Разработка системы контроля концептуальных знаний на языке action script 3. 0

ИНСТРУМЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ РЕСУРСОВ

УДК 004

В.В. Васенёв

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ ЗНАНИИ НА ЯЗЫКЕ ACTION SCRIPT 3.0

В статье рассматривается технология контроля системы концептуальных знаний учащихся. Описан процесс разработки веб-приложения для оценки концептуальных знаний. Оцениваются возможности использования этого приложения в процессе обучения.

Ключевые слова: оценка качества знаний учащихся, система концептуальных знаний, веб-приложения для оценки концептуальных знаний.

Образование является неотъемлемой частью человеческого прогресса. Накопленный человечеством опыт передаётся из поколения в поколение, перерабатывается и обогащается. С развитием человечества развиваются и средства обучения.

Процесс обучения претерпел множество изменений за последнее время в связи с развитием компьютерной техники. Если раньше учащимся приходилось на веру принимать слова о том, что «Земля имеет форму шара», то теперь любой ученик может самостоятельно зайти в Google Earth и убедиться в этом, просмотрев снимки со спутника. Появилось множество обучающего видео. Разработаны интерактивные модели, которые позволяют проводить виртуальные эксперименты (потрогать руками нельзя, но увидеть ход эксперимента, понять его суть, проанализировать результаты - можно и нужно).

В то же время с оценкой результатов обучения, как показывают исследования профессора М.Е. Бершадского [3], никаких качественных изменений пока не произошло. Опытный преподаватель конечно же может оценить, понимает учащийся материал или нет. Как правило, при оценке знаний от учащихся требуется дать описание того или иного факта, воспроизвести определение какого-либо понятия, привести формулировку закона и пример применения его на практике, решить задачу на основе этого закона и т.п. Однако это не всегда способствует оперативной и объективной оценке понимания учащимся изученного материала.

Формализовать и сделать объективной оценку понимания того или иного явления или процесса пока в полной мере не удается. Но важно искать подходы к решению этой сложной задачи.

56

© Васенев В.В. • 2014

Каждый в своей профессии должен обладать определённым набором знаний и умений, пониманием свойств тех объектов и сущности процессов, с которыми он сталкивается в своей деятельности. Никто не сможет оспорить тот факт, что лучше довериться не тому врачу, который знает название всех органов человека на латыни, а тому, который понимает взаимосвязь всех их систем. Вероятно, вне понимания усвоение каких-либо знаний и способов деятельности не представляет собой почти никакой ценности ни для самих обучаемых, ни для общества, в котором сегодняшние учащиеся через какое-то время станут основными носителями культуры, обеспечивающими его развитие [1].

Общепринятого толкования феномена «понимание» пока нет. Все попытки объяснить факт понимания сводятся к тому, что «понимает, значит понимает». В философии понимание как феномен исследуется в рамках такого научного направления как герменевтика.

Система оценки качества знаний обучаемых - важнейший элемент образовательного процесса.

В нашей стране в процессе обучения уровень знаний долгое время оцениваелся только учителями. Оценка производилась по пятибалльной шкале. Уровень объективности такой системы оставлял желать лучшего. В 2005 г. была предпринята попытка создания единой системы контроля знаний выпускников - ЕГЭ. Эта система наполовину автоматизирована. Как показало время, даже такая система оценки знаний оказалась недостаточно эффективной. Уровень понимания материала при таком подходе оценить становится ещё сложнее.

Основной проблемой обучения на сегодня является поиск таких методов, форм и приёмов обучения, которые прежде всего направлены на достижение учеником глубокого понимания изучаемого им материала. Знания и действия без понимания могут формироваться лишь с помощью механического заучивания и слепого подражания, при этом их носитель - учащийся - превращается в плохо структурированный и несистематизированный «справочник», в котором информация подвержена быстрому и некорректному свёртыванию и искажению, а действия учащегося практически не осмысленны и чрезвычайно чувствительны к любым внешним изменениям. В лучшем случае такое усвоение позволит молодому человеку адаптироваться к некоторым простейшим жизненным ситуациям, точно повторяющим действия ситуации первичного уровня усвоения.

Анализ педагогической литературы позволяет сделать вывод, что понимание учащимися изучаемого ими предметного содержания не рассматривается большинством исследователей как существенная характеристика учебного процесса, значимая для оценки его успешности и эффективности [4].

При проверке знаний учащихся очень важно руководствоваться системой критериев качества знаний, по которым выставляется оценка. В ходе беседы опытному преподавателю достаточно просто определить уровень усвоения знаний и выставить оценку. Но попытка автоматизировать оценку усвоения знаний и реализовать её на компьютере является задачей нетривиальной.

На данный момент на компьютере удачно реализовано лишь тестирование. Типовой тест позволяет довольно быстро оценить знания тех или иных фактов, отдельных терминов или определений из изучаемого курса, но все же уступает по качеству проверки этих знаний преподавателем. Конечно, тщательно разработанный тест из нескольких

сотен вопросов может претендовать на объективность оценки знаний учащегося, но проблема в том что составление и прохождение такого теста слишком трудоемки. Опытному учителю для того, чтобы поставить оценку, требуется значительно меньше времени.

Можно предположить, что одним из главных преимуществ классического опроса преподавателем по сравнению с компьютерным тестом служит то обстоятельство, что человек способен по небольшому набору ответов на вопросы увидеть степень систематичности знаний экзаменуемого в целом и тем самым адекватно оценить общую картину усвоения всего курса.

Большой интерес при оценке системы знаний по курсу представляют осознаваемые учащимся взаимосвязи между отдельными элементами этой системы. Целостность в сознании учащихся системы базовых понятий является одним из аспектов успешности усвоения материала образовательного курса. Под целостностью системы знаний учащегося здесь и далее мы будем понимать усвоение существенных взаимосвязей между понятиями и терминами учебного курса и способность правильно продемонстрировать эти связи в ходе проверки.

В идеале все базовые понятия и термины курса должны образовывать в сознании учащегося некоторую единую картину. Напротив, при поверхностном и некачественном изучении материала знания учащегося представляют собой набор не связанных между собой элементов [6, 10].

Рассмотрим упрощенный пример, поясняющий идею исследования целостности знаний материала у учащихся [7]. Пусть учитель опрашивает трех учащихся А, В и С по изученному материалу. Допустим, например, что учащийся А в ходе ответов на вопросы продемонстрировал знание трех следующих фактов:

• Москва - столица России;

• Россия - многонациональное государство;

• Париж - столица Франции.

Отчетливо видно, что названные учащимся факты непосредственно не связаны между собой. Предположим теперь, что ответы каждого из учащихся В и С отличаются от ответа учащегося А всего одним фактом. Например, учащийся В мог отметить следующие положения:

• Москва - столица России;

• Лондон - столица Англии;

• Париж - столица Франции.

А ответы учащегося С могли быть такими:

• Москва - столица России;

• Россия - многонациональное государство;

• площадь России - 17 125 000 км2.

Хотя все три гипотетических учащихся назвали одинаковое число фактов, не надо обладать большим педагогическим опытом, чтобы сказать, что ответы учащихся В и С лучше, поскольку они образуют некоторый взаимосвязанный набор фактов. Причем интересно отметить, что учащиеся В и С продемонстрировали свои знания в разных областях курса: учащийся В говорил о столицах государств, а учащийся С - о Российской Федерации.

Таким образом, одним из показателей качественного усвоения знаний является тот факт, что учащийся видит и демонстрирует при контроле взаимосвязь между базовыми терминами и понятиями какой-либо темы [5-7].

Самой сложной частью работы по созданию системы контроля знаний является её реализация на компьютере. Разработка такого рода программного обеспечения - задача нетривиальная и представляет достаточно большой интерес.

На кафедре мультимедийной дидактики и информационных технологий обучения Пермского гуманитарно-педагогического университета доцентом Е.А. Ерёминым предпринята попытка создания программы [5], которая помогала бы преподавателю оценивать степень понимания студентами пройденного материала. Одним из показателей понимания выбрано осознание обучаемым системы связей между элементами знаний по одному из учебных курсов. Студент, понимающий материал, может установить смысловые связи между объектами, относящимися к данному материалу.

В 2008 г. была написана специальная программа для проверки системности знаний учащихся. Апробация данной программы проводилась в течения ряда лет в рамках курса «Архитектора ЭВМ», в констатирующем педагогическом эксперименте приняли участие студенты 10 учебных групп [6; 7].

Автором настоящей статьи предпринята попытка модифицировать программу, разработанную Е.А. Ерёминым, и сделать её более наглядной и функциональной. Инструментом для решения поставленной задачи был выбран язык программирования Ac-tionScript 3.0. В отличие от своих предшественников этот язык строго типизирован и полностью удовлетворяет поставленным требованиям.

Приложение для контроля знаний предполагалось сделать кроссплатформенным, чтобы оно запускалось без установки дополнительного ПО. Реализация приложения на ActionScript 3.0 позволит его запустить практически в любом браузере, поддерживающем Adobe Flash.

Рассмотрим основные идеи объектно-ориентированного программирования на примере ActionScript 3.0.

Согласно объектно-ориентированному подходу каждая система состоит из отдельных объектов. Любая сущность в ООП описывается абстрактным объектом (object). Объект - это набор свойств (properties) и методов (methods), описанный в классе (class) по определенным правилам.

Инкапсуляция - второй основной принцип ООП. Если классы написаны правильно - то «снаружи» доступа к «внутренним» (private) свойствам объекта нет: все воздействия на него производятся через «внешние» (public) методы (полный набор таких методов часто называют интерфейсом объекта).

Наследование - еще один основополагающий принцип. Он означает следующее: если имеется класс А, то можно легко написать класс B, который будет являться наследником класса А, т.е. обладать всеми свойствами и методами класса А и в плюс к этому может иметь свои особенные свойства.

От класса можно создать не один, а множество классов-наследников, причем каждый из них может иметь свои особенности поведения. Это называется полиморфизмом -и это тоже базовая концепция ООП [9].

Соблюдение перечисленных выше принципов позволяет четко разделить объекты и обеспечить их взаимодействие через механизм интерфейсов (interfaces). Это помогает разделить фазы создания программного обеспечения, а при работе в команде над одним проектом разделить выполнение задач по программированию между ее участниками.

Разработка приложения для оценки системности концептуальных знаний учащихся должна осуществляться с опорой на описанные выше принципы ООП. Дадим краткую характеристику разработанного нами приложения.

В первую очередь программа должна загрузить пользовательские данные. Список терминов учебного курса будет загружаться из файла автоматически при запуске программы. Каждый термин будет помещён в визуальный объект в форме скруглённого прямоугольника. Все термины-прямоугольники должны появляться на экране в момент запуска программы и распределяться в виде строк.

Для пользователей будет удобно, если термины-прямоугольники будут «перетаскиваться» мышью. Учащийся сможет выбрать знакомые ему термины и рассредоточить по группам так, чтобы ему было удобно составлять связи между ними. Вполне возможно, что прямоугольники при большом количестве терминов займут всё свободное место на рабочем поле экрана. Для освобождения полезного пространства желательно предусмотреть своего рода «корзину», в которую будут помещаться термины, временно исключенные из рассмотрения, или незнакомые учащемуся. При необходимости из корзины учащийся сможет вернуть необходимые ему термины-прямоугольники на рабочее поле экрана.

В правой верхней части экрана следует расположить ряд управляющих кнопок (по количеству контролируемых типов связей). Нажав на кнопку, учащийся должен будет выбрать щелчком мыши первый термин, затем второй. При этом появится стрелка определённого цвета, означающая установление соответствующего типа связи между терминами. Учащийся может объединять в группы три и более терминов по данному курсу.

После обозначения связи между прямоугольниками необходимо предусмотреть возможность перемещения этой подсистемы в любое место экрана для освобождения на его рабочем поле полезного пространства для дальнейшей работы.

После установления всех известных учащемуся связей ему должна быть предоставлена возможность сохранения полученных результатов. Для этого создается управляющая кнопка «сохранить», которая вызывает диалоговое окно с выбором директории для сохранения текстового файла со списком связей.

Рассматриваемое в статье приложение реализовано на трёх классах. Первый класс является основным, он же называется классом документа. Экземпляр этого класса создаётся при запуске приложения. Он осуществляет загрузку терминов, взаимодействует с пользователем, создаёт экземпляры других классов и сохранять результаты.

Второй класс - это шаблон прямоугольника, содержащего термин. Создание терминов - экземпляров происходит в процессе считывания списка из файла (в момент выполнения метода инициализации главного класса документа). Возможность перемещать экземпляры класса прямоугольника, возможность считывать и устанавливать их координаты реализованы в самом классе прямоугольника.

Третий класс - стрелка, соединяющая два прямоугольника с терминами. Экземпляры этого класса создаются при нажатии на кнопку с каким-либо видом связи и указанием первого прямоугольника и второго. При перемещении любого из прямоугольников данной пары стрелка должна пересчитывать свою длину и изменять своё направление. Поэтому внутри класса стрелки описаны функции пересчёта длины и изменения направления, считывания координат прямоугольников.

Система контроля концептуальных знаний была апробирована на студентах физического факультета ПГГПУ в рамках курса «Архитектура компьютера». Пример выполненной работы одним из студентов изображён на рисунке. При анализе результатов данной работы даже непрофессионалу становится ясно, что данный студент обладает недостаточными (разрозненными) знаниями по курсу.

Цслос 'часи. I

Рис. Пример выполнения работы студентом

Разработанное приложение для контроля системы концептуальных знаний повышает наглядность обучения. В ходе работы с приложением легко выявляются и визуализируются пробелы в знаниях учащихся.

Результат работы студента может быть сохранён в текстовый файл. Например, результаты работы, представленной на рисунке, буду выглядеть следующим образом:

• "основная (""материнская"") плата" # Целое/часть # системный блок;

• "основная (""материнская"") плата" # Целое/часть # шина;

• шина # Применение # взаимодействие блоков;

• "основная (""материнская"") плата" # Целое/часть # процессор;

• процессор # Характеристика # тактовая частота;

• процессор # Характеристика # разрядность;

• прерывание # Смысловая связь # бит;

• бит # Класс/подкласс # измерение информации;

• байт # Класс/подкласс # измерение информации;

• разрядность # Смысловая связь # байт;

• разрядность # Характеристика # ОЗУ;

• ОЗУ # Применение # принцип хранимой программы;

• память # Целое/часть # ОЗУ;

• память # Целое/часть # ПЗУ (ROM);

• память # Целое/часть # внешняя память;

• внешняя память # Класс/подкласс # носитель информации;

• "основная (""материнская"") плата" # Целое/часть # порт;

• "основная (""материнская"") плата" # Соединение # устройства ввода;

• "основная (""материнская"") плата" # Соединение # устройства вывода;

• операционная система # Управление # аппаратная часть;

• операционная система # Целое/часть # программное обеспечение;

• операционная система # Целое/часть # файловая система;

• программное обеспечение # Смысловая связь # интерфейс;

• система счисления # Целое/часть # шестнадцатеричная система счисления;

• система счисления # Целое/часть # десятичная система счисления;

• система счисления # Целое/часть # двоичная система счисления;

• двоичная система счисления # Основание # двоичное кодирование.

Опытному преподавателю достаточно просто выявить истинные и ложные связи между терминами и оценить таким образом уровень системности знаний каждого студента и, соответственно, уровень понимания учебной темы в целом.

Подготовленное приложение вызвало интерес как у учащихся, так и у преподавателей. Опыт применения данного приложения в обучении [7] позволяет утверждать, что данная разработка будет полезна преподавателям вузов и школьным учителям для оценки системности концептуальных знаний учащихся.

Автор выражает благодарность доценту физического факультета Пермского государственного гуманитарно-педагогического университета Евгению Александровичу Ерёмину за помощь в создании данного приложения и подготовке настоящей статьи.

Список литературы

1. Бершадский М.Е. Карты понятий как способ визуализации семантических отношений // Инструментальная дидактика и дидактический дизайн: теория, технология и практика многофункциональной визуализации знаний: материалы Первой Всерос. научн.-практ. конф. Москва, Уфа, 28 января 2013 г. - Уфа: Изд-во БГПУ им. М. Акмулы, 2013. - С. 148-152.

2. Бершадский М.Е. Когнитивная визуализация процессов присвоения информации // Инструментальная дидактика и дидактический дизайн: теория, технология и практика многофункциональной визуализации знаний: материалы Первой Всерос. научн.-практ. конф. Москва, Уфа, 28 января 2013 г. - Уфа: Изд-во БГПУ им. М. Акмулы, 2013. - С. 146-148.

3. Бершадский М.Е. Педагогическая диагностика уровня понимания // Педагогические измерения. - 2012. - №3. - С. 60-88.

4. Бершадский М.Е. Формирование базы знаний учащихся на основе метода карт понятий с использованием программы IHMC CMap Tools // Непрерывное педагогическое образование в контексте

инновационных процессов общественного развития: Сб. науч. Ст. междунар. Науч.-практ. конф., 19-21 июня 2012 г. / сост. В.А. Василевская, А.А. Василевская; под ред. Л.Н. Горбуновой [Электронное издание].

- М.: Изд-во ФГАОУ ДПО АПК и ППРО. - 2012 г.

5. Еремин Е.А. О компьютерной методике изучения целостности системы базовых понятий, сформировавшейся у студентов в результате освоения курса // Human Aspects of Artificial Intelligence, серия «Information Science & Computing». - Sofia, 2009. - V. 3, № 12.- P. 47-54.

6. Еремин Е.А. Разрозненные факты или единое целое: экспериментальная оценка концептуальных знаний студентов // Информатика и образование. - 2012. - № 10. - C. 90-96.

7. Еремин Е.А. Экспериментальное изучение целостности знаний студентов // International Journal «Information Technologies & Knowledge». - 2011. - V. 5, № 3. - P. 285-299.

8. Кларин М.В. Инновации в мировой педагогике: обучение на основе исследования, игры и дискуссии (Анализ зарубежного опыта) / под ред. М.В. Кларина - Рига: Эксперимент, 1995. - 176 с.

9. КолинМ. ActionScript 3.0 для Flash: подробное руководство / под ред. М. Колин. - СПб.: Питер, 2011. - 992 с.

10. Кэй А. Идеям тоже нужна любовь!.. // Компьютер в школе. - 1998. - № 1. - С. 1113.

11. Попов С.В. О знании, незнании, иллюзии и мониторинге // Информатика и образование. - 2010.

- № 6. - С. 48-54.

12. Попов С.В. О психоинформационной когнитивной концепции // Информатика и образование. -2011. - № 9. - С. 56-52.

13. Рыбанов А. Степень соответствия между тезаурусом учащегося и тезаурусом учебного контента как метрика процесса усвоения дистанционного учебного курса // Педагогические измерения. - 2013. - № 3. - C. 77-91.

14. Таксономия Блума [Электронный ресурс] / ЦНИТ МЭИ (ТУ). - URL: http://cnit.mpei.ac.ru/textbook/01_03_01_04.htm. (дата обращения: 1.06.2014 г.).

15. Уроки ActionScript 3.0 (AS3) и уроки Flash [Электронный ресурс]. - URL: http://uroki-flash-as3.ru. (дата обращения: 1.06.2014 г.).