Разработка и реализация компьютерной обучающей системы по программированию мобильных приложений Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Токтарова В.И.1, Благова А.Д.2

хФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет», г. Йошкар-Ола, канд. пед. наук, доцент кафедры прикладной математики и информатики, e-mail: toktarova@yandex.ru 2ФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет», г. Йошкар-Ола, студентка 5 курса физико-математического факультета, e-mail: nastyablagova@gmail.com

Разработка и реализация компьютерной обучающей системы по программированию мобильных приложений3

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

Компьютерные средства обучения, мобильные приложения, программирование, мобильное обучение, образовательный процесс, высшая школа.

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются вопросы, связанные с проектированием, разработкой и реализацией компьютерной системы обучению программированию мобильных приложений. Приводятся описание основных модулей программного продукта, возможности использования в профессиональной подготовке студентов направления 010400 «Прикладная математика и информатика».

В настоящее время одной из ведущих тенденций в системе образования является переход к электронному обучению, формирующему основу информационного общества. На основе компьютерных образовательных средств и мобильных технологий, получивших массовое распространение, появилась возможность осуществлять работу с учебным материалом независимо от времени и местоположения обучаемых [1, 2].

В соответствии ГОСТ Р 52653-2006 мобильное обучение (mobile learning, m-learning) рассматривается как электронное обучение с помощью мобильных устройств (смартфонов, планшетов, нетбуков, коммуникаторов и др.), не ограниченное местоположением учащегося [3]. Актуальность развития m-learning обусловлена многими факторами: формированием новых потребностей общества по отношению к технологиям современного образования, развитием рыночной экономики, совершенствованием форм обучения. В связи с чем и возникают новые требования к проектированию и разработке компьютерных средств обучения программированию мобильных приложений, их эффективному внедрению в образовательный процесс вуза.

На кафедре прикладной математики и информатики ФГБОУ ВПО

3 Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ для молодых российских ученых — кандидатов наук № МК-1634.2014.6.

«Марийский государственный университет» создана и внедрена компьютерная обучающая система «Разработка приложений для OC Android» — интерактивный обучающий комплекс, предназначенный для углубления и закрепления знаний и умений обучаемых в области реализации мобильных приложений для платформы Android (рис.1).

1. Введение в Android

2. Среда разработки

3, Создание приложения

А, Компоненты

5, Рмработкэ интерфейса

6. виджеты

Добро пожаловать!

Android - »то программно* обеслен».™« с огклл*« кодом an а но&мл»ных телефоне«, созданное компаниями Gcogl« и OpenHadset Alliance. Androwd y'-i Jfi_n.ncti па имллиопзх мобильных телсфспоа и других устройств, и это делает его основной платформой для разработчиков программного обеспечения. Лвляетесь ли w любктетч и/га професссиоиальмын программистом, «лиге ли вы сем дело ради удовольствий или май денег, дли «во «встало время побольше узнать о разработках под Android.

Что делает Android особпнныи?

Н4 рынке уже существует множество носильных платфо®«, в тс« числе Symbain, "Июле, Windows Mobile, едвсквеггу, Java Mobile Edition, Linux Mobile (LiMo) н другие. Android стоп первой средой, которая совместила в себе следующие wfaiinsemi

• По-мастояшаму открытая, бесплатная пплтЛоома разоабоп/ч ПО, основамилв на ¿та* и открытом коса. Он» и¡ммится pas работникам сотовых телефонов, так как они жмут использовать и иовифииироьать ее под свои нужды, не платя лицензионных отчислений.

• ¿донтпуэд оеноммнм мё чочломытьх, несущля в с¿6« идея, »еярмтрвненн&е * Лмт»р«вт». Различны« нвета приложения могут быть использованы не так, как >то было изначально задумано разработчиками. Вы можете даже

нового уровни креативности в облает* рвэра&отки мовилькых приложений.

• Ав том a шчес*ое упраляшии* жизненным цмсяон ломгкмгехия. Прогемнны изоливояаиы друг от друга множеством уровней прав доступа, которые помогают обеспечить такой уровень стабильности системы, который был недоступен ране« для смартфонов, Коченный пользователь больше не беспокоится о тем, активно ли приложение, не закрывает одни приложений ДЛЯ того, HTot>w »»лусгшъ другие. Android изначально оптимизирован для устройств С "ИХ"« энергопотреблением и малым количеством намято, чего нельзя сказать о выпущенных ранее платформах.

вдомиоалеммые идеями Ftejh, mw»>hw« е воз-ожностйни 30-ус*о<>«ния OpenGL, предоставляют широкие возможное™ новый видан игровых и деловых приложений. S систему встроены кодеки для проигрывания лаиболее распространенных аудио- и видеоформатов, в тон числе форматов h .264 (AVC), МРЗ и ААС. Android предлагает вам ло-иовону еэгллнуть на вмиподейетачв »обильных приложений е пмьмва*елен « техническую bijy, делающую »то возможный. Но лучщ»в ЧЛСТ> AndrOKf - »то приложения, хотсрые Яы СОЬкрлет«Сг. писать для этой платформы.

Рис. 1. Фрагмент обучающей системы Android — операционная система для смартфонов, планшетных компьютеров, электронных книг, цифровых проигрывателей, наручных часов, игровых приставок, нетбуков, смартбуков, и других устройств [4]. К основным преимуществам разработки приложений относятся свободное и открытое программное обеспечение; возможность замены встроенных компонентов на собственные, улучшенные версии; автоматическое управление жизненным циклом приложения; наличие высококачественной графики и звука.

Модульное структурирование учебного материала Одной из важнейших характеристик при проектировании компьютерных обучающих систем является логическая структура организации учебного материала, т.е. упорядоченность элементов, определяющих целостность построения курса. Под учебным модулем понимается автономная организационно-методическая структура дисциплины, которая включает в себя дидактические цели, логически завершенную единицу учебного материала, методическое руководство и систему контроля. Структурно обучающая система «Разработка приложений для OC Android» состоит из шести тематических модулей: M1 — Введение в Android; M2 — Среда разработки; М3 — Создание приложения; М4 — Компоненты приложения; М5 — Разработка интерфейса; М6 — Виджеты. Каждый модуль также подвергается

внутреннему структурированию: разбиению на учебные элементы — блоки, опирающиеся на частные дидактические цели (рис. 2) Так, например, учебный модуль М5 включает в себя элементы М5.1 — Деревья представлений, И5.2 — Разметка, И5.3 — Инициализация представлений, М5.4 - Стандартные разметки, М5.5 — Отладка интерфейса.

Рис.2. Модульная структура курса

При составлении и анализе структуры учебного курса была определена такая характеристика системы, как значимость элемента в ее структуре. Число, характеризующее действующие связи, — ранг; при проектировании компьютерной системы разделы, обладающие высоким рангом, требуют тщательного дидактического оформления. Так, например, элементы 1.1 — Уровень ядра и 1.2 — Уровень библиотек имеют наибольшие величины доминирования, на них было обращено особое внимание, тщательно продумано как содержание информационных кадров, так и контроль качества изучения учебного материала.

В соответствии с функциональным назначением определены следующие структурные компоненты системы.

Теоретический модуль, являющийся основной частью системы, представлен в виде лекций, которые охватывают самые значимые аспекты изучаемого материала. Лекционный курс построен на модульной основе, позволяет пользователю определить не только оптимальную траекторию изучения материала, но и удобный темп работы. Дополнительно для каждой темы разработаны аудио и видеолекции, презентации, конспекты (рис. 3).

Практический модуль представлен в виде лабораторных работ по темам модулей обучающего курса (рис. 4). Основной их задачей является закрепление изученного материала, выработка умений и профессиональных навыков в области разработки мобильных приложений. Лабораторные работы, в соответствии с положениями теории поэтапного формирования знаний и умений, представлены тремя видами

ориентированной основы деятельности (ООД): полной (включены все необходимые для выполнения действия ориентиры); неполной (указывается исполнительная часть решение и образец конечного результата); инвариантной (ориентиры представлены в обобщенном виде).

1. введение в Android

1.1. Уровень ядра

ypW?Ht> фиблидтрк 1-3; СгаДЭ ррпрлндшя

и - ургеч» приложений

1,51 Ур<геен& приложен^ лабдруорнэн pafaTg пру КОНТРОЛЬ ЗНЗН"?1

2. Среда разработки

3. создание приложении

4. Компоненты

5. Разработка интерфейса

6. Виджеты

лава 1. Введение в Android

Перед тем как приступить как к разработке приложений для Androd, хотелось бы вкратце о архитектурой систем и основными особенности* этой платформы,

Систем And гон) ■ это программный ста.; дли набильиых устройств, который включает ол*рацисмнуа QHcrtwy, програнчное обеспечение промежуточного слоя {middleware), а также основное пользовательские приложения te-mail-кяивнт, календарь, парты и tjl).

Архитектуру Android принято делить на А уровня:

* у равно ядра;

• урОМ»* библиотеке среды выполнения;

• уровень каркаса приложений;

* У0в«нь ftjSHflö^!»*?.

На рис. 1.1 показаны основные компоненты операционной системы Andraic и их взаимодействие не жду собой. 1.1. Уровень ядра

Ядро является слоен абегрэшин мжду оборудование« и остальной чястьи грограчнного стена. На это« уровне раелалагавте* «невныв службы типа управления иювиаееапи, оа*Ар*ды>енн* памяти и управление файловой системой.

Ядро Android осмоваио на ядре Linux версии 2,6, ио сам система Andrcud не является йтх-систенсй в чисток виде, иисст мекотср1.!П отличия и содержит дополнительные расширения ядра, специфичные для Android, ■ сни нем распределения памяти, взаиподействие нежду процессами и др.

IW—

1«—-1 " - ~~ i —

i

■—— »

; isr'| |" si 1 — 1 Ä- e.

Рис. 3. Фрагмент теоретического модуля

Разработка приложений для ОС Android

Сидсрмышие Пвбораюрнля patora №1. Сшцмн пркюго првпяпняя

L. введение в Andre«! 5. Седоейп npwn ■ -sua вававегп* СсЦн«: ■ ■ :r-toy nv-j'-t1 « ЕсЪрм:

Iii. №Нгя fWi Lifi Ypg-g« *5 H..J..»., .вштв/ P^rte- — «»e* — §j щ г Aralral ■ JLulrul App Ii, ri.n Pr„|nl . .+ «.1* Mr.I Г|| ШАЛ» Щ, пОЬЭТ ЛДОЛЯ ГЛЙЛг^ЧГЙ -ифцри*^-*-

!.<■. >H№№B HKK1 ад*-.*«'." «Р» ■"МЧ-. ¿МП-«1 РьтУвд* ki>4 vgлшлт&л. "air

14 Гкчтв nmwmril 1

ДэВДы я роЬс-Tj ML SMBiOiJtoa™*? ■■ ■ ©

i. С|ИМ рлцрай^гии

Э. GttMHHt

■л.ичгк.шгнгы 5. Разработка интерфейса 6. виДНГъг

»Ii г V шДОчкг Ни- A> -i. JUHli МЙ rnlffr Г-LII II то?! . —T-.^l 1 ■ 4M "■.fc.^P ! Г - iltlir.

ф ■■Li—J:

., — П fb 1

Рис. 4. Фрагмент практического модуля Модуль контроля знаний включает в себя систему тестов, контрольные работы и экзамен (рис. 5), главной его задачей является количественная и качественная оценка степени усвоения материала. После его прохождения выдается развернутый результат, включающий итоговую оценку, процентное соотношение правильно выполненных заданий, показатель уровня усвоения учебного материала, коэффициенты прочности усвоения и автоматизации знаний, затраченное время, а также перечень тем, которые следует повторить.

Модуль дополнительной информации содержит методические рекомендации по работе с учебным материалом, руководства пользователя

по установке и сопровождению компьютерной системы.

Разработка приложений для ОС Android

ГАШ 1, бИДОИвв fe AmJrrjirj

1. iKdMHf! И11С1()¥М*№ТЫ МШбМОДННО ¥СГ*Ш>ЛНТЬ.Г чтобы imudlli рМ|1[»Лгб«51 «"Y ПСрМЛОлССМЙ?-

гашгфорн* lava. Ж, AndroKtSCtf: < JDK, ЖЕ. ЕсЦке:

п,ч#т<$ор«* Jívb. ХЖ. IDE: гг-чп-форни jjvj. IDC, AndrtHdSC+T,

3. Пгртчяс ЛИП" IH'№IIl€Mrt< фуНКЦЖ1И ЛП||||МГ (иблЯП! РВЯ

Ц>|«г Bipiraowp«* уС'рч*С1 ве AVOT

sjrrg V^po^crw »«гирувг рллпьнпг? усгрдйсЛМ. дпн mjrcjpor^ pnp|$|imfrcR

f,

и 6 <уеТрвАеГ*д ЫфукДГь ГфВД^нт!)* Дб*бУ№*1*«* ДА* мббмЛы-аш yiMjMmíllij

JTÜ 1г£Тр0иСТН FKj-íúl пСЛйШНШТсСД АЛЛ Сй&ДОкий pAAÍtfr-има СтДОЛмш ЬсиС^ПЛвш ДГ,И w-j - í-irn ü ЦИД *яЛйЛм«м*Я ПрйфММ.

4. НА КАКОМ ЯММаЭ: ПраГДО*ШНрС1№А14Ы ЧАЩ* ИССГО ЛрЮМСЗСОДИ! рлзрлбстна Пр«ЛОШС1|ИА ДЛИ

AnrtroWT

JVT-K Г'Цг.

Рис. 5. Фрагмент модуля контроля знаний

В качестве средств разработки компьютерной обучающей системы были использованы клиент-серверные технологии Java, позволившие реализовать версии для компьютеров и различных мобильных устройств, возможность предоставления доступа к веб-сервисам организации общения и коммуникации (форум, чат, блоги), проведения вебинаров, аудио- и видеоконференций, взаимодействие в социальных образовательных сетях и сообществах. В системе предусмотрено три уровня доступа: администратор, преподаватель и студент. Преподавателю доступны функции просмотра рейтинга успеваемости обучаемых, формирования подробного отчета о результатах выполнения лабораторных и контрольных работ, выбора уровня сложности заданий индивидуально для каждого обучаемого или группы. Кроме работы с учебным материалом и заданиями, в личном кабинете студенту доступны функции просмотра результатов выполнения лабораторных и контрольных работ с возможностью выгрузки подробного отчета, а также обмена данными с преподавателем с помощью формы обратной связи. В качестве инструментов для разработки компьютерной обучающей системы были использованы среды NetBeans, Eclipse, Android SDK, Apache Tomcat, СУБД MySQL и ряд других вспомогательных средств.

Апробация компьютерной системы. В 2013-2014 учебном году разработанная система была апробирована в рамках учебно-педагогического процесса со студентами третьего курса направления 010400 — Прикладная математика и информатика. Для определения технической готовности обучаемых и анализа использования ими мобильных устройств и приложений было проведено анкетирование, в котором приняли участие 86 студентов. Результаты показали, что у 100% студентов имеются телефоны (не менее одного), у 86,05% — смартфоны и у 83,72% — ноутбуки. В ходе эксперимента был проведен анализ наиболее востребованных мобильных образовательных сервисов, применяемых в учебном процессе (рис.6).

имимшаиис

1. Оавдсч*? в Android i 1. Угоден про» i >. уром^Мгиегм ) Э. Сьлд:.

ДАЛНйямЩда

оддйаеэ^ 1

ухви 1. Среда разработки J- приложений

Гт. PjipataiKa интерфейса Ь У+.цч ' fcj

§6,51%

67,44%

2

93,02%

1 - калькулятор (инженерный,

матричный)

2 - программы-переводчики

3 - программы обучения

36,05%

3

иностранным языкам

4 - словари

5 - справочники по различным

5

70г93%

отраслям наук 6-компилятор языков

программ» ро ван ня

73,2694

4

Рис. 6. Результаты анкетирования студентов

Анализируя полученные ответы можно сделать вывод, что студенты в процессе обучения используют все вышепредставленные мобильные приложения, но наиболее востребованными являются калькулятор и программы для перевода текстов с/на иностранные языки. Из числа опрошенных 93,02% изъявили желание пройти обучение в мобильной форме; по мнению 89,53% студентов возможность хранения учебных материалов в мобильных устройствах является наиболее удобной. Кроме этого, 80,23% респондентов отметили, что внедрение мобильного обучения повысит качество образования. О необходимости разработки мобильных приложений и их внедрения в образовательный процесс вуза заявили 90,7% студентов, а 73,26% студентов-программистов изъявили желание в будущем стать специалистами по разработке мобильных приложений.

Результаты экспериментального обучения подтвердили эффективность реализации обучающей системы, способствующей совершенствованию ресурсного обеспечения образовательного процесса вуза в контексте мобильного обучения. По итогам апробации компьютерная обучающая система «Разработка приложений для OC Android» была зарегистрирована в официальном бюллетене Роспатента и Реестре программ для ЭВМ (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014618616 от 26 августа 2014 г.) и внедрена в процесс обучения студентов физико-математического факультета.

1. The Mobile Learning Network (MoLeNET) [Электронный ресурс] / Режим доступа: URL: http://www.molenet.org.uk/ (дата обращения 20.08.2014 г.).

2. The MOBI learn project [Электронный ресурс] / Режим доступа: URL: http://www.mobilearn.org (дата обращения 20.08.2014 г.).

3. ГОСТ Р 52653-2006. Информационно-коммуникационные технологии в образовании: термины и определения. — М.: Стандартинформ, 2007. — 12 с.

4. Официальный сайт Android [Электронный ресурс] // URL: http://android.com (дата обращения 20.08.2014 г.).

Литература