Учебно-исследовательская работа

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра автоматизированных систем управления (АСУ)

М.Ю. Катаев

УКАЗАНИЯ ПО УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ

для бакалавров по направлению 230100.62 «Информатика и вычислительная техника»

2014

Корректор: Осипова Е.А.

Катаев М.Ю.

Указания по учебно-исследовательской работе для бакалавров по направлению 230100.62 «Информатика и вычислительная техника». — Томск: Факультет дистанционного обучения, ТУСУР,

2014. — 283 с.

© Катаев М.Ю., 2014 © Факультет дистанционного

обучения, ТУСУР, 2014

	3
	йЙгДЗгЦзаЦ
Введение................................................................................................		6
1 Подготовка к проведению научного исследования....................		11
1.1	Объектная область, объект и предмет ...................................	11
1.2	Тема, проблема и актуальность исследования......................	12
1.3	Изучение научной литературы и уточнение темы ...............	14
1.4	Элементы исследований..........................................................	16
1.5	Определение методов исследования......................................	18
2 Проведение научного исследования.............................................		22
2.1	Этапы научного исследования................................................	22
2.2	Информационная проработка темы .......................................	24
2.3 Видыи методика проведенияинформационного поиска.......		29
3 Оформление научно-исследовательской работы........................		31
3.1	Оформление результатов исследовательской работы..........	31
3.2	Правила оформления списка литературы..............................	34
3.2.1 Схема библиографического описания документа
	для списка литературы......................................................	35
3.2.2 Схема аналитического описания документа
	для списка литературы......................................................	38
4 Защита результатов исследования................................................		52
4.1	Доклад........................................................................................	52
4.2	Подготовка мультимедийных презентаций...........................	55
5 Программный проект......................................................................		59
5.1	Виды программного обеспечения и их характеристики......	59
5.2	Жизненный цикл программного средства.............................	70
5.3	Техническая документация.....................................................	74
5.3.1 Подготовка документации на программные
	средства в соответствии с ГОСТом.................................	76
5.3.2 Стандарты комплекса ГОСТ 34 .......................................		87
6 Универсальный язык моделирования UML.................................		92
6.1	Общие сведения об UML.........................................................	92
6.2	Краткое описание UML .........................................................	101
6.3 UML-диаграммы.....................................................................		106
6.3.1 Основные понятия диаграмм классов UML .................		107
6.3.2 Связи-ассоциации............................................................		112

	4
6.3.3 Сущности..........................................................................		117
6.3.4 Отношения........................................................................		120
6.4	Краткое описание работы в Umbrello UML Modeller ........	122
6.4.1 Пользовательский интерфейс.........................................		122
6.4.2 Создание, загрузка и сохранение моделей....................		124
6.4.3 Импорт и генерация кода................................................		131
7 Разработка технического задания...............................................		132
7.1	Общие сведения о техническом задании.............................	132
7.2	Рекомендации по оформлению ТЗ.......................................	136
7.3	Примеры технических заданий.............................................	153

7.3.1Техническое задание на разработку программного продукта построения графика функций одного

	аргумента..........................................................................	153
7.3.2 Техническое задание на разработку программного
	продукта учета успеваемости студентов.......................	156
7.3.3 Пример разработки и внедрения информационно-
	аналитической системы...................................................	158
8 Принципы проектирования программных систем....................		164
8.1	Общие сведения о проектировании программных
	систем.......................................................................................	164
8.2	Понятие архитектуры программного обеспечения............	166
8.3	Объектная модель...................................................................	167
8.4	Анализ и проектирование программного обеспечения........	170
8.5	Технологические аспекты проектирования
	программного обеспечения....................................................	179
8.6	Объектная декомпозиция......................................................	182
9 Методические указания к выполнению учебно-
исследовательской работы..........................................................		187
9.1	Задания для первого семетра................................................	188
9.2	Задания для второго семестра...............................................	204
9.3	Варианты заданий ..................................................................	206
Литература........................................................................................		216
Приложение А ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85) Схемы
алгоритмов, программ, данных и систем, обозначения
условные и правила выполнения ...................................................		217

5
Приложение Б ГОСТ 34.601-90 Комплекс стандартов
на автоматизированные системы. Автоматизированные
системы. Стадии создания..............................................................	239
Приложение В ГОСТ 19.201-78 Техническое задание.
Требования к содержанию и оформлению ...................................	246
Приложение Г ГОСТ 7.32-2001 Система стандартов
по информации, библиотечному и издательскому делу.
Отчет о научно-исследовательской работе. Структура
и правила оформления.....................................................................	249
Приложение Д ГОСТ Р (ИСО/МЭК 12119-2000)
Информационная технология «Пакеты программ».
Требования к качеству и тестирование.........................................	265

6

ЗЗЦСЦзаЦ

Ни одна сфера духовной культуры не оказала столь существенного и динамичного влияния на общество как наука. Наука разрушила многие наши представления, идущие из далекого прошлого, существенно изменила состояние нашего сознания.

Понятие «наука» имеет несколько определений, это:

–сфера человеческой деятельности, функция которой — выработка и теоретическая систематизация объективных знаний

одействительности;

–одна из форм общественного сознания;

–деятельность по получению нового знания для определения научной картины мира;

–особый тип знаний об объекте, который в конечном счете дан эмпирически.

Особенность научных знаний человека заключается в глубоком проникновении в суть явлений и в их теоретическом описании. Буквальное значение слова «наука» — знание (Краткий словарь по философии). Однако не любое знание может быть научным. Научное знание начинается только тогда, когда за совокупностью фактов осознается закономерность — всеобщая и необходимая связь между ними, что позволяет объяснить, почему данное явление протекает так, а не иначе, предсказать дальнейшее его развитие.

Исследования и наука объединены в одно целое, неразрывное состояние. При исследовательской деятельности определяющим является подход, а не число источников информации (книги, статьи, Интернет-страницы, программы, ГОСТы и др.), на основании которых выполнена работа. На основании информационных источников можно выполнить реферативную, исследовательскую и практическую работу. Самое главное, что эти три составляющие являются неразрывными и определяющими само исследование, как целое.

Реферат ни в коем случае не должен отражать субъективных взглядов студента, его готовившего, по тематике исследований, а также давать оценку изученной информации. Суть реферативной работы — в поиске первоисточников, наиболее полно освещаю-

7

щих выбранную исследовательскую проблему. Специфика реферата — в том, что в нем нет развернутых доказательств, рассуждений, он отвечает на вопрос о том, что нового, существенного содержится в направлении выбранных исследований, приводится сравнительный анализ различных подходов к решению проблемы, определение цели и задач исследований. Реферат может рассматриваться как один из этапов исследовательской работы, но не заменитель ее.

Суть исследовательской работы состоит в сопоставлении данных первоисточников, их творческом анализе и проводимых на его основании новых выводов, полученных в ходе изучения определенной заранее предметной области. Под исследовательской деятельностью в целом понимается такая форма организации работы, которая связана с решением учащимся исследовательской задачи с неизвестным заранее решением. Учебно-иссле- довательская деятельность — это деятельность, главной целью которой является образовательный результат, она направлена на обучение учащихся, развитие у них исследовательского типа мышления и практических навыков. Главное здесь не овладение новыми, ранее совсем неизвестными фактами, а понимание и изучение алгоритма ведения исследования, определение навыков, которые могут быть затем использованы в исследовании любой сложной задачи.

Внастоящем пособии сделана попытка рассмотреть весь процесс подготовки учебной исследовательской работы, начиная

свыбора темы исследования до подготовки материалов, ее представляющих.

Врезультате изучения курса будут получены компетенции:

1.Аналитические:

–умение ставить исследовательские задачи, определять объект и предмет исследования, выделять и уточнять исследовательскую проблему;

–формулировать цели и задачи предполагаемого проекта, планировать работу с ним;

–умение выбирать понятия для описания и решения исследовательской проблемы и работать с ними;

–освоение алгоритма разработки программы исследования;

–навыки написания и редактирования научных текстов.

8

2. Системные:

–способность к самостоятельной работе, сбору необходимой информации (в том числе — поиску источников информации);

–способность к анализу и критической оценке существующей литературы;

–способность к выработке оптимальных исследовательских стратегий с учетом имеющихся ограничений;

–базовые навыки написания научных текстов и подготовки устных презентаций, в том числе — умение правильно оформить научно-справочный аппарат.

3. Коммуникационные:

–развитие навыков профессиональной коммуникации в контексте подготовки реферата, доклада, презентации,

–способность представить программу собственного исследовательского проекта в устной и письменной формах.

Этапы учебно-исследовательской деятельности учащихся предполагают получение ими определенных знаний и умений:

1. В ходе исследования организуется поиск в какой-то области, формулируются отдельные характеристики итогов работ.

Вэтом случае и отрицательный результат есть тоже результат. Логика построения исследовательской деятельности включает формулировку проблемы исследования, выдвижение гипотезы (для решения этой проблемы) и последующую экспериментальную или модельную проверку выдвинутых предположений.

2. Умение видеть проблему приравнивается к проблемной ситуации и понимается как возникновение трудностей в решении проблемы при отсутствии необходимых знаний и средств; умение ставить вопросы можно рассматривать как вариант, компонент умения видеть проблему; выдвижение гипотезы — это формулирование возможного варианта решения проблемы, который проверяется в ходе проведения исследования; структурирование текстов является частью умения работать с текстом, которое включает достаточно большой набор операций; умение давать определение понятиям — это логическая операция, которая направлена на раскрытие сущности понятия либо установление значения термина.

3. Умение выделять из материала сущностное, которое будет использовано в исследовании; определять параметры (показателей количественных и качественных); формулировать вопросы,

9

предлагаемые для решения, обсуждения и пр.; наблюдать; проводить эксперименты; делать выводы и умозаключения; организовать наблюдения, планирование и проведение простейших опытов для нахождения необходимой информации и проверки гипотез; использовать разные источники информации; обсуждать и оценивать полученные результаты и применять их к новым ситуациям; умение делать выводы и заключения; умение классифицировать; структурировать материал; объяснять и доказывать, защищать результаты проделанной работы, принять стороннюю оценку полученных результатов.

В книге [1] написано: «Программист, подобно поэту, работает почти непосредственно с чистой мыслью. Он строит свои замки в воздухе и из воздуха, творя силой воображения. Трудно найти другой материал, используемый в творчестве, который столь же гибок, прост для шлифовки или переработки и доступен для воплощения грандиозных замыслов». Некоторые психологи, которые работают с программистами, идут дальше и даже утверждают, что программирование — это высшая форма творчества [2].

Творчество в программировании начинается с определения целей программы и заканчивается только тогда, когда в ее коде, написанном на каком-либо языке программирования, поставлена последняя точка с запятой. Попытки разделять программистов на творческую элиту, архитекторов и проектировщиков, и нетворческих программистов-кодеров не имеют под собой объективных оснований. Даже если алгоритм программы строго определен математически, два разных программиста его закодируют поразному, и полученная программа будет иметь разные потребительские качества.

Разработка программных средств имеет ряд специфических особенностей:

•Разработка программы содержит определенные этапы формализации на всех этапах жизни программы (использование ГОСТов и др. регламентных документов).

•Разработка программного обеспечения это творческая, исследовательская работа, которая, с одной стороны, сугубо индивидуальна, а с другой стороны, четко регламентирована.

•Абстракции сопутствуют программисту на всех уровнях разработки программы от описания ее целей до исполняемого

10

машинного кода. В зависимости от сложности программы этих уровней могут быть единицы, десятки или сотни и на каждом уровне абстракций их деталей становится все больше и больше.

•Обязательным шагом в каждом процессе (этапе) разработки ПС должна быть проверка правильности принятых решений.

•Разработка программы заканчивается получением продукта, который передается пользователям.

На большинство из указанных выше особенностей разработки программного обеспечения указывается в данном учебном пособии. Задачей курса является пройти основные этапы разработки программного обеспечения, от зарождения идеи до написания текста программы и документации.