СПОСОБ ОБУЧЕНИЯ МЕТОДОМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-АДАПТИВНОЙ АКТИВИЗАЦИИ РАЗНОУРОВНЕВЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ ОБУЧАЮЩИХСЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ТЕСТИРОВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ
METHOD OF TRAINING BY METHOD OF SEQUENTIAL-ADAPTIVE ACTIVATION OF DIFFERENT-LEVEL POTENTIALS OF TRAINEES BY TEST RESULTS USING AUTOMATION MEANS

Изобретение относится к области образования, а именно к способам обучения с применением средств автоматизации.
В современном образовательном процессе главным считается научить студента самостоятельно получать знания. Именно с этим связано значительное увеличение количества часов, отводимых на самостоятельную работу в учебных планах всех направлений. Очевидно, что рассчитывать на положительный результат в такой образовательной системе можно только при условии, если установлен жёсткий технический контроль обеспечения качества самостоятельной работы студентов. Способом организации такого контроля может стать регулярное тестирование с помощью средств автоматизации как важнейшая часть учебного процесса.
Можно отметить две основные тенденции теории и практики тестирования. Первая – это разработка тестов для проведения объективного текущего и итогового контроля знаний учащихся. Вторая тенденция – использование обучающего потенциала заданий в тестовой форме для организации самоконтроля.
Традиционный тест представляет собой метод диагностики испытуемых, ведущая идея которого – минимальным числом типовых заданий за короткое время быстро, качественно и с наименьшими затратами сравнить знания как можно большего числа учащихся. По существу, это идея эффективности педагогической деятельности в области контроля знаний. Заслуживает пристального внимания также теория и практика такого рода заданий для тематического и рубежного контроля, куда входят тематические, текстовые, цепные и ситуационные задания в тестовой форме. Эти задания могут сыграть заметную роль в улучшении учебного процесса.
По-настоящему тесты могут быть востребованы и полезны только в таком учебном процессе, в котором преподаватель становится разработчиком новых программно-педагогических средств, организатором процесса самостоятельного учения студентов. Обучение должно начинаться с входного тестового контроля, сопровождаться самоконтролем и заканчиваться итоговым тестированием. Другое условие – концентрация усилий на создании такого учебного процесса, в котором доля самостоятельной работы учащихся выше, чем доля занятий по расписанию. Кроме того, применение оптимизационной схемы возможно в случае, когда тест предварительно проработан на типичных выборках. Отсюда вывод о важности проверки заданий любого теста до того, как он начнёт применяться на практике. То есть каждое задание должно пройти эмпирическую апробацию на достаточно большом числе типичных учащихся. Полученный таким путём уровень трудности тестовых заданий – главная их характеристика. (Тригуб Г. Я. Тестирование как метод обучения и контроля знаний в вузе // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2017. – № S3. – 0,2 п. л. – URL: http://ekoncept.ru/2017/470510.htm.)
Известен способ оценки соответствия компетенций обучаемого заданному уровню (RU 2657228, G09B 7/06, 08.06.2018 г., Бюл.№16), характеризующийся тем, что с целью автоматизации проверки гипотезы об отсутствии корреляции ответов обучаемых с эталонными ответами
- в ранговой шкале формируют сигналы, пропорциональные оценке обучаемого значимости факторов, предлагаемых в тестовом задании, для решения поставленной задачи;
- путем сравнения сигналов оценки формируют сигналы, пропорциональные рангу оценок;
- формируют суммарный сигнал, пропорциональный сумме квадратов разностей рангов оценок обучаемого и рангов оценок эталонной модели;
- суммарный сигнал сравнивают с пороговым значением, пропорциональным количеству оцениваемых факторов и критической точке распределения Стьюдента;
- решение о соответствии уровня компетенций обучаемого заданному уровню принимают при превышении суммарным сигналом порогового уровня.
Недостатком данного способа является то, что не учитываются психофизиологические особенности обучаемых, отсутствует база накопления данных и полученных результатов тестирования.
Известен способ обучения усвоению информации и устройство для его осуществления (RU 2424575, G09B 19/00, 20.07.2011 г., Бюл. №20). Суть способа и устройства для его осуществления является имитация скрытой поддержки обучаемых со стороны преподавателя.
Недостатком данного способа является то, что исключается использование потенциала наиболее подготовленных обучаемых.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному способу, принятым за прототип, является способ обучения с использованием потенциала обучающихся в рамках педагогического взаимодействия (патент RU 2673612, G09B 5/14, 28.11.2018 г., Бюл. №34), заключающийся в интенсификации и повышении эффективности процесса обучения за счет сочетания технических средств и методов, обеспечивающих парное обучение студентов под контролем преподавателя. Способ обучения иностранному языку с использованием потенциала обучающихся характеризуется тем, что на основе предварительно пройденных дополнительных тестовых заданий и обработки полученных данных производят с помощью компьютера преподавателя, который оснащен RFID-программатором и модулем беспроводной связи, разбивку студентов на группы с разным уровнем подготовки, а именно на две группы, одна из которых - первая группа - по результатам тестовых заданий условно считается более успевающей, а другая - вторая группа - условно считается менее успевающей, для чего каждого студента оснащают электронным устройством, включающим сенсорный экран, активную съемную RFID-метку, считыватель RFID-меток, аккумулятор, радиопередатчик, светодиодный индикатор, звуковой индикатор, вибрационный индикатор, беспроводной модуль связи, причем RFID-метка каждого упомянутого электронного устройства студента содержит информацию об уровне подготовки успеваемости каждого студента и другую необходимую для обучения информацию проведения общих групповых занятий.
Недостатком способа-прототипа является высокая вероятность снижения качества обучения из-за не совместимости обучаемых в парах по различным причинам. Отсутствие повторного тестирования не дает видимой картины достижения результата в подготовке слабого обучаемого, что в последующем, в свою очередь, не позволяет сохранить или расформировать пары обучаемых. Случайный выбор обучаемых из первой и второй групп для формирования пар прототипа увеличивает время для нахождения оптимального варианта формирования пар обучаемых с учетом их интеллектуальных потенциалов и психофиологических особенностей, что в свою очередь приводит к увеличению времени достижения заданных показателей эффективности обучения.
Техническим результатом, достигаемым при применении предлагаемого способа является сокращение времени выявления неэффективности дополнительного педагогического воздействия на обучаемых, а также сокращение времени достижения заданных показателей эффективности обучения в группе обучаемых.
Технический результат достигается за счет сочетания технических средств и метода последовательно-адаптивной активизации разноуровневых потенциалов обучающихся под контролем преподавателя, опирающегося на информацию результатов последовательного тестирования реализуемого с помощью средств автоматизации.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе в рамках педагогического воздействия осуществляют тестирование обучаемых и обработку и запись в базу данных полученных результатов с помощью средств автоматизации, делят обучаемых на основе результатов тестирования на две подгруппы при этом в первую подгруппу относят обучаемых с высоким уровнем оценок, а во вторую с меньшим уровнем оценок, формируют пары обучаемых из первой и второй подгруппы с максимальным и минимальным уровнем оценок соответственно, обучаемые из первой подгруппы в каждой паре корректируют результаты работы обучаемых из второй подгруппы, в том числе и с участием преподавателя, при формировании пар обучаемый с высшим дифференцированным баллом из первой подгруппы образует пару с обучаемым с низшим дифференцированным баллом из второй подгруппы, и так далее в соответствии с бальным результатом тестирования, для чего после обработки результатов тестирования формируют количественную шкалу результатов тестирования, строят вариационный ряд оценок индивидуальных способностей обучаемых, осуществляют запись в базу данных о сформированных парах, в ходе занятия вторично осуществляют тестирование, повторяют действия по обработке его результатов, осуществляют запись в базу данных полученных результатов вторичного тестирования, результаты вторичного тестирования сравнивают с результатами первичного тестирования по правилу сохранения пар, если оба обучаемых из одной пары по вторичному тестированию набрали дифференцированный балл выше значения, чем по первичному тестированию, то пара сохраняется, если один из пары обучаемых набрал по результатам вторичного тестирования дифференцированным балл ниже, чем по первичному тестированию, то пара расформировывается, записывают данные о сохраненных и расформированных парах в базу данных, осуществляют вывод результатов, в дальнейшем при формировании пар учитывают данные о всех сохраненных и расформированных парах.
Из уровня техники не выявлено решений, касающихся способов обучения, характеризующихся заявленной совокупностью признаков, следовательно, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
«Промышленная применимость» способа обусловлена наличием элементной базы, на основе которой могут быть выполнены устройства, реализующие способ.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показано:
фиг.1 – алгоритм способа обучения с использованием метода последовательно-адаптивной активизации разноуровневых потенциалов обучающихся по результатам тестирования с помощью средств автоматизации;
фиг.2 – таблица результатов первичного тестирования обучаемых;
фиг.3 – графическое представление вариационного ряда оценок индивидуальных способностей обучаемых по результатам первичного тестирования;
фиг.4 – таблица результатов вторичного тестирования обучаемых;
фиг.5 – графическое представление вариационного ряда оценок индивидуальных способностей обучаемых по результатам вторичного тестирования;
фиг. 6 – сравнительная характеристика результатов первичного и вторичного тестирования в парах обучаемых.
Действия способа могут быть осуществлены в любом аудиторном помещении, предназначенном для проведения обучающего процесса с применением следующих средств автоматизации: локально-вычислительной сети; сервера базы данных; программного обеспечения для создания, ведения и доступа к базе данных, данные из которой используют в дальнейшем для формирования оптимально эффективных пар обучаемых; устройств ввода (мышь, клавиатура) и вывода (дисплеи обучающего и обучаемых) на каждом рабочем месте.
Заявленный способ может быть реализован при помощи алгоритма, блок-схема которого представлена на фиг.1
1. На первом этапе заявленного способа осуществляют ввод исходных данных (количество обучаемых, их атрибуты (фамилия, имя, отчество) и др.) с помощью известных устройств ввода в память ЭВМ (бл. 1 фиг. 1).
2. В начале каждого занятия проводят первичное тестирование обучаемых (бл.2 фиг.1).
При этом для каждой группы обучаемых в процессе образовательной деятельности применяют вариативные тесты в целях исключения утечки информации между обучаемыми соседних групп и их готовности к этим тестам, что в свою очередь может сказаться в ошибочности, ложности формирования пар обучаемых из-за не объективности проведения тестирования.
Тесты состоят из небольшого блока вопросов и занимают небольшое количество времени на занятии.
Тестирование – это система заданий специфической формы, определенного содержания, возрастающей трудности, позволяющая качественно оценить структуру и эффективно измерить уровень знаний, умений, навыков и представлений по любой учебной дисциплине. (Олейник Н.М. Тест как инструмент измерения уровня знаний и трудности заданий в современной технологии обучения. – Донецк: Донецкий государственный университет//Учебное пособие по спецкурсу).
Технической основой проведения тестирования является локально-вычислительная сеть.
3. Осуществляют обработку и запись в БД полученных результатов с помощью средств автоматизации (бл.3 фиг.1).
Средства автоматизации – совокупность программных, технических и программно-технических средств, предназначенных для создания управляющих систем. (Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации).
Все рабочие места обучаемых, преподавателя, сервера базы данных заведены в общую локально-вычислительную сеть. При этом права администратора разрешены только для преподавателя, чтобы исключить возможность изменения результатов тестирования обучаемыми.
База данных - совокупность взаимосвязанных данных, организованных в соответствии со схемой базы данных таким образом, чтобы с ними мог работать пользователь. (ГОСТ 34.321-96 Информационные технологии (ИТ). Система стандартов по базам данных. Эталонная модель управления данными).
4. Формируют количественную шкалу результатов тестирования (бл. 4, фиг. 1).
В этих целях каждому вопросу в тестировании присваивают свой коэффициент в зависимости от сложности вопроса. Затем рассчитывают дифференцированный балл каждого обучаемого.
Расчет дифференцированного балла j-го обучаемого осуществляют согласно выражению:
,
-
где  сумма коэффициентов правильных решений i-x вопросов;
– сумма коэффициентов всех вопросов тестирования.
5. Строят вариационный ряд оценок индивидуальных способностей обучаемых (бл. 5 фиг. 1).
Вариационный ряд – последовательность значений наблюдаемой величины, расположенных в порядке возрастания. (Большой Энциклопедический словарь).
6. Делят обучаемых на две подгруппы с высоким и низким уровнем оценок, при этом в первую подгруппу относят обучаемых с высоким уровнем оценок, а во вторую с меньшим уровнем оценок (бл.6 фиг.1) путем сопоставления членов вариационного ряда по заданному правилу.
7. Формируют пары обучаемых из первой и второй подгруппы с максимальным и минимальным уровнем оценок (бл.7 фиг.1).
Формирование пар обучаемых происходит по следующему принципу: обучаемый с высшим дифференцированным баллом из первой подгруппы образует пару с обучаемым с низшим дифференцированным баллом из второй подгруппы, и так далее в соответствии с бальным результатом тестирования.
8. Обучаемые из первой подгруппы в каждой паре корректируют результаты работы обучаемых из второй подгруппы (бл.8 фиг.1).
В ходе занятия обучаемый с большим дифференцированным баллом оказывает помощь обучаемому с низшим дифференцированным баллом, в том числе и с участием преподавателя, который в свою очередь вносит коррективы в случае, если образованная пара оказалась несовместимой вследствие каких-то разногласий и противоречий между обучаемыми, психофизиологических состояний обучаемых.
9. Вторично осуществляют тестирование,  с помощью средств автоматизации, которые регистрируют ответы обучаемых, осуществляют их обработку и запись в БД полученных результатов. (бл.9 фиг.1).
10. Формируют количественную шкалу результатов вторичного тестирования с помощью специализированного или универсального программного обеспечения ЭВМ (бл.10  фиг.1).
11. Строят вариационный ряд оценок по результатам вторичного тестирования с сохранением тестовых материалов в базе данных (бл.11 фиг.1).
12. Результаты вторичного тестирования, с помощью технических средств, сравнивают с результатами первичного тестирования по правилу сохранения пар (бл.12 фиг.1):
если оба обучаемых из одной пары по второму тестированию набрали дифференцированный балл выше значения, чем по первому тестированию, то пара сохраняется (бл. 13 фиг. 1), если один из пары обучаемых набрал по результатам вторичного тестирования дифференцированный балл ниже, чем по первому тестированию, то пара расформировывается (бл.14 фиг.1).
То есть если  и , где:
– дифференцированный балл первичного обучаемого из первой подгруппы по первому тестированию;
– дифференцированный балл вторичного обучаемого из первой подгруппы по первому тестированию;
– дифференцированный балл первичного обучаемого из второй подгруппы по второму тестированию;
- дифференцированный балл вторичного обучаемого из второй подгруппы по второму тестированию;
то пара обучаемых сохраняется, в противном случае пара обучаемых расформировывается.
13. Результаты записывают в базу данных по всем обучаемым в отдельности и по парам (бл.13 фиг.1).
14. Осуществляют вывод результатов на дисплеи обучающего и обучаемых (бл.14 фиг.1).
15. Результатами являются: результаты первичного тестирования обучаемых; пары, сформированные по результатам первичного тестирования; результаты вторичного тестирования; коррективы в изменении пар, сделанные преподавателем в процессе занятия; данные о сохранении или расформировании пар обучаемых.
Пример реализации предлагаемого способа.
В группе 10 обучаемых, первичное тестирование состоит из 15 вопросов, время на выполнение 5 минут, на каждый вопрос отводится 20 секунд. Количественная шкала результатов первичного тестирования представлена на фиг.2. Графическое представление вариационного ряда оценок индивидуальных способностей обучаемых по результатам первичного тестирования – на фигуре 3.
По результатам тестирования сформированы 2 равные по количеству обучаемых подгруппы, в первую подгруппу вошли обучаемые с дифференцированным баллом от 0,5 до 1,0, т.е. с высоким уровнем оценок, а во вторую подгруппу вошли обучаемые с дифференцированным баллом от 0 до 0,5, т.е. с меньшим уровнем оценок.
Сформировали пары по следующему заданному правилу: обучаемый с высшим дифференцированным баллом из первой подгруппы образует пару с обучаемым с низшим дифференцированным баллом из второй подгруппы, и так далее в соответствии с бальным результатом тестирования сформировали следующие пары обучаемых из первой и второй подгруппы:.
В результате были сформированы следующие пары:
1) Краснова В.С.(0,93) и Осипов Г.В.(0,2);
2) Петров С.М.(0,8) и Полякова М.М.(0,26);
3) Фролова М.Н.(0,73) и Иванов Д.К.(0,33);
4) Борисов Г.Б.(0,66) и Моисеев В.Г.(0,4);
5) Сергеев В.В.(0,6) и Сидоров М.Н.(0,46).
Обучаемые из первой подгруппы в каждой паре корректируют результаты работы обучаемых из второй подгруппы, в том числе и с участием преподавателя.
Осуществляют вторичное тестирование, количественная шкала результатов которого представлена на фиг. 5.
Пример расчёта дифференцированного бала j-го обучаемого:
Предположим, что обучаемый Сидоров М.Н. из 15 вопросов ответил правильно на 8, а именно на 2,4,6,8,9,11,12 и 13 вопросы, каждый вопрос имеет свой коэффициент, то есть  Сумма коэффициентов правильных решений тестирования составляет 65 (. Сумма коэффициентов всех 15 вопросов тестирования составляет 120 (в данном примере № вопроса соответствует номеру коэффициента). По формуле расчёта дифференцированного бала j-го обучаемого, получаем  =
Графическое представление вариационного ряда оценок индивидуальных способностей обучаемых по результатам вторичного тестирования – на фигуре 5.
В результате вторичного тестирования дифференцированный балл обучаемых в парах изменился следующим образом (фиг. 4, фиг. 5):
1) Краснова В.С.(1,0) и Осипов Г.В.(0,4);
2) Петров С.М.(0,93) и Полякова М.М.(0, 6);
3) Фролова М.Н.(0,66) и Иванов Д.К.(0,33);
4) Борисов Г.Б.(0,4) и Моисеев В.Г.(0,33);
5) Сергеев В.В.(0,8) и Сидоров М.Н.(0,54).
Сравнительная характеристика результатов первичного и вторичного тестирования в парах обучаемых представлена на фиг. 6.
В результате сравнения результатов первичного и вторичного тестирования, по правилу сохранения пар, делают вывод, что 3 и 4 пару необходимо расформировать, а 1,2 и 5 пару сохранить.
Таким образом, при применении предлагаемого способа, за счет сочетания технических средств и метода последовательно-адаптивной активизации разноуровневых потенциалов обучающихся под контролем преподавателя, опирающегося на информацию результатов последовательного тестирования, реализуемого с помощью средств автоматизации, время выявления неэффективности дополнительного педагогического воздействия на обучаемых будет не более, чем время между двумя проводимыми тестированиями. Кроме того, при дальнейшем педагогическом воздействии в рамках предлагаемого способа с  учетом данных о всех сохраненных и расформированных парах, будет определен оптимальный вариант формирования пар обучаемых с учетом их интеллектуальных потенциалов и психофиологических особенностей, что позволит сократить время достижения заданных показателей эффективности обучения в группе обучаемых. Технический результат достигнут.