Автоматизация процесса контроля знаний студентов по инженерной графике при дистанционном обучении

вестник 6/2012 6/2012

УДК 744 + 681.142

В.И. Тельной, А.В. Иващенко

ФГБОУ ВПО «МГСУ»

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ ПО ИНЖЕНЕРНОЙ ГРАФИКЕ ПРИ ДИСТАНЦИОННОМ ОБУЧЕНИИ

Рассмотрены и проанализированы вопросы, связанные с созданием и использованием в учебном процессе компьютерных технологий для контроля знаний студентов при дистанционном обучении.

Описана разработанная авторами на языке программирования Delphi 7.0 для операционной среды Windows программа автоматизации текущего контроля знаний студентов, обучающихся дистанционно. Важным аспектом разработанной программы является наличие двух режимов работы, отличающихся принципом выбора задач для решения и параметрами контроля времени.

Промежуточную аттестацию студентов предложено проводить компьютерным тестированием с использованием созданной базы тестовых заданий и реализованной в системе eLearning Server. Проблему идентификации тестируемого можно решать установкой видеокамер на стороне обучаемых.

Ключевые слова: автоматизация контроля знаний, дистанционное обучение, инженерная графика, тестирование, тьютор, эпюр.

Одним из важных элементов электронного учебно-методического комплекса по инженерной графике для дистанционного обучения студентов является контроль знаний [1]. Он подразделяется на самоконтроль, текущий контроль (выполнение контрольных работ) и промежуточную аттестацию (сдача зачета или экзамена в виде тестов дистанционно или письменно очно) (рис. 1).

Рис. 1. Виды контроля успеваемости студентов при дистанционном обучении

Самоконтроль осуществляется путем ответа на вопросы и решения задач, помещенных после каждого раздела теоретического материала.

Текущий контроль успеваемости студентов осуществляется преподавателем-тьютером по основным модулям дисциплины в сроки, установленные планом-графиком изучения дисциплины. На сегодняшний день формой такого контроля является выполнение контрольных работ-эпюров (заданий) индивидуально каждым студентом. С этой целью разработано тридцать вариантов заданий по каждому эпюру (заданию).

студент может выполнять контрольные работы следующими способами:

1) вручную в обычном бумажно-карандашном варианте с последующим сканированием их и пересылкой получившегося графического файла через систему или по электронной почте для проверки тьютеру. Пересылать файлы рекомендуется в формате .jpg. сжатие, которое обеспечивает данный формат, позволяет не перегружать ни сети, ни носители информации;

2) на компьютере с использованием графического редактора AutoCAD. в этом случае пересылка графических файлов не вызывает никаких проблем.

тьютер для проверки выполненных работ может открыть присланные файлы в любом графическом редакторе, поддерживающем данные форматы. внеся необходимые замечания на поле чертежа, можно отослать его обратно или отослать только одни замечания обучаемому. студент устраняет недостатки на своем чертеже и вновь отправляет исправленный вариант файла на проверку. в итоге на столе у тьютера бумажный вариант графической работы так и не появляется.

такая система работы имеет, как минимум, два очевидных недостатка: во-первых, тьютер должен привыкнуть вести проверку присылаемых работ на экране компьютера, а, во-вторых, студент должен иметь сканер, желательно формата А-3.

в связи с тем, что в современных проектно-конструкторских бюро давно разрабатывают всю техническую документацию с использованием средств компьютерной графики, становится реальностью постепенный переход студенческой учебной графики в компьютерную плоскость. При этом важным направлением использования компьютера для повышения интенсивности изучения дисциплины является автоматизация проверки выполненных студентами контрольных работ. на кафедре начертательной геометрии и инженерной графики контролирующие программы разрабатываются для учебной дисциплины с помощью различных инструментальных средств. в качестве примера рассмотрим программу для проведения текущего контроля знаний студентов по разделу «точка. Прямая. Плоскость». контрольная работа (эпюр) по этому разделу включает три задачи:

1) построение следов плоскости BCD;

2) определение расстояния от точки А до плоскости треугольника BCD;

3) построение плоскости S, параллельной плоскости BCD и отстоящей от нее на 30 мм.

в качестве исходных данных даны координаты четырех точек А, В, С, D (точки В, С и D определяют треугольник).

решение каждой геометрической задачи на эпюре можно разделить на два этапа:

1) разработка алгоритма решения;

2) реализация этого алгоритма путем последовательного выполнения на эпюре графических операций или построений.

разработка алгоритма решения требует знаний правил, методов и приемов начертательной геометрии. т.е. для успешного решения задач от студента требуется определенная теоретическая подготовка, навыки в составлении рациональных алгоритмов и их решении на эпюре. элементарные графические действия, составляющие структуру программы, — это построение на чертеже точек и линий, определение линий пересечения и т.д. используя математический аппарат аналитической геометрии на плоскости, можно для каждого графического действия составить вычислительный эквивалент и передать его для выполнения компьютеру. При этом «ручное» решение задачи на бумаге заменяется «машинным» решением на экране дисплея.

в статье показана возможность использования эвМ для решения задач первого эпюра при задании плоскости общего положения. в случае использования плоскости частного положения решение задачи несколько упрощается.

Программа для решения этих задач должна состоять из аналитической и графической частей.

Вестник 2 СУ g/ZOIZ

Аналитическое решение особых проблем не представляет, так как известна формула, определяющая расстояние от точки до заданной плоскости по уравнению плоскости и координатам точки A (xA, yA, zA).

Поскольку плоскость задана тремя точками, не лежащими на одной прямой, то задача решается в два этапа:

1) определение уравнения плоскости в виде

Ах + Ву + Cz + D = 0,

где A = Ув (zc- zb )+Ус ( zb - zb )+Ув ( zb - zc);

В = zb (хс — Хв ) + zc (хв — хв ) + zB (хв — хс );

С = XB (Ус - yD ) + XC (d - Ув ) + XD (Ув - Ус );

В = -[_ХВ (yCZB - yDZC ) + Хс (yBZB - yBZB ) + XD (yBZC - yCZB )] .

2) определение искомого расстояния от точки А до плоскости BCD:

\AxA + ByA + CzA + D\

P =' A 2 A 2 A 2 ' .

VA2 + B2 + C2

Решение первых двух задач в графическом виде (с использованием плоскостей проекций H и V) разбивается на четыре подзадачи:

1) построение горизонтального и фронтального следов плоскости Р;

2) построение проекций перпендикуляра к плоскости, проходящего через заданную точку А;

3) определение точки К пересечения перпендикуляра с плоскостью;

4) определение расстояния АК от заданной точки до точки пересечения перпендикуляра с плоскостью способом прямоугольного треугольника или способом вращения.

Программа позволяет работать в двух режимах: Самопроверка и Контроль, которые отличаются между собой принципом выбора задач для решения и параметрами контроля времени. В режиме Самопроверка номер варианта, а также время для решения задач задаются с клавиатуры самими студентами. При этом для решения задач допускается неограниченное число попыток решения. В режиме Контроль продолжительность сеанса зафиксирована и задачи для решения предлагаются по принципу случайного выбора.

Программа реализована на языке программирования Delphi 7.0 для операционной среды Windows (рис. 2). Меню программы состоит из условных изображений графических и служебных процедур. Графические процедуры используются для выполнения необходимых графических построений на рабочем поле в процессе решения задач.

Служебные процедуры позволяют:

прочитать координаты точек, построенных на рабочем поле;

переместить обозначение точки;

удалить отдельный геометрический элемент с рабочего поля;

полностью очистить рабочее поле;

завершить решение задачи с автоматическим контролем правильности результатов решения.

Полученные результаты сравниваются с вариантами решения, и по степени соответствия с правильными решениями ставится оценка по этой работе.

Для промежуточной аттестации студентов на кафедре создана база тестовых заданий, включающая более 500 вопросов [2]. Составление базы данных мы считаем одной из важных задач при организации компьютерного тестирования. При этом основой тестовых материалов являются разработанные на кафедре учебные и учебно-методические пособия.

Процесс тестирования проходит следующим образом. Студенту предлагается 18 вопросов по всем темам курса. Теоретические вопросы и задачи для решения предлагаются по принципу случайного выбора. К каждому вопросу прилагается три-пять вариантов ответа. Правильных ответов на вопрос может быть один или несколько. Необходимо отметить, щелкнув «мышкой», правильный ответ или правильные ответы. Засчитывается только тот вопрос, где отмечены все правильные ответы (рис. 3).

lei vp N:Í: metUJU-í-;'_.c<rcKphp'&vopt«-S2É М«(6е«г38Ь5ЬМ234Ь50Ь8КЮ rl-ä't X 3, .-о-

Файл Праека Вид №браннж Сервис Спрее« X ^.Convert - ß Select

-й-избр»«* gg'. ¿¡Нос«*ооЛгссуа*сп*~... ¿)Мс Тх" а * 0 Gl m * Страница - безопасность» Сервис - 9' "

Задание: кон (рольное (есшрование

Вопрос № 1:

Видимость линии пересечения плоскостей ABC и DFE правильно определена на эпюре...

Тема: 10 вопрос Диапазон баллов: от 0 до 1

П*азад~]1 CogttHKU I

Рис. 3. Пример вопроса для сдачи экзамена по инженерной графике дистанционно

Для перехода к следующему вопросу необходимо нажать кнопку «Сохранить», для возврата к предыдущему вопросу — «Назад». Время тестирования — 60 мин.

Отсчет времени и учет вопросов можно наблюдать в левом верхнем углу экрана монитора.

Оценки выставляются следующим образом: отлично — даны правильные ответы на 16.. .18 вопросов; хорошо — даны правильные ответы на 13.15 вопросов; удовлетворительно — даны правильные ответы на 10.12 вопросов; неудовлетворительно — даны правильные ответы на 9 и менее вопросов. Для успешной сдачи экзамена студенту дается три попытки. Результаты тестирования автоматически сохраняются в базе данных.

вестник 6/2012 6/2012

Интернет-тестирование студентов является весьма перспективным направлением системы контроля знаний обучаемых по сравнению с традиционной формой, так как сводит субъективизм оценки к нулю и делает систему контроля прозрачной как для администрации, так и для студентов и преподавателей. Уменьшается также нервозность обучаемых при сдаче зачета или экзамена.

Однако одной из главных проблем контроля знаний при дистанционном обучении является идентификация тестируемого, так как сложно определить, действительно ли обучаемый сам правильно ответил на все вопросы или ему кто-то помогал. отчасти эта проблема решается установкой видеокамер на стороне обучаемого и соответствующего программного обеспечения. Если нет возможности обеспечить видеоконтроль — экзамен сдается очно.

таким образом, применение автоматизированной системы текущего и промежуточного контроля результатов учебы позволяет получить количественные характеристики степени усвоения и объема полученных знаний, повысить объективность выставляемых оценок и мотивацию обучения, а также сократить время для проведения контроля знаний студентов.

Библиографический список

1. Монахов Б.Е., Тельной В.И. Изучение инженерной графики с использованием дистанционных информационных технологий // Современные информационные технологии и ИТ-образование : сб. науч. тр. VI Междунар. науч.-практ. конф. Т. 1. М. : МГУ, 2011. С. 354—357.

2. Монахов Б.Е., Тельной В.И. Обучение и контроль знаний по начертательной геометрии с использованием дистанционных образовательных технологий // Современные информационные технологии и ИТ-образование : сб. избр. тр. VI Междунар. науч.-практ. конф. М. : ИНТУИТ.РУ, 2011. С. 389—395.

Поступила в редакцию в мае 2012 г.

Об авторах: Тельной Виктор Иванович — кандидат военных наук, доцент, доцент кафедры начертательной геометрии и инженерной графики, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8 (499) 183-24-83, tvi_007@mail.ru;

Иващенко Андрей Викторович — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры начертательной геометрии и инженерной графики, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8 (499) 183-24-83, ivashchenko_а@inbox.ru.

Для цитирования: ТельнойВ.И., ИващенкоА.В. Автоматизация процесса контроля знаний студентов по инженерной графике при дистанционном обучении // Вестник МГСУ 2012. № 6. С. 136—141.

V.I. Tel'noy, A.V. Ivashchenko

COMPUTER-ASSISTED CONTROL OF ACADEMIC PERFORMANCE IN ENGINEERING GRAPHICS WITHIN THE FRAMEWORK OF DISTANCE LEARNING PROGRAMMES

Development of computer-assisted computer technologies and their integration into the academic activity with a view to the control of the academic performance within the framework of distance learning programmes represent the subject matter of the article.

The article is a brief overview of the software programme designated for the monitoring of the academic performance of students enrolled in distance learning programmes. The software is developed on Delphi 7.0 for Windows operating system. The strength of the proposed software consists in the availability of the two modes of its operation that differ in the principle of the problem selection and timing parameters.

Interim academic performance assessment is to be performed through the employment of computerized testing procedures that contemplate the use of a data base of testing assignments

implemented in the eLearning Server media. Identification of students is to be performed through the installation of video cameras at workplaces of students.

Key words: computer-assisted academic performance control, distance learning, engineering graphics, test, tutor, diagrams.

References

1. Monakhov B.E., Tel'noy V.I. Izuchenie inzhenernoy grafiki s ispol'zovaniem distantsionnykh infor-matsionnykh tekhnologiy [The study of Engineering Graphics through the Use of Distance Learning Information Technologies]: Proceedings of the VI International Scientific and Practical Conference «Modern Information Technologies and IT education». Moscow, Moscow State University, 2011, pp. 354 — 357.

2. Monakhov B.E., Tel'noy V.I. Obuchenie i kontrol' znaniy po nachertatel'noy geometrii s ispol'zovaniem distantsionnykh obrazovatel'nykh tekhnologiy [Training and Assessment of Academic Performance in Descriptive Geometry through the Employment of Distance Learning Technologies]. Collection of selected works of the VI International Scientific and Practical Conference «Modern Information Technologies and IT education». Moscow, INTUIT.RU Publ., 2011, pp. 389 — 395.

About the authors: Tel'noy Viktor Ivanovich — Candidate of Military Sciences, Associated Professor, Department of Descriptive Geometry and Engineering Graphics, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; tvi_007@ mail.ru; +7 (499) 183-24-83;

Ivashchenko Andrey Viktorovich — Candidate of Technical Sciences, Associated Professor, Department of Descriptive Geometry and Engineering Graphics, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; ivashchenko_a@ inbox.ru; +7 (499) 183-24-83.

For citation: Tel'noy V.I., Ivashchenko A.V. Avtomatizatsiya protsessa kontrolya znaniy studentov po inzhenernoy grafike pri distantsionnom obuchenii [Computer-Assisted Control of Academic Performance in Engineering Graphics within the Framework of Distance Learning Programmes]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 6, pp. 136—141.