Кольцов А.С., Федорков Е.Д. Автоматизированные системы управления учебным процессом (учебное пособие)

Подождите немного. Документ загружается.

сложность модификации и сопровождения КСОД в силу

того, что реализованный методом прямого программирования

программный продукт является закрытым, подвластным

только разработчику-программисту;

невозможность реализации блока КСОД, необходимого

для комплексной поддержки преподавания конкретной

дисциплины, так как в разработке КСОД участвуют, как

правило, нестабильные и недостаточно мощные коллективы;

большая трудоемкость создания КСОД.

В отдельных случаях методом прямого

программирования (при отработанной технологии) могут

создаваться КСОД по стабильным дисциплинам или разделам

дисциплин или четко адресуемые программы: для домашнего

компьютера, для конкретного типа учебных заведений и т.п.

По дидактической направленности собственно учебные

программы можно классифицировать следующим образом:

обучающие программы, предназначенные для

формирования новых знаний и навыков;

диагностические/тестовые программы, предназначенные

для диагностирования, оценивания или проверки знаний,

способностей и умений;

тренировочные программы, позволяющие повторить или

закрепить пройденный материал и не содержащие нового

учебного материала;

имитационные программы, представляющие тот или

иной аспект реальности с помощью ограниченного числа

параметров, отражающих его основные структурные и

функциональные характеристики, и предназначенные для

формирования практических навыков;

моделирующие программы, предоставляющие в

распоряжение обучаемого возможности использования

математической модели для исследования определенной

реальности;

базы данных и базы знаний по различным отраслям

знаний;

экспертные системы;

прикладные и инструментальные программные средства,

обеспечивающие выполнение конкретных учебных операций

(обработку текстов, составление таблиц, редактирование

графической информации), другие средства.

Инструментальные средства, применяемые при

проектировании КСОД, в самом общем случае должны

обеспечивать возможности:

описания сценария и управления проектированием;

формирование структуры КСОД;

ввода, редактирования и форматирования текста

(текстовый редактор);

подготовки статической иллюстрированной части КСОД

(графический редактор);

подготовки динамической иллюстрированной части

(звуковых, анимационных, видеофрагментов);

связи с внешней средой (операционной системой) и

подключения исполняемых программных модулей,

реализованных с применением других средств разработки;

подготовки практической части учебного материала

(задач, упражнений, практикумов и т.п.);

формирование различной формы вопросов и обработки

ответов;

сбора, обработки и отображения статистики по

результатам обучения;

содержать другие (неперечисленные) механизмы,

позволяющие создавать специфичные для данного вида КСОД

объекты;

создания библиотеки типовых графических фрагментов

для обеспечения общего направления дизайна КСОД;

создания библиотеки фрагментов учебного материала для

предоставления пользователю КСОД права авторизованной

модификации или доработки.

Функционально инструментальная система должна

включать следующие составляющие:

авторский набор средств, реализующих все приведенные

выше требования и обеспечивающих полный процесс создания

КСОД;

пользовательский набор средств, реализующих

возможность модификации КСОД с целью настройки ее для

конкретных условий применения с использованием

фрагментов учебного материала и типовых графических

фрагментов;

программу-демонстратор, обеспечивающую выполнение

КСОД на реальном рабочем месте пользователя;

подсистему обучаемого, предназначенную для

организации процесса обучения.

В качестве примера рассмотрим один из видов

программных средств учебного назначения (ПС УН), а именно

компьютерный учебник. Этот вид ПС УН предназначается, в

основном, для индивидуальной работы и содержит все

элементы, необходимые для самостоятельной работы

учащегося:

теоретический, справочный, демонстрационный

материал;

тренировочные упражнения и задания;

контролирующие задания;

тренажеры.

Каждый из указанных элементов может рассматриваться

как отдельный модуль, решающий хотя бы одну учебную

задачу и представленный в виде законченного программного

продукта.

Например, теоретический, справочный и

демонстрационный материал могут быть оформлены в виде

программного продукта, в состав которого входят следующие

структурные элементы:

блок регистрации пользователя;

оглавление, обеспечивающее переход к любому из

разделов;

собственно разделы учебника;

глоссарий, позволяющий выходить в тот раздел, где

рассматривается данный термин;

контрольные вопросы для самопроверки;

блок обработки результатов.

Продукт этого типа целесообразно создавать с

применением технологии гипермедиа. В дополнение к

традиционному линейному механизму управления просмотром

учебного материала (перемещение вперед, по разделу,

перемещение по иерархической системе меню) в продукт

должны быть добавлены гипертекстовые ссылки,

обеспечивающие погружение в справочную систему на

глубину 2-3 уровня с возвратом в исходную точку. Текстовый

материал должен быть хорошо структурирован и выдаваться

на экран малыми дозами. Необходимо помнить о том, что

компьютер не является только средством для листания

безразмерных текстов устрашающей длины.

Один из подходов проектирования автоматизированных

систем обучения является представление содержания

обучения в виде гипертекста. Идея гипертекста как способа

организации информации и порождаемого им механизма

доступа появилась в связи с необходимостью переработки и

усвоения огромного количества материала, предоставляемых

современными обучающими программами. При этом,

естественно, возникает ряд проблем, среди которых

выделяется одна: как сделать информацию доступной для

человека, а процесс получения, усвоения и порождения -

наглядным, интересным и творческим.

Концепция гипертекста, во первых, определяет

гипертекст как сеть фрагментов текста и, во вторых, как

систему, реализованную на компьютере или сети

компьютеров.

Сеть состоит из узлов, пунктов и связей и задает

гипертекстовую структуру информационного материала.

Узлом называется фрагмент текста, для которого

устанавливаются связи с другими фрагментами. Узел может

содержать один или несколько фрагментов меньшего размера,

для которых также могут быть определены связи. Такой

фрагмент узла называется пунктом (рис. 3).

Особенностью гипертекста состоит в том, что

информация не представляется в общем случае одним уровнем

текста, а задается многоуровневой структурой, в которой в

каждый момент доступен только один слой, но в гипертексте

как целом сосредоточено информации больше, чем доступно в

каждый момент.

Гипертекст, таким образом, задает "нелинейное"

представление и "нелинейный" способ доступа (чтения), при

котором вся информация может быть получена только

перебором всех уровней.

Рис. 3. Гипертекстовая структура представления

информации

Гипертекст позволяет образовывать узлы из фрагментов,

несущих основную смысловую нагрузку, и сформировать из

них цепочки, отражающие причинно-следственные,

хронологические или какие-либо иные связи.

Таким способом можно дать индивидуальную

интерпретацию материала и выразить тем самым

определенную точку зрения, представив свое понимание

фактов (свое знание). Возможность создавать структуры

ассоциативно связанной информации позволяет рассматривать

гипертекст как способ представления знаний.

Текстовый материал необходимо снабдить

иллюстрациями и динамическими сюжетами (удачный образ

заменяет 20 страниц текста). И, наконец, желательно иметь

механизм навигации, позволяющий определить тот раздел,

который изучается в данный момент, и продолжить изучение с

данной точки в случае прерывания сеанса работы с учебником

[10, 35].

В последнее время при проектировании

автоматизированных систем обучения широко используется

технология мультимедиа. Мультимедиа моделирует реальный

мир и дает возможность «почувствовать» то, что для человека

по той или иной причине недостижимо: микро- и макро мир,

опасные для жизни технологические процессы, и многое

другое. Мультимедиа учит пользователя быстро оценивать

ситуацию и принимать решения, предоставляет ему

возможность получать именно ту информацию, которую

нужно, в нужной форме и в нужный момент. Получая и

перерабатывая информацию, человек на самом деле

использует все пять чувств. Исследования психологов

показывают, что он запоминает 20% того, что видит; 30% того,

что слышит; 50%, если видит, и слышит одновременно; и 80%

той информации, которую он видит, слышит и активно

реагирует на нее (а это и есть информация, которую

предоставляют интерактивные мультимедиа приложения).

Однако необходимо отметить, что все рассмотренные

выше методы реализации автоматизированных обучающих

систем имеют некоторые недостатки: невозможность

редактирования учебного материала и настройки к

конкретным условиям, отсутствие возможности расширения

системы обучения и диагностики, платформенная зависимость

реализации, отсутствие общего стандарта реализации.

5.2. Современные методы диагностики качества

обучения для автоматизированного анализа и выбора

Проблема контроля усвоения связана с

методологическими трудностями разработки системы

контроля, а также системой восприятия и запоминания

информации. Важным требованием к сформированным

знаниям является требование использовать материал в

различных условиях и ситуациях. В качестве критериев

усвоения материала при оценке качества знаний специалистов

могут быть использованы:

полнота усвоения материала;

качество знания специалистов путем отнесения к трем

уровням усвоения материала (репродуктивный, эвристический,

творческий);

степень абстракции и степень научности усвоения

информации (различные ступени абстракции предполагают

проверку знания понятий и определений, умение применения

знаний в различных ситуациях);

степень автоматизации навыков и умений,

характеризующая уровень усвоения информации,

устойчивость сформированных знаний.

Основной проблемой тестирования остается подбор

системы тестов, адекватных поставленной задаче

тестирования. Вопрос выбора тестов является относительно

простым для хорошо формализованных наук, таких, как

математика, теоретическая механика, математическая логика,

теория вероятностей и ряд других. Хуже обстоит дело в

"экспериментальных" науках, например, в физике и еще

сложнее в области общественно-политических знаний,

особенно в таких науках, как экономика, биология, медицина.

Другой задачей тестирования является определение

степени усвоения материала на некоторой стадии обучения с

целью выделения наиболее слабых мест в обучении и

ликвидации этих пробелов, а также решение задачи

классификации специалистов для проведения раздельного

обучения - если не с отдельными студентами, то хотя бы с

подгруппами студентов, приблизительно равных по своим

возможностям.

При разработке контролирующей программы одним из

ключевых моментов является выбор форм постановки

вопросов, на которые должен отвечать обучаемый, и способов

ввода ответов в ходе диалога. Ответы, используемые в

системах контроля знаний, могут быть условно разделены на

следующие типы:

1) выбор одного или несколько вариантов ответа из

предлагаемых в тексте вопроса (выбор из меню);

2) ответ в виде вещественного или целого числа;

3) ответ в виде строки символов;

4) установка указателя в заданную область на

изображении;

5) специальные виды ответов.

Отметим, что тип ответа неразрывно связан с формой

постановки вопроса, из которой должно быть понятно, каким

образом следует вводить ответ.

Ответы типа “выбор из меню” в простейшем варианте

подразумевают ввод одного из альтернативных вариантов.

Примеры: “укажите правильный ответ”, “укажите

неправильное утверждение” (с предлагаемыми вариантами

ответов).

Развитие систем контроля знаний начиналось именно с

заданий такого типа, поскольку они являются простейшей

реализацией “ручных” методов на ЭВМ.

Многие преподаватели, особенно из числа тех, кто в

принципе отвергает использование машинных

контролирующих систем, считают применение вопросов с

ответами типа “выбор из меню” методически неправильным,

пренебрежительно называя их вопросами типа “угадай-ка”.

Действительно, в таком случае в меню должны

содержаться один правильный ответ и нескольких неверных.

При неудачно сформулированных вопросе и вариантах ответов

к нему, часть неверных ответов может быть сразу отвергнута в

силу их абсурдности, часть ответов может быть исключена

путем сопоставления вариантов между собой, а из оставшихся

вариантов правильный ответ может быть угадан с большей

вероятностью. Таким образом, даже при значительных

пробелах в знаниях, используя логику и имея несколько

попыток для сдачи машинного зачета, можно добиться

желаемого результата без изучения материала. Кроме того,

принято считать, что предъявление обучаемому ряда неверных

ответов приводит к их невольному запоминанию.

Тем не менее, вплоть до настоящего времени вопросы с

выбором правильного ответа из меню являются самыми

распространенными в реально существующих компьютерных

контролирующих программах или обучающих программах с

элементами контроля. Возможность применения таких

вопросов имеется во всех существующих инструментальных

системах, предусматривающих контроль знаний.

Методическая правомерность использования вопросов с

выбором ответов из меню определяется конкретным

содержанием вопросов и целями контроля. При удачной

формулировке вопросов, необходимости логических

рассуждений для выбора правильного ответа и отсутствии

явно абсурдных ответов применение контроля данного типа

вполне оправдано.

Развитием рассмотренного типа контроля являются

задания с несколькими правильными ответами в наборе

предлагаемых вариантов. Примеры: “укажите все критерии

надежности технических средств”, “укажите все операторы

организации циклов”. В качестве верного ответа

подразумевается ввод всех вариантов правильных ответов в

произвольном порядке. В другом случае в качестве верного

ответа может быть предложено выбрать все правильные

варианты в строго упорядоченной последовательности.

Использование такого типа заданий значительно снижает

возможность угадывания ответа и является весьма

эффективным.

Кроме отмеченных недостатков, присущих вопросам с

ответами типа “выбор из меню”, как в простейшем варианте,

так и в варианте с несколькими правильными ответами, у

таких заданий есть одно неоспоримое преимущество -

минимальное количество действий, необходимых для ввода

ответа, а также полное отсутствие проблем с технологией

ввода ответа, что является одним из важнейших требований к

работе контролирующих систем (особенно при проведении

контроля среди недостаточно опытных пользователей ЭВМ).

Формой ответов на вопросы с выбором из меню является либо

ввод с клавиатуры соответствующих номеров вариантов, либо

отметка выбранных вариантов на экране с помощью

перемещаемого маркера или указателя мыши.

Второй тип заданий - задания с ответом в виде

вещественного или целого числа. Одним из вариантов

использования вопросов такого типа является проверка знаний

формул. Вопрос формулируется в виде задачи с числовыми

данными, подстановка которых в формулу даст требуемый

ответ. Вычисления могут проводиться либо вручную, либо с

помощью встроенного калькулятора, имеющегося в

большинстве инструментальных систем, либо путем вызова

автономной программы-калькулятора.

Анализ ответа заключается в контроле за формальной

правильностью вводимого ответа и в дальнейшем сравнении

его с эталонным значением. Контроль правильности ввода

реализуется либо запрещением ввода тех символов, которые

не могут встретиться при правильном наборе, либо анализом

введенной строки с выдачей сообщения для повторения ввода

при недопустимой форме числового ответа. Сравнение

введенного значения с эталоном выполняется, как правило, с

заданием допустимой погрешности.