ДонНТУ | | | Портал магистров | | | Главная | | | Библиотека | | | Ссылки | | | Отчет о поиске | | | Индивидуальное задание |
Реферат по теме магистерской работыГрафическая среда в системе тестирования знаний по учебной дисциплине «Микропроцессорные системы»Автор: Раскин В.А. Руководитель: Самощенко А.В.1. Введение. Обоснование актуальности темы. Одним из основных направлений развития программного обеспечения образовательного процесса является разработка и внедрение обучающих систем. В последнее время такие системы получили заслуженное признание. Уже накопленный опыт использования обучающих систем для индивидуального и группового обучения в школе и высшем учебном заведении освещает их сильные и слабые стороны. К недостаткам компьютерных обучающих систем можно отнести уменьшение возможности непосредственного контакта с аудиторией и преподавателем, неблагоприятное воздействие компьютера на здоровье человека и т.д. Однако, достоинства превосходят недостатки: отмечается резкое возрастание активности учащихся, увеличивается объем усвоенной информации, за счет работы на тренажерах облегчается выработка практических навыков, создается возможность для решения большого числа учебных и профессиональных задач. Компьютерные технологии обучения позволяют активнее включаться в многогранный процесс обмена информационными ресурсами, что в итоге позволяет свободно ориентироваться в информационных потоках, участвующих в решении социальных задач. Использование компьютерных обучающих систем в учебном процессе позволяет разработать индивидуальный график изучения дисциплины в связи с различным уровнем подготовки и способностями учащегося. Использование обучающих систем облегчает работу преподавателей, позволяет более рационально использовать время преподавателя и студентов, как на занятиях, так и при самостоятельной проработке учебного материала. 2. Цель и задачи работы В настоящее время существует большое количество систем тестирования знаний, разработанных для различных областей науки. Основным недостатком разработанных систем является ориентированность на конкретные учебные курсы, либо невозможность расширения типов вопросов. Следовательно, практически крайне сложно реализовать требования к тестирующей системе по дисциплине «Микропроцессорные системы». В связи с этим целесообразно разработать собственную систему, лишенную указанных недостатков. Таким образом, требования, предъявляемые к системе, выглядят следующим образом. Система должна работать со стандартными типами вопросов (вопрос - один/несколько вариантов ответа), а также реализовывать возможность использования «графических» тестовых заданий (блок-схемы, структурные схемы, временные диаграммы). В настоящее время наблюдается тенденция к массовому внедрению дистанционных систем обучения. Такие системы позволяют при помощи глобальной сети Интернет получать необходимые знания и проводить их проверку в любой точке земного шара. Такие системы позволяют преподавателю и студенту не привязываться к жесткому графику лабораторных занятий и проведения зачета. В случае использования систем дистанционного обучения, роль преподавателя сводится к составлению электронных учебников, баз тестовых вопросов и к менее тщательной проверке знаний по курсу. Студент может выполнить основную часть контрольных заданий в удобное для себя время, а при личной встрече преподавателем задается ряд вопросов, позволяющих определить тот факт, что студент выполнил работу самостоятельно, и на основании краткой беседы и статистики предоставленной системой, сделать вывод об уровне знаний студента и выставить итоговую оценку. Дистанционные средства обучения с использованием средств вычислительной техники дает следующие основные преимущества:
На основе приведенных требований предлагается следующая модель реализации системы. Программа состоит из двух частей - серверной и клиентской частей. Основной задачей клиентской части является обеспечение дружественного к пользователю интерфейса. При помощи -браузера осуществляется доступ к ресурсам серверной части и работа клиента с системой. В окне браузера выводится теоретический материал и реализуется режим тестирования Серверная часть представляет собой программу, работающую с базами вопросов и реализующую интерфейс с клиентской частью.При загрузке Web-страницы тестирующей системы пользователю предлагается зарегистрироваться в системе, введя для этого название учетной записи и пароль. После входа в систему осуществляется выбор режима работы- тестирование, просмотр статистики или изучение материала по курсу. Предполагается два вида учетных записей - пользователь и администратор. Администратором является преподаватель.Ему доступны дополнительные режимы - просмотр статистики других пользователей, редактирование и добавление вопросной базы. Создание учетной записи предполагается возложить на администратора. Учетная запись должна содержать имя, фамилию, отчество, группу и курс студента. Режим статистики должен отображать следующие данные – количество верных и неверных ответов с указанием времени решения и конкретного ответа для каждого вопроса, общее время прохождения тестирования и рекомендуемую оценку. В режиме ознакомления с материалом тестируемому предлагается электронный учебный материал по изучаемому курсу. Режим тестирования представляет собой последовательность тестовых заданий. Вопросы могут быть как текстовыми, так и графическими. Текстовые вопросы вопрос – один вариант ответа выглядит следующим образом. В данном типе вопросов пользователю предлагается выбрать один вариант ответа из нескольких. Верным может быть только один вариант. Рис. 1 Пример вопроса с одним вариантом ответа Вопросы типа вопрос – несколько вариантов ответа позволяет пользователю выбрать несколько, на его взгляд верных, вариантов ответа. Верность ответа определяется количеством верных выбранных опций и является величиной, имеющей более двух дискретных значений. Рис.2 Пример вопроса с несколькими вариантами ответа Наиболее информативным, с точки зрения оценки знаний при помощи текстовых вопросов, является вопрос без заранее определенных вариантов ответов. На вопрос данного типа пользователь должен ввести значение, полученное путем вычислений по алгоритму, изучаемому в курсе. В вопросах данного типа вероятность угадать ответ весьма проблематично. Рис.3 Пример открытого вопроса Более подробно следует остановиться на «графических» вопросах, реализуемых в системе. Вопросы, где для ответа на поставленный вопрос, пользователь оперирует не текстовыми, а графическими данными, позволяют более объективно оценить уровень знаний. Вопросы данного типа не подразумевают наличие вариантов ответа - это является несомненным достоинством. Для ответа на поставленный вопрос пользователь должен знать основные понятия, алгоритмы,последовательности выполнения операций. Без минимального набора знаний вероятность правильного ответа также мала, как и при составлении ответа на бумаге. К недостаткам графических вопросов следует отнести тот факт, что для работы с системой требуется некоторый период времени для ознакомления с работой самой тестирующей системой. Рассмотрим более подробно реализуемые типы графических вопросов. При составлении ответа на вопрос типа временная диаграмма, пользователю предлагается некоторые простейший редактор временных диаграмм. В окне редактора пользователю предложен набор сигналов. При помощи щелчка на изображении сигнала, в месте щелка уровень сигнала меняется на противоположный. После редактирования пользователь нажимает на кнопку «Ответ» и ответ вводится в систему для проверки. Рис. 4 Пример графического вопроса типа «временная диаграмма» Следующим типом графических вопросов реализуемых в системе являются вопросы, для ответа на которые пользователю необходимо разработать структурную схему. Для ответа на вопрос предлагается набор структурных элементов. Тестируемый должен выбрать из списка необходимые компоненты и провести соответствующие линии связи между ними. Выбор компонентов осуществляется простым перетаскиванием на рабочую область. Когда схема готова, пользователь нажимает кнопку «Ответ», происходит проверка корректности и оценка правильности. Рис. 5 Пример графического вопроса типа структурная схема Для оценивания знаний алгоритмов используются вопросы, ответом на которые служат блок- схемы алгоритмов. Аналогично структурным схемам, пользователю предлагается разработать схему предложенного алгоритма. Для этого из операторных и условных вершин составляется блок схема алгоритма. Рис. 6 Пример графического вопроса типа «блок-схема алгоритма» Систему планируется разрабатывать на основе технологии Java. Выбор Java обоснован тем, что данная технология представляет собой прекрасное средство для разработки программных решений, ориентированных на использование в сети Интернет. Данная технология является платформонезависимой, что значительно облегчает установку и обслуживание системы на сервере. 3. Научная новизна Творческая новизна разрабатываемой системы заключается в разработке режима графических вопросов. Данный режим позволяет пользователю формировать в качестве ответа на поставленный вопрос набор графических символов связанных между собой. Поддержка данного режима не является стандартным для современных систем тестирования знаний, которые работают в основном со стандартными открытыми и закрытыми вопросами. 4. Планируемая практическая ценность Планируемая практическая ценность разрабатываемой системы заключается в облегчении труда преподавателя по оценке полученных знаний, и предоставление возможности более глубоко тестирования собственных знаний. Кроме того предлагаемый подход возможно применять и для систем тестирования знаний, не связанных с микропроцессорной техникой. Например, для тестирования по дисциплинам, где ответом на вопрос может быть связанная структура.Такими дисциплинами могут быть экономика (взаимосвязь хозяйствующих субъектов), химия (соответствие элементов классам), механика (взаимодействие между собой узлов сложного механизма), а также многие задачи, ответом на которые могут служить алгоритмы последовательности действий. 5. Обзор сеуществующих исследований Развитие методологии программированного обучения с одной стороны и компьютеризации всех сфер человеческой деятельности с другой стороны привели к широкому применению ЭВМ в учебном процессе. Компьютерное обучение предполагает использование специализированного программного обеспечения, которое подразделяют на обучающие программы, автоматизированные обучающие системы (АОС) и экспертно – обучающие системы (ЭОС). Одним из важных элементов обучения, является контроль знаний, умений и навыков. Контролирующие программы и модули обучающих систем предназначены для текущего и итогового контроля. При этом АОС и ЭОС позволяют накапливать статистическую информацию по нескольким параметрам и проследить успеваемость обучаемого в динамике; определить эффективность обучения, в зависимости от начального уровня знаний обучаемого, трудности и объема материала, времени, затраченного на проработку темы и т.д. При оценке уровня усвоения знаний преподаватель, кроме объективных факторов, также принимает во внимание и субъективные (симпатии или антипатии). Субъективная оценка присутствует всегда, хотя в большинстве случаев она может быть подсознательная. С другой стороны учащийся может воспринимать объективную (неудовлетворительную) оценку с точки зрения своего субъективного отношения к преподавателю. Когда учащийся имеет возможность оценивать сам уровень усвоения материала и качество собственной подготовки по определенному разделу знаний, то субъективных факторов просто нет. Поэтому, если оценку выставляет «неподвластный эмоциям» компьютер, то оценка всегда воспринимается как объективная. Применение компьютерной техники для самоконтроля позволяет «передовым» студентам осваивать дополнительный материал, а отстающим студентам проработать тему несколько раз, до получения удовлетворительного результата. Применение новых достижений компьютерной технологии (графика высокого разрешения, звук, видео, использование информации, созданной в других приложениях и др.) позволяет улучшить диалог обучающей программы с пользователем, расширить сферы применения программы. По данным ЮНЕСКО при аудиовосприятии усваивается 12% информации, при визуализации около 25%, а при аудиовизуальном 65% воспринимаемой информации.[1] Одним из показателей эффективности применения программных средств является их масштабируемость, то есть увеличение функциональности с помощью простого добавления новых модулей или частичной замены старых модулей на новые. При этом базовая часть (обычно исполнимый модуль программы) остается неизменной. А модификации подвергаются информационные файлы (файлы баз данных). Показателем эффективности обучающей программы также является ее гибкость, которая заключается, во-первых, в возможности использования программного обеспечения с различным аппаратным обеспечением, во-вторых, использованием ее для различных групп пользователей (возраст, различный начальный уровень подготовленности, объем учебной нагрузки), в-третьих, режим обучения – аудиторный (под руководством преподавателя) и аудиторною самостоятельный. Известно, что любая программа представляет собой набор алгоритмов (компонентов), которые, взаимодействуя между собой, решают поставленную задачу. При этом программа будет являться программной системой, если она представляет собой совокупность взаимосвязанных компонентов, каждый из которых выполняет вполне определенные функции. В общем случае любая обучающая система может считаться программной системой, так как в ней обязательно присутствует компонента интерфейса пользователя, и компонента, реализующая определенную методику. Каждая АОС имеет определенную структуру на основе группы элементов с указанием связей между ними и дающее представление о системе в целом. Поэтому структура системы может быть охарактеризована по имеющимся в ней типам связей. На основе проведенного анализа можно сделать вывод, что каждая обучающая система имеет четко выраженную структуру, и эти структуры можно классифицировать следующим образом: Рис. 7 Классификация структурного построения АОС По структурным признакам взаимодействия обучающей системы с пользователем АОС подразделяется на два базовых класса: разомкнутые(без обратной связи) и замкнутые (с обратной связью) системы, которые отличаются принципиальным подходом к процессу обучения. В разомкнутых АОС не учитываются отклики учащихся на поставленные вопросы и не корректируется последовательность предъявления учебного материала в функции степени усвоения изучаемой темы. Здесь лишь выполняется определенная заранее заданная программным путем последовательность изложения урока и контрольных вопросов. При этом наиболее простыми из числа разомкнутых АОС являются системы с презентационной структурой, представляющей собой последовательное включение звеньев «АОС» и «Учащийся» Рис.8 Структурная схема презентационной системы обучения В АОС данного типа присутствует только прямая информационная связь между системой и учащимся, которому последовательно предъявляется визуальная информация с монитора ЭВМ. При этом обучаемый находится в режиме пассивного наблюдателя, от которого не требуется никаких откликов по взаимодействию с АОС. В тестирующих АОС без обратной связи основной упор делается на выявление уровня знаний учащегося в определенный период учебного процесса. Используя различную методику, такие системы предъявляют обучаемому открытый или закрытый вариант вопроса (вопрос с вариантами выбора ответа). От учащегося ожидается отклик в виде ответа (управляющего воздействия) на поставленный вопрос. Ответ фиксируется в блоке фиксатора ошибок. По результатам опроса выставляется определенный балл, который служит критерием для результирующей оценки по степени усвоения учащимся требуемого учебного материала. Рис. 9. Структурная схема тестирующей системы обучения Наиболее широкими функциональными возможностями и высокой эффективностью в учебном процессе обладают АОС, где организована обратная связь между учащимся и обучающей системой. Рис.10 Обобщенная структурная схема замкнутой системы «АОС-Учащийся» Процесс взаимодействия учащегося с АОС может быть представлен в виде системы с внешней обратной связью, где АОС направлена на повышение уровня знаний пользователя, и тем самым уменьшение количества ошибок им совершаемым. Звеном прямого канала регулирования здесь выступает АОС, объектом регулирования - «Учащийся». Генерация воздействия на учащегося со стороны АОС строится в соответствии со знаниями учащегося на основе накопленного им ранее опыта и входным заданием, а также в зависимости от принятых в программном обеспечении критериев достоверности оценки знаний обучаемого. В зависимости от характера воздействия со стороны АОС учащийся принимает определенное, достоверное с его точки зрения, решение, доказывающее, по его мнению, факт усвоения им поданного материала, и генерирует его на вход ЭВМ. Самым сложным процессом в рассматриваемой модели является выявление критерия степени достоверности усвоения учащимся полученной информации и исключения фактора случайности, когда АОС делает ошибочный вывод о правильном усвоении учащимся предложенного материала. Поступившая от АОС информация, рассматривается учащимся в совокупности с имеющимся в его памяти данными путем их обновления, сопоставления, взаимного дополнения и коррекции. На основании этого процесса ученик приходит к принятию соответствующего решения, анализируя которое АОС должна подтвердить или опровергнуть факт освоения учеником текущей и предыдущих порций учебного материала. Функции решений (откликов) учеников в АОС обычно выполняют ответы на вопрос и/или выбор той или иной ссылки для получения учащимся дополнительной развернутой информации об изучаемом предмете. Как результат действия АОС предъявляет новую порцию информации, после чего весь цикл повторяется. Весьма распространенным типом АОС среди замкнутых систем являются имитационные автоматизированные обучающие системы. Здесь функции ведущего «элемента» выполняет фактор моделирования реальной ситуации в той или иной сфере предметной области. Элемент обратной связью в виде реакции ученика на предъявляемый АОС учебный материал является основой непрерывного взаимодействия системы «АОС – обучаемый», так как то или иное воздействие на систему со стороны пользователя ведет сразу к ответной реакции со стороны обучающей системы Примером подобных АОС могут служить различные игровые тренажеры, имитаторы и т.д. В нотационных АОС используется комплексный подход в обучении. Программа не только обучает, но и проверяет полученные на текущий момент знания учащимся. Здесь важным фактором служит отклик учащегося на то или иное информационное воздействие. В зависимости от отклика, обучающая система может перестроить ход урока в том или ином направлении. В АОС данной структуры очень часто вводятся игровые элементы. Таким образом, является очевидным, сто наиболее широкими возможностями с учетом современных требований к АОС обладают замкнутые обучающие системы, обеспечивающие максимальную «гибкость» в общении с пользователем. Принципы алгоритмического построения обучающих систем. Обычно любая обучающая система представляет собой совокупность порций информации, называемой слайдами, которые в той или иной форме предъявляются ученику. Современная вычислительная техника обладает широкими функциональными возможностями и позволяет использовать в слайдах информацию, представленную, а виде обычного текста, графического изображения, аудио и видео фрагментов. При этом в слайдах можно сосредоточить все средства представления информации, существующие в настоящее время для повышения эффективности учебного процесса. Классификация АОС по алгоритмическому построению выглядит следующим образам: Рис.11 Классификация АОС по принципам алгоритмического построения При использовании линейных алгоритмов АОС учащемуся, согласно методики, последовательно предъявляются слайды, заложенные в АОС. В качестве достоинств линейного алгоритма АОС можно отметить простоту разработки такой системы, а в качестве недостатков – трудоемкость раскрытия некоторых тем и невозможность гарантированного закрепления полученных знаний. В АОС построенных с использованием нелинейных алгоритмов появляется возможность изменять последовательность предъявления слайдов в зависимости от того или иного отклика учащегося на информационное воздействие. Здесь важную роль играют слайды, содержащие вопросы и требующие принятия решения учащимся. В таких слайдах, называемых слайдами выбора, используются следующие средства выбора направления обучения: открытые вопросы, закрытые вопросы, гиперссылки. Открытые вопросы - это вопросы, состоящие только из формулировки вопроса. Ответ должен ввести ученик. В качестве ответа выступает числовое значение, которое может быть однозначным или лежать в некотором заданном допустимом диапазоне. Закрытые вопросы - это вопросы, состоящие из формулировки вопросов и нескольких вариантов ответа. Гиперссылки – новый способ выбора последовательности предъявления слайдов, осуществляемый самим учеником. При указании пользователем на ту или иную гиперссылку обучающая программа открывает поставленный в соответствие этой гиперссылке слайд. Нелинейные алгоритмы, в свою очередь, делятся на циклические, направленные и комбинированные. Циклические алгоритмы предполагают повторный возврат к слайдам, отражающим темы, которые учащийся недостаточно освоил. Направленные алгоритмы по- прежнему предполагают наличие слайдов выбора, однако в зависимости от принятого учащимся решения выбирается та или иная последовательности возврата обратно не предполагается. В комбинированных алгоритмах используется оба принципа. По результатам решения принятого учащимся для ответа на вопрос слайда выбора, АОС изменяет последовательность предъявления слайда, однако на некотором шаге возможен возврат к предыдущим слайдам. Таким образом каждая из приведенных структур позволяет предъявлять учебный материал, в соответствии с последовательностью, который обеспечивает приемлемое предъявление учебного материала в соответствии с требованием предметной области. В научном плане при разработке обучающих систем можно выделит следующие основные задачи:
В основе структурной организации интегрированных обучающих систем лежит математическая модель процесса обучения. На понятийном уровне ее можно сформировать следующим образом:
В соответствии с данной моделью процесса обучения АОС можно рассматривать как совокупность трех взаимодействующих сред:
6. Подготовка каждой обучающей системы требует внимательного подхода. В данное время можно выделить следующие основные требования к компьютерным учебным программам. К ним относятся:
Для каждой дисциплины характерны собственные типы вопросов, ответы на которые дают возможность определить степень усвоения знаний обучаемым. Целью дисциплины «Микропроцессорные системы» является изучение общих принципов построения микропроцессорных систем на основе конкретных системных решений. В связи с этим трестирующие вопросы должны быть сформулированы таким образом, чтобы для ответа на вопрос требовалось не только справочные данные, а и общее понимание рассматриваемой проблемы. Использование автоматизированной системы тестирования знаний может преследовать следующие цели: проведение входного контроля студентов, то есть оценить стартовые знания студента для определения сложности излагаемого материала; проведение промежуточного контроля знаний, который позволит выявить упущенные области знаний и наверстать упущенное; проведение контроля знаний по прослушанному курсу, т.е. обеспечить беспристрастную оценку и облегчить работу преподавателя. 6. Перечень нерешенных проблем и вопросов К основным проблемам для реализации разрабатываемой системы можно отнести следующую алгоритмическую задачу. По заданному шаблону необходимо проверить достоверность разработанного пользователем алгоритма. То есть необходимо разработать набор требований к вопросам, которые исключают различные способы формирования верного ответа из предоставленного набора компонент. Также необходимо разработать алгоритм верной проверки результата, с учетом незначительных отклонений от исходного шаблона. Еще одной чисто технической проблемой является реализация клиентской части приложения в окне браузера, поскольку стандартный язык гипертекстовой язык разметки не предоставляет необходимых средств, для работы с векторной графикой. 7. Текущие и планируемые разработки по теме На данный момент завершается разработка клиентской части и разрабатывается алгоритм анализа полученного ответа. К сроку защиты выпускной работы магистра планируется предоставить пилотную версию системы. 8. Заключение и выводы В ходе работы исследуются особенности реализации систем тестирования знаний по дисциплине «Микропроцессорные системы». В качестве поддерживаемых предложены следующие типы вопросов для тестирования знаний- текстовые и графические. К текстовым относятся вопросы типа – вопрос – один/несколько вариантов ответа и вопросы, требующие ввода конкретного значения в качестве ответа. К графическим относятся вопросы, в качестве ответа, на которые пользователь должен привести блок-схему алгоритма, структурную схему либо временную диаграмму. Использование графических вопросов позволяет повысить интерес к системе, внести в процесс обучения игровую составляющую, что позволит повысить уровень знаний обучаемого. В ходе работы была выявлена актуальность систем дистанционного обучения и, как следствие, предложен вариант реализации системы с возможностью работы с системой в рамках сети Интернет. В процессе работы были разработаны основные требования к системе тестирования знаний и предложены варианты ее реализации. В качестве средств разработки была предложена В качестве серверной части предполагается использовать Java–сервлет, клиентской –HTML страницы с встроенными сценариями языка JavaScript для работы с графикой. 9.Список использованной литературы
При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Срок завершения: январь 2007 года. Полный текст работы и все материалы по теме могут быть получены у автора или руководителя после указанной даты. |
ДонНТУ | | | Портал магистров | | | Главная | | | Библиотека | | | Ссылки | | | Отчет о поиске | | | Индивидуальное задание |