ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

В настоящее время в обществе остро стоит вопрос информатизации современного образования и внедрения новейших информационных разработок. Обучение – многогранный процесс, и контроль знаний – лишь одна из его сторон. Однако именно в ней компьютерные технологии продвинулись максимально далеко, и среди них интерактивные системы тестирования занимают ведущую позицию. В ряде стран такой вид тестирования потеснил традиционные формы контроля знаний[1]. Преимущества автоматизированных систем тестирования очевидны, они позволяют:

Таким образом, мы определили значение компьютерных систем тестирования знаний для учебных заведений в общем, и для высшего учебного заведения в частности.

В наше время существует множество интерактивных систем тестирования. Однако среди всего разнообразия зачастую сложно найти программу, удовлетворяющую всем требованиям высшего учебного заведения или преподавательского состава. Решением этой проблемы является создание собственной экспертной системы тестирования.

Структура базы данных, необходимая для реализации интерактивной системы тестирования, напрямую зависит от архитектуры самой системы, поэтому структуру и основные функции рассмотрим более подробно.

1. Общее описание интерактивной системы контроля знаний студентов

Интерактивная система контроля знаний студентов представляет собой набор программных средств направленных на улучшение качества тестирования пользователей [5].

Обычно процесс тестирования в высшем учебном заведении выглядит следующим образом (рисунок 1.1).

Схема организации тестирования студентов
Рисунок 1.1 – Схема организации тестирования студентов
(количество кадров 15, 5 повторений, общий вес анимации 145 Кб)

Как видно из рисунка вся работа по организации и проведению тестирования ложится на преподавателя. Интерактивная система тестирования кардинально меняет ситуацию.

Основная цель системы – способствовать организации учебного процесса в высшем учебном заведении и облегчить процесс тестирования знаний студентов.

Для достижения поставленной цели, система интерактивного тестирования должна содержать следующие подсистемы:

Перед тем, как будут рассмотрены все подсистемы в отдельности, необходимо отметить, что выделяется два вида доступа: студент и администратор (то есть преподаватель).

Подсистема разработки тестов. С ее помощью возможно создание и редактирование вопросов. В ней задаются правильные варианты ответов, которые в дальнейшем могут быть отредактированы или изменены. Вопросы могут быть нескольких типов:

В нашей системе будут использоваться только первые два типа вопросов. Остальные можно будет реализовать позже, если возникнет такая необходимость. В дальнейшем можно реализовать поддержку картинок, таблиц, анимации и т.д.

Все вопросы должны быть объединены по темам или дисциплинам. В результате из них будут формироваться наборы для тестирования, так называемые тесты. Доступ к подсистеме разработки тестов разрешен только администратору.

Подсистема редактирования пользователей. Вся информация о пользователях (список студентов, группы), а также список преподавателей и непосредственно дисциплин будет экспортирована из внешней среды и хранится в системе.

Добавить или удалить студента, редактировать группу или предмет может только администратор.

Модуль доступа и генератор паролей необходим, чтобы сделать систему более защищенной. Предполагается два типа паролей, в соответствии с видом доступа. Логин-пароль генерируется автоматически и закрепляется за определенным пользователем. Метод генерации паролей задается исключительно администратором.

Преподаватель может просматривать список паролей и при необходимости изменять его. Например, если студент передал логин-пароль третьему лицу.

Подсистема тестирования формирует тесты и выдает их пользователю. Реализация тестирования – пошаговая. Каждый вопрос – отдельная страница. Вопросы нумеруются. Предусмотрен режим пропуска текущего вопроса. Все пропущенные вопросы отображаются в конце тестирования. Изначально не предусмотрено ограничение по времени, но в дальнейшем может быть реализовано.

Выборка вопросов для теста осуществляется случайным образом из всего набора существующих.

Подсистема оценивания и обработки результатов. Анализ результатов контроля необходим для формирования логических выводов о динамике уровня знаний студента. Результат оценивания – процент правильных ответов. После прохождения пользователем тестирования в базу записывается дата и время оценивания, результаты в процентах, а также номер попытки. В начальном варианте разработки все вопросы имеют одинаковый уровень сложности. Позже можно предусмотреть разделение вопросов по уровням.

Модуль просмотра результатов тестирования. После каждой попытки формируется страница с результатами тестирования. На ней отображаются все вопросы. Зеленым подсвечиваются правильные ответы, красным – неправильные. Для тех вопросов, на которые пользователь дал неправильные ответы, отображаются верные варианты. Основной результат выдается в процентах. Также можно просмотреть результаты предыдущих попыток, если таковые имеются, и средний процент.

Преподаватель может просмотреть результаты тестирования отдельных студентов или общую статистику по группе.

Подсистема анализа статистики. В подсистеме будет реализовано общий анализ результатов. Например, число положительных и отрицательных попыток в отдельно взятой группе.

Таким образом, программный продукт позволяет пользователю решать следующие задачи:

  1. Создание и поддержка базы тестовых заданий.
  2. Разработка на основе базы тестовых заданий учебных тестов, как самых простых, ориентированных на задачи текущего, промежуточного контроля, так и профессиональных, обладающих высоким уровнем качества.
  3. Проведение тестирования, как индивидуального, так и массового, с высоким уровнем масштабируемости и защиты от фальсификации результатов тестирования.
  4. Аналитическая обработка результатов тестирования.
  5. Проведение стандартизации теста и установки норм на основании интерпретации данных обработки результатов тестирования.
  6. Получение объективированных оценок уровня подготовки испытуемых.
  7. Вычисление оценок студентов на основании процента верно выполненных заданий и норм теста.
  8. Получение разнообразных форм отчетности, в аналитическом и графическом виде, с возможностью экспорта данных результатов любого отчета.

После внедрения системы процесс тестирования заметно упрощается (рис. 1.2).

Схема организации тестирования с использованием интерактивной системы контроля
Рисунок 1.2 – Схема организации тестирования с использованием интерактивной системы контроля

При использовании программы тестирования преподавателю необходимо всего лишь составить вопросы по учебной дисциплине и внести их в базу данных вместе с ответами (разовое действие), а при необходимости заменить или отредактировать материал. Все остальные процедуры выполняет система: формирует тесты, обрабатывает и публикует результаты, составляет статистику.

2. Разработка структуры базы данных системы

Основой системы контроля знаний является база данных, которая содержит описание основных сущностей, логических связей между ними, информацию о пользователях системы, а также базовые элементы, затрагивающие вопросы логической целостности данных, контроля доступа, формирования типовых представлений [2].

Разрабатываемая система должна обрабатывать большие объемы данных, таких как тестовые наборы данных, данные о группах, пользователях и результатах прохождения тестов пользователями, различные служебные данные. По этой причине к среде хранения данных предъявляются жесткие требования: обеспечение целостности и непротиворечивости хранимых данных, высокая скорость обработки данных, высокая степень защищенности данных от посягательства со стороны злоумышленников, поддержка многопользовательского доступа к данным с функциями разрешения или исключения конфликтных ситуаций.

Основой проекта базы данных является её информационная модель – средство формирования представления о данных и их использования в конкретных условиях [3].

Большинство современных приложений баз данных построены с использованием трехуровневой архитектуры, целью которой является отделение пользовательского представления базы данных от ее физического представления. Внешний уровень есть представление базы данных с точки зрения пользователей. Так как пользователей системы может быть много, то и внешних уровней может быть несколько. Концептуальный уровень включает обобщающее представление базы данных. Этот уровень описывает то, какие данные хранятся в базе данных, а также связи, существующие между ними. Внутренний уровень – это физическое представление базы данных в компьютере, который определяется выбранной системой управления базой данных (СУБД).

В процессе разработки проекта были определены следующие внешние представления:

Схема взаимодействия внешних представлений
Рисунок 2.1 – Схема взаимодействия внешних представлений

Как видно из рисунка 2.1, в основе схемы взаимодействия лежит клиент-серверная структура (рисунок 2.2).

Клиент-серверная структура
Рисунок 2.2 – Клиент-серверная структура

Это означает, что одновременно проходить тест может любое количество студентов. Преимущества такой архитектуры:

Также были определены основные объекты информационной модели базы данных [3]:

Упрощенная информационная модель базы данных представлена на рис. 2.3.

Упрощенная информационная модель базы данных
Рисунок 2.3 – Упрощенная информационная модель базы данных

На этапе создания базы данных, самой главной задачей стоит сделать оптимальную структуру.

Проектируемая база данных состоит из взаимосвязанных сущностей, среди которых можно выделить две основные группы [3]:

В процессе дальнейшей разработки базы данных было произведено [3]:

На рисунке 2.4 представлена ER-модель разрабатываемой базы данных.

ER-модель разрабатываемой базы данных
Рисунок 2.4 – ER-модель разрабатываемой базы данных

Опишем входящие в базу данных таблицы и их атрибуты [4,5].

Таблица Sections. Информация о разделах тестов (учебная дисциплина). Атрибуты:

Таблица Groups. Информация о группах пользователей. Атрибуты:

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

Таблица Tests. Информация и параметры теста. Атрибуты:

Таблица Questions. Вопросы тестов. Атрибуты:

Таблица Answers. Варианты ответов к вопросам. Атрибуты:

Таблица Users. Информация о пользователях. Атрибуты:

Таблица User_results. Хранение результатов тестирования. Атрибуты:

Таблица User_answers. Лог прохождения теста, может быть показан в отчете. Атрибуты:

Таблица Author. Информация об авторе тестов. Атрибуты:

3. Выбор системы управления базой данных

Как было сказано ранее, внутренняя система хранения данных является основой проекта. Также были оговорены требования, которые выдвигаются к базе данных. Следовательно, возникает вопрос о выборе модели данных и соответственно системы управления базой данных (СУБД).

Всем описанным требованиям отвечают реляционные базы данных. В качестве целевой СУБД выбрана MySQL. MySQL – одна из множества баз данных, поддерживаемых в PHP. Это является очень важным критерием, так как основным языком написания проекта является именно PHP. К тому же, система MySQL распространяется бесплатно и обладает достаточной мощностью для решения реальных задач.

SQL это аббревиатура от слов Structured Query Language, что означает структурированный язык запросов. Этот язык является стандартным средством для доступа к различным базам данных.

Система MySQL представляет собой сервер, к которому могут подключаться пользователи удаленных компьютеров.

Для работы с базами данных удобно пользоваться средством, входящим в комплект Web-разработчика: Denwer phpMyAdmin. Здесь можно создать новую базу данных, создать новую таблицу в выбранной базе данных, заполнить таблицу данными, а также добавлять, удалять и редактировать данные.

В MySQL определены три базовых типа данных: числовой, дата и время и строчный. Каждая из этих категорий подразделяется на множество типов. Основные из них представлены на рисунке 3.

Основные типы данных в MySQL
Рисунок 3 – Основные типы данных в MySQL

Основные достоинства пакета MySQL [3]:

Гибкость СУБД MySQL обеспечивается поддержкой большого количества типов таблиц: пользователи могут выбрать как таблицы типа MyISAM, поддерживающие полнотекстовый поиск, так и таблицы InnoDB, поддерживающие транзакции на уровне отдельных записей. Более того, СУБД MySQL поставляется со специальным типом таблиц EXAMPLE, демонстрирующим принципы создания новых типов таблиц. Благодаря открытой архитектуре и GPL-лицензированию, в СУБД MySQL постоянно появляются новые типы таблиц.

Все вышеперечисленные особенности позволят создать эффективную и устойчивую базу данных для нашего проекта.

4. Обзор исследований и разработок

Появление интерактивных систем тестирования напрямую связано с развитием дистанционного обучения. Дистанционное обучение (ДО) – взаимодействие учителя и учащихся между собой на расстоянии, отражающее все присущие учебному процессу компоненты (цели, содержание, методы, организационные формы, средства обучения) и реализуемое специфичными средствами интернет-технологий или другими средствами, предусматривающими интерактивность [6].

Дистанционное образование появилось очень давно. Считается, что первая попытка создания дистанционной формы образования была предпринята Яном Коменским 350 лет назад. Многие ученые признают его родоначальником дистанционного образования [7]. В конце XIX века, благодаря появлению регулярной почтовой связи, появляется «корреспондентское» обучение. Появление радио и телевидения внесло изменения в дистанционные методы обучения в начале 50-х годов. Однако у телевидения и радио был существенный недостаток – у учащегося не было возможности получить обратную связь [8]. Первые попытки обучения с помощью компьютера относятся к концу 50-х годов. В конце 80-х компьютерные обучающие программы появились на первых компьютерах в виде различных игр [8]. С тех пор во всем мире ведутся непрерывные научные поиски решения проблемы эффективного и дешевого способа обучения с помощью компьютера.

4.1 Обзор международных источников

Moodle – это система управления содержимым сайта (Content Management System CMS), специально разработанная для создания онлайн-курсов преподавателями. Такие е-learning системы часто называются системами управления обучением (Learning Management Systems – LMS) или виртуальными образовательными средами (Virtual Learning Environments – VLE) [9]. Moodle написана на языке программирования PHP профессором из Австралии Мартином Дунгиамосом и переведена на несколько десятков языков и используется для обучения более чем в ста пятидесяти странах мира.

Moodle – это абсолютно бесплатный проект с открытым исходным кодом. Его поддержкой занимается компания-разработчик, штаб-квартира которой находится в Австралии [10].

В настоящее время Moodle является наиболее известной и широко используемой программой для построения тестов и организации дистанционного обучения.

Существует множество зарубежных разработок в этой области. Активно внедряют системы тестирования в России, Белоруссии и других странах постсоветского пространства. Программные продукты в большенстве случаев являются коммерческими продуктами или студенческими проектами.

4.2 Обзор национальных и локальных источников

Программы украинского производства, к сожалению, пока не могут составить достойную конкуренцию зарубежным аналогам. Однако интерес к компьютеризации образования в нашей стране стримительно растет. И возможно, в ближайшем будущем, появится достойный программный продук, который займет свое место на рынке IT-разработок.

Тема интерактивного тестирования активно изучается и в Донецком национальном техническом университете. Работы наших магистров:

  1. Магистр Трофименко Е.С. «Разработка автоматизированной системы тестирования знаний студентов в области компьютерных технологий с использованием механизмов адаптации»
  2. Магистр Казаченко Е.В. «Разработка экспертной системы проверки знаний по результатам тестирования»
  3. Магистр Тризна С.В. «Система дистанционного тестирования студентов в Internet с модулем искусственного интеллекта по предмету «Теория обработки графической и звуковой информации в цифровых системах»»
  4. Магистр Семенова Е.П. «Разработка компьютерной системы тестирования»
  5. Магистр Беседа А.Б. «Разработка и обеспечение эффективного функционирования сетевой системы тестирования знаний»
  6. Магистр Корченко А.А. «Разработка способов решения HDL-задач и системы тестирования знаний на их основе»

Выводы

В данной работе было изложено общее описание разрабатываемой системы тестирования знаний студентов, была разработана структура базы данных системы и выбрана СУБД для реализации проекта.

Тестирование развивается во всех отраслях нашего информационного общества. Его используют при сдаче экзаменов при окончании школы, в средних и высших учебных заведениях, в психологических тестах, при приемах на работу и т.д., поэтому автоматизация этого процесса просто необходима. Это решает массу проблем и отмечает ряд преимуществ использования тестирования, например, отсутствие влияния человеческого фактора, значительная экономия времени преподавателя, сокращение времени контроля и т.д.

Нет ничего удивительного в том, что существует много аналогов разрабатываемой системы. Но все они, в большинстве случаев, слишком индивидуальны и ограничены в функциональности.

В основу разрабатываемой системы были положены следующие основные характеристики:

Все они были учтены в ходе разработки всей системы и непосредственно базы данных. В настоящее время, проект находится на стадии разработки. Окончание проекта планируется на декабрь 2013 года.

Список источников

  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.