ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

У наш час у суспільстві гостро стоїть питання інформатизації сучасної освіти та впровадження новітніх інформаційних розробок. Навчання – багатогранний процес, і контроль знань – лише одна з його сторін. Однак саме в ній комп'ютерні технології просунулися максимально далеко, і серед них інтерактивні системи тестування займають провідну позицію. У ряді країн такий вид тестування потіснив традиційні форми контролю знань [1]. Переваги автоматизованих систем тестування очевидні, вони дозволяють:

Таким чином, ми визначили значення комп'ютерних систем тестування знань для навчальних закладів загалом, і для вищого навчального закладу зокрема.

У наш час існує безліч інтерактивних систем тестування. Однак серед усього розмаїття складно знайти програму, що задовольняє всім вимогам вищого навчального закладу або викладацького складу. Рішенням цієї проблеми є створення власної експертної системи тестування.

Структура бази даних, необхідна для реалізації інтерактивної системи тестування, безпосередньо залежить від архітектури самої системи, тому структуру та основні функції розглянемо більш детально.

1. Загальний опис інтерактивної системи контролю знань студентів

Інтерактивна система контролю знань студентів являє собою набір програмних засобів спрямованих на поліпшення якості тестування користувачів [1].

Зазвичай процес тестування у вищому навчальному закладі виглядає наступним чином (рисунок 1.1).

Схема організації тестування студентів
Рисунок 1.1 – Схема організації тестування студентів
(кількість кадрів 15, 5 повторень, загальна вага анімації 145 Кб)

Як видно з рисунка вся робота з організації та проведення тестування лягає на викладача. Інтерактивна система тестування кардинально змінює ситуацію.

Основна мета системи – сприяти організації навчального процесу у вищому навчвльному закладі і полегшити процес тестування знань студентів.

Для досягнення поставленої мети, система інтерактивного тестування повинна містити такі підсистеми:

Перед тим, як будуть розглянуті всі підсистеми окремо, необхідно відзначити, що виділяється два види доступу: студент і адміністратор (тобто викладач).

Підсистема розробки тестів. З її допомогою можливе створення і редагування питань. У ній задаються правильні варіанти відповідей, які в подальшому можуть бути відредаговані або змінені. Питання можуть бути декількох типів:

Всі питання повинні бути об'єднані за темами або дисциплінами. В результаті з них будуть формуватися набори для тестування, так звані тести. Доступ до підсистеми розробки тестів дозволений тільки адміністратору.

Підсистема редагування користувачів. Вся інформація про користувачів (список студентів, групи), а також список викладачів і безпосередньо дисциплін буде експортована із зовнішнього середовища і зберігається в системі.

Додати або видалити студента, редагувати групу або предмет може тільки адміністратор.

Модуль доступу і генератор паролів необхідний, щоб зробити систему більш захищеною. Передбачається два типи паролів, відповідно до виду доступу. Логін-пароль генерується автоматично і закріплюється за певним користувачем. Метод генерації паролів задається виключно адміністратором.

Викладач може переглядати список паролів і при необхідності змінювати його. Наприклад, якщо студент передав логін-пароль третій особі.

Підсистема тестування формує тести і видає їх користувачу. Реалізація тестування – покрокова. Кожне питання – окрема сторінка. Запитання нумеруються. Передбачений режим пропуску поточного питання. Всі пропущені питання відображаються в кінці тестування. Спочатку не передбачено обмеження за часом, але надалі може бути реалізоване.

Вибірка питань для тесту здійснюється випадковим чином з усього набору існуючих.

Підсистема оцінювання та обробки результатів. Аналіз результатів контролю необхідний для формування логічних висновків про динаміку рівня знань студента. Результат оцінювання – відсоток правильних відповідей. Після проходження користувачем тестування в базу записується дата і час оцінювання, результати у відсотках, а також номер спроби. У початковому варіанті розробки всі питання мають однаковий рівень складності. Пізніше можна передбачити поділ питань по рівнях.

Модуль перегляду результатів тестування. Після кожної спроби формується сторінка з результатами тестування. На ній відображаються всі питання. Зеленим підсвічуються правильні відповіді, червоним – неправильні. Для тих питань, на які користувач дав неправильні відповіді, відображаються вірні варіанти. Основний результат видається у відсотках. Також можна переглянути результати попередніх спроб, якщо такі є, і середній відсоток.

Викладач може переглянути результати тестування окремих студентів чи загальну статистику по групі.

Підсистема аналізу статистики. У підсистемі буде реалізовано загальний аналіз результатів. Наприклад, число позитивних і негативних спроб в окремо взятій групі.

Таким чином, програмний продукт дозволяє користувачеві вирішувати такі завдання:

  1. Створення та підтримка бази тестових завдань.
  2. Розробка на основі бази тестових завдань навчальних тестів, як найпростіших, орієнтованих на завдання поточного, проміжного контролю, так і професійних, що володіють високим рівнем якості.
  3. Проведення тестування, як індивідуального, так і масового, з високим рівнем масштабованості та захисту від фальсифікації результатів тестування.
  4. Аналітична обробка результатів тестування.
  5. Проведення стандартизації тесту і установки норм на підставі інтерпретації даних обробки результатів тестування.
  6. Отримання об'єктивних оцінок рівня підготовки піддослідних.
  7. Обчислення оцінок студентів на підставі відсотка вірно виконаних завдань і норм тесту.
  8. Отримання різноманітних форм звітності, в аналітичному і графічному вигляді, з можливістю експорту даних результатів будь-якого звіту.

Після впровадження системи процес тестування помітно спрощується (рис. 1.2).

Схема організації тестування з використанням інтерактивної системи контролю
Рисунок 1.2 – Схема організації тестування з використанням інтерактивної системи контролю

При використанні програми тестування викладачу необхідно всього лише скласти питання з навчальної дисципліни та внести їх в базу даних разом з відповідями (разова дія), а при необхідності замінити або відредагувати матеріал. Всі інші процедури виконує система: формує тести, обробляє і публікує результати, становить статистику.

2. Розробка структури бази даних системи

Основою системи контролю знань є база даних, яка містить опис основних сутностей, логічних зв'язків між ними, інформацію про користувачів системи, а також базові елементи, стосовних питання логічної цілісності даних, контролю доступу, формування типових уявлень [2].

Система, що розробляється, повинна обробляти великі обсяги даних, таких як тестові набори даних, дані про групи, користувачів та результати проходження тестів користувачами, різні службові дані. З цієї причини до середовища зберігання даних висуваються жорсткі вимоги: забезпечення цілісності і несуперечності збережених даних, висока швидкість обробки даних, висока ступінь захищеності даних від посягання з боку зловмисників, підтримка багатокористувацького доступу до даних з функціями дозволу або виключення конфліктних ситуацій.

Основою проекту бази даних є її інформаційна модель – засіб формування уявлення про дані та їх використання в конкретних умовах [3].

Більшість сучасних програм баз даних побудовані з використанням архітектури з трьома рівнями, метою якої є відділення користувальницького уявлення бази даних від її фізичного представлення. Зовнішній рівень є уявлення бази даних з точки зору користувачів. Так як користувачів системи може бути багато, то й зовнішніх рівнів може бути декілька. Концептуальний рівень включає узагальнююче уявлення бази даних. Цей рівень описує те, які дані зберігаються в базі даних, а також зв'язки, що існують між ними. Внутрішній рівень – це фізичне уявлення бази даних у комп'ютері, який визначається обраною системою керування базою даних (СКБД).

У процесі розробки проекту було визначено такі зовнішні уявлення:

Схема взаємодії зовнішніх уявлень
Рисунок 2.1 – Схема взаємодії зовнішніх уявлень

Як видно з рисунка 2.1, в основі схеми взаємодії лежить клієнт-серверна структура (рисунок 2.2).

Клієнт-серверна структура
Рисунок 2.2 – Клієнт-серверна структура

Це означає, що одночасно проходити тест може будь-яка кількість студентів. Переваги такої архітектури:

Також були визначені основні об'єкти інформаційної моделі бази даних [3]:

Спрощена інформаційна модель бази даних представлена на рис. 2.3.

Спрощена інформаційна модель бази даних
Рисунок 2.3 – Спрощена інформаційна модель бази даних

На етапі створення бази даних, найголовнішим завданням стоїть зробити оптимальну структуру.

Проектована база даних складається з взаємопов'язаних сутностей, серед яких можна виділити дві основні групи [3]:

У процесі подальшої розробки бази даних було виконано [3]:

На рисунку 2.4 представлена ER-модель розроблюваної бази даних.

ER-модель бази даних, що розробляється
Рисунок 2.4 – ER-модель бази даних, що розробляється

Опишемо таблиці, що входять у базу даних, та їх атрибути [4,5].

Таблиця Sections. Інформація про розділи тестів (навчальна дисципліна). Атрибути:

Таблиця Groups. Інформація про групи користувачів. Атрибути:

Таблица Groupsections. Информация о соответствии группам разделов тестов. Атрибуты:

Таблиця Tests. Інформація та параметри тесту. Атрибути:

Таблиця Questions. Питання тестів. атрибути:

Таблиця Answers. Варіанти відповідей до запитань. Атрибути:

Таблиця Users. Інформація про користувачів. Атрибути:

Таблиця User_results. Зберігання результатів тестування. Атрибути:

Таблиця User_answers. Журнал проходження тесту, може бути показаний у звіті. Атрибути:

Таблиця Author. Інформація про автора тестів. атрибути:

3. Вибір системи керування базою даних

Ми вже казали про те, що внутрішня система зберігання даних є основою проекту. Також були обговорені вимоги, які висуваються до бази даних. Отже, виникає питання про вибір моделі даних і відповідно системи керування базою даних (СКБД).

Всім описаним вимогам відповідають реляційні бази даних. В якості цільової СКБД обрана MySQL. MySQL – одна з баз даних, що підтримується у PHP. Це є дуже важливим критерієм, так як основною мовою написання проекту є саме PHP. До того ж, система MySQL розповсюджується безкоштовно і володіє достатньою потужністю для вирішення реальних завдань.

SQL це абревіатура від слів Structured Query Language, що означає структурований мова запитів. Ця мова є стандартним засобом для доступу до різних баз даних.

Система MySQL являє собою сервер, до якого можуть підключатися користувачі віддалених комп'ютерів.

Для роботи з базами даних зручно користуватися засіб, що входить в комплект Web-розробника: Denwer phpMyAdmin. Тут можна створити нову базу даних, створити нову таблицю в обраній базі даних, заповнити таблицю даними, а також додавати, видаляти і редагувати дані.

В MySQL визначено три базових типи даних: числовий, дата і час і рядковий. Кожна з цих категорій поділяється на безліч типів. Основні з них представлені на рисунку 3.

Основні типи даних у MySQL
Рисунок 3 – Основні типи даних у MySQL

Основні переваги пакета MySQL [3]:

Гнучкість СКБД MySQL забезпечується підтримкою великої кількості типів таблиць: користувачі можуть вибрати як таблиці типу MyISAM, що підтримують повнотекстовий пошук, так і таблиці InnoDB, що підтримують транзакції на рівні окремих записів. Більше того, СКБД MySQL поставляється із спеціальним типом таблиць EXAMPLE, що демонструє принципи створення нових типів таблиць. Завдяки відкритій архітектурі і GPL-ліцензуванню, в СКБД MySQL постійно з'являються нові типи таблиць.

Всі перераховані вище особливості дозволять створити ефективну і стійку базу даних для нашого проекту.

4. Огляд досліджень та розробок

Поява інтерактивних систем тестування прямо пов'язана з розвитком дистанційного навчання. Дистанційне навчання (ДН) – взаємодія вчителя і учнів між собою на відстані, що відбиває всі притаманні навчальному процесу компоненти (цілі, зміст, методи, організаційні форми, засоби навчання) і реалізована специфічними засобами інтернет-технологій або іншими засобами, які передбачають інтерактивність [6].

Дистанційна освіта з'явилася дуже давно. Вважається, що перша спроба створення дистанційної форми освіти була зроблена Яном Коменським 350 років тому. Багато вчених визнають його родоначальником дистанційної освіти [7]. В кінці XIX століття, завдяки появі регулярного поштового зв'язку, з'являється «кореспондентське» навчання. Поява радіо і телебачення внесла зміни до дистанційних методів навчання на початку 50-х років. Однак у телебачення і радіо був істотний недолік – в учня не було можливості отримати зворотній зв'язок [8]. Перші спроби навчання за допомогою комп'ютера відносяться до кінця 50-х років. В кінці 80-х комп'ютерні навчальні програми з'явилися на перших комп'ютерах у вигляді різних ігор [8]. З тих пір у всьому світі ведуться безперервні наукові пошуки вирішення проблеми ефективного і дешевого способу навчання за допомогою комп'ютера.

4.1 Огляд міжнародних джерел

Moodle – це система управління вмістом сайту (Content Management System CMS), спеціально розроблена для створення онлайн-курсів викладачами. Такі е-learning системи часто називаються системами управління навчанням (Learning Management Systems – LMS) або віртуальними освітніми середовищами (Virtual Learning Environments – VLE) [9]. Moodle написана на мові програмування PHP професором з Австралії Мартіном Дунгіамосом і переведена на кілька десятків мов і використовується для навчання більш ніж у ста п'ятдесяти країнах світу.

Moodle – це абсолютно безкоштовний проект з відкритим вихідним кодом. Його підтримкою займається компанія-розробник, штаб-квартира якої знаходиться в Австралії [10].

В даний час Moodle є найбільш відомою і широко використовуваною програмою для побудови тестів і організації дистанційного навчання.

Існує безліч зарубіжних розробок у цій області. Активно впроваджують системи тестування в Росії, Білорусії та інших країнах пострадянського простору. Програмні продукти в більшості випадків являє собою комерційну продукцію або студенські проеки.

4.2 Огляд національних та локальних джерел

Програми українського виробництва, на жаль, поки не можуть скласти гідну конкуренцію зарубіжним аналогам. Проте інтерес до комп'ютеризації освіти в нашій країні стрімко зростає. І можливо, дуже скоро, з'явиться гідний програмний продук, який займе своє місце на ринку IT-розробок.

Тема інтерактивного тестування активно вивчається і в Донецькому національному технічному університеті. Роботи наших магістрів:

  1. Магістр Трофименко Є.С. «Розробка автоматизованої системи тестування знань студентів у галузі комп'ютерних технологій з використанням механізмів адаптації»
  2. Магістр Казаченко Є.В. «Розробка експертної системи перевірки знань за результатами тестування»
  3. Магістр Тризна С.В. «Система дистанційного тестування студентів в Internet з модулем штучного інтелекту з предмету «Теорія обробки графічної і звукової інформації в цифрових системах»»
  4. Магістр Семенова Є.П. «Розробка комп'ютерної системи тестування»
  5. Магістр Бесіда О.Б. «Розробка і забезпечення ефективного функціонування мережної системи тестування знань»
  6. Магістр Корченко О.О. «Розробка способів вирішення HDL-задач і системи тестування знань на їх основі»

Висновки

У даній роботі було наведено загальний опис розроблюваної системи тестування знань студентів, була розроблена структура бази даних системи і обрано СКБД для реалізації проекту.

Тестування розвивається у всіх галузях нашого інформаційного суспільства. Його використовують при здачі іспитів при закінченні школи, в середніх і вищих навчальних закладах, в психологічних тестах, при прийомах на роботу і т.д., тому автоматизація цього процесу просто необхідна. Це вирішує масу проблем і відзначає ряд переваг використання тестування, наприклад, відсутність впливу людського фактора, значна економія часу викладача, скорочення часу контролю і т.д.

Немає нічого дивного в тому, що існує багато аналогів розроблюваної системи. Але всі вони, в більшості випадків, занадто індивідуальні і обмежені у функціональності.

В основу розроблюваної системи були покладені наступні основні характеристики:

Всі вони були враховані в ході розробки всієї системи і безпосередньо бази даних. На сьогодні, проект знаходиться на стадії розробки. Закінчення проекту планується на грудень 2013 року.

Перелік посилань

  1. Булыгин В.Г. «Основы автоматизации процесса обучения». – Йошкар-Ола, 2003. – 190 с.
  2. Томас Коннолли, Каролин Бегг, Анна Страчан. «Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика»: Пер. с англ. – 3-е издание. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. – 1440 с.
  3. Марценюк В.П., Семенец А.В. «О структуре базы данных информационной системы проверки знаний в медицинском образовании» – Научна статья 11.11.2008
  4. Хансен Г., Хансен Дж. «Базы данных: разработка и управление» — М.: БИНОМ, 1999. — 704 с
  5. Документация на MySQL. Версия пакета MySQL : 3.20.29 [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://citforum.ru/database/mysqldoc/index.shtml
  6. Полат Е.С., Бухаркина М.Ю., Моисеева М.В. «Теория и практика дистанционного обучения: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учебн. заведений» Под ред. Е. С. Полат // М.: Издательский центр «Академия», 2004. — 416 с.
  7. Elitarium: Центр диагностического образования [электронный ресурс]. – Режим доступа:http://www.elitarium.ru
  8. Википедия – свободная энциклопедия [электронный ресурс] – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Дистанционное_обучение
  9. Гвоздев В.В., Проскурин В.В. «Работа в системе дистантного обучения Moodle. Инструкция для преподавателей». Тольятти, 2011. – 155 с.
  10. Московский институт радиотехники, электроники и автоматики. Доклад на тему «Обзор существующих платформ и систем управления контентом в целях обеспечения учебного процесса». Докладчик: Кригоузов Илья Сергеевич. Москва, 2011г.