Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

ВЕБ-ПРИЛОЖЕНИЕ ДЛЯ АДАПТИВНОГО ОБУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТИВНЫХ СПОСОБНОСТЕЙ

Ниджрес Моатаз Талал 1 Нуриев Н.К. 1
1 ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет»
Результатом данной работы является разработка редактора курсов в виде веб-приложения для подготовки студентов, позволяющего оценить и визуализировать уровень проектно-конструктивных способностей (ABC) студента. Система предоставляет преподавателям удобный инструмент для создания курсов, позволяет следить за подготовкой студентов и автоматически оценивать знания и навыки студентов по всем критериям (познавательно-информационный, эмоционально-ценностный, конструктивно-алгоритмизирующий, потребностно-мотивационный, моделирующий, самореализации, деятельностный), просматривать результаты оценки студентов в текстовом и графическом виде. Кроме того, результаты оценки знаний студента (POL,CHL) сравниваются с пирамидой Блума. Для выполнения поставленных задач система имеет удобный интерфейс. Компетентность студента в некоторой деятельности определяется как умение и навыки студента на базе своих знаний разрешать проблемы до определенной сложности. Мы кластеризуем множество студентов внутри одной области деятельности и разделяем их на компетентных и некомпетентных студентов, строим квалиметрические шкалы: пятимерную и трехмерную. Обе эти шкалы опираются: 1) на закономерность «решение проблем в три операции»; 2) параметры , определяющие вероятность успешности; 3) экспертную оценку сложности проблем, решаемых на практике; 4) результаты тестов на полноту и целостность владения знаниями.
проектно-конструктивные способности (ABC)
уровень подготовки
визуализация
компетентность
точность результата тестирования
качество измерения
качество процедуры
продолжительность тестирования
сложность теста
1. Чошанов М.А. Дидактика и инженерия. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. 248 с.
2. Галимянов А.Ф., Исмагилова К.К., Старыгина С.Д. Метрики начальной культуры программирования студентов // Международный электронный журнал «Образовательные технологии и общество (Education Technology & Society)». 2014. № 17:4. С. 645–654.
3. Аль-Хашеди А.А., Обади А.А., Муршед Ф.А. Проектирование программного обеспечения умной образовательной системы на примере обучения решения систем линейных уравнений // Вестник Казанского технологического университета. 2017. № 20.1. С. 102–105.
4. Исмагилова К.К. Формирование математической культуры в современной профессиональной школе гуманитарного профиля. 2010. 27 c.
5. Обади А.А., Аль-Хашеди А.А., Муршед Ф.А. Проектирование программного обеспечения смартобразовательной системы на примере решения алгебраических и трансцендентных уравнений // Вестник технологического университета. 2016. Т. 19. № 10.
6. Нуриев Н.К., Старыгина С.Д., Гибадуллина Э.А. Дидактическая инженерия: проектирование систем обучения нового поколения // Интеграция образования. 2016. 20.3 (84).
7. Печеный Е.А., Старыгина С.Д. Дидактическая инженерия: модель построения оптимального расписания для поточного тестирования // Образовательные технологии и общество. 2017. № 20.4. С. 430–442.
8. Ниджрес Моатаз Талал. Модель организации процесса тестирования // Вестник Российского нового университета. Серия: Сложные системы: модели, анализ и управление. 2020. № 3. С. 153–163.
9. Гарифьянов Н.Ф., Нуриев Н.К. Дидактическая инженерия: практика реализации // Образовательные технологии и общество. 2016. № 19.4. С. 385–396.

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).

missing image file

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).

missing image file

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.

missing image file

Рис. 3. Пространственная модель [3]

Также рассчитываются следующие критерии:

A (Эмоционально-ценностный) критерий: missing image file

B (Конструктивный) критерий: missing image file

C (Познавательно-информационный) критерий: missing image file

A–B (Самореализации) критерий: missing image file

A–C (Потребностно-мотивационный) критерий: missing image file

B–C (Деятельностный) критерий: missing image file

A–B–C (Моделирующий) критерий: missing image file.

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 missing image file описывает сложность по критерию C из второго раздела курса.

missing image file.

Следовательно,

missing image file

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.

missing image file

missing image file.

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 missing image file вектор с оценками данного вопроса. Тогда значение сложности данного вопроса missing image file.

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

missing image file.

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

missing image file

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 missing image file и missing image file принимают дискретные значения 0 или 1, при этом 0 соответствует неверному ответу на вопрос с номером i, a 1 – верному. Компоненты missing image file 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:

missing image file

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

missing image file

Общая оценка за n-й раздел missing image file вычисляется следующим образом:

missing image file

missing image file

Для раздела вычисляется оценка missing image file 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

Уровень

Значение Q

Знание

0,6

Понимание

0,67

Использование

0,74

Анализ

0,81

Синтез

0,88

Оценка

0,94

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

missing image file

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

Таблица 2

Уровень студента

Уровень

Минимальный процент

Посредственный

60 %

Удовлетворительный

70 %

Хороший

80 %

Высокий

90 %

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).

missing image file

missing image file

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).

missing image file

Рис. 5. Окно определения пользователя

missing image file

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]

Вопросы

Ответы

Сложность (мин/раб.)

1

Вопрос

Ответ

1

2

Вопрос

Ответ

3

3

Вопрос

Ответ

2

4

Вопрос

Ответ

4

 

10

Вопрос

Ответ

4

Сложность (трудоемкость) теста S = 30

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).

missing image file

Рис. 7. Промежуточное окно визуализации результатов

Таблица 4

Промежуточное окно визуализации результатов

Уровень хорошо

A (Эмоционально-ценностный) критерий

B (Конструктивный) критерий

C (Познавательно-информационный) критерий

AB

(Самореализации) критерий

AC

(Потребностно-мотивационный) критерий

BC

(Деятельностный) критерий

ABC

(Моделирующий) критерий

Студент имеет возможность в некоторых случаях оценить красоту научных теорий и идей, роли научной символики и значения, возможности формализации научного стиля для решения практических задач. Имеет достаточную самостоятельность. Своевременно выполняет задачи, адекватно оценивает собственные достижения в области для решения научных задач

Студент имеет следующее качество: умение алгоритмизировать для решения большинства проблем, практических задач

Студент имеет следующее качество: хорошее знание научной теории, и символов, и аксиоматики, знает историю науки

Студент имеет следующие качества: хорошо развитые умения определять личные достоинства и недостатки в сфере научно-информационной культуры, определять резервы дальнейшего развития [4] научно-информационной культуры, целенаправленно регулировать развитие научно-информационной культуры

Студент имеет следующие качества: потребность в саморазвитии, необходимость применения научных методов и моделей для приложений, профессиональное осознание важности научно-информационной культуры

Студент имеет следующие качества: хорошую способность применять теоретические и практические знания на практике: умение перевести прикладную задачу на научном языке большинство прикладных задач, умение самостоятельно и правильно, поставить задачу и выбрать научные методы [4] исследований, умение построить научно-информационную модель для изучения его.

Целенаправленное саморазвитие

Студент имеет достаточно развитые умения анализа, прогнозирования

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

missing image file

Рис. 8. Оценка по шкале качества владения компетенцией

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

missing image file

Рис. 9. Оценка по шкале пирамиды Блума уровня знаний студента в POL и CHL

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.


Библиографическая ссылка

Ниджрес Моатаз Талал, Нуриев Н.К. ВЕБ-ПРИЛОЖЕНИЕ ДЛЯ АДАПТИВНОГО ОБУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТИВНЫХ СПОСОБНОСТЕЙ // Современные наукоемкие технологии. – 2021. – № 10. – С. 65-74;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=38856 (дата обращения: 08.08.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074