Взаимодействие маплетов с базами данных в форматах txt и xsl в аналитической системе тестирования

ВЕСТНИК ТГГПУ. 2011. №3

УДК 004.9;519.8;13.02

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МАПЛЕТОВ С БАЗАМИ ДАННЫХ В ФОРМАТАХ TXT И XSL В АНАЛИТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ТЕСТИРОВАНИЯ

© Г.Р.Адиятуллина, Ю.Г.Игнатьев

Описана реализация связи Maplet-приложений с базами данных в системе аналитического тестирования знаний на основе в СКМ Maple.

Ключевые слова: математическое моделирование, системы компьютерной математики, система аналитического тестирования, базы данных.

1. Введение

В работе [1] авторами были описаны принципы моделирования системы аналитического тестирования [2] на основе математического пакета Maple. В частности, были рассмотрены возможности приложения Maple - маплетов для создания интерактивной среды тестирования. При этом остались открытыми вопросы взаимодействия системы тестирования с тьюторами в условиях модульной, балльно-рейтинговой технологии обучения. В этой статье мы рассмотрим эти вопросы, связанные с необходимостью импорта и экспорта баз данных, представленных в файлах txt или xls, в маплеты, весьма слабо освещенные в научной литературе.

2. Работа с текстовыми файлами в СКМ Maple

Обмен информацией между Maple и внешней средой чаще всего осуществляется через файлы текстового формата, поскольку именно с такими файлами могут работать практически все программы [3].

Для работы с текстовыми файлами в Maple имеется пакет FileTools. Кроме общих команд, в пакете содержится два модуля Text и Binary. Модуль Text содержит команды для работы с текстовыми файлами. Модуль Binary - команды для работы с файлами, содержащими бинарные данные.

Для открытия и закрытия тестовых файлов служат команды Open(name) и Close(name) соответственно, где name - имя файла, который необходимо открыть или закрыть.

Команды WriteCharacter, WriteFloat, Writeln-teger, WriteLine, WriteString служат для записи в файл данных определенного типа. Команды ReadCharacter, ReadFloat, Readlnteger, ReadLine, ReadString, ReadNextFloat, ReadNextlnteger применяются для чтения из файла данных определенного типа. Команды CountCharacters, Count-Floats, Countlntegers, CountLines используются для подсчета количества элементов определен-

ного типа в файле. В пакете имеются и другие команды для работы с текстовыми файлами.

3. Взаимодействие СКМ Maple и MS Excel

Кроме работы с текстовыми файлами в Maple имеется возможность работы с файлами офисного приложения MS Excel. Команды, позволяющие осуществить обмен данными между этими приложениями, содержатся в пакете ExcelTools.

Команда Export(R, file, sheet, cell) производит запись вектора R в файл file в ячейку cell листа sheet.

Команда Import(file, sheet, cells) осуществляет чтение данных из файла file из ячеек cells листа sheet.

Описанные команды работают только из стандартного рабочего листа Maple.

4. Принципиальная схема системы аналитического тестирования

В работе [1] была описана принципиальная схема системы аналитического тестирования, включающая несколько специализированных библиотек. Мы переименовали некоторые библиотеки, дали им более общие названия. Также в систему были включены текстовые файлы, содержащие наборы индивидуальных заданий по темам, и файлы приложения MS Excel, содержащие списки студентов по группам, и файлы, хранящие максимальные баллы за задания в тестах по модулям. Maplet-приложение было расширено с учетом нескольких траекторий движения и новых возможностей.

Библиотека Etalon содержит процедуры, предназначенные для нахождения эталонного решения задачи. Эта библиотека предназначена для преподавателей. Она позволяет подготавливать индивидуальные задания для студентов и демонстрационные материалы для проведения занятий. Библиотека Check содержит процедуры, предназначенные для проверки решений индивидуальных заданий, полученных студентами, а также для проверки и оценивания результатов тестирования студентов. Эти процедуры обращаются к процедурам библиотеки Etalon для на-

хождения эталонного решения, а затем проверяют правильность проверяемого решения путем нахождения разности двух решений. Кроме этого, при выполнении некоторых процедур данной библиотеки происходит обращение к данным, содержащимся в Excel файлах. Данная библиотека предназначена для преподавателей и студентов. Преподавателям она помогает проверять выполненную студентами работу, а студентам -осуществлять самоконтроль в процессе решения индивидуальных заданий. Библиотека Tasks включает в себя процедуры, позволяющие обратиться к файлам, содержащим готовые наборы индивидуальных заданий для студентов. Данная библиотека используется и преподавателем, и студентами. Для накопления и хранения заданий используются файлы с расширением .txt. Библиотека MarkScale предназначена для преподавателей. Она содержит процедуры, позволяющие определить вес задачи, задать шкалу оценивания, а также выставить студенту окончательную оценку. При работе процедур данной библиотеки происходит обращение к процедурам библиотек Etalon и Check и Tasks. Маплет обращается к той или иной библиотеке в зависимости от выбранной траектории. Создано две траектории - преподавателей и студентов, которым соответствуют две подсистемы. Траектория студента, в свою очередь, разделена еще на два направления. Вход в подсистему преподавателя защищен паролем. Преподаватель имеет доступ к наборам индивидуальных заданий для студентов по темам. Он может добавлять новые, удалять ненужные задания. Также преподавателю необходимо работать с Excel-файлами, содержащими списки групп и хранящими баллы студентов за текущую работу по дисциплине, а также файлами, содержащими максимальные баллы за каждое задание в тестах по модулям. Кроме этого, планируется организовать быстрое оформление необходимой документации по балльно-рейтинговой системе оценивания знаний, исходя из имеющихся данных. Первое направление траектории студента дает возможность получать индивидуальные задания, проверять свои результаты в процессе решения, а также ознакомиться с теорией по конкретной теме. Оно предназначено для использования студентами в процессе обучения в течение семестра. Второе направление предназначено для тестирования знаний студентов после окончания изучения каждого модуля.

Рис.1. Блок-схема системы аналитического тестирования.

5. Пример создания системы аналитического тестирования знаний

За основу работы взят курс "Высшая математика" для нематематических факультетов. Данный курс разделен на четыре учебных модуля. Система аналитического тестирования разработана на примере второго модуля. В данном модуле изучается несколько разделов математического анализа.

Рассмотрим подробнее библиотеку Etalon. Данная библиотека содержит процедуры для нахождения эталонного решения каждой отдельной задачи. Например, нахождение производной функции, неопределенного или определенного интеграла функции. Процедуры данной библиотеки используются затем в библиотеке Check, а также при вычислении веса задачи. Библиотека предназначена для преподавателей.

Библиотека Check содержит процедуры, позволяющие проверить правильность результатов, полученных студентами в процессе решения индивидуальных заданий. А также имеются процедуры для проверки и оценивания результатов тестирования студентов. Кроме этого, в процессе работы процедуры данной библиотеки обращаются к Excel-файлам для чтения или записи данных. Библиотека предназначена для студентов и преподавателей. Используется при тестировании и самотестировании студентов.

Библиотека Tasks включает в себя процедуры, позволяющие обратиться к файлам, содержащим готовые наборы индивидуальных заданий, для их чтения, добавления или удаления. Преподаватели имеют возможность добавлять и удалять задания, составляя необходимый набор заданий. Студенты, используя данную библиотеку, получают свои индивидуальные задания по темам.

В системе участвует два Excel-файла. Первый содержит список студентов с номерами зачеток. Второй - максимальные баллы за каждое задание в тестировании по модулю. Кроме этого, в системе используются текстовые файлы, содержащие наборы индивидуальных заданий по темам.

Маплет играет роль связующего звена между библиотеками, файлами и пользователями (преподавателями, студентами).

Главное окно "Система аналитического тестирования" предлагает выбрать траекторию движения по системе (рис.2)._____________

ІЯУ Студент

ОКНО ДЛЯ РАБОТЫ СТУДЕНТА

Обучение

Модуль №1 Тема 1 Тема 2 1

Модуль №2 Тема 3 1

Модуль №3 Тема 4 Тема 5 1

Модуль №4 Тема 6 1

— Закрыть

Рис.2. Главное окно " Система аналитического тес-

тирования "

Щ Система аналитического тестирования ММ1

Кафедра геометрии и математического моделирования

Учебный курс для нематематических факультетов

ВЫСШАЯ МАТЕМАТИКА

© Преподаватель

© Студент

© Студент

Войти в систему Закрыть

Рис.3. Окно "Студент (обучение)".

После выбора темы открывается соответствующее ей окно (рис.4). В данном окне представлен список подтем, и имеется возможность изучить теорию, получить индивидуальное задание по каждой из них. Кроме этого, здесь студент может проверить свои результаты после решения индивидуальных заданий (рис.5). Например, для проверки правильности нахождения производной функции студенту необходимо ввести функцию в соответствующее поле, затем порядок искомой производной и полученную про-

изводную. После нажатия кнопки "Проверить" в соответствующем поле появится результат проверки производной.

Рассмотрим траектории движения студента.

В окне "Студент (обучение)" представлены на выбор темы для изучения (рис.З).

||£j Модуль №2 Тема 3

Тема 3. Математический анализ

3.1. ПроизводнаЯ функции | ТеориЯ | Задание ] Проверка |

3.2. Неопределенный интеграл | ТеориЯ | Задание | Проверка |

3.3. Определенный интеграл [ ТеориЯ | Задание ] Проверка |

Закрыть и

Рис.4. Окно "Модуль №2 Тема 3".

|Щ| Проверка производной функции

Введите fix): | 3*rA3+sin

Введите порядок искомой производной: 1

Введите Ваш результат: | 9*xA2+cos

Ответ найден: ВЕРНО

Проверить | Очистить Выход

Рис.5. Окно "Проверка производной функции".

Окно "Студент (тестирование)" предназначено для выбора модуля для тестирования знаний студентов (рис.6).

Рис.6. Окно "Студент (тестирование)".

И

Тест 2. Математический анализ

Введите номер своей зачетки: 1001003 ~

Задание 1. Вычислить производную функции. Максимальный балл за задание: 15.0 ~

Вв е д ите f

Введите порядок искомой производной:

Введите Ваш результат: 6*x+cos

Задание 2. Вычислить неопределенный интеграл. Максимальный балл за задание:

Вв е д ите Аф: |хЛЗ

6.0

Введите Ваш результат: |зе/М/4

Задание 3. Вычислить определенный интеграл. Максимальный балл за задание: 16.0

Вв е д ите А(х): 1^5

Нижний предел: |р Введите Ваш результат: |~5~

Верхний предел: |1

Балл затеет: 11.С

Проверить

Закрыть

бота с ними с помощью соответствующих процедур.

| Преподаватель

ОКНО ДЛЯ РАБОТЫ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ

Выберите действие:

Работа с группами

Работа с задачами

Оформление документов

Закрыть

Рис.7. Окно "Модуль №2".

После выбора теста студент попадает в сеанс тестирования. Рассмотрим пример такого тестирования по теме второго модуля (рис.7). Максимальные баллы за задания, которые отображаются в окне, хранятся в файле testball.xls и берутся оттуда при открытии окна. После того как студент заполнит все необходимые поля, по нажатию кнопки "Проверить" происходит подсчет набранных студентом баллов за данный тест. Полученный результат отображается в этом же окне. Кроме этого, рядом с каждым заданием появляется флажок, показывающий правильность выполнения задания. По номеру зачетной книжки полученный балл теста записывается в файл gruppa.xls соответствующему студенту.

Рассмотрим теперь траекторию преподавателя. В окне "Преподаватель" имеется возможность для работы со списками групп, наборами задач по темам, а также для оформления необходимых документов для отчетности (рис.8).

Для работы с наборами задач, необходимо выбрать тему в окне "Работа с задачами" (рис.9). После этого откроется окно, например "Модуль №2 Тема 3", в котором преподавателю будет предоставлена возможность просмотреть уже имеющийся набор заданий, добавить новое задание, удалить ненужное задание из имеющегося набора. Наборы для каждой подтемы, представленной на окне, хранятся в отдельных текстовых файлах. При добавлении нового задания или удалении происходит непосредственная ра-

Рис.8. Окно "Преподаватель".

6. Заключение

Таким образом, реализация системы аналитического тестирования знаний на базе Maplet-приложений, взаимодействующих с текстовыми файлами и электронными таблицами Excel, может расширить набор существующих возможностей системы аналитического тестирования [1].

| Работа с задачами

ШШ

Выберите тему:

Модуль №1

Модуль №2

Модуль №3

Модуль №4

Тема 1

Тема 2

Тема 3

Тема 4

Тема 5

Тема 6

Закрыть

Рис.9. Окно "Работа с задачами".

1. Адиятуллина Г.Р., Игнатьев Ю.Г. Принципы моделирования системы аналитического тестирования знаний на основе системы компьютерной математики Maple // Вест. ТГГПУ. - 2010. - №2(20). - С.6-12.

2. Игнатьев Ю.Г. Использование аналитических возможностей пакета Maple для создания программ аналитического тестирования, самотестирования и генерации индивидуальных заданий в курсах высшей математики. Проблемы информационных технологий в математическом образовании: учеб. пособ. / под ред. Ю.Г.Игнатьева. - Казань: ТГППУ, 2005. - 118 с.

3. Дьяконов В.П. Maple 9.5/10 в математике, физике и образовании. - М.: СОЛОН-Пресс, 2006. -720 с.

4. Кирсанов М.Н. Maple 13 и Maplet. Решение задач механики. - М.: Физматлит, 2010. - 504 с.

5. Адиятуллина Г.Р. Библиотеки пользовательских процедур в СКМ по курсу математического анализа: "Функции". Системы компьютерной математики и их приложения: матер. международной конференции. - Смоленск: Смол. гос. ун-т, 2009.

- Вып.10. - 303 с.

6. Адиятуллина Г.Р. Маплеты как средство аналитического тестирования знаний по математическим

курсам // Труды Математического центра имени Н.И.Лобачевского: матер. Восьмой молодежной науч. школы-конф. "Лобачевские чтения - 2009".

- Казань: Казан. матем. общ-во, 2009. - Т.39. -С.17-18.

7. Адиятуллина Г.Р. Система аналитического тестирования в форме маплетов // Системы компьютерной математики и их приложения: материалы XI международной научной конференции, посвященной 70-летию профессора В.П.Дьяконова. -Смоленск: Смол. гос. ун-т, 2010. - Вып. 11. -С.120-123.

8. Адиятуллина Г.Р. Разработка математической модели системы аналитического тестирования в СКМ Maple 13 // Труды российской школы "Математическое моделирование фундаментальных объектов и явлений в системах компьютерной математики". - Казань - Яльчик: ТГГПУ, 2010. -С.7-12.

THE INTERACTION OF MAPLETS WITH DATABASES IN TXT AND XSL FORMATS IN THE ANALYTIC SYSTEM OF KNOWLEDGE TESTING

G.R.Adiyatullina, Yu.G.Ignatyev

The authors of the article described the realization of Maplet applications’ relation to the databases in the analytic system of knowledge testing on basis of Maple package.

Key words: mathematic modeling, computers mathematic systems, system of analytic testing, databases.

Адиятуллина Гульшат Рафисовна - соискатель кафедры высшей математики и математического моделирования Института математики и механики Казанского (Приволжского) федерального университета.

E-mail: gulshaton@mail.ru

Игнатьев Юрий Геннадиевич - доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой высшей математики и математического моделирования Института математики и механики Казанского (Приволжского) федерального университета.

E-mail: ignatev_yu@rambler.ru

Поступила в редакцию 21.05.2011