УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПРЕДЪЯВЛЯЕМОЙ ПРИ ОБУЧЕНИИ ИНФОРМАЦИИ ОТ ДИДАКТИЧЕСКИХ ОШИБОК

Полезная модель относится к области информационных технологий, используемых в учебном процессе в качестве технических средств обучения, в частности, при тестировании обучаемых.
Для повышения оперативности и объективности оценки знаний в учебном процессе находит широкое применение тестирование, при котором обучаемый выбирает правильный ответ из нескольких предложенных вариантов ответов, среди которых есть правильные и несколько неправильных ответов. Чтобы уменьшить вероятность угадывания обучаемому предъявляют больший объем заведомо неправильной учебной информации, чем правильной, что является дидактической ошибкой тестирования, так как для большинства обучаемых все предъявляемые ответы как правильные, так и неправильные, являются почти равновероятными. Поэтому после тестирования обучаемые ухудшают свои остаточные знания.
Известно устройство для контроля знаний, содержащее корпус, узел ввода программы в виде считывающей головки, приводного механизма и переносные пластины с фигурными прорезями, вдоль которых обучаемый передвигает токопроводящие движки на фиксированные положения, соответствующие правильному ответу [1]. Обучаемому учебная информация предъявляется в полном объеме как правильная, так и неправильная. После того, как обучаемые выберут правильные по их мнению ответы, то они должны установить токопроводящие движки вдоль фигурных прорезей на переносной пластине, которую относят для проверки преподавателю. Преподаватель поочередно вставляет эти переносные пластины в приемный паз корпуса устройства для считывания ответа. Если расположение токопроводящих движков переносной пластины в каждой фигурной прорези совпадает с лунками считывающей головки, то замыкается электрическая цепь и высвечивается индикатор правильного ответа. При любой ошибке ввода ответа электрическая цепь через токопроводящие движки переносной пластины не формируется и индикатор правильного ответа не высвечивается.
Недостаток известного устройства состоит в том, что число фигурных прорезей и фиксированных положений движков ограничено геометрическими размерами переносной пластины. Это снижает число возможных комбинаций теста и объективность тестирования. Дидактические возможности тестирования ограничены выбором только одного правильного ответа. Два и более правильных ответов в тесте не допускаются. В ходе тестирования (при выборе ответов) предъявляемая учебная информация не защищена от дидактических ошибок тестирования.
Наиболее близким к предполагаемому изобретению известным техническим решением является устройство для предъявления информации при обучении, содержащее блок n коммутаторов и прямоугольную матрицу m×(n+1) ячеек с учебной информацией [2], а также пульты преподавателя и ввода ответов. За счет изменения тона подсветки ячеек с учебной информацией при вводе ответов обучаемому предъявляется только та учебная информация, которая не содержит заведомо ложных ответов. Из этой учебной информации выстраивается цепочка m ответов на один из n, заданных преподавателем, вопросов. Включение в эту цепочку ответов на другие вопросы, которые обучаемому не задавались, считается ошибкой при тестировании. Такое предъявление учебной информации расширяет дидактические возможности выборочного тестирования и защищает ее от дидактических ошибок, так как обучаемый не знакомится с заведомо ложными вариантами ответов, объем информации о которых превышает объем правильной информации. Поэтому такое тестирование можно использовать не только при контроле знаний, но и при обучении слабо и средне подготовленных обучаемых, для которых все варианты ответов равновероятны.
Недостаток прототипа состоит в том, что взаимное расположение предъявляемого учебного материала на координатной плоскости может служить подсказкой в выборе цепочки ответов, что снижает объективность тестирования. Кроме того, при визуальном подсчете различных тональностей подсветки предъявляемой учебной информации возможны субъективные ошибки при подсчете суммарного результата.
Целью полезной модели является повышение объективности оценивания результатов контрольно-обучающего тестирования за счет обеспечения перестановок ячеек с предъявляемой учебной информацией по псевдослучайному закону и автоматизации подсчета результатов этого контрольно-обучающего тестирования с защитой предъявляемой информации от дидактических ошибок.
Сущность полезной модели состоит в том, что в дополнение к известным блоку n коммутаторов и прямоугольной матрице m×(n+1) ячеек с учебной информацией предлагается добавить блок m элементов n! перестановок ячеек с учебной информацией, генератор случайных n чисел на m выходов, шифратор m×n, блок оценивания и блок предъявления (m-1) оценок, составленный из (m-1) элементов ИЛИ на n входов каждый элемент, m выходов генератора n случайных чисел подключены к соответствующим входам m элементов блока n! перестановок ячеек с учебной информацией, каждый из m столбцов прямоугольной матрицы m×(n+1) ячеек с учебной информацией содержит неподвижный индикатор порядкового номера №1, №2,… №n элемента прямоугольной матрицы и n управляемых ячеек с возможностью n! раз переставлять содержание предъявляемой учебной информации между соседними ячейками каждого столбца прямоугольной матрицы, управляющие входы ячеек с учебной информацией подключены к соответствующим n выходам каждого из m элементов блока n! перестановок ячеек с учебной информацией, выходы m×(n+1) управляемых ячеек с учебной информацией подключены к соответствующим входам блока n коммутаторов, управляющие входы каждого из которых связаны через шифратор m×n с соответствующими m выходами генератора случайных n чисел, при этом блок оценивания содержит n групп n·[(m-1)!] элементов И на два входа каждый элемент, соединенные по иерархической схеме между собой с основанием иерархии, составленной из (m-1) элементов И в каждой группе, и n групп по (n-1) элементов ИЛИ на 2, 3,…, n входов соответственно в каждой группе, входы которых подключены к соответствующим выходам средних звеньев иерархической схемы группы n·[(m-1)!] элементов И, нижние звенья иерархической схемы группы n·[(m-1)!] элементов И подключены к выходам блока n коммутаторов, входы первого элемента ИЛИ блока предъявления (m-1) оценок подключены к выходам элементов И верхнего звена иерархической схемы группы n·[(m-1)!] элементов И блока оценивания, входы второго и последующих по порядку элементов ИЛИ блока предъявления (m-1) оценок связаны с выходами соответствующих n групп элементов ИЛИ на 2, 3,…, n входов блока оценивания.
Новизна полезной модели состоит в том, что устройство для защиты предъявляемой при обучении информации от дидактических ошибок содержит блок m элементов n! перестановок ячеек с учебной информацией, генератор случайных n чисел на m выходов, шифратор m×n, блок оценивания и блок предъявления (m-1) оценок, составленный из (m-1) элементов ИЛИ на n входов каждый элемент, m выходов генератора n случайных чисел подключены к соответствующим входам т элементов блока n! перестановок ячеек с учебной информацией, каждый из m столбцов прямоугольной матрицы m×(n+1) ячеек с учебной информацией содержит неподвижный индикатор порядкового номера №1, №2,…, №n элемента прямоугольной матрицы и n управляемых ячеек с возможностью n! раз переставлять содержание предъявляемой учебной информации между соседними ячейками каждого столбца прямоугольной матрицы, управляющие входы ячеек с учебной информацией подключены к соответствующим n выходам каждого из m элементов блока n! перестановок ячеек с учебной информацией, выходы m×(n+1) управляемых ячеек с учебной информацией подключены к соответствующим входам блока n коммутаторов, управляющие входы каждого из которых связаны через шифратор m×n с соответствующими m выходами генератора случайных n чисел, при этом блок оценивания содержит n групп n·[(m-1)!] элементов И на два входа каждый элемент, соединенные по иерархической схеме между собой с основанием иерархии, составленным из m-1 элементов И в каждой группе, и n групп по (m-1) элементов ИЛИ на 2, 3,…, n входов соответственно в каждой группе, входы которых подключены к соответствующим выходам средних звеньев иерархической схемы группы n·[(m-1)!] элементов И, нижние звенья иерархической схемы группы n·[(m-1)!] элементов И подключены к выходам блока n коммутаторов, входы первого элемента ИЛИ блока предъявления (m-1) оценок подключены к выходам элементов И верхнего звена иерархической схемы группы n·[(m-1)!] элементов И блока оценивания, входы второго и последующих по порядку элементов ИЛИ блока предъявления (m-1) оценок связаны с выходами соответствующих элементов ИЛИ n групп элементов ИЛИ на 2, 3,…, n входов соответственно в каждой группе элементов ИЛИ блока оценивания, что обеспечивает повышение объективности оценивания результатов контрольно-обучающего тестирования за счет перестановки ячеек с предъявляемой учебной информацией по псевдослучайному закону и автоматизации подсчета результатов этого контрольно-обучающего тестирования с обеспечением защиты предъявляемой информации от дидактических ошибок.
Функциональная схема устройства для защиты предъявляемой при обучении информации от дидактических ошибок изображена на фиг.1 и 2, где обозначено:
1 - прямоугольная матрица размером m×(n+1) ячеек с учебной информацией;
2 - блок m элементов n! перестановок ячеек с учебной информацией;
3 - генератор случайных n чисел на m выходов;
4 - шифратор m×n;
5 - блок n коммутаторов;
6 - блок оценивания;
7 - блок предъявления (m-1) оценок.
На фиг.1 и 2 показано, что в исходном состоянии входы матрицы 1 ячеек с учебной информацией подключены через блок 1 m элементов n! перестановок ячеек к m выходам генератора 3 случайных n чисел, а выходы матрицы 1 ячеек с учебной информацией связаны через блоки коммутации 5 и оценивания 6 с входами блока 7 предъявления (m-1) оценок.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
На неподвижных ячейках №1, №2,…, №n первого 1.1.1 и последующих 1.1.2, 1.1.3,…, включая последний 1.1.m, столбец матрицы 1 с ячейками учебной информации, указываются их порядковые номера №(mn+1), №(mn+2),…, №(mn+n), цифровые значения которых соответствуют числу возможных правдоподобных вариантов ответов на вопросы, записанные в ячейках 1.3.1, 1.3.2,…, 1.3.m этих столбцов 1.1.1, 1.1.2,…, 1.1.m.
С помощью переставляемых (управляемых) ячеек 1.1, 1.2,… 1.n каждого столбца 1.2.1, 1.2.2,…, 1.2.m матрицы 1 предъявляют учебную информацию, которая по своему содержанию (семантике) является вариантами ответов на вопросы, указанные в неподвижной ячейке 1.3.1, 1.3.2,…,1.3.n упомянутого каждого столбца матрицы 1. Переставляемые ячейки 1.1, 1.2,…,1.n каждого столбца 1.2.1, 1.2.2,…, 1.2.m матрицы 1 имеют техническую возможность менять (переставлять) местами свою предъявляемую учебную информацию в пределах своего столбца 1.1, 1.2,…, 1.n; 2.1, 2.2,…, 2, n;…; m.1, m.2,… m.m матрицы 1. Такая перестановка ячеек с учебной информацией в каждом столбце матрицы 1 выполняется с помощью элементов 2.1, 2.2,…, 2.m блока m элементов n! перестановок ячеек с учебной информацией 2.
Обучаемый выбирает одну или несколько ячеек с правильными ответами в каждом столбце 1.1, 1.2,…, 1.n; 2.1, 2.2,…, 2, n;…; m.1, m.2,…, m.m матрицы 1. Выходные сигналы этих выбранных ячеек поступают на входы соответствующих коммутаторов блока n коммутаторов 5 для последующей автоматической оценки результата тестирования.
Переставлять местами столбцы 1.1.1, 1.1.2,…, 1.1.m с ячейками учебной информации между собой вручную и переставлять эти ячейки 1.1,1.2,…, 1.n; 2.1, 2.2,…, 2, n;…; m.1, m.2,…, m.m между собой с помощью блока т элементов n! перестановок ячеек 2 в каждом столбце дидактически необходимо для обеспечения большого числа экземпляров теста, каждый из которых отличается друг от друга хотя бы расположением одной ячейки с учебной информацией. Например, при m=4 и n=3 имеем 4!·3!=144 экземпляров тестов, отличающихся друг от друга. Причем тесты составлены на одну, общую для всех обучаемых, изучаемую учебную тему, представленную в m разделах по n вопросам в каждом разделе. В таком контрольно-обучающем тесте предъявляемая учебная информация защищена от дидактических ошибок и обеспечивает высокую объективность тестирования.
Перестановка ячеек с учебной информацией в каждом столбце матрицы 1 с помощью блока 2 перестановок ячеек осуществляется по случайному (равномерному) закону, который формирует генератор 3 случайных n чисел на m выходов. Выходные сигналы этого генератора 3 случайных чисел управляют работой элементов перестановок блока 2 управляемых ячеек 1.1, 1.2,…, 1.n; 2.1, 2.2,…, 2, n;…; m.1, m.2,…, m.m с учебной информацией.
После того, как генератор 3 случайных чисел и блок 2 перестановок ячеек с учебной информацией завершат свою работу, обучаемый, используя предъявленную ему информацию, не содержащую заведомо ложных ответов по всем m столбцам матрицы 1 в n вариантах каждого столбца, составляет цепочку ячеек 1.1, 1.2,…, 1.n; 2.1,2.2,…, 2, n;…; n.1, n.2,…, m.m с учебной информацией, которая соответствует только тому одному единственному варианту из n, который был задан преподавателем. Выбранный ответ для другого варианта задания, который преподаватель не задавал, считается неправильным, так как он не соответствует заданному вопросу.
Так как обучаемый анализирует предъявленную ему информацию, в которой нет заведомо ложных ответов по всем m разделам и сразу во всех n ее вариантах, то он не ухудшает свои знания по данной учебной теме тестирования даже в том случае, если все n предложенные ему для выбора ответы являются равновероятными и он допустит ошибку в правильности выбора цепочки ответов. При этом, зная ответы на другие вопросы, обучаемый может методом исключения правильно подобрать ответ на свой заданный преподавателем вопрос, что расширяет дидактические возможности такого метода тестирования.
Автоматический подсчет числа допущенных ошибок при анализе обучаемым правдивой учебной информации, предъявленной в виде прямоугольной матрицы 1 ячеек с учебной информацией размером m столбцов и (n+1) строк, выполняет блок оценивания 6.
Выходные сигналы блока n коммутаторов поступают на входы тех логических схем И (элементов совпадения) 6.1.1, 6.1.2,…,6.1.n блока оценивания 6, которые установлены с помощью шифратора 4 выходными сигналами блока 2 перестановок ячеек с учебной информацией. Каждый из n·[(m-1)!] логических элементов И блока 6 оценивания имеет два входа и эти элементы И собраны по иерархической схеме в виде групп 6.1.1, 6.1.2,…, 6.1.n с основанием иерархии, составленном из m-1 элементов И в каждой группе.
Выходы элементов И всех звеньев (уровней) иерархической схемы соединения элементов И, кроме верхнего звена, каждой иерархической схемы 6.1.1, 6.1.2,…, 6.1.n, подключены к соответствующим входам n групп 6.2.1, 6.2.2,…, 6.2.n по (n-1) элементов ИЛИ на 2, 3,…, n входов соответственно в каждой 6.2.1, 6.2.2,…, 6.2.n группе блока 6 оценивания. Выходы каждого элемента И верхнего звена иерархической схемы соединения элементов И 6.1.1, 6.1.2,…, 6.1.n подключены к входам первого 7.1 элемента ИЛИ блока 7 предъявления (m-1) оценок. Входы второго 7.2 и последующих 7.3,…, 7. (m-1) по порядку элементов ИЛИ блока 7 предъявления (m-1) оценок связаны с выходами элементов И нижних звеньев иерархических схем соединения этих элементов И 6.1.1, 6.1.2,…, 6.1.n. Все элементы ИЛИ обеспечивают электрическую развязку (независимость работы) логических элементов И (совпадения) блока 6 оценивания.
Если обучаемый указал все (m-1) ячейки с правильными ответами в каждом столбце матрицы 1 ячеек с учебной информацией, то в одной из n иерархических схем блока оценивания 6 включатся все элементы совпадения И, что отображается на выходах блока предъявления (m-1) оценок максимальным баллом успешного ответа.
При каждой допущенной ошибке в выборе ячейки из матрицы 1 ячеек с учебной информацией не включается соответствующий логический элемент совпадения И блока оценивания 6 и итоговая оценка тестирования автоматически понижается пропорционально числу допущенных ошибок.
Промышленная осуществимость заявленной полезной модели обосновывается тем, что в ней используются известные в аналоге и прототипе блоки и элементы по своему прямому функциональному назначению. В организации-заявителе изготовлен в 2010 году действующий образец устройства для защиты предъявляемой при обучении информации от дидактических ошибок с использованием бумажного носителя учебной информации, размещенного в ячейках прямоугольной матрицы 1.
Положительный эффект от использования полезной модели состоит в том, что повышается на 30…40% объективность оценивания результатов контрольно-обучающего тестирования за счет уменьшения вероятности угадывания цепочки из (m-1) правильных ответов среди (m-1)!·n! вариантов предъявленных в виде прямоугольной матрицы размером m×(n-1) ячеек с учебной информацией, среди которых нет ячеек с заведомо ложной информацией. Исключение субъективных (арифметических) ошибок при подсчете числа оценочных баллов результата тестирования достигнуто за счет использования n иерархических схем соединения логических элементов совпадения И с основанием иерархии, равным (m-1) элементам И.
Источники информации:
1. Патент РФ №2114459, Устройство для контроля знаний, заявитель, патентообладатель и автор: Иванов И.О., МПК G09В 7/00, приоритет: 02.09.1996 г., (аналог).
2. Авт. свид. СССР 1672507, МПК G09В 7/00, Устройство для предъявления информации при обучении, автор: Кочетов А.С., опубл. 23.08.1991 г., заявитель: Серпуховское ВВУРВ, (прототип).