Методические возможности комплекса

В предлагаемой работе обсуждаются основные принципы построения универсального программного комплекса для контроля знаний учащихся. Комплекс был создан автором в 1992-1993 гг. на кафедре высшей математики Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева и там же успешно прошел испытания.

Образцы вопросов, которые могут быть предложены учащимся в данной системе, могут быть следующими.

ВОПРОС I.

Расположить множества в порядке вложенности (по возрастанию):

Z - множество целых чисел,

N - множество натуральных чисел,

С - множество комплексных чисел,

R - множество действительных чисел,

Q - множество рациональных чисел.

Примерный вид ответа: С R N Q Z.

Вероятность простого угадывания правильного ответа в этой задаче равна 1/120.

ВОПРОС 2.

Написать уравнение химической реакции взаимодействия калия с водой. В ответе ввести пропущенные в предложенном уравнении коэффициенты в порядке их следования (точке соответствует один коэффициент):

.К +.Н^О = .КОИ + .Н2 Примерный вид ответа; 1212

Вероятность простого угадывания правильного ответа в этой задаче не больше 1/81.

Ответы на вопросы 1 и 2 могут быть оценены по числу правильно введенных символов до первого неправильного. К вопросам такого типа можно отнести доказательства теорем, выводы формул, в которых проверяется логика рассуждений учащегося путем определения глубины понимания логических выкладок.

ВОПРОС 3.

Какому минимальному из множеств:

N - множество натуральных чисел,

Z - множество целых чисел,

Q - множество рациональных чисел,

I - множество иррациональных чисел,

R - множество действительных чисел,

С - множество комплексных чисел принадлежат следующие числа:

 ; 2;-2;0 ; 1.5; 2/3

Примерный вид ответа: NZQI R CR

Вероятность простого угадывания правильного ответа в этой задаче равна 1/6 .

ВОПРОС 4.

Ввести пропущенные в тексте буквы или символы в порядке их следования (точке соответствует один символ, отсутствие символа обозначается о ):

На тер.асе . близ коноплян.ика . небеэ.эвестная вдова Аграфсна Сав.нчна по-чс вала и.нодтншка местного под.ячего Аи. о л, о на Фил.нп.овнча в. негретом с мол.юсками к р.гу из росомахи.

Примерный вид ответа: sDnneu т'з ъ » а га п н

Вероятность простого угадывания правильного ответа не больше 1/86.

Ответы на вопросы 3 и 4 могут быть оценены по общему числу правильно введенных символов.

ВОПРОС 5.

Найти вероятность того, что случайно выбранный человек родился в понедельник.

ВОПРОС 6.

Определить возможные значения переменной I, если:

В ответе ввести возможные значения переменной I по возрастанию через точку с запятой.

Ответом на вопрос 5 является число, а на вопрос б — числовой вектор. Поэтому вероятность простого угадывания правильного ответа близка к нулю.

Вывод: Приведенные образцы вопросов трех типов показывают, что при помощи предлагаемого комплекса можно достаточно объективно оценить знания учащихся практически по всем учебным дисциплинам.

Технические возможности комплекса

Универсальный комплекс предлагает пользователям следующие технические возможности. За каждым компьютером могут работать одновременно двое учащихся. Каждому из них предоставляется половина экрана, на которой постоянно присутствует текст задачи. Ответы вводятся отвечающими поочередно. Благодаря этому компьютерный контроль можно проводить в нормальных учебных группах (20-24 чел.), используя стандартные классы в 10-12 РМУ.

Перед опросом преподавателем задается его длительность. По истечении этого времени учащийся не сможет ввести в компьютер ни одного символа. При таком ограничении времени не нужно упрашивать учащегося закончить работу. В течение опроса учащийся имеет возможность взглянуть на оставшееся для ответов время.

Числовые ответы опрашиваемый может вводить в виде арифметических формул с использованием стандартных операций сложения, вычитания, умножения, деления, возведения в степень, элементарных функций: ^J~x , е", 1п(х), sin(x), cos(x), tg(x), arcsin(x), arccos(x), arctg(x) и числа пи.

В одной из версий программы опроса учащемуся для ответа предлагается 3 попытки. Использование попыток дает опрашиваемому возможность исправить его арифметические ошибки, допущенные, например, из-за невнимательности. Но очередная попытка отнимает у опрашиваемого один балл: за правильный ответ с первой попытки учащийся получает 5 баллов, со второй попытки - 4 балла, с третьей - 3 балла.

Перед проведением опроса преподаватель задает весовые коэффициенты Р( для каждой задачи контрольной работы. В конце опроса учащемуся выставляется дробная оценка О с одним знаком после запятой по формуле:

где п - число вопросов контрольной работы, О. - оценка, полученная за ответ на i-п вопрос.      '

Таким образом, комплекс позволяет уточнить общепринятую систему оценок (2, 3, 4, 5).

Время подготовки к контрольной работе (КР) с вопросами, имеющимися в подготовленной заранее библиотеке, составляет от 3 до 5 мин.

Время t подготовки библиотеки с вопросами определяется по следующей формуле:

t = s + и + v,

где s - время составления задач для КР преподавателя на бумаге (за это время преподавателю необходимо составить несколько вариантов КР с истинными ответами), и — время набора вопросов в текстовом редакторе, v - время включения набранных файлов в систему комплекса.

Первые два слагаемых зависят от комплекса в меньшей степени, чем третье слагаемое. Поэтому универсальность комплекса определяется временем v. Для рассматриваемого комплекса включение в систему 5 Кб. (средний размер одного файла с вопросами) информации занимает от 10 сек. до 5 мин. Такое сильное колебание определяется правильностью заполнения файлов с вопросами. Но время v можно свести к нулю прн помощи встроенного редактора, который следил бы за правильностью построения файла в процессе его создания. Слагаемые s и и зависят от квалификации преподавателя и оператора, работающего с текстовым редактором.

Комплекс с точки зрения преподавателя

Связь преподавателя с библиотекой вопросов комплекса осуществляется через систему каталогов, которая создается оператором компьютерного класса и оформляется в виде документа., напечатанного на принтере РМП. Этот документ состоит из информационного листа для заполнения требований к проведению занятия и набора каталогов. Каждый каталог представлен в сжатой и расширенной формах.

Рассмотрим построение каталога по теме "Элементарная математика". Пусть сжатая форма этого каталога имеет вид:

Элементарная математика.

1.       Задачи с процентами (Иванов И.И.). PROC.ELE

2.       Задачи на пропорции (Петров П.П.). PROP.ELE

3.       Умножение дробей (Сидоров С.С). UMN.ELE

4.       Сложение дробей (Николаев Н.Н.). SUM.ELE

В этом случае каталог состоит из четырех типов задач, которые размещены а четырех файлах: PROC.ELE, PROP.ELE, UMN.ELE, SUM.ELE. В скобках указаны составители этих задач. В каждом файле несколько вариантов задач одинаковой сложности. Если число задач в файле не меньше числа учащихся в группе, то каждому опрашиваемому достанется "своя" задача. Для того чтобы узнать, какие задачи "скрываются" под названием "Задача с процентами", существует расширенная форма каталога, которая следует сразу же за сжатой формой. Для вышеприведенного каталога расширенная форма может иметь следующий вид:

1.       Задачи с процентами (Иванов И.И.). Найти число х, если 10% от него равны 20.

2.       Задачи на пропорции (Петров П.П.). Найти х из соотношения

10,5/х - (5/7)/0,15

3.  Умножение дробей (Сидоров С.С). Вычислить значение выражения:

(5/7 х 1,5) / (6/8 : 9/10)

4.  Сложение дробей (Николаев Н.Н.). Вычислить значение выражения:

(5/7 + 2) - ( 1 - 6/9)

В расширенной форме представлены задачи-образцы файлов каталога. Остальные задачи файлов того же уровня сложности, что и представленные в расширенной форме каталога. Каталогу присваивается шифр, совпадающий с типом файлов, входящих в каталог. Вышеуказанному каталогу присваивается шифр ELE.

Требование на проведение занятия в компьютерном классе заполняется в информационном листе по следующему образцу:

Преподаватель, группа, Дата и время, длительность опроса	Шифр каталога " Номер задачи Вес задачи
Семенов С.С. 10 а, 15.03.93, 9.00, 45 мин		ELE 4 3	3 4	1 5

ние задач КР, их весовые коэффициенты, максимальный рейтинг КР, а также журнал опроса, в котором имеются следующие сведения по каждому учащемуся: набранный рейтинг (S), дробная оценка (О) и оценки за ответы на все предложенные в КР вопросы. Например. Максимальный рейтинг: 12 баллов.

Фамилии	1	2	3	S	О
ИВАНОВ	5	3	0	5.4	2.3
ПЕТРОВ	4	—	0	3	1.0
СИДОРОВ	5	5	5	12	5.0

Данное требование означает следующее: преподаватель Семенов С.С. желает провести контрольную работу (КР) 15.03.93 в 9 часов в классе 10а длительностью в 45 мин. КР состоит иэ трех задач каталога ELE. Первой задачей КР будет задача на сложение дробей, второй -на произведение дробей, третьей - задача с процентами. Весовые коэффициенты для этих задач, задающие уровень их сложности, равны соответственно 3, 4, 5.

Далее, в указанное время преподаватель вместе с оператором класса проводит заказанную КР.

Многие преподаватели беспокоятся о том, что при использовании компьютерного контроля нарушается обратная связь: преподаватель не может проследить за ходом решения задач и указать учащимся на их ошибки. По этому поводу можно заметить следующее.

Во-первых, основной функцией КР является проверка усвоения учащимися пройденного материала. Практика же использования данного комплекса показала, что эта функция полностью выполняется системой, причем на достаточно объективном уровне.

Во-вторых, обратная связь, осуществляемая на безмашинном контроле срабатывает не всегда, а лишь в том случае, если учащийся настоит на объяснении решения той или иной задачи. При этом объяснение происходит через некоторое время после контроля, когда преподаватель проверит результаты и учащийся "слегка" забудет то, чем они занимались на КР. При использовании программного комплекса обратная связь срабатывает в процессе самого контроля. Настойчивость учащегося вынуждает преподавателя взглянуть на его неправильное решение и указать на ошибку, за которую тот получил неудовлетворительную оценку.

В-третьих, распечатка результатов опроса достаточно полно и ясно вырисовывает картину усвоения учащимися того или иного материала, который в случае отрицательного результата может быть закреплен на последующих занятиях.

Итак, присутствие, точнее, активное участие преподавателя при проведении компьютерного контроля обязательно. Сразу же после КР оператор выдает преподавателю листинг с результатами опроса, в котором указана следующая информация: длительность опроса, назва-

Комплекс с точки зрения оператора

Основные функции оператора компьютерного класса состоят в том, чтобы набрать файлы с вопросами в текстовом редакторе, включить их в систему, задать параметры опроса по требованию преподавателя, провести КР, обработать результаты опроса и выдать итоговую ведомость.

Для расширения библиотеки вопросов преподаватель может составить и собственные для контроля знаний. Предположим, что ему нужно провести контроль по элементарной математике с использованием некоторых задач каталога ELE, а также включить в КР задачу на решение квадратных уравнений. Для этого преподаватель составляет задачи одинаковой сложности на выбранную тему, выписывает к каждой из них ответы и предлагает их оператору компьютерного класса. Получив эти задачи, оператор набирает их по определенному формату в файле (например KWADR.ELE), тип которого обязательно должен совпадать с шифром каталога. Умелый оператор затрачивает на 5 Кб информации в среднем от 30 до 60 мин. машинного времени.

После этого оператор должен включить набранный файл в систему комплекса. Вызвав управляющую программу комплекса, он выбирает режим регистрации файлов, указывает шифр каталога ELE, набирает имя файла, после чего происходит проверка на правильность заполнения файла. Если возникают ошибки, программа приостанавливает свое выполнение, давая возможность оператору зафиксировать ошибки. При наличии ошибок файл не регистрируется в системе, и оператор должен устранить их в текстовом редакторе. Если же ошибок нет, то оператор указывает тематическое название файла, предложенное преподавателем. После этого каталог ELE увеличится и будет содержать 5 файлов. Для информирования преподавателей оператор должен распечатать новый сжатый каталог ELE и дополнить расширенный каталог одной задачей на решение квадратного уравнения. Эти операции выполняются оператором в том же режиме регистрации. После этого преподаватель может заполнить требование на проведение КР в компьютерном классе. Если машинный контроль в данной группе проводится впервые, преподаватель

должен приложить к требованию список учащихся.

Получив требование, оператор должен задать параметры опроса. Вызвав управляющую программу, он выбирает режим подготовки к опросу. В условиях экранного редактора оператор указывает длительность опроса, набирает строку-комментарий о теме контроля, дате, номере группы, задает структуру билета, а именно шифр ELE, номера задач каталога с соответствующими весами, создает (или вызывает, если КР в данной группе проводится не впервые) список группы и формирует билеты для каждого учащегося. Целесообразность предварительного формирования билетов объясняется тем, что комплекс адаптирован для кольцевой сети и поэтому подбор вопросов для билета во время опроса существенно затянул бы проведение КР. На подготовку к КР оператор в среднем тратит от 2 до 5 мин.

Следующий этап состоит в проведении КР в компьютерном классе. Для этого он должен прийти за 10 мин. до начала занятия, загрузить операционную систему (ОС) и программу опроса с РМП на каждое РМУ. В процессе опроса оператор помогает учащимся разобраться с клавиатурой, фиксирует все недоразумения, возникающие в связи с тем, что "истинный" ответ к задаче на самом деле является таковым либо из-за ошибки преподавателя при составлении задачи, либо из-за невнимательности оператора при наборе файлов.

По окончании опроса оператор входит в режим обработки результатов, в котором он может устранить возникшие недоразумения, распечатать протокол опроса. В случае недоразумений оператор должен внести соответствующие изменения в файлы и перерегистрировать их.

Комплекс с точки зрения программиста

Комплекс состоит из командного управляющего файла, загрузочного модуля программы опроса, который рассылается сетевой программой-диспетчером на каждое РМУ, и загрузочного модуля сервисных программ регистрации файлов, задания параметров опроса и обработки результатов. Все программы, кроме программы опроса, имеют оверлейную структуру. Объектный модуль наибольшего оверлея не превосходит 20 Кб. Загрузочный модуль программы олроса не превосходит 38 Кб, сервисных программ - 200 Кб.

Комплекс снабжен анализатором формул, объектный модуль которого не превосходит 15 Кб. Анализатор проверяет синтаксис введенного арифметического выражения и в случае положительного' результата вычисляет его значение.

В системе используется редактор строки, который позволяет вводить с клавиатуры строку наперед заданной длины в любое место экрана дисплея. На основе этого редактора построены практически все программы комплекса и функционируют все экранные редакторы сервисных модулей.

В некоторых программах используется подпрограмма вывода содержимого текстового файла с вопросами на половину экрана.

Все программы комплекса реализованы на языке Паскаль в его минимальной конфигурации." Поэтому комплекс может быть легко адаптирован на любых типах компьютеров в любой локальной сети.

Опыт использования комплекса в вузе

Одна из версий описанного комплекса реализована и внедрена автором на кафедре высшей математики ТСХА в классе УК НЦ на базе центральной ЭВМ ДВК-4. На кафедре работают 13 преподавателей. При помощи созданного комплекса в 1992-1993 учебном году было проведено около 150 контрольных работ, что составило около 900 часов экономии преподавательского времени.

Вначале многие преподаватели, опа'саясь за объективность результатов, проводили сравнительный анализ результатов безмашинного контроля с результатами, полученными при помощи ЭВМ. Оказалось, что студенты, которые уверенно чувствовали себя на обычной КР, и в компьютерном классе получали положительные оценки. Случайных оценок практически не наблюдалось. При наличии файлов с большим количеством вопросов каждый учащийся работал со своим вариантом КР и списывание полностью исключалось. Помимо этого, комплекс позволяет полностью снять субъективный фактор при выставлении итоговой оценки, который очень часто присутствует при безмашинном контроле.

Множество проведенных КР подтвердило наличие обратной связи, которая в отличие от традиционной формы контроля осуществляется непосредственно на занятии. Получив неудовлетворительную оценку, каждый учащийся мог получить консультацию у преподавателя тут же, на занятии.

Некоторые преподаватели использовали комплекс в качестве тренажера, который вынуждал работать всю группу, а не 2-5 человек, как на обычном занятии. На каждом занятии чувствовался неподдельный интерес учащихся к компьютерной форме контроля.

Лекторы потоков получили уникальную возможность устанавливать одинаковые требования для всех групп своего потока и контролировать работу своих ассистентов.

Комплекс позволил освободить преподавателей от рутинной работы по составлению вариантов КР и проверке ее результатов. За один семестр учебного года преподавателями кафедры была подготовлена библиотека вопросов для контрольных работ объемом в 1 Мб. Каждый преподаватель может воспользоваться вариантами задач, составленными его коллегами, либо расширить библиотеку новыми задачами.