Scientific journal

Modern high technologies

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

Цель исследования: реализовать разработанный комплекс программных средств в дистанционном образовании на основе проектно-конструктивных способностей (ABC). Определить время тестирования на основании сложности вопросов, использовать пространственную модель достижения критериев для визуализации проектно-конструктивных способностей (ABC) из семи блоков и сравнения со шкалой Блума.

Материалы и методы исследования

Проблемы дидактики не могут быть разрешены в рамках только педагогики, так как сегодня студент занимается учебной деятельностью в реально-виртуальном образовательном пространстве (преимущественно в техногенной среде), поэтому многие процессы учебной деятельности и диагностики должны быть формализованы, а затем автоматизированы. Для решения таких задач приходится наряду с педагогическими методами привлекать инженерные методы. В связи с этим в дидактике возникла новая методология, т.е. новый раздел науки об организации учебной деятельности с использованием инженерных методов и средств. Эту методологию назвали дидактической инженерией [1, 2]. Многие проблемы, рассматриваемые в рамках дидактической инженерии, решаются с привлечением методов математического моделирования и численных методов [2, 3].

Для оценки качества подготовки в данной работе мы применяем один из наиболее современных способов на основе АВС-способностей. В настоящем исследовании мы опираемся на определение мониторинга качества по проектно-конструктивным способностям (ABC), предложенное Н.К. Нуриевым и Л.Н. Журбенко, которые считали, что в любой сфере компетенцию инвариантно поддерживает триада проектно-конструктивных способностей (ABC) определенного уровня развития, иначе говоря, АВС-способности и знания выступают как вспомогательные средства [4, 5]. При этом А, B, C представляют собой формализационные, конструктивные и исполнительские способности.

В научных исследованиях по системному анализу инженерной деятельности было установлено, что вероятность успешности инженера в решении проблемы относительно той или иной компетенции обычно зависит от следующих условий: уровень развития проектно-конструктивных способностей, глубина познаний, сложность решаемых проблем. Эта закономерность формально описывается следующим образом: P(Успех) = P(A, B, C, POL, CHL, S), здесь POL, CHL – параметры, характеризующие глубину знаний студента, A, B, C – уровни развития формализационных, конструктивных, исполнительских способностей [6], S – сложность решаемой задачи. Учитывая приведенную закономерность, рассмотрим шкалу качества владения компетенцией (КВК) [6] (рис. 1).

Рис. 1. Шкала качества владения компетенцией [6]

На этой шкале видно, что показатели качества владения компетенцией у инженеров u(1) и u(2) различаются. При этом, в отличие от инженера u(1), инженер u(2) с большей вероятностью решит проблему сложности S. Заметим, что статистика эти данные не опровергает.

Базируясь на этой статистически не опровергаемой закономерности, сформулируем цель обучения студентов в рамках дидактической системы с технологией подготовки в метрическом компетентностном формате [6] (рис. 2).

Рис. 2. Два профиля развития студента на шкале КВК [6]

Можно сформулировать цель следующим образом: требуется развить студента через обучение (в рамках компетенции) от профиля A(1) – B(1) – C(1) – CHL(1) – POL(1) до профиля A(2) – B(2) – C(2) – CHL(2) – POL(2) [3].

Пространственная модель для достижения критериев

Используя пространственную модель, определим значения следующих критериев (рис. 3).

При построении пространственной модели в качестве базовых были использованы А, В и С способности. А способности моделирует ось Х, В способности моделирует ось Y, С способности моделирует ось Z. Тогда каждая точка первой четверти пространства будет отвечать достижению определенной способности. Например, точка A (x1,y1,z1) показывает достижение в данный момент величины х1 по А-способностям, у1 по В способностям, z1 по С-способностям. Тогда по этой модели имеем: достижение критерия.

Рис. 3. Пространственная модель [3]

Также рассчитываются следующие критерии:

A (Эмоционально-ценностный) критерий:

B (Конструктивный) критерий:

C (Познавательно-информационный) критерий:

A–B (Самореализации) критерий:

A–C (Потребностно-мотивационный) критерий:

B–C (Деятельностный) критерий:

A–B–C (Моделирующий) критерий: .

Алгоритм вычисления оценки ABC-способностей

Создавая курс, позволяющий преподавателю рассчитывать ABC-способности студентов, следует в первую очередь оценить его сложность по A, B, и C критериям [6, 7]. Для этого преподавателю сначала следует оценить по каждому из этих критериев задачи и тесты, созданные им. Далее студент проходит поэтапно все разделы, отвечая на вопросы предложенного теста и решая все представленные задачи. Все это оценивается преподавателем по A, B и C критериям, что позволяет рассчитать непосредственно уровни владения ABC-способностями студентов после прохождения ими курса [6].

Заметим, что любой курс можно разбить на произвольное количество разделов, для каждого из которых возможно определение сложности по A, B, C критериям. Если представим, что n – это общее количество разделов в курсе, то его сложность будет описана матрицей размерностью n×3, в которой номер раздела определяется номером строки, критерий – номером столбца, сложность раздела по критерию – значениями элементов. При этом столбцы соответствуют непосредственно критериям А, В, С, то есть первый столбец соответствует критерию A и т.д. Опираясь на содержание раздела и учитывая степень сложности вопросов и задач, преподаватель рассчитывает каждый из критериев. Допустим, значение элемента описывает сложность по критерию C из второго раздела курса.

.

Следовательно,

Рассмотрим ситуацию, когда каждый раздел с номером k имеет два теста POL и CHL, в которых mk вопросов, а также блок задач, содержащий wk задач. Тогда каждый раздел мы можем описать с помощью векторов Pk, Hk длины mk, и матрицей Tk размерностью wk×3. Каждый компонент вектора Pk содержит сложность вопроса теста POL, а Hk – сложность вопроса теста CHL. Номер строки элемента матрицы Tk соответствует номеру задачи в разделе, а номер столбца соответствует сложностям по критериям A, B, C соответственно.

.

Значения данных Tk определяются преподавателем при оценке им задач при заполнении раздела [8]. Вектора Pk, Hk определяются экспертами. Пусть вопросы теста POL раздела k оценены nk экспертами. И каждый эксперт оценил i вопрос теста POL в n-м разделе. Тогда вектор с оценками данного вопроса. Тогда значение сложности данного вопроса .

Сложность раздела по критериям A, B, C является суммой сложностей задач данного раздела по соответствующему критерию и впоследствии рассчитывается следующим образом:

.

Студент должен пройти все разделы для прохождения курса. После прохождения каждого раздела студент оценивается по каждому из критериев.

В каждом разделе студент дает ответы на вопросы теста и решает задачи, проверяемые впоследствии преподавателем. После прохождения раздела курса получают mk-элементные векторы оценок ak, bk из mk элементов, и ck из wk элементов. ak, bk – соответствуют оценкам на ответы вопросов тестов, ck – оценкам ответов на задачи соответственно. Компоненты и принимают дискретные значения 0 или 1, при этом 0 соответствует неверному ответу на вопрос с номером i, a 1 – верному. Компоненты принимают значения из отрезка [0,1], при этом 0 соответствует неверному решению на задачу с номером i, а 1 – полностью верному. По каждому из критериев результаты раздела вычисляются по следующей формуле:

Таким образом, после прохождения всех разделов курса имеем матрицу оценок студентов по критериям A,B,C размерности n×3

Общая оценка за n-й раздел вычисляется следующим образом:

Для раздела вычисляется оценка и по ней строится пирамида блума. Соответствия значений Q и уровня по пирамиде Блума представлены в табл. 1.

Таблица 1

Соответствия значений и уровня по пирамиде Блума

Если по каждому из критериев A, B, C результат студента превышает пороговое значение, общая оценка за раздел не менее 60 % , т.е.

то раздел считается пройденным. В зависимости от результата для каждого из критериев определяется уровень студента (табл. 2).

Таблица 2

Уровень студента

Если же студент получит менее 60 % хотя бы по одному критерию, то раздел не считается пройденным и студент проходит данный раздел заново.

После прохождения раздела для студента рассчитываются уровни владения A_студ, 〖 B〗_студ,C_студ способностями для данного курса на основании семи блоков. После прохождения всех разделов вычисляются уровни умения и знания студента владения ABC POL CHL способностями для данного курса, После этого представляются результаты студента для POL и CHL по пирамиде Блума (рис. 4).

Рис. 4. Схема организации учебных курсов

Реализация и обзор (практическая часть)

Для разработки данного веб-приложения использовался язык программирования Java и веб-фреймворк Play. Для хранения данных была выбрана база данных SQLite. Для оформления данного веб-приложения использовался HTML и CSS фреймворк bootstrap, также использовалась библиотека jQuery. Также использовался визуальный редактор текста ckeditor. Для визуализации результатов использовалась библиотека chart.js. При реализации данного веб-приложения использовалась среда разработки Intellij Idea.

В данном веб-приложении есть четыре типа пользователей: администратор, преподаватель, студент и эксперты. Среди них максимальными возможностями системного контроля обладает администратор. Этот тип пользователя имеет возможность присвоить учительский статус учетным записям. Он создается, когда система развернута со стандартным логином и паролем, которые должны быть изменены в целях безопасности. (рис. 5).

Администратор назначает преподавателя, задача которого – создание и редактирование курсов, открытие доступа студентам к своим курсам. Также преподаватель проверяет выполненные студентами задания и контролирует их результаты. Он не имеет доступа к курсам других преподавателей [9]. Каждый курс необходимо разделить на темы, которые включают в себя: Теоретический материал, Тест POL, CHL, Набор задач. Для заполнения лекций, теста или задач имеется визуальный текстовый редактор с возможностью добавления медиаматериалов. Также для каждой темы необходимо указать количество вопросов в тесте, количество задач. Для каждой задачи в тесте указывается сложность для каждого из параметров A, B, C (рис. 6).

Рис. 5. Окно определения пользователя

Рис. 6. Окно редактирования темы

Сложность тестов POL и CHL определяется экспертом, вопросы и ответы направляются эксперту, и эксперт оценивает сложность S (трудоемкость в мин/раб) теста [8]. Чтобы получить реальную сложность тестирования и определения подходящего времени, учитель отправляет вопросы и ответы как минимум пяти экспертам, а затем система выбирает наименьшее время и задает для студентов продолжительность (трудоемкость) тестирования V = 3*S (мин/раб) (табл. 3) [8].

Таблица 3

Наблюдаемые частоты, полученные в ходе тестирования [6]

Далее необходимо выбрать студентов для прохождения данного курса и открыть им доступ. Студенты затем проходят тесты и решают задачи. Далее преподаватель проверяет правильность решения задач и подсчитывает результаты для данной темы. Если оценка студента меньше пороговой, то для того, чтобы попытаться повторно пройти тест, ему необходимо вернуться к предыдущим темам, связанным с данной по соответствующему критерию. Студент и преподаватель могут просмотреть визуализацию и описание этих результатов (рис. 7, табл. 4).

Рис. 7. Промежуточное окно визуализации результатов

После завершения курса вы можете просмотреть визуализированные общие результаты, а также ответы ученика на тест и задания (рис. 8).

Рис. 8. Оценка по шкале качества владения компетенцией

После этого общий результат теста POL и CHL представляется в соответствии с пирамидой Блума (рис. 9).

Заключение

Разработан редактор курсов в виде веб-приложения для адаптивной подготовки студентов, позволяющий оценить и визуализировать уровень ABC-способностей студента. Система предоставляет преподавателям удобный инструмент для создания курсов, позволяет оценивать студентов автоматически по всем критериям, просматривать результаты оценки студентов в текстовом и графическом виде, определить время тестирования на основания сложности вопросов, оценка знания студента (POL, CHL) сравнивается с пирамидой Блума. Для выполнения поставленных задач система имеет удобный интерфейс.