Комплексные показатели оценки эффективности освоения конструкторско-технологических компьютерных систем

УДК 621.9

КОМПЛЕКСНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОСВОЕНИЯ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ

В.А. Селезнев

Предложены интегральные коэффициенты оценки эффективности освоения CAD/CAM систем, а также компьютерная программа для их расчетов и обработки общих результатов по учебной группе. Коэффициенты позволяют количественно и объективно оценить качество знаний учащихся выполняющих разные по сложности проектные задания в компьютерных системах и проводить сравнительный анализ результатов проектирования. Это необходимо для определения рейтинга учащихся в группе, для сравнения уровня подготовки в разных учебных группах, а также для выявления объективных результатов эффективности проводимых педагогических исследований при освоении интегрированных компьютерных систем.

Ключевые слова: информатика, графика, компьютерная графика, интегрированные конструкторско-технологические системы

Обучение с применением компьютерной техники открывает широкие организационнометодические возможности образования. Компьютерные технологии в обучении позволяют развивать у обучающихся новые способы умственных действий, однако условием этого выступает специальное педагогическое проектирование, приближающее компьютерные технологии к возможностям человека с индивидуальным приближением к особенностям общающегося с компьютером.

Интегрированные конструкторско-технологические компьютерные системы позволяют эффективно и комплексно решать многофакторные задачи подготовки производства различных объектов, начиная от создания конструкторской документации до разработки управляющих программ для изготовления изделия на автоматизированном оборудовании. Обучение пользованием этими компьютерными системами довольно сложная педагогическая задача и её решение предполагает использование различных образовательных технологий [2]. При их реализации возникает проблема оценка эффективности их применения.

Простой однофакторный анализ эффективности освоения компьютерной программы можно осуществить при выполнении одинакового задания всеми учащимися контрольной и экспериментальной групп, оценивая при этом время выполнения задания. Так, в рамках проведения практической работы выполнялось обучение автоматизированной разработке чертежа детали на ПК с помощью модуля CAD системы ADEM. Обучение проводилось параллельно в двух учебных группах - контрольной и экспериментальной, учащиеся обеих групп имели примерно равную компьютерную подготовку, а выполняемые задания были одинаковы по форме, варианты индивидуальных заданий отличались линейными размерами, что не сказывалось на времени выполнения задания. По сложности задания предполагалось время его выполнения в пределах одного учебного часа [1]. В контрольной группе учебный процесс строился в соответствии с обычной знаниевой парадигмой обучения, а в экспериментальной применялась методика микрообучения с квантованием учебного материала и по алгоритму, разработанному автором [2]. В процессе выполнения задания производился хронометраж действий каждого обучаемого.

Рис. 1 Распределение времени выполнения задания

На основании полученных данных с помощью функции Диаграммы Приложения Microsoft Excel [5] были построены графики распределения времени затраченного на выполнение упражнения для обеих групп (см. рис. 1). Сравнительный анализ данных представленных в таком виде весьма затруднителен, поэтому для его проведения, а также для количественного сопоставления результатов влияния различных методик обучения на процесс усвоения знаний, были использованы методы математической статистики обработки результатов исследований. В частности для каждой учебной группы определялись - математическое ожидание, величина стандартного отклонения и границы доверительного интервала времени выполнения контрольного задания. Данные обработки результатов эксперимента методами математической статистики с помощью встроенной функции Формулы статистические Приложения Microsoft Excel приведены в табл.

Таблица

Распределение времени выполнения задания в контрольной и экспе риментальной группах

Математическое ожидание тх мин Стандартное отклонение мин Доверительный интервал р = 0. 995 мин

Контрольная группа 15,22 2,92 13,73 - 17,30

Экспериментальная группа 12,52 2,06 11,25-13,78

Анализ данных приведенных в таблице позволяет сделать выводы об эффективности применяемых методик обучения. Математическое ожидание тх

времени выполнения контрольного задания является обобщенным показателем достигнутого каждой группой уровня подготовки в среднем, в виде одного числа, как меры центральной тенденции. Так как из полученных расчетов 15.22 > 12.52 то, следовательно, экспериментальная группа с заданным упражнением справлялась успешнее контрольной. Численное значение стандартного отклонения показывает, насколько обучаемые в группе отличаются по уровню освоения изучаемого материала. Чем большее значение ох. тем более разнородна по уровню знаний группа. И наоборот, чем меньше ож. тем однороднее группа и тем ближе по уровню освоения материала обучаемые. Из полученных результатов расчетов следует 2.92 > 2.06, отсюда очевидно, что экспериментальная группа более однородна по уровню полученных знаний. Это можно объяснить тем, что работа на ПК имеет физический предел возможности по скорости набора данных и наиболее

подготовленные в процессе обучения ненамного могут улучшить свои скоростные показатели, а имеющие недостаточный опыт работы на ПК с его освоением подтягиваются к более высоким результатам.

Мат.ожидание Ст.отклонение Дов.интервал

Контр.группа  Эксп.группа

Рис. 2 Сравнение показателей теоретических функций распределения времени проектирования в абсолютных величинах

Рис. 3 Сравнение показателей теоретических функций распределения времени проектирования при выполнения упражнения в %

Полученные расчетные данные позволяют провести графический сравнительный количественный анализ результатов влияния различных методик обучения работы на ПК на время выполнения задания, его результаты в абсолютных и относительных величинах приведены на рис. 2 и 3. Применение, приведенного выше, однофакторного анализа не даёт полной и объективной картины для оценки эффективности применяемых педагогических методик. Для комплексной количественной оценки эффективности освоения конструкторско- технологических компьютерных программ и многофакторного анализа разработаны интегральные коэффициенты, учитывающие сложность задания через учитываемое число конструктивных элементов объекта и количество технологических переходов необходимых для его изготовления, время выполнения контрольного задания, количество ошибок и неточностей в выполненной разработке.

При выполнении графических заданий результаты оцениваются интегральным коэффициентом эффективности освоения конструкторского (графического) модуля компьютерной программы который определяется по формуле [3]

КЭсап=Цг1,

где Т. - время выполнения графической разработки, мин; О. - количество ошибок в выполненной разработке; 3! - количество конструктивных элементов (например - поверхность,

торец, канавка, шпоночный паз и т.п.) в разработке возведенное в квадрат.

Результаты технологических разработок оцениваются интегральным коэффициентом эффективности освоения технологического модуля компьютерной программы А-ЭСЛЛ,. который определяется по формуле

кэ

тя + оя

САМ

где Тт - время выполнения технологической разработки в мин; От - количество ошибок в выполненной разработке; - количество технологических переходов (например - установить, точить, сверлить, фрезеровать, контролировать и т.п.) в разработке возведенное в квадрат.

Комплексный интегральный коэффициент эффективности освоения конструкторско-технологической компьютерной программы ^'^с/и>/слм является средним значением предыдущих коэффициентов и определяется по формуле

CAD/САМ - ( КЭ[ГЛ£I + ^'^CÆw) / 2 - (

Т-— О- Т„+ о,

5?

+ ^ж)/2.

Автоматизированная обработка численных результатов проектирования производится с помощью Приложения Microsoft Excel [4]. Открывается лист группы в этом приложении, выводится на экран диалоговое окно (см. рис. 4) в него заносятся данные о студенте, варианте задания, количестве элементов в объекте, фиксируется время начала проектирования.

Рис. 4 Диалоговое окно программы расчета коэффициентов освоения CAD/CAM система

Открывается CAD/CAM система и производится проектирование согласно контрольного задания. По его завершению повторно открывается лист группы в приложении Microsoft Excel и в диалоговом окне фиксируется время завершения выполнения задания. После расчета времени затраченного на разработку и проверки результатов проектирования, преподаватель вносит сведения о количестве неточностей и ошибок в данные обучаемого. Расчет коэффициента освоения CAD/CAM системы для данного учащегося производится автоматически по формулам (1), (2) и (3) занесенным в соответствующую ячейку приложения. Сортировка данных расчета по численному значению позволяет установить рейтинг каждого учащегося в группе.

Для дальнейшего анализа использованы методы математической статистики обработки результатов исследований. Для каждой исследуемой группы, в соответствии с алгоритмом (см. рис. 5), определяются - математическое ожидание, величина стандартного отклонения и границы доверительного интервала коэффициента эффективности освоения программы.

Алгоритм расчета коэффициентов эффективности освоения

0/\D/0/\IVl систем

Гч/1 і с го soft Exei

Система CAD/CAM/CAPP

с

Начало

Начало

Z)

Ввод данных: <Х>ИО; № варианта задан ия;

К-во элементов ; Время/начало

Ввод данных: Время/конец.

I роектирован ие модуле

0/\ D

I роектирован ие ivi од у л е

0/XIV1

Расчет времени проектирования

I роектирован ие модуле САРР

і

Ввод данных: К-во неточностей ошибок.

I ре п од а вате л ь»: проверка резул ьтатов і роекти рован ия

Расчет индивидуального КО

Расчет статистических показателей уч. группы

Результаты расчета: мат ожидание КСЭ; ст. отклонение; дов. интервал.

Рис. 5 Алгоритм проектирования и расчет индивидуальных и групповых показателей эффективности освоения CAD/CAM систем

Все расчеты производятся с помощью встроенной функции Формулы статистические в приложении Microsoft Excel и отражаются на листе с данными учащихся группы (см. рис.6) При сравнительном анализе - чем меньше численное значение коэффициентов, тем выше эффективность освоения системы.

____R14C12 - _____ÆJ________________________________________

і 2 3 4 5 б 7 S 9

1 Расчет коэффициентов эффективности освоения CAD/CAM систем. Гр. ПУ№18

2 № Фамилия И.О. Вариант Элементы Время/начало Время/конец Ошибки Время ,мин КЭ

3 1 Войтов С.И 8 7 15:19 15:29 3 10 0,265

4 2 Курилюк С.И. 3 8 15:29 15:45 1 16 0,266

5 3 Косенкова О.Д. 4 6 15:24 15:33 2 9 0,306

6 4 Несоленая Г.В. 1 7 15:37 15:51 1 14 0,306

7 5 Мишин А.Д. 2 8 15:30 15:47 3 17 0,313

S 6 Жук Е.М. 6 7 15:22 15:34 4 12 0,327

9 7 Егорова С.В. 7 б 15:20 15:30 2 10 0,333

10 8 Ковалева М.Е. 5 6 15:34 15:44 2 10 0,333

11 9 Синицына Е.М. 10 б 15:38 15:50 1 12 0,361

12 10 Бычкова А.Е. 9 6 15:14 15:25 3 11 0,389

13

14 Математическое ожидание коэффициента освоения {КЭ}модуля CAD в группе 0,32

15

16 Стандартное отклонение коэффициента освоения (КЭ) модуля CAD в группе 0,036

17

18 Величина доверительного интервала КЭ с а = 0.05 0.32± 0,023

19

20 Максимальное значение КЭ- 0,342

21

22 Минимальноезначение КЭ- 0,297

Рис. 6 Лист результатов расчета коэффициента эффективности освоения модуля CAD в

учебной группе

Предложенные коэффициенты и компьютерная программа для их расчетов и обработки

общих результатов по группе позволяют количественно и объективно оценить качество знаний учащихся выполняющих разные по сложности задания и проводить сравнительный анализ результатов проектирования. Это необходимо для определения рейтинга учащихся в группе, для сравнения уровня подготовки в разных учебных группах, а также для выявления объективных результатов эффективности проводимых педагогических исследований при освоении интегрированных компьютерных систем.

Integral coefficients of the proposed evaluation of the effectiveness of development CAD / CAM systems, and computer program for calculation and processing of general results on the study group. The coefficients can quantitatively and objectively evaluate the quality of students' knowledge on the complexity of performing various design tasks in computer systems and to conduct a comparative analysis of the design. This is necessary to determine the ranking of students in the group, to compare the level of training in different educational groups, as well as to identify the objective results of the effectiveness of educational research in the development of integrated computer systems.

Keywords: computer science, graphic arts, computer graphics, integrated engineering and design systems

Список литературы

1. Селезнев В.А. Оценка эффективности обучения работе с пакетами прикладных программ

на персональном компьютере. В сб. Технологическое образование: состояние, проблемы

перспективы: материалы международной научно-практической конференции, 20 марта 2007 г. Под общей ред. М.В.Ретивых, Т.А.Николаевой. Брянск: Изд-во БГУ, 2007 г. с. 205-209.

2. Селезнёв Владимир - Инновационные технологии для формирования компетенций рабочих. Исследования и практические рекомендации. Lambert Academic Publishing , Germany, 2011, 118 стр, - ISBN 978-3-8465-4746-5

3. Селезнев В.А. Электронный информационный образовательный ресурс: <Оценка эффективности освоения интегрированных конструкторско-технологических компьютерных систем в образовательных учреждениях> Свидетельство о регистрации электронного ресурса в ОФЭРНиО ИНИМ РАО ГАН №17481 от 07.10.2011. Инв. номер ВНТИЦ № 50201151268 от 07.10.2011 года.

4. Соколенко А.Л. Microsoft Office Excel 2007. М. : Эксмо, 2007. 272 с.

Об авторе

Селезнев В.А. - старший преподаватель Брянского государстве5нного университета имени академика И.Г. Петровского.

COMPREHENSIVE PERFORMANCE ASSESSMENT OF THE EFFECTIVENESS OF THE DEVELOPMENT PROCESS DESIGN OF COMPUTER SYSTEMS