CC BY
21
№ 3 (51) 2014
А. Ф. Антипин, канд. техн. наук, доцент кафедры информатики и вычислительной техники Стерлитамакского филиала Башкирского государственного университета, г. Стерлитамак,
организация эффективной работы преподавателей в условиях рейтинговой системы обучения
В статье рассматриваются вопросы организации эффективной работы преподавателей в условиях рейтинговой системы обучения, а также возможности CASE-системы, разработанной автором, для автоматизации процесса обучения
Ключевые слова: рейтинговая система обучения, тестирование, оценка знаний, CASE-система, отчеты
введение
В настоящее время система рейтинговой оценки результатов обучения является наиболее эффективным инструментом контроля успеваемости студентов за определенный период времени. Однако, несмотря на все очевидные достоинства такой системы, в разных учебных заведениях по-разному подходят к технической стороне вопроса ее практической реализации. Да и сами преподаватели в подавляющем большинстве не горят желанием использовать в своей работе преимущества использования современных информационно-коммуникационных технологий, храня результаты оценивания «по старинке» в своих блокнотах.
Необходимость прозрачности результатов оценивания требует разработки и внедрения все более эффективных средств ведения учебного процесса. На уровне преподавателя это могут быть различные системы и программные комплексы, дающие возможность вести учет посещений занятий студентами, хранить результаты текущего и рубежного контроля и пр. Наиболее простым вариантом представляется использование таблиц Microsoft Excel, но и здесь не все благополучно. Подобные таблицы
только для одной группы обучаемых могут содержать в среднем 50 колонок, что затрудняет не только их ведение, но и вывод на бумажный носитель. Кроме того, необходимость создания для каждой группы как минимум одного листа для ведения только одной дисциплины каждый семестр требует периодически больших затрат времени. Очевидно, что не каждый преподаватель будет заниматься подобным.
Другим вариантом представляется создание эффективной сетевой системы управления базами данных (СУБД), функционирующей на уровне учебного заведения, однако это влечет не только большие денежные затраты, длительный процесс тестирования и отладки системы, но и требует оснащения преподавателей соответствующими техническими средствами и их дополнительного обучения.
В связи с вышесказанным наиболее оптимальным вариантом представляется оснащение преподавателей небольшими локальными СУБД, работающими по принципу «все в одном», которые позволяют как минимум вести учет посещений занятий студентами, организовывать тестирование, хранить и анализировать результаты, а также формировать все необходимые формы отчетности.
№ 3 (51) 2014
В статье предлагается использовать на уровне преподавателя специализированную СУБД — CASE-систему, разработанную автором. Она дает возможность осуществить не только все описанное выше, но и в той или иной степени оказывать влияние на формирование собственной образовательной среды.
Подробнее о термине case. Научно-технический прогресс последних десятилетий позволил снизить долю ручного труда преподавателей в общем объеме их учебно-методической работы за счет введения в рабочий процесс различных прикладных программ или программных комплексов, активно использующих современные информационные технологии обучения. В связи с этим создание информационной образовательной среды в основном сводится к подготовке и упорядочиванию целого комплекса разнообразных материалов, составляющих так называемый «кейс» (англ. case — коробка, чемодан) [1]. Подобный подход применим и к разработке систем, позволяющих осуществить вышесказанное.
CASE-систему можно определить как набор CASE-средств, которые имеют определенное функциональное предназначение и выполнены в рамках единого программного продукта. Подобные средства поддерживают процесс создания информационных систем, таких как проектирование приложений и базы данных, генерация кода, тестирование, обеспечение качества, управление конфигурацией и проектом.
CASE-системы для автоматизации работы преподавателей призваны [2]:
— эффективно управлять деятельностью преподавателей и обучаемых;
— рационально сочетать различные технологии представления материала;
— уменьшить долю ручного труда преподавателей в результате внедрения современных информационных и коммуникационных технологий в учебный процесс, а также автоматизации вывода различных отчетов.
Также CASE-системы активно используют архитектуру «клиент-сервер», что позво-
ляет организовывать дистанционное обучение.
Рассмотрим принцип работы, инструментарий и основные возможности CASE-системы, разработанной автором, для автоматизации учебной и учебно-методической работы преподавателей высших учебных заведений. На данное программное обеспечение имеются свидетельства Роспатента о государственной регистрации программы для ЭВМ (№ 2009611933, 2009611934 от 15 апреля 2009 г.)1.
CASE-система для автоматизации работы преподавателей
Принцип работы CASE-системы для автоматизации работы преподавателей, структурная схема которой представлена на рис. 1, основан на архитектуре «клиент-сервер», при которой база данных размещается на компьютере-сервере [3]. Приложение, которое осуществляет работу с этой базой данных, находится на клиентском компьютере и называется клиентским приложением.
Отличительной особенностью CASE-сис-темы является организация работы по принципу «все в одном», обеспечивающем:
— безопасную переносимость системы с одного компьютера на другой;
— возможность быстрой организации сервера на любом компьютере, подключенном к локальной и/или глобальной сети Интернет;
— доступ к статистике и рейтингу обучаемых без подключения к сети.
Серверное приложение CASE-системы помимо следующих функций сервера:
— регистрация новых и обслуживание имеющихся баз данных;
— регистрация и обслуживание пользователей и групп пользователей;
— установление взаимодействия пользователей с базами данных,
1 Для получения демонстрационной версии необходимо отправить письмо с запросом на электронный адрес автора.
№ 3 (51) 2014
Редактор отчетов
Редактор структуры
Редактор тестов
Управление сервером
Блок настройки и администрирования
Серверное приложение CASE -системы
Таблица учебной дисциплины № 1
Таблица учебной дисциплины № M
Таблица Таблица
subjects.dat rating.dat
Таблица Таблица
groups.dat students.dat
Таблица теста №1
Таблица теста № P
Блок управления базами данных сервера Компьютер -сервер
CASE -средства (редакторы CASE -системы)
X
I___________________,___________________I
__________________I__________________:
Клиентское
приложение
CASE -
системы
Компьютер-
клиент № 1
Клиентское
приложение
CASE -
системы
Компьютер-
клиент № 2
SQL-связь
Клиентское
приложение
CASE -
системы
Компьютер -
клиент № R
Рис. 1. Структурная схема CASE-системы
предназначено:
— для создания электронных учебных пособий по различным дисциплинам;
— разработки и создания тестов с пятью разными типами вопросов;
— организации локального и удаленного (дистанционного)тестирования;
— организации учета деятельности обучаемых и групп обучаемых;
— генерирования разнообразных отчетов с использованием шаблонов.
Для осуществления этих функций в состав серверного приложения входят соответствующие CASE-средства: редакторы структуры, тестов и отчетов.
Блок настройки и администрирования CASE-системы предназначен:
— для регистрации обучаемых и групп обучаемых, настройки их прав доступа;
— установления взаимосвязей между учебными дисциплинами и группами обучаемых;
— гибкой настройки баллов рейтинга по каждой учебной дисциплине;
— организации удаленного (дистанционного) тестирования по локальной сети и сети Интернет.
База данных CASE-системы содержит следующие основные таблицы:
— «students» — предназначена для хранения информации о пользователях CASE-системы: фамилия и инициалы (ФИО) пользователей, логин для доступа к серверу, адрес, телефон, дата рождения, фотография;
— «groups» — требуется для хранения информации о группах обучаемых: название группы, курс, количество пользователей в группе, количество предметов, изучаемых группой;
— «subjects» — требуется для хранения информации об учебных дисциплинах: полное и сокращенное название предмета, фамилия и инициалы преподавателя, количество групп, изучающих предмет;
№ 3 (51) 2014
— «rating» — предназначена для хранения результатов деятельности (рейтинга) пользователей.
Таблицы, образующие базу данных CASE-системы, хранятся в файлах и похожи на отдельные документы или электронные таблицы, их можно перемещать и копировать обычным способом, скажем, с помощью Проводника Windows. Однако в отличие от других типов документов таблицы баз данных поддерживают многопользовательский режим доступа, т. е. могут одновременно использоваться несколькими приложениями.
Скриншот окна управления сервером CASE-системы представлен на рис. 2.
Блок управления CASE-системы предназначен для запуска/остановки сервера и для установления взаимосвязей между таблицами баз данных. В его задачи также входит:
— регистрация новых и обслуживание имеющихся баз данных;
— защита и поддержание целостности таблиц баз данных;
— резервное копирование таблиц на время их редактирования;
— восстановление и обслуживание таблиц баз данных;
— тестирование данных, содержащихся в базах данных;
— генерирование отчета путем последовательного запроса информации из таблиц баз данных.
Серверное приложение CASE-системы представляет собой один исполнительный файл, предназначенный для работы в среде Microsoft Windows 98/XP и выше. Данное приложение является самодостаточным, т. е. для его работы не требуется установки каких-либо программ и драйверов, несмотря на достаточно малый размер — 842 Кб, что позволяет свободно переносить его с компьютера на компьютер.
Клиентское приложение разработанной автором CASE-системы в чистом виде представляет собой открытую программную среду со следующими возможностями:
— подключения электронных учебных пособий, разработанных в серверном приложении CASE-системы;
— проведения локального (без подключения к серверу) и дистанционного тестирования с оценкой и детальным разбором результатов;
— выдачи информации (подробной статистики) о результатах деятельности обучаемых.
Принцип работы клиентского приложения CASE-системы основан на работе с ло-
Рис. 2. Окно управления сервером CASE-системы
№ 3 (51) 2014
кальными и/или удаленными файлами, входящими в состав электронных учебных пособий, а также с таблицами баз данных сервера.
Локальные материалы учебных дисциплин (например, конспекты лекций в формате DOC и PDF, задания для практических и лабораторных работ, методические материалы и т. п.) располагаются на клиентском компьютере, для доступа к ним нет необходимости в подключении к серверному приложению. Локальные материалы представляют собой файлы, входящие в состав структуры конкретной учебной дисциплины.
Удаленные материалы учебных дисциплин — файлы тестов, расположенные на компьютере-сервере. Для доступа к ним необходимо подключение к серверу, которое устанавливается автоматически при выборе ссылки соответствующей учебной дисциплины.
При установке соединения сервер запрашивает от клиентского приложения логин (пароль доступа), который необходим для его идентификации. При этом на экран выводится окно авторизации пользователя.
При успешной авторизации происходит подключение клиента к серверу. В противном случае (например, при отсутствии логина в базе данных сервера) пользователю дается еще две попытки авторизации, по истечении которых выводится сообщение о невозможности подключения к серверу.
После подключения клиента к серверу запускается подпрограмма тестирования, предназначенная для работы с удаленными таблицами тестов, расположенными на компьютере сервера. По окончании работы тестирующей подпрограммы формируется отчет по результатам тестирования пользователя, который можно сохранить в отдельный файл формата HTML для последующего просмотра и анализа результатов.
Таким образом, клиентское приложение согласно его функциональному назначению выполняет следующие основные функции:
— соединение с сервером и отключение от него;
— формирование и отсылка запроса на сервер;
— получение результатов выполнения запроса и обработку данных.
При работе с таблицами баз данных, расположенными на сервере, используется реляционный способ доступа к данным, основанный на операциях с группами записей. Для задания операций используются средства языка структурированных запросов SQL. Основным достоинством реляционного способа доступа является относительно небольшая загрузка сети при работе с удаленными базами данных, так как по сети передаются только SQL-запросы и результат их выполнения.
Использование реляционного способа доступа позволяет отбирать записи из таблиц по сложным критериям, осуществлять поиск данных по частичному совпадению, сортировать набор данных по любому из полей таблицы, формировать состав полей при выполнении приложения и пр.
Принцип работы CASE-средств CASE-системы
Редактор структуры CASE-системы предназначен для разработки структур электронных учебных пособий, содержащих конспекты лекций, контрольные вопросы, тесты, лабораторный практикум и прочее в удобном для пользователей формате.
Принцип работы редактора основан на редактировании проектных файлов, содержащих информацию о порядке расположения узлов и подузлов [3] структур электронных учебных пособий и их параметры.
Узел структуры — это конкретная директория, которая должна быть расположена на клиентском компьютере (компьютере обучаемого), а подузел — конкретный файл, который может быть расположен как на сервере (например, файл, содержащий ответы на тест), так и на компьютере обучаемого (например, файл, содержащий конспекты лекций, задание для практических
№ 3 (51) 2014
и лабораторных работ, методические рекомендации и пр.).
Главной особенностью редактора структуры является графическое изображение структур электронных учебных пособий в виде интуитивно понятной схемы, пример которой приведен на рис. 3.
Настройки редактора позволяют масштабировать дерево структуры внутри рабочей области, задействовать эффект анимации и трехмерного изображения фигур, выбирать форму и цвет фигур для отдельных элементов структуры.
В целях защиты личной информации пользователей, такой как пароль, IP-адрес сервера и т. п., в редакторе структуры CASE-системы предусмотрен интегрированный алгоритм шифрования.
Редактор тестов CASE-системы предназначен для создания тестов. Редактор поддерживает создание вопросов следующих типов:
— 1 из N — наиболее распространенный тип вопросов, когда тестируемому предлагается выбрать один вариант ответа из нескольких предложенных;
— M из N — расширенный тип вопросов, когда тестируемому предлагается выбрать несколько вариантов ответа;
— открытый вопрос — ответы на данный тип вопросов обучаемому предлагается вводить с клавиатуры в специальное поле ввода;
— вопрос на соответствие — тестируемому в качестве ответа предлагается установить соответствие между двумя различными столбцами значений (левым и правым), т. е. для каждого элемента левого столбца требуется выбрать из выпадающего списка номер соответствующего ему элемента правого столбца;
— хронологический вопрос — тестируемому предлагается упорядочить, т. е. расположить в определенном порядке список ответов.
На рисунке 4 представлен пример тестового задания в инструментальной среде разработки редактора тестов CASE-системы.
Редактор тестов CASE-системы имеет следующие основные особенности:
— оценка за тест имеет гибкую систему настроек, позволяющую адекватно оценивать тестируемого;
Рис. 3. Пример графического изображения структуры электронного учебного пособия в соответствующем редакторе CASE-системы
53
№ 3 (51) 2014
Рис. 4. Пример тестового задания в редакторе тестов CASE-системы
— возможность задать ограничение по времени как на отдельный вопрос, так и на тест в целом;
— возможность выбора различных вариантов выдачи тестовых вопросов в момент проведения тестирования(например, случайным образом, но в соответствии с их приоритетом).
Редактор отчетов позволяет создавать различные виды отчетов (зачетные и экзаменационные ведомости, ведомости рейтинга обучаемых и т. п.) на основе шаблонов в формате файлов Microsoft Excel.
Редактор отчетов имеет интуитивно понятный интерфейс, гибкую систему настроек и стандартный набор шаблонов, что дает возможность пользователям без особого труда создавать отчеты практически любой сложности.
Пример работы в редакторе отчетов CASE-системы приведен на рис. 5.
Рис. 5. Пример работы в редакторе отчетов CASE-системы
Алгоритм работы подпрограммы тестирования
Алгоритм работы подпрограммы тестирования клиентского приложения CASE-систе-мы показан на рис. 6.
Как видно из алгоритма, перед началом тестирования приложение-клиент CASE-системы производит инициализацию таблицы с тестом и выполняет сбор всей необходимой информации. Затем начинается сам процесс тестирования.
54
№ 3 (51) 2014
Рис. 6. Алгоритм работы подпрограммы тестирования
Перед выводом очередного вопроса на экран пользователя приложение-клиент формирует и отсылает SQL-запрос серверу на выдачу вопроса из таблицы теста. Вопросы выбираются случайным образом с поправкой на их приоритет (вес). После получения результатов SQL-запроса подпрограмма тестирования осуществляет распределение (путем перемешивания в случайном порядке) ответов выбранного вопроса. Затем производится вывод вопроса и возможных вариантов ответа на экран пользователя. Такой подход позволяет сделать каждый процесс тестирования уникальным и разнообразным.
По окончании процесса тестирования производится оценка результатов тестируемого. Необходимо отметить следующее: при формировании количества вопросов подсчитывается общее количество баллов за все предложенные для выполнения теста вопросы, которое принимается за 100%. По окончании выполнения пользователем теста подсчитывается количество набранных им баллов в процентах. Общая оценка выставляется исходя из количества баллов, установленных за данный вид работы (в данном случае тест). Например, если пользователь получил за тест 80%, а количество баллов за данный вид работы равно 10, то ито-
№ 3 (51) 2014
говый балл пользователя за выполнение данного теста будет равен 8.
После завершения оценки результатов приложение-клиент формирует и отсылает SQL-запрос на сервер с результатами тестирования пользователя, затем осуществляет подготовку отчета для пользователя, в котором отражается:
— оценка и число попыток пользователя по данному тесту;
— перечень вопросов и ответов, используемых в тесте;
— список номеров правильных ответов и ответов пользователя.
использование CASE-системы в учебном процессе
Рассмотрим подробно, по шагам, каким образом разработанная автором CASE-сис-тема может быть использована в учебном процессе:
1) в первую очередь преподаватели создают свои электронные пособия в редакторе структуры (см. рис. 3), подключая к ним разнообразные учебные и учебно-методические материалы, а также тесты, предвари-
тельно разработанные в соответствующем редакторе (см. рис. 4).
Сервер может быть организован на любом компьютере, подключенном к локальной сети учебного заведения, в то время как преподаватели могут разрабатывать свои электронные пособия и тесты где угодно, запустив для этого соответствующее приложение CASE-системы;
2) в процессе разработки и создания электронных учебных пособий преподавателям необходимо выполнить регистрацию соответствующих им дисциплин в базе данных CASE-системы, установив при этом взаимосвязи с группами обучаемых, для которых они должны быть прочитаны, согласно их рабочим учебным планам [4].
Группы студентов (они же группы пользователей CASE-системы) создаются единожды, вносить информацию о студентах в группе может любой преподаватель, наделенный для этого правами администратора. Сервер при этом может быть развернут как на уровне кафедры, так и на уровне факультета.
На рис. 7 представлен скриншот окна для работы со списком групп обучаемых,
Рис. 7. Окно для работы со списком групп обучаемых
56
№ 3 (51) 2014
а на рис. 8 — окна настроек пользователей CASE-системы;
3) для каждой учебной дисциплины преподавателям необходимо разработать рейтинг-планы, т. е. таблицы баллов за тот или иной вид деятельности (посещение занятий, выполнение контрольных и лабораторных работ и т. п.).
Пример разработки рейтинг-планов учебных дисциплин в серверном приложении CASE-системы приведен на рис. 9.
Возможно разбиение учебных дисциплин на отдельные модули, в рамках которых возможно проведение текущих, рубежных и итоговых форм контроля знаний;
4) в результате выполнения действий, описанных в п. 1-3, мы получаем настроенную и работоспособную CASE-систему, обращаться к которой можно в любое время для просмотра статистики пользователей (рис. 10), добавления и/или изменения баллов за те или иные виды работ, а также для выдачи отчетов о результатах обучения групп студентов. При этом можно использовать шаблоны отчетов, принятые в учебном заведении.
Проведение тестирования с использованием CASE-системы возможно 3 разными способами:
а) на любом компьютере, где установлено клиентское приложение CASE-систе-мы — такой способ удобно использовать для выдачи студентам демонстрационных версий тестов и различных учебных материалов для самостоятельной подготовки в домашних условиях;
б) на любом компьютере, подключенном к локальной сети учебного заведения, — данный способ удобен для проведения тестирования группы студентов непосредственно в аудиториях учебного заведения (поскольку свои результаты студенты видят сразу после тестирования, это позволяет провести их обсуждение и работу над ошибками);
в) на любом персональном компьютере, подключенном к глобальной сети Интернет — данный способ позволяет организовать дистанционное тестирование студентов, проживающих в удаленных населенных пунктах, что особенно актуально при дистанционной форме обучения.
Постройки предмета
Полное название предмета: Физика
1
Краткое н«миие предмете Физике
3
10 - номер: ОЭХЮООЗ - чцентиФисацмаим* номер предмета [вьщаётся сервером автоматически) Донмлельная информация и поле для заметок
ФИО преподавателя
Ко1»«ество групп, изучающих предмет 1 ФаАл предмета в баэедамиьк 511600000003
Список работ по предмету, подлежат»« оц««е по рейгюсооей системе
№ Найме но ванне Тип работы 1 Количество блллос А
1 Курсовая работа друойпп работ » у
2 Лабораторные работы лаборатории работы 10
3 Модуль по Физике N-1 проверка (модуль) 15
4 Практические работы практические работы 20
1ШР л 1
Добавить новый вщ деятельности I [ Удалить текущий вш |-ы} деятельности
И эменитъ текущий вид. деятельности
О1«™«» список работ г» предмета
Г
Рис. 9. Окно настроек учебной дисциплины
Рис. 8. Окно настроек пользователя CASE-системы
№ 3 (51) 2014
Ш
Учебная дисциплина: ПАС[0000(Ю01) v Группа гюльэоеагелей: АТ-01-ЗТ v
№ ФИО пользователя Курсовой проект (модуль 1) Посещаемость лабораторным работ Jf л
| Алексеев Е. ш В
5 Андреев А, 18 10
е Антипин А. 20 10
7 Брусникой А. 0 0
0 Бурмистров Н. 0 0
э Васильев С. а 0
ID Власов С. 0 с
t1 Габитов Р. 0 с
12 Галнмов Л. 0 0
t3 Дорофеев А. 0 0
14 Дят лов А. 0 0
15 Ефремов Д, 0 0
16 Забирова Э. 0 0
17 Зарнпова Р. о 0
1в Иванов Д. 0 о Ш
■H mi m
I I
Рис. 10. Окно статистики пользователей CASE-системы
Рис. 11. Скриншоты процесса тестирования обучаемых в клиентском приложении CASE-системы
58
№ 3 (51) 2014
Так, в настоящее время автор периодически проводит контрольное тестирование студентов на компьютерах, подключенных к локальной сети учебного заведения, с сохранением результатов на общем (кафедральном) компьютере, который в этот момент времени является сервером.
На рис. 11 представлены скриншоты процесса тестирования обучаемых в клиентском приложении CASE-системы.
Затраты времени на подсчет баллов и заполнение различных ведомостей при этом снижаются в разы, а благодаря использованию клиент-серверной архитектуры возможна публикация как промежуточных, так и итоговых результатов обучения на сайте учебного заведения.
Заключение
Таким образом, разработанная автором статьи CASE-система для автоматизации учебной и учебно-методической работы преподавателей позволяет не только снизить долю ручного труда, повысить уровень усвоения учебных материалов обучаемыми в результате использования разных мультимедийных технологий его представления, но и осуществить наиболее гибкую
оценку знаний, а также предоставить широкие возможности для проведения аттестации, что позволяет эффективно управлять деятельностью преподавателей и обучаемых в условиях рейтинговой системы обучения.
Список литературы
1. Захарова И. Г. Информационные технологии в образовании: учеб. пособие. 6-е изд., стер. М.: Академия, 2010. — 192 с.
2. Роберт И. В., Панюкова С. В., Кузнецов А. А. Информационные и коммуникационные технологии в образовании. М.: Дрофа, 2008. — 320 с.
3. Хомоненко А. Д., Цыганков В. М, Мальцев М. Г. Базы данных. 6-е изд., доп. СПб.: КОРОНА-Век, 2009. — 736 с.
4. Антипин А. Ф. Система автоматизированной разработки учебно-методических комплексов на основе многомерных логических регуляторов // Программные продукты и системы. 2011. № 2. С. 119-122.
5. Пятибратов А. П., Гудыно Л. П., Кириченко А. А. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Финансы и статистика, 2003. — 512 с.: ил.
A. Antipin, Ph. D. (Eng), Associate Professor, Computer Science and Facilities Department, Sterlitamak Branch of Bashkir State University, Sterlitamak, [email protected]
Effective teachers' operation in rating training system environment
The article describes the questions of performance management of teachers in terms of rating system of education and the capabilities of the CASE-system, developed by the author, to automate the teacher's employment.
Keywords: rating system of education, testing, knowledge estimation, CASE-system, reports.
v 59
