CC BY
20
Проектирование адаптивной обучающей среды для изучения языка XAML
Ильина Татьяна Владимировна, студентка группы 4408 института компьютерных технологий и защиты информации, Казанский Национальный Исследовательский Технический Университет имени А.Н.
Туполева (КНИТУ-КАИ), ул. К. Маркса, 10, г. Казань, 420111, (999)1639417 [email protected]
Кузьмин Александр Иванович, студент группы 4408 института компьютерных технологий и защиты информации, Казанский Национальный Исследовательский Технический Университет имени А.Н.
Туполева (КНИТУ-КАИ), ул. К. Маркса, 10, г. Казань, 420111, (999)1643445 [email protected]
Мамонова Валерия Сергеевна, студентка группы 4408 института компьютерных технологий и защиты информации, Казанский Национальный Исследовательский Технический Университет имени А.Н.
Туполева (КНИТУ-КАИ), ул. К. Маркса, 10, г. Казань, 420111, (987)4071467 valeribloom@yandex. ru
Аннотация
В работе описано проектирование среды обучения языка XAML. Обучающая среда включает в себя: теоретический материал в виде технической документации, реализованный в TestMaker тест, для проверки теоретических знаний и интеллектуальная обучающая система, разработанная с использованием инструментальных средств МОНАП.
This work contains the development of the learning the markup language XAML. The learning environment includes: theoretical material in the form of technical documentation, implemented in the TestMaker test, to test theoretical knowledge and an intelligent learning system developed using the MONAP tools.
Ключевые слова
учебный контент, учебная система, интеллектуальная обучающая система, оценка навыков/умений
educational content, educational system, intellectual training system, skills/ assessment
Введение
Развитие информационных технологий оказывает значительное влияние на многие сферы жизни современного общества, в частности и на образовательную среду. За последние десятилетия было создано множество обучающих сред, способных реализовывать методы обучения, которые не только воспроизводят действия преподавателя, но и реализуют различные принципы обучения, такие как адаптивность, интерактивность и индивидуализация обучения. Под адаптивностью обучения понимают возможность организации процессов обучения и преподавания с помощью разделения учебного материала по содержанию, объему и сложности.
Каждый обучаемый выполняет индивидуальные задачи, для которых выполняется проверка результатов. Все это способствует улучшению качества усвоения учебного материала.
В данной работе выбор предметной области обусловлен актуальностью языка разметки XAML, который получил широкое распространение среди разработчиков мобильных приложений на платформе Android, iOs и Windows Phone. С помощью данного языка разработчик имеет возможность создавать адаптивную разметку страницы сразу под множество платформ в таких средах разработки как Visual Studio Mobile Development и Xamarin Studio.
Представление функциональных возможностей обучающей среды, разработанной с использованием МОНАП
Функционирование интеллектуальной обучающей системы основано на этапах формирования знаний и контроля их сформированности, а также на адаптивном формировании навыков решения учебных задач в выбранной предметной области обучения. В качестве изучаемой предметной области выбран язык разметки XAML.
Обучающая среда включает в себя:
• Теоретический материал изучаемой предметной области;
• Электронный тест, реализованный в программной среде TestMaker [1,2];
• Интеллектуальная обучающая система, разработанная при помощи инструментальных средств серии МОНАП[3-8].
В качестве теоретического материала используется техническая документация, которая представлена только на английском языке, доступная по адресу: www.developer.xamarin.com/guides включающий в себя обширный систематизированный материал, раскрывающий содержание курса.
В качестве основы для любого процесса обучения могут быть использованы принципы любой из множества существующих на данный момент теорий обучения. Одной из таковых теорий является теория поэтапного формирования умственных действий. Использование ее основ и принципов при проектировании и разработке различных обучающих систем позволило реализовать рациональное управление процессом усвоения знаний, а также приобретением необходимых умений и навыков. Процесс обучения в интеллектуальных системах является контролируемым и управляемым процессом решения учебных задач обучаемым. На каждом шаге обучения выполняются следующие действия:
• выдаются задачи с требуемыми свойствами;
• обучаемый вводит ответы, правильность которых проверяется в ИОС, а в случае выявления ошибочных ответов выдаются объяснения;
• оцениваются навыки обучаемого и принимаются решения о продолжении или успешном завершении обучения, или же об аварийном окончании обучения (обращение обучаемого к преподавателю или к соответствующей учебной литературе);
• определяются требуемые данные для выдачи следующей задачи (определение ее свойств), если принято решение о продолжения обучения.
При организации процесса обучения часто используется алгоритмический подход. Он подразумевает создание определенного алгоритмического предписания, которое разрабатывается экспертом-педагогом и описывает способы решения учебных задач из выбранной для обучения предметной области. Само алгоритмическое предписание представляет собой совокупность элементарных
операций, а также указывает последовательность их выполнения, которая в итоге и приводит к верному решению учебной задачи.
Для осуществления различных подходов к организации процесса обучения, а также к формированию навыков и умений у обучаемого были выбраны следующие прикладные программные комплексы: система компьютерного контроля знаний ТеБШлкег и инструментальное средство МОНАП (модель обучения навыкам адаптивного программирования).
ТеБШакег - прикладная программа для создания тестов, состоящих из различного типа вопросов и ответов на них, а также для осуществления тестирования с использованием этих разработанных тестов. Тестирование возможно как на отдельном компьютере, так и в локальной сети. Основная цель использования данного программного комплекса - это проверка теоретических знаний по дисциплинам, которые относятся к выбранной предметной области. В данной программе возможно использование различных по структуре и содержанию вопросов. Среди них выделены такие типы вопросов как закрытый однозначный вопрос, закрытый многозначный вопрос, вопрос на соответствие, открытый вопрос и расширенный открытый вопрос. Осуществляется быстрый переход из режима обучаемого в режим просмотра создаваемого теста и редактирования вопросов. Для повышения качества процесса обучения в ТеБШакег имеются такие функциональные возможности, как определение максимального времени прохождения теста, изменение порядка следования вопросов, задание значения сложности вопросов. Использование данной прикладной программы позволяет педагогу осуществлять проверку знаний обучаемых быстро и эффективно за счет реализованных ему в помощь современных информационных технологий.
В качестве предметной области для проектирования интеллектуальной обучающей системы с помощью ТеБШякег был выбран расширенный язык разметки для приложений ХЛМЬ. На рисунке 1 изображен интерфейс программы, а именно редактор вопросов и окно выполнения теста.
Рис. 1. Система Тез1Макег (выполнение теста - слева, проектирование вопросов теста - справа)
МОНАП - инструментальные средства разработки для автоматизации проектирования интеллектуальной обучающей системы, в которой реализуются алгоритмы адаптивного управления процессом обучения в выбранной предметной области.
Применение алгоритмизации, необходимой для управления обучением, сопровождается разработкой алгоритмов решения учебных задач.
При создании алгоритмического предписания, о котором упоминалось ранее, проводится анализ предметной области и выбираются основные элементы - простые понятия, на которых базируется используемый учебный материал.
Проектирование ИОС в среде МОНАП можно разделить на следующие
этапы:
1. Выбор предметной области, в которой будет организовано управление обучением. В данной работе рассматривается предметная область -расширенный язык разметки XAML.
2. Создание среды обучения, которая будет соответствовать выбранной предметной области и настройка параметров среды обучения для обеспечения адекватности управления процессом обучения.
3. Проектирование справочников базы знаний
Как было сказано выше, в качестве предметной области для обучения выбран расширенный язык разметки XAML. Он является декларативным языком разметки. Декларативные языки позволяют описать состояние, которого хочет добиться разработчик, но не требуют описания как прийти в это состояние. Примерами таких языков являются XML, HTML и SQL.C точки зрения модели программирования .NET Framework язык XAML упрощает создание пользовательского интерфейса для приложения .NET Framework. Можно создавать видимые элементы пользовательского интерфейса в декларативной разметке XAML, а затем отделить определение пользовательского интерфейса от логики времени выполнения, используя файлы кода программной части, присоединенные к разметке с помощью определений разделяемых классов. Язык XAML напрямую представляет создание экземпляров объектов в конкретном наборе резервных типов, определенных в сборках. В этом заключается его отличие от большинства других языков разметки, которые, как правило, представляют собой интерпретируемые языки без прямой связи с системой резервных типов. Язык XAML обеспечивает рабочий процесс, позволяющий нескольким участникам разрабатывать пользовательский интерфейс и логику приложения, используя потенциально различные средства [9].
Создание среды обучения языку XAML и настройка параметров среды обучения в системе МОНАП представлено на рисунке 2.
Рис. 2. Окно для разработки учебной среды
После выбора предметной области для обучения и описания учебной среды обучения можно перейти к разработке этой среды. Знания учебной среды являются совокупностью правил и фактов. В среде МОНАП желательна форма представления правила в конструкции вида ЕСЛИ < условие >, ТО < действие > , где условие - это образец, по которому осуществляется поиск в базе знаний; действие - совокупность действий, выполняемых при успешном исходе поиска. Но если правила предметной области не могут быть приведены к такому виду, то допустима иная их формулировка. Правила используются при конструирования учебных задач, а также для выдачи комментариев к допущенным ошибкам при прохождении обучения. На рисунке 3 представлен пример создания одного из правил предметной области.
Рис. 3. Окно для разработки учебного правила
Важным этапом при разработке ИОС в прикладной программной среде МОНАП является создание файла свойств задач. Для каждой учебной задачи определяется число использований сформированных ранее правил. Суммарное число применений по каждой отдельной задаче определяет ее сложность. Пример файла свойств задач представлен на рисунке 4.
ГА МОНАП: а
Рис. 4. Файл со свойствами учебных задач, содержащий 3 класса с 7-ю подклассами различной сложности
При разработке свойств задач используются такие ключевые понятия как класс и подкласс. Они условно определяют содержимое и спецификацию учебных задач. Так, в рассматриваемой ИОС были выделены 3 класса, каждый из которых содержит по пять правил о различных элементах языка ХЛМЬ. Деление на классы производится по их сложности, согласно принципу усвоения от простого к сложному. Внутри класса созданы семь подклассов. Для каждой задачи вектор правил заполнен неравномерно, то есть каждое правило для разных задач используется неодинаковое количество раз, а также выделены задачи с минимальной и максимальной уровнями сложности. Поэтому организация свойств задач таким образом и позволяет достигнуть адаптивности в процессе управления обучением.
На рисунке 5 представлены примеры учебных задач из разных классов.
17 1» 1| Добааи1ь изображение с названием 1q род и принципе« масштабирования изображении HI
2 11» «Imago | "| png' HaghlRequesl^'JOCr WKtiPReguesl^lOO" i | =ТГ ft-
1 i , ' t 2) Добавить текст с размером шрифта 18
| j i ~ < Label Тех1Сокиз'й987654" BacKgroundCotoi'"imWcO' Те>1 'Позеони нам*-1 |-~1аг
г j ' г 7 ' HonzontalOplions-HSlart*/>
-;——:— 3) Добавить книжу с шириной 150
' * «fiollon 1ах1='Поааонить" ТетК^тДв' BackgroundCdcf ~»54г46Г | VlST
2 L " ,0 i="Slart*/>
.......- D ■:
♦■•/xva-.-B е-. Ьанк задач Предварительный просмотр задачи
Срмасбтемш
Задача 3 5.2
2 г е
2 i
i
—2—
4 5
9
OOcww 2 в 10
> в 10
П
5
—\-
• = cConlenlPage Padding>
л ь 9
•OnPlatformx p"ThKkness">
i • «OnPlattoirruOS» 5,30,5,10 c/OrPlalform iOS^
т 1 — 11 — 11 ~
Рис. 5. Окна с учебными задачами: 1-го класса со сложностью 7 (сверху) 3-го класса со сложностью 9 (снизу)
Для поддержки вариативности в процессе обучения используются такие задачи как синонимичные. Синонимичными называются задачи, отличающиеся друг от друга внешним видом и характеризующиеся одинаковыми наборами используемых для их решения правил
На рисунке 6 представлены две синонимичные задачи первого класса третьего подкласса. Для решения этих задач используются одни и те же правила одно и то же количество раз. Использование синонимичных задач обеспечивает разнообразие процесса обучения для обучаемого в случае, когда на двух последовательных шагах обучения задача оптимальной трудности описывается одним и тем же набором правил, требуемых для ее решения.
Рис. 6. Окна с синонимичными задачами 1 класса 3 подкласса
Заключение
Программные системы ТеБШакег и МОНАП используются для решения различного рода задач. Использование системы ТеБШакег ориентировано на проверку усвоенных теоретических знаний обучающегося, а система проектирования МОНАП применяется для адаптивного управления процессом обучения при формировании навыков/умений обучаемого в выбранной для обучения предметной области.
Для достижения успешных результатов в учебном процессе необходимо применять оба программных комплекса, тем самым преподаватель организовывает инновационное обучение в рамках выбранной им предметной области.
Использование рассмотренных выше технологий, реализующих описанные подходы, позволяет сформировать знания и навыки без однотипного заучивания учебного материала, а также обеспечить максимальный уровень адаптации управления процессом обучения для каждого обучаемого.
Литература
1. Галеев И.Х., Колосов О.В., Филяев А.И.. Сравнительный анализ систем компьютерного контроля знаний // Материалы Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в многоуровневой системе образования» - 2005.- Казань: ЗАО "Новое знание" - С. 101-105.
2. Ильина Т.В., Кузьмин А.И., Мамонова В.С.. Обзор возможностей программных комплексов TestMaker и VeralTestEditor // Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society)" -2017. - V.20. - №2. - C.346-354. - ISSN 1436-4522. URL: http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html
3. Галеев И.Х. Модель обучения в МОНАП-ПЛЮС // Искусственный интеллект -96. КИИ-96. Сборник научных трудов пятой национальной конференции с международным участием. T.I. - Казань, 1996. - С. 17-25.
4. Galeev Ildar, SosnovskySergey and ChepeginVadim MONAP-II: the analysis of quality of the learning process model // in Valery Petrushin, Piet Kommers, Kinshuk and IldarGaleev (ed): Proceedings of IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies (ICALT'2002), Kazan, Tatarstan, Russia, September 9-12, 2002, pp. 116-120.
5. Galeev Ildar, Tararina Larissa, Kolosov Oleg, Kolosov Vlad Structure and implementation of partially integrated adaptive learning environment // in Allison Rossett (ed): Proceedings of E-Learn 2003, Phoenix, Arizona USA, November 7-11, 2003, p. 2151-2154.
6. Галеев И.Х. Развитие адаптивных технологий обучения // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: проблемы высшего образования. Воронежский государственный университет. - 2004. - №2. - С. 7683.
7. Галеев И.Х. Модель управления процессом обучения в ИОС // Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society)" - 2010. - V.13. - №3. - C.285-292. - ISSN 1436-4522. URL: http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html
8. Галеев И.Х. Свойства учебных задач при алгоритмизации в обучении // Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society)" - 2011. - V.14. - №2. - C.289-299. -ISSN 1436-4522. URL: http://ifets.ieee.org/russian/periodical/iournal.html
9. Общие сведения о XAML. URL: http s ://msdn. microsoft.com/ru-ru/library/ms752059(v=vs. 110).aspx (дата обращения 11.04.2017)
