Лабораторная работа № 6.

Методика преподавания тем «Базы данных», «Графические редакторы».

Цель: Ознакомиться с основными методиками преподавания тем «Базы данных», «Графические редакторы».

Задача: Изучить методики преподавания темы «Базы данных», «Графические редакторы» и создать презентации, раскрыв возможности программ данного направления.

Методология преподавания баз данных

В настоящее время базы данных и системы управления базами данных (СУБД) являются неотъемлемой частью комплексных информационных систем, и подготовка квалифицированных специалистов в области разработки программного обеспечения (ПО) предполагает знакомство с данной сферой знаний. В связи с этим курсы, посвященные предмету баз данных, включаются в учебные планы специальностей профиля информационных технологий.

Необходимо рассмотреть некоторые методологические аспекты проблемы разработки курса, направленного на подготовку студента в области баз данных. С одной стороны, этот предмет (как, впрочем, и многие другие дисциплины, объединяемые понятием «Компьютерные науки») имеет под собой серьезную теоретическую основу и является приложением математической логики и теории множеств. С другой стороны, в настоящее время СУБД представляют собой коммерческий продукт, востребованный на рынке программного обеспечения; разработка СУБД является важной отраслью такой сферы экономики, как информационные технологии. Следует отметить, что при создании СУБД приоритетами разработчиков, в первую очередь, становятся функциональность и удобство использования системы, и программный продукт не всегда строго соответствуют математической формализации, определяющей его основные концепции.

Подготовка грамотного специалиста предусматривает как изучение теоретических основ предмета, так и умение использовать конкретные программные средства для выполнения поставленных задач; для разработчика курса в этом случае становится актуальным соблюдение определенного баланса между теорией и практикой. На первый взгляд, возникает впечатление, что рассмотрение теоретических основ такой сугубо практической сферы деятельности, как разработка ПО, совершенно излишне, так как основным показателем квалификации программиста является практический навык.

Однако, в последнее время арсенал средств, используемых в программировании, значительно расширился; существует большое количество продуктов со схожими характеристиками, предназначенных для решения подобных задач, и выбор конкретного средства основывается зачастую на личных предпочтениях разработчика, определенных стереотипах, сложившихся в организациях, и т.д. Как правило, такие средства могут существенно отличаться интерфейсом, способом выполнения, масштабом охватываемых проблем, но, при этом, основываться на одних и тех же принципах. (В качестве примера можно привести СУБД MS Access и Oracle). Кроме того, существует тенденция быстрого обновления рынка ПО, поэтому, при акцентировании внимания студента на определенном программном продукте в процессе обучения, велика вероятность того, что полученные знания окажутся устаревшими к моменту окончания ВУЗа.

В связи с этим, можно сделать вывод, что подготовка студента в области информационных технологий предполагает, что основное внимание логично уделить основным концепциям той или иной области, а не получению навыков работы в конкретной программной среде. Безусловно, нельзя исключить использование программных продуктов в преподавании компьютерной дисциплины, но следует рассматривать их в контексте реализации базовых постулатов рассматриваемого предмета.

Таким образом, основная методологическая проблема преподавания баз данных состоит в выделении основополагающих теоретических понятий, постулатов, концепций; обобщении принципов обработки информации в СУБД; в практической части курса желательно уделить внимание стандартизованным инструментальным средствам. Цель подобного подхода к определению содержания курса состоит в том, чтобы сформировать у студента абстрактное представление об изучаемом предмете, которое позволит применять полученные знания в любой программной среде, взвешенно оценивать возможности различных программных продуктов, выполнять работы по исследованию и проектированию баз данных как составной части программных комплексов.

При преподавание темы «Базы данных» преподавателю основное внимание следует уделить следующим аспектам:

- реляционная модель базы данных, постулаты структуры, целостности и манипулирования реляционной модели;

- элементы теории множеств;

- реляционная алгебра, реляционное исчисление;

- язык запросов SQL;

- основы проектирования баз данных - методы проектирования, нормальные формы отношений;

- принципы организации современных СУБД, архитектура «клиент-сервер», инструментальные средства СУБД.

В настоящее время более 90% СУБД основаны на реляционной модели данных, и незнание базовых принципов этого способа организации информации существенно осложняет практическую работу в СУБД. Основной структурой хранения данных в реляционной модели является таблица, что математически определяется теоретико-множественным понятием отношения. Теоретической реализацией постулата манипулирования реляционной модели являются формальные языки запросов реляционная алгебра и реляционное исчисление; на их основе разрабатывались средства манипулирования данными СУБД, в том числе язык запросов SQL ANSI 92, который представляет собой стандартизованное средство манипулирования данными в СУБД. Процесс разработки структуры базы данных также является универсальным вследствие универсальности реляционной модели; наиболее востребованные методы проектирования - декомпозиция на основе функциональных зависимостей и ER-моделирование; контроль качества проекта базы данных выполняется посредством проверки его соответствия стандартным нормальным формам.

В практической части курса, которая предусматривает работу с СУБД, следует выделить основные принципы структуры и функционирования современных систем, применение технологии «клиент-сервер», а также изучение универсальных инструментов, в частности, SQL ANSI 92. Желательно рассмотреть использование процедурных языков СУБД, а также такие тенденции развития систем, как интеграция объектно-ориентированного программирования и баз данных, современные технологии обработки транзакций и получения аналитических отчетов (OLAP, OLTP).

В зависимости от продолжительности курса и специальности, на которой читается курс, соотношение между теоретическими и практическими составляющими может меняться, но, я думаю, все они должны быть так или иначе освещены для того, чтобы сформировать базовое представление о предмете и позволить студенту самостоятельно развиваться в этой области в дальнейшем.

А теперь приступим к теме «Графические редакторы»

Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано в середине 50-х годов для больших ЭВМ, применявшихся в научных и военных исследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъемлемой частью подавляющего числа компьютерных систем, в особенности персональных.

Компьютерная графика-это специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, киноплёнка, ткань и прочее).

Без компьютерной графики невозможно представить себе не только компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир. На сегодняшний день компьютеры и компьютерная графика неотъемлемая часть жизни современного общества. Для примера назовём медицину (компьютерная томография), научные исследования (визуализация строения вещества, векторных полей и других данных), моделирование тканей и одежды, опытно-конструкторские разработки, рекламные щиты, цветные журналы, спецэффекты в фильмах – всё это в той или иной мере имеет отношение к компьютерной графике. Поэтому созданы программы для создания и редактирования изображений, то есть графические редакторы. В своей экзаменационной работе я наиболее полно раскрыла вопрос о графических редакторах для того, чтобы применить в дальнейшем полученные знания на практике, то есть при выполнении презентации на тему “Это наш класс”.

Виды графических редакторов.

Для обработки изображений на компьютере используются специальные программы - графические редакторы. Графический редактор - это программа создания, редактирования и просмотра графических изображений.

Рассмотрим некоторые из графических редакторов:

- Графический редактор Paint — простой однооконный графический редактор, который позволяет создавать и редактировать достаточно простые рисунки. Окно графического редактора Paint имеет стандартный вид. (см. Рисунок 14)

Рисунок 14 – Простейший редактор Paint

- Adobe Photoshop фирмы Adobe многооконный графический редактор позволяет создавать и редактировать сложные рисунки, а также обрабатывать графические изображения (фотографии). Содержит множество фильтров для обработки фотографий (изменение яркости, контрастности и т.д.) (см. Рисунок 15).

Рисунок 15 – Окно программы Adobe Photoshop

- Adobe Illustrator фирмы Adobe, Corel Draw фирмы Corel (см. Рисунок 16) — программы используются в издательском деле, позволяет создавать сложные векторные изображения.

Рисунок 16 – Окно программы Corel Draw

Изображения в графических редакторах хранятся по-разному.

Растровое изображение хранится с помощью точек различного цвета (пикселей), которые образуют строки и столбцы. Любой пиксель имеет фиксированное положение и цвет. Хранение каждого пикселя требует некоторого количества бит информации, которое зависит от количества цветов в изображении.

Векторные изображения формируются из объектов (точка, линия, окружность и т. д.), которые хранятся в памяти компьютера в виде графических примитивов и описывающих их математических формул.
Например, графический примитив точка задается своими координатами (X, У), линия - координатами начала (XI, Y1) и конца (Х2, Y2), окружность - координатами центра (X, У) и радиусом (R), прямоугольник - величиной сторон и координатами левого верхнего угла (XI, У1) и правого нижнего угла (Х2, У2) и т. д. Для каждого примитива назначается также цвет.
Как следствие, графические редакторы подразделяются на две категории: растровые и векторные. Они отличаются по способу, которым представляют графическую информацию.

Векторные графические редакторы.

Рисунок 17 – Изображение листа в векторном графическом редакторе

Векторные графические изображения являются оптимальным средством для хранения высокоточных графических объектов (чертежи, схемы и т. д.), для которых имеет значение наличие четких и ясных контуров. С векторной графикой вы сталкиваетесь, когда работаете с системами компьютерного черчения и автоматизированного проектирования, с программами обработки трехмерной графики. Все компоненты векторного изображения описываются математически, а значит - абсолютно точно. Векторные изображения, как правило, строятся вручную, однако в некоторых случаях они могут быть также получены из растровых с помощью программ трассировки. Векторные изображения не в состоянии обеспечить близкую к оригиналу реалистичность, но достоинством векторной графики является то, что файлы, хранящие векторные графические изображения, имеют сравнительно небольшой объем. Важно также, что векторные графические изображения могут быть увеличены или уменьшены без потери качества.

Растровые графические редакторы.

Растровые графические редакторы являются наилучшим средством обработки фотографий и рисунков, поскольку растровые изображения обеспечивают высокую точность передачи градаций цветов и полутонов. Способ представления растровых изображений совершенно отличен от векторных. Растровые изображения состоят из отдельных точек, называемых растром. Такое представление изображений существует не только в цифровом виде. Растровые изображения обеспечивают максимальную реалистичность, поскольку в цифровую форму переводится каждый мельчайший фрагмент оригинала. Такие изображения сохраняются в файлах гораздо большего объёма, чем векторные, поскольку в них запоминается информация о каждом пикселе изображения. Таким образом, качество растровых изображений зависит от их размера (числа пикселей по горизонтали и вертикали) и количества цветов, которые могут принимать пиксели. Как следствие того, что они состоят из пикселей фиксированного размера, свободное масштабирование без потери качества к ним не применимо. Эта особенность, а также сама структура растровых изображений несколько затрудняет их редактирование и обработку.

Но кроме создания изображений графические редакторы позволяют хранить полученные изображения. Для этого существуют файлы, которые различны для векторных и растровых графических редакторов.

Задание:

1. Создать презентации на темы «Базы данных» и «Графические редакторы», раскрыв основные аспекты данных тем и рассмотрев возможности пакет программ тем этого направления.

Контрольные вопросы:

1. В чем заключается методология преподавания тем «Базы данных» и «Графические редакторы»?

2. Назовите программы СУБД.

3. В чем отличие программ векторной графики от программ пиксельной графики?