CC BY
54
Е.Н. Горбачевская, к.п.н., доцент, профессор кафедры ИиСУ
Е.А. Козлов, студент группы ИСЗ-601
Волжский университет имени В.Н. Татищева, г. Тольятти
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ
Разрабатываемая автоматизированная система контроля знаний при дистанционном обучении должна обеспечивать возможность выполнения следующих функций:
- возможность добавления, а так же редактирования и удаления пользователей в системе;
- возможность редактирования списка тестов предлагаемых студенту в качестве предварительного тестирования;
- возможность прохождения тестирования только у авторизированных пользователей;
- возможность редактирования списка тем для самостоятельной работы;
- возможность для студента получать информацию о ходе учебного процесса;
- обеспечение устойчивого функционирования;
- защита информации при сбое;
На основе выявленных функций необходимо разработать четыре взаимосвязанных модуля: два из них административные, один предназначен для определения знаний студентов и один для организации работы сотрудников деканата.
«Пользователи» административный модуль целью которого является выдача информации о пользователях системы. В данном модуле происходит редактирование списка пользователей и разделение его по группам;
Административный модуль «Тесты» предназначен для возможности добавления тестов и контроль над их информативностью. Создание тестов, также как и теоретический материал, должен быть максимально упрощен в управлении, и располагать пятью вариантами ответов. Такое разнообразие ответов позволит избежать рассредоточенности студента, проходящего тестирование.
Основной особенностью данных модулей будет являться нетребовательность к управлению, то есть все процедуры связанные с добавлением, исправлением и переводом материалов программой-
интерпритатором в вид ИТМЬ и занесением его в базу данных, должны выполняться пользователем не имеющем навыков в программировании. В данной ситуации это рассчитано на преподавателей, освобождая их от трудоемкой работы, позволяя им поддерживать материалы актуальным для своего времени, вносить необходимые изменения в теоретический материал, улучшая и адаптируя его в зависимости от усвоения знаний студентами.
«Тестирование», модуль для прохождения тестирования. Осуществляет возможность контроля студента в интерактивной форме с выдачей результат сразу после окончания теста. Данный модуль не должен быть основанием для объективной оценки успеваемости студентов и его результаты носят исключительно ознакомительную информацию о подготовке студентов по данной дисциплине.
Модуль «Студенты», предназначен для организационной работы работников деканате с системой дистанционного обучения. Данный модуль должен предоставлять различную информацию для просмотра в зависимости от группы пользователя. Студент может ознакомления с результатами проводимого тестирования и оценками за самостоятельные работы. Преподаватель может ознакомиться с результатами тестирования студентов, выложить список тем самостоятельных работ и ответить на вопросы студентов относительно учебного процесса. Определив функциональные особенности каждого модуля построим модель работы системы обучения и аттестации студентов при дистанционном обучении.
Для того чтобы построить БЛОТ-модель сначала необходимо построить простейший компонент системы. Простейший компонент - это один блок и идущие к нему дуги. Дуги изображают интерфейсы с функциями вне системы. Начальный блок отражает систему как единое целое. В дальнейшем в процессе проектирования данная начальная модель будет преображена в полноценную и подробную модель.В начальной модели в данном случае основной функцией является «Обучение и аттестация по дисциплине с помощью информационной системы». Интерфейсные дуги соответствуют полному набору внешних интерфейсов системы в целом
Рассмотрим нулевой уровень функциональной модели, его входные, управляющие, механические и выходные сигналы (рисунок 1).
К управляющим воздействиям на блок обучения относятся:
- «стандарт по специальности» - все специальности имеют определенный стандарт обучения;
- «программа обучения по дисциплине», подразумевает собой набор объектов относящихся к программе обучения по данной дисциплине;
- «требования ВУЗа», положения образовательной деятельности принятые в ВУЗе.
К механизмам воздействия относятся:
- «студент» пользователь на которого направлена обучающая деятельность, задействован для получения знаний с проверкой в итоге работы с информационно-обучающей системой;
- «преподаватель» пользователь, поддерживающий
информационность, актуальность системы, редактирует учебные пособия, составляет тесты, вносит эти данные в «информационную систему», занимается окончательной аттестацией студентов;
- «информационная система» программный продукт, разработанный в ходе этого дипломного проекта, цель которого организовать полноценный процесс обучения.
Темы по дисциплин е
Вопросы по тем е
Ответы по тем е
Информация по тема м
Запрос на изучение материала
Запрос на редактирование контрольных заданий
Рабочая
Стандарт по программа
специальности по
дисциплине
Требование
ВУЗа
Обучение и аттестация студента по дисциплине
0р. 0
Оценка уровня знаний
Преподаватель
Информационная
система
Рис.1 Нулевой уровень функциональной модели
К входящим сигналам относятся:
- «материал по дисциплине», материал, который в процессе преобразования будет доступен для обучения «студента»;
- «вопросы по теме», вопросы и задания, по дисциплинам предназначенные как для составления как тестов для промежуточной проверки, так и для самостоятельных работ по пройденному разделу;
- «ответы по теме», материал, используемый в создании тестов по
данной теме;
- «информация по темам», материал, который в процессе преобразования будет доступен для обучения «студента»;
- «запрос на изучения материала», необходимость изучения
материала;
- «запрос на редактирование контрольных заданий»,
необходимость добавления или редактирования контрольных заданий по той или иной теме.
Метод проектирования БЛОТ содержит одну важную особенность. При проектировании диаграмм уровень детализации постепенно увеличивается, то есть происходит постепенное движение от простого к подробному. Причем блок который представляет систему в целом, выносится на отдельную диаграмму и там детализируется. Любые отдельные компоненты блока можно переносить на самостоятельные диаграммы и производить подробный детализованный анализ, сохраняя связь с «родительской диаграммой. Каждая диаграмма иллюстрирует «внутреннее строение» блока на родительской диаграмме.
Рассмотрим более подробно следующий уровень структурной модели (рис. 2).
Рис.2 Первый уровень функциональной схемы
Выделим четыре основных блока «Оформление информации для изучения», «Создание и редактирование тестов и заданий», «Обучение информационному материалу», «Оценка знаний».
К параметрам воздействующим на все области университетской деятельности можно отнести «Рабочая программа по дисциплине» и «Стандарт по специальности», эти параметры нужны для контроля поставленных задач. «Требования относящиеся к «Преподавателя» и воздействующие на Оформление информационного материала» и «Создание и редактирование тестов» это «Требования ВУЗа».
В схеме первого уровня спроектирована следующая схема: преподавателем подбирается информация на основе которой создается учебный материал, тесты и темы самостоятельных работ.
В блоке «Обучение информационному материалу» происходит непосредственно изучение и тестирование по дисциплине, подготовленной преподавателем. С помощью «Списка правильных и неправильных ответов» в четвертом блоке «Оценка знаний» выполняется анализ полученных знаний, и выделяются требования на основе которых, либо выполняется повторное
обучение студента, либо корректировка учебного материала и тестов по данной дисциплине. Каждый из блоков рассмотрим более подробно.
Рис. 3 Схема блока «Оформление контрольных заданий»
Деятельность «Преподавателя» основывается на «Темах по дисциплине», «Информации по темам» и «Информации для изменения содержания». Эта информация является продуктом прохождения полного цикла в информационно-обучающей среде, она формирует «Структурирование материала по содержанию ГОСТ».
«Информация для анализа» передается в следующий блок «Анализ технических и программных средств реализации», где происходит дополнение материала и предоставление материала для информационной системы. На выходе этого блока реализуются «данные для кодирования», которые поступают в следующий блок «Кодирование» в этом блоке «информационная система» заносит полученные сведения в свою базу данных, превращая обычный текст в часть Web-приложения. Затем «материал для проверки» передается в блок «Тестирование материала» где преподаватель проверяет правильность полученного информационного материала, если работа незакончена или имеются недоработки, то на выходе мы получаем сигнал «список недостатков для исправления» и переходим к выполнению второго блока «Анализ реализации технических и программных
средств реализации». Если тестирование прошло успешно и все недочеты исправлены, дается сигнал на выходе «контрольные задания», то есть материал готов к использованию в информационной системе, и в зависимости от дальнейших запросов, подается на вход «Создание и редактирование тестирующей программы».
Аналогично предыдущему блоку «Оформление контрольных заданий», работа в этом блоке начинается с «Анализа основных моментов дисциплины». То есть «преподаватель» основываясь на данных полученных в результате создания «контрольных заданий», необходимости тестирования («запрос на редактирование тестов»), и «информации для изменения тестов», полученной в ходе тестирования «студента» в информационно-обучающей системе, создает информационную основу для тестов («информация для тестов»).
Рис.4 Схема блока «Создание и редактирование тестов»
Эти данные поступают в следующий блок «Создание тестов», где тесты приобретают визуальную форму и текстовый вариант, имея в своем составе вопросы для тестирования и ответы к ним. «Данные для тестов» являются входящими воздействиями для блоков «Кодирование тестов» и «Кодирования вывода результатов» в них производится занесение результатов анализа в базу данных информационной системы, формируются
тесты и ответы. Полученный «материал для тестирования» обрабатывается в блоке «Тестирование тестового модуля», в этом блоке преподаватель оценивает полученный тест, если возникли неточности, либо ошибки, то происходит возвращение («список недостатков для исправления») к блоку «Создание тестов». Если тесты прошли испытания, исправлены все недочеты и ошибки, то на выходе формируется сигнал «тестирующая программа» которая поступает в блок «Обучение информационному материалу». Иными словами - тест по теме готов к использованию студентом для самоконтроля по пройденным знаниям.
Рис.5 - Схема блока «Контроль знаний студента»
В блоке «контроль знаний студента» происходит основное действие подсистемы контроля знаний информационно-обучающей системы -выполнение процесса получения информации о знаниях студента. В блок «Изучение определенной темы» поступает «запрос на изучение материала», либо «список недостаточно изученного материала» и «список тем для повторного изучения», если в процессе обучения изучаемый материал не был усвоен «студентом», как мотивация для обучения. Также поступает «учебный материал», как материал для обучения студента и последующего контроля.
Определившись с выбором дисциплины, темы, отдельного параграфа выдается «запрос на изучение», переходящий в блок «Изучения теоретического материала». Возможен вариант когда «студент» готов пройти самоконтроль, отвечая на вопросы, оформленные в конце электронного учебника («запрос на самоконтроль») или перейти к тестированию по выбранной теме («запрос на тестирование»).
В блоке «Изучения теоретического материала» «студент» пользуясь «информационной системой» осуществляет изучение выбранной им темы, если он считает что, изучение темы закончено, то он может перейти к закреплению знаний («запрос на самоконтроль» и «запрос на тестирование»). В первом случае «студент» проходит тестирование для ознакомления с тестами, и закрепляет знания по теме. Выполнив данную операцию «студент может перейти к изучению другой темы («список недостаточно изученного материала») или перейти к контролю своих знаний («запрос на тестирование»).
В блоке «контроль знаний студента» для первичной аттестации подключается модуль «тестирующая программа» и студентом выполняется тестирование, он отвечает на вопросы с несколькими вариантами ответов, когда тестирование закончено, формируется выходное значение «список правильных и неправильных ответов», переходящее в блок «Оценка знаний». В случае оценки самостоятельной работы оценку проводит преподаватель и так же формирует «список правильных и неправильных ответов» что для самостоятельной работы есть раскрытые и не раскрытые темы. После чего оценки деятельности студента так де попадают в блок «Оценка знаний».
В блоке «Оценка знаний» на вход блока «Анализ полученного материала» поступают «список правильных и неправильных ответов» и «ответы по теме», где происходит проверка и вычисление правильных ответов («правильные ответы»). Эти данные поступают в следующий блок «интерпретация знаний», где «информационная система» или «преподаватель» создает отчет о результатах проверки («данные для результата»). «Данные для результата» являются основанием для формирования «отчета о знаниях» в блоке «Формирования результата». Четвертый блок, завершающий, «Выдача результатов». В этом блоке происходит отражение результата тестирования «информационной системой». Данные, полученные из блока, могут являться как конченой станцией обучения «студента» - «оценка уровня знаний студента», так и
внутренними воздействиями возвращающие к работе с информационнообучающей системой - «информация для содержания изменений», «информация для изменения тестов», «список тем для повторного изучения». На основаниях данных аттестации происходит перевод студента в следующий семестр, где система обучения повторяется до окончания обучения.
Рис.6 - Схема блока «Оценка знаний»
Важно отметить, что «информация для содержания изменений» и «информация для изменения тестов» являются основаниями для пересмотрения учебного материала, оформленного преподавателем, либо неточностей его программного исполнения. «Список тем для повторного изучения» исполняется если уровень знаний студента недостаточен требованиям специальности и ВУЗа и необходимо повторное изучение материала или каких-то его отдельных тем.
Отдельно рассмотрим рассмотреть систему контроля доступа к страницам. Прямо к системе контроля знаний она не относится, но является очень важной частью системы.
Рис.7 Схема блока «Контроль доступа»
Деятельность «Пользователя» и «информационной системы» основывается на «Требованиях безопасности» - «экономической» и «информационной», а так же «Спискам доступа». «Запрос авторизации» приводит к поиску пользователя в базе данных, в случае успешного поиска информация о найденном пользователе поступает в блок «Проверка пароля». Пользовате6ль авторизуется, на него открывается сессия и определяется «группа пользователя», на основании группы происходит «Определение полномочий доступа» на ту или иную страницу и пользователь получает доступ. «Информационная система» полностью оперирует списоком и позволяет его редактировать в любом качестве.
На основании выше-полученных схем приступим к разработке структуры базы данных. Для моделирования используем ErWin 4.0. В нашем случае имеет место использование базы данных для хранения больших объемов информации, с большим информационным оборотом данных, как внутренних, так и внешних. Это является в целом распространённой ситуацией и является следствием постоянно растущей вероятности ошибок. Конечно, большая часть действий приводящих к вероятности ошибок совершается на этапе программирования. Но правильно спроектированная
база данных подвержена этому в меньшей степени. На этапе проектирования следует, что каждый запись в базе данных представляет какую-либо ценность. При выполнении оборота информации должны выполнятся
условия гарантирующие:
- аутентичность записи;
- целостность их содержания и неизменности в ходе передачи;
- возможности чтения во время всего периода хранения;
- наличие условий, гарантирующих аутентичность и целостность записей.
Для того чтобы проверить целостность всей базы данных проведем анализ целостности сущностей и анализ внешних ключей. Основное правило целостности сущностей гласит: «Атрибуты, входящие в состав некоторого потенциального ключа не могут принимать null-значений.»
Рис.8 Схема структурной модели базы данных
Анализ целостности сущностей включает в себя поиск полей, где могла бы произойти возможная ошибка. В разработанной базе имеется несколько таких полей. К примеру пустое поле u_pswd таблицы и_асс может привести к тому что в разработанную систему получит доступ посторонний человек, а поле и^ или spec_nam таблицы test_result приведет к искажению
результатов тестирования. Все подобные поля должны иметь запись в структуре базы данных о недопустимости нулевого значения поля. Поля с возможностью ввода пользователя следует ограничить по количеству символов. Правило целостности внешних ключей гласит: «внешние ключи не должны быть несогласованными, т.е. для каждого значения внешнего ключа должно существовать соответствующее значение первичного ключа в родительском отношении».
Одним их основных ключей нашей базы является u_id, это поле уникального числового номера пользователя. В ряде случаев системе нужно четко знать какой пользователь совершает действия с базой данных, для чего использование данного параметра будет весьма широким. Это поле является ключевым для нескольких таблиц. Одним из основных требований безопасности будет не повторение данного идентификатора у 2 или более пользователей. Соседнее поле u_login выступит вторичным ключом, на который выставим свойство уникальности, что будет способствовать его уникальности и безопасности. Как видно на диаграмме каждое значение ключа в дочерней таблице имеет связь с родительской таблицей, таким образом оба правила целостности данных в базе данных нами соблюдается.
Следующим этапом проетирования системы является разработка пользовательского WEB интерфейса. Графический интерфейс пользователя (ГИП, англ. graphical user interface, GUI) в вычислительной технике — система средств для взаимодействия пользователя с компьютером, основанная на представлении всех доступных пользователю системных объектов и функций в виде графических компонентов экрана (окон, значков, меню, кнопок, списков и т. п.). При этом, в отличие от интерфейса командной строки, пользователь имеет произвольный доступ (с помощью клавиатуры или устройства координатного ввода типа «мышь») ко всем видимым экранным объектам.
Графический интерфейс является основным моментом в исполнении любого программного обеспечения, будь то многофункциональная система для решения технических задач или домашний сайт. Для проектирования электронного учебника, ГИП особенно важен, так как его целью является обучение пользователя, что предусматривает собой привлечение внимание студента.
В последнее время очень сильно придается значение эргономичности интерфейса. Появляется новый термин — Юзабилити (англ. usability —
дословно «пользуемость», «возможность быть используемым») — понятие в микроэргономике, обозначающее общую степень удобства предмета при использовании. Термин схож с термином «эргономичность», однако имеет иную область распространения и отличается нюансами определения. Применительно к компьютерной технике термином юзабилити называют концепцию разработки пользовательских интерфейсов программного обеспечения, ориентированную на максимальное психологическое и эстетическое удобство для пользователя. Международный стандарт ISO 9241-11 определяет юзабилити как «степень, в которой продукт может быть использован определёнными пользователями при определённом контексте использования для достижения определённых целей с должной эффективностью, продуктивностью и удовлетворённостью».
Критерии удобства системы можно выразить в следующих параметрах:
- интерфейс (дизайн, навигационная модель);
- структура (меню);
- функциональные элементы (поиск);
- скорость загрузки данных.
Дизайн электронного учебника, должен основываться, прежде всего, на дидактике. Из исследований дидактического материала можно сделать вывод, что электронный учебник должен содержать только минимум текстовой информации, в связи с тем, что длительное чтение текста с экрана приводит к значительному утомлению и как следствие к снижению восприятия и усвоения знаний. Существенное значение имеет размер и начертание шрифта. В отношении печатных учебных пособий исследования показывают, что наклонные шрифты (курсив) могут использоваться для акцента или в исключительных случаях для дополнительного текста. Электронный вариант учебника позволяет выделить отдельные слова или фразы цветом и фоном, что с одной стороны улучшает наглядность, позволяет акцентировать внимание на главном, но с другой стороны, излишняя "пестрота" или недостаточная контрастность могут рассеивать внимание или затруднить чтение. Такие учебники должны содержать большое количество иллюстративного материала.
Также большое значение уделяется цветовому оформлению электронного учебника. Психологические особенности восприятия цвета:
- красный цвет символизирует активность, творчество, возбуждает нервную систему, соответствует мужскому началу. Рассматривание
оранжево-красного цвета приводит к повышению функций вегетативной нервной системы - повышению пульса, давления и др. Красный цвет часто используют в рекламе, он быстрее всех привлекает внимание, но и быстро надоедает, пресыщает;
- оранжевый цвет символизирует развитие, направленность на успех. Этот цвет самый цепкий для глаз и он не вызывает такого быстрого привыкания, как чисто красный, поэтому его часто используют для стойкого привлечения внимания;
- синий цвет отражает физиологическую и психологическую потребности человека в покое. Рассматривание темно-голубого цвета приводит к снижению функций вегетативной нервной системы - понижению пульса, давления и др. Синий цвет отражает единение, тесную связь, это цвет мудрости, терпения. Г олубой и синий цвета очень популярны у женщин, эти цвета символизируют женственность;
- желтый цвет выражает потребность в раскрытии, изменении, ориентирован на будущее. Желтый воспринимается как солнце, это цвет легкий, сияющий и согревающий, стабилизирующе влияет на нервную систему, разгоняет меланхолию;
- зеленый цвет самый спокойный из всех существующих цветов, он ничего не требует, никуда не зовет, действует умиротворяюще. Однако различные оттенки зеленого цвета выражают отношение человека к самому себе.
- фиолетовый - цвет художников и духовенства, символизирует
таинственное, иррациональное, волшебное, он навевает мечты, фантазии;
- серый - цвет пассивности, нейтралитета, конформизма,
скромности;
- коричневый цвет выражает телесно-чувственные ощущения, инстинкты. Из практики психотерапии подмечено, что предпочтение коричневому перед другими цветами отдают люди подавленные, на грани нервного срыва.
- черный цвет выражает идею "ничто". Это цвет максимализма,
критики, протеста, отрицания.
На основе полученных сведений, было принято рациональное решение, оформить систему в белых, серых и синих тонах, и пренебречь
декоративным оформлением рабочих окон приложения.
Структура меню модулей «Пользователи» и «Тесты», должна иметь только определенные и главные моменты. В поле зрения должна попадать наиболее существенная часть информации, и она должна быть расположена в центре экрана, однако возможен сдвиг наиболее важного объекта информации от центра поля экрана под углом не более 30° от оси зрения в верхний левый квадрат.
Данное расположение фреймов, соответствует классическому (обычному) представлению об оформлении Web-приложений, тем самым уменьшается время на адаптацию к приложению, упрощая работу с ним.
В оформление структуры в модуле «Тестирование», принято решение разделить визуальную часть на два вертикальных блока. В левом блоке находится задаваемый вопрос, в правом варианты ответов или форма для введения ответа. В нижней части экрана располагается вспомогательная информация о процессе прохождения вопросов и элементы навигации, позволяющие переходить от одного вопроса к другому в любом порядке (рисунок 2.8).
Административные модули, требуют менее строгих требований к их оформлению, и создаются с уклоном на удобство пользователя. Расположение основных кнопок управления модулем находится в верхней и нижней частях экрана. В середине располагаются фреймы для управления пользователями и тестами, их администрирование и редактирование. Такое расположение управляющих элементов и элементов воздействия на материал, упрощает использование модулей администрирования, так как является привычным для программ редакторов привычных для обычного пользователя персонального компьютера.
Модули создания пользователей должны быть снабжены фильтрами для проверки правильности вводимой информации. На правильность следует проверять поля «логин», «пароль» на предмет длины введенной строки и наличие недопустимых символов. Поле «адрес электронной почты» проверяется на предмет соответствия шаблону адреса электронной почты. Проверка должна производится при нажатии на кнопку подтверждения, и в случае отсутствия ошибок будет производится отправка в базу данных.
Применив все выше перечисленные меры по проектированию графического интерфейса информационно-обучающей системы, получаем достаточно «легкую» систему:
- не занимающую большого дискового пространства из-за отсутствия сложных дизайнерских решений, что очень важно для Web-приложений, так как в настоящее время скорость информационного потока, большинства доступных удаленных соединений, не достигла желаемых значений;
- нейтральную в цветовом оформлении, что подходит для большинства пользователей, увеличивая охват желаемой аудитории;
- комфортную и удобную, структура системы привычна для большинства пользователей и не требует продолжительного обучения работы на ней.
Изложенные выше методы и средства проектирования автоматизированной системы контроля знаний при дистанционном обучении позволят перейти к реализации и к конкретному программированию данной системы.
