Система автоматизированного обучения и тестового контроля знаний по дисциплинам в области компьютерных и информационных технологий

УДК 378:681.3

СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОБУЧЕНИЯ И ТЕСТОВОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ ПО ДИСЦИПЛИНАМ В ОБЛАСТИ КОМПЬЮТЕРНЫХ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

А.И.Еникеев, Н.Р.Бухараев, Э.А.Гайнуллина, И.В.Романова

В статье излагаются базовые принципы функционирования и разработки программных средств обучения и тестового контроля знаний на примере автоматизированной системы обучения методам объектно-ориентированного программирования в среде СУБД Microsoft Visual FoxPro. Особое внимание уделено требованиям к архитектуре системы, обеспечивающим дальнейшее расширение базовой функциональности и быструю настройку на широкий круг конкретных образовательных дисциплин.

Ключевые слова: компьютеризированное обучение, автоматизация обучения и тестирования знаний, обучение информационным технологиям.

Введение.

Развитие компьютерных технологий обусловило массовое внедрение средств автоматизации в различные области человеческой деятельности, в том числе и в образование. Широкое распространение в поддержке учебного процесса получили средства автоматизированного обучения и тестового контроля знаний. В последнее время уже появилось и продолжает появляться большое количество разнообразных программных систем, обеспечивающих процессы автоматизированного обучения и тестового контроля знаний по различными дисциплинам [1-4]. Несмотря на это, разработка подобных средств продолжает оставаться актуальной задачей, поскольку постоянно расширяющееся многообразие современных методик и дисциплин обучения приводит к необходимости учета соответствующих им специфических особенностей.

Среди основных преимуществ использования автоматизированных средств обучения, по сравнению с традиционными, выделим следующие возможности: обслуживания большого потока обучаемых в сравнительно

короткие сроки; оптимального сочетания массового и индивидуальных подходов к процессу обучения; эффективной организации дистанционного обучения и повышения мотивации обучаемых к учебному процессу. Хотя эти преимущества проявляются практически для любых дисциплин, наибольший эффект достигается для дисциплин, связанных с обучением компьютерным технологиям. В этом случае удается адекватно организовать процесс интерактивного обучения, используя средства обучения в качестве инструмента автоматизации конструирования программных приложений. Более того, современный подход к разработке программного обеспечения предусматривает встраивание в создаваемые программные системы эффективные средства помощи и обучения способам их использования. Таким образом, именно в этом случае решение задач освоения и практического использования программных средств могут быть наиболее тесно интегрированы.

В данной статье излагаются принципы разработки средств обучения и тестового контроля знаний обучаемых на примере автоматизированной системы обучения и тестирования знаний по методам объектно-ориентированного программирования в среде СУБД Visual FoxPro [5], разработанной на кафедре технологий программирования Казанского федерального университета. Система реализована средствами самой СУБД Visual FoxPro и включает в себя три основных блока:

- блок автоматизации обучения;

- блок автоматизации тестового контроля знаний;

- объектно-ориентированные инструментальные средства, предназначенные для расширения функциональных возможностей системы и ее переориентацию на иные образовательные дисциплины.

1.Автоматизация обучения.

Для большей наглядности продемонстрируем основные режимы функционирования блока автоматизированного обучения в виде соответствующих им экранных форм, следующих ниже.

а) Режим иерархического просмотра.

Обучающий курс

Добавить J Удалить 1

Вниз J Вверх 1

Правка

Экспорт в EXCEL

Полный просмотр

^jnJiU

Код Наименование Раздел Детализация Пример d H

» @ 001 Введение memo memo

@ 002 Знакомство с Visual FoxPro Глава 1 memo memo

@ 003 Начало раВоты с Visual FoxPro Глава 1 memo memo

@ 004 Проект как средство объединения элементов Глава 3 memo memo

@ 005 Создание Вазы данных проекта Глава 4 memo memo

@ 006 Форма как средство ввода и редактирования Глава 5 memo memo

& 007 Конструктор форм Глава 6 memo memo

@ 008 Создание и печать отчетов Глава 7 memo memo

@ ООО Операторы и функции memo memo

Выход

В режиме иерархического просмотра первоначально отображаются разделы учебника, относящиеся к самому верхнему уровню иерархии. Для перехода на нижний уровень иерархии используется командная кнопка «Вниз», для возврата на верхний уровень - командная кнопка «Вверх». Командная кнопка «Полный просмотр» используется для перехода в режим полного просмотра.

б) Режим полного просмотра.

Обучающий курс

jnjxj

Поиск ПО главам | Введение Поиск

OK

Отмена

1 |Код Наименование Раздел Детализация Пример 1

CIK 001 Введение memo memo ]

001 001 Как пользоваться само^ителем Memo memo

001 002 Как построен само^итель Memo memo

001 003 Специальные элементы Memo memo

002 Знакомство с Visual FoxPro Глава 1 memo memo

002001 Реляционные Вазы данных Глава 1.1 Memo memo

002002 Современные реляционные СУБД Глава 1.2 Memo memo

002003 Объекты Visual FoxPro Глава 1.3 Memo memo

W 003 Начало работы с Visual FoxPro Глава 2 memo memo

003001 Запуск Visual FoxPro Глава 2.1 Memo memo

003002 Главное окно Visual FoxPro Глава 2.2 Memo memo

L _ r...-.^-.------- ..-...-. ......- - —— £

Правка

Выход

Экспорте EXCEL

Иерархический просмотр

В режиме полного просмотра отображается вся иерархия разделов учебника. В этом режиме предусмотрена возможность поиска нужных разделов учебника по главам и ключевым словам. Для перехода в режим просмотра и редактирования записи из режимов просмотра используется командная кнопка «Правка».

в) Режим редактирования записи.

Следующие ниже рисунки иллюстрируют один из сценариев процесса обучения с использованием визуальных примеров.

Детализация ; I Пример I Визуальные примеры

Наименование

Раздел

Как правило, в Visual FoxPro при создании форм, отчетов и запросов используется — несколько таблиц, между которыми установлены постоянные отношения. Такие таблицы называются связанными. Из двух связанных таблиц одна является главной, а другая — подчиненной. Главную таблицу называют родительской, а подчиненную — дочерней. При создании индексов для родительской таблицы должен быть определен ключ типа Primary (Первичный) или типа Candidate (Кандидат), а для дочерней таблицы — индекс для связи с родительской таблицей типа Regular (Обычный).

Рассмотрим, например, отношения между таблицей customer, содержащей список клиентов, и таблицей Phoncust, в которой размещены данные о телефонах, по

ir птп п 1-1 ил Mnvun псатьюотьга г v п \я о ита кл и Тд R п ¡л 11-а г I ictnmor аопаотг а пп пмтопипгпм ж I

Диалоговое окно Edit Relationship для установления отношений между таблицами

^ff Edit Relationship |

Xable: customers Related table: phoncust

] idcustomer T j | idcustomer j

Relationship type: One To Many

Referential Integrity... [ OK j Cancel Help

Для управления процессом обучения в системе используются подрежимы, реализованные визуально в виде вкладок многостраничной формы:

- «Наименование» - дает краткое описание объекта обучения;

«Раздел» - указывает раздел учебника, к которому относится объект обучения;

- «Детализация » - дает подробное описание объекта обучения;

- «Пример» - предлагает примеры кода с использованием соответствующего объекта обучения;

- «Визуальный пример» - дает визуальное отображение примеров.

Имеется также возможность сохранения состояния текущего сеанса обучения в формате таблиц EXCEL с помощью командной кнопки «Экспорт в EXCEL».

2. Автоматизация тестового контроля знаний.

В основу тестового контроля положен принцип выбора из альтернативных ответов, каждый из которых получает оценку в виде некоторого количества баллов в интервале [0-100]. При этом наиболее точный и полный ответ оценивается в 100 баллов, наиболее неверный - в 0 баллов. Предусматривается возможность частично верных, неполных ответов. В последнем случае соответствующий балл оценивает меру близости данного ответа к наиболее полному. Проиллюстрируем сказанное на следующем примере.

Вопрос. Что такое Visual FoxPro?

Список альтернативных ответов.

1. Система управления базами данных.

2. Реляционная система управления базами данных.

3. Объектно-ориентированная реляционная система управления базами данных.

4. Система для обработки машинной графики.

Здесь наиболее точным является третий ответ, оцениваемый в 100 баллов. Ответы (1,2) являются правильными, но неполными - им присваивается оценка в 70 баллов. Четвертый ответ является неверным и, соответственно, ему присваивается 0 баллов.

На следующем ниже рисунке показан пример заполнения теста.

НАИМЕНОВАНИЕ РАЗДЕЛА

Объектно-ориентированные реляционные СУБД ВОПРОС

Что такое Visual FoxPro? j

ОТВЕТ

1. Система управления базами данных.

2. Реляционная система управления базами данных.

3. Обьектно-ориентированная реляционная система управления базами данж

4. Система для обработки машинной графики.

ZI

-d

Ответ1 Ответ2 Ответа Ответ-! Ответ5 Ответе Ответ7 Ответе ОтветЭ Ответ 10 Баллы | 70 ^ | 70 ^ 100 | | 0 ^ | 0 ^ | 0~5] | 0~5] | |

Процесс тестирования знаний предусматривает распределение тестов среди обучаемых, выполняемое преподавателем. Затем начинается непосредственно сам процесс тестирования на основе выбранных тестов.

Следующий ниже рисунок иллюстрирует процесс тестирования:

ФИО тестируемого |

Переход на следующий вопрос

Отметьте правильный ответ =>,

Что такое Visual FoxPro? J

_в

1. Система управления базами данных.

2. Реляционная система управления базами данных.

3. Обьектно-ориентированная реляционная система управления базами данных.

4. Система для обработки машинной графики.

"3

<~ Ответ Н1 <~ Ответ N»2 Р Ответ N»3 г Ответ Н4 г Ответ Н5 г Ответ N»6 г Ответ Н7 С Ответ Н8 <~ Ответ Н9 <~ Ответ N»10

Выход

Объектно-ориентированные реляционные СУБД

ооооос

Процесс тестирования завершается выводом результатов тестирования, показанным на рисунке ниже.

. Результаты тестирования

Просмотр

|фИО |Балл Оценка Р г1

С |Иванов 100

Петров 70 3

и 1 1

Выход

3. Объектно-ориентированные инструментальные средства.

Основу объектно-ориентированных инструментальных средств составляет специализированная библиотека классов, с помощью которых обеспечивается возможность расширения функциональных возможностей системы и переориентации системы на другие образовательные дисциплины. В частности, библиотека содержит класс для экспорта данных из системы в БХСБЬ-файлы, а также визуальные классы для создания новых экранных форм. Среди визуальных классов можно выделить следующие:

Класс для отображения иерархической организации данных представляет собой многостраничную экранную форму для отображения и редактирования иерархически - организованных данных.

Объекты данного класса составлены из объектов классов «Grid 1» - для табличного отображения данных, «PageFrame 1» - для просмотра и редактирования одной записи в форме многостраничного контейнера, а также из командных кнопок, функции которых описаны выше. Представление иерархии основано на линейном кодировании элементов иерархии. В данном случае используется префиксное (лексикографическое) кодирование, иллюстрация которого приведена на следующем ниже рисунке.

II Код Наименование F

№  01 Введение

001001 Как пользоваться самоучителем

001002 Как построен самоучитель

001003 Специальные элементы

@ 002 Знакомство с Visual FoxPro

002001 Реляционные базы данных

002002 Современные реляционные СУБД

002003 Объекты Visual FoxPro

@ 003 Начало работы с Visual FoxPro

003001 Запуск Visual FoxPro

@ 003002 Главное окно Visual FoxPro

-

4

Класс для отображения и редактирования данных представляется следующей экранной формой.

Объекты данного класса составлены из объектов класса «Grid 1» - для табличного отображения данных, класса «Container 1» - для просмотра и редактирования одной записи в форме контейнера, а также из управляющих элементов (командных кнопок).

4. Заключение.

Основное преимущество принципов, продемонстрированных на представленном выше примере разработки системы автоматизированного обучения и тестового контроля знаний, состоит в возможностях наращивания дополнительной функциональности и быстрой настройки на конкретные образовательные дисциплины. Помимо применения общих принципов объектно-ориентированного подхода, данная возможность обеспечена параметрическим подходом к построению архитектуры системы, предусматривающим абстрагирование от конкретных данных

Источники:

1. Лобанов Ю.И., Брусиловский П.Л., Съедин В.В. Экспертно-обучающие системы. М.: НИИ ВШ, 1991. 71 с.

2. Аванесов В.С. Современные методы обучения и контроля знаний. Владивосток: ДВГТРУ, 1999. 125 с.

3. Панченко В.М. Компьютерные технологии обучения. Мониторинг качества обучения в техническом ВУЗе на основе ретроспективного экспертного комплекса. М: Изд-во МГИРЭА, 2006. 156 с.

4. Астахова И.Ф., Пшеничных А.А. Разработка моделей и методов автоматизации обучения и контроля знаний студентов с помощью искусственного интеллекта // Фундаментальные исследования, 2011. № 12 (часть 1). С. 77-80.

5. Базиян М. Использование Visual FoxPro 6. Специальное издание. М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. 928 с.

References:

1. Lobanov YU.I., Brusilovskiy P.L., S'edin V.V. E'kspertno-obuchayusch'ie sistemy'. M.: NII VSH, 1991. 71 s.

2. Avanesov V.S. Sovremenny'e metody' obucheniya i kontrolya znaniy. Vladivostok: DVGTRU, 1999. 125 s.

3. Panchenko V.M. Komp'yuterny'e tehnologii obucheniya. Monitoring kachestva obucheniya v tehnicheskom VUZe na osnove retrospektivnogo e'kspertnogo kompleksa. M: Izd-vo MGIREA, 2006. 156 s.

4. Astahova I.F., Pshenichny'h A.A. Razrabotka modeley i metodov avtomatizacii obucheniya i kontrolya znaniy studentov s pomosch''yu iskusstvennogo intellekta // Fundamental'ny'e issledovaniya, 2011. № 12 (chast' 1). S. 77-80.

5. Baziyan M. Ispol'zovanie Visual FoxPro 6. Special'noe izdanie. M.: Izdatel'skiy dom «Vil'yams», 2003. 928 s.

Зарегистрирована: 03.06.2013