České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra počítačů
Diplomová práce
E-learningový systém pro střední školy Bc. Michal Bukovský
Vedoucí práce: Ing. Tomáš Černý Studijní program: Elektrotechnika a informatika, strukturovaný, Navazující magisterský Obor: Výpočetní technika květen 2012
Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval svým blízkým za jejich podporu a značnou dávku trpělivosti. Dále bych chtěl poděkovat Ing. Tomáši Černému za vedení této diplomové práce.
II
Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci vypracoval samostatně a použil jsem pouze podklady uvedené v přiloženém seznamu. Nemám závažný důvod proti užití tohoto školního díla ve smyslu §60 Zákona č. 121/2000 Sb. o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon).
V Praze dne 11.5. 2012
……...….…...………………………………........ Bc. Michal Bukovský
III
Abstract This thesis deals with e-learning system development designed to support teaching at secondary schools. At first the work introduces the reader to the fundamental concepts of elearning. The work further discusses the research, whose task is to obtain information about the use of e-learning systems and to review current possibilities of e-learning at Czech secondary schools. The main part then deals with the analysis, design, implementation and testing of developed application. The analysis and design phases used modeling language UML 2.2 and the system has been implemented in Java EE 6.
Abstrakt Tato diplomová práce se zabývá vývojem e-learningového systému určeného pro podporu výuky na středních školách. Práce nejprve čtenáře seznamuje se základními pojmy týkajícími se e-learningu. Dále se věnuje rešeršní studii, jejíž úkolem je získat informace o používaných e-learningových systémech a zmapovat současné možnosti využití e-learningu na českých středních školách. Hlavní část práce se poté zabývá analýzou, návrhem, implementací a na závěr testováním vyvinuté aplikace. Ve fázích analýzy a návrhu byl pro modelování systému použit jazyk UML 2.2 a samotná implementace byla realizována na platformě Java EE 6.
IV
Obsah 1
ÚVOD...................................................................................................................................................... 1 1.1 1.2
2
E-LEARNING ............................................................................................................................................ 3 2.1 2.2 2.3 2.4
3
SPECIFIKACE CÍLE ..................................................................................................................................... 1 STRUKTURA PRÁCE ................................................................................................................................... 1
DEFINICE E-LEARNINGU ............................................................................................................................. 3 HISTORIE E-LEARNINGU ............................................................................................................................. 3 MODELY E-LEARNINGU ............................................................................................................................. 5 VÝHODY A NEVÝHODY E-LEARNINGU ............................................................................................................. 6
E-LEARNINGOVÉ SYSTÉMY ...................................................................................................................... 7 3.1 KATEGORIE E-LEARNINGOVÝCH SYSTÉMŮ ....................................................................................................... 7 3.2 REŠERŠE E-LEARNINGOVÝCH SYSTÉMŮ ........................................................................................................... 7 3.2.1 Claroline .................................................................................................................................... 8 3.2.2 Dokeos ...................................................................................................................................... 9 3.2.3 Moodle .....................................................................................................................................10
4
STAV E-LEARNINGU NA ČESKÝCH STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH.........................................................................12
5
ÚVODNÍ STUDIE .....................................................................................................................................15 5.1 5.2
6
ANALÝZA ŘEŠENÍ....................................................................................................................................20 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6
7
UML 2.2 .............................................................................................................................................20 KONCEPTUÁLNÍ MODEL ............................................................................................................................22 PŘÍPADY UŽITÍ ........................................................................................................................................23 DIAGRAMY AKTIVIT .................................................................................................................................24 STAVOVÉ DIAGRAMY ...............................................................................................................................25 SEKVENČNÍ DIAGRAMY .............................................................................................................................25
NÁVRH ŘEŠENÍ.......................................................................................................................................27 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5
8
DEKLARACE ZÁMĚRU ...............................................................................................................................15 SPECIFIKACE POŽADAVKŮ ..........................................................................................................................16
SCÉNÁŘE UŽITÍ SYSTÉMU...........................................................................................................................27 DIAGRAM KOMPONENT ............................................................................................................................31 DIAGRAM NASAZENÍ ................................................................................................................................32 BINÁRNÍ DATOVÝ MODEL ..........................................................................................................................33 NÁVRH UŽIVATELSKÉHO ROZHRANÍ ..............................................................................................................33
REALIZACE .............................................................................................................................................35 8.1 POUŽITÉ TECHNOLOGIE ............................................................................................................................35 8.1.1 Maven 2 ...................................................................................................................................35 8.1.2 Java EE 6...................................................................................................................................36 8.1.2.1 JavaServer Faces 2.0.............................................................................................................36 8.1.2.2 Enterprise JavaBeans 3.1 ......................................................................................................36 8.1.2.3 Java Database Connectivity ..................................................................................................37 8.1.2.4 Java Persistence API .............................................................................................................37 8.1.2.5 Seam 3 .................................................................................................................................38 8.1.2.6 Primefaces 3.2......................................................................................................................38 8.1.3 XHTML......................................................................................................................................38 8.1.4 CSS ...........................................................................................................................................39 8.2 UKÁZKA UŽIVATELSKÉHO ROZHRANÍ .............................................................................................................39 8.3 UKÁZKY ZDROJOVÉHO KÓDU ......................................................................................................................40 8.3.1 Entity........................................................................................................................................40 8.3.2 EJB............................................................................................................................................41
V
8.3.3 8.3.4 9
Tabulka ....................................................................................................................................42 Grafy ........................................................................................................................................43
TESTOVÁNÍ ............................................................................................................................................46 9.1 TESTOVÁNÍ POUŽITELNOSTI .......................................................................................................................46 9.1.1 Účastníci...................................................................................................................................46 9.1.2 Testovací prostředí....................................................................................................................47 9.1.3 Test použitelnosti administrátorské části ...................................................................................47 9.1.4 Test použitelnosti lektorské části ...............................................................................................48 9.1.5 Test použitelnosti studentské části ............................................................................................49
10
ZÁVĚR ....................................................................................................................................................50
11
LITERATURA...........................................................................................................................................51
12
PŘÍLOHY.................................................................................................................................................53 A) B) C) D) E) F) G)
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK ....................................................................................................................53 OBRÁZKY REŠERŠE E-LEARNINGOVÝCH SYSTÉMŮ .............................................................................................54 DIAGRAMY PŘÍPADŮ UŽITÍ .........................................................................................................................58 DIAGRAMY AKTIVIT .................................................................................................................................68 UŽIVATELSKÉ ROZHRANÍ ...........................................................................................................................71 SCREENER .............................................................................................................................................74 OBSAH PŘILOŽENÉHO MÉDIA .....................................................................................................................75
VI
1 Úvod V současné době je e-learning velmi diskutovaným tématem. Mnozí na tento nový typ výuky stále pohlížejí spíše s nedůvěrou, avšak většina z řad pedagogů i studentů si uvědomuje, že pronikání informačních a komunikačních technologií (ICT1) do oblasti vzdělávání přináší mnohé výhody. Mezi hlavní výhody e-learningu patří například zefektivnění výuky a tím spojená úspora finančních prostředků na vzdělávání, obohacení studijních materiálů o multimediální prvky a jejich poskytnutí širšímu okruhu účastníků výuky. Zatímco studenti a pedagogové vysokých škol si již výuku bez využití ICT ani nedovedou představit, na středních a základních školách se trend e-learningu šíří znatelně pomaleji. Tento jev má své opodstatnění ve způsobu, kterým samotný proces vzdělávání probíhá. Vysoké školy často používají moderní e-learningové systémy pro realizaci svých distančních a kombinovaných forem studia. Střední školy však většinou těmito formami studia nedisponují a v důsledku toho se okruh využití e-learningu zužuje pouze na funkci doplňku prezenční výuky. Tato kombinace využívání e-learningových nástrojů s prezenčními prvky výuky často bývá označována termínem Blended learning. Existuje celá řada e-learningových nástrojů, které se navzájem liší nejen poskytovanou funkcionalitou, ale rovněž celým logickým modelem systému. Od tohoto modelu se odvíjí způsob správy jeho objektů, kterými jsou například kurzy, lekce, testy, úkoly či studijní materiály. Nelze jednoznačně určit, který model je ten správný, protože jednotliví uživatelé mají o ideálním nástroji odlišné představy. Systémy, které se snaží být natolik univerzální, aby uspokojily většinu jejich potenciálních uživatelů, jsou pak natolik komplexní, že ovládnutí jejich správy vyžaduje zaškolení nebo značnou porci trpělivosti. Účelem této práce je naopak vytvoření takového e-learningového systému, který bude snadno spravovatelný a poskytne funkcionalitu využívanou pedagogy a studenty středních škol.
1.1 Specifikace cíle Cílem této práce je s využitím metodik softwarového inženýrství analyzovat, navrhnout a poté implementovat e-learningový systém pro střední školy. Analýza s návrhem bude zpracována na základě rešerše existujících e-learningových systémů a průzkumů využití elearningu na českých středních školách. Implementovaný systém bude umožňovat správu uživatelů, kurzů, lekcí a výukových materiálů. Vyučující bude moci zadávat úkoly a testy. Studenty vypracované úkoly a provedené testy bude poté možné ohodnotit.
1.2 Struktura práce Kapitola 1 seznamuje čtenáře s problematikou a kontextem zadání. Kapitola 2 definuje pojem e-learning, nahlíží do jeho historie, uvádí modely e-learningové výuky a její dopady na současnou výuku. Kapitola 3 se věnuje kategoriím e-learningových systémů a rešerši existujících řešení.
1
ICT – Information and Communication Technologies, informační a komunikační technologie
1
Kapitola 4 zkoumá stav e-learningu na českých středních školách. Kapitola 5 obsahuje úvodní studii s deklarací záměru a specifikací požadavků na systém. Kapitola 6 popisuje fázi analýzy řešení e-learningového systému. Kapitola 7 popisuje fázi návrhu řešení e-learningového systému. Kapitola 8 seznamuje s použitými technologiemi a předvádí implementovaný systém. Kapitola 9 se věnuje testování použitelnosti implementovaného systému. Kapitola 10 shrnuje výsledek práce. Kapitola 11 uvádí seznam použité literatury. Kapitola 12 obsahuje přílohy práce.
2
2 E-learning 2.1 Definice e-learningu Význam pojmu e-learning lze vyjádřit mnoha různými způsoby, neboť neexistuje jeho jednoznačná definice. Z nepřeberného množství definic e-learningu, které byly formulovány během jeho rapidního vývoje, jsem proto vybral pouze několik z nich. E-learning chápeme jako multimediální podporu vzdělávacího procesu s použitím moderních informačních a komunikačních technologií, které je zpravidla realizováno prostřednictvím počítačových sítí. Jeho základním úkolem je v čase i prostoru svobodný a neomezený přístup ke vzdělávání. [1] Jde o takový typ učení, při němž získávání a používání znalostí je distribuováno a usnadňováno elektronickými zařízeními. [2] E-learning zahrnuje jak teorii a výzkum, tak i jakýkoliv vzdělávací proces (s různým stupněm intencionality), v němž jsou v souladu s etickými principy používány informační a komunikační technologie pracující s daty v elektronické podobě. Způsob využívání prostředků ICT a dostupnost učebních materiálů jsou závislé především na vzdělávacích cílech a obsa-hu, charakteru vzdělávacího prostředí, potřebách a možnostech všech aktérů vzdělávacího procesu. [3] E-learning is the use of electronic technologies to create learning experiences. [4] Z uvedených příkladů definic je zřejmé, že jejich autoři pojem e-learning popisují z různých úhlů pohledu. Někteří na něj pohlíží jako na prostředek vzdělávání, jiní spíše jako na zdroj informací určených k výuce, či jako na systémem řízený proces výuky. Pokusil jsem se také zamyslet nad tím, jak bych sám formuloval vlastní definici e-learningu, a nakonec jsem došel k následujícímu znění: E-learning je forma výuky, která umožňuje prostřednictvím využití informačních a komunikačních technologií zefektivnit a obohatit proces vzdělávání.
2.2 Historie e-learningu Ačkoliv bádání o historii e-learningu není stěžejní částí této práce, domnívám se, že o její stručný přehled by čtenář neměl přijít. Z tohoto důvodu si ji dovolím citovat z [5]. V druhé polovině šedesátých let se začalo experimentovat se stroji na učení. Začalo se jim říkat vyučovací automaty. I u nás byl jeden vyvinut. Jmenoval se Unitutor a někteří dokonce říkají, že byl jedním z nejlepších. Vykládaná látka byla v Unitutoru rozdělena na jednotlivé stránky, na konci stránky se nacházela kontrolní otázka s výběrem z několika možných odpovědí. Podle provedené volby bylo možné program dále větvit a pokračovat v libovolně další stránce. Informace o správném či chybném řešení představovala okamžitou zpětnou vazbu. U nás je toto období spjato se jménem Prof. Miloše Lánského, který, podobně jako mnoho jiných špičkových odborníků, odešel do emigrace, kde strávil velkou část svého života. Vyučovací automaty však byly příliš složité a ne příliš účinné. Proto se příliš neujaly. 3
V první polovině osmdesátých let se začínají rozšiřovat osmibitové mikropočítače. S tím souvisí „elektronizace“ školství. Tato vlna, jejímž cílem bylo poskytnout dětem počítačovou gramotnost, k nám přišla počátkem roku 1985. Začalo se s výrobou speciálních školních mikropočítačů IQ 151. I přes jejich značné nedostatky byl o ně mezi učiteli poměrně velký zájem. V druhé polovině osmdesátých let se objevují první šestnáctibitové počítače, trh ovládají osobní počítače PC. Zároveň s tím můžeme sledovat obrovský rozmach kancelářských aplikací. Počítače se konečně začínají objevovat i v domácnostech. Ve školství dochází v souladu s celosvětovým vývojem kybernetiky a umělé inteligence k pokusu o zdokonalení vyučovacích automatů. Počítač se začíná používat jako učící a zkoušející stroj. Za pomoci počítače se začínají prověřovat teorie, které tvrdí, že počítač by měl učitele částečně nahradit. Ve světě několik (převážně univerzitních) vědeckých týmů začíná vyvíjet inteligentní výukové systémy (ITS2). Cílem těchto výukových systémů bylo vytvářet aplikace s dlouhodobou kontrolou nad výukovým procesem. Systémy v sobě vhodně spojovaly výklad učiva, procvičování probrané látky a testy. Dokázaly využívat grafiku, animace, zvuk a byly schopny v sobě integrovat i zcela nezávislé programy. Tempo i obsah výuky byl individualizován. Dosažené výsledky studujícího se ukládaly a vyhodnocovaly. Tím se automaticky rozhodovalo o dalším postupu. Role učitele se omezila na kontrolu a obsluhu. Teprve s tímto příchodem osobních počítačů došlo ke značnému rozvoji programů navazujících na Unitutor. Zpočátku to byly jednoduché testy s výběrovou odpovědí. Za každou otázku se přidělovaly body a jejich součet sloužil k závěrečnému zhodnocení. Výsledky se archivovaly pro potřeby učitele. Využití počítače pouze ke zkoušení samozřejmě nevyhovovalo a stalo se předmětem kritiky. Princip programového učení ve výukových aplikacích tak začal být doplňován o prvky umělé inteligence. K testu se přidával výklad látky a procvičování. Z těchto prvků byly sestavovány jednotlivé lekce a z nich pak celé kurzy. Postup studentů byl individualizován a řídil se jejich výsledky. To ale znamenalo, že počítač musel předvídat všechny možné reakce studenta a situace, do kterých se mohl studující během práce dostat. Princip umělé inteligence u výukových programů spočívá ve vytvoření určitého modelu umělého studenta, na kterém je funkce programu založena. Na začátku devadesátých let se objevuje e-mail jako velice rychlý a perspektivní prostředek komunikace na dálku. Byl to převratný krok. Najednou se dala písemná komunikace takřka libovolné délky uskutečňovat téměř kdykoliv. Zároveň s e-mailem se velmi rychle začal rozšiřovat celosvětový web. Dalšími důležitými pokroky na poli technologie byly CD-ROMy3, díky nimž bylo možné ukládat velké objemy dat na relativně malé a zároveň přenositelné disky. Telefonní konference, hlasová pošta a družicové spojení změnily tradiční způsoby komunikace. Mezi prvními to byly vysoké školy, kdo začal objevovat výhody těchto nových technologií. Do poloviny devadesátých let se staly vysokoškolské e-mailové systémy běžnou normou po celých Spojených státech. Fakulty i jednotliví studenti začali používat web jako zdroj informací a zábavy. Především mladší studenti vytvářeli diskusní skupiny a on-line
2 3
ITS – Intelligent Tutoring System, inteligentní výukový systém CD-ROM – Compact Disc Read-Only Memory, optické médium pro uchovávání a čtení počítačových dat
4
místnosti pro chat, kde mohli komunikovat v reálném čase o všem, od módy přes politiku až po hledání nových přátel. Vývoj na univerzitách pokračoval rychle kupředu. Sylaby4, knihovní zdroje a obsahy přednášek začaly být přemísťovány z klasických učeben na multimediální zdroje a na místní sítě. Soukromé společnosti začaly hledat možnosti potencionálního e-learningu. Na Internetu vznikly virtuální univerzity, které nabízely všechny své kurzy a získání certifikátů přes Internet. Koncem devadesátých let již e-learningové nástroje umožňovaly zkoušení on-line v reálném čase, hry v reálném čase, pomocí nástrojů bylo možné okamžitě určit slabosti a silné stránky jednotlivých studentů. Student tak mohl získat vysokoškolský titul, aniž by byl někdy fyzicky přítomen ve třídě. Plně zaměstnaní dospělí mohli studovat na vysoké škole svým vlastním tempem bez toho, aby museli řešit problémy spojené se svou fyzickou přítomností ve škole.
2.3 Modely e-learningu V závislosti na způsobu využití e-learningových prvků ve výukovém procesu je možné definovat takzvané modely e-learningu. Martyn Sloman ve své publikaci [6] uvedl tři modely, které považoval za základní. Prvním z těchto modelů je web-based training, který je postaven na myšlence, že výukové materiály jsou studentům zpřístupněny online, přičemž není vyžadována interakce s lektorem či mezi studenty navzájem. Tento model se vyvinul s rozvojem Internetu z modelu označovaného zkratkou (CBT5). Druhým modelem je model supported online training, který vznikl evolucí distančního studia. Tento model se vyznačuje potřebou intenzivnější interakce studenta s lektorem, případně i s ostatními studenty, kteří se výuky účastní. Studenti mají k dispozici online materiály určené jako doplněk výuky. Za třetí základní model e-learningu Martyn považuje takzvaný informal e-learning, který má své využití zejména ve firemním prostředí. V tomto modelu studenti využívají technologie ke komunikaci se svými kolegy a vzdělávají se během jejich obvyklé práce. Kenneth Fee se poté v publikaci [7] pokusil na práci Martyna navázat a upravit jeho definici základních modelů tak, aby odpovídala aktuálnímu využívání e-learningu ve vzdělávání. Kenneth nakonec definoval 5 následujících modelů: 1. Online courses 2. Integrated online and offline learning 3. Self-managed e-learning 4. Live e-learning 5. Electronic performance support První model zahrnuje pouze online kurzy poskytující výuku a veškerou interakci mezi účastníky výhradně přes Internet. Do druhého modelu lze zařadit veškeré vzdělávací programy, které v libovolném poměru doplňují prezenční výuku určitými online prvky výuky. Tento model lze též označit jako Blended learning. Model Self-managed e-learning je charakterizován poskytováním online výukových prostředků pro účely vlastního vzdělávání. Čtvrtý model představuje formu synchronní online výuky, kdy je do příslušného vzdělávacího programu zapojeno více posluchačů z různých míst v předurčenou dobu. Tento způsob výuky
4 5
Sylabus – stručný heslovitý přehled, může označovat například učební osnovu nebo studijní plán [9] CBT – Computer-Based Training, výuka s využitím počítačové techniky
5
může plně zastoupit osobní kontakt. Pod posledním pátým modelem Electronic performance support si lze představit systém, který je začleněn do pracovního prostředí nebo slouží k plnění určitých úkolů a jehož obsluhou dochází k vykonávání vzdělávacího procesu. Tento model má své využití zejména v komerčním sektoru, kde může sloužit jako forma školení zaměstnanců.
2.4 Výhody a nevýhody e-learningu Při rozhodování, zda do vzdělávacího procesu začlenit prvky e-learningové výuky, je vhodné uvědomit si, jaké výhody a nevýhody taková změna může přinést. Značné výhody e-learning přináší do podnikové sféry, kde může sloužit k realizaci různých školení zaměstnanců. V této oblasti se těší velké oblibě zejména z důvodu vysoké míry flexibility a úspory nákladů. Flexibilita je bezesporu jednou z hlavních výhod elearningu. Tato vlastnost umožňuje výuku snadno začlenit do individuálního časového plánu každého z účastníků kurzu, neboť se své výuce mohou věnovat prakticky kdykoliv a kdekoliv. Není nutné být fyzicky přítomen v učebně, stačí pouze mít přístup k Internetu. Celkové náklady na vytvoření a běh e-learningových kurzů jsou tak oproti kurzům klasickým sníženy například o náklady na dopravu, provoz učeben či mzdy školitelů. V oblasti školství má e-learning rovněž velký potenciál, avšak některé z jeho nevýhod mají na svědomí skutečnost, že na základních a středních školách není do takové míry rozšířen. Mezi hlavní nevýhody e-learningu patří zejména nutnost přístupu k počítači s připojením na Internet. Další podmínkou je alespoň základní zkušenost studenta s prací na počítači, protože do e-learningových systémů se často přistupuje skrze webové prohlížeče. Uživatelé se také neobejdou bez znalosti vytváření elektronických dokumentů či ovládání emailové komunikace. Jelikož v dnešní době základní počítačovou gramotnost získávají již žáci základních škol, tato nevýhoda ztrácí na své důležitosti. Společně s rostoucí svobodou výuky, kterou koncept e-learningu přináší, roste zodpovědnost studentů za své vzdělávání a zvyšují se rovněž nároky na schopnost samostatné práce bez asistence pedagoga. Na základních školách by bylo nasazení čistě online e-learningových řešení nejen problematické, ale i nevhodné, neboť účastníci online studia do jisté míry ztrácí kontakt s reálným světem. V případě středních škol však naopak může mít tento systém výuky na studenty pozitivní vliv, protože je lépe připraví na vysokoškolskou formu studia. Další problematikou, která vyvstává v souvislosti s e-learningovým vzděláváním, je podvádění při plnění kontrolních testů a úkolů. V případě čisté online formy výuky tomuto jevu prakticky nelze zamezit a jedinou zbraní proti němu zůstává dostatečná motivace studenta k samostatnému řešení.
6
3 E-learningové systémy 3.1 Kategorie e-learningových systémů E-learningové systémy lze dělit do několika kategorií, z nichž dvě nejvýznamnější jsou takzvané řídící systémy (LMS6) a systémy pro tvorbu výukového obsahu (LCMS7). Základní podstatou LMS je organizovat a řídit výuku a kompetence. Konkrétní LMS dodávané různými výrobci se mohou velmi lišit v poskytované funkcionalitě, nalezneme zde vše od jednoduchých spouštěčů elektronických kurzů až po komplexní systémy zabezpečující celý proces výuky. Funkcionalita LMS může zahrnovat například [7]:
řízení a evidenci různých typů výuky od elektronických asynchronních kurzů, přes virtuální učebny až po klasickou výuku v učebnách
centrální katalog vzdělávacích akcí (elektronické kurzy, virtuální třídy/videokonference, učebny, externí výuka), registrační procesy, správu zdrojů a financí s tím spojenou
modelování organizace a kompetencí
evidování dosažených individuelních dovedností
zpřístupňování vzdělávacích akcí, sledování aktivit jednotlivých uživatelů od souhrnů po detaily, reportování výukových aktivit
synchronní a asynchronní komunikační kanály mezi studenty, lektory a manažery vzdělávání
prostředky pro zachytávání, výměnu a sdílení informací a znalostí
Termínem LCMS lze označit jakýkoliv nástroj či systém, který slouží k tvorbě či sestavování výukového obsahu. Do funkcionalit poskytovaných těmito systémy může patřit například [7]:
týmový proces tvorby obsahu
správa a znovu používání zdrojů obsahu
dekompozice a kompozice obsahu na učební jednotky
dodávání individuelně uzpůsobitelných učebních jednotek koncovým uživatelům
detailní sledování aktivit uživatelů nad učebními jednotkami
podpora integrace výukových strategií e-learningu
3.2 Rešerše e-learningových systémů E-learningových systémů existuje celá řada. V rámci jejich rešerše jsem se podrobněji zaměřil na tři z nich, které jsem vybral podle následujících kritérií. V první řadě musel být systém vhodný pro účely středních škol. Dalším požadavkem byla přítomnost české jazykové 6 7
LMS – Learning Management System, systém pro řízení výuky LCMS – Learning Content Management System, systém pro tvorbu výukového obsahu
7
verze a nakonec třetí podmínkou byla dostupnost předváděcí aplikace, prostřednictvím které bylo možné systém vlastnoručně vyzkoušet. 3.2.1 Claroline Claroline je velmi jednoduchý webový e-learningový systém, postavený na jazyce PHP8 a databázi MySQL9. Je zaměřen na tvorbu a správu výukových kurzů, přičemž jednotlivé kurzy mohou obsahovat cvičení a úkoly s danými termíny odevzdání. Systém umožňuje vytvářet skupiny uživatelů a publikovat dokumenty různých formátů, například PDF10, HTML11 nebo dokumenty Microsoft Office12. Mezi další funkcionality tohoto systému patří upozorňování uživatelů prostřednictvím e-mailové komunikace. Uživatelské rozhraní působí velmi strohým dojmem a jeho grafické zpracování podle mého názoru již neodpovídá současnému trendu. Díky tomu, že aplikace neposkytuje mnoho funkcionalit, je administrace celého systému snadná. Jeho ovládání však není příliš přehledné ani intuitivní. Mezi výhody systému Claroline patří zejména jeho kompletní lokalizace uživatelského prostředí do českého jazyka a skutečnost, že lze získat i provozovat zcela zdarma. Webová stránka projektu:
http://demo.claroline.net/
Předváděcí aplikace:
http://claroline.opensourcehosting.cz/index.php
Na obrázku Obr. 1 je zachycena hlavní stránka e-learningového systému Claroline, na které se nachází seznam kurzů aktuálně přihlášeného uživatele. V příloze B) dále najdete pohled na řešení otázky, správu uživatelů kurzu a na správu osnovy, která je v tomto systému tvořena pouze posloupností uložených výukových objektů.
8
PHP – Hypertext Preprocessor (původně Personal Home Page), skriptovací programovací jazyk určený především pro tvorbu dynamických webových stránek 9 MySQL – multiplatformní relační databázový systém 10 PDF – Portable Document Format, přenosný formát dokumentů, jedná se o souborový formát vyvinutý firmou Adobe pro ukládání dokumentů nezávisle na softwaru i hardwaru, na kterém byly pořízeny 11 HTML – HyperText Markup Language, značkovací jazyk pro hypertext, je jedním z jazyků pro tvorbu webových stránek 12 Microsoft Office – softwarový balík kancelářských aplikací, mezi které patří například Word, Excel a PowerPoint
8
Obr. 1 – Claroline, hlavní stránka se seznamem kurzů
3.2.2 Dokeos Dokeos je komplexní LMS platformou. Obsahuje velké množství nástrojů pro organizaci kurzů a kolaborativní výuku. Nástroje tohoto systému jsou přehledně rozděleny do tří kategorií. První kategorie zahrnuje nástroje určené například pro správu učební osnovy, dokumentů, kvízů a uložených multimédií. Do druhé kategorie spadají nástroje pro interakci mezi jednotlivými uživateli systému. Můžeme zde najít například kalendář událostí, chat, diskusní fórum či wiki13. Poslední kategorií je administrace, do které jsou zařazeny nástroje pro správu kurzu, administraci blogů, zálohování a zobrazení statistických informací týkajících se výuky. Grafické zpracování celého systému je na výborné úrovni a jeho správa je uživatelsky přívětivá. Rozsáhlá funkcionalita, kterou systém disponuje, však může méně zkušeného uživatele webových aplikací doslova zahltit. Dokeos lze pořídit ve dvou variantách. Základní varianta je zcela zdarma, neobsahuje však některé pokročilejší funkcionality. Komerční verze navíc nabízí například videokonference, zabezpečení komunikace pomocí certifikátů, knihovnu dokumentů či nástroj pro práci se zvukovými nahrávkami. Nevýhodou systému Dokeos je jeho neúplná lokalizace do českého jazyka. Webová stránka projektu:
http://www.dokeos.com/
Předváděcí aplikace:
http://demo.dokeosnet.com/
Na obrázku Obr. 2 je zachycena podoba e-learningového systému Dokeos. Konkrétně se jedná o stránku kurzu s přehledem funkcí, které jsou uživateli k dispozici. V příloze B) opět najdete další obrázky, díky kterým si můžete lépe představit, jak se s tímto systémem pracuje. 13
Wiki – označení webu, který umožňuje jeho uživatelům přidávat nový a zároveň měnit existující obsah
9
Nechybí mezi nimi pohled na správu výukových materiálů, na velmi propracovanou tvorbu testových otázek a zadávání úkolů studentům.
Obr. 2 – Detail kurzu
3.2.3 Moodle Moodle je po celém světě rozšířeným a hojně používaným LMS. Statistiky [10] uvádí, že na přelomu roku 2011/2012 bylo evidováno téměř 70000 registrací systému, čítající desítky milionů jejich uživatelů z více jak dvou set zemí. Autoři českého komunitního portálu, věnovaného LMS Moodle, popisují tento systém jako softwarový balík určený pro podporu prezenční i distanční výuky prostřednictvím online kurzů dostupných na WWW14. Dále uvádí, že je vyvíjen jako nástroj umožňující realizovat výukové metody navržené v souladu s principy konstruktivisticky15 orientované výuky. [11] Orientace k tomuto směru výuky není pro oblast e-learningu jevem výjimečným, avšak týká se zejména škol vysokých. U středních škol příliš nelze očekávat aktivní zapojování studentů do rozličných diskuzí či zaznamenávání svých nově nabytých poznatků na wiki. V jejich případě budou spíše využity nástroje určené pro správu kurzů, jejich osnov a výukových objektů, mezi které patří například dokumenty, úkoly a testy.
14
WWW – World Wide Web, systém provázaných hypertextových dokumentů na Internetu [18] Konstruktivismus – v oblasti výuky se jedná o směr, který považuje učení za hluboce individuální proces, při kterém člověk konstruuje a interpretuje realitu na základě své vlastní zkušenosti 15
10
Vizuální zpracování uživatelského rozhraní systému není nikterak ohromující, nicméně působí čistě a relativně přehledně. Slovo relativně zde nepoužívám jen tak náhodou. Přehlednost systému Moodle totiž značně trpí jeho komplexností, která je dána snahou systému být co nejvíce flexibilní. Zkušený uživatel si na velké množství zobrazovaných informací zvykne, ale ti méně zkušenější se v nich mohou ztrácet. Důkazem nechť je značné množství vydaných mnohasetstránkových příruček a publikací, které obsahují návody a různé tipy na to, jak Moodle používat. Systém Moodle je postaven na jazyce PHP a pro ukládání využívá databáze MySQL, PostgreSQL, MSSQL nebo Oracle. Díky tomu, že se jedná o volně šiřitelný program, jsou jeho pořizovací náklady nulové. Stačí ho pouze nainstalovat na vlastní webový server nebo u některého z poskytovatelů webových služeb. Svým konceptem se jeví jako ideální pro nasazení do vysokoškolské výuky, ale bezesporu má co nabídnout i školám středním. Moodle disponuje velkým množstvím jazykových balíčků, včetně balíčku s českou lokalizací. Předváděcí aplikace, prostřednictvím které jsem systém testoval, však tento balíček neměla nainstalován. Webová stránka projektu:
http://moodle.org/
Předváděcí aplikace:
http://demo.moodle.net/
Na obrázku Obr. 3 je zachyceno, jak lze upravovat osnovu kurzu při aktivovaném editačním módu. Na dalších obrázcích uvedených v příloze B) pak můžete shlédnout, jak v tomto systému vypadá řešení kvízové otázky se zvukovým záznamem či anketa, která je jedním z nástrojů systému Moodle podporujících konstruktivistický přístup k výuce.
Obr. 3 – Editace osnovy kurzu
11
4 Stav e-learningu na českých středních školách Hlavním cílem této práce je vytvořit e-learningový systém pro střední školy. Před samotnou analýzou a návrhem vlastního systému je důležité získat co nejvíce informací o problematice elektronické výuky na středních školách. V předchozí kapitole 3.2 jsem provedl rešerši existujících systémů, která však podle mého názoru není dostatečným vstupem pro následnou analýzu. Další informace jsem se proto snažil získat z průzkumů stavu e-learningu na českých středních školách, které by měly naznačit, v jaké míře a jakým způsobem ve skutečnosti pedagogové e-learningové systémy a elektronické výukové materiály využívají. Implementace e-learningu znamená nejen vysoké počáteční náklady na počítačové vybavení, ale také na vstupní školení pedagogů, kterým obvykle prochází přibližně tři čtvrtiny z nich. [12] Podle zprávy České školní inspekce je počítačová gramotnost spolu s angličtinou nejslabším místem českých učitelů. Inspektoři zjistili, že v případě počítačů a přístupu škol k Internetu jsou v této oblasti informovanější spíše žáci než učitelé. [13] Výsledky jednoho z provedených průzkumů [14] ukazují, že 25 procent respondentů zatím s e-learningovou výukou nepřišlo do styku. Ze zbývajících 75-ti procent pak většina z nich uvedla, že se elearningové výuky účastnila pouze v roli studenta. Například vytvořit e-learningový kurz si vyzkoušelo pouze 10 procent. Většina učitelů (85%) souhlasí s tím, že zavádění ICT do běžné výuky je potřebné. Důležitým tématem týkajícím se e-learningu je vztah pedagogů k tvorbě a využívání studijních materiálů neboli opor výuky. Studijní opory jsou velmi často využívány na vysokých školách, především pak v kombinovaném nebo distančním studiu. Jejich velkou výhodou je dobrá strukturovanost a přehlednost textu, možnost procvičení a zopakování a v neposlední řadě možnost doplnění o řešené příklady, obrázky a multimediální soubory. Právě tyto výhody podněcují zavádění studijních opor i na středních školách, kde by zdánlivě nemusely mít tak vysoké využití jako na školách vysokých. Opak ale může být pravdou. [12] Průzkum prokázal, že se studijní opory využívají na středních školách v opravdu vysoké míře. To, že studijní opory nevyužívají, uvedlo pouze 2,5% středních škol, které e-learning implementovaný mají. Koupě předem připravené studijní opory a její pouhé využívání bez transformace není příliš častá, využívá ji jen necelých 11% škol. Nesrovnatelně častější je vytváření elektronických opor přímo učiteli (35%). Výhodou je vytvoření opory přesně podle vlastních potřeb a možnost jakékoli modernizace. Naopak nevýhodou jsou velké časové náklady. [12] Nejčastěji se kombinují předpřipravené opory s těmi, které vytváří přímo učitelé. Buď mohou učitelé doplňovat do předem připravených materiálů svoje náměty, nebo jsou použity pro různé druhy učiva různě vytvořené opory. Dopředu připravené opory, které si učitelé nijak nemění, jsou nejčastěji používány na ekonomicky zaměřených středních školách (18%) a také na SŠ zabývajících se službami (23%). Vlastní tvorbu učitelů preferují technické (48%) a zdravotnické (33,3%) střední školy. Kombinaci obou předchozích možností preferují gymnázia (56%) a smíšené (58%) střední školy. [12] Dle průzkumu [14] 73 procent učitelů dává přednost domácí přípravě elektronických studijních materiálů, přičemž 60% učitelů při jejich tvorbě využívá Internet a mezi nejpoužívanější nástroje pro jejich tvorbu patří MS Office PowerPoint (77%), MS Office Word (65%) a MS Office Excel (19%).
12
Více než polovina respondentů provedeného průzkumu zadává domácí úkoly s nutností využít Internet (54%) a používá ICT pro komunikaci a distribuci studijních materiálů (58%). Respondenti tedy předpokládají, že žáci mají k dispozici PC a Internet a zvládají jejich běžné užití pro komunikaci a přípravu na výuku. [14] Z průzkumů rovněž vyplynulo, že mezi nejčastější předměty, ve kterých je e-learning v současné době začleněn do výuky, patří informatika a cizí jazyky. Překvapivě nejméně jsou používány v humanitních a přírodovědných předmětech. [12] V rámci průzkumu [14] byla v dotazníku respondentům položena otázka s otevřenou odpovědí, jejímž cílem bylo zjistit, ve kterých předmětech pedagogové vidí potenciál využití informačních a komunikačních technologií. Na základě průzkumem získaných dat jsem vytvořil následující graf, který znázorňuje přehled obdržených odpovědí.
Graf 1 – Obdržené odpovědi
Na závěr této kapitoly se pokusím shrnout, jaké možnosti využití e-learningu na středních školách byly v souladu s uskutečněnými průzkumy identifikovány. Použití informačních technologií během vyučovací hodiny je nejen atraktivním zpestřením a možností, jak upoutat pozornost edukantů, ale i nástrojem, jak zefektivnit práci učitele ve vyučovací hodině. Procvičování a zkoušení je oblast, kde je na středních školách pro uplatnění e-learningových technologií největší prostor. [12] Prostřednictvím e-learningu si mohou studenti samostatně opakovat probranou látku a pedagogům je ušetřen čas, který by jinak museli věnovat psaní na tabuli či opravováním písemných testů. Využití e-learningu při domácí přípravě studentů má rovněž svůj potenciál. Nutným předpokladem je však zajištění dostupnosti e-learningových nástrojů všem studentům. Školy pro tento účel musí disponovat dostatečným množstvím počítačů připojených na Internet, neboť nelze předpokládat, že všichni studenti budou moci pracovat z domova.
13
Mnoho pedagogů si k výuce připravuje elektronické materiály, které mohou prostřednictvím LMS snadno předávat studentům bez nutnosti jejich tisku. Materiály lze ukládat do specifického úložiště, nebo se mohou stát součástí osnov kurzů vytvořených některým z e-learningových nástrojů, což je preferovaný způsob zejména v případě realizace distanční formy studia. Ne každý z vyučujících však disponuje potřebnými technickými zkušenostmi, které jsou jedním z předpokladů efektivního uchopení e-learningových nástrojů. Vzhledem k této skutečnosti a rovněž z důvodu, že použití elektronické výuky pro některé předměty nemusí být vůbec vhodné, se domnívám, že do prostředí středních škol bude elektronická výuka pronikat velmi pozvolně a bude využívána pouze jako doplněk výuky.
14
5 Úvodní studie 5.1 Deklarace záměru Cílem projektu je vytvořit webový e-learningový systém, který bude poskytovat funkcionality využívané učiteli středních škol. Tento systém bude sloužit zejména jako podpora prezenčního studia, neboli umožní realizovat takzvaný blended learning. V systému budou vystupovat 3 role uživatelů, mezi které bude patřit administrátor, lektor a student. Do kompetencí administrátora bude patřit zejména konfigurace systému, sledování systémem zaznamenávaných událostí (takzvaných logů) a správa uživatelů, předmětů a kurzů. Správa uživatelů administrátorovi umožní přidávat, rušit a upravovat profily jednotlivých lektorů a studentů. U každého uživatele se bude evidovat jeho jméno, příjmení, e-mail, ICQ, adresa a fotografie. V případě lektorů budou navíc zaznamenány tituly před a za jménem. Správa předmětů bude zahrnovat jejich vytváření, rušení a editování. U předmětů budou evidovány jejich názvy, kódová označení a stručné popisy. Předmětům budou administrátorem vytvářeny kurzy. Vytvořené kurzy poté bude možné rušit či editovat. U každého kurzu bude zaznamenán jeho datum zahájení a ukončení, kód, název a popis. K vytvořenému kurzu bude možné přiřazovat lektory a studenty, kteří tímto přiřazením získají příslušná oprávnění pro vstup a v případě lektorů rovněž pro správu kurzu. Osnovu kurzu budou sestavovat lektoři daného kurzu vytvářením posloupnosti lekcí. Lekce budou uvozeny svým názvem a popisem a systém lektorovi do nich umožní přidávat výukové materiály, zadání úkolů a zadání testů. U jednotlivých lekcí bude možné zvolit, zda již má být zpřístupněna studentům. U výukových materiálů bude uveden jejich autor, název, popis, čas poslední změny, typ materiálu, verze a klíčová slova. Výukový materiál bude moci obsahovat přílohy ve formě libovolných souborů. Takto navržený model usnadní případné rozšíření systému o funkce pro export a import výukových materiálů kompatibilních se standardem SCORM16. Lektorovi bude také umožněno nastavení dostupnosti materiálu studenty kurzu. Zadání úkolu bude mít svůj název, termín odevzdání a znění zadání. Řešení úkolů studenty bude spočívat v nahrání souboru s vypracovaným řešením do systému. Odevzdaný úkol poté bude moci lektor ohodnotit. Lektor bude určovat, zda je zadání úkolu viditelné studenty daného kurzu. Zadání testu bude mít svůj název, popis, úvod, termín odevzdání, počet nápověd a případně také heslo pro spuštění nebo časový limit. Lektorovi bude rovněž umožněno nastavit, zda má být přístupné studentům kurzu. Zadání testu bude složeno z posloupnosti otázek. U každé otázky budou kromě jejího typu a možností odpovědi rovněž definovány počty bodů za její zodpovězení, přičemž bude rozlišena odpověď správná, chybná a správná s 16
SCORM – Shareable Content Object Reference Model, referenční model pro e-learning, je souborem specifikací a standardů, jejichž hlavním úkolem je umožnit znovupoužití vzdělávacích materiálů mezi libovolnými LMS
15
použitím nápovědy. Nápovědu bude možné u otázky definovat volitelně. Dalšími volitelnými položkami budou zpětné vazby pro případy označení správné či chybné odpovědi. Pozitivní zpětné vazby mohou studenta motivovat k získávání lepších výsledků a negativní mu zas pomohou uvědomit si, kde a proč chyba nastala. Student si díky okamžité reakci na jeho vstupy probíranou látku lépe zapamatuje. Poté, co student spustí test, se nejdříve zobrazí úvod s možností startu jeho řešení. Volbou startu dojde k předložení první otázky a spuštění časomíry řešení testu. Student poté může rovnou označit odpověď nebo zvolit možnost nápovědy, pokud ta je ovšem k dispozici. V průběhu celého testu bude možno využít pouze lektorem stanovený počet těchto nápověd. Po potvrzení označené odpovědi dojde k jejímu vyhodnocení a případnému zobrazení příslušné zpětné vazby. Pokud si student přeje pokračovat dál, systém mu předloží další otázku. Po zodpovězení všech otázek dojde k vyhodnocení celého testu a k jeho odevzdání. Pokud bude mít zadání testu uveden časový limit, po jeho vypršení budou nedořešené otázky označeny jako chybně zodpovězené a studentovi se automaticky zobrazí vyhodnocení testu. Studentovi systém umožní získat přehled hodnocení svých kurzů, ve kterém nalezne seznam provedených testů a ohodnocených odevzdaných úkolů včetně statistických informací.
5.2 Specifikace požadavků Funkční a nefunkční požadavky na systém, jejichž výčet vyplynul z předchozí kapitoly 5.1 Deklarace záměru, jsem zaznamenával v softwarovém nástroji Enterprise Architect. Tento nástroj umožňuje vytvořit jejich přehled v podobě diagramů. Velkou výhodou tohoto způsobu záznamu je možnost propojovat jednotlivé požadavky různými typy vazeb, podobně jako je tomu například u UML17 diagramů případů užití systému. Propojením požadavků tak vzniká jejich model. Nefunkční požadavky na systém jsou uvedeny na obrázku Obr. 4. Kompletní diagram s výčtem funkčních požadavků je poněkud rozsáhlejší, a proto byl rozdělen do tří části, které můžete shlédnout na obrázcích Obr. 5, Obr. 6 a Obr. 7.
17
UML – Unified Modeling Language, unifikovaný modelovací jazyk určený pro specifikaci, vizualizaci, konstrukci a dokumentaci artefaktů objektově orientovaných softwarových systémů [15]
16
Obr. 4 – Nefunkční požadavky
Obr. 5 – Funkční požadavky, 1. část
17
Obr. 6 – Funkční požadavky, 2. část
18
Obr. 7 – Funkční požadavky, 3. část
19
6 Analýza řešení Analýza je velmi důležitou fází vývoje projektu. Jejím hlavním účelem je vymezit pomyslné hranice systému a vytvořit představu o tom, jakou funkcionalitu bude systém poskytovat jeho uživatelům. Analýza rovněž umožňuje identifikovat případné nejasnosti obsažené v zadání projektu a včas se je tak pokusit vyřešit. Odstraňování chyb odhalených až ve fázi implementace či testování je zpravidla mnohonásobně náročnější. Z tohoto důvodu se vyplatí analýzu důkladně vypracovat.
6.1 UML 2.2 Jazyk UML (Unified Modeling Language) je univerzálním jazykem pro vizuální modelování systémů. Při analýze se často jako nástroj pro komunikaci mezi zadavatelem a řešitelem využívá právě modelování. Před rokem 1994 existovalo několik jazyků pro vizuální modelování. Jazyk UML byl navržen za účelem spojit nejlepší postupy dosavadních modelovacích technik a softwarového inženýrství. V roce 1997 byl jazyk přijat jako první průmyslový standard objektově orientovaného jazyka pro vizuální modelování. UML je nyní objektovou notací, která je podporována drtivou většinou CASE18 nástrojů. Také většina objektově orientovaných metodik je postavena právě na UML. [28] Velkou výhodou tohoto jazyka pro vizuální modelování je nezávislost jak na konkrétním programovacím jazyce, tak i na procesu vývoje. UML totiž není svázán s žádnou konkrétní metodikou. Lze jej použít společně se všemi existujícími metodami. Jazyk UML umožňuje pomocí různých typů diagramů zachytit systém z různých pohledů a na různé úrovni abstrakce. [16] Zatímco model obsahuje veškeré shromážděné informace o systému, diagram je graficky znázorněný pohled na model, který popisuje jen jeho jistou část. UML verze 2.2 zahrnuje 14 typů diagramů (viz Obr. 8) rozdělených do dvou hlavních kategorií. V první z nich se nachází diagramy popisující strukturu systému a do druhé se řadí diagramy popisující jeho chování.
Obr. 8 – Diagramy UML [15] 18
CASE – Computer Aided Software Engineering, počítačem podporované softwarové inženýrství
20
Stručná charakteristika diagramů:
Diagram aktivit (Activity Diagram) Zobrazuje sekvence činností řízených převážně interními událostmi.
Diagram tříd (Class Diagram) Popisuje statickou strukturu systému zobrazením všech tříd, které se týkají modelovaného systému, a vztahů mezi nimi.
Diagram komunikace (Communication Diagram) Zachycuje instance tříd, jejich vzájemné vztahy a komunikaci mezi nimi. Ve starších verzích UML se tento diagram označoval jako diagram spolupráce (Collaboration Diagram).
Diagram komponent (Component Diagram) Zobrazuje a popisuje jednotlivé komponenty, ze kterých se systém skládá.
Diagram vnitřní struktury (Composite Structure Diagram) Popisuje vnitřní strukturu komplexních elementů a zachycuje spolupráci s ostatními prvky systému.
Diagram nasazení (Deployment Diagram) Zobrazuje rozložení jednotlivých softwarových komponent na cílovou hardwarovou infrastrukturu.
Diagram přehledu interakcí (Interaction Overview Diagram) Zachycuje tok řízení v rámci systému nebo procesu. Každý uzel nebo aktivita v rámci diagramu může reprezentovat další diagram interakce.
Objektový diagram (Object Diagram) Ukazuje objekty a jejich vztahy na úrovni jejich konkrétních instancí.
Diagram balíčků (Package Diagram) Zobrazuje rozložení elementů modelu do skupin (tzv. balíčků) a závislosti mezi těmito skupinami.
Diagram profilů (Profile Diagram) Umožňuje na úrovni metamodelu definovat vlastní stereotypy a vytvářet profily jako balíčky obsahující tyto stereotypy. Prostřednictvím profilů lze UML metamodel adaptovat pro různé platformy či domény.
Sekvenční diagram (Sequence Diagram) Zobrazuje časovou posloupnost akcí instancí tříd a zasílání zpráv mezi nimi.
Stavový diagram (State Machine Diagram) Zachycuje jednotlivé stavy, v nichž se může daný element nacházet, a přechody mezi nimi.
Diagram časování (Timing Diagram) Popisuje změny stavu, podmínky objektu nebo role ve vztahu k času.
Diagram případů užití (Use Case Diagram) Popisuje chování systému z hlediska uživatele, aniž by odhaloval jeho vnitřní strukturu.
21
6.2 Konceptuální model Konceptuální (doménový, analytický) model je vytvářen za účelem analýzy požadavků na software. Obsahuje pouze takzvané byznys třídy, které modelují problémovou oblast. [16] U jednotlivých tříd se uvádí obvykle jen názvy klíčových atributů a některých klíčových metod. Pokud je diagram vytvářen pouze za účelem znázornění relací mezi třídami, je možné atributy i metody vynechat. [17] Vztahy mezi třídami mají určenu svoji kardinalitu, která udává jejich násobnost. Na obrázku Obr. 9 je znázorněn konceptuální model navrhovaného elearningového systému, který byl vypracován nástrojem Enterprise Architect.
Obr. 9 – Konceptuální model
22
6.3 Případy užití Diagramy případů užití vymezují hranice systému a přehledně znázorňují, jakou funkcionalitu bude výsledná aplikace poskytovat jeho uživatelům. Vypracované diagramy pokrývají veškeré požadavky na systém uvedené v kapitole 5.2 Specifikace požadavků. Na následujícím obrázku Obr. 10 je uveden pouze diagram s hlavními případy užití. Kompletní sada diagramů se nachází v příloze B). .
Obr. 10 – Hlavní případy užití
23
6.4 Diagramy aktivit Diagram aktivit je jedním z UML diagramů, které popisují chování. Tento diagram se používá pro modelování procedurální logiky, procesů a zachycení workflow19. [19] Každý proces v diagramu aktivit je reprezentován sekvencí jednotlivých kroků, které jsou v modelu zakresleny jako akce nebo vnořené aktivity. Zatímco akce jsou atomické (dále nedělitelné) kroky, vnořené aktivity se skládají z volání jiných procesů (aktivit) a mohou být reprezentovány dalším diagramem aktivit. Sekvenci jednotlivých kroků v diagramu aktivit určuje řídicí tok. [20] Obr. 11 zobrazuje diagram pro scénář popisující vytvoření osnovy kurzu s jeho výukovými objekty, mezi které patří zadání testů, zadání úkolů a výukové materiály. Další diagramy aktivit modelující procesy vytváření zadání testu a řešení testu se nachází v příloze D) Diagramy aktivit.
Obr. 11 – Vytvoření obsahu kurzu
19
Workflow – je schéma provádění nějaké komplexnější činnosti (procesu), rozepsané na jednodušší činnosti a jejich vazby [21]
24
6.5 Stavové diagramy Stavový diagram zachycuje jednotlivé stavy objektu a přechody mezi nimi. [16] Stavové diagramy se používají především pro popis chování určitého objektu napříč více případy užití a jejich vznik je spojen už s prvními objektově orientovanými technikami. [19] Základními prvky stavového diagramu jsou stavy, přechody a události. V případě, že se stavy nepohybují v cyklu, měl by diagram obsahovat počáteční a koncový stav. [17] Stav je dle [22] situace v životě objektu, během níž objekt splňuje nějakou podmínku, provádí nějakou operaci nebo čeká na událost. Přechody představují podmínky pro přechod objektu z jednoho stavu do druhého. Událost je specifikací určitého výskytu něčeho v čase a prostoru. Pokud není v diagramu uvedena, znamená to, že přechod do dalšího stavu probíhá automaticky. [17] Na obrázku Obr. 12 je uveden stavový diagram znázorňující obecné stavy objektů v navrhovaném systému a přechody mezi nimi. Do objektů řídících se tímto diagramem budou patřit uživatel, předmět, kurz, lekce, výukový materiál, zadání testu, otázka a zadání úkolu. Stav bude zejména určovat přístup k těmto objektům. Například student v systému u svých kurzů uvidí pouze aktivní lekce s jejich aktivním obsahem. Provedením operace pro odstranění objektu dojde ke smazání jeho záznamu z databáze.
Obr. 12 – Stavy objektů
6.6 Sekvenční diagramy Sekvenční diagram je nejvíce používaným diagramem interakcí. Zachycuje grafický průběh zpracování v systému v podobě zasílání zpráv. [16] Jeho účelem je vyjádřit chování a spolupráci jednotlivých objektů v rámci jednoho případu užití. Zprávy mohou být v sekvenčním diagramu posílány jak mezi jednotlivými objekty, tak i třídami či dokonce aktéry. Proto se prvky, které mezi sebou v diagramu komunikují, nazývají klasifikátory. [16] Z každého klasifikátoru vede takzvaná čára života, která reprezentuje, jakým způsobem se instance určitého klasifikátoru účastní interakce. [17] Diagram na Obr. 13 znázorňuje, jak se bude v systému zacházet s úkoly. Lektor nejprve ve správě lekcí daného kurzu založí u příslušné lekce zadání úkolu s jeho termínem odevzdání. Student takto vytvořené zadání úkolu nalezne v přehledu obsahu kurzu. Po prostudování zadání vytvoří vlastní soubor s vypracovaným úkolem. Tento soubor poté prostřednictvím formuláře pro odevzdání úkolu nahraje do systému. Diagramem je popisována situace, kdy došlo ke včasnému odevzdání. Pokud by byl termín pro odevzdání překročen, systém by studenta o této skutečnosti informoval a k odevzdání úkolu by nedošlo. 25
Soubor s odevzdaným úkolem poté může lektor ze systému stáhnout do svého počítače a zkontrolovat. Samotné ohodnocení úkolu poté provede vyplněním příslušného formuláře. Zadané hodnocení se student dozví ze svého přehledu hodnocení daného kurzu.
Obr. 13 – Zadání, odevzdání a hodnocení úkolu
26
7 Návrh řešení Správný návrh řešení by měl vycházet z požadavků budoucích uživatelů aplikace. Do návrhu systému je vhodné zahrnout například podrobný popis jeho interakce s uživateli v podobě scénářů užití, design uživatelského rozhraní a rovněž by neměly chybět návrhy databáze a fyzické architektury systému.
7.1 Scénáře užití systému Prostřednictvím scénářů užití lze detailněji popsat chování systému. Scénář má vždy stanoven výchozí stav, který může být určen vstupními podmínkami. Hlavním prvkem scénáře je takzvaný tok událostí, který po jednotlivých krocích popisuje interakci uživatele se systémem. V toku událostí se mohou vyskytovat podmínky, podle kterých dochází k větvení toku. Veškerých případů užití e-learningového systému je velmi mnoho. Není však nutné všechny podrobně popisovat, protože průběh mnohých z nich se řídí stejným principem. Stačí se zaměřit pouze na ty, které jsou něčím specifické. První scénář detailněji popisuje založení nového uživatele – studenta. Obdobným způsobem budou v systému zakládány i další objekty, například předměty, kurzy či lekce. Tato jednotnost správy objektů uživatelům napomůže ke snazší orientaci v celém systému. Druhým důležitým scénářem je přidání studenta do kurzu. Stejným způsobem budou ke kurzu přiřazováni i lektoři. Prostřednictvím dalšího scénáře je navržena interakce lektora se systémem při vytváření zadání testu, včetně jeho otázek a možností odpovědi na tyto otázky. Důležitým případem užití je bezesporu řešení testu, které je popsáno dalším scénářem. V posledních dvou scénářích jsem se pokusil vyjádřit navrhovanou interakci studentů a lektorů se systémem při odevzdávání úkolů a jejich následném hodnocení. Případ užití:
Přidání studenta do kurzu
Uživatelé:
Administrátor, Lektor
Vstupní podmínky: 1. Uživatel se nachází na stránce určené ke správě kurzů. Tok událostí: 1. Uživatel zvolí možnost pro úpravu seznamu studentů příslušného kurzu. 2. Systém zobrazí správu seznamu studentů kurzu. 3. Uživatel zvolí možnost pro přidání studenta do kurzu. 4. Systém zobrazí formulář pro přidání studenta do kurzu. 5. Uživatel zadá uživatelské jméno studenta. 6. Uživatel potvrdí přidání studenta do kurzu. 7. Systém provede kontrolu, zda existuje uživatel se zadaným uživatelským jménem. 7.1 KDYŽ V systému uživatel existuje. 7.1.1 Systém přidá studenta do kurzu a uživatele vrátí na seznam studentů kurzu. 7.2 JINAK Systém uživatele upozorní na chybu.
27
Případ užití:
Založení nového studenta
Uživatelé:
Administrátor
Vstupní podmínky: 1. Uživatel se nachází na stránce určené ke správě uživatelů systému. Tok událostí: 1. Uživatel zvolí možnost pro založení nového studenta. 2. Systém zobrazí formulář pro založení nového studenta. 3. Uživatel vyplní zobrazený formulář. 3.1 KDYŽ Uživatel chce přidat fotografii studenta. 3.1.1 Uživatel zvolí možnost pro nahrání fotografie. 3.1.2 Systém zobrazí průzkumníka souborů. 3.1.3 Uživatel vybere soubor s fotografií studenta. 3.1.4 KDYŽ Uživatel vybral soubor nepodporovaného typu. 3.1.4.1 Systém uživateli nahlásí, že typ vybraného souboru není podporován. 3.1.5 KDYŽ Uživatel vybral soubor, který je větší než určený limit. 3.1.5.1 Systém uživateli nahlásí, že vybraný soubor nesplňuje požadovanou velikost. 3.1.6 KDYŽ Uživatel vybral soubor podporovaného typu a velikosti. 3.1.6.1 Systém nahraje soubor a zobrazí fotografii. 4. Uživatel zvolí možnost pro potvrzení založení. 5. Systém provede validaci vyplněného formuláře. 5.1 KDYŽ Systém odhalil nevalidní data. 5.1.1 Systém uživatele upozorní na nevalidní data. 5.2 JINAK Systém založí nového studenta a vrátí uživatele na správu uživatelů systému.
Případ užití:
Ohodnocení úkolu
Uživatelé:
Lektor
Vstupní podmínky: 1. Uživatel se nachází na stránce s přehledem hodnocení studentů příslušného kurzu. Tok událostí: 1. Uživatel u příslušného studenta zvolí možnost pro ohodnocení daného úkolu. 2. Systém zobrazí formulář pro ohodnocení úkolu. 3. Uživatel vyplní zobrazený formulář. 4. Uživatel potvrdí ohodnocení úkolu. 5. Systém zkontroluje, zda jsou uvedená data validní. 6. KDYŽ Systém odhalil nevalidní data. 6.1 Systém uživatele upozorní na nevalidní data. 7. JINAK Systém provede ohodnocení úkolu a vrátí uživatele na přehled hodnocení studentů.
28
Případ užití:
Vytvoření kompletního zadání testu
Uživatelé:
Lektor
Vstupní podmínky: 1. Uživatel se nachází na stránce určené ke správě lekcí daného kurzů. Tok událostí: 1. Uživatel u příslušné lekce zvolí možnost pro založení nového zadání testu. 2. Systém zobrazí formulář pro založení nového zadání testu. 3. Uživatel vyplní zobrazený formulář. 4. Uživatel potvrdí založení nového zadání testu. 5. Systém zkontroluje, zda jsou zadaná data validní. 5.1 KDYŽ Systém odhalil nevalidní data. 5.1.1 Systém uživatele upozorní na nevalidní data. 5.2 JINAK Systém založí nové zadaní testu a vrátí uživatele na správu lekcí kurzu. 6. Uživatel u založeného zadání testu zvolí možnost pro úpravu jeho otázek. 7. Systém zobrazí správu otázek zadání testu. 8. Uživatel zvolí možnost pro založení nové otázky. 9. Systém zobrazí formulář pro založení nové otázky. 10. Uživatel vyplní zobrazený formulář. 11. Uživatel potvrdí založení nové otázky. 12. Systém zkontroluje, zda jsou uvedená data validní. 12.1 KDYŽ Systém odhalil nevalidní data. 12.1.1 Systém uživatele upozorní na nevalidní data. 12.2 JINAK Systém založí novou otázku a vrátí uživatele na správu otázek zadání testu. 13. Uživatel u založené otázky zvolí možnost pro úpravu možností odpovědi. 14. Systém zobrazí správu možností odpovědi. 15. Uživatel zvolí možnost pro založení nové možnosti odpovědi. 16. Systém zobrazí formulář pro založení nové možnosti odpovědi. 17. Uživatel vyplní zobrazený formulář. 18. Uživatel potvrdí založení nové možnosti odpovědi. 19. Systém zkontroluje, zda jsou uvedená data validní. 19.1 KDYŽ Systém odhalil nevalidní data. 19.1.1 Systém uživatele upozorní na nevalidní data. 19.2 JINAK Systém založí možnost odpovědi a uživatele vrátí na správu možností odpovědi. 20. KDYŽ Uživatel si přeje založit další možnost odpovědi. 20.1 Scénář případu užití pokračuje bodem 15. 21. KDYŽ Uživatel si přeje založit další otázku. 21.1 Uživatel se vrátí na správu otázek zadání testu. 21.2 Scénář případu užití pokračuje bodem 8.
29
Případ užití:
Řešení testu
Uživatelé:
Student
Vstupní podmínky: 1. Uživatel se nachází na stránce s přehledem obsahu příslušného kurzu. Tok událostí: 1. Uživatel u příslušné lekce zvolí možnost pro vykonání daného testu. 2. Systém zobrazí úvodní informace k testu. 3. KDYŽ Test vyžaduje heslo pro jeho spuštění. 3.1. Uživatel zadá heslo. 4. Uživatel zvolí možnost pro spuštění testu. 5. KDYŽ Test vyžaduje heslo pro jeho spuštění. 5.1 Systém provede kontrolu hesla. 5.1.1 KDYŽ Zadané heslo není správné. 5.1.1.1 Scénář případu užití pokračuje bodem 3.1. 6. Systém spustí časomíru řešení testu a zobrazí první otázku. 7. KDYŽ Uživatel má k dispozici nápovědu a přeje si ji použít. 7.1 Uživatel zvolí možnost pro využití nápovědy. 7.2 Systém zobrazí nápovědu. 8. Uživatel označí odpověď. 9. Uživatel zvolí možnost pro vyhodnocení otázky. 10. Systém provede vyhodnocení otázky a zobrazí očekávanou správnou odpověď. 10.1 KDYŽ Odpověď na otázku byla správná. 10.1.1 Systém zobrazí zpětnou vazbu na správnou odpověď. 10.2 JINAK Systém zobrazí zpětnou vazbu na chybnou odpověď. 11. KDYŽ Test obsahuje další otázku. 11.1 Uživatel zvolí možnost pro přechod na další otázku. 11.2 Systém zobrazí další otázku. 11.3 Scénář případu užití pokračuje bodem 7. 12. Uživatel zvolí možnost pro přechod na vyhodnocení testu. 13. Systém provede vyhodnocení testu a zobrazí příslušné informace uživateli. 14. Uživatel zvolí možnost pro odevzdání testu. 15. Systém provede odevzdání testu a vrátí uživatele na přehled obsahu kurzu.
30
Případ užití:
Odevzdání úkolu
Uživatelé:
Student
Vstupní podmínky: 1. Uživatel se nachází na stránce s přehledem obsahu příslušného kurzu. Tok událostí: 1. Uživatel u příslušné lekce zvolí možnost pro odevzdání daného úkolu. 2. Systém zobrazí formulář pro odevzdání úkolu. 3. Uživatel zvolí možnost pro nahrání úkolu. 4. Systém zobrazí průzkumníka souborů. 5. Uživatel vybere soubor s vypracovaným úkolem. 6. KDYŽ Uživatel vybral soubor, který je větší než určený limit. 6.1 Systém uživateli nahlásí, že vybraný soubor nesplňuje požadovanou velikost. 7. JINAK Systém zobrazí název nahraného souboru. 8. Uživatel potvrdí odevzdání úkolu. 9. Systém provede odevzdání úkolu a vrátí uživatele na přehled obsahu kurzu.
7.2 Diagram komponent Diagram zobrazuje a detailněji popisuje strukturu aplikace znázorněním komponent, ze kterých se systém skládá. Komponentami jsou určité moduly zapouzdřující svůj obsah. Jednotlivé komponenty mezi sebou mohou komunikovat přes vystavovaná rozhraní. Následující diagram na Obr. 14 zachycuje strukturu navrhovaného e-learningového systému.
Obr. 14 – Diagram komponent
31
7.3 Diagram nasazení Diagram nasazení ukazuje rozložení jednotlivých softwarových komponent na hardwarových zdrojích (uzlech) a jejich spolupráci. [16] Používá se pro specifikaci fyzické architektury systému. [17] Základním prvkem diagramu jsou uzly, které jsou vzájemně propojeny komunikačními cestami. [19] Tyto uzly mohou obsahovat takzvané artefakty, které představují fyzický výskyt softwaru, obvykle soubory (zdrojové, spustitelné, skripty, dokumenty atd.) [16] Diagram nasazení existuje ve dvou verzích – obecný diagram nasazení a diagram konkrétního nasazení. V obecném diagramu nasazení představují uzly pouze typ hardwaru a komponenty typ softwaru. V diagramu konkrétního nasazení jsou jak komponenty, tak uzly přesně specifikovány a zastupují tedy konkrétní stanice. [17] Následující diagram na Obr. 15 popisuje obecné nasazení navrhovaného systému. V diagramu se vyskytují tři uzly, které představují výpočetní systém klienta, aplikační a databázový server. Klient prostřednictvím webového prohlížeče přistupuje k e-learningovému systému umístěném na aplikačním serveru. Tento server obsahuje dva kontejnery – webový a EJB20. Uvnitř webového kontejneru představujícího prezentační vrstvu se nachází zejména XHTML21 stránky a Java beany22 postavené na specifikaci CDI23. Tyto beany se starají o data zobrazovaná na webových stránkách a využívají služeb EJB kontejneru. EJB kontejner obsahuje beany vykonávající business logiku systému. Technologiemi JPA24 a JDBC25 je umožněno komunikovat s relační databází objektovým způsobem.
Obr. 15 – Diagram nasazení
20
EJB – Enterprise Java Bean, jedná se o komponentovou technologii platformy Java EE XHTML – Extensible Hypertext Markup Language, rozšiřitelný hypertextový značkovací jazyk 22 Java bean – zvláštní typ Java tříd dodržujících určité konvence 23 CDI – Contexts and Dependency Injection, Java EE technologie sjednocující programovací modely EJB a JSF 24 JPA – Java Persistence API, je standardem pro zajištění perzistence dat prostřednictvím objektově-relačního mapování 25 JDBC – Java Database Connectivity, je Java EE technologie umožňující připojení k relačním databázím 21
32
7.4 Binární datový model Za účelem vygenerování SQL skriptu pro vytvoření databáze jsem zkonstruoval binární datový model pomocí nástroje ER Modeller (viz Obr. 16).
Obr. 16 – Binární datový model
7.5 Návrh uživatelského rozhraní Grafické uživatelské rozhraní je důležitým prvkem systému, neboť má značný vliv na ergonomii jeho ovládání. Estetický dojem je pro většinu uživatelů rovněž významný, a proto se návrhu uživatelského rozhraní vyplatí věnovat dostatečnou pozornost. Vzhled webových stránek, včetně komponent GUI26, bude laděn do světle modré barvy, která působí elegantně a podle psychologických studií má uklidňující účinky.
26
GUI – Graphical User Interface, grafické uživatelské rozhraní
33
V pravém horním okraji stránky se bude nacházet jméno přihlášeného uživatele, odkaz pro odhlášení a aktuální den. Hlavní navigace mezi stránkami bude probíhat skrze záložky umístěné v horní části okna. Tento standardní způsob navigace je pokládán za intuitivní a uživatel vždy může snadno identifikovat, ve které části systému se právě nachází. K ještě snazší orientaci v systému vždy bude pod záložkami uvedena nápověda pro aktuálně označenou stránku. Ve světle šedém okně pod touto nápovědou se bude vyskytovat vlastní obsah stránek, jehož prvky budou často zobrazovány dynamicky prostřednictvím technologie AJAX27. Velmi častou grafickou komponentou bude tabulka. Akce, které bude možné provést nad objekty interpretovanými jednotlivými řádkami tabulky, budou dostupné prostřednictvím ikonových tlačítek. Tento přístup jsem zvolil z důvodu přehlednosti a úspory místa v tabulce. Aby ikony správně plnily svůj účel, musí být vhodně navržena jejich podoba. Uživatel vždy musí mít jistotu, kterou akci daná ikona představuje. Z tohoto důvodu nesmí chybět zobrazení textu s popisem akce při umístění kurzoru nad tlačítko s ikonou. Při návrhu GUI musí být také kladen důraz na jednotnost ovládání systému, neboli aby se obdobné akce vždy prováděly obdobným způsobem.
27
AJAX – Asynchronous JavaScript and XML, je obecné označení pro technologie vývoje interaktivních webových aplikací, které mění obsah svých stránek bez nutnosti jejich znovunačítání [23]
34
8 Realizace E-learningový systém byl implementován na platformě Java EE28 6 ve vývojovém prostředí NetBeans IDE29 7.1. Aplikačním serverem pro vývoj a lokální testování byl zvolen GlassFish v3, který je v tomto prostředí zabudován. Pro účely perzistence dat byla použita databáze Java DB, která je rovněž součástí instalace Netbeans IDE. Projekt obsahuje dva hlavní moduly. Prvním z nich je EJB modul, ve kterém se nachází zejména enterprise beany a třídy označované jako entity. Tento modul zajišťuje persistentní a business vrstvu a je zabalován jako JAR soubor s příponou .jar. Druhým modulem je webový modul obsahující například XHTML stránky a CDI beany. Webový modul reprezentuje aplikační a prezentační vrstvu a je zabalován do JAR souboru s příponou .war, která označuje webový archiv. Pro snadnější buildování projektu byl použit framework Maven. Každý modul proto obsahuje konfigurační soubor pom.xml. Jako referenční implementaci specifikace CDI jsem zvolil Weld, který je součástí frameworku Seam 3 a splňuje požadavek na kompatibilitu s aplikačním serverem GlassFish v3. Důležitým rozhodnutím byla volba knihovny JSF30 komponent usnadňujících implementaci uživatelského rozhraní. Mezi tyto knihovny patří například RichFaces, PrimeFaces nebo IceFaces. Každá z těchto knihoven má určité výhody a nevýhody. Nelze proto jednoznačně určit, která z nich je nejlepší. Na základě informací získaných z různých zdrojů a vlastního uvážení jsem pro implementaci uživatelského rozhraní e-learningového systému nakonec zvolil knihovnu PrimeFaces. Použité technologie jsou detailněji popsány v následující kapitole.
8.1 Použité technologie 8.1.1 Maven 2 Hlavním cílem této technologie je co nejvíce usnadnit proces buildování aplikací a zjednodušit agendu s tím spojenou. Jeho tvůrci určili následujících pět oblastí, na které se zaměřují, aby kýženého cíle dosáhli:
zjednodušení procesu buildování
poskytování jednotného systému buildování
poskytování kvalitních informací o projektu
poskytování osvědčených postupů softwarového vývoje
umožňování transparentního přechodu na nové funkcionality
28
Java EE – Java Platform, Enterprise Edition IDE – Integrated Development Environment 30 JSF – Java Server Faces, technologie platformy Java EE 29
35
Základním principem fungování Mavenu je popsání projektu pomocí POM31. Tento model popisuje softwarový projekt nejen z pohledu jeho zdrojového kódu, ale včetně závislostí na externích knihovnách, popisu procesu buildování a různých funkcí s tím spojených, jako například spouštění testů či sbírání informací o zdrojových kódech. Maven sám je postaven na modulární architektuře a funguje na principu volání jednotlivých pluginů. Sám pouze obstarává dodání a spuštění nadefinovaných pluginů. Maven nemá žádné vlastní grafické uživatelské rozhraní a běží pouze na přikazovací řádce. Pluginy tak mohou využívat všechny nástroje, které dokáží komunikovat pomocí standardních vstupů. [27] 8.1.2 Java EE 6 Java Platform, Enterprise Edition je jedna ze součástí platformy Java, která je určena zejména pro vývoj podnikových aplikací a informačních systémů. Jejím základem je platforma Java SE, nad kterou jsou definovány součásti tvořící Java EE. Původní specifikace označovaná jako J2EE byla vytvořena firmou Sun Microsystems a od její verze 1.3 se o další vývoj stará JCP32. Vznik šesté verze, která přinesla řadu novinek a vylepšení, je datován k roku 2009. 8.1.2.1 JavaServer Faces 2.0 JavaServer Faces (JSF) je jednou z početné řady technologií platformy Java EE. Tato technologie byla vyvinuta společností Sun Microsystems a hlavním důvodem jejího vzniku byla myšlenka možnosti čistšího vývoje webových aplikací. Využíváním JSF je u webové aplikace odděleno grafické uživatelské rozhraní od aplikační logiky, neboť je tato technologie postavena na konceptu MVC33. Faces jsou soubory speciálních XML34 značek, které mohou mít specifikovány odkazy na Java beany uložené na aplikačním serveru. 8.1.2.2 Enterprise JavaBeans 3.1 Technologie Enterprise JavaBeans (EJB) je součástí platformy Java EE. Byla definována firmou Sun Microsystems a jedná se o standardní komponentní architekturu, která usnadňuje vývoj rozsáhlých informačních systémů. Verze 3.1 přinesla další vylepšení této technologie, přičemž mezi nejvýznamnější z nich lze zařadit například nepovinnost vytvářet rozhraní Session bean. Enterprise beany jsou komponenty určené zejména k implementaci aplikační logiky a ke komunikaci s persistentním úložištěm nebo jinými systémy. Uloženy jsou v EJB kontejneru aplikačního serveru, který jim poskytuje zabezpečení, přístup ke zdrojům, řízení jejich životních cyklů a další služby. Technologie EJB také nabízí řadu možností řízení transakcí. Programátor si může zvolit, zda bude transakce řídit sám nebo toto řízení přenechá EJB kontejneru. Enterprise beany jsou k dispozici dvojího typu: Session a Message-driven. [28]. Session bean je komponenta, která volajícímu klientovi umožňuje vykonat určitou činnost. Jedná se vlastně o objekt, který obsahuje aplikační logiku nějakého business procesu. Instanci této komponenty je možné použít vícekrát pro více klientů. Vždy však maximálně pro jednoho klienta současně a nemůžou být sdíleny mezi ostatními klienty. To klientovi
31
POM – Project Object Model JCP – Java Community Process, proces řídící vývoj technických specifikací pro Java technologie 33 MVC – Model-View-Controller, je softwarová architektura, která rozděluje datový model aplikace, uživatelské rozhraní a řídící logiku do tří nezávislých komponent [24] 34 XML - Extensible Markup Language, značkovací jazyk určený pro strukturalizaci dat 32
36
umožňuje spravovat stav dané komponenty. Session beany nejsou persistentní, což znamená, že nedochází k jejich ukládání do datového úložiště. [29] Existují dva typy Session bean: bezstavové (stateless) a stavové (stateful). Bezstavové slouží pro obsluhu krátké konverzace, kdy je provedeno pouze jednoho volání, a není tedy třeba uchovávat stav probíhající konverzace. Naopak stavové (stateful) Session beany si uchovávají svůj konverzační stav po celou dobu trvání sezení s daným klientem. Message-driven beany aplikaci umožňují pracovat s asynchronními zprávami. Na rozdíl od Session bean neprobíhá komunikace přes rozhraní, ale pouze odesláním a následným přijetím zprávy. Jakmile kontejner dostane zprávu, aktivuje beanu, která vykoná určitou práci a poté se ukončí. Zpráva může být zaslána jakoukoliv komponentou platformy Java EE. Může tedy jít například o klienta aplikace, jinou beanu nebo webovou komponentu. [28] 8.1.2.3 Java Database Connectivity Java Database Connectivity (JDBC) je jednou ze základních technologií platformy Java EE. Její rozhraní JDBC API poskytuje unifikovaný přístup k relačním databázím. Základem konceptu JDBC je využití funkčnosti JDBC ovladače (JDBC Driver), který dotazy překládá do nativních volání databáze. Díky tomu je aplikační programátor odstíněn od specifického API databáze. Může tedy znát pouze toto jednotné rozhraní, které pak použije pro přístup k libovolné databázi poskytující JDBC ovladač. Na obrázku Obr. 17 je zobrazena velmi zjednodušená architektura JDBC, která znázorňuje základní princip této technologie. [28]
Obr. 17 – Architektura JDBC [25]
8.1.2.4 Java Persistence API Java Persistence API (JPA) je standardem pro zajištění perzistence dat prostřednictvím ORM . Tento standard je součástí Java EE, lze ho však použít i v Java SE36. Technologie JPA byla také navržena tak, aby nebyla závislá na žádné specifické databázi. 35
Dříve byla persistence dat zajišťována prostřednictvím komponent Entity EJB, které reprezentovaly data, se kterými aplikace pracovala. S příchodem EJB verze 3.0 nastala
35 36
ORM – Object-Relational Mapping, objektově-relační mapování Java SE – Java Platform, Standard Edition
37
změna, po které jsou místo těchto komponent používány obyčejné POJO37 objekty, které ke svému životu nepotřebují žádný kontejner. Zatímco entita reprezentuje tabulku v relační databázi, její instance odpovídají jednotlivým řádkám tabulky. Entity jsou běžně ve vztahu s jinými entitami. Tyto vztahy mohou být vyjádřeny anotacemi zapsanými přímo v jejich třídách. K vytváření dotazů JPA používá speciální jazyk JPQL38, který kombinuje objektový přístup s klasickým SQL39. [28] 8.1.2.5 Seam 3 Projekt Seam se snaží poskytovat plně integrovanou vývojovou platformu pro tvorbu bohatých webových aplikací založených na platformě Java EE. Jeho hlavním cílem je zajistit bezproblémovou přenositelnost aplikací mezi Java EE 6 kompatibilními aplikačními servery a současně poskytovat silnou integraci s klíčovými standardy této platformy. Na rozdíl od jeho druhé verze je Seam 3 kolekcí navzájem nezávislých a samostatně aktualizovaných modulů postavených nad CDI. Tím je zaručena vyšší míra flexibility frameworku a přenositelnost mezi prostředími, které CDI podporují. Mezi moduly frameworku Seam 3 lze nalézt například modul Solder, Config, International, JMS, Mail, Reports, Social, Persistence, Security nebo Validation. Pod záštitou projektu Seam je rovněž vyvíjena referenční implementace pro specifikaci CDI, která nese název Weld. 8.1.2.6 Primefaces 3.2 PrimeFaces je knihovna s otevřeným kódem obsahující bohatou sadu JSF komponent, jejichž počet se již dnes pohybuje přes 100 a s novými verzemi se stále zvyšuje. Komponenty mají zabudovánu podporu technologie AJAX a tvůrci PrimeFaces dbají na to, aby byly co nejvíce odlehčené, skrývaly svoji komplexitu a přitom zůstaly flexibilní. Navíc knihovna nabízí výběr z 30-ti předpřipravených témat, které lze podle libosti upravovat prostřednictvím kaskádových stylů. Instalace PrimeFaces je velmi snadná. Veškerý obsah knihovny se nachází v jediném JAR souboru, který lze stáhnout přímo z domovské webové stránky PrimeFaces nebo definováním závislosti v POM souboru používaným frameworkem Maven. Žádná další konfigurace není nutná, stačí dodržet požadavek na příslušnou verzi Java runtime a JSF. 40
Mezi další výhody knihovny PrimeFaces patří její početná komunita, propracovaná dokumentace a předváděcí web, na kterém si lze veškeré komponenty naživo vyzkoušet a rovněž shlédnout jejich zdrojový kód. 8.1.3 XHTML Jazyk XHTML (Extensible Hypertext Markup Language) je novější normou jazyka HTML. Jedná se o značkovací jazyk pro tvorbu hypertextových dokumentů v prostředí sítě Internet a využívá se pro zobrazování informací v internetovém prohlížeči. Tvůrcem tohoto 37
POJO – Plain Old Java Object, jedná se o Java objekt bez technologicky specifického rozhraní JPQL – Java Persistence Query Language 39 SQL – Structured Query Language, strukturovaný dotazovací jazyk 40 JAR – Java Archive, archivní soubor agregující zejména soubory Java tříd 38
38
jazyka je mezinárodní sdružení společností W3C (World Wide Web Consortium), které se zabývá vytvářením webových standardů. Díky tomu, že XHTML je založen na XML, dokumenty v tomto jazyce jsou snadno zobrazitelné, upravovatelné a validovatelné. [28] 8.1.4 CSS Kaskádové styly (Cascading Style Sheets) je jazyk pro popis způsobu zobrazení stránek napsaných v jazycích HTML, XHTML nebo XML. [26] I tento jazyk, stejně jako XHTML, byl navržen standardizační organizací W3C. Hlavní výhodou používání CSS je oddělení popisu vzhledu dokumentu od jeho struktury a obsahu. To je umožněno tím, že se design a formátování načítají ze souboru kaskádových stylů, který je často společný pro celý web. V případě změny designu pak stačí upravit pouze tento jeden soubor a změna se projeví na všech webových stránkách. Bez použití CSS by úprava znamenala ve všech dokumentech najít a upravit elementy, kterých by se změna týkala. To by samozřejmě bylo časově mnohem náročnější a značně nepohodlné. Kromě toho CSS nabízí širší možnosti formátování než samotné (X)HTML. [28] Další nespornou výhodou využívání této technologie je urychlení zobrazení webových stránek internetovými prohlížeči, neboť CSS soubor je ukládán do jejich mezipaměti. Pokud nedojde ke změně tohoto souboru, není nutné, aby byl opakovaně načítán.
8.2 Ukázka uživatelského rozhraní Na obrázku Obr. 18 je zobrazena stránka administrátora určená ke správě kurzů. V horní části naleznete tlačítko pro založení nového kurzu a checkbox, pomocí kterého lze zobrazit pouze aktivní záznamy. Pod těmito prvky GUI se již nachází samotná tabulka s kurzy, která umožňuje snadné řazení a filtrování jejích řádek. Poslední sloupec je vyhrazen pro ikonová tlačítka, prostřednictvím kterých lze nad příslušnými řádkami provádět operace. První tlačítko s obrázkem lupy slouží k zobrazení a případné editaci detailu kurzu. Druhé zobrazí správu seznamu studentů kurzu a třetí vede na správu lektorů kurzu. Poslední tlačítko má dvě varianty. Pokud je kurz aktivní, pak je zobrazeno tlačítko pro jeho zneaktivnění a naopak. Další ukázky uživatelského rozhraní naleznete v příloze E) Uživatelské rozhraní.
39
Obr. 18 – Uživatelské rozhraní
8.3 Ukázky zdrojového kódu 8.3.1 Entity První ukázkou implementace je příklad entity představující model předmětu používaný technologií JPA při komunikaci s databází. Důležitými anotacemi, kterými je POJO třída Predmet obohacena, jsou @Entity a @Table. Zatímco první z nich označuje, že se jedná o entitu, druhá definuje její mapování na tabulku v relační databázi. I samotné proměnné mají své anotace, které reflektují parametry jednotlivých sloupců dané tabulky. Anotací @OneToMany je poté označen vztah 1:N mezi předmětem a jeho kurzy.
40
8.3.2 EJB Z důvodu přehlednosti struktury aplikace jsem pro správu jednotlivých entit vždy založil samostatné EJB dodržující jmennou konvenci
Manager. Uvedený příklad nahlíží do zdrojového kódu správce entity předmětu. Anotace @Stateless zde označuje, že se jedná o bezstavovou Session EJB. Od verze 3.1 je možné u EJB použít anotaci @LocalBean, díky které není třeba vytvářet její interface. Na 26. řádku se nachází rozhraní EntityManager, prostřednictvím kterého probíhá interakce s persistenčním kontextem starajícím se o životní cyklus instancí entit. Pro ukázku jsem uvedl tři metody, které toto rozhraní využívají. První metoda getPredmet provádí vyhledání instance třídy Predmet podle zadaného ID. Druhá metoda využívá dotazovacího jazyka JPQL k získání předmětů s požadovanou hodnotou proměnné status. Poslední uvedená metoda pak provádí aktualizaci předmětu, který se již v databázi vyskytuje. Na řádku 49 si můžete všimnout volání operace pro uložení daného objektu po provedených změnách.
41
8.3.3 Tabulka Často používanou komponentou při tvorbě uživatelského rozhraní byla právě tabulka. Na obrázku Obr. 19 můžete shlédnout její podobu a poté prozkoumat zdrojový kód, který však uvádím pouze pro dva sloupce, přičemž v prvním z nich se nachází konec kurzu a ve druhém jedno ikonové tlačítko.
Obr. 19 – Ukázka tabulky
Na 80. řádku kódu se nachází nejdůležitější parametry elementu . Prostřednictvím parametru value se z CDI beany SpravaKurzuBean získává seznam kurzů, které mají být v tabulce zobrazeny. Parametr var definuje název proměnné, přes kterou jsou poté v jednotlivých sloupcích tabulky získávána data.
42
U elementu představujícím sloupec si můžete povšimnout parametrů sortBy a filterBy. Pouhým navedením na příslušnou proměnnou je implementováno řazení a filtrování řádek tabulky podle tohoto sloupce. Jelikož je proměnná konec typu java.util.Date, je vhodné upravit její zobrazení. K tomuto účelu lze použít konvertor s definovanou šablonou a případně i časovým pásmem. Druhý sloupec již obsahuje zmiňované tlačítko s ikonou, jehož vzhled je definován pomocí kaskádových stylů. Parametr action uvádí metodu CDI beany, která má být při jeho stisku zavolána. Po provedení volané metody dojde k vykonání skriptu zapsaném v parametru oncomplete a k aktualizaci komponenty, jejíž id je uvedeno v parametru update. V tomto případě skript provede zobrazení dialogového okna s detailem příslušného kurzu. Na řádku 103 je uvedena jedna z možností, jak lze předávat parametr při volání metody. Posledním elementem druhého sloupce je , který je přes id uvedené v parametru for provázán s tlačítkem a způsobuje zobrazení dané nápovědy při zacílení tlačítka kurzorem uživatele.
8.3.4 Grafy Z testování použitelnosti e-learningového systému (viz kapitola 9.1) vyplynulo, že vhodně zvolené grafické znázornění předkládaných informací je vítaným doplňkem uživatelského rozhraní. V aplikaci jsem použil celkem tři druhy grafů, přičemž zde uvedu dva z nich. Zatímco prvním je klasický koláčový graf, druhý je naopak trochu netradiční, neboť se 43
jedná se o graf ve tvaru tachometru. V aplikaci jsou oba zobrazovány v rámci přehledu hodnocení po provedení testu.
Obr. 20 – Ukázka grafů
Jak se můžete sami přesvědčit, začlenění PrimeFaces grafů do XHTML stránky je velmi snadné. Stačí na příslušné místo přidat následujících pár řádek kódu. Parametr value vždy odkazuje na model dat, který je v tomto případě získán z CDI beany LekceBean. Další parametry již jen ovlivňují vzhled grafu.
Nyní se dostáváme ke kódu metody pro vyhodnocení testu. Z anotací @Name a @SesssionScope lze vypozorovat, že se jedná o CDI beanu, jejíž data jsou držena vždy po dobu trvání jednoho sezení. Při volání metody vyhodnoceniTestu() se nejdříve zaznamená čas řešení testu a v případě, že test neskončil vypršením časového limitu, je uživatel informován o zastavení časomíry. Poté dochází k výpočtu výsledného hodnocení a nakonec k očekávanému nastavení modelu pro koláčový graf. Sami musíte uznat, že snazší už to být nemůže. Kód pro aktualizaci modelu tachometru ani není třeba uvádět, protože se provádí obdobně s tím rozdílem, že je nastavována pouze jedna hodnota.
44
45
9 Testování V průběhu tvorby systému bylo nezbytné průběžně testovat správné zobrazování webových stránek, protože totožné stránky mohou být různými internetovými prohlížeči interpretovány odlišně. Pro tato testování byly použity prohlížeče Opera 11.61, Mozilla Firefox 11.0 a Internet Explorer 9.0 s nastaveným kompatibilním zobrazením. Díky testování bylo docíleno toho, že ve všech těchto prohlížečích se stránky zobrazují shodně (až na drobné detaily, které nemají vliv na funkčnost systému či kvalitu designu). V závěru implementace byla s kladným výsledkem provedena kontrola, zda vytvořený systém splňuje funkční požadavky stanovené v jejich specifikaci, která je součástí 5. kapitoly s názvem Úvodní studie.
9.1 Testování použitelnosti Použitelnost systému určuje, jak snadno se v něm jeho uživatelé orientují, jak rychle pochopí jeho logiku ovládání a jaký estetický dojem u nich vyvolá. Aby uživatelé při práci se systémem netápali, je důležité, aby jeho rozhraní bylo přehledné, srozumitelné a interakce s ním co nejvíce intuitivní. Použitelnost může sám programátor odhadnout jen do určité míry a dodržování zásad HCI je pouze předpokladem dobré použitelnosti. Důležité je zaměřit se na potřeby těch, kteří budou systém používat – potenciální uživatele. Každý z nich má však trochu odlišné představy o tom, jak by měl systém ideálně vypadat a fungovat. Z tohoto důvodu se testy použitelnosti provádějí s dostatečným vzorkem těchto uživatelů. 41
Základem uživatelského testování je scénář. Tento scénář se skládá z několika úkolů, které mají participanti testů splnit. Při plnění úkolů jsou uživatelé pozorně sledováni a zaznamenávají se jejich reakce, úspěchy a případná klopýtnutí. Na základě výsledků uživatelského testování lze poté navrhnout různá doporučení pro další vylepšení vyvíjeného systému. 9.1.1 Účastníci Výběr osob pro účely testování má velký vliv na relevantnost jeho výsledků. Z tohoto důvodu jsem se nejdříve pokusil specifikovat cílové skupiny uživatelů jednotlivých částí systému. Charakteristika cílové skupiny uživatelů administrátorské a lektorské části systému:
Věk 25 – 60 let
Pedagogické zkušenosti
Alespoň základní zkušenosti s webovými aplikacemi
Charakteristika cílové skupiny uživatelů studentské části systému:
Student střední školy
Alespoň základní zkušenosti s webovými aplikacemi
41
HCI – Human-Computer Interaction, je mezioborová disciplína zabývající se problematikou interakce a komunikace mezi člověkem a počítačem
46
Oslovení kandidáti vyplnili krátký dotazník (takzvaný screener), na základě kterého bylo možné usoudit, zda spadají do požadovaných cílových skupin. Tento dotazník lze nalézt v příloze F). Celkově se testů zúčastnilo 5 osob. Kvůli zachování jejich anonymity byli testeři administrátorské části označeni zkratkami A1 a A2, testeři lektorské části L1 a L2 a nakonec testeři studentské části S1-S3. 9.1.2 Testovací prostředí Testování probíhalo s využitím notebooku na několika různých místech. Vždy se však jednalo o místnost, ve které se mnou byla přítomna pouze testovaná osoba. V roli moderátora jsem do průběhu testu vstupoval pouze v případě, když uživatel potřeboval pomoc. Během testu jsem si zapisoval poznámky o jeho průběhu. 9.1.3 Test použitelnosti administrátorské části Před začátkem testovacího procesu byl vždy systém uveden do výchozího stavu, uživatel byl ze systému odhlášen a nacházel se na úvodní stránce (index.xhtml). Do úkolů, které měl participant v rámci testovacího scénáře provést, patřily následující: 1. Přihlašte se do systému jako administrátor. Vaše uživatelské jméno je „admin“ a přístupové heslo „admin“. 2. Lektor Ivan Růžička se přestěhoval a adresa jeho bydliště je nyní „Dlouhá ulice 222, Praha 3, 13300“. Proveďte tuto aktualizaci v systému. 3. Založte nový předmět „Literární seminář“ s kódem „X01LS“. 4. K nově vytvořenému předmětu založte kurz s kódem „LS1A“. Kurz začne 1.9.2012 a skončí 28.6.2013. Jelikož kurz ještě nezačal, nastavte jeho status na neaktivní. 5. Do nově založeného kurzu přidejte lektora Tomáše Pospíšila a studenty s uživatelskými jmény novakpa2, maresovasi, nemeczd a stastnada. 6. Pokuste se zjistit, kolik je v systému zaznamenáno aktivních kurzů. 7. Pokuste se zjistit, zda systémem nebyla zalogována nějaká událost typu „error“. S prvními třemi úkoly si poradili bez problémů oba participanti. Čtvrtý úkol v sobě ukrýval malou zrádnost, kterou se testujícímu uživateli A2 podařilo překonat až po jisté chvíli přemýšlení. Založený neaktivní kurz totiž není v tabulce vidět, dokud checkbox „Zobrazovat pouze aktivní kurzy“ zůstane zaškrtnutý. Pátý úkol rovněž skrýval záludnost, neboť lze do kurzu přidávat uživatele pouze podle jejich uživatelského jména. Participanti proto museli nejdříve v tabulce uživatelů vyhledat lektora Tomáše Pospíšila a zjistit jeho uživatelské jméno. A1 na řešení tohoto úkolu přišel sám a uživatele A2 stačilo postrčit malou nápovědou. Šestý úkol splnili oba participanti bez problémů, ačkoliv k jeho řešení přistoupili odlišně. Zatímco A1 zjistil počet aktivních kurzů ze statistik, A2 je sám spočítal z tabulky kurzů. Poslední úkol participanti rovněž řešili odlišným způsobem. A1 využil možnosti filtru a okamžitě odhalil chybovou systémovou událost. A2 ji našel listováním na páté straně tabulky.
47
Testování proběhlo bez závažných problémů. Oba uživatelé se v systému rychle zorientovali a téměř všechny úkoly se jim podařilo splnit bez mé pomoci. Byl však mezi nimi znát rozdíl ve zkušenostech s podobnými systémy. Zatímco participant A1 řešil úkoly efektivnějším způsobem, A2 dával přednost listování v tabulkách. Z testu vyplynulo, že by stálo za zvážení rozšíření možností, jak vybrat uživatele pro přidání do kurzu. 9.1.4 Test použitelnosti lektorské části Před začátkem testovacího procesu byl vždy systém uveden do výchozího stavu, uživatel byl ze systému odhlášen a nacházel se na úvodní stránce (index.xhtml). Do úkolů, které měl participant v rámci testovacího scénáře provést, patřily následující: 1. Přihlašte se do systému jako lektor. Vaše uživatelské jméno je „lektor“ a přístupové heslo „lektor“. 2. Kurzu s názvem „Anglický jazyk 2.A“ založte lekci s názvem „10. lekce“. 3. Ve vytvořené 10. lekci založte nový výukový materiál s libovolným názvem, typem a popisem. Založenému materiálu přidejte přílohu phone_conversation.pdf, která se nachází na ploše počítače. 4. Ve vytvořené 10. lekci založte zadání testu s názvem „Test“, heslem „heslo“, časovým limitem 5 minut a s jednou nápovědou. Test bude obsahovat otázku se zněním „Beef is a meat from:“ a možnostmi odpovědi „a chicken“ (chybná) a „a cow“ (správná). Správná odpověď bez nápovědy bude hodnocena třemi body, správná odpověď s nápovědou jedním bodem a za špatnou odpověď bude jeden bod odečten. 5. Uživateli Jan Fiala zkontrolujte odevzdaný úkol kurzu „Anglický jazyk 2.A“ a poté ho libovolně ohodnoťte. Po bezproblémovém přihlášení, založení nové lekce a výukového materiálu s přílohou se participanti propracovali k náročnějšímu čtvrtému úkolu. Po úspěšném založení zadání testu a volbě přidání otázky byli nejdříve trochu zaskočeni množstvím prvků formuláře, ale po chvíli se oba zorientovali a vyplnili ho dle zadání úkolu. Dalším krokem mělo být založení možností odpovědi na vytvořenou otázku. Zatímco participant L1 úkol dokončil během dvou minut, participantovi L2 to trvalo o něco déle, ale o radu nepožádal a nakonec úkol také vyřešil. Bezesporu největší komplikace nastala při řešení posledního úkolu. Odevzdaný úkol studenta Fialy byl oběma uživateli nalezen, problém však nastal při otevírání staženého souboru. Přestože je soubor s úkolem typu PDF, stahován je s nesprávnou příponou HTM. Toto chování bohužel nelze v současné chvíli snadno napravit, protože se jedná o chybu PrimeFaces42 komponenty fileDownload. S posledním krokem pátého úkolu, kterým bylo ohodnocení studentova úkolu, si oba participanti hravě poradili. Až na nepříjemnost se stahováním souborů dopadl test použitelnosti lektorské části výborně. Pouze jednomu z participantů trvalo trochu déle vytvoření možností odpovědi. Zakládání dalších otázek by už však podle jeho slov bylo o poznání rychlejší. Z toho lze usuzovat, že křivka učení práce se systémem je strmá.
42
PrimeFaces – knihovna poskytující bohatou sadu Java Server Faces komponent pro snazší tvorbu uživatelského rozhraní
48
9.1.5 Test použitelnosti studentské části Před začátkem testovacího procesu byl vždy systém uveden do výchozího stavu, uživatel byl ze systému odhlášen a nacházel se na úvodní stránce (index.xhtml). Do úkolů, které měl participant v rámci testovacího scénáře provést, patřily následující: 1. Přihlašte se do systému jako student. Vaše uživatelské jméno je „student“ a přístupové heslo „student“. 2. Zjistěte, kteří lektoři vedou Váš kurz „Anglický jazyk 2.A“. 3. Přečtěte si přílohu výukového materiálu „Telefonní konverzace“, který se nachází v první lekci kurzu „Anglický jazyk 2.A“. 4. Vytvořte a odevzdejte libovolný textový dokument jako řešení úkolu „Telefonní konverzace – domácí úkol“. Obsahem odevzdávaného dokumentu se nemusíte příliš zabývat. 5. Splňte test „Doplňovací test“, který rovněž najdete v první lekci kurzu „Anglický jazyk 2.A“. Odpovědi můžete označovat náhodně, neboť správnost řešení není důležitá. Po přihlášení do systému se participanti pustili do řešení druhého úkolu. S2 se jméno lektora neúspěšně pokoušel najít na stránce „Obsah kurzu“, na kterou byl po přihlášení do systému přesměrován. Nakonec však stejně jako zbylí účastníci testu přešel na stránku s přehledem kurzů, kde poté u příslušného kurzu zvolil možnost pro zobrazení seznamu lektorů. Při plnění třetího úkolu nastala komplikace obdobná té, která se objevila během testování použitelnosti lektorské části při řešení pátého úkolu. Participant S3 si všiml nesprávného typu souboru již při jeho stahování, ale ostatní na chybu přišli až po neúspěšném pokusu o jeho otevření. Další úkol naopak spočíval v nahrání souboru do systému. Řešení tohoto úkolu se obešlo bez problémů a participanti se hned poté dostali k doplňovacímu testu. U zadání pátého úkolu jsem záměrně zamlčel, že ke spuštění testu je vyžadováno heslo. Tato informace však byla uvedena v textu na úvodní stránce testu. Zatímco participanti S1 a S3 si úvod testu přečetli a heslo správně vyplnili, S2 se rovnou pokusil test spustit. Po obdrženém chybovém hlášení heslo objevil, na příslušném místě vyplnil a poté již test úspěšně spustil. Po spuštění participanty zaujal zejména informační panel, který se nachází v horní části okna a poskytuje přehled o aktuálním stavu probíhajícího testu. Participant S1 přímo uvedl, že s grafem v podobě tachometru se ještě nesetkal a že se mu nápad líbí. Ačkoliv jsem v zadání úkolu uvedl, že správnost odpovědí není důležitá, všichni participanti se snažili získat co nejlepší hodnocení a sledovali pohyb ručičky na tachometru. Každý z participantů si v průběhu řešení testu vyzkoušel alespoň jednu nápovědu, která jim pomohla ve výběru odpovědi. Po zodpovězení poslední otázky se testujícím uživatelům zobrazilo vyhodnocení testu, které všichni označili za přehledné. Test použitelnosti studentské části podle mého názoru až na výjimku s otvíráním uloženého souboru dopadl výborně. V případě testu bylo na participantech znát, že je jeho řešení bavilo. Jako velmi pozitivní zjištění vnímám zájem o sledování grafu v podobě tachometru, který během řešení udává aktuálně dosažené hodnocení, neboť tento jev dokazuje, že podoba uživatelského rozhraní může ovlivnit studentovu motivaci dosáhnout lepšího výsledku.
49
10 Závěr Tato diplomová práce se zabývala vývojem e-learningového systému určeného pro podporu výuky na středních školách. Před provedením analýzy a návrhu vlastního systému bylo důležité získat co nejvíce informací o problematice elektronické výuky. Za tímto účelem jsem se pokusil zjistit, v jakém stavu se e-learning nachází na českých středních školách, a rovněž jsem si v rámci rešerše vyzkoušel, jak se pracuje s některými v současnosti používanými e-learningovými systémy. Analýze a návrhu jsem věnoval velkou pozornost, neboť se jedná o velmi důležité fáze vývoje projektu. Pomocí jazyka UML jsem navrhovaný systém namodeloval a vymezil jeho pomyslné hranice. Na základě výstupů analýzy a návrhu jsem poté provedl implementaci vlastního systému na platformě Java EE 6. Nejprve však bylo nezbytné seznámit se s řadou technologií, frameworků a knihoven. Z tohoto důvodu byla implementační fáze značně časově náročná. Na druhou stranu musím uznat, že nebýt této diplomové práce, asi bych se nesetkal s JSF komponentovou knihovnou PrimeFaces, kterou jsem si velmi oblíbil. U jakéhokoliv systému je důležité, aby splňoval požadavky těch uživatelů, kteří se s ním dostávají do styku. Nedostatky systému jsem se proto snažil odhalit testováním použitelnosti. Testy jsem provedl s pěti uživateli vybranými pomocí takzvaného screener formuláře a jejich výsledky bych označil za velmi dobré. Na úplný závěr bych rád konstatoval, že se navrhovaný e-learningový systém podařilo úspěšně realizovat. Aplikace poskytuje funkce pro správu uživatelů, předmětů, kurzů, lekcí, výukových materiálů, úkolů a rovněž umožňuje provádět kvízové testy. Ačkoliv se jedná o prototyp, aplikace je snadno rozšiřitelná a proto nic nebrání k jejímu případnému dalšímu rozvoji.
50
11 Literatura [1] KOPECKÝ, Kamil. E-learning (nejen) pro pedagogy. 1. vyd. Olomouc: HANEX, 2006, 125 s. ISBN 80-857-8350-9. [2] PRŮCHA, Jan, Eliška WALTEROVÁ a Jiří MAREŠ. Pedagogický slovník. 6., rozš. a aktualiz. vyd. Praha: Portál, 2009, 395 s. ISBN 978-807-3676-476. [3] ZOUNEK, Jiří. E-learning - jedna z podob učení v moderní společnosti. Vyd. 1. Brno: Masarykova univerzita, 2009, 161 s. ISBN 978-80-210-5123-2. [4] HORTON, William K. E-learning by design. San Francisco: Pfeiffer, c2006, 596 s. ISBN 07-879-8425-6. [5] STŘÍTESKÁ, Hana. Historie e-learningu v České republice. [online]. 2003[cit. 2012-0307]. Dostupné z: http://www.fi.muni.cz/usr/jkucera/pv109/2003p/xstrites.htm [6] SLOMAN, Martyn. Training in the age of the learner. London: Chartered Institute of Personnel and Development, 2003. ISBN 978-085-2929-919. [7] FEE, Kenneth. Delivering e-learning: a complete strategy for design, application and assessment. Philadelphia: Kogan Page, 2009, 180 s. ISBN 07-494-5397-4. [8] PEJŠA, Jan. LCMS a LMS, vývoj kurzů. [online]. [cit. 2012-03-07]. Dostupné z: http://www.kontis.cz/soubory/LMS_LCMS.pdf [9] Sylabus. In: Wikipedie: Otevřená encyklopedie [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 13.12.2011 [cit. 2012-03-07]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Sylabus [10] Moodle Statistics. MOODLE. [online]. [cit. 2012-03-07]. Dostupné z: http://moodle.org/stats [11] PRAGODATA CONSULTING, s.r.o. Moodle.cz [online]. [cit. 2012-03-07]. Dostupné z: http://moodle.cz/ [12] STEHLÍKOVÁ, Jana. Zkušenosti s využitím e-learningu na českých středních školách [online]. Mendelova univerzita v Brně, Institut celoživotního vzdělávání, 2011[cit. 2012-0307]. Dostupné z: http://everest.natur.cuni.cz/konference/2011/prispevek/stehlikova_prispevek.pdf [13] VLASÁKOVÁ, Kateřina. Učitelé potřebují zlepšit angličtinu a počítačovou gramotnost. MEDIAFAX [online]. 21.12.2010 [cit. 2012-03-07]. Dostupné z: http://www.mediafax.cz/domaci/3144416-Ucitelepotrebuji-zlepsit-anglictinu-a-pocitacovougramotnost [14] STRAKA, Jiří. Využití informačních technologií učiteli na středních školách. Metodický portál RVP: inspirace a zkušenosti učitelů [online]. 24.11.2011 [cit. 2012-03-07]. Dostupné z: http://clanky.rvp.cz/clanek/o/o/14305/VYUZITI-INFORMACNICH-TECHNOLOGIIUCITELI-NA-STREDNICH-SKOLACH.html/ [15] Unified Modeling Language. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation [cit. 2012-03-08]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/Unified_Modeling_Language 51
[16] BUCHALCEVOVÁ, Alena, Jarmila PAVLÍČKOVÁ a Luboš PAVLÍČEK. Základy softwarového inženýrství: materiály ke cvičení. Vyd. 1. Praha: Oeconomica, 2007, 221 s. ISBN 978-80-245-1270-9. [17] ARLOW, Jim a Ila NEUSTADT. UML 2 a unifikovaný proces vývoje aplikací: objektově orientovaná analýza a návrh prakticky. Vyd. 1. Překlad Bogdan Kiszka. Brno: Computer Press, 2007, 567 s. ISBN 978-80-251-1503-9. [18] WWW. In: Wikipedie: Otevřená encyklopedie [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2012-03-09]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Www [19] FOWLER, Martin. UML distilled: a brief guide to the standard object modeling language. 3rd ed. Boston: Addison-Wesley, c2004, 175 s. ISBN 03-211-9368-7. [20] OBJECT MANAGEMENT GROUP, Inc. OMG Unified Modeling Language (OMG UML), Superstructure, V2.1.2: OMG Available Specification without Change Bars [online]. 2007-11-02 [cit. 2012-03-10]. Dostupné z: http://www.omg.org/spec/UML/2.1.2/Superstructure/PDF/ [21] Workflow. In: Wikipedie: Otevřená encyklopedie [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2012-03-10]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Workflow [22] RUMBAUGH, James, Ivar JACOBSON a Grady BOOCH. The unified modeling language reference manual. 2nd ed. Boston: Addison-Wesley, c2005, 721 s. ISBN 03-2124562-8. [23] Ajax. In: Wikipedie: Otevřená encyklopedie [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2012-04-07]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/AJAX [24] Model-view-controller. In: Wikipedie: Otevřená encyklopedie [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2012-04-08]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Model-view-controller [25] ŠEDA, Jan. Interval.cz [online]. 2003-3-4 [cit. 2012-04-08]. Dostupné z: http://interval.cz/clanky/uvod-do-jdbc/ [26] Kaskádové styly. In: Wikipedie: Otevřená encyklopedie [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2012-04-08]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Cascading_Style_Sheets [27] Apache maven. In: Wikipedie: Otevřená encyklopedie [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2012-04-08]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Apache_maven [28] BUKOVSKÝ, Michal. Informační systém autoškoly [online]. Praha, 2008 [cit. 2012-0409]. Dostupné z: https://dip.felk.cvut.cz/browse/pdfcache/bukovm2_2008bach.pdf. Bakalářská práce. ČVUT, Fakulta elektrotechnická. [29] VEČEŘA, Martin. Komponenta Session beans v JBoss. In: Root.cz [online]. 2008 [cit. 2012-04-09]. Dostupné z: http://www.root.cz/clanky/komponenta-session-beans-v-jboss/
52
12 Přílohy A) Seznam použitých zkratek AJAX CASE CBT CDI CD-ROM CSS EJB GUI HCI HTML ICT IDE ITS JAR Java EE Java SE JCP JDBC JPA JPQL JSF LCMS LMS MVC ORM PDF PHP POJO POM SCORM SQL UML W3C WWW XHTML XML
Asynchronous JavaScript and XML Computer Aided Software Engineering Computer-Based Training Contexts and Dependency Injection Compact Disc Read-Only Memory Cascading Style Sheets Enterprise Java Bean Graphical User Interface Human-Computer Interaction HyperText Markup Language Information and Communication Technologies Integrated Development Environment Intelligent Tutoring System Java Archive Java Platform, Enterprise Edition Java Platform, Standard Edition Java Community Process Java Database Connectivity Java Persistence API Java Persistence Query Language JavaServer Faces Learning Content Management System Learning Management System Model-View-Controller Object-Relational Mapping Portable Document Format Hypertext Preprocessor (původně Personal Home Page) Plain Old Java Object Project Object Model Shareable Content Object Reference Model Structured Query Language Unified Modeling Language World Wide Web Consortium World Wide Web Extensible HyperText Markup Language Extensible Markup Language
53
B) Obrázky rešerše e-learningových systémů
Obr. 21 – Claroline, kvízová otázka cvičení
Obr. 22 – Claroline, přehled uživatelů kurzu
54
Obr. 23 – Claroline, učební osnova kurzu
Obr. 24 – Dokeos, přehled dokumentů
55
Obr. 25 – Dokeos, tvorba otázky testu
Obr. 26 – Dokeos, zadání nového úkolu
56
Obr. 27 – Moodle, kvízová otázka
Obr. 28 – Moodle, anketa
57
C) Diagramy případů užití
Obr. 29 – Hlavní případy užití
58
Obr. 30 – Případy užití administrátora
59
Obr. 31 – Případy užití lektora
60
Obr. 32 – Případy užití studenta
Obr. 33 – Správa zadání úkolů lekce
61
Obr. 34 – Správa uživatelů
62
Obr. 35 – Správa kurzů
63
Obr. 36 – Správa lekcí kurzu
64
Obr. 37 – Správa výukových materiálů lekce
65
Obr. 38 – Správa zadání testů lekce
66
Obr. 39 – Řešení testu
67
D) Diagramy aktivit
Obr. 40 – Vytvoření obsahu kurzu
68
Obr. 41 – Vytvoření zadání testu
69
Obr. 42 – Řešení testu
70
E) Uživatelské rozhraní
Obr. 43 – Přihlášení uživatele do systému
Obr. 44 – Založení nového studenta
71
Obr. 45 – Přehled obsahu kurzu
Obr. 46 – Řešení testu
72
Obr. 47 – Vyhodnocení testu
Obr. 48 – Přehled hodnocení studentů
73
F) Screener Datum: Participant:
1. Uveďte prosím Váš věk: 2. Uveďte, zda máte pedagogické zkušenosti. Nehodící se škrtněte:
ANO / NE
3. Uveďte, zda studujete střední školu. Nehodící se škrtněte:
ANO / NE
4. Používáte-li Internet, křížkem označte služby/weby, které využíváte/navštěvujete: E-mail E-learningový systém Diskusní fórum On-line obchod Sociální síť Jiné
74
G) Obsah přiloženého média \ |-| |-| |-| |--
bukovmi4_2012dipl.pdf
- dokument diplomové práce
bukovmi4-x36dip.zip
- archiv s projektem NetBeans
bukovmi4-prirucka.pdf
- příručka k systému
bukovmi4-sql.sql
- SQL skripty
75
