CC BY
18
ГРНТИ 14.01.29
Бексолтанова дйгер'м Бахшабауцызы
магистрант, кафедра «Информационные технологии», Факультет энергетики и компьютерных наук, Торайгыров университет, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан, e-mail: [email protected]
Оспанова Назира Нургазыевна
к.п.н., профессор, кафедра «Информационные технологии», Факультет энергетики и компьютерных наук, Торайгыров университет, г. Павлодар 140008, Республика Казахстан, e-mail: [email protected]
РАЗРАБОТКА ВЕБ-СИСТЕМЫ ДЛЯ МНОГОУРОВНЕВОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ КОНТРОЛЯ УЧЕБНЫХ ДОСТИЖЕНИЙ ОБУЧАЮЩИХСЯ В ВУЗЕ
В статье представлен концептуальный дизайн и процесс создания интерактивной компьютерной системы для контроля учебных достижений обучающихся. Проект представляет собой отдельную веб-систему которой могут пользоваться преподаватели и студенты вне зависимости от места и времени. В ходе разработки данной системы для обеспечения многоуровневой информационной модели оценки знаний была применена когнитивная таксономия Блума. В статье изучены современные технологии для создания веб-приложения, определены преимущества и недостатки программной и логической архитектуры веб-системы.
Ключевые слова: computer assisted assessment (компьютерная оценка), веб-система, многоуровневая информационная модель, оценка знаний.
ВВЕДЕНИЕ
Поскольку оценка имеет решающее значение в образовательном процессе [1], на высшие учебные заведения оказывается значительное давление для более формального и частого измерения результатов обучения [1-4]. Computer Assisted Assessment (CAS - компьютерная оценка) имеет потенциал как для облегчения оценки, так и для предоставления инновационных и мощных инструментов оценки [1, 5].
CAS не является новым подходом, на протяжении последнего десятилетия этот метод быстро развивался в школах, университетах и других учреждениях, предлагая образовательные и технические возможности, которые включают в себя симуляции и мультимедийные вопросы, которые невозможно выполнить при проведении бумажных оценок [5]. Поскольку число учащихся увеличивается, а финансовые ресурсы сокращаются, объективные тесты могут предложить способ сократить расходы.
Данный подход имеет следующие преимущества:
• повышение обратной связи со студентами и преподавателями;
• оптимизация процесса планирования и администрирования оценок;
• возможность мониторинга успеваемости студентов и пригодность для дистанционного обучения;
• расширение диапазона методов оценки;
• повышение административной эффективности.
Цель этого исследования состояла в том, чтобы внедрить новую модель экзаменационных тестов в систему компьютерной оценки, а также обновить и разработать графический интерфейс с использованием современных инструментов и технологий веб-дизайна.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Система была разработана как веб-приложение и отвечает требованиям трехуровневой архитектуры. Трёхуровневая архитектура - это архитектурная модель программного комплекса, предполагающая наличие в нём трёх компонентов: клиента, сервера приложений (к которому подключено клиентское приложение) и сервера баз данных (с которым работает сервер приложений). Этот тип приложения имеет много преимуществ:
• Возможность организации теста в любом месте - единственным требованием является лабораторный класс, оборудованный компьютерами, работающими в локальной сети с доступом к WWW-серверу;
• Доступ к тесту может контролироваться преподавателем дистанционно;
• Каждое изменение в системе не требует установки на лабораторных рабочих станциях;
• Все данные о тестах хранятся на сервере, который, очень надежно защищен.
• На сервере можно организовать контроль полномочий, чтобы разрешать доступ к данным только клиентам с соответствующими правами доступа.
• Некоторые недостатки этого типа приложения:
• Графический интерфейс приложения реализован в виде веб-страницы, поэтому взаимодействие и графика ограничены возможностями интернет-браузера;
• Во время сдачи экзамена компьютеры должны быть подключены к сети;
• Любая сетевая ошибка нарушает процесс написания экзамена;
• Система подвержена хакерским атакам: фальсификация и фишинг.
В ходе разработки были использованы следующие технологии:
- язык Python 3.7 для серверных скриптов;
- фреймворк Django 3.0.5;
- движок SQLite как хранилище данных;
- HTML5 и CSS3 для внешнего вида GUI (Графический интерфейс пользователя);
- Библиотека JQuery, обеспечивающая интерактивность GUI.
Python - широко используемый язык для создания динамических, масштабируемых веб-приложений. Среду Python можно легко расширить с помощью объективных библиотек и фреймворков. Фреймворк - это набор компонентов, которые помогают разрабатывать веб-сайты быстро и просто. Для
данного проекта используется популярный и многофункциональный серверный веб-фреймворк - Django, написанный на Python. Преимущества Django, используемые в веб-системе:
• применение механизмов авторизации и безопасности;
• интеграция с базой данных SQLite;
• богатый набор готовых структур данных и алгоритмов обработки текста.
• язык Python является полностью объектно-ориентированным.
SQLite - это библиотека на языке C, которая реализует быстрый, автономный, высоконадежный механизм базы данных SQL. SQLite встроен во все мобильные телефоны и большинство компьютеров, также он поставляется в составе множества других приложений.
GUI системы имеет три основные панели:
• Панель администратора: обеспечивает только администрирование учительских учетных записей (создание, удаление, сброс паролей).
• Панель учителя: после авторизации учитель может:
о управлять категориями вопросов: изменять параметры категории, добавлять, удалять и изменять вопросы;
о управлять тестами: составить тест из категорий, установить параметры, такие как время написания всего теста или время для ответов на отдельные вопросы, установка паролей и часов доступности службы;
о управление студентами: организация групп;
о просматривать, экспортировать и архивировать результаты.
Студенческая панель - для сдачи экзамена:
о двухэтапная аутентификация (с использованием имени, номера индекса и тестового пароля);
о возможность отвечать на вопросы;
о возможность возврата к исходному тесту в случае временной сетевой или компьютерной ошибки.
Каждый тест состоит из вопросов разного типа, сгруппированных по категориям. При создании теста выбирается целая категория, а не отдельные вопросы, и выбирается количество случайно выбранных вопросов из каждой категории. Таким образом, студенту будет предоставлено определенное количество вопросов по каждой из выбранных категорий.
В системе реализованы два типа вопросов: вопрос с множественным выбором (multiple choice question - MCQ) (один из четырех) и вопрос с полным ответом (complete answer question - CAQ) [6]. В MCQ вопрос и возможные ответы могут быть текстовыми или содержать графические изображения и объекты.
В основе контроля учебных достижений студентов лежит система оценивания когнитивного уровня студентов. Это можно осуществить, используя вопросы, на которые ученики не могут ответить, полагаясь исключительно на память. Хорошие вопросы должны проверять понимание и способность учащихся применять, анализировать, оценивать и создавать. Поэтому тесты для программы были построены на многоуровневой модели когнитивной таксономии Блума.
Таксономия Блума получила широкое признание в качестве руководства при разработке экзаменационных вопросов, относящихся к различным уровням познания с целью определения когнитивных качеств студента во время письменного экзамена.
Ниже описаны все уровни таксономии Блума и примеры тестовых заданий:
1 Уровень - Знания:
Это уровень, на котором студенты запоминают факты или вспоминают материал, который они изучали ранее на занятиях. Вопросы по информатики в этой категории имеют критерии вспоминания конкретной информации из предыдущих уроков, определения вычислительных терминов, методологий и процессов, описания концепций и явного перечисления информации из вопросов [7].
Примеры:
а) Перечислите все узлы в левом поддереве узла М.
б) Опишите ключевые свойства двоичного дерева.
в) Что такое глобальная переменная?
2 Уровень - Понимание:
Способность интерпретировать, переводить, экстраполировать, классифицировать, объяснять - ключевые понятия этого уровня. Вопросы по информатики [8] в этой категории могут включать работу с алгоритмами (например, запись выходных данных программы), объяснение процессов и потоков программы и предоставление примеров для иллюстрации концепции или алгоритма.
Примеры:
а) Определите значение х после запуска этого фрагмента кода:
б) Определите что выведет этот фрагмент кода:
в) Опишите 4 типа связи в разработке программного обеспечения.
3 Уровень - Применение:
Применение определяется путем использования концепции к определенному сценарию [9, 10]. Вопросы для информатики в этой категории имеют следующие критерии: понять концепцию и использовать ее для решения новых проблем.
Примеры:
а) Напишите программу с применением оператора if, чтобы вычислить и отобразить среднее число из множества из п чисел. Расчет следует выполнять только в том случае, если п больше 0, иначе должно быть выведено сообщение об ошибке.
б) Для компании XYZ будет разработана система программного обеспечения. Клиент не уверен, какой должна быть конечная система. Какая модель разработки программного обеспечения подойдет для этого проекта? Обоснуйте свой выбор модели разработки программного обеспечения.
в) Напишите цикл for, который выведет следующие данные на экран:
4 Уровень - Анализ:
Этот уровень требует от учащихся разбивать информацию на более простые части и анализировать каждую из них. Это может подразумевать рисование отношений, предположений, различение или классификацию частей. Вопросы по информатике должны содержать следующее: подразделить алгоритм программы на классы, компоненты или методы; систематизировать элементы для достижения цели; распознавать компоненты разработки и различать не связанные компоненты [8]. Кроме того, студент должен быть в состоянии объяснить, что именно происходит с памятью, когда коды выполняются построчно.
Примеры:
а) Описать, как класс BookList может быть реализован с использованием массива.
б) Учитывая, что в команде пять человек, подсчитайте количество необходимых путей коммуникации.
в) Сравните и сопоставьте Каскадную модель (Waterfall model) и Гибкую методологию (Agile Model) разработки.
5 Уровень - Синтез:
Если студент достигает этого уровня, он должен быть в состоянии интегрировать и объединять идеи или концепции, переставляя компоненты в новое целое (продукт, план, образец или предложение). На этом уровне необходимо предоставить студентам возможность написать программу, основанную на предыдущем уровне, путем написания полной программы или создания новых альтернативных методов или алгоритмов для решения проблемы [7].
Примеры:
a) Создать программу на языке Java, которая считывает строки из текстового файла в подходящую структуру данных, сортирует список по возрастанию, отображает список на экране и сохраняет список в отсортированном порядке в текстовом файле. Обоснуйте свой выбор структуры данных.
б) Напишите программу, которая предлагает пользователю ввести массу двух тел и расстояние между ними. Затем программа должна вывести на экран силу притяжения между телами.
в) Разработать архитектуру системы программного обеспечения на основе требований, определенных в документе «Спецификация требований к программному обеспечению».
6 Уровень - Оценка:
Это последний уровень, где оценивается способность студентов судить, критиковать и принимать решения о ценности идей или материалов. Вопросы по информатике интерпретируется проверкой кодов, то есть определить соответствует ли код заданным требованиям тестирования [8]. Этот уровень также включает в себя комментирование качества кодов на основе стандартов или критериев исполнения.
Примеры:
а) Обоснуйте концепцию наследования и приведите примеры.
б) Какой из двух алгоритмов, пузырьковая сортировка или быстрая сортировка, является более эффективным? Обоснуйте свой ответ.
в) Учитывая три возможных подхода к реализации определенной задачи, расскажите о возможных преимуществах и недостатках каждого подхода.
Тест проверяется вручную преподавателям для тщательного анализа уровня усвоения пройденного материала и способность применения полученных знаний на практике. После проверки экзаменационной работы преподаватель ставит оценку и оставляет комментарии или рекомендации по выполненному тесту.
ВЫВОДЫ
Первой целью исследования было изучение актуальности и эффективности многоуровневой информационной модели как формы оценки знаний. Используемая многоуровневая концепция поможет педагогам не только разработать экзаменационные вопросы и оценить знания, но и определить сильные и слабые стороны студента, сформировать эффективный план дальнейшего процесса обучения, установить обратную связь со студентом и способствовать созданию качественной системы контроля учебных достижений обучающихся.
Вторая цель программной реализации состояла в том, чтобы проверить, влияет ли форма написания теста: на бумаге или на компьютере, на оценку экзамена. Исключение использования бумаги снижает затраты времени и средств на отправку вопросников для печати. При компьютерной оценке все эти задачи выполняются с помощью цифровых средств. В связи с растущей популярностью мобильных вычислений теперь можно проводить компьютерные тесты в обычных классах (не только в компьютерных классах). Наличие доступа к интернету предоставляет студентам возможность подключиться к системе через различные частные устройства - ноутбуки, планшеты и даже смартфоны.
Интерфейс системы электронного тестирования универсален и позволяет тестировать знания из разных областей обучения. Прикладная программная платформа делает систему в значительной степени независимой от аппаратной реализации.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Brown, G., Bull, J., Pendlebury, M. Assessing student learning in higher education. - Routledge, London. - 1997.
2 Ghilay, Y. ODL : Online distance learning of quantitative courses in higher education. // Advances in Social Sciences Research Journal. - 2017. - 4(18), - pp. 62-72. [Electrinic resource]. - https://doi.org/10.14738/assrj.418.3698
3 Farrer, S. End short contract outrage. MPs insist, Times Higher Education Supplement. - 2002.
4 Laurillard, D. Rethinking university teaching a conversational framework for the effective use of learning technologies (2nd ed.). - Routledge Falmer, London : 2002.
5 Bull, J., McKenna, C. Blueprint for Computer-Assisted Assessment. - Routledge Falmer, NY : 2004.
6 Jackowska-Strumillo, L., Bieniecki, W., Bani, Saad M. A web system for assessment of students' knowledge, «8th International Conference on Human System Interaction (HSI), Warsaw, 2015. - pp. 20-26.
7 Scott T. Bloom's Taxonomy Applied to Testing in Computer Science Classes. Consortium for Computing Science in Colleges: Rocky Mountain Conference. October 2003. - P. 267-274.
8 Thompson, E., Luxton-Reilly, A., Whalley, J. L. Hu, M., Robbins, P. Bloom's Taxonomy for CS Assessment. // Proceeding Tenth Australasian Computing Education Conference (ACE 2008). Wollongong, Australia : 2008. - P. 155-162.
9 Starr, C. W., Manaris, B. Stalvey, R. H. Bloom's Taxonomy Revisited: Specifying Assessable Learning Objectives in Computer Science. // SIGCSE '08. Portland, Oregon, USA. - March 12-15, 2008. - P. 261-265.
10 Турлыгажы, Е. С. Заманауи аппарат жэне коммуникация кендстшндеп университет Web сайты // Наука и техника Казахстана. 2020. - № 1. - С. 80-85.
Материал поступил в редакцию 03.09.20.
Бексолтанова d^epiM Бахшабауцызы
магистрант, «Акпараттык технологиялар» кафедрасы,
Энергетика жэне компьютерлык Fылымдар факультет^
ТораЙFыров университет^
Павлодар к., 140008, Казахстан Республикасы,
e-mail: [email protected]
Оспанова Нэзира Нургазыцызы
п^.к., профессор, «Акпараттык технологиялар» кафедрасы,
Энергетика жэне компьютерлык Fылымдар факультет^
ТораЙFыров университет^
Павлодар к., 140008, Казахстан Республикасы,
e-mail: [email protected]
Материал баспаFа 03.09.20 тYстi.
ЖОО-да б1л1м алушылардын оку нэтижелерш ба^ылаудыц кепдецгейл1 а^параттьщ модел1 нег1з1нде ВЕБ-жYЙенi эз1рлеу
Мацалада бшм алушылардыц оцу жетютжтерт бацылаудыц концептуалды дизайны жэне интерактивтi компьютерлж жуйест цуру процеd кврсетшген. Зерттеу жумысыныц нэтижеа — оцытушылар мен студенттерге кез келген уацытта цол жетiмдi жеке веб-жуйе. Бул жуйет дамыту барысында бiлiмдi багалаудыц квп децгейлi ацпараттыц моделт цамтамасыз ету ушт Блумныц танымдыц таксономиясы цолданылды. Мацалада веб-жасацтаманы цурудыц заманауи технологиялары царастырылады, сонымен цатар веб-жуйенщ багдарламалыц жэне логикалыц архитектурасыныц артыцшылыцтары мен кемшiлiктерi сипатталады.
Кiлттi свздер: computer assisted assessment (компьютер квмегiмен багалау), веб-жуйе, квп децгейлi ацпараттыц модель, бiлiмдi багалау
Bexoltanova Aigerim Bakhshabaukyzy
undergraduate student, Department of «Information Technologies»,
Faculty of Energy and Computer Science,
Toraighyrov University,
Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan,
e-mail: [email protected]
Ospanova Nazira Nurgaziyevna
Candidate of Pedagogical Sciences, Professor,
Department of «Information technologies»,
Faculty of Energy and Computer Science,
Toraighyrov University,
Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan,
e-mail: [email protected]
Material received on 03.09.20.
A WEB system of a multi-level information model for monitoring students' academic achievements in higher education
The article presents the conceptual design and the process of creating an interactive computer system for monitoring academic achievements of students. The project works as a separate web-based system which is easily accessible to teachers and students regardless of place and time. In order to provide a multi-level information model for assessing knowledge Bloom's cognitive taxonomy was applied. The article explores modern technologies for creating a web application, identifies the advantages and disadvantages of the software and logical architecture of the web system.
Keywords: computer assisted assessment, web-system, multi-level information model, knowledge assessment.
