сравнимы с настольными собратьями [7; 8]. Многие из них имеют бесплатный демонстрационный доступ, что позволяет использовать их в целях обучения. Облачные IDE поддерживают множество языков: HTML, CSS, JavaScript, PHP, Python, XML, Ruby, Java, SQL и др., хотя заметим, что основная часть инструментов предназначена для разработки веб-приложений и поддерживает соответствующие языки.
Разработка современных программных систем очень часто связана с использованием баз данных, поэтому необходимы инструменты, поддерживающие их проектирование и разработку, однако среди облачных сервисов лишь небольшая часть предлагает инструменты для работы с базами данных. Их можно разделить на облачный хостинг традиционных СУБД и специализированные облачные СУБД [9; 10].
Поскольку для новичков, впервые знакомящихся с технологией баз данных, бывает слишком сложно самостоятельно развернуть в облаке среду разработки, мы не рассматриваем здесь IaaS- и PaaS-решения, в которых провайдер не предоставляет в готовом виде сервер баз данных и инструменты его использования. По этой причине, например, была исключена из анализа облачная платформа Heroku Cloud (https: //heroku.com) и некоторые другие сервисы.
Для применения в учебном процессе наиболее важны такие критерии выбора IDE, как стоимость, надежность и простота использования. В табл. 1 приведены данные о стоимости и ограничениях демоверсий крупнейших современных облачных платформ, предоставляющих доступ к базе данных.
Как видно из таблицы, бесплатный доступ к сервисам ограничивается сроком его предоставления, объемом доступной памяти и количеством пользователей (посещений). Поскольку согласно Федеральному закону от 27.07.2006 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации», вступившему в силу с 1 сентября 2015 г. [11], базы данных с персональными данными граждан Российской Федерации должны храниться на территории Российской Федерации, то добавляется необходимость проверки места хранения базы персональных данных пользователей сервиса. В отличие от ряда других крупных интернет-компаний, Amazon не представила планов о перемещении хотя бы части своих баз в Россию, поэтому данный крупнейший сервис был исключен из рассмотрения. Сервисы Google, IBM, Microsoft и облачная платформа Oracle не удовлетворяют требованиям по достаточному для обучения сроку бесплатного использования (минимум 1 семестр).
Таким образом, из оставшихся вариантов подходят по стоимости и доступности для применения в учебном процессе два сервиса: демонстрационная версия Oracle Application Express (Oracle APEX) [12] и СУБД MySQL с программой администрирования phpMyAdmin на Hostinger.ru [13]. По простоте использования предпочтение было отдано первой системе, что впоследствии подтвердили публикации педагогов из University of Gloucestershire, Southampton Solent University и New Mexico State University [14-16], в которых анализируется положительный опыт внедрения Oracle APEX в учебный процесс дисциплин, связанных с разработкой баз данных. Второй вариант средств разработки БД
[ 43 ]
Таблица 1. Характеристики облачных баз данных
Table 1. Characteristics of cloud databases
Поставщик Сервис хранения данных Минимальная стоимость, месяц Другие ограничения
Amazon Web Services, RDS, Бесплатно в течение 750 час. в месяц, 20Гб,
https://aws.amazon.com DynamoDB года требуется регистрация кредитной карты
Google App Engine Cloud SQL, DataStore Бесплатно 60 дней, 1Гб/день, требуется
https://cloud.google.com далее 10 долл. регистрация кредитной карты
IBM IBM Bluemix, Бесплатно 30 дней, 100 Мб, 10 подключений
https://console.ng.bluemix.net включая SQL Database затем 14 долл.
Microsoft Microsoft SQL Azure 250 руб. 744 часа в месяц, 2 ГБ
https: //azure.microsoft.com
Oracle https://cloud.oracle.com/ Database Cloud Бесплатно 30 дней, далее 300 долл. 1 ГБ
Oracle Application Express Бесплатно Размер файлов до 15Мб
https://apex.oracle.com
Hostinger MySQL, Бесплатно 100 Гб трафика на один
https://hostinger.ru/ phpMyAdmin месяц, 200 посетителей в сутки, 20 000 файлов и папок
также был использован автором в магистерском курсе «Разработка мобильных приложений».
Основные характеристики Oracle APEX
Oracle Application Express представляет собой свободную среду для быстрого создания и разворачивания веб-приложений, позволяющую работать пользователям с минимальным опытом программирования. Среда сочетает в себе высокую производительность, безопасность, интегрируемость и масштабируемость с простотой использования, доступностью и гибкостью. В настоящее время (с 15 апреля 2015 г.) функционирует версия Oracle Application Express 5.0. Oracle APEX поставляется производителем в нескольких вариантах:
1) как программный продукт — дистрибутив программы можно скачать с сайта производителя для установки на собственном
компьютере; также среда разработки APEX входит в состав СУБД Oracle Database, начиная с версии 11g;
2) как демонстрационный облачный сервис APEX.oracle.com, который бесплатно предоставляется разработчикам в ознакомительных целях с ограничением объема предоставляемого пространства базы данных;
3) как коммерческий сервис и продукт партнеров Oracle.
Веб-приложение, созданное в данной среде, целиком хранится в базе данных Oracle Database, которая может размещаться на сервере стороннего поставщика услуги, в частном облаке образовательного учреждения либо в бесплатном демонстрационном сервисе APEX. Именно последний вариант особенно интересен для преподавателей и студентов, так как решает все вопросы с приобретением, установкой и поддержкой программного обеспечения. Разработка и запуск программ на APEX осуществляется посредством стандартного веб-браузера и не тре-
бует установки и обслуживания какого-либо клиентского программного обеспечения. Учебные проекты, как правило, вписываются в те ограничения, которые имеет облачная демонстрационная версия (запрет коммерческого использования разработанных приложений, небольшой объем базы данных).
Oracle Application Express включает в себя следующие основные компоненты:
• Application Builder — построитель веб-приложения, основанного на базе данных или электронной таблице;
• SQL Workshop — графический интерфейс для разработки базы данных;
• Team Development — средства командной работы над проектом;
• Packaged Apps — образцы приложений и типовых фрагментов (рис. 1).
Для образовательных целей удобно, что по каждому инструменту в правой части окна программы выводится краткая справка. Более полные сведения приведены в девяти достаточно полных и хорошо структурированных документах (https: //docs.oracle.com/ cd/E59726_01/index. htm), ориентированных на типовые группы пользователей: системных
администраторов, разработчиков и конечных пользователей. Кроме того, Oracle предлагает 7 видео на канале YouTube и 10 презентаций, которые посвящены обзору APEX 5, разработке мобильных приложений, веб-сервисов и «отзывчивого» веб-дизайна на базе APEX (https: //www.youtube.com/playlist? list=PL3C0EA3AD589FD322,http://www.orade.com/ technetwork/developer-tools/APEX/learnmore/ APEX-presentations-1866619.html).
Все официальные материалы представлены на английском языке, что неудобно для отечественного читателя. Впрочем, это обстоятельство также можно рассматривать как вызов, мотивирующий студентов к овладению навыками понимания профессиональной англоязычной литературы и стимулирующий преподавателя к совершенствованию собственных языковых компетенций и плодотворному сотрудничеству с коллегами, преподающими иностранный язык (например, для формирования учебных заданий по изучению английского языка).
Для работы каждому зарегистрированному пользователю выделяется так называемое рабочее пространство (Workspace), в котором
ORA.CLC Application Express a ©« ц
I Application Builder v SQl Workshop v Team Development v Packaged Apps v
About
ШШЩ ■■ ШШ
□ □ цд О Application developers use wizards to dcclttfaUvi'ly assemble application; organized by page. Session state is trcJiispdicritly managed. Click the Create burton to create an
Create Import Dashboard Workspace Utilities
application.
a- S3 s ActKjris v ?J Create > |
I H Mdiuqer Seiler ■■■ 13219 ВЦЧ 1 Ю3122 Recent
13219 Manaqer 103122 Seller
1-2 Migrations
Migrations
I Д shiginanaßr-iaif ru Q bcokshop ®en Copyright f. 1999.. 2015. Oracle- A II rights reserved. Application Express 5.СЦ.00.06
Рис. 1. Меню построителя приложений
Fig. 1. Application builder menu
можно создать одну или несколько баз данных и приложений. Для ознакомления со средой разработки вначале можно воспользоваться одним из 33 примеров типовых приложений, демонстрирующих базовые варианты организации веб-интерфейса и структуры базы данных (рис. 2).
Эти образцы можно не только исследовать, но также модифицировать и использовать в собственных проектах. В курсах, связанных с использованием баз данных и веб-разработкой, такая возможность дает простор фантазии преподавателя для подготовки учебных и контрольных задач на базе имеющихся образцов для подражания.
Построитель приложений предоставляет доступ к проектам пользователя, каждый из которых является набором веб-стра-
ниц, созданных по типовым шаблонам или «с нуля». Существует 14 групп типовых вебстраниц, отличающихся формой представления информации, способом взаимодействия с пользователем и базой данных. Кроме того, варианты шаблонов отличаются для настольных и мобильных приложений: некоторые шаблоны используются только для настольных, другие — только для мобильных приложений.
Редактор веб-страниц (Page Designer) отличается от обычных HTML-редакторов и, скорее, похож на конструктор форм или отчетов (рис. 3).
Содержимое веб-страниц делится на три части: обрабатываемое до, во время и после рендеринга, под которым понимается процесс вывода браузером видимого пользователем
Рис. 2. Галерея примеров типовых приложений
Fig. 2. Packaged Apps Gallery
ORACLG"ACÇ*«H0f. ¿^¡.l»«*» В«.Иг. V SQCWorhho,. V Initi BrvriDfrornl V ("ocla^nl Аррт V Û. J^ V ©-' ф Mnt
(?) AppJtubon 132» Pag« Derign« Qv 1 Go "fr "DC ® Ф W Щ^Ц
@ i О I r>HJ läyOut WréùùaùS Pjyv Siüirtfi Hi'lp
ЯНШИН l= [i~ 1 <31 $
1 Q Page 1. Horm 1 Q Ноли • » I№tt3cлВ<ип
» C3 РиМЦявМПв » В ГСЧЮП» • COnWnl 6-ЯТ !: Afröutes » F^nc-ms HAilfMFAWB
PME NftVlUlWH itgtAii
Tite Horn
CÛWFMT BOW Ради Wup -Seiecl- j 0
I2P1_N£W ф N™ «WHIWf
■ Cj Ро«-ЙйпавПпд СОРУ EHT РЯЕУКНЯ «XT 1 ï USIH IlllultJCIi Um»*?;!
H«»ns 1" fc-ms J »лига g v s: s m и ш pü Weskfcw CetorPICk« DIM "-**Ser Оарйу 1.7*9« üeptoj UiV, IfelirMu. <3> СШ ja. HZ) *= MkMw «Мшце V'jrWFUI P»iwonJ PöMILOV RSÄBGHUP АЛ ДЭ ЕЕ О А- □ Trio mu OùtKi* 0 > Tempos Tflmoiai» узд TWnpH» Cwöulti CSS Classes * Mftdln T'y 0ft * N311 ijJto.'i Unnu :>№tr-3fi I.JAfir Y« No Wertste ----- T NHïiçetôn Curvy Гисив Oq nottociaKumür
Рис. 3. Редактор страниц Fig. 3. Page Designer
отображения веб-страницы. Макет страницы разделен на разделы, в которых размещаются блоки (Items), соответствующие основным элементам содержимого страницы: текстовые поля, текстовый редактор, переключатели, кнопки, рисунки, блоки выбора файла, цвета, даты и времени и др. Пользователь может создавать собственные элементы и помещать их в разделяемую с другими приложениями библиотеку.
Компоненты обладают множеством параметров, значения которых редактируются с помощью панели редактора свойств (Property Editor). Элемент веб-страницы может быть связан с данными в базе данных: в качестве источника данных можно выбрать столбец в таблице, SQL-запрос, выражение PL/SQL, статическое значение. Другие свойства определяют оформление и поведение элемента, условия проверки данных, подсказки пользователю и даже ссылки на разработчика, вносившего изменения в проект страницы. Таким образом, разработка вебстраниц состоит в выборе подходящего ша-
блона страницы, размещении и настройке свойств ее компонентов.
Для осознанного использования построителя приложений необходимо как понимание основ веб-дизайна, так и знание принципов создания базы данных, умение разрабатывать запросы. Поэтому начинать разработку приложения следует с построения базы данных, для чего предназначено меню SQL Workshop.
В данном разделе представлено пять групп инструментов: просмотр объектов базы данных, редакторы SQL-команд и PL/ SQL-скриптов, утилиты и RESTful-сервисы (рис. 4). Именно в таком порядке можно изучать эти инструменты в курсах «Базы данных», «Разработка программных приложений», «Архитектура информационных систем».
Вначале стоит ознакомиться с составом объектов, которые могут храниться в базе данных Oracle: кроме таблиц, представлений и индексов, представленных в большинстве СУБД, возможны такие объекты, как Sequence, Package, Procedure, Function, Trigger и др. Просмотрщик объектов пре-
[ 47 ]
Рис. 4. Окно инструментов разработки базы данных
Fig 4. SQL Workshop page
доставляет исчерпывающую информацию о свойствах каждого объекта, позволяет искать, выбирать, редактировать, удалять и выполнять экспорт любого объекта. Все операции выполняются в диалоговом режиме путем выбора из меню требуемой операции, при этом автоматически генерируется соответствующий SQL-скрипт. Таким образом, данный режим очень удобен для студентов, начинающих знакомиться с системами управления базами данных.
Система APEX позволяет выбрать глубину изучения структуры БД и инструментов диалоговой работы с СУБД, исходя из компетенций студента, требуемых образовательной программой: она может варьироваться от начального уровня (ознакомление с типами полей, редактированием данных в таблицах, понятиями «таблица», «первичный ключ», «внешний ключ», «индекс», «ограничения целостности») до продвинутого уровня (SQL DDL, индексы, хранимые процедуры,
Рис. 5. Окно просмотра содержимого таблицы
Fig. 5. Object Browser: table content
триггеры, управление доступом пользователя к объектам БД).
Режим «SQL Commands» отличается от «SQL Scripts» количеством SQL-команд, которые можно отлаживать в диалоговом режиме. В первом случае можно ввести и выполнить только одну команду, используется простейший текстовый редактор, результат решения выводится в том же окне. Редактор скрипта, предлагаемый во втором режиме, более удобен: он расцвечивает синтаксис, автоматически расставляет закрывающие скобки, позволяет искать и заменять текстовые строки. Оба редактора не имеют графического интерфейса, облегчающего написание запросов, однако среди утилит APEX имеется построитель запросов (Query Builder), с помощью которого можно отладить достаточно сложные многотабличные запросы выборки с сортировкой, группировкой и отбором записей (рис. 6). Также эту утилиту можно использовать для построения структурной схемы разработанной базы данных.
В целом по инструментам разработки запросов вывод следующий: в среде APEX можно исследовать как текстовые, так и графические средства разработки запросов к базе данных. К достоинствам отнесем возможность
разработки любых видов запросов и протоколирование всех операций с БД. Последняя возможность полезна не только для разработки базы данных, но и для контроля учебной деятельности студентов, так как позволяет преподавателю проверить, кто, когда и с каким результатом работал с базой данных.
Недостатком является отсутствие «интеллектуальной» поддержки разработчика при написании команд, проверка синтаксиса команд выполняется только на этапе их выполнения, в ошибочных командах не определяется место возникновения ошибки, сообщения об ошибках сформулированы очень лаконично. Таким образом, средства отладки запросов APEX оставляют желать лучшего и могут вызывать затруднения у обучающихся. Впрочем, они значительно лучше, чем режим командной строки многих СУБД.
Среди полезных утилит, кроме построителя запросов, можно отметить:
• Data Workshop, позволяющий загружать и выгружать данные из текстовых файлов, электронных таблиц и XML-файлов;
• Generate DDL, создающий скрипты для описания структуры объектов БД;
• Object Reports, готовящий отчетность по всем объектам БД;
Рис. 6. Построитель запросов Fig. 6. Query Builder
• Schema Comparison, показывающий отличия объектов двух схем;
• Корзина, обеспечивающая восстановление ошибочно удаленных объектов.
Последний пункт меню «SQL Workshop» — RESTful Services — предназначен для разработчиков интернет-сервисов, использующих архитектуру Representational State Transfer (REST), в которой данные представляются как набор ресурсов, имеющих идентификатор URI. Для манипулирования данными используют минимальный набор операций (GET, PUT, POST, DELETE). Реализация сервиса в APEX выполняется с помощью специальных модулей, написанных на PL/SQL. Таким образом, приложение, разработанное в APEX, может предоставлять другим веб-приложениям свои данные и методы для использования. Данная функциональность APEX может быть применена в дисциплинах, рассматривающих разработку распределенных приложений, веб-сервисов, сервисно-ориентированной архитектуры ПО. Однако разработка сервиса требует от обучающихся знания языка PL/SQL.
Среди сильных сторон Oracle APEX стоит упомянуть средства управления проектами и поддержки коллективной работы, которые включают в себя средства управления этапами и задачами, отслеживания ошибок, сбора и контроля отзывов пользователей, а также файловое хранилище и новостную ленту. Все эти средства могут использоваться в учебном процессе как для управления самостоятельной работой студентов со стороны преподавателя, так и самими студентами при организации обучения в форме групповой проектной деятельности. Именно с целью исследования инструментов и методов управления проектной группой применяется Oracle APEX в магистерском курсе «Проектная деятельность в Интернете» в ПензГТУ. В данном курсе предусмотрена шестичасовая лабораторная работа «Разработка веб-приложения в Oracle APEX», в ходе которой студенты исследуют средства командной разработки, соз-
дают базу данных по логической модели, реализуют два вида веб-интерфейсов (мобильный и настольный) в соответствии с моделью сценариев использования системы, исследуют средства управления доступом пользователей к приложению [17].
В заключение обзора Oracle APEX отметим, что в нем полностью отсутствуют какие-либо инструменты для проектирования базы данных. Поэтому для решения задач моделирования предметной области и проектирования структуры БД приходится использовать другие инструменты.
Инструменты онлайн-проектирования базы данных
В Интернете можно найти немало сервисов, которые в онлайн-режиме позволяют нарисовать схему БД, но в большинстве случаев — это просто «картинка», так как отсутствует возможность автоматизированного преобразования логической модели в физическую, также нет и обратного проектирования. Совсем недавно в Интернете появились новые облачные сервисы, которые решают данные задачи, например DbDesigner [18] и Vertabello [19], сравнение которых приведено в табл. 2.
Сравнительный анализ характеристик двух сервисов показывает, что сервис Vertabelo лучше почти по всем параметрам. Таким образом, проектирование базы данных, включая построение логической модели и преобразование ее в физическую модель, предлагается выполнять с помощью интернет-сервиса Vertabelo (рис. 7).
Достоинством данного сервиса, наряду с его «облачностью», является поддержка наиболее популярных СУБД, большое количество моделируемых компонентов базы данных, возможность коллективной работы с проектом, способность к генерации физической модели в виде SQL-скрипта, автоматическое автосохранение проекта, гибкая политика контроля версий, контроль ошибок моделирования.
Таблица 2. Веб-сервисы для проектирования базы данных
Table 2. Web services for database design
Характеристика DbDesigner Vertabelo
Стоимость Бесплатно, Бета-версия Бесплатно для обучения, требуется упоминание фамилии преподавателя на сайте учебного заведения
Поддерживаемые СУБД PostgreSQL SQLite MySQL MSSql Oracle PostgreSQL SQLite MySQL MS SQL Server Oracle IBM DB2 HSQLDB
Интерфейс Имеется русификация Только английский
Ограничения Не указаны 20 моделей, до 100 таблиц в каждой модели
Моделируемые элементы Таблицы Типы данных полей Значения по умолчанию Первичный ключ Связи (внешний ключ) Таблицы Типы данных полей Значения по умолчанию Первичный ключ Связи (кардинальность, каскадное действие) Ссылочная целостность Представления Процедуры
Шаблоны, примеры схем БД Да Да
Совместная работа До 5 пользователей, комментирование проекта Количество не ограничено
Экспорт SQL-скрипт (в APEX выполняется с ошибками) SQL-скрипт (в APEX выполняется без ошибок) PNG, PDF, XML
Обратное проектирование Импорт из SQL-скрипта (для MySQL) Импорт с помощью утилиты, генерирующей XML-файл (подключение к БД по JDBC)
Рис. 7. Пример проектирования структуры БД в среде Vertabelo
Fig. 7. Vertabelo workspace
Студенты могут пользоваться сервисом как в классе, так и дома, при этом не возникает «забывчивых» учащихся, оставивших проект на домашнем компьютере. Кроме того, преподаватель получает возможность прямо в среде разработки проверять, исправлять и комментировать проекты студентов, обучающихся дистанционно или заочно.
Опытная эксплуатация Oracle APEX в ПензГТУ
Целью опытной эксплуатации облачного сервиса Oracle APEX в учебном процессе было предоставление студентам доступа к современному промышленному программному обеспечению в области разработки баз данных и веб-приложений, выяснение способности студентов освоить его самостоятельно. Ни в лекциях, ни на практических занятиях студенты подробно не изучали данный сервис, однако некоторое сходство Oracle APEX с пакетом Microsoft Access, который применяется на лабораторных занятиях, оставляло надежду, что студенты смогут самостоятельно освоить сервис при оперативной помощи преподавателя. Стоит отметить, что Oracle APEX имеет более широкие возможности по поддержке коллективной работы и управлению пользователями по сравнению с Access, так как в его основе лежит мощный сервер баз данных.
Для экспериментального использования был выбран вариант демонстрационного облачного сервиса Oracle APEX, который использовался в 2012-2015 учебных годах при выполнении курсового проекта по дисциплине «Базы данных» студентами бакалавриата 3 курса. В текущем 2015/2016 учебном году APEX внедряется в курс «Проектная деятельность в Интернете» для студентов 1-го года обучения магистратуры с целью исследования инструмента коллективной разработки веб-приложений.
Для организации занятий была проведена регистрация преподавателя в качестве администратора базы данных, которому предо-
ставляется рабочая область объемом 25 Мб. При выделении рабочей области Oracle APEX требует предоставления адреса электронной почты и краткого указания целей применения облачного сервиса. Администратором БД также может быть любой из студентов, так была организована работа в малых группах в 2013/2014 учебном году при создании единой базы данных с двумя разными интерфейсами. Технически количество пользователей не ограничено, но практика показала, что выделяемого объема рабочего пространства становится недостаточно уже для 5-6 разработчиков. Поэтому оптимальным был признан вариант работы не более двух бригад студентов с одной рабочей областью.
Для разграничения доступа администратор базы данных должен зарегистрировать пользователей с правами разработчиков и сообщить логины остальным членам группы. Поскольку все студенты пользуются одной рабочей областью, то при создании объектов БД могут возникнуть конфликтные ситуации, вполне обычные при реальной работе с БД. Поскольку APEX разрешает в одной рабочей области создавать несколько схем, то для каждого проекта рекомендовалось создать отдельную схему. Однако не все студенты прислушиваются к советам руководителя проекта, поэтому в ходе работы возникали конфликты, связанные с попыткой создать одноименные или с похожими именами объекты. Все эти конфликты были решены студентами самостоятельно: некоторые студенты пошли по пути создания собственной рабочей области, другие по совету преподавателя согласовали правила именования объектов базы данных, добавив к имени объекта префикс, обозначающий имя проекта.
Задание на курсовой проект было сформулировано в двух вариантах. Первый вариант предусматривал разработку стационарного и мобильного веб-приложений, выполняющих разные функции и предназначенных для разных пользователей, но использующих общую БД. Проект выполнялся в малых группах
из двух студентов, которые сначала совместно проектировали и создавали базу данных, а затем независимо друг от друга разрабатывали веб-интерфейс приложений. Второй вариант задания был рассчитан на выполнение одним студентом, интерфейс к базе данных предназначен для настольного компьютера.
При выдаче заданий на курсовое проектирование была проведена дополнительная мотивация студентов путем информирования о потребностях рынка труда в разработчиках и администраторах ПО Oracle, а также их средней заработной плате, которая существенно выше средней по отрасли. Приведенная информация вызвала большой интерес и в некоторой степени уменьшила опасения студентов использовать новую для них среду разработки.
Курсовое проектирование сопровождалось еженедельной очной или дистанционной консультацией, позволившей оперативно разрешать затруднения и совершенствовать учебно-методическое обеспечение.
В эксперименте участвовали 50 студентов. Максимальное количество пользователей, одновременно работавших с сервисом, достигало 10.
Все студенты в 2012-2014 годах выполнили курсовой проект в планируемые сроки и получили отличные оценки, в то время как в контрольной группе студентов, выполнявших проект в среде Microsoft Access, средняя оценка была ниже. Также были замечены попытки использовать проекты, выполненные ранее обучавшимися студентами. В 2015 г. через месяц после выдачи задания 20 студентов обратились с просьбой о смене среды разработки на уже освоенный во время лабораторных работ Microsoft Access. Основной причиной, по словам студентов, являлась сложность освоения новых инструментальных средств с англоязычным интерфейсом. Проблема была и в том, что материалы учебного пособия устарели в связи с выходом новой, пятой версии облачного сервиса APEX.
В целом большинство студентов успешно справилось с разработкой структуры базы данных, запросов выборки и расчетов, написанием SQL-скриптов, разработкой веб-форм и отчетов (пример приложения приведен на рис. 8). Наибольшее количество претензий студентов касалось англоязычного интерфейса системы, который к тому же значительно сложнее, чем в Microsoft Access.
Рис. 8. Пример приложения, разработанного в рамках курсового проекта
Fig. 8. Example of the course project
Затруднения также вызывали средства создания перекрестных запросов, тонкая настройка веб-форм и отчетов.
Отсутствие аналогов проекта не позволило студентам прибегнуть к той или иной форме плагиата и посторонней «помощи». В итоге студенты получили навыки самостоятельного освоения новой инструментальной среды разработки ПО, навыки коллективной творческой работы в группе, в том числе с помощью средств онлайн коммуникации.
Опытная эксплуатация облачного сервиса Oracle APEX продемонстрировала его преимущества:
• отсутствие проблем с установкой, обновлением и обслуживанием сложного программного обеспечения, так как оно доступно через обычный браузер;
• возможность доступа к проекту с любого подключенного к Интернету компьютера, в том числе мобильного устройства;
• высокая заинтересованность студентов в использовании перспективных ИТ, овладение которыми позволяет им лучше трудоустроиться;
• достаточно высокий уровень самостоятельности студентов, большинство которых смогли освоить новый программный продукт благодаря коллективной работе и обмену информацией с одногруппниками и преподавателем как онлайн, так и лично;
• достаточно высокое быстродействие облачного сервиса при подключении как через интернет-канал университета, так и через провайдеров мобильного интернета (3G модем);
• возможность организации коллективной работы и взаимодействия студентов и преподавателей посредством самого сервиса (встроенный форум разработчиков, календарь и график проекта);
• возможность развития и коммерциализации студенческих проектов путем их переноса на коммерческий облачный сервер cloud.oracle.com.
Недостатки демонстрационной версии облачного сервиса APEX следующие:
• отсутствуют русифицированные версии продукта;
• небольшой объем рабочего пространства не позволяет выполнять более 3-4 проектов в одной рабочей области, хранить значительное количество данных даже в пределах одного проекта;
• сложно сохранить приложение с целью резервного копирования и переноса в другую среду.
Применение Oracle APEX показало, что эксперимент был успешным и может быть продолжен путем внедрения данной среды разработки в другие дисциплины профессионального цикла. Обязательное условие успешной самостоятельной работы студентов — наличие учебно-методического обеспечения, соответствующего текущей версии облачного сервиса.
Заключение
Обучение ИТ-специалистов, знания и навыки которых будут актуальны и востребованы на современном рынке трудовых ресурсов, — всегда сложная задача, успешное решение которой зависит от многих факторов. Применение облачных сервисов и в частности облачных сред разработки программного и информационного обеспечения способствует успешному и экономичному решению данной задачи.
Проведенная автором апробация облачной среды разработки Oracle APEX в курсах «Базы данных» и «Проектная деятельность в Интернете» в ПензГТУ позволила сделать следующие выводы:
1) рассмотренные облачные сервисы могут быть успешно применены в учебном процессе вместо или параллельно с имеющимися в вузе информационными и программными ресурсами;
2) использование облачных сервисов позволило повысить мотивацию, самосто-
ятельность и уровень компетенций обучающихся;
3) использование облачных сервисов позволило обучающимся получить новые профессиональные знания, умения и практические навыки по организации коллективной разработки и администрированию ПО, что было невозможно при использовании локальных СУБД.
Рассмотренный опыт внедрения облачных сервисов в учебный процесс вуза может быть полезен тем, кто занимается совершенствованием процесса подготовки студентов, обучающихся в области прикладной информатики.
Список литературы
1. Объемы и прогнозы развития мирового рынка облачных вычислений // Мир телекома. URL: http:// mirtelecoma.ru/magazine/elektronnaya-versiya/30/? sphrase_id=399
2. ПлужникЕ. В., НикульчевЕ. В. Функционирование образовательных систем в облачной инфраструктуре // Известия вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2013. № 6. С. 96-105.
3. Brandon Butler. 10 of the most useful cloud databases. URL: http://www.networkworld.com/article/2162274/ cloud-computing/10-of-the-most-useful-cloud-databases. html
4. Wooten Mike. Coding in the Cloud: Diving In with Online IDEs. URL: http://blog.mwootendev.com/2011/08/ coding-in-cloud-diving-in-with-online. html
5. Weyner Peter. 10 cloud IDEs let you ditch the desktop. URL: http://www.infoworld.com/article/2606647/ap-plication-development/93909-10-cloud-IDEs-worth-trying. html
6. Голицына И. Н., Афзалова А. Н. Использование облачных вычислений в образовательном процессе // Образовательные технологии и общество. 2014. № 2. Т. 17. С. 450-459.
7. Codebox. URL: https: //www.codebox.io/
8. Nitrous. URL: https: //www.nitrous.io/features/
9. Cloud database. URL: http://en.wikipedia.org/wiki/ Cloud_database.
10. Google Cloud Platform. Cloud SQL. URL: https: // cloud.google.com/sql.
11. Федеральный закон от 27.07.2006 № 149-ФЗ (ред. от 31.12.2014) «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» (с изм. и доп., вступ. в силу с 01.09.2015).
12. Oracle Application Express. URL: https: //apex.oracle. com/en
13. Hostinger.ru. URL: http://www.hostinger.ru
14. ^mlinson A., Gardner K. Teaching Enterprise Database Application Development Using Oracle Application Express. In: 6th Workshop on Teaching, Learning and Assessment of Databases (TLAD 08). Cardiff, UK, 2008.
15. Monger A., Baron S., Lu J. More on Oracle APEX for Teaching and Learning. In: 7th Workshop on Teaching, Learning and Assessment of Databases (TLAD 09). Birmingham, UK, 2009. URL: http://ssudl.solent. ac.uk/1051/1/Moreon0racleAPEXforTeachingand Learning.pdf
16. Kreie J., ErnstB. A. From Database Concepts to Application: Use Problem-Based Learning and Oracle Development Tools to Facilitate Learning // 2013 Proceedings of the Information Systems Educators Conference San Antonio, Texas, USA. URL: http://proc. isecon.org/2013/pdf/2541.pdf
17. Шигина Н. А. Учебник по Oracle Application Express. URL: http://shiginana.blogspot.ru
18. Dbdesigner.net. Online database schema designer. URL: http://dbdesigner.net/designer
19. Vertabelo. Design your database online. URL: http:// www.vertabelo.com.
References
1. Ob'emy iprognozy razvitiya mirovogo rynka oblach-nykh vychislenii [Volumes and forecasts of the global cloud computing market]. Mir telekoma. Elektronnaya versiya. Available at: http://mirtelecoma.ru /magazine/ elektronnaya-versiya/30/?sphrase_id=399
2. Pluzhnik E. V., Nikul'chev E. V. Funktsionirovanie obrazovatel'nykh sistem v oblachnoi infrastrukture [The functioning of the educational systems in the cloud]. Iz-vestiya vuzov. Problemy poligrafii i izdatel skogo dela. 2013, no. 6, pp. 96-105.
3. Brandon Butler. 10 of the most useful cloud databases. Networkworld, Jun 4, 2014. Available at: http:// www.networkworld.com/article/2162274 /cloud-computing/10-of-the-most-useful-cloud-databases. html
4. Wooten Mike. Coding in the Cloud: Diving In with Online IDEs. Available at: http://blog.mwootendev.com/2011/08/ coding-in-cloud-diving-in-with-online. html
5. Weyner Peter. 10 cloud IDEs let you ditch the desktop. InfoWorld. Apr 3, 2013. Available at: http://www. infoworld.com/article/2606647/ application-develop-ment/93909-10-cloud-IDEs-worth-trying. html
6. Golitsyna I. N., Afzalova A. N. Ispol'zovanie oblach-nykh vychislenii v obrazovatel'nom protsesse [Use of cloud computing in educational process]. Obrazovatel'nye tekhnologii i obshchestvo, 2014, vol. 17, no. 2, pp. 450-459.
7. Codebox. Available at: https: //www.codebox.io/
8. Nitrous. Available at: https: //www.nitrous.io/features/
9. Cloud database. Wikipedia. Available at: http:// en.wikipedia.org/wiki/Cloud_database
10. Google Cloud Platform. Cloud SQL. Available at: https://cloud.google.com/sql
11. RF Federal Law «On Information, Information Technologies, and Information Protection» of July 27, 2006, no. 149-FZ.
12. Oracle Application Express. Available at: https: //apex. oracle.com/en
13. Hostinger.ru. Available at: http://www.hostinger.ru
14. Tomlinson A., Gardner K. Teaching Enterprise Database Application Development Using Oracle Application Express. In: 6th Workshop on Teaching, Learning and Assessment of Databases (TLAD 08), Cardiff, UK, 2008, July 10.
15. Monger A., Baron S., Lu J. More on Oracle APEX for Teaching and Learning. In: 7th Workshop on Teach-
ing, Learning and Assessment of Databases (TLAD 09), Birmingham, UK, 2009. Available at: http://ssudl. solent.ac .uk/1051/1/MoreonOracleAPEXforTeachin-gandLearning.pdf
16. Kreie J., Ernst B. A. From Database Concepts to Application: Use Problem-Based Learning and Oracle Development Tools to Facilitate Learning. 2013 Proceedings of the Information Systems Educators Conference San Antonio, Texas, USA. Available at: http://proc.isecon.org/2013/pdf/2541. pdf
17. Shigina N. A. Uchebnikpo Oracle Application Express [Tutorial on Oracle Application Express]. Available at: http://shiginana.blogspot.ru
18. Dbdesigner.net. Online database schema designer. Available at: http://dbdesigner.net/designer
19. Vertabelo. Design your database online. Available at: http://www.vertabelo.com
N. Shigina, Penza State Technological University, Penza, Russia, shiginana@gmail.com
Cloud software development tools
in the educational process of the university
Cloud computing relieves the user of the burden of hardware and software installation and management and can be used at the university to enhance curricula and student experience. When cloud computing is considered in literature, the focus is typically on implementing administrative functions. Yet, SaaS and PaaS can make more immediate and substantial contributions to the content of IT-professional course in educational offerings. This paper describes restrictions and requirements of educational process to cloud software development tools, provides the analysis of the cloud IDE's and cloud databases, reports on experiences using Oracle Application Express and Vertabelo in courses «Databases» at Penza State Technological University, offers the directions of its use in other courses, analyzes the advantages and disadvantages of using cloud services at university. Further, it may enable more educators and students to benefit from this emerging technology.
Keywords: cloud computing, cloud IDE, the teaching of application development, Oracle APEX, Vertabelo. About author:
N. Shigina, PhD in Technique, Associate Professor For citation:
Shigina N. Cloud software development tools in the educational process of the university. Prikladnaya Informatika — Journal of Applied Informatics, 2016, vol. 11, no. 2 (62), pp. 41-56 (in Russian).
