Разработать систему проектирования автоматизированных учебных курсов, включающую обучающую (для работы обучаемого) и администрирующую (для работы преподавателя) части. Разрабатываемая система не должна зависеть от конкретного курса, т.е. должна быть возможность закладывать в нее любой курс по любому предмету. Преподаватель должен иметь возможность подключать учебные курсы, редактировать их и при необходимости удалять, а также иметь доступ к результатам обучения обучаемых. Обучаемые должны иметь возможность выбирать курс обучения, изучать теорию по данному курсу, проходить тестирование по нему и учиться решать задачи.

Разрабатываемой системе было дано название “система ПАУК”, как сокращение по первым буквам от слов “система проектирования автоматизированных учебных курсов”.

 Итак, в процессе работы с обучающей программой обучаемый должен получить:

• знания по выбранной предметной области

• умения применять различные методы и алгоритмы

• навыки решения задач

• оценку приобретенных знаний, умений, навыков.

Таким образом, структура учебных курсов имеет следующий вид (рис. 2.1):

Рис. 2.1. Структура учебных курсов

Для каждой темы указывается список связанных с ней тем , которые обучаемый должен изучить перед изучением данной темы. Если в списке связанных тем присутствует тестирование или решение задач, то они должны быть пройдены с коэффициентом . Пока обучаемый не изучит все связанные темы и не выполнит все связанные контрольные работы, к изучению данной темы он не будет допущен, либо тема не будет засчитана как пройденная (в программе обучаемый может попасть на тему, не изучив все связанные с ней темы, применяя кнопки навигации. В таком случае тема не засчитывается как изученная, пока не будут пройдены все связанные темы). Вся совокупность таких списков образует матрицу учебных связей. Связи могут быть не только внутри одного раздела, но и между разделами одного предмета и даже между разными предметами (таким образом, например, можно запретить обучаемому изучить один курс, если он не изучил другой, усвоение которого требуется для изучения первого курса).

Теоретический материал представляется в виде html-файлов. Могут использоваться как локальные файлы, так и удаленные из сети Интернет. Каждый html-файл может включать в себя текст, графику, видео- и аудиофайлы и т.д. Создание html-файлов может производиться с помощью специальных редакторов (например, FronPage, DreamViewer, HomeSite и др.) или с помощью редактора Microsoft Word 97 и выше (для этого должен быть установлен конвертер html, включаемый в дистрибутив Microsoft Office).

Рекомендуемый объем теоретического материала для одной темы - 2-3 экранные страницы. Большой объем не рекомендуется, т.к. тема является минимальной целостной (неделимой) единицей, предназначенной для изучения, а изучение сразу большого объема новой информации быстро утомляет обучаемого и снижает эффективность обучения. С другой стороны, уменьшение объемов тем может привести к появлению множества мелких тем, в которых обучаемый будет теряться, у него не будет возникать целостного представления об изучаемой области, что в итоге опять приведет к снижению эффективности обучения.

В начале каждого раздела рекомендуется ставить вводную тему, которая дает обзор материала, изложенного в разделе. Это может повысить мотивацию обучаемого к изучению материала, когда он будет знать, о чем в целом будет идти речь, для чего могут применяться данные знания. В конце раздела рекомендуется создать заключительную тему, где делается обобщение материала, изложенного в разделе. Такие же вводные и заключительные темы рекомендуется делать для предмета в целом.

Тестовый контроль осуществляется по методу "вопрос-ответ", т.е. обучаемому задаются вопросы, а он должен выбирать правильные по его мнению варианты ответа или вводить ответ с клавиатуры. Цель обучаемого - последовательно отвечать на предлагаемые вопросы. Каждый раз порядок следования вопросов и порядок вариантов ответов случайным образом меняется. На каждый вопрос обучаемому дается одна попытка. При неверном ответе засчитывается штрафной балл.

Тестирование может проводиться в двух режимах: самоконтроль и экзамен. Отличие между ними в том, что в самоконтроле обучаемому показывается правильный ответ на вопрос, если он ошибается при ответе. При экзамене правильный ответ не показывается.

Вопрос и варианты ответов могут содержать текст и графический рисунок (либо вместе, либо только что-то одно). Рисунок может быть статическим или анимированным.

Вопросы могут быть трех типов:

1. одновариантый вопрос - имеется несколько вариантов ответов, из которых только один может быть правильным

2. многовариантный вопрос - имеется несколько вариантов ответов, из которых правильных может быть несколько или даже все

3. открытый вопрос - обучаемый должен ввести ответ с клавиатуры (удобны для ввода числовых ответов; например, на вопрос “Чему равна дисперсия константы?”, ответ: 0 - обучаемый должен ввести его сам, а не выбрать из списка предложенных ему вариантов).

Оценка при контроле не выставляется. Запоминается лишь количество заданных вопросов, количество правильных ответов и время прохождения теста. По этим данным преподаватель сам выставляет оценку.

При подведении итогов учитываются времена ответов на каждый вопрос. С увеличением времени ответа оценка снижается. Подсчет оценки каждого вопроса производится по формуле:

если , то

если , то

где:

После тестирования вычисляется общий коэффициент усвоения материала (фактически это коэффициент ) по формуле:

где n - количество заданных вопросов.

В итоге результирующее значение может отличаться от значения, полученного при делении количества правильных ответов на общее количество заданных вопросов, если обучаемый долго думал при ответе на вопросы. Это сделано для того, чтобы учесть возможность несамостоятельного ответа на вопросы: обучаемый может долго искать ответ в учебнике, а в итоге его оценка все равно будет низкой, даже если на все вопросы он ответил правильно. С другой стороны, если он не пользовался подсказками, а долго думал над ответами, то это означает, что он недостаточно хорошо изучил теорию, а в результате даже при правильных ответах оценка будет снижена.

Каждый вопрос связывается с теоретической темой. После тестирования по оценкам вопросов определяется коэффициент усвоения для каждой темы. Темы, у которых коэффициент усвоения меньше 0.7, предлагаются обучаемому для повторного изучения.

Ядром учебной деятельности является решение учебных задач [14]. Однако, при этом главное значение имеет не ответ (единственное требование к нему - быть правильным), а процесс его получения, так как именно это формирует у обучаемого необходимые навыки.

Практическое решение задач присутствует не во всех курсах (например, его не будет при изучении некоторых гуманитарных дисциплин). Целью практического решения задач является выработка умений применять полученные теоретические знания на практике.

Обучаемому предлагается для решения набор задач. Решение задачи разбивается на действия (шаги). На каждом шаге обучаемый должен выполнять предписанные задания или отвечать на вопросы. Цель обучаемого - последовательно пройти все шаги во всех предложенных задачах.

Если обучаемый не может решить задачу, он может пропустить ее. При пропуске задачи она засчитывается нерешенной, и за нее начисляется штрафной балл.

Решение задач, как и тестирование, может проводиться в двух режимах: самоконтроль и экзамен. В режиме самоконтроля обучаемый может пользоваться подсказками системы, а в режиме экзамена - нет.

Для решения задач был разработан специальный решатель задач, работающий по методу восходящего анализа.

Для решения задач по конкретной теме задаются:

• множество переменных X

• множество формул F(X)

Одна и та же переменная может быть рассчитана по одной или нескольким формулам из F.

По каждой формуле и известным переменным вычисляется значение переменной , которое может в дальнейшем использоваться в других формулах, входящих в F.

 Решение задачи разбивается на два этапа:

1. ввод исходных данных и указание, что надо найти

2. пошаговое решение

В задаче могут задаваться несколько одинаковых объектов, каждый из которых характеризуется своими параметрами, но расчет которых идет по общим формулам (например, два треугольника, несколько событий и т.д.). В одной задаче могут присутствовать до 9 одинаковых объектов.

Кроме общих переменных в X и общих формул в F могут присутствовать дополнительные переменные, необходимые для конкретной задачи, а также дополнительные формулы, связывающие переменные (как дополнительные, так и общие), необходимые для конкретной задачи.

Дополнительные формулы могут представляться в одном из четырех видов:

где:

Второй аргумент формулы может отсутствовать. Тогда он принимается равным нулю, а в качестве знака берется ‘+’, т.е. формула принимает вид 1 или 2. Это удобно для задания исходных данных.

Цель разработки данного решателя - научить обучаемого решать задачи с использованием формул, изученных им в теоретической части. Поэтому с помощью данного решателя невозможно решить абсолютно любую задачу. Рассмотрим область его применения, т.е. выделим, какие классы задач можно решать, а какие нет.

• в которых решение получается с помощью последовательного применения различных формул к уже известным данным (например, задачи, связанные с вычислением каких-либо величин). Достигнута независимость от предмета: могут решаться задачи по математике, физике, химии, экономике и другим предметам, лишь бы были заложены необходимые для расчетов формулы

• задачи, сводящиеся к предыдущему классу (например, на доказательство, где для доказательства какого-либо утверждения необходимо сперва вычислить значения сравниваемых величин)

Благодаря независимости от типа результата (числовой, символьный, логический и т.д.), могут решаться задачи, в которых результат решения отличается от числового (например, задачи по логике на нахождение истинности выражений). Однако, в текущей версии системы заложена возможность решения задач только с числовым типом.

• на вывод формул

• на доказательство без вычислений (с помощью теоретических утверждений: теорем, аксиом, постулатов и т.д.)

• в текущей версии системы - задачи, использующие рекурсию (например, задачи приближенного вычисления или задачи оптимизации), однако такая возможность может быть реализована

Чтобы получить доступ к системе (обучению, созданию учебных курсов, настройке и т.д.), пользователь должен быть зарегистрирован в системе. Регистрацию осуществляет пользователь, имеющий на это право. После регистрации новому пользователю выдается пароль, под которым он может входить в систему.

В системе существует пять категорий пользователей, отличающихся правами доступа к системе:

1. обучаемый

2. преподаватель

3. преподаватель-разработчик

4. администратор

5. главный администратор,

Меньше всего прав имеет обучаемый. По умолчанию он не имеет права доступа ни к одной из вышеперечисленных функций и может только выбирать курс и проходить обучение по нему (изучать теоретический материал, проходить тестирование и практическое решение задач).

Администратор может регистрировать новых пользователей, создавать новые курсы, редактировать и удалять любых (в отличие от преподавателя) пользователей и любые курсы, а также проводить сжатие баз данных.

Больше всего прав имеет главный администратор. Главный администратор может быть только один в системе. Он имеет доступ ко всем функциям.

Для каждой категории пользователей назначены права по умолчанию, которые присваиваются пользователю при его регистрации в системе. Например, обучаемый по умолчанию не имеет никаких прав, а преподаватель может регистрировать, редактировать и удалять пользователей. Главный администратор может изменять права, назначаемые по умолчанию. Так, например, он может установить право по умолчанию на настройку системы для преподавателя, и все регистрируемые после этого преподаватели будут обладать этим правом.

При регистрации пользователь не может задать категорию нового пользователя выше или равную, чем его собственная. Т.е. преподаватель-разработчик может зарегистрировать обучаемого и преподавателя, но не преподавателя-разработчика или администратора. Отсюда следует, что главного администратора не может зарегистрировать никто (он регистрируется один раз при установке системы), а изменить свойства такого пользователя может только сам главный администратор.

При регистрации пользователь, который регистрирует нового пользователя, может задать ему права, отличные от прав по умолчанию. В отличие от изменения прав пользователей по умолчанию при регистрации эти права устанавливаются только для одного, нового пользователя. Однако он может устанавливать только те права, которые имеет сам. Т.е. преподаватель не может дать новому пользователю право настраивать систему, т.к. таким правом (по умолчанию) обладает только главный администратор. Однако, если главный администратор позволит данному преподавателю настраивать систему, то преподаватель может назначить это право новому пользователю, которого зарегистрирует он сам. Таким образом, например, главный администратор может быть только один, но пользователей, имеющих доступ к функциям, доступным по умолчанию только главному администратору, может быть несколько.

Обучающая часть предназначена для прохождения процесса обучения (изучения теоретического материала, тестирования и практического решения задач).

При входе в систему пользователь должен пройти идентификацию, т.е. ввести свои данные (фамилию, имя, отчество, группу, пароль). Если все данные введены правильно, пользователю разрешается вход в систему, иначе предлагается повторить ввод данных.

После выбора темы проверяется, изучены ли все связанные темы и пройдены ли все связанные контрольные работы. Если обнаруживаются непройденные связанные темы, пользователю выдается окно со списком непройденных тем, и к изучению выбранной темы он не допускается.

Первым шагом обучения является изучение теоретического материала(см. раздел 3).

После изучения теории производится проверка усвоения изученного материала (т.е. проверка знаний) с помощью тестирования (см. раздел 4.4). Вопросы и варианты ответов каждый раз случайным образом перемешиваются, что исключает повторяемость тестов. Результатом тестирования является коэффициент усвоения учебного материала (), а также список тем, которые рекомендуется повторить.

Проверка знаний, умений и навыков (т.е. тестирование и решение задач) могут проводиться в двух режимах: самоконтроля и экзамена. Если обучаемый выбирает режим экзамена, проверяется, сдавал ли он уже этот экзамен. Если экзамен уже сдавался, то пересдача не разрешается (пока не разрешит преподаватель). Самоконтроль может повторяться неограниченное число раз, однако результаты каждого раза сохраняются и могут быть просмотрены преподавателем.

Результаты обучения по каждому обучаемому сохраняются, что позволяет преподавателю контролировать процесс обучения, а обучаемому видеть, что и как он изучил.

Администрирующая часть предназначена для подготовки системы к эксплуатации и ее обслуживания. Она включает в себя:

1. регистрацию пользователей

2. просмотр результатов обучения

3. работу с учебными курсами

4. настройку системы

5. администрирование баз данных.

К администрирующей части предоставляется доступ пользователям, имеющим категорию не ниже преподавателя (преподаватель, преподаватель-разработчик, администратор, главный администратор; см. раздел 4.6). Обучаемым вход в администрирующую часть запрещен.

При входе в систему пользователь должен пройти идентификацию, т.е. ввести свои данные (фамилию, имя, отчество, группу, пароль). Если все данные введены правильно, пользователю разрешается вход в систему, иначе предлагается повторить ввод данных.

Регистрация пользователей включает в себя:

• добавление новых пользователей

• редактирование свойств имеющихся пользователей

• удаление пользователей.

При добавлении нового пользователя указываются:

• фамилия

• имя

• отчество (необязательно)

• пароль

• номер группы (необязательно; указывается только для обучаемых)

• категория

• права доступа, отличные от прав по умолчанию.

Под редактированием пользователей понимается изменение вышеперечисленных свойств пользователей.

Для добавления новых пользователей, редактирования и удаления необходимо иметь на это соответствующие права (см. раздел 4.6).

Преподаватель и преподаватель-разработчик имеют право редактировать и удалять только тех пользователей, которых зарегистрировали они сами. Администраторы имеют право редактировать и удалять любых пользователей.

Просмотр результатов обучения позволяет получить результаты обучения по:

• всем обучаемым

• группе

• конкретному обучаемому

• конкретному предмету, разделу, теме.

Есть возможность создавать сложные запросы (например, по группе и предмету, конкретному облучаемому и предмету и т.д.).

Результаты обучения можно распечатать в виде ведомости.

Если понадобится, преподаватель может дать обучаемому возможность пересдать экзамен (по умолчанию пересдача экзамена запрещена).

Работу с учебными курсами выполняет преподаватель-разработчик. В его обязанности входит создание и сопровождение учебных курсов, т.е.:

• разработка структуры учебного курса

• подготовка теоретического материала (см. раздел 3)

• составление вопросов и ответов к ним для тестирования (см. раздел 4)

• составление задач (задание условий и исходных данных; см. раздел 5)

• установка связей между темами (составление матрицы учебных связей).

Для создания новых курсов, редактирования и удаления необходимо иметь на это соответствующие права (см. раздел 4.6).

Преподаватель-разработчик имеет право редактировать и удалять только те предметы, разделы и темы, которые создал он сам. Администраторы имеют право редактировать и удалять любые предметы, разделы, темы.

Новый раздел или новая тема могут быть вставлены в любое место курса. Преподавватель-разработчик может менять порядок следования разделов в предмете и тем в разделе, что позволяет ему менять последовательность изучения учебного материала.

Курс, раздел или тема могут быть сделаны невидимыми при просмотре списка предметов, разделов или тем в обучающей части. Это бывает необходимо, например, при подготовке новых тем до их полного завершения. Однако, если сделать невидимым раздел, то все его темы все равно будут видны, но будут как бы относиться не к разделу, а к предмету. Таким образом, можно создавать так называемые темы без разделов (ими могут быть, например, введение ко всему курсу или итоговый экзамен по материалам всего курса).

Порядок изучения тем определяется матрицей отношений очередности учебных элементов (см. раздел 3.3).

Настройка системы доступна только главному администратору.

Настройка заключается в установке следующих параметров работы системы:

К настройке относится также установка прав пользователей по умолчанию (см. раздел 6).

Администрирование баз данных доступно только главному администратору.

Администрирование баз данных включает в себя логическое удаление помеченных записей и сжатие баз данных (т.е. физическое удаление из базы данных записей, помеченных как удаленные; при этом уменьшается размер базы данных). По умолчанию его может проводить только главный администратор (если только он не даст какому-нибудь пользователю право делать это).