Способ контроля качества знаний, уверенности в них и устройство для его осуществления
METHOD OF QUALITY CONTROL OF KNOWLEDGE, KNOWLEDGE CONFIDENCE AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области технологий компьютерного тестирования, в частности, к устройству контроля качества знаний и уверенности в них и может быть использовано при обработке цифровых данных с помощью вычислительных машин, в которых вычисления осуществляются компьютерами, основанными на специфических вычислительных моделях для оценки уровня знаний обучающихся в учебных заведениях, в том числе, аграрного направления.
Уровень техники
Известно устройство по способу компьютерного тестирования, основанный на составлении перечня вопросов, сопоставлении вариантам ответов пиктограмм с последующим размещением их на экране монитора и последующем определении конечного положения курсора манипулятора, на основании которого при одиночном отсчете или набранной статистике делается вывод об уровне знаний тестируемого (см. Методы компьютерного тестирования. М.: МГУ, 1998. 242 с.).
Недостатком данного устройства является невысокая достоверность и точность контроля уровня получаемых знаний при дистанционном обучении.
Известно устройство для тестирования обучаемых, в котором исключено угадывание ответа, снижающее достоверность тестирования, дезориентирующее преподавателя на выбор учебных тем для повторных занятий и не воспитывающее чувства искренности у обучаемых.. Обучающемуся предъявляется информация, не содержащая заведомо ложных ответов, представляется возможность мотивированного ответа «Не знаю», взвешенно повышающего итоговую оценку и объективность оценивания результатов тестирования (см. пат. РФ №171340, МПК G09B 7/06, опубл. 29.05.2017 г. Бюл. №16).
Недостатками данного устройства являются - представление обучающемуся матрицы со всеми правильными ответами, анализ которых усложняет и увеличивает по времени процедуру тестирования из-за необходимости неоднократного просмотра всех вариантов предлагаемых ответов; возможность ввода ответа «Не знаю» с целью взвешенного повышения итоговой оценки, противоречит теории педагогического тестирования и, таким образом, не обеспечивает повышения объективности оценивания результатов тестирования.
Известно устройство по способу оценки уровня профессиональных знаний специалистов, основанный на размещении на мониторе контрольного вопроса и вариантов ответа на данный вопрос, выборе одного, предпочтительного обучающемуся, варианта ответа при помощи перемещения курсора манипулятора к месту расположения его индикатора и последующего определения правильности ответа по конечному положению курсора, причем после размещения на мониторе индикаторов вариантов ответов в интервале от момента начала движения курсора до момента фиксации его конечного положения формируют массив траекторных параметров его движения, определяют автокорреляционную функцию полученного массива траекторных параметров и определяют уровень уверенности обучающегося в полученных знаниях по положению максимума функции, при расположении которого в пределах заданной ошибки принятия решения в начале координат делается вывод о «правильной» (уверенной) или неуверенной мотивации ответа (см. пат. РФ №2421820, МПК G09B 7/06, опубл. 20.06.2011 г., Бюл. №17).
Недостатком данного устройства является отсутствие описания обобщенного показателя эффективности выполнения задания и, как следствие, трудности определения приращения по сравнению с предыдущим.
Наиболее близким по технической сущности, достигаемому положительному эффекту и принятым авторами за прототип является устройство по способу контроля уровня получаемых знаний и устройство для его осуществления, основанный на размещении на экране монитора контрольного вопроса и вариантов ответа на данный вопрос, выборе одного, предпочтительного обучающемуся, варианта ответа при помощи перемещения курсора манипулятора к месту расположения его индикатора и последующего определения правильности ответа по конечному положению курсора, причем после размещения на мониторе индикаторов вариантов ответов в интервале от момента начала движения курсора до момента фиксации его конечного положения формируют массив траекторных параметров его движения, определяют автокорреляционную функцию полученного массива траекторных параметров и определяют уровень уверенности обучающегося в полученных знаниях по положению максимума функции, при расположении которого в пределах заданной ошибки принятия решения в начале координат делается вывод о «правильной» (уверенной) или неуверенной мотивации ответа (см. пат. РФ №2338264, МПК. G09B 7/06, G06F 17/15, G06F 17/18, опубл. 10.11.2008 г., Бюл. №31).
Недостатком данного устройства является отсутствие комплексного анализа правильности ответа и уверенности обучающегося - при неправильном ответе обучающийся, как правило, не уверен в своих знаниях, а при правильном - преподавателю как раз интересно - ответ уверенный (ответ дан, благодаря знаниям) или неуверенный (ответ угадан).
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства контроля качества знаний и уверенности в них, обеспечивающего повышение точности и качества контроля знаний обучающегося путем введения обобщенного показателя эффективности выполнения задания, получаемого перемножением оценки правильности ответа на вопрос («единица» при верном ответе или «ноль» - при неверном) и параметра, характеризующего уровень уверенности обучающегося в полученных знаниях. При неверном ответе значение обобщенного показателя эффективности выполнения задания равно нулю, а при правильном - значению параметра, характеризующего уровень уверенности обучающегося в полученных знаниях.
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению точности и качества контроля знаний и уверенности в них вычислением обобщенного показателя эффективности выполнения задания.
Технический результат достигается с помощью устройства контроля качества знаний и уверенности в них, содержащего манипулятор, генератор случайных чисел, компаратор, ключ, при этом оно дополнительно снабжено умножителем и памятью тестовых заданий, при этом манипулятор, выходы которого соединены с входом генератора случайных чисел, первым входом экрана, первым входом ключа, а выход генератора случайных чисел подключен к памяти тестовых заданий, первый выход которой соединен с первым входом компаратора, а второй выход подключен ко входу экрана, первый выход которого соединен со вторым входом компаратора, выход компаратора подключен к первому входу умножителя, а второй выход экрана соединен с первым входом памяти массива траектории движения курсора, при этом второй выход манипулятора подключен ко второму входу ключа, третий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход ключа подключен ко второму входу памяти массива траектории движения курсора, выход которой соединен со входом вычислителя автокорреляционной функции R(τ), выход которого подключен ко второму входу умножителя, на выходе которого формируется обобщенный показатель эффективности выполнения задания обучающимся умножением оценки правильности ответа - «единица» при верном ответе или «ноль» при неверном, на параметр, определяющий уровень уверенности обучающегося в полученных знаниях.
k
k
k
k
k
Таким образом, работа устройства контроля качества знаний и уверенности в них, основана на размещении на мониторе контрольного вопроса и вариантов ответа на данный вопрос, выборе обучающимся одного варианта ответа перемещением курсора на экране с помощью манипулятора к месту расположения выбранного ответа и последующего автоматического определения правильности ответа компаратором, а при измерении уверенности обучающегося в своих знаниях фиксируют одномерный массив значений координат точек траектории движения курсора, вычисляют автокорреляционную функцию по значениям элементов одномерного массива траектории движения курсора, при этом для определения уровня уверенности обучающегося в своих знаниях, выбирают значение автокорреляционной функции в точке t, соответствующей сигналу принятия решения - «Стоп», которое умножается на значение оценки правильности ответа, формируя обобщенный показатель эффективности выполнения задания, по формуле: I = Р R(τ), где I - обобщенный показатель эффективности выполнения задания; Р - оценка правильности ответа - «единица» при верном ответе или «ноль» при неверном); R(τ) - автокорреляционная функция массива значений координат точек траектории движения курсора в точке τ, соответствующей сигналу «Стоп», с использованием автокорреляционной функции R(τ) массива значений вертикальных координат y(t) точек траектории движения курсора в точке t - «Стоп» по формуле:
n
k
где R(τ) - автокорреляционная функция массива значений координат точек траектории движения курсора; t - координата начальной точки траектории движения курсора «Старт»; t - координата конечной точки траектории движения курсора «Стоп»; y(t) - вертикальные координаты точек траектории движения курсора; y(t - τ) - вертикальные координаты точек траектории движения курсора, сдвинутые на величину τ, при этом одномерный массив значений координат точек траектории движения курсора, соответствует величинам вертикальных координат точек траектории курсора, фиксируемых в моменты тактовых импульсов.
k
k
k
k
Устройство контроля качества знаний и уверенности в них, содержит манипулятор, генератор случайных чисел, компаратор, ключ, при этом оно дополнительно снабжено умножителем и памятью тестовых заданий, при этом манипулятор, выходы которого соединены с входом генератора случайных чисел, первым входом экрана, первым входом ключа, а выход генератора случайных чисел подключен к памяти тестовых заданий, первый выход которой соединен с первым входом компаратора, а второй выход подключен ко входу экрана, первый выход которого соединен со вторым входом компаратора, выход компаратора подключен к первому входу умножителя, а второй выход экрана соединен с первым входом памяти массива траектории движения курсора, при этом второй выход манипулятора подключен ко второму входу ключа, третий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход ключа подключен ко второму входу памяти массива траектории движения курсора, выход которой соединен со входом вычислителя автокорреляционной функции R(τ), выход которого подключен ко второму входу умножителя, на выходе которого формируется обобщенный показатель эффективности выполнения задания, по формуле: I = Р R(τ), где I - обобщенный показатель эффективности выполнения задания; Р - оценка правильности ответа - «единица» при верном ответе или «ноль» при неверном); R(τ) - автокорреляционная функция массива значений координат точек траектории движения курсора в точке τ, соответствующей сигналу «Стоп», с использованием автокорреляционной функции R(τ) массива значений вертикальных координат y(t) точек траектории движения курсора в точке t - «Стоп» по формуле:
n
k
где R(τ) - автокорреляционная функция массива значений координат точек траектории движения курсора; t - координата начальной точки траектории движения курсора «Старт»; t - координата конечной точки траектории движения курсора «Стоп»; y(t) - вертикальные координаты точек траектории движения курсора; y(t - τ) - вертикальные координаты точек траектории движения курсора, сдвинутые на величину τ.
Краткое описание чертежей и иных материалов
На фиг. 1 дано устройство контроля качества знаний и уверенности в них, структурная схема, общий вид.
На фиг. 2 – то же, графики, иллюстрирующие вид автокорреляционных функций для массивов траекторий курсора, перемещаемого обучающимся, при различных уровнях уверенности.
Осуществление изобретения
Устройство контроля качества знаний и уверенности в них, содержит (см. фиг. 1) манипулятор 1, выходы которого соединены с входом генератора 2 случайных чисел, первым входом экрана 3, первым входом ключа 4. Выход генератора 2 случайных чисел подключен к памяти 5 тестовых заданий, первый выход которой соединен с первым входом компаратора 6, а второй выход подключен ко входу экрана 3, первый выход которого соединен со вторым входом компаратора 6. Выход компаратора 6 подключен к первому входу умножителя 7. Второй выход экрана 3 соединен с первым входом памяти 8 массива траектории движения курсора. Второй выход манипулятора 1 подключен ко второму входу ключа 4, третий вход которого соединен с выходом генератора 9 тактовых импульсов. Выход ключа 4 подключен ко второму входу памяти 8 массива траектории движения курсора, выход которой соединен со входом вычислителя 10 автокорреляционной функции R(τ), выход которого подключен ко второму входу умножителя 7, на выходе которого формируется обобщенный показатель эффективности выполнения задания.
k
Устройство контроля качества знаний и уверенности в них оценивает правильность ответов Р (отмечая «единицей» верный ответ или «нулем» - неверный) и оценивает уровень уверенности обучающегося в своих знаниях вычислением автокорреляционной функции R(τ) (фиг. 2), содержит (см. фиг. 1) манипулятор 1, выходы которого соединены с входом генератора 2 случайных чисел, первым входом экрана 3, первым входом ключа 4, а выход генератора 2 случайных чисел подключен к памяти 5 тестовых заданий, первый выход которой соединен с первым входом компаратора 6, а второй выход подключен ко входу экрана 3, первый выход которого соединен со вторым входом компаратора 6, при этом выход компаратора 6 подключен к первому входу умножителя 7, а второй выход экрана 3 соединен с первым входом памяти 8 массива траектории движения курсора, второй выход манипулятора 1 подключен ко второму входу ключа 4, третий вход которого соединен с выходом генератора 9 тактовых импульсов, выход ключа 4 подключен ко второму входу памяти 8 массива траектории движения курсора, выход которой соединен со входом вычислителя 10 автокорреляционной функции R(τ), выход которого подключен ко второму входу умножителя 7, на выходе которого формируется обобщенный показатель эффективности выполнения задания по формуле:
k
I = Р R(τ),
где I - обобщенный показатель эффективности выполнения задания;
Р - оценка правильности ответа - «единица» при верном ответе или «ноль» при неверном);
k
k
R(τ) - значение автокорреляционной функции массива значений координат точек траектории движения курсора в точке τ, соответствующей сигналу «Стоп», являющееся оценкой уровня уверенности в ответе.
Устройство контроля качества знаний и уверенности в них работает следующим образом.
k
k
k
Обучающийся с помощью манипулятора 1 формирует сигнал «Старт» (фиг. 1), который подается: на вход генератора 2 случайных чисел, первый вход экрана 3, формируя траекторию движения курсора, первый вход ключа 4, инициируя его. С выхода генератора 2 случайных чисел сгенерированное случайное число, запускает операцию выборки вопроса с эталонным ответом из памяти 5 тестовых заданий, который поступает на первый вход компаратора 6. Со второго выхода памяти 5 тестовых заданий выбранный вопрос с набором ответов поступает на вход экрана 3, с первого выхода которого выбранный обучающимся вариант ответа поступает на второй вход компаратора 6, где сравнивается с эталонным ответом на данный вопрос и формируется «единица» при совпадении ответов или «ноль» при несовпадении. Сформированный выходной сигнал компаратора 6 поступает на первый вход умножителя 7. Со второго выхода экрана 3 на первый вход памяти 8 одномерного массива траектории движения курсора подается сигнал, соответствующий траектории движения курсора. Со второго выхода манипулятора 1 сигнал «Стоп» (фиг. 1) поступает на второй вход ключа 4, на третий вход которого подаются тактовые импульсы с выхода генератора 9 тактовых импульсов. Ключ 4 формирует пакет тактовых импульсов (ТИ), подаваемый с его выхода на второй вход памяти 8 одномерного массива траектории движения курсора, в которой формируются и сохраняются значения одномерного массива траектории движения курсора, поступающие с выхода памяти 8 одномерного массива траектории движения курсора на вход вычислителя 10 автокорреляционной функции R(τ).  Вычисленное значения R(τ) в конечной точке траектории курсора с выхода вычислителя 10 автокорреляционной функции подается на второй вход умножителя 7, на выходе которого формируется обобщенный показатель эффективности выполнения задания по формуле: I = P R(τ), учитывающей оценку знания вопроса (0 или 1) и уровень уверенности в ответе R(τ).
k
Таким образом, для определения уровня уверенности обучающегося в своих знаниях выбирается значение автокорреляционной функции в точке t, соответствующей сигналу принятия решения - «Стоп». Данное значение автокорреляционной функции умножается на значение оценки правильности ответа, формируя обобщенный показатель эффективности выполнения задания, по формуле:
k
I = P R(τ),
где I - обобщенный показатель эффективности выполнения задания;
Р - оценка правильности ответа - «единица» при верном ответе или «ноль» при неверном);
k
k
R(τ) - автокорреляционная функция массива значений координат точек траектории движения курсора в точке τ, соответствующей сигналу «Стоп», уровню уверенности в ответе.
k
k
k
R(τ) - автокорреляционная функция массива значений координат точек траектории движения курсора в точке τ, соответствующей сигналу «Стоп», с использованием такого параметра, как величина автокорреляционной функции R(τ) массива траекторных параметров движения курсора (см. фиг. 2) точек траектории движения курсора в точке t - «Стоп» по формуле:
где R(τ) - автокорреляционная функция массива значений координат точек траектории движения курсора;
n
t - координата начальной точки траектории движения курсора «Старт»;
k
t - координата конечной точки траектории движения курсора «Стоп»;
y(t) - массив траекторных параметров движения курсора;
y(t - τ) - массив траекторных параметров движения курсора, сдвинутых на величину τ.
k
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями обеспечивает преимущество в контроле качества знаний за счет формирования обобщенного показателя эффективности выполнения задания с повышенной точностью измерения уверенности обучающегося в своих знаниях путем вычисления значения автокорреляционной функции R(τ) в точке «Стоп» (τ).