Применение технологии динамического компьютерного тестирования в управлении качеством обучения учащихся программированию

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение технологии динамического компьютерного тестирования в управлении качеством обучения учащихся программированию

Кузьмин Дмитрий Николаевич

Бортновский Сергей Витальевич

Космынина Ирина Николаевна

Аннотация

В статье предлагается решение проблемы управления качеством обучения учащихся программированию с помощью применения технологии динамического компьютерного тестирования в процессе обучения. Показаны особенности использования данной технологии. Описана структурно-функциональная модель обучающей и диагностирующей системы, а также процесс взаимодействия ее с учащимися. Представлены выводы о перспективе применения данной технологии в управлении качеством обучения учащихся программированию.

Abstract

USING THE TECHNOLOGY OF DYNAMIC COMPUTER TESTING IN MANAGING THE QUALITY OF STUDENTS' PROGRAMMING TRAINING

Kuzmin Dmitry N.

Assistant Professor at the Department of Information Technology in Education and Lifelong learning of Institute of Education, Psychology and Sociology, Siberian Federal University, PhD in Education

Bortnovsky Sergey V.

Assistant Director for Academic Affairs at the Institute of Mathematics, Physics and Informatics, Krasnoyarsk State Pedagogical University named after V. P. Astafiev, PhD in Technical Sciences, Associate Professor

Kosmynina Irina N.

Student in the master's program at the Department of Information Technology in Education and Lifelong learning of the Institute of Education, Psychology and Sociology, Siberian Federal University

The article proposes the solution to the problem of managing the quality of students' programming training. We propose to use a dynamic computer testing technology to solve this problem. The article presents some features of this technology. It also describes the structural-functional model of the training and diagnostic system as well as the process of interaction of student with the system. In addition, the article presents the conclusions on the perspective of the using this technology in managing the quality of students' programming training.

Проектирование и разработка средств компьютерного обеспечения учебного процесса в настоящее время является одним из приоритетных направлений в области информатизации образования. Востребованность разработки инновационных инструментов обусловлена тем, что многие традиционные методы обучения не позволяют преподавателю контролировать непосредственно сам процесс обучения.

Необходимо регулярно осуществлять обратную связь, несущую информацию о текущем этапе обучения, проводить оперативную обработку этой информации, принимать соответствующие решения по коррекции учебной деятельности учащихся. При этом далеко не каждая предметная область позволяет внедрение таких технологий. Из опыта проверки результатов ЕГЭ в Красноярском крае было выявлено, что одной из таких «проблемных» областей является программирование, которое изучается в рамках дисциплины «Информатика и ИКТ» [1, с. 62]. Исследователи и специалисты, изучающие данную область обучения, фиксируют выявленные проблемы в практике качественной диагностики и мониторинга результатов обучения.

В настоящее время наиболее популярным методом мониторинга результатов обучения является тестирование [2, с. 262]. Однако, несмотря на простоту, доступность и прочие преимущества тестового метода контроля, следует отметить, что широко распространенные классические тесты не позволяют извлекать информацию о деятельности учащегося в процессе выполнения задания. Таким образом, становится невозможным отслеживать процесс решения задания и выявить трудности, с которыми сталкивается учащийся во время решения.

В связи с этим особое значение приобретают альтернативные формы тестирования, основанные на взаимодействии учителя и ученика. Эти формы, помимо контроля и коррекции знаний и умений, предназначены для решения таких важных задач, как прогнозирование результатов обучения, диагностика способностей каждого учащегося, оценка эффективности технологии обучения. Такой подход к тестированию позволяет ввести более точные и беспристрастные критерии оценки хода учебного процесса и дает возможность быстро получить данные о затруднениях обучаемого.

На основании данных, полученных в ходе тестирования, учитель имеет возможность корректировать ход процесса обучения и направлять деятельность обучающихся в соответствии с установленными целями. В свою очередь, учащийся, получивший своевременную консультацию и помощь, способен осознать свою недостаточную подготовку в этой области и обеспечить ее своевременную ликвидацию.

Таким образом, для реализации такого подхода к тестированию на практике, в рамках выбранной предметной области - программирования, мы предлагаем вместо традиционных тестовых заданий использовать систему динамических тестов-тренажеров, позволяющих не только оценивать результаты обучения, но и управлять качеством обучения. Применение данной технологии в других предметных областях рассматривается в работах П.П. Дьячука, П.П. Дьячука (мл.), И.В. Шадрина [3-6].

Основным достоинством предлагаемой нами технологии, по сравнению с традиционным тестированием, является то, что компьютерные динамические тестовые задания дают учителю возможность получить необходимые данные о ходе выполнения задания, с одной стороны, и о степени формирования знаний, умений и навыков - с другой. Среди преимуществ можно также отметить то, базовый курс школьного программирования возможно почти полностью описать в предлагаемой тестовой системе.

Наряду с преимуществами динамического тестирования, есть также ряд недостатков, касающихся технологии разработки тестов-тренажеров, которые необходимо учитывать. К ним относятся относительная сложность создания качественных тестовых заданий, которые имеет показатели валидности, и необходимость разработки технических инструментов для использования тестов, что увеличивает затраты (но в то же время увеличивает эффективность рабочего процесса). Кроме того, наиболее неприятным моментом использования динамических тестов, по нашему мнению, является относительная сложность тестирования навыков, связанных с творческими, нестандартными подходами к решению проблемы.

В процессе разработки системы динамических тестов-тренажеров задач нами были выделены следующие возможности проектируемой системы:

• определение подхода учащихся к решению учебных задач;

• отсутствие навязанного алгоритма решения;

• осуществление обратной связи в процессе выполнения задания;

• возможность «подсказки» учащемуся в случае затруднения;

• контроль правильности решения;

• предоставление учащимся возможности визуального и аналитического сравнения собственного и эталонного решений задачи;

• ведение и запись в файл подробного протокола процесса выполнение задания;

• возможность хранения собранных данных и их статистическая обработка.

Для эффективного функционирования и удобства использования система должна обладать следующими техническими характеристиками:

• легкость в развертывании и обновлении системы;

• работа в локальной сети и обеспечение доступа к системе из максимально возможного количества учебных мест;

• кросс-платформенность, подразумевающая в том числе возможность доступа с личной техники студентов, используемой ими в процессе обучения;

• низкие системные требования;

• удобство использования системы как учащимися, так и преподавателем.

Исходя из перечисленных требований и характеристик, была разработана модель, и

выделены следующие основные компоненты системы:

• модуль генерации или выбора из базы данных задания;

• модуль разбора (парсер) исходного текста программы, вводимого обучающимся;

• редактор текста программы;

• модуль визуализации блок-схем;

• модуль, обеспечивающий связь и взаимодействие между остальными модулями (контроллер);

• модуль протоколирования действий студента.

Структурно-функциональная модель спроектированной и разработанной нами системы динамического компьютерного тестирования, состоящая из перечисленных выше компонентов, представлена на рис. 1.

Принцип работы с системой происходит следующим образом: на первом шаге необходимо открыть в браузере страницу доступа к системе. После загрузки страницы студент получает задание, состоящее из задачи задачу и блок-схемы эталонного решения на экране. Также учащийся имеет доступ к редактору кода. Задание формируется с помощью модуля, генерирующего задания, на основе критериев и условий, установленных преподавателем. После того, как задание сгенерировано, оно передается в контроллер и отображается на экране ученика. Таким образом, на этом этапе работы учащийся видит перед собой схему-образец и поле для ввода текста программного кода. После этого начинается второй этап работы системы.

Следующий шаг - работа студента с исходным кодом, его набор и редактирование. Для использования в системе нами был выбран язык Паскаль, так как он является одним из основных языков, используемых в обучении программированию как в школе, так и в вузе. При минимальных затратах система может быть «переобучена» другому языку программирования, например такому как Си. Вся деятельности учащегося с текстом программы отслеживаются и записываются в специальный файл-протокол вместе с примечаниями о времени, в которое произошло каждое действие. Эта функция возложена на базовый модуль, который обеспечивает мониторинг и редактирование событий, а также модуль регистрации действий ученика. В процессе редактирования текст программы, введенной учеником, постоянно анализируется в модуле синтаксического анализа, и отображаются предупреждения о возможных синтаксических ошибках.

После окончания редактирования кода учащиеся нажимают кнопку «Отправить работу», после чего дальнейшее изменение становится невозможным. Введенный текст программы анализируется синтаксическим анализатором, и полученное дерево разбора анализа используется модулем визуализации для построения соответствующей схемы. Эта диаграмма отображается вместе со справочной диаграммой и исходным кодом, чтобы учащийся мог сравнить свою версию с тем, что от него требовалось, путем анализа своих ошибок, если таковые имеются, как показано в примере на рис. 2.

При помощи клавиши Spaceобучающийся может переключаться между режимами сравнения самостоятельно выполненной и эталонной блок-схем, а также между самостоятельно выполненной блок-схемой и набранным кодом.

Система динамического компьютерного тестирования, используемая при изучении программирования, основана на следующих компонентах: современная концепция контроля и коррекции знаний, язык блок-схем, язык программирования, синтаксический анализ. В начале процесса разработки необходимо тщательно изучить предметную область, а именно язык блок-схем, языки программирования, теорию формальных грамматик и синтаксического анализа.

Умение работать с блок-схемами необходимо как на начальном этапе обучения программированию, так и при разработке крупных программных комплексов. Такое альтернативное описание алгоритма имеет высокую наглядность, и, следовательно, гораздо лучше воспринимается. Кроме того, блок-схемы активно используется в структурном программировании, а также для описания процесса работы отдельных устройств. Наряду с коммерческим, существует бесплатное программное обеспечение для автоматического создания схем и диаграмм из исходного кода и их создания вручную. К ним относятся: Dia, Kivio, OpenOffice. orgDraw. Среди коммерческих программ можно отметить Microsoft Visio, онлайн-сервисы Creative, LucidChart.

Однако из-за того, что мы столкнулись с задачей создания блок-схем на основе существующего исходного кода в режиме реального времени, мы не могли использовать какой-либо из этих программных продуктов. Поэтому для решения этой проблемы мы использовали такие инструменты, как HTML5 CANVASи библиотеку Raphaлl.

Библиотека, написанная на языке программирования JavaScript Raphaлl, использует для своей работы форматы SVG и VML и служит для облегчения работы с графикой в индустрии веб-технологий.

Несомненным преимуществом этой библиотеки является ее способность работать во всех современных браузерах, таких как Firefox и Opera. Кроме того, эта библиотека облегчает разработку блок-схем, поскольку библиотека значительно упрощает код, отвечающий за построение и рендеринг графики.

Технология разработки динамического компьютерного теста-тренажера, продемонстрированная в данной статье, позволяет прийти к выводу, что динамическое тестирование обладает значительным потенциалом для разработки и применения в управлении качеством обучения программированию в рамках курса «Информатика и ИКТ».

Описанный подход к тестированию является многообещающим и позволяет увидеть и проанализировать не только результаты тестирования, но и процесс поиска решений для учащихся в процессе тестирования.

Мы считаем, что использование такой системы динамического компьютерного тестирования позволит глубже понять тактику обучения программированию и может привести к появлению новых методов или подходов в педагогике. В настоящее время разработанная нами система используется в учебном процессе и постоянно совершенствуется.

Рис. 1. Структурно-функциональная модель диагностирующей компьютерной системы

Рис. 2. Процесс решения задания учащимся

Список литературы

компьютерное тестирование обучение программирование

1. Кузьмин Д.Н., Космынина И.Н. Из опыта проведения Единого государственного экзамена по информатике и ИКТ в Красноярском крае // Информатика и образование. - 2017. - № 9 (288). - С. 59-62.

2. Ефремова Т.П. Методы тестирования как оптимальный вариант контроля // Вестник ИрГТу. - 2011. - № 8 (55). - С. 262-266.

3. Компьютерные системы управления и диагностики учебной деятельности в условиях коммуникаций и ограничения ресурсов: моногр. - Красноярск: Красноярский гос. пед. ун-т им. В.П. Астафьева, 2014. - 280 с.

4. Бортновский С.В., Дьячук П.П., Дьячук (мл.) П.П. Компьютерная диагностика научения решению задач: результативный и процессуальный аспекты // Открытое образование. - 2011. - № 3. - С. 8-14.

5. Дьячук П.П. Система автоматического управления учебной деятельностью обучающегося // Информатика и образование. - 2010. - № 5. - С. 117-119.

6. Динамические компьютерные тесты учебной деятельности: учеб. пособие / И.В. Шадрин, П.П. Дьячук (мл.), П.П. Дьячук, Д.С. Бажин. - Красноярск: Краснояр. гос. пед. ун-т им. В.П. Астафьева, 2015. - 212 с.

7. Богуславский М.В., Неборский Е.В. Развитие конкурентоспособной системы высшего образования России: анализ проблемных факторов // Проблемы современного образования. - 2017. - № 2. - С. 45-56. - URL: http://pmedu.ru/images/pso2017-2/45-56.pdf(дата обращения: 01.03.2019).

8. Богуславский М. В., Неборский Е. В. Высшее образование в российской традиции: опыт и современность // Гуманитарные, социально-экономические и общественные науки. - Краснодар, 2014. - № 9. - С. 229-232.

References

1. KuzminD. N., KosmyninaI. N. IzopytaprovedeniyaEdinogogosudarstvennogoekzamenapoinformatikeiIKTvKrasnoyarskomkrae. Informatika i obrazovanie. 2017, No. 9 (288), pp. 59-62.

2. Efremova T.P. Metody testirovaniya kak optimalnyy variant kontrolya. Vestnik Ir- GTU. 2011, No. 8 (55), pp. 262-266.

3. Kompyuternyesistemyupravleniyaidiagnostikiuchebnoydeyatelnostivusloviyakhkommunikatsiyiogranicheniyaresursov: monogr. Krasnoyarsk: Krasnoyarskiy gos. ped. un-t im. V.P. Astafyeva, 2014. 280 p.

4. Bortnovskiy S.V., Dyachuk P.P, Dyachuk (Jr.) PP Kompyuternaya diagnostika naucheniya resheniyu zadach: rezultativnyy i protsessualnyy aspekty. Otkrytoe obrazovanie. 2011, No. 3, pp. 8-14.

5. DyachukP. P. Sistemaavtomaticheskogoupravleniyauchebnoydeyatelnostyuobu- chayushchegosya. Informatika i obrazovanie. 2010, No. 5, pp. 117-119.

6. ShadrinI. V., DyachukPP (Jr.), DyachukPP, BazhinD. S. Dinamicheskiekompyuternyetestyuchebnoydeyatelnosti: ucheb. posobie.Krasnoyarsk: Krasnoyar. gos. ped. un-t im. V. P Astafyeva, 2015. 212 p.

7. BoguslavskiyM. V., NeborskiyЕ. V. RazvitiekonkurentosposobnoysistemyvysshegoobrazovaniyaRossii: analizproblemnykhfaktorov. Problemy sovremennogo obrazovani- ya. 2017, No. 2, pp. 45-56. Available at:http://pmedu.ru/images/pso2017-2/45-56.pdf (accessed: 01.03.2019).

8. Boguslavskiy M.V., Neborskiy Е.V. Vysshee obrazovanie v rossiyskoy traditsii: opyt i sovremennost. Gumanitarnye, sotsialno-ekonomicheskie i obshchestvennye nauki. Krasnodar, 2014, No. 9, pp. 229-232.

Размещено на Allbest.ru