Разработка модуля для адаптивного обучения с использованием интернет-технологий

Введение 3
1. Постановка задачи разработки модели и анализ путей решения 5
1.1. Постановка задачи 5
1.2. Предметная область 6
1.3. Предполагаемая пользовательская архитектура 6
1.4. Обзор существующих систем и анализ важности адаптации обучения 7 2. Выбор инструментальных средств 9
3. Разработка модуля для адаптивного обучения 15
3.1. Общая архитектура модуля 15
3.2. Проектирование базы данных 16
3.3. Проектирование функционала модуля 22
3.4. Общее описание модуля 24
3.4.1. Стартовая страница, регистрация и вход 24
3.4.2. Вступительный тест и начало обучения 27
3.4.3. Меню и тестирование для перехода между главами 29
Заключение 32
Список литературы 33
Приложение 36

Введение

Со стремительным развитием образования и современных технологий появились возможности реализации новых более универсальных и удобных моделей обучения. Одной из них является система адаптивного обучения.

Адаптивное обучение – универсальная система, сочетающая в себе как теоретический материал, так и своевременную проверку знаний, благодаря которой обучающийся может начать изучение с оптимального для него уровня, обходя уже известные ему темы. Данный подход помогает значительно сократить время прохождения курса, но при этом позволяет получить полный объем необходимой информации.
Поскольку с каждым днём количество и доступность информации в любой сфере жизни растет так же стремительно, как и жажда знаний современной молодёжи, преподавателям сложнее составлять занятия так, чтобы материал был свеж и интересен каждому. Даже если не учитывать всемирную сеть и самообразование, это крайне сложно избежать.
...

1. Постановка задачи разработки модели и анализ путей решения
1.1. Постановка задачи

Необходимо разработать модель для адаптивного обучения с использованием интернет-технологий, которая была бы понятной и полезной для пользователей.
Система должна быть реализована как веб-приложение в архитектуре клиет-сервер с интерактивным пользовательским интерфейсом и возможностью взаимодействия с базой данных. Она должна включать в себя: курс по дисциплине «Информационные технологии», объективную оценку знаний с помощью тестирований, а также статистику успехов обучающегося, позволяющую отслеживать прогресс в изучении выбранной области.
Основными задачами модели являются быстрая и эффективная оценка первичных знаний пользователя, помощь и сопровождение в дальнейшем прохождении материала, обработка и фиксирование прогресса обучения.
...

1.2. Предметная область

В качестве предметной области была выбрана дисциплина
«информационные технологии».

Информационная технология – это процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления. Цель информационной технологии – производство информации для ее анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.
Поскольку перед тем, как изучать тот или иной язык программирования и смежные области, необходимо понимать как развивались ИТ, и что в общем они из себя представляют. Но на сегодняшний день не так много ресурсов, позволяющих подробно изучить это в удобном режиме.
1.3.
...

1.3. Предполагаемая пользовательская архитектура

Данная обучающая модель будет предназначена для желающих изучить курс по книге «Информационные системы и технологии», поэтому необходимо определиться с её основными составляющими, а также функциями и возможностями пользователя.
Предполагается, что для изучения материала ученику будет необходимо пройти вступительный тест, который исключит уже изученные темы и предоставит на прочтение те, с которыми нужно ознакомиться. При этом будет вестись статистика, чтобы пользователь мог наблюдать за своими успехами и сравнивать результаты.
Таким образом, пользователь будет иметь следующие возможности:

• Авторизация: включает в себя процесс входа и регистрации. Регистрация занесет данные нового пользователя в базу данных,
после чего он сможет авторизироваться в любое время и выполнять необходимые ему действия.
• Тестирование: система тестов состоит из вступительных (контрольных) тестов и небольших опросов.
...

3. Разработка модуля для адаптивного обучения 3.1.Общая архитектура модуля
Архитектура проекта является клиент-серверной, таким образом, система состоит из трех основных частей: клиент, веб-сервер и сервера баз данных. Роль клиента в данном случае выполняет браузер, который применяет пользователь, в качестве веб-сервера используется Apache, а сервера баз данных MySQL. Таким образом, схематически связь между всеми частями модуля можно изобразить в таком виде:

Рис.1.Схема общей архитектуры модуля.
Весь процесс работы модуля состоит из последовательности действий:
1. Клиент отправляет HTTP-запрос веб-серверу Apache.
2. Apache в свою очередь принимает запрос и передает его для обработки механизму PHP.
3. Данный механизм производит анализ и в случае присутствия в запросе команды подключения к базе данных устанавливает соединение с MySQL и так же отправляет запрос.
4. MySQL, приняв запрос, обрабатывает его и пересылает результаты обратно механизму PHP.
5.
...

3.2. Проектирование базы данных

В данном проекте база данных – основная составляющая модуля.

Состоит она из четырех таблиц, у каждой из которых свое предназначение.

Рис.2. Состав базы данных.

▪ Таблица users хранит информацию о логине и пароле пользователя, его хэш и ip, с которого он последний раз заходил на сайт. Нужна для авторизации пользователя.

Рис.3. Таблица users.

У каждого пользователя свой логин и уникальный id, который является первичным ключом.
Пароль, указанный при регистрации, хранится в столбце user_password в виде хэш-строки.
Хэширование (Hassing) – преобразование массива входных данных (пароля) произвольной длины в битовую строку фиксированной длины, выполняемое определенным алгоритмом. Используется для усиления безопасности и предотвращения получения исходного пароля лицами, атакующих базу данных, хранящую данную информацию. При этом сохраняется возможность сравнения полученного хэша с оригинальным паролем.
...

3.3. Проектирование функционала модуля

Для описания разработки проекта рассмотрим подробнее некоторые отдельные классы, на которые возложен основной функционал веб- приложения, а также их основные функции.
▪ Класс AjaxRequest является базовым классом для классов AuthRequest, ProfileRequest, TestRequest.
AjaxRequest предназначен для обработки ajax-запросов, вызывая необходимы для выполнения запроса функции, а также получает от них ответ и выводит полученный ответ или ошибки. Содержит три наследуемых класса, включающие функции для обработки каждого из запросов:
• AuthRequest обрабатывает ajax-запросы аутентификации пользователя: регистрацию, вход и выход.
• ProfileRequest обрабатывает 2 запроса: сохранение имени и фамилии пользователя при регистрации и обновление информации о неизученных главах при их прочтении, добавляя в список тех, которые были пройдены пользователем.
...

3.4.1. Стартовая страница, регистрация и вход

Работа модуля начинается со стартовой страницы, которая также включает три пункта ознакомительного меню, которое кратко информирует о возможностях данного веб-сайта:

Рис.7. Стартовая страница.

Уже зарегистрированный пользователь может войти, используя свои логин и пароль, а также позволить браузеру не запрашивать их более, отметив галочкой пункт “Запомнить меня”:

Рис.8. Форма входа.

Для нового пользователя существует двухэтапная регистрация, которая на первом этапе включает в себя ввод нового логина и пароля с проверкой его точности введения:

Рис.9. Форма для регистрации.
Ввод нового логина и пароля с подтверждением.

Второй же этап состоит из предоставления минимума личной информации, чтобы система могла тактично обращаться к пользователю:

Рис.10. Форма регистрации.
Ввод имени и фамилии пользователя.
...

3.4.2. Вступительный тест и начало обучения

После процедуры регистрации необходимо пройти вступительное тестирование, содержащее сорок вопросов по основным понятиям каждой подглавы первой главы. Это позволит оценить первичный уровень знаний нового пользователя и даст возможность создать необходимую траекторию обучения:

Рис.13. Параметры вступительного теста.

Рис.14. Пример вопроса вступительного теста.

На основе вступительного тестирования для пользователя открывается первая глава, а также красным отмечаются обязательные к изучению подглавы, по которым было набрано недостаточное количество баллов, а зеленым те, которые можно пропустить:

Рис.15. Личный кабинет после вступительного теста.
Обучающий материал представляет собой электронный учебник и располагается на странице удобным для пользователя образоМ.:

Рис.16. Пример изучаемого материала.

3.4.3.
...

1. Бибо Б. [Bibo B.] jQuery. Подробное руководство по продвинутому [removed] пер. с англ. СПб.: Символ-Плюс, 2011.
2. Веру Л. [Verou L.] Секреты CSS. Идеальные решения ежедневных задач: пер. с англ. СПб.: Питер, 2016.
3. Дронов В. HTML, JavaScript, PHP и MySQL. Джентльменский набор Web-мастера. СПб.: БХВ-Петербург, 2015.
4. Закас Н. JavaScript для профессиональных веб-разработчиков. СПб.: Питер, 2015.
5. Исаев Н. Г. Информационные технологии. М.: Омега-Л, 2012.
6. Колисниченко Д. PHP и MySQL. Разработка Web-приложений. СПб.: БВХ-Петербург, 2015.
7. Комолова Н. HTML. Самоучитель. СПб.: Питер, 2011.
8. Крейн Д. [Krein D.] Ajax в действии: пер. с англ. М.: Вильямс, 2006.
9. Ломов А. HTML, CSS, скрипты: практика создания сайтов. СПб.: БВХ- Петербург, 2007.
10. Шлосснейгл Д. [McLaughlin B.] Профессиональное программирование на PHP: пер. с англ. М.: Вильямс, 2006.
Электронные ресурсы:
1. Knewton offers affordable, adaptive course solutions in higher education [Электронный ресурс] // Learning resource. 2013. URL: https://www.knewton.com (29.04.2017)
2. SQLite vs MySQL vs PostgreSQL: сравнение систем управления базами данных [Электронный ресурс] // Devacademy.ru: образовательный проект. 2014. URL: http://devacademy.ru/posts/sqlite-vs-mysql-vs-postgresql/ (10.05.2017)
3. Введение в JavaScript [Электронный ресурс] // Javascript.ru: информ.-обучающий портал. 2014. URL: https://learn.javascript.ru/intro (09.05.2017)

4. Дулин С.К. Программная реализация обучающей системы на основе адаптивной модели обучения [Электронный ресурс] // Swsys.ru: международный журнал. 2007. URL: http://www.swsys.ru/index.php?id=426&page=article (05.05.2017)
5. Заев Р. Apache vs Nginx: практический взгляд [Электронный ресурс] // Habrahabr.ru: информ.-справочный портал. 2014. URL: https://habrahabr.ru/post/267721/ (08.05.2017)
6. Иванов А.В. Адаптивные системы обучения [Электронный ресурс] // Msk.ito.edu.ru: образовательный портал МИФИ. 2010. URL: http://msk.ito.edu.ru/2010/section/64/2289/index.html (30.04.2017)
7. Кантор И. Введение в Ajax и Comet [Электронный ресурс] // Javascript.ru: информ.-обучающий портал. 2014. URL: https://learn.javascript.ru/ajax-intro (03.05.2017)
8. Котов А. Визуализация с Google Chart Tools API [Электронный ресурс] // Habrahabr.ru: информ.-справочный портал. 2016. URL: https://habrahabr.ru/post/304296/ (13.05.2017)
9. Науменко Д. HTML, CSS, PHP, JavaScript, SQL – что и зачем? [Электронный ресурс] // Codeharmony.ru: информ.-справочный портал. 2012. URL: http://codeharmony.ru/materials/125 (05.05.2017)
10. Смирнов В.И. Технология адаптивного обучения [Электронный ресурс] // Studfiles.ru: информ.-справочный портал. 2016. URL: http://www.studfiles.ru/preview/5183124/page:53/ (30.04.2017)
11. Токар Н. Уроки по Bootstrap [Электронный ресурс] // Tokar.ua: информ.-обучающий портал. 2016. URL: http://tokar.ua/read/6901 (04.05.2017)
12. Транский А. Преимущества PHP [Электронный ресурс] // Php.su: информ.-обучающий портал. 2011. URL: http://www.php.su/php/?opport (02.05.2017)

13. Тулина Е. Knewton: адаптивное обучение в действии [Электронный ресурс] // Newtonew.com: информ.-справочный портал. 2014. URL: https://newtonew.com/tech/knewton-adaptivnoe- obuchenie-v-dejstvii (03.05.2017)