CC BY
41
Разработка динамической интеллектуальной карты освоения компетенций
Обади Абдулфаттах Али Мохсен аспирант кафедры информатики и прикладной математики, Казанский национальный исследовательский технологический университет, ул. К. Маркса, 68, г. Казань, 420015, (843)2314119 19fattah86@mail.ru
Нуриев Наиль Кашапович профессор, д.п.н., заведующий кафедрой информатики и прикладной математики, Казанский национальный исследовательский технологический университет, ул. К. Маркса, 68, г. Казань, 420015, (843)2314119 nurievnk@gmail.com
Аннотация
В статье на основе статических интеллектуальных карт рассматривается разработка динамической интеллектуальной карты развития студента, которая автоматически модифицируется в зависимости от его результатов тестирования. Студенты проходят тестирование по решению задач «Численные методы» с помощью Smart - образовательной системы распознавания правильности решения задач. Smart - образовательная система сохраняет результаты тестирования в ее базе данных для дальнейшего оценивания их развития. После окончания тестирования Smart -образовательная система представляет результаты освоения компетенции каждым студентом в виде интеллектуальных карт для экспертной оценки развития студентов.
In the article on the basis of static intellectual maps is considered a development of a dynamic intellectual map of student development, which is automatically modified depending on its test results. Students pass the test of solving the tasks "Numerical Methods" with the help of Smart - educational system for recognizing the correctness of solving problems. The Smart - educational system saves the test results in its database for further evaluation of their development. After the end of testing the Smart - educational system represents the results of mastering the competence of each student in the form of intellectual maps for the expert evaluation of the development of students.
Ключевые слова
динамические интеллектуальные карты, освоение компетенции, smart-образовательная система, распознавание образов
dynamic intellectual maps, competence mastering, smart-educational system, pattern recognition
Введение
Одним из способов, используемых для выражения и представления идей и понятий знания в виде визуальных диаграмм и схем связей вместо использования больших записей для облегчения получения общего представления о заложенных в
них идеях и понятиях, и их восприятия мозгом человека в короткое время является интеллектуальные карты (ИК) [1].
ИК используются для конспектирования, структурирования информации и упорядочивания мозгового штурма в виде карт геометрических фигур, содержащих центральные темы (Topic), от которых разветвляются подразделы (Subtopic) и связи между ними (relationships), которые обозначаются линиями на таких картах. На ИК также из подразделов выходят ветви, а из этих ветвей можно вывести подветви и т.д. На таких картах каждая идея или понятие выражается одним словом [2].
ИК используются во многих областях, одной из которых является область образования для конспектирования учебных материалов, с целью улучшения запоминания материалов. Существуют много редакторов, с помощью которых создаются ИК, таких как Xmind, MindMeister, MindMup, Mind42, MindJet Mindmanager и т.д. Однако интеллектуальные карты ограничены фокусировкой на обобщении идеи или концепции и представлении их как изображения со статическим контентом, а также их невозможно интегрировать с другими платформами, и это один из недостатков интеллектуальных карт, именно в таком смысле в этой статье мы ищем решение поставленной проблемы.
Решение данной проблемы заключается в разработке ИК, которые могут модифицироваться в зависимости от входных параметров. В этом случае можно разрабатывать ИК, например, для презентации изменений какой-то среды, представления состояния какого-то объекта, явления, процесса и т.д.
Цель работы
Цель данной работы является разработка динамической интеллектуальной карты развития студентов.
Интеллектуальная карта освоения компетенции
В данной работе рассматривается разработка интеллектуальной карты с регулируемым содержанием для иллюстрации процесса освоения компетенции студентами, которая изменяется в зависимости от данных, полученных в ходе освоения компетенции студентом.
Процедура освоения любой компетенции протекает в два этапа: усвоение теоретического и практического материала [3-6] (рис. 1)
Рис. 1. Интеллектуальная карта освоения компетенции
Например, освоение компетенции «Численные методы» можно представить в виде следующей ИК, сделанной в редакторе Xmind рис. 2
Рис. 2. Интеллектуальная карта освоения «Численные методы»
Усвоение практического материала «Численные методы» представлено на следующем рисунке рис. 3
Рис. 3. Интеллектуальная карта усвоения практического материала «Численные методы»
На рис.3 темой ИК является освоение компетенции «Численные методы», из центральной темы выходят раздели «Численные методы», из разделов выходят подраздели (ветви), являющиеся подразделами разделов «Численные методы!».
Динамическая интеллектуальная карта освоения компетенции
В предыдущих работах [7,8] были разработаны Smart-образовательные системы распознавания и оценивания правильности решения задач, для которых требовалась разработка математических модели и алгоритмов распознавания образов задач из предметной области «Численные методы» [6]. С помощью Smart-образовательных систем студенты тренируются, тестируются и сдают контрольные работы[9,10].
Результаты тестирования сохраняются в базе данных системы для дальнейшего оценивания освоения компетенции каждым студентом рис. 4.
Рис. 4. Скриншот окна тестирования 8март- образовательной системы
Студент начиная свое тестирование, получает установленный лимит времени (сеанс), в течении которого находится в режиме диалога с системой (рис. 5, рис. 6). Тестирование студента протекает в виде последовательных уровней в зависимости от количества задач в тесте, т.е. переход из предыдущего уровня в следующий осуществляется на том основании, что он успешно прошел предыдущий уровень.
Рис. 5. Начало тестирования
Рис. 6. Решение задач первого уровня
Студент проходит тест в диалоговом режиме в виде (задача-решение) (рис. 6), до завершения сеанса тестирования, после которого система присваивает студенту общую оценку качества решения задач прохожденного теста.
Начиная тестирование, система автоматически генерирует студенту задачи каждого уровня в произвольном порядке (т.е. из множества задач каждого уровня произвольно выдается по одной задаче), либо студент сам вводит задачи, подготовленные преподавателем в нужном порядке, при этом система сама классифицирует их по классам.
Рис. 7. Решение задач второго уровня
После ввода задачи, студент решает задачу текущего уровня и заносит решение в поле, предназначенное для этого.
Система проверяет вводимое решение, и если оно правильно дает оценку качества решения задачи данного уровня и разрешает переход на следующий уровень (рис. 7), и т.д. до окончания тестирования. После успешного решения задач всех уровней, студенту присваивается общая оценка качества решения задач данной дисциплины, и представляется своя собственная интеллектуальная карта развития рис. 8.
Разработка динамической ИК актуальна для представления результата каждого студента для экспертной оценки его развития, а это заключается в анализе данных каждого студента собственной интеллектуальной картой, способной модифицироваться в зависимости от конкретных результатов усвоения разделов. На карте каждый раздел представляется своим цветом в зависимости от результатов тестирования студента по данному разделу, например, на рис. 8 представлена карта освоения компетенции одним студентом (студент1), в которой зеленый цвет означает, что студент прошел тест на отлично, желтый-хорошо, красный-удовлетворительно, синий-нуль (рис. 8, рис. 9, рис. 10).
На рис. 8 студент1 прошел тест по решению алгебраических и трансцендентных уравнений на отлично, решению систем уравнений - хорошо, решению задач интерполяции и экстраполяции - удовлетворительно, численному интегрированию - отлично, численному решению обыкновенных дифференциальных уравнений - нуль, оптимизации- отлично, численному решению дифференциальных уравнений в частных производных - хорошо.
Параболические ^^^^^^^ Гиперболические
Рис. 8. Динамическая интеллектуальная карта развития студента1
Рис. 9. Динамическая интеллектуальная карта развития студента2
Рис. 10. Динамическая интеллектуальная карта развития студента3
Комментарий: так как редакторы интеллектуальных карт не интегрируются с другими средами программирования, чтобы ИК модифицировались в зависимости от параметров среды, то данная динамическая ИК была разработана в среде Netbeans с помощью языка гипертекстовой разметки HTML, формального языка описания внешнего вида документа CSS, языков программирования Java и JavaScript и интегрирована с Smart-системой, разработанной на Visual studio C# [11,12], которая после окончания тестирования студента передает его данные системе представления результатов студентов интеллектуальными картами рис. 10.
Заключения
Разработана динамическая интеллектуальная карта освоения компетенции, которая автоматически модифицируется в зависимости от входных данных.
Алгоритм, заложенный в данной системе, может использоваться в средах, требующих анализ данных, а также для представления состояний явлений и динамических процессов.
Литература
1. Бехтерев С. Майнд-менеджмент: Решение бизнес-задач с помощью интеллект-карт/ Сергей Бехтерев; Под ред. Глеба Архангельского. - М.: Альпина Паблишер, 2009.
2. Букин Д.С. Развитие памяти по методикам спецслужб/ Д.С. Букин. - М.: Альпина Паблишер, 2014.
3. Ахметшин Д.А., Нуриев Н.К., Старыгина С.Д., Шакирова З.Х. Проектирование информационных систем. Отечество, Казань, 2016. 172 с.
4. Старыгина С.Д., Печеный Е.А., Нуриев Н.К. Исследование операций: математическое программирование. Отечество, Казань, 2016. 296 с.
5. Печеный Е.А., Нуриев Н.К., Старыгина С.Д. Экономико-математические модели в управлении. Центр инновационных технологий, Казань, 2016. 224 с.
6. Барон Л. А., Нуриев Н.К., Старыгина С.Д. Численные методы для IT инженеров: учеб. Пособие для вузов /- Казань, 2012. - 176 с
7. Обади А.А. Проектирование математической модели и модуля распознавания образов для смарт-обучающей системы / А.А. Обади, А. А. Аль-Хашеди, Н.К. Нуриев, Е.А. Печеный // Вестник казан. технол. ун-та. 2017. №8. С. 95-100.
8. Аль-Хашеди А.А. Разработка математического и программного обеспечения задач распознавания образов на основе персептрона / А.А. Аль-Хашеди, А.А. Обади, Н.К. Нуриев // Вестник казан. технол. ун-та. 2017. №11. С. 85-89.
9. Обади А.А. Моделирование процесса распознавания образов для smart-образовательных систем / А.А. Обади, А.А. Аль-Хашеди, Н.К. Нуриев, Е.А. Печеный // Фундаментальные исследования. - 2017. - № 11-2. - С. 320-324.
10. Обади А.А. Алгоритм распознавания правильности решения алгебраических и трансцендентных уравнений / А.А. Обади, А.А. Аль-Хашеди, Н.К. Нуриев // Вестник казан. технол. ун-та. 2016. №10. С. 121-124.
11. Аль-хашеди А.А. Проектирование программного обеспечения умной образовательной системы на примере обучения решения систем линейных уравнений / А.А. Аль-хашеди, А.А. Обади, Н.К. Нуриев // Вестник казан. технол. ун-та. 2017. №1. С.102-105.
12. Аль-Хашеди А.А. Проектирование программного обеспечения смарт-обучающей системы на примере распознавания правильности решения задач интерполяции и экстраполяции / А.А. Аль-Хашеди, А.А. Обади // ИКТ в современно мире: технологические, организационные, методические и педагогические аспекты их использования: Материалы VIII Международной научно-практической конференции «Электронная Казань 2017», ЮНИВЕРСУМ Казань 2017. C 422-428.
