CC BY
17
ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 378.147.88
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ БАЗЫ ДАННЫХ ДЛЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО РЕСУРСА ПО ОНЛАЙН-ОБУЧЕНИЮ ЯЗЫКУ PYTHON
Буянова Ирина Владимировна,
магистрант
Замулин Иван Сергеевич,
кандидат физико-математических наук, доцент, заведующий кафедрой программного обеспечения вычислительной техники
и автоматизированных систем Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова (г. Абакан)
В статье приведены итоги анализа преподавания дисциплин, связанных с обучением программированию как предметной области, подлежащей автоматизации. Выявлены основные участники и объекты, связанные с учебным процессом, приведен их перечень и характеристики. На основе собранных сведений составлена диаграмма базы данных для разрабатываемой системы онлайн-обучения программированию на языке Python с автоматической проверкой решений задач. В конце статьи сделан вывод о пригодности полученной диаграммы для реализации базы данных в одной из популярных СУБД.
Ключевые слова: предметная область, ER-диаграмма, сущность-связь, нотация Чена, Crow's Foot, база данных, онлайн-обучение, решение задач.
DESIGNING THE STRUCTURE OF THE DATABASE FOR THE EDUCATIONAL RESOURCE FOR ONLINE STUDYING OF THE PYTHON LANGUAGE
Buyanova Irina Vladimirovna,
postgraduate student
Zamulin Ivan Sergeevich,
PhD in Physics and Mathematics, Associate Professor, Head of Computer Technology Software and Automated Systems Department
Katanov Khakass State University (Abakan).
The article presents the results of the analysis of teaching programming at the university as a business process to be automated. The main participants and objects associated with the educational process are identified, their list and characteristics are given. Based on the data obtained, a database diagram is compiled for system being developed for online training in Python programming with automatic verification of problem solutions. At the end of the article, a conclusion about the suitability of the resulting diagram for the implementation of a database in one of the popular DBMS is made.
Key words: subject area, ER-diagram, entity-relation, Chen's notation, Crow's Foot, database, online learning, problem solving.
В ранее выполненной работе [1] были сформулированы требования к системе он-лайн-обучения студентов программированию. С целью создания такой системы необходимо осуществить проектирование и реализацию нескольких составляющих её компонентов, одним из которых является база данных.
В литературе, посвящённой проектированию баз данных [2, с. 97], выделяют три
начальных этапа анализа деятельности, подлежащей автоматизации: сбор информации о целях и задачах участников, выявление организационной структуры, анализ модели взаимодействия участников.
Проектируемая база данных должна обеспечить хранение и обработку данных о пользователях, учебных курсах и их содержании, решённых студентами задачах, а также любой
другой информации, возникающей в ходе работы системы. Основными участниками автоматизируемого процесса являются преподаватели и студенты. Студенты проходят учебные курсы в составе академических групп под руководством преподавателя. Учебный курс может содержать одну или более тем, в состав которых входит теоретический материал и некоторое количество практических заданий. Выполняя задания, студент сдаёт результаты своей работы преподавателю на проверку, по результатам которой формируются сводные ведомости успеваемости и заполняются журналы учёта посещения занятий.
В результате анализа организации учебного процесса в Хакасском госуниверситете им. Н. Ф. Катанова, был составлен перечень важных для внесения в базу данных участников и объектов учебного процесса, который приведён в таблице 1.
Для визуализации структуры базы данных на основе выявленных сущностей и связей предметной области необходимо построить ER-диаграмму. Имеется несколько способов оформления таких диаграмм. Наиболее известны нотация Питера Чена [3] и нотация Crow's Foot, предложенная Гордоном Эверестом [4]. Хотя на черновом этапе анализа предметной области нотация Чена более
лять атрибуты сущностей без перечерчивания всей диаграммы, в окончательном варианте была применена нотация Эвереста, так как она позволяет получить более компактную диаграмму благодаря объединению сущностей и их атрибутов в прямоугольные блоки. Окончательный вариант БЯ-диаграммы приведён на рисунке 1.
Рассмотрим основные элементы диаграммы подробно. Первым блоком сущностей являются преподаватель, студент, академическая группа, курс. Их всех объединяет правило: студент в составе академической группы изучает учебный курс под руководством преподавателя. Поскольку студент и преподаватель имеют много общих атрибутов данных, было решено объединить их в одну сущность «Пользователь». Если пользователь является студеном, то атрибут «Группа» сущности «Пользователь» будет ссылаться на соответствующую академическую группу. Таким образом, получается связь «многие-к-одному», то есть несколько студентов могут быть связаны с одной группой. Такой подход не позволяет иметь студентов, обучающихся сразу в нескольких группах, но при необходимости этот недостаток легко исправить, введя между пользователем и группой связь «многие-ко-многим».
удобна, поскольку даёт возможность добав-
Сущности, выявленные в результате анализа предметной области
Номер Название Описание
1 Студент Пользователь системы, имеющий возможность просматривать задачи тех курсов, которые он изучает в составе академической группы, и присылать решения на проверку
2 Академическая группа Группа студентов, совместно изучающих одни или более курсов
3 Учебный курс Серия учебных занятий, идущая по плану и расписанию, нацеленная на обучение одному учебному предмету
4 Преподаватель Пользователь системы, отвечающий за организацию занятий по изучению студентами академической группы учебного курса
5 Задача Задача по программированию, состоящая из условия, описания входных и выходных данных и набора тестов для проверки качества написанного студентом решения
6 Изучаемая тема Учебный курс может состоять из одной или более тем, что позволяет структурировать изучаемый материал
7 Решение задачи Написанный студентом программный код, реализующий алгоритм решения какой-либо задачи курса
8 Тест Некоторый набор входных данных, подаваемый на вход решения задачи, и ожидаемый результат, который должно выдать корректно составленное решение
Пользователь
|РККод
ФИО Эл почта Пароль
ВД Группа
Группа
■уркКод
Название
Группа-Учебный курс
Н Группа М Учебный курс
¡[1 Преподаватель
Учебный курс
-н- |РККод
Название
Задача
- fРкКод
Название
Ограничение времени
Ограничение памяти
Условие
Описание входных
и выходных данных
Сложность
Тема-Задача
|РККод
Я Задача
Я Тема
Методические рекомендации
|РКкод
Теоретический материал
Название
Я Учебный курс
|РККод
J Задача
Входные данные
Выходные данные Скрытый
Результат теста
} Тест
»Результат проверки
Результат теста
Результат проверки
■ уРККод решения
Все тесты пройдены
Ошибка компиляции
Решение
|РККод
f Пользователь f Тема-Задача Программный код Время отправки
Рис. 1. Модель предметной области, пред
Поскольку академическая группа изучает курс под руководством преподавателя, соответствующие сущности необходимо связать вместе. Эта задача решается при помощи связи «Группа - Учебный курс», что позволяет иметь произвольные комбинации из групп, учебных курсов и преподавателей. Например, преподаватель может вести один курс у одной группы, а другой курс - у другой группы. Также преподавать может вести несколько различных курсов у одной группы. Применённый подход обеспечивает поддержку всех этих случаев.
Следующим блоком сущностей является «Учебный курс», состоящий из тем, в каждую из которых включены задачи. Предполагается, что изучение студентом курса будет заключаться в ознакомлении с теоретическим материалом темы, который представлен атрибутом в соответствующей сущности. После этого студент перейдет к закреплению знаний и при-
нная в виде диаграммы «сущность-связь»
обретению практических навыков, решая задачи. Важно учесть, что одна и та же задача может входить в разные темы одного курса или даже в различные курсы, поэтому структура модели данных должна обеспечивать такую возможность, что достигается введением связи «многие-ко-многим» между темами и задачами. Данная связь сопровождается атрибутом «Методические рекомендации», что позволяет разработчику учебного курса включать в него задачи и сопровождать их указаниями для студентов, какой подход следует использовать при решении задачи в рамках данного курса. Например, задача, требующая выполнения сортировки массива, может быть включена в курсы «Основы программирования» и «Библиотека стандартных алгоритмов». В первом случае рекомендацией будет самостоятельно реализовать алгоритм сортировки «пузырьком», а во втором - использовать стандартную функцию sort.
Финальный блок сущностей описывает механизм хранения и проверки решений. Поступившее от студента решение должно быть протестировано, а полученные результаты сохранены в базе данных. Таким образом, решение задачи становится связью «многие-ко-многим» между студентом и задачей. Также важно помнить, что студент решает не просто задачу, а задачу в рамках определенной темы, поэтому решение связывает пользователя (студента) с парой «Тема - Задача». Решение необходимо протестировать и вынести один из нескольких возможных вердиктов: тестирование пройдено успешно, получен неверный ответ, результат выведен в неверном формате, произошла ошибка периода исполнения, превышено время исполнения или объем памяти. Для сохранения этих данных предусмотрены сущности «Результат теста» и «Результат проверки». Поскольку тестов обычно несколько,
то сохраняются результаты всех успешно пройденных тестов и первого проваленного. Итоговым результатом, представляемым сущностью «Результат проверки», становится «успех», если все тесты пройдены, или вердикт по непройденному тесту. Также предусмотрена возможность сохранения ошибки компиляции, приведшей к невозможности тестирования решения.
На основе полученной диаграммы можно сформировать структуру БД под управлением любой популярной реляционной СУБД [5], такой как MySQL, PostgreSQL, Microsoft SQL Server. При этом будет необходимо дополнительно проанализировать оптимальную модель индексирования таблиц и выбрать подходящие типы данных для атрибутов сущностей, поскольку в различных СУБД используются различные подходы к оптимизации производительности и различные системы типов данных.
Библиографический список
1. Буянова И. В. Требования к системе онлайн-обучения студентов программированию и обзор существующих решений // Инженерные технологии: традиции, инновации, векторы развития: сборник материалов VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием (Абакан, 10-12 ноября 2021 г.) / отв. ред. Д. Ю. Карандеев. Абакан: Издательство ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова», 2021. С. 109-111.
2. Осипов Д. Л. Технологии проектирования баз данных. М.: ДМК Пресс, 2019. 498 с.
3. CHEN P. P.-S. (1989). The Entity-Relationship Model-Toward a Unified View of Data. In J. Mylopolous & M. Brodie (Eds.), Readings in Artificial Intelligence and Databases (pp. 98-111). Morgan Kaufmann. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/B978-0-934613-53-8.50013-3 (дата обращения: 31.10.2022).
4. Everest G. 1976, 'Basic Data Structure Models Explained with a Common Example', Proc. Fifth Texas Conference on Computing Systems, (Austin, TX, 1976 October 18-19), IEEE. Computer Society publications office, Long Beach, CA. Pp. 39-45.
5. Наиболее популярные СУБД. - URL: https://www.nic.ru/help/chto-takoe-subd_8580.html (дата обращения: 31.10.2022).
© Буянова И. В., Замулин И. С., 2022
УДК 796.011.3:[378.4(571.513):61]
ДИНАМИКА СОСТОЯНИЯ ЗДОРОВЬЯ СТУДЕНТОВ, ЗАНИМАЮЩИХСЯ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРОЙ В СПЕЦИАЛЬНОЙ МЕДИЦИНСКОЙ ГРУППЕ ХАКАССКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ИМ. Н. Ф. КАТАНОВА
Ворожцов Евгений Павлович,
студент
Врублевский Юрий Дмитриевич,
старший преподаватель кафедры физической культуры, спорта и безопасности жизнедеятельности Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова (г. Абакан)
В статье рассматривается динамика заболеваемости студентов, занимающихся физической культурой в специальной медицинской группе Хакасского государственного университета им. Н. Ф. Катанова, за 2016,
