Авторская система TeachLab CourseMaster
Авторская система TeachLab CourseMaster
Авторская система TeachLab CourseMaster
А.А. Пугачев, кафедра математики и информатики
Улан-Удэнский филиал Восточно-Сибирского института МВД
России,
Улан-Удэ, Россия
Введение
Анализ
опыта внедрения в школах, вузах и различных предприятиях, компьютерных программ
учебного назначения показывает, что важным фактором, препятствующим их широкому
применению, является неполное соответствие предлагаемого материала идеям и
методам преподавания той или иной дисциплины. Многие педагоги проявляют
значительную осторожность в использовании обучающих программ и педагогических
программных средств. Идеальным решением этой проблемы является полный учет
требований пользователя (преподавателя), что практически недостижимо. В
настоящее время в сфере разработки обучающих и других учебных программ
доминируют интересы и предпочтения производителя, то есть
программистов-разработчиков компьютерных программ. В печати и на конференциях
различного уровня не раз высказывалось мнение, что современному педагогу,
скорее нужен не диск с полным мультимедийным курсом по предмету, а некоторые
элементарные кирпичики, которые он мог бы использовать в качестве красочных
иллюстраций своих идей и методов и которые более органично вписались бы в
традицию использования наглядных пособий, подбираемых педагогом для своего
занятия.
В
связи с этим представляется целесообразным создание не законченной обучающей
продукции, а своеобразных электронных конструкторов - инструментальных
программных средств (авторских систем) для создания педагогом собственных ЭУК.
В настоящее время существует довольно много таких систем, как коммерческих, так
и исследовательского уровня, различающихся простотой освоения, предоставляемыми
возможностями, стоимостью и т.д. В рамках данной статьи рассмотрена авторская
система TeachLab CourseMaster ( http://teachlab.km.ru). Система TeachLab
CourseMaster предназначена, в первую очередь, для создания адаптивных
электронных учебных курсов.
Основные
возможности системы, приведены ниже:
Представление
в ЭУК предметных, педагогических и диагностических знаний.
Формирование
и поддержка Модели обучаемого.
Адаптация
к предметной области.
Адаптация
к уровню знаний и умений разработчика электронных курсов
Использование
коммуникационного посредника (Ассистента), позволяющего переключить обучаемого
из коммуникации "человек-человек" в коммуникацию
"человек-компьютер".
Визуальная
среда проектирования страниц курса.
Наличие
объектно-ориентированного языка программирования (Object Pascal, Visual Basic,
JavaScript).
Простые
механизмы подключения дополнительных библиотек обучающих компонент и элементов
управления ActiveX.
Представление
знаний в системе
Система
обеспечивает представление в электронном учебном курсе предметных, педагогических
и диагностических знаний [Норенков Ю. И., 1993].
К
предметным знаниям отнесены: учебный материал, знания, способствующие поиску
требуемой информации, и знания о структуре предметной области.
В
системе CourseMaster учебный материал представлен в виде страниц учебного
курса, которые обладают следующими свойствами:
каждая
страница курса имеет атрибуты, назначаемые автором и классифицирующие учебный
материал по различным критериям (уровень представления учебного материала,
уровень усвоения учебного материала, уровень осознанности [Беспалько В. П.,
1977]);
страница
курса содержит специальные данные, облегчающие поиск содержащейся в ней
информации (метаданные);
страница
учебного курса может содержать гиперссылки на другие страницы курса и
диагностические знания;
информация
на страницах курса может быть представлена в различных формах (текст,
графические образы, диаграммы, видео, аудио и т.д.). Конкретное множество
допустимых видов информации задается реализацией, т.е. зависит от множества
используемых обучающих компонент;
каждый
из информационных элементов, составляющих страницу курса, обладает
определенными свойствами, которые могут изменяться в ходе процесса обучения.
Множество
страниц учебного курса, организованных определенным образом, образуют структуру
предметной области HS. Для каждого элемента t HS могут быть определены:
страница
учебного курса;
множество
диагностических учебных воздействий (пре- и пост-тестирование);
множество
педагогических знаний, осуществляющих управление процессом обучения и модификацию
модели обучаемого.
Представление
педагогических знаний
Для
реализации процесса адаптивного обучения необходимо планирование учебных
воздействий и корректировка получаемых планов в зависимости от успешности
усвоения материала. Оглавление учебного курса (структура предметной области)
содержит ссылки на предметные знания и задает отношения между темами учебного
материала. Его создание осуществляется разработчиком курса и оно остается
неизменным в процессе обучения. Между тем, необходимость индивидуализированного
подхода к обучению требует планирования учебных воздействий, как на основании
структуры предметных знаний, так и на основании модели конкретного обучаемого.
Управляющий
модуль системы целесообразно рассматривать как конечный автомат, который в
любой момент времени находится в некотором состоянии. Состояние автомата
однозначно определяется значениями его внутренних переменных. Изменение
состояния происходит после поступления внешнего воздействия, в данном случае -
действия обучаемого. Новое состояние определяется на основании поступившего
внешнего воздействия и предыдущего состояния и выбирается в соответствии с
функцией перехода, которая задается при помощи продукционных правил.
Таким
образом, для представления педагогических знаний в системе реализованы
следующие компоненты:
внутренняя
память, в которой хранятся значения переменных, и
множества
правил-продукций, анализирующих и изменяющих состояние данных переменных.
Для
хранения значения внутренних переменных используется Реестр системы - динамическая
база данных для хранения неоднородной информации, индивидуальной для каждого
обучаемого.
В
Реестре выделены следующие подструктуры:
модель
обучаемого: уровень знаний, предпочтения и т.д.;
заметки
обучаемого;
протокол
работы обучаемого с системой, в котором сохраняются сведения о пройденном
учебном материале;
информация
о состоянии некоторых концептов предметной области и т.д.
Для
хранения практически всей указанной информации используются элементы (разбитые
на категории, секции) следующего вида:
Атрибут
= Значение
где
Атрибут - символьный идентификатор элемента Реестра: Значение - значение
данного элемента Реестра, принадлежащее к одному из следующих типов: логический
(Boolean), целый (Integer), вещественный (Float), строковый (String), поток (Stream),
компонент (Component).
Для
анализа и модификации содержимого Реестра используются продукционные правила,
генерируемые автоматически при проектировании курса или разрабатываемые автором
курса.
Каждое
продукционное правило имеет следующий формат:
Список
условий > Список действий
Список
условий правил составляется из операторов используемого языка программирования,
в частности, операторов, анализирующих состояние Реестра.
Список
действий также составляют операторы текущего языка программирования, в частности,
операторы, производящие модификацию Реестра.
Диагностические
знания
Диагностические
знания содержат сведения о способах и методах контроля знаний, умений и навыков
обучаемого (вопросы и упражнения).
В
рассматриваемой системе, по способу получения ответа, выделены следующие типы
(варианты) контрольных вопросов (упражнений):
упражнения
с заданным множеством ответов:
одиночный
выбор;
множественный
выбор;
ввод
с клавиатуры;
область
на рисунке;
соответствие;
иерархия;
упражнения
с присоединенной процедурой вывода и анализа ответов (свободно-конструируемые
вопросы).
Поддержка
вопросов с заданным множеством ответов - обязательное условие для любой
авторской системы современного уровня. Однако более полно контролировать
процессы усвоения знаний, формирования умений и навыков позволяют вопросы с
присоединенной процедурой вывода и анализа ответов (свободно конструируемые
вопросы).
В
чем суть вопросов этого типа? Практика показывает, что гораздо эффективнее, при
проверке знаний и умений, вместо вопроса, например, "Как создать новую
папку на Рабочем столе Windows?", потребовать - "Используя
контекстное меню, создайте папку на Рабочем столе Windows". В этом случае,
тестируемый, не выбирает правильный ответ из предложенных вариантов, а
выполняет набор действий, который приводит к желаемому результату. Именно такое
тестирование и позволяют реализовать свободно конструируемые вопросы.
Вопросы
этого типа - наиболее эффективный способ проверки знаний и умений, но платой за
эффективность является довольно высокая сложность разработки данных вопросов,
связанная с необходимостью знания основ программирования. Однако в будущем,
благодаря разработки специализированных компонент (в рамках данного проекта -
обучающих компонент), сложность проектирования данных вопросов значительно
снизится.
Для
вопросов любого типа в системе CourseMaster могут быть определены метаданные,
наличие которых позволяет генерировать тесты, индивидуализированные и
соответствующие параметрам запроса автора курса или системы, т.е. авторы могут точно
определить различные параметры опроса обучаемых, необходимые в некоторой точке
учебного курса: общее количество вопросов, пропорцию вопросов специфического
вида или специфичных тем, трудность, важность и т.д. В частности, использование
метаданных позволило реализовать такую функцию система как "Работа над
ошибками".
По
способу активации множество диагностических знаний разделено на следующие
подмножества:
упражнения,
активизируемые в процессе предварительного тестирования (например, при
инициализации стереотипной или оверлейной модели пользователя);
упражнения,
активизируемые, в результате выполнения некоторого правила;
упражнения,
закрепленные за некоторым концептом предметной области и активизируемые до или
после его изучения (пре- и пост-тестирование);
упражнения
для самоконтроля, активизируемые самим обучаемым в процессе работы с концептом
ПО (ссылки на такие упражнения задаются в соответствующем концепте).
Автоматизированное
оценивание уровня знаний и умений является в достаточной мере формальной
процедурой и его качество напрямую зависит от используемых алгоритмов. Для
информирования о результатах обучения и отражения динамики развития обучаемого
в системе CourseMaster использован алгоритм, в основу которого положена
многозначная логика с векторной семантикой VTF [Аршинский Л. В.,
1998, Аршинский Л. В., Пугачев А. А., 2001; Гаврилова, Хорошевский, 2000].
Данный алгоритм обеспечивает:
проведение
адаптивного тестирования;
формализованный,
однозначный и объективный порядок фиксирования результатов ответов на вопрос;
предоставление
возможности дифференцированного подхода к оцениванию результатов ответов на
каждый вопрос с учетом его параметров;
возможности
распознавания типа ошибки и соответствующего их оценивания;
получение
итоговой интегрированной оценки по результатам ответа на все вопросы;
приведение
итогового результата к оценке по традиционно используемой шкале;
достаточно
простую программную реализацию.
Важным
достоинством алгоритма является возможность естественным образом учитывать вес
каждого вопроса в тесте. Механизм задания весовых коэффициентов может быть
различен. В рассматриваемой системе вес вопроса (упражнения) определяется в
соответствии с системой дидактических показателей предложенных В.П. Беспалько
[Беспалько В.П., 1977]:
показатели
уровня представления учебного материала ( альфа);
показатели
уровня усвоения учебного материала ( бета);
показатели
качества усвоения (осознанность) ( гамма);
В
соответствии с данными показателями вес i-вопроса, определяется выражением
,
где
-
коэффициенты, определяющие приоритет того или иного показателя, - поправочный
коэффициент.
Существенным,
в данном подходе, является использование, наряду с понятием вес вопроса,
понятия - вес ответа, который определяется как степень соответствия j ответа
текущему вопросу, выраженная в процентах или долях единицы.
Итоговый
балл, получаемый тестируемым, при выполнении i задания теста определяется
выражением:
,
где
t
- тип вопроса (в настоящей работе: 0 - "одиночный выбор", 1-
"множественный выбор", 2 - "ввод с клавиатуры", 3 -
"область на рисунке", 6 - "соответствие" и 4, 5 -
"конструктор вопросов");
kij
- степень соответствия j ответа содержанию i вопроса;
NF
- число ответов выбранных неправильно (для вопросов "множественный
выбор" и "соответствие");
NT
- число ответов выбранных правильно (для вопросов "множественный
выбор" и "соответствие").
Адаптация к предметной области
Адаптация
к предметной области позиционирует систему CourseMaster, как совокупность
инструментальных средств, на базе которых появляется возможность разработки
учебных курсов из различных областей знаний. Технология положенная в основу
авторской системы инвариантна к различным предметным областям. Разумеется,
инвариантность не следует трактовать в абсолютном смысле. При переходе от одной
предметной области к другой отдельные составляющие технологии могут
модифицироваться (адаптироваться), однако ядро системы, реализующее общие
принципы и механизмы построения электронных учебных курсов, остается
неизменным.
Процедуры
адаптации к новым предметным областям достаточно гибкие, в результате чего
затраты, на настройку системы на новую предметную область, как минимум, на
порядок меньше затрат на разработку новой системы "с нуля".
Практической
стороной решения этой проблемы явилось:
наличие
в системе визуальных средств конструирования и корректировки интерфейса и
содержания учебного курса;
наличия
широкой палитры обучающих компонент и простых средств их включения в учебный
курс.
Процесс
конструирования страниц курса аналогичен процессу разработки программ в любой
среде визуального программирования, например, Delphi (Рисунок 2):
проектирование интерфейса путем манипуляции набором компонент и связывание их с
помощью кода на Object Pascal (VBScript или JavaScript).
Набор
компонент достаточно обширен (идентичен компонентам Delphi), кроме того,
предусмотрена возможность подключения дополнительных компонент и элементов
управления ActiveX, для расширения функциональных возможностей программы.
Рис.
3. Подключение компонент и элементов ActiveX.
Решение
некоторых типовых задач в системе TeachLab CourseMaster
При
разработке электронных учебных курсов естественно возникновение ряда типовых
задач и ситуаций. Методы и способы решения некоторых типовых задач рассмотрены
ниже.
Объединение
вопросов и упражнений в тесты
Тест
- объективное и стандартизированное измерение, легко поддающееся количественной
оценке, статистической обработке и сравнительному анализу.
Структурно
тест представляет собой взаимосвязанный набор из серий заданий равной
трудности, направленных на один объект исследования (тему, умение, навык и
т.п.).
При
проведении тестов с целью итогового контроля, определения общего уровня
владения предметом, диагностики знаний возникает задача проверки и оценки
знаний, умений и навыков испытуемого по широкому перечню областей, в то время,
как каждый конкретный тест обычно направлен на какой-то один объект
тестирования. В этом случае применяют так называемые "тестовые
батареи". Формально тестовая батарея представляет собой один большой тест,
измеряющий сразу несколько характеристик испытуемого.
Структура
тестовой батареи определяется структурой предметной области, и для ее
формирования разработан механизм, который позволяет из базового набора вопросов
и упражнений (тестов) формировать произвольные тестовые батареи.
Для
работы с тестовыми батареями, в системе TeachLab CourseMaster можно
использовать обучающий компонент TTestButton и/или встроенную функцию.
Обучающий
компонент TTestButton. Компонент имеет большое количество настраиваемых
свойств, но непосредственно на сеанс тестирования влияют только следующие:
Таблица
2. Свойства обучающего компонента TTestButton .
|