Software learning system with quantitative control of students grade.pdf Данная система предназначена для манипулированиязнаниями предметной области в целях обучения пользова-теля и проверки полученных им навыков. В системе реали-зованы возможности настройки на различный теоретиче-ский и практический материал. Для этой цели предусмотрентранслятор, который обеспечивает преобразование инфор-мации, представленной во внешней форме, подготавливае-мой пользователем-экспертом, во внутреннее представле-ние, с которым работает система. Возможно как частичное,так и полное изменение учебного материала.Для внешнего представления разработан специальныйязык разметки, позволяющий достаточно компактно и про-сто описывать знания, быстро их верифицировать. Предпо-лагается, что теоретический материал включает текстовые играфические фрагменты, демонстрационные примеры, апрактический - контрольные задания, предназначенные дляпроверки качества изучения теории.В системе реализован многооконный графический ин-терфейс взаимодействия с пользователем, выполненный всоответствии с принятыми стандартами. Передвижение посистеме и изучение теоретического материала не ограничи-вается, выполнение контрольных заданий возможно по гла-вам, разделам, подразделам и т.д. как полностью, так и час-тично, и допускается после изучения соответствующеготеоретического материала. Ученик может выходить из сис-темы в процессе обучения и продолжать работу после по-вторного ее запуска, отслеживать свои действия, анализи-ровать поведение системы и т.д.С системой могут работать разные ученики, но с каж-дым из них она работает индивидуально. Пользователь име-ет возможность видеть, что и как он уже сделал (изученныеи проверенные фрагменты, результаты проверки знаний).Система работает на основе базы знаний, в которой пред-ставлена структура и особенности использования учебногоматериала во время функционирования системы как приизучении теории, так и в процессе выполнения контрольныхзаданий. Система оказывает помощь в выполнении заданий,разбивая задание, в случае необходимости, на этапы и вы-водя на экран различного рода подсказки.Оценивание изучения материала внутри системы произ-водится в количественной форме на основе особенностейвыполнения контрольных заданийДля представления информации в этих базах исполь-зованы сетевая и табличная модели.База знаний - центральная часть системы. В нейнаходится информация о структуре как теоретическо-го, так и практического материала, связях отдельныхэлементов БТМ и БПМ, особенностях представленияи использования материала во время функционирова-ния системы как при изучении теории, так и в процес-се выполнения контрольных заданий.В системе реализован транслятор, обеспечиваю-щий изменение учебного материала и БЗ как полно-стью, так и частично. Предполагается, что, в целом,теоретический материал состоит из глав, каждая изкоторых может состоять из разделов, которые, в своюочередь, могут состоять из подразделов. Допускаетсяи дальнейшее разбиение материала на части. Пред-ставление теоретического материала в системе ориен-тировано на гипертекстовую структуру фрагментов(хотя и не требует этого в обязательном порядке).Множество контрольных заданий может быть раз-бито на подмножества, каждое из которых предназна-чено для проверки качества изучения какой-либо гла-вы. Каждое из этих подмножеств, в свою очередь,также может быть разбито на подмножества, соответ-ствующие разделам, и т.д. Это означает, что еслимножество заданий Zw, предусмотренное для провер-ки качества изучения определенной части w (напри-мер, раздела) теоретического материала, разбито на nподмножеств Zw,1, Zw,2, …, Zw,n, каждое из которых со-ответствует какому-либо фрагменту (для раздела -подразделу) этой части, то должно выполняться,1nw iiZ= ∪= Zw и i, j = 1, n Zw,i  Zw,j = ∅.Обязательного наличия специального подмноже-ства заданий для каждого параграфа, подраздела, раз-дела не требуется. Однако, если разбиение есть, толюбое задание z принадлежит множеству Zw тогда итолько тогда, когда является элементом одного изподмножеств Zw,1, Zw,2, …, Zw,n. Это означает, в част-ности, что если, например, для каких-либо подразде-лов (не обязательно всех) некоторого раздела такиеподмножества определены, то для всего раздела в це-лом отдельных заданий быть не должно. В случае от-сутствия разбиения все множество заданий использу-ется для проверки качества изучения теоретическогоматериала данной части в целом.Заданиями могут быть различного вида тесты:- альтернативный или множественный выбор изпредложенных вариантов;- перекрестный выбор, требующий указание свя-зей между элементами двух различных множеств;- подстановка, предусматривающая добавлениеэлементов (фрагментов) в предлагаемый ответ;- исправление ошибок в предлагаемом ответе;- установление правильной последовательностиобъектов в предлагаемом ответе.Задания могут быть разбиты на разное количествоэтапов разной степени подробности (каждый этапможет быть разбит на части и т.д.). Задание ученикможет выполнить сразу (на первом уровне), если дастверный ответ на сформулированный вопрос. Еслиученик не может решить задачу на этом уровне (далневерный ответ или не смог дать ответ), он может ре-шить ее последовательно по частям (этапам), т.е. навтором уровне. Возможен и третий уровень, если ка-кие-либо этапы выполняются по частям, и т.д.(рис. 2).Этапы (части) представляют собой тестовые зада-ния, выполнение которых в совокупности заменяютэтап предыдущего уровня. Количество уровней длякаждого конкретного задания зависит от его особен-ностей. Могут быть задания, для которых предусмот-рен только один уровень (задание необходимо выпол-нить только сразу, этапов нет). На каждом уровнеэтапы (части) также могут предполагать разное коли-чество следующих уровней. Другими словами, какие-то части выполнения задания могут дробиться на ещеболее мелкие этапы, а какие-то и нет.2 уровеньЭтап 1 Этап 2 . . . Этап nЗадание 1 уровень3 уровень. . .Рис. 2. Многоуровневое выполнение заданияИнформация о возможности этапного выполнениязаданий содержится в БЗ, что позволяет системе гиб-ко реагировать на проблемы, с которыми сталкивает-ся ученик в процессе контроля полученных навыков.Задание может быть выполнено на разном уровне.Переход на следующий уровень выполнения заданияосуществляется по инициативе системы (если дан не-верный ответ) или по инициативе ученика для каждо-го этапа (каждой части) в отдельности. Это означает,что, выполняя задание, можно на любом этапе перей-ти на следующий уровень, но после выполнения этогоэтапа по частям снова производится автоматическийвозврат на предыдущий уровень. В процессе выпол-нения задания ученик может перейти к соответст-вующему теоретическому материалу. В БЗ содержит-ся информация о взаимосвязях между элементамипрактического и теоретического материала, что обес-печивает реализацию перехода из режима выполненияконтрольного задания к семантически связанному сним теоретическому материалу с последующим воз-вратом к продолжению выполнения этого же задания.Подсистема работы с журналомПодсистема работы с журналом работает на осно-ве специальной динамически формируемой базы дан-ных, в которой отражаются особенности работы каж-дого ученика. Благодаря этой подсистеме обеспечи-ваются дополнительные удобства работы пользовате-ля (ученика и учителя). Ученик может выходить изсистемы в процессе обучения и продолжать работупосле повторного ее запуска, отслеживать свои дейст-вия, анализировать поведение системы и т.д. С систе-мой могут работать разные ученики, но с каждым изних она работает индивидуально. С целью реализациитаких возможностей для каждого из них формируетсяотдельный журнал, в котором хранится информацияоб ученике (имя, дата начала работы), особенностяхего работы в целом (количество входов в систему, ме-сто последнего прерывания работы с ней и т.п.) иособенностях изучения учебного материала (количе-ство попыток изучения различных частей теоретиче-ского материала, особенности процесса выполнениязаданий, оценки результата выполнения как отдель-ных заданий, так и по главам, разделам, подразделами т.п., количественную и качественную форму выра-жения этих оценок и т.д.).Ученик может прекращать работу с системой,прерывая не только работу с теоретическим материа-лом, но и выполнение контрольных заданий. При по-вторном запуске подсистема работы с журналом вы-ясняет, выполнение каких заданий не завершено, ипредлагает ученику продолжить их выполнение(рис. 3). Ученик волен согласиться с этим или отка-заться и самостоятельно решать, что он будет делатьдальше.Рис. 3. Предложение о продолжении работыпосле перезапуска системыЖурнал доступен для просмотра как ученику (час-тично), так и учителю (полностью). Его редактирова-ние возможно лишь частично, причем разрешено этовыполнять только учителю. Учитель также можетполностью его уничтожить. Возможности работы сжурналом ученика ограничиваются просмотром.Кроме этого, он может потребовать начать изучение ссамого начала, что приведет к почти полному унич-тожению информации в журнале (остаются лишь имя,дата начала работы с системой и количество попытокизучать материал с самого начала).Таким образом, подсистема работы с журналомпозволяет ученику иметь свободу выбора теоретиче-ского материала для изучения либо практического дляпроверки полученных навыков, знать не только своеповедение, но и системы, продолжать ранее прерван-ную работу по изучению или выполнению контроль-ных заданий любой части материала, начинать рабо-тать с самого начала.ОЦЕНИВАНИЕ КАЧЕСТВА ОСВОЕНИЯ УЧЕБ-НОГО МАТЕРИАЛАВ системе производится количественное оценива-ние выполнения задания методом, изложенным в [1].При этом учитывается не только факт выполнения за-дания, но и стиль выполнения (потребность в под-сказках, выполнение задания не полностью, а поэтап-но). Оценки вычисляются не только для каждого за-дания в отдельности, но и для частей теоретическогоматериала (глав, разделов, подразделов и т.д.), объе-диняющих задания в множества, а также по всемуучебному материалу (для всего множества заданий).Суть заключается в поощрении за правильно выпол-ненное задание или, хотя бы, действия, операции,этапы, а также наказании за возврат к теоретическомуматериалу и поэтапное решение задачи с помощьюсистемы. Для этого используется соответствующаяинформация, характеризующая каждое задание. Онавключает в себя сведения о возможности разбиенияна этапы, операции или действия, значения коэффи-циентов наказания за возврат к теории и поэтапноевыполнение, а также значения коэффициентов поощ-рения как за решение всей задачи (максимально воз-можная оценка), так и за выполнение каждого этапа,операции, действия. Эта информация закладывается всистему экспертом-учителем при настройке системыи позволяет учителю регулировать влияние негатив-ных факторов на величину оценки по каждому зада-нию в отдельности.Пусть для множества W частей (возможно, невсех) теоретического материала имеется множествоконтрольных заданий Z, выполнение которых преду-смотрено для оценивания качества освоения этих час-тей. Для каждой части wW имеется множество зада-ний ZwZ, причемww WZ ∪=Z и w1W, w2W Zw1 Zw2=∅.Для каждого задания zZw в процессе его выпол-нения вычисляется количественная оценка Q (z). Поитогам выполнения заданий из Zw вычисляется коли-чественная оценка Qw для всей соответствующей тео-ретической части wW. При этом учитываются оцен-ки по всем заданиям множества Zw с разным весом.Эти веса v(z) отражают вклад выполнения каждого за-дания zZw в Q w; 0 < v(z) < 1,( ) 1.z Zwv zƒ = ОценкаQw представляется взвешенной суммой оценок Q (z)за выполнение заданий z  Zw теоретической частиw  W, т.е.( ) ( ).wwz ZQ vz Q z= ƒ (1)Для части теоретического материала, для которойотдельные задания не предусмотрены, но она, в своюочередь, состоит из множества Wr (WrW) частей, длякоторых оценки вычислены по формуле (1), QWr заизучение учебного материала Wr в целом также вы-числяется в виде взвешенной суммыQWr =ƒ ( ) , rrW ww WQ wQ= ƒ (2)где ƒ(w) - вес (вклад) выполнения всех заданий потеме w  Wr в изучение теоретического материала Wrв целом, 0 < ƒ (w) < 1,ƒ ( ) 1.w Wrwƒ =Как уже отмечалось выше, наличия специальногомножества заданий для каждого параграфа, подразде-ла, раздела не требуется. Например, для какого-либораздела хотя и предусматривается разбиение теорети-ческого материала на подразделы, но не для всех под-разделов могут быть предусмотрены контрольные за-дания. Аналогичная ситуация допустима для любойглавы, подраздела и т.д. При вычислении оценки поформуле (2) учитываются лишь w  Wr, для которыхсуществуют контрольные задания. По этой формулевычисляются оценки не только для глав, разделов,подразделов и т.д., но и оценка Q по всему учебномукурсу в целом.Техника вычислений оценок за выполнение зада-ний, а также изучение тем и всего учебного материалатакова [1], что получаемые оценки принадлежат од-ному и тому же интервалу [0, F], где F - максимальновозможная количественная оценка, которую можетполучить ученик за выполненное задание. Это обес-печивает их сопоставимость и возможность использо-вания в вычислениях. При взаимодействии с пользо-вателем (учителем или учащимся) для удобства вос-приятия количественные оценки преобразуются в ка-чественную форму (хорошо, удовлетворительно, неочень хорошо, отлично и т.п.).ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРЕНАСТРОЙКИ СИСТЕ-МЫКак весь учебный материал, так и любая его частьможет быть изменена. Для изменения базы учебногоматериала и базы знаний предусмотрен транслятор,который обеспечивает преобразование информации,представленной во внешней форме, подготавливаемойпользователем-экспертом, во внутреннее представле-ние, с которым работает система. Возможно как час-тичное, так и полное изменение баз. Для внешнегопредставления разработан специальный язык размет-ки, позволяющий достаточно компактно и простоописывать знания, быстро их верифицировать.Внешнее описание теоретического материалавключает содержание, текстовые и графическиефрагменты для основного материала и гипертексто-вых ссылок, описание связей пунктов содержания игипертекстовых ссылок с соответствующими фраг-ментами. Основу внешнего представления практиче-ского материала составляет описание контрольныхзаданий. Оно включает в себя тексты вопросов и ва-риантов ответов на них; информацию, необходимуюдля реализации этапности выполнения заданий; ко-эффициенты, предназначенные для количественногооценивания; информацию о связях контрольных зада-ний с частями теоретического материала (как с точкизрения проверки качества изученности теории, так идля последующей реализации подсказок).В случае, если у эксперта при описании какого-либо контрольного задания во внешнем представле-нии возникают методические трудности с определе-нием значений коэффициентов, предназначенных дляколичественного оценивания, он может их не указы-вать. В этом случае система во время трансляции ав-томатически присваивает им такие значения, что впо-следствии стиль выполнения такого задания не будетвлиять на величину вычисляемой оценки. Она будетзависеть лишь от получаемого в конечном итоге отве-та (правильный или нет). Значения коэффициентовнаказания за возврат к теории и поэтапное выполне-ние, а также значения коэффициентов поощрения какза решение всей задачи (максимально возможнаяоценка), так и за выполнение каждого этапа, опера-ции, действия могут быть изменены в режиме редак-тирования учителем позже, в процессе обучения. Та-ким образом, учитель имеет возможность гибко вли-ять на систему в процессе ее функционирования.

Скачать электронную версию публикации