Построение информационной системы многопараметрического контроля образовательной деятельности Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

А.С. Платонова

ПОСТРОЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Одним из этапов построения любой информационной системы является разработка архитектуры, пользовательского интерфейса и программ для возможности практического использования всех модулей системы. Выбор технических решений при построении информационной системы многопараметрического контроля образовательной деятельности произведен с учетом специфики конкретной предметной области - контрольно-оценочной деятельности в образовании и необходимости проведения многопараметрического мониторинга на уровне субъекта РФ. В результате созданы структурная схема и пользовательский интерфейс и программно реализованы алгоритмы контроля и формирования многопараметрической оценки учащегося.

Ключевые слова: информационная система, контроль, образовательная деятельность, архитектура, пользовательский интерфейс, программная реализация.

Структурная схема информационной системы многопараметрического контроля образовательной деятельности

Для реализации информационной системы контроля результатов освоения основной образовательной программы в рамках повышения качества школьного образования были разработаны модели описания информационных процессов в системе, математическая модель системы, база данных для хранения результатов контроля, и процедурная модель формирования многопараметрической оценки учащегося. Контроль образовательной деятельно-

© Платонова А.С., 2014

сти ведется по шестидесяти параметрам, относящимся к одной из восьми групп.

1. Усвоение теоретического материала.

2. Решение задач.

3. Выполнение лабораторных работ.

4. Выполнение творческих работ.

5. Формирование общеучебных умений и навыков.

6. Развитие.

7. Воспитание.

Мониторинг по 1, 2, 6 группам параметров представляет собой выполнение в системе тестовых заданий самими учащимися. По параметрам из 3, 4, 5 и 7 групп контроль осуществляют учителя: они наблюдают за учащимися в ходе выполнения учебных заданий, делая в системе соответствующие пометки. Результатом работы информационной системы (ИС) является возможность в любое время сгенерировать текущую многопараметрическую оценку учащегося, построить сводные таблицы и графики.

С целью грамотного создания информационной системы, эффективно и надежно функционирующей, построена ее структурная схема и выбрана технология передачи данных. Концепция, определяющая модель, структуру, выполняемые функции и взаимосвязь компонентов информационной системы между собой и с окружением называется архитектурой информационной системы1. Конструктивно архитектура обычно определяется как набор ответов на следующие вопросы.

1. Что делает система?

2. На какие части она разделяется?

3. Как эти части взаимодействуют?

4. Где эти части размещены?

При построении программных средств, ориентированных на работу в коммуникационных сетях, необходимо определиться с технологией передачи данных. На сегодняшний день выделяют три основные технологии передачи данных.

1. Файл-сервер. В этом случае сервер, на котором находится база данных, является исключительно хранилищем и не обладает каким-либо функционалом, позволяющим производить математические и/или логические вычисления. Данная технология применима исключительно при работе с небольшими объемами данных.

2. Клиент-сервер. При использовании клиент-серверной технологии на самом сервере, содержащем базу данных, функционирует некоторое программное обеспечение. Оно называется «Сервером баз данных» и может осуществлять некоторые операции над ин-

формацией, хранящейся в базе данных. Технология клиент-сервер адаптирована для работы с большими объемами данных.

3. Терминал-сервер. Принципиально отличается от двух предыдущих технологий тем, что конечному пользователю по сети передаются не сами интересующие его данных, а изображение этих данных. Фактически пользователь работает за другим компьютером, физически удаленным от него, получая по сети только изображение Рабочего стола с запущенными программами. Имеет низкую скорость обмена информацией при работе через глобальную сеть2.

Для обеспечения доступа всех участников контрольно-оценочной деятельности к единой базе данных будем строить информационную систему в рамках технологии клиент-сервер. Клиент-сервер - это технология (архитектура) взаимодействия клиента и сервера. Клиент - программа, запрашивающая у сервера информацию или выполнение какого-либо задания на сервере от имени клиента. Сервер - это прикладная программа, исполняющая запросы клиента. Клиент и сервер взаимодействуют по определенному протоколу. Программа клиента и программа сервера могут располагаться как на одной машине, так и на совершенно различных компьютерах произвольной сети3.

С точки зрения количества составных частей клиент-серверные системы делятся на двухуровневые и трехуровневые. Двухуровневые системы состоят только из клиента и сервера. В трехуровневых же между пользовательским клиентом и сервером, осуществляющим хранение и обработку базы данных, появляется третий промежуточный слой, являющийся для пользователя сервером, а для системы управления базами данных - клиентом4. Это позволяет более гибко распределять функции системы и нагрузку между компонентами программно-аппаратного комплекса, а также может снизить требования к ресурсам рабочих мест пользователей. Необходимой платой за это является то, что подобные системы намного сложнее в разработке, внедрении и эксплуатации и требуют значительных затрат и высококвалифицированного персонала5.

Таким образом, структурная схема разрабатываемой информационной системы построена на основе технологии клиент-сервер и имеет трехуровневую архитектуру (рис. 1). Это позволяет изолировать уровни друг от друга, быстро и простыми средствами переконфигурировать систему при возникновении сбоев или при плановом обслуживании на одном из уровней. Компоненты архитектуры клиент-сервер, с точки зрения программного обеспечения, реализуют сервер базы данных, сервер приложений и браузеры. Взаимодействие между сервером базы данных и браузером осуществляется

Администрация

Я

о

л

К I

О

-

я

я о я я о Ее

-О -

Ж о? н х) 5 Л

О Я

о =

—

о Ьа а

Рис. 1. Структурная схема информационной системы

СП

через глобальную сеть посредством web-сервера. Сервер базы данных, осуществляющий хранение и обработку базы данных, представлен MySQL-сервером; сервер приложений - web-сервером Apache и web-сайтом, написанном с помощью PHP-скриптов; роль клиента выполняет любой web-браузер.

В основе разрабатываемой информационной системы лежит база данных. База данных содержит учебные материалы, контрольно-измерительные материалы, библиотечную, справочную и служебную информацию, итоговые и промежуточные результаты контроля в виде баллов. Пользователи посредством программы-браузера, через web-сервер, обращаются к содержанию базы данных. Форма содержания зависит от типа пользователя и выполняемой им задачи (прохождение теста, дополнение контрольно-измерительных материалов, получение информации об учащемся и т. п.). В структуру разработанного сайта входят несколько модулей, в том числе модуль контроля, обеспечивающий контроль по группам параметров с помощью набора контролирующих подсистем.

Пользовательский web-интерфейс и программная реализация информационной системы многопараметрического контроля образовательной деятельности

Для создания информационной системы с использованием web-технологий разработано достаточное количество языков web-программирования, основными из которых являются следующие:

1. JavaScript. Скрипты, написанные на JavaScript, выполняются на стороне клиента (т. е. на компьютере пользователя), и не просто на стороне клиента, а в самом браузере, поэтому не требуется никаких дополнительных программ, никаких плагинов и т. п., скрипт можно вставить в html-код страницы, и он будет выполняться в любом браузере.

2. Java. В отличие от JavaScript, программа на Java не встраивается в html-код, а работает под управлением специальной виртуальной машины Java. Кроме этого, на языке Java можно создавать Java-апплеты, маленькие автономные программы, которые можно вызвать в html-коде и выполнение которых обеспечивается браузером.

3. PHP. Благодаря своей простоте и гибкости быстро собрал множество поклонников по всему земному шару и стал одним из наиболее популярных языков веб-программирования. Как и в слу-

чае с JavaScript, код PHP можно писать вперемешку с html-кодом, с той лишь разницей, что этот код выполняется сервером до отправки страницы клиенту и в браузер попадает лишь результат работы скрипта. При своей простоте и удобстве использования PHP весьма универсален, с легкостью позволяет писать программы, работающие с самыми различными базами данных, с графикой и т. д.6

4. Ajax. В последнее время набирает популярность. Самым большим плюсом использования технологии Ajax является возможность связываться с web-сервером без перезагрузки самой web-страницы. Это создает впечатление беспрерывности работы сайта. Такая возможность пересылки и приема данных из сервера без обновления всей страницы возможна благодаря использованию объекта XMLHttpRequest, который является центральной частью всей технологии Ajax7.

5. Perl. Один из популярных языков для сетевого программирования, в частности создания веб-сайтов. И на сегодняшний день Perl стал неотъемлемым инструментом в инструментарии web-программистов. В отличие от таких технологий как JavaScript и VBScript, perl-скрипты выполняются на сервере, что позволяет создавать полноценные интерактивные приложения, управлять базами данных, почтой, создавать баннерные сети, счетчики, гостевые книги, форумы и многое другое8.

Для реализации взаимодействия пользователя с контентом сайта разработанной ИС был использован PHP. А для взаимодействия с сервером базы данных MySQL применялся язык SQL-запросов. SQL-язык, который дает вам возможность создавать и работать в реляционных базах данных, которые являются наборами связанной информации, сохраняемой в таблицах9. В настоящее время язык SQL поддерживается многими десятками СУБД различных типов, разработанных для самых разнообразных вычислительных платформ. Рассматриваемый язык SQL ориентирован на операции с данными, представленными в виде логически взаимосвязанных совокупностей таблиц отношений. Важнейшая особенность его структур - ориентация на конечный результат обработки данных, а не на процедуру этой обработки10.

В рамках программной реализации процедурных моделей был реализован пользовательский web-интерфейс. Интерфейс - совокупность средств и правил, обеспечивающих взаимодействие устройств вычислительной системы и программ, а также взаимодействие их с человеком. С ростом сети Internet широкое распространение получили web-интерфейсы, позволяющие взаимодействовать с различными программами через браузер, который

включает в себя основное меню, набор ссылок, реализующих те или иные функции системы и центральный блок, отображающий текущую задачу11.

Пользовательский интерфейс был разработан на основе web-шаблона Lightneasy с помощью PHP и JavaScript12.

Итак, набор возможностей разрабатываемого интерфейса зависит от пользователя, прошедшего аутентификацию. Для работы в системе пользователь должен авторизоваться (ввести свой логин и пароль) или в случае нового пользователя заполнить форму регистрации (рис. 2).

ВХОД НЕ ВЫПОЛНЕН | ВХОД

[ 1

__i '«г 1

И С код

Теория Лабораторные работы Задачи Творчество

Логин* : Пароль* : Повторите пароль* Тип пользователя* Пользователь* :

Личность Воспитанность

Copyright © 2010'-,

□ Alia - All rights reserved | XHTML 1.1 | CSS 2.1

Рис. 2. Регистрация пользователя

Возможности (набор функций) администратора и эксперта, учителя, ученика, родителей, административного персонала или гостя отличаются друг от друга. Непосредственно выполнению пользователями тех или иных задач предшествует экран с инструкцией о данной функции.

Интерфейс администратора и эксперта включает в себя следующие задачи:

- управление пользователями (активация, редактирование и удаление аккаунтов пользователя) (рис. 3);

- функции редактирования учебного контента (добавление и редактирование тестовых заданий, методик и т. п.) (рис. 4)13.

Рис. 3. Редактирование пользователя

Начало Теория Лабораторные работы Задачи Творчество ОУН Личность Воспитанность

Рис. 4. Редактирование учебного материала

Интерфейс учителя включает в себя следующие задачи:

- контроль умения выполнять лабораторные и творческие работы, сформированность общеучебных умений и навыков, и воспитанности учащихся (фактически это заполнение учителями электронных таблиц контроля) (рис. 5);

- формирование оценок: генерация многопараметрической оценки достигнутого уровня результатов образования любого из учащихся или предоставление статистической информации в виде различного вида графиков или таблиц.

Задачи Творчество ОУН Личность Воспитанность

Рис. 5. Форма оценивания лабораторной работы

Рис. 6. Психологический контроль

Интерфейс ученика предоставляет следующие возможности:

- выполнение тестовых заданий на проверку усвоения теоретического материала, решение контрольной работы, состоящей из нескольких задач, выполнение психологических тестов (рис. 6);

- формирование оценок, в частности генерирование многопараметрической оценки достигнутого уровня своих результатов образования.

Интерфейс родителей включает в себя задачу получения многопараметрической оценки достигнутого уровня результатов образования своего ребенка.

Интерфейс административного персонала (городские, районные и областные управления образования) позволит решать задачи предоставления многопараметрических оценок учащихся и статистической информации по ученику, классу, параллели, школе, городу и области (рис. 7).

Рис. 7. Интерфейс администрации

Программная реализация разработанных процедурных моделей заключается в использовании в теле HTML-страницы структур языка PHP и SQL-запросов14. Несколько повторяющихся алгоритмических последовательностей (например, извлечение списка класса) выполнены в виде функций, которые можно вызывать неоднократно и с разным набором входных переменных. Кроме того, некоторые процедуры, в частности обработка результатов тестирования, выполняется исполняемым PHP-скриптом в чистом виде без использования HTML15.

Результат программной реализации процедуры выбора и отображения формы с вопросами тестовых заданий выглядит следую-

щим образом (рис. 8). После нажатия кнопки завершения тестирования управление переходит к РНР-скрипту post.php, указанному в описании формы, в котором происходит обработка ответов учащегося. Ответы ученика и дополнительные переменные передаются РНР-скрипту через НТТР-запрос. ♦

. (25) Как определяется направление вектора угловой скорости О по правилу рычага О по направлению вектора скорости О по правилу правой руки

• В с р ОС 13

• (14) Чему равен модуль полного ускорения материальной точки в случае движения по окружности с постоянной по модулю скоростью

© а=а

п

©а=а

* Вопрос 14

. (19) В чем заключается сущность закона всемирного тяготения О Два точечных электрических заряда взаимодействуют в вакууме с силой, пропорциональной произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними ©Все тела (материальные точки), независимо от их свойств, притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними ©Взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны (по модулю) и направлены в противоположные стороны . : прэс 15

. (13) Что необходимо выбрать для определения положения тела в любой момент времени ©материальную точку ©тело отсчета © систему отсчета

[Закончить тестирование] [Очистить ответы]

Рис. 8. Выполнение учеником тестового задания для контроля усвоения теоретического материала

Рис. 9. Результат выполнения тестовых заданий

Таким образом, была реализована вся процедурная модель формирования многопараметрической оценки учащегося.

При нажатии кнопки «Многопараметрическая оценка» информация, хранящаяся в базе данных, в соответствии с процедурной моделью преобразуется в расширенную психолого-педагогическую информацию о достижениях учащегося и выстраивается в соответствии с разработанным ранее шаблоном. Фрагменты экранной формы самой многопараметрической оценки учащегося представлены на рис. 10 и 11.

Начало Теория Лабораторные работы Задачи Творчество О УН Личность Воспитанность

Рис. 10. Фрагмент 1 многопараметрической оценки

Параграф 4. Профессиональная ориентация_

Тип рекомендуемой профессии П - «Человек — знаковая система*.

Подробнее

Профессии, труд в которых направлен на обработку информации [сведений], представленной в виде условных знаков, цифр, формул, текстов:

1, Создание и оформление документов (на родном или иностранном языке], делопроизводство, анализ текстов или их преобразование, перекодирование.

2, Профессии, труд в которых направлен на числа, количественные соотношения,

3, Профессии, труд в которых направлен на системы условных знаков, схематические отображения объектов,

Параграф 5. Учебная мотивация_

Мотивы учебной деятельности Му.д, - учебно-позновательные: ориентирующие ученика на усвоение способов добывания знаний, приемов самостоятельного приобретения знаний. Заключайте в самостоятельных действиях по поиск/ разных способов решения, в в опросах учителю о сравнении разных способов работы.

Параграф б. Ценностные ориентации_

Уровень по шкале «Познание как ценность» Уц,п, -

Учащийся понимает значение образования, воспринимает познание как важ->ную ценность в жизни, хотя полного осознанного самоопределения по отношению к этой ценности в сознании не произошло, Уровень по шкале «Я-ценность» Уц,я, -

У учащегося практически сформировалась структура «Я» псд-фостка, высокая степень позитивного сам о восприятия, уме-<ния самовыражаться, уважительного отношении к себе как к личности и индивидуальности, Уровень по шкале «Другой-ценность* Уц.д, -

Отсутствие у учащегося восприятия другого человека как ценности и индивидуальности, отсутствие уважительного отношения к окружаю-чцим, недостаток умения общаться с ними доброжелательно и конструктивно, Уровень по шкале «Общественно полезная деятельность» Уц.об, -Учащийся понимает важность общественно полезной деятельности и готов отдавать ей некоторую часть своего времени и сил, но не всегда это становится результатом его личной инициативы и самостоятельности, Уровень по шкале «Ответственность как ценность* Уц.от. -Учащийся в очень малой степени либо вообще не осознает необходимость ответствен-ности человека за его поступки в жизни, за выбор модели поведе-жия, Б этом случае преобладает экстернальный (внешний] контроль в жизненно важных ситуациях. Личность не считает ответственность ценностью, проявляет при этом низкий уровень рефлексии.

Часть 4. Воспитание

Таблица

Внешний вид, прическа, одежда, украшения и пр., Ув,в, Высокий

Общая речь, У о, р. Высокий

Отношения с ребятами, Уотн.р, Высокий

Отношения с учителями, Уотн.у, Высокий

Отношения с другими, Уотн.д, Высокий

Дисциплинированность в плане выполнения указаний учителя, Уд. Высокий

Отношение к школьному имуществу, к труду других, Котн.им. Высокий

Общий балл Бв, равен: 5; уровень воспитанности Ув, - высокий

Рис. 11. Фрагмент 2 многопараметрической оценки

Целью использования в учебном процессе информационной системы многопараметрического контроля образовательной деятельности является повышение уровня предметной подготовки, наиболее полное раскрытие способностей и, наконец, всестороннее развитие личности каждого учащегося. Главным результатом рабо-

ты с системой является получение пользователями многопараметрической оценки учащегося, в которой содержится большой объем психолого-педагогической информации о достижениях учащегося и рекомендации для него. Информационная система является инструментом, дополнительным средством оценивания учащегося наряду с традиционными методами и средствами контроля в школе.

Примечания

1 См.: Служба тематических толковых словарей [Электронный ресурс]. URL: http://www.glossary.ru (дата обращения: 22.10.2013).

2 См.: Технологии передачи данных: файл-сервер, клиент-сервер, терминал-сервер [Электронный ресурс] // Компания «Сатурн». URL: http://www.itsaturn. ru/articles/article14.html (дата обращения: 22.10.2013).

3 См.: Голицына О.Л., Максимов Н.В. Информационные системы: Учеб. пособие. М.: 2004. 329 с.

4 См.: Системы «клиент-сервер». Ч. 2 [Электронный ресурс] // Сайт А.И. Бело-стоцкого. URL: http://belani.narod.ru/1/Lklser2.htm (дата обращения: 22.10.2013).

5 См.: Там же.

6 См.: Веб-программирование (обзорная статья) [Электронный ресурс] // Все о web-дизайне. URL: http://wseweb.ru/diz/obzor3.htm (дата обращения: 22.10.2013).

7 См.: Преимущества и недостатки технологии Ajax [Электронный ресурс] // Создание и раскрутка сайтов. URL: http://microwebnet.blogspot.com/2011/03/ ajax.html (дата обращения: 22.10.2013).

8 См.: Главная страница Perl [Электронный ресурс]. URL: http://perl.far.ru (дата обращения: 22.10.2013).

9 См.: Грабер М. Понимание SQL [Электронный ресурс]. // SQL. URL: http:// www.sql.ru/docs/sql/u_sql (дата обращения: 22.10.2013).

0 См.: Введение в структурированный язык запросов SQL [Электронный ресурс] // Учи IT! URL: http://www.uchi-it.ru/11/4/1.html (дата обращения: 22.10.2013).

1 См.: Интерфейс [Электронный ресурс] // your-hosting.ru. URL: http://your-hosting.ru/terms/i/interface (дата обращения: 22.10.2013); Web-интерфейс [Электронный ресурс] // Там же. URL: http://your-hosting.ru/terms/rv/wi (дата обращения: 22.10.2013).

2 См.: LightNEasy [Электронный ресурс]. URL: http://www.lightneasy.org (дата обращения: 22.10.2013).

3 См.: Колдаев В.Д. Основы алгоритмизации и программирования: Учеб. пособие. М.: ФОРУМ; ИНФРА-М, 2006.

4 См.: Кузнецов М, Симдянов И. MySQL 5. СПб.: БХВ, 2010.

5 См.: Прохоренок Н.А. HTML, JavaScript, PHP и MySQL. Джентльменский набор Web-мастера. СПб.: БХВ, 2011.