Система контроля знаний

 

Министерство  образования республики Беларусь

Белорусский национальный технический  университет


Машиностроительный  факультет

 

Кафедра "Интеллектуальные системы"

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине

 

"Машинный интеллект и нейронные сети"

 

на тему

 

"Система  контроля знаний"

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил

студент гр.103719                                                                          

 

 

Проверил                                                                                        

 

 

 

 

 

Минск 2013

Введение 4

1. Описание предметной области 5

2. Описание контроля знаний 9

2.1. Цели и задачи системы контроля знаний 9

2.2. Описание системы контроля знаний 10

2.3. Описание теста 12

2.4. Типы данных 13

2.5. Оценка ответов 13

2.6. Автоматизированная информационная система контроля знаний 14

3. Описание инструментальных средств 18

4. Описание разработанных модулей 20

5. Описание рабочей системы 23

6. “Цветовой портрет” авторов 26

7. Применение закона Паретто к статистическим показателям 29

Заключение 32

Литература 33

 

 

Введение

Одним из важных условий повышения эффективности и качества обучения в учебных заведениях является объективная информация об исходном уровне знаний учащихся и их пополнении в различные периоды обучения. Источником такой информации является педагогический контроль знаний.

Проблема контроля и оценки учебных достижений учащихся постоянно находится в центре внимания, как теоретиков, так и практических работников сферы образования. Наиболее актуальными на современном этапе развития средней специальной школы являются вопросы организации контроля усвоения учебного материала и разработки инструментария, обеспечивающего объективность оценки [1].

Контроль знаний учащихся является составной частью процесса обучения. По определению контроль - это соотношение достигнутых результатов с запланированными целями обучения. От его правильной организации во многом зависят эффективность управления учебно-воспитательным процессом и качество подготовки специалиста. Правильно поставленный контроль учебной деятельности учащихся позволяет преподавателю оценивать получаемые ими знания, умения и навыки, вовремя оказать необходимую помощь и добиться поставленных целей обучения. Все это в совокупности создает благоприятные условия для развития познавательных способностей учащихся и активизации их самостоятельной работы на занятиях. Использование разнообразных форм и методов контроля знаний позволяет избежать однообразия, которое снижает ценность проверки и делает уроки монотонными, разнообразие форм контроля на одном занятии, на разных его этапах менее утомляет, лучше активизирует мыслительную, познавательную деятельность учащихся. Работа в парах является такой формой контроля, которая осуществляется посредством взаимодействия учащихся.

 

  1. Описание  предметной области

Термин “контроль” происходит с французского и означает – «проверка, а также наблюдение с целью проверки». В русском языке это слово употребляется, по крайней мере, с начала XVIII века.

Основная  цель контроля знаний и умений состоит  в обнаружении достижений, успехов  учащихся, в указании путей совершенствования, углубления знаний, умений, с тем, чтобы создавались условия для последующего включения обучающихся в активную творческую деятельность.

Эта цель в первую очередь связана с  определением качества усвоения обучающимися учебного материала – уровня овладения  знаниями, умениями и навыками, предусмотренными программой по предмету.

Во-вторых, конкретизация основной цели контроля связана с обучением учеников приемам взаимоконтроля и самоконтроля, формированием потребности в  самоконтроле и взаимоконтроле.

В-третьих, эта цель предполагает воспитание у  обучающихся таких качеств личности, как ответственность за выполненную  работу, проявление инициативы.

Если  перечисленные цели контроля знаний и умений реализовать, то можно говорить о том, что контроль выполняет  следующие функции:

  • контролирующую;
  • обучающую;
  • диагностическую;
  • прогностическую;
  • развивающую;
  • ориентирующую;
  • воспитывающую.

Контролирующая  функция состоит в выявлении  состояния знаний и умений учащихся, уровня их умственного развития, в  изучении степени усвоения приемов  познавательной деятельности, навыков  рационального учебного труда.

 При  помощи контроля определяется  исходный уровень для дальнейшего  овладения знаниями, умениями и  навыками, изучается глубина и  объем их усвоения. Сравнивается  планируемое с действительными  результатами, усваивается эффективность  используемых учителем методов,  форм и средств обучения.

Обучающая функция контроля заключается в  совершенствовании знаний и умений, их систематизации. В процессе проверки учащиеся проверяют и закрепляют изученный материал. Они не только воспроизводят ранее изученное, но и применяют знания и умения в новой ситуации.

 Проверка  помогает учащимся выделить главное,  основное в изученном материале,  сделать проверяемые знания и  умения более ясными и точными.  Контроль способствует также  обобщению и систематизации знаний.

Сущность  диагностической функции контроля – в получении информации об ошибках, недочетах и пробелах в знаниях  и умениях учащихся в овладении  учебным материалом, о числе, характере  ошибок. Результаты диагностических  проверок помогают выбрать наиболее интенсивную методику обучения, а  также уточнить направление дальнейшего  совершенствования содержания методов  и средств обучения.

Прогностическая функция проверки служит получению  опережающей информации в учебно-воспитательном процессе. В результате проверки получают основания для прогноза о ходе определенного отрезка учебного процесса: достаточно ли сформированы конкретные знания, умения и навыки для усвоения последующей порции учебного материала (раздела, темы).

 Результаты  прогноза используют для создания  модели дальнейшего поведения  учащегося, допускающего сегодня  ошибки данного типа или имеющего  определенные проблемы в системе  приемов познавательной деятельности.

Прогноз помогает получить верные выводы для  дальнейшего планирования и осуществления  учебного процесса.

Развивающая функция контроля состоит в стимулировании познавательной активности учащихся, в развитии их творческих способностей. Контроль обладает исключительными  возможностями в развитии учащихся. В процессе контроля развиваются  речь, память, внимание, воображение, воля и мышление студентов. Контроль оказывает  большое влияние на развитие и  проявление таких качеств личности, как способности, склонности, интересы, потребности.

Сущность  ориентирующей функции контроля – в получении информации о  степени достижения цели обучения отдельным  учащимся и группой в целом  – насколько усвоен и как глубоко  изучен учебный материал. Контроль ориентирует учащихся в их затруднениях и достижениях.

Вскрывая  пробелы, ошибки и недочеты учащихся, он указывает им направления приложения сил по совершенствованию знаний и умений. Контроль помогает учащемуся  лучше узнать самого себя, оценить  свои знания и возможности.

Воспитывающая функция контроля состоит в воспитании у учащихся ответственного отношения  к учению, дисциплины, аккуратности, честности. Проверка побуждает студентов более серьезно и регулярно контролировать себя при выполнении заданий. Она является условием воспитания твердой воли, настойчивости, привычки к регулярному труду.

Выделение функции контроля подчеркивает его  роль и знание в процессе обучения. В учебном процессе сами функции  проявляются в разной степени  и различных сочетаниях. Реализация выделенных функций на практике делает контроль более эффективным, а также  эффективней становится и сам  учебный процесс.

Контроль  должен быть:

  • целенаправленным,
  • объективным,
  • всесторонним,
  • регулярным,
  • индивидуальным.

Раскроем  эти принципы контроля подробнее.

  1. целенаправленность предполагает четкое определение цели каждой проверки. Постановка цели определяет всю дальнейшую работу по обоснованию используемых форм, видов, методов и средств контроля.

Цели  контроля предполагают ответы на следующие  вопросы:

  • что должно проверяться,
  • кто должен опрашиваться,
  • какие выводы можно будет сделать на основе результатов проверки,
  • какой ожидается эффект от проведения проверки.

При конкретизации  целей контроля исходят из целей  воспитания, развития и обучения учащихся, которые реализуются на данном этапе  обучения.

  1. объективность контроля предупреждает случаи субъективных и ошибочных суждений, которые искажают действительную успеваемость учащихся и снижают воспитательное значение контроля. Объективность контроля зависит от многих факторов.

Среди них  выделяют следующие:

  • четкое выделение общих и конкретных целей обучения,
  • обоснованность выделения и отбора содержания контроля,
  • обеспеченность методами обработки, анализа и оценивания результатов контроля,
  • организованность проведения контроля.

От решения  этих вопросов во многом зависит объективность  и качество контроля.

  1. под всесторонностью контроля понимают охват большого по содержанию проверяемого материала. Этот принцип включает в себя усвоение основных идей данного курса, и усвоение учебного материала по определенным содержательным, стержневым линиям курса, и знание учащимися отдельных и существенных фактов, понятий, закономерностей, способов действий и способов деятельности.
  2. под регулярностью подразумевается систематический контроль, который сочетается с самим учебным процессом.
  3. индивидуальность контроля требует оценки знаний, умений, навыков каждого обучающегося [2].

Графически  область применения разработки системы  контроля знаний изображена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 –  Графическое изображение предметной области

 

1 – преподаватель  анализирует учебную дисциплину;

2 – преподаватель  формирует тест для студентов;

3 – студентам  выдается тест;

4 – студенты  проходят тестирование;

5 – преподаватель  проверяет тесты студентов (обработка  эмпирических данных);

6 – преподаватель формирует результаты тестирования;

7 – студенты  просматривают результаты своих  тестов;

8 – преподаватель  проводит корректировку теста  на основании полученных результатов. 

  1. Описание  контроля знаний

Одной из наиболее сложных задач при создании программных средств учебного назначения является контроль знаний. В настоящее  время существует большое количество систем контроля знаний (СКЗ), как выполненных  в виде отдельных программных  продуктов, так и встроенных в  обучающие системы. Отсутствие стандарта  или хотя бы общепринятых норм и  правил написания таких систем привело  к тому, что практически каждая из них является "вещью в себе" и используется, за редким исключением, только ее собственными разработчиками.

Использование языка описания системы контроля знаний делает создаваемые тесты переносимыми на различные программные и аппаратные платформы (без изменения самих тестов). При создании языка учитывались используемые на практике типы вопросов и ответов и возможность подключения внешних модулей.

    1. Цели  и задачи системы контроля знаний

Создание  языка описания СКЗ решает такие  задачи, как:

  1. Стандартизация и унификация СКЗ. Разработка развитого средства описания СКЗ позволяет:
  • унифицировать интерфейс, т.е. использовать одну и ту же оболочку для различных контролирующих и тестовых систем, что приведет к снижению трудозатрат пользователя на изучение системы и позволит ему сосредоточиться на ответах на вопросы;
  • создавать разные оболочки для одного и того же набора контрольных заданий, адаптируя систему для различных операционных систем, аппаратных платформ и требований по организации интерфейса.
  1. Переход на качественно более высокий уровень общения СКЗ и обучаемого, реализация полноценной обратной связи "обучающая система – обучаемый".

СКЗ  позволяет обеспечить все необходимые функциональные возможности для разработки тестовых заданий и тестов, организации проведения индивидуального и массового тестирования, в том числе в системе дистанционного образования, адекватно оценить уровень подготовки учащихся, прошедших тест, оценить качество самого теста, а также отдельных тестовых заданий.

На рисунке 2.1.1 приведены основные задачи, решаемые пользователями системы.

Рисунок 2.1.1 – Физическая структура системы

    1. Описание  системы контроля знаний

 

Любая система  контроля знаний включает в себя множество  предлагаемых вопросов, правильные ответы на них и правила определения  корректности ответов, полученных в  ходе опроса. Поэтому описание СКЗ  состоит из следующих частей:

  1. описание вопросов;
  2. описание ответов, включающее эталоны ответов, методы определения правильности и оценки за правильные ответы;
  3. описание алгоритма контроля знаний (правил формирования списка контрольных заданий на основании характеристик самих заданий).

Язык имеет декларативный характер, что позволяет отделить описание теста от его алгоритмической реализации, сделать его переносимым и предоставить некоторую свободу разработчику.

На основании анализа существующих тестовых систем можно выделить:

  1. типы вопросов (по форме представления):
  • текст;
  • изображение;
  • процесс;
  • речевое сообщение (сводимо к типам "текст" и/или "процесс").
  1. типы ответов (по форме ввода и представления):
  • множество элементов (неупорядоченное);
  • список элементов (упорядоченный);
  • выражение (арифметическое);
  • фраза (текст);
  • рисунок;
  • речевое сообщение (сводимо к фразе).

Схематическое представление системы контроля знаний показано на рисунке 2.2.1.

Рисунок 2.2.1 – Схема системы представления  знаний

 

Одно  из ключевых значений в системе контроля знаний принадлежит тесту.

Тест  – проверка на пригодность к выполнению каких-либо функций. Тестирование сейчас применяется в разных областях деятельности: медицине, психологии, программировании. Но чаще всего слово «тест» ассоциируется с методом проверки знаний учащихся.

 Традиционные  педагогические тесты представляют  собой перечень вопросов и  заданий разного уровня сложности.  Существуют следующие типы заданий:

- с выбором  одного правильного ответа (закрытые);

- с выбором  нескольких правильных ответов(закрытые);

- с выбором  неправильного ответа;

- на  установление соответствия;

- на  установление последовательности;

- задания,  где требуется самостоятельно  вписать ответ (открытые).

 В  зависимости от сложности вопроса,  ответы оцениваются в разное  количество баллов.

 Тестирование  ставит всех участников в равные  условия. Поэтому такой метод проверки знаний более справедливый, чем традиционная проверка знаний [3]. Далее рассмотрим описание теста.

    1. Описание  теста

Описание  теста хранится в текстовом файле и представляет собой последовательность блоков описаний вопросов, ответов и типов контроля. Каждая фраза (блок) начинается с одного из ключевых слов ВОПРОС, ОТВЕТ, КОНТРОЛЬ_ПО_ТЕМЕ или СПИСОК_ТЕМ и заканчивается ключевым словом КОНЕЦ. Внутри каждой фразы (в произвольном порядке) располагаются ключевые слова, определяемые типом фразы, и данные, относящиеся к этим ключевым словам. Необязательные ключевые слова могут быть опущены.

Комментарии. Тип комментария – строчный. В  качестве символа начала комментария  используется символ ‘*’(звездочка), стоящий  в начале строки.

Разделители. Разделителями лексем являются символы пробела, табуляции и перевода строки. Кроме того, символы ‘=’ и ‘:’ (знак равенства и двоеточие) являются специальными разделителями; они рассматриваются как разделители наряду с пробелами и табуляциями, но должны стоять в местах, определенных синтаксисом описания.

Идентификатор является произвольной последовательностью  символов длиной не более 255. Если идентификатор  содержит пробелы, он должен быть заключен в двойные кавычки.

Система нечувствительна к регистру: идентификаторы и ключевые слова могут быть написаны как прописными, так и строчными  буквами. Текст, заключенный в двойные  кавычки, воспринимается так, как он записан, т.е. с учетом регистра.

    1. Типы  данных

В качестве данных система воспринимает идентификаторы – последовательности символов, не содержащие пробелов;

  • строки – произвольные последовательности символов, заключенные в двойные кавычки;
  • выражения – вычислимые последовательности символов (констант и идентификаторов, имеющих значение), разделенные знаками арифметических операций.

    1. Оценка  ответов

Алгоритм  формирования оценки ответа определяется типом ответа. С практической точки  зрения можно выделить следующие  типы ответов:

  • множество элементов (неупорядоченное). Правильность ответа оценивается путем сравнения множеств.
  • список элементов (упорядоченный). Правильность ответа проверяется путем определения сходства списков.
  • выражение (арифметическое). Для выражения должны быть определены эталон (правильное значение) и допустимая погрешность ɛ.
  • фраза (текст). Указывается эталон и способ анализа:
  • полное/частичное совпадение на лексическом уровне;
  • полное/частичное совпадение на синтаксическом уровне;
  • полное/частичное совпадение на семантическом уровне;
  • рисунок (изображение).

Сравнение рисунков подразумевает задание эталона и анализ сходства изображений, выявление характерных участков и т.п.

Сравнение рисунков как отдельную сложную  задачу предлагается вынести за рамки  ядра тестовой системы и реализовать  в виде внешней утилиты.

После оценки ответов система контроля знаний результаты теста и в соответствии с ними для обучающихся приводятся рекомендации.

  1. Если тест сдан на отлично, то обучающийся переводится на следующую ступень обучения;
  2. Если тест сдан на удовлетворительно, то обучающемуся рекомендуется повторить определенные главы предмета и затем он переводится на следующий курс.
  3. Если тест не сдан, то обучающийся сразу отправляется на повторный срок обучения по этой дисциплине [4].

 

    1. Автоматизированная  информационная система контроля знаний

Автоматизированные информационные системы контроля знаний (АИСКЗ) используются во многих областях, например:

  • при проведении пробных ЕГЭ;
  • при принятии теоретического экзамена в ГАИ;
  • в различных тестах в интернете (учебные, социологические опросы и т.д.).

АИСКЗ имеют ряд преимуществ  по сравнению с традиционными  методами контроля:

  1. Процесс проверки заданий автоматизирован.
  2. Выставление оценок происходит на основании количества правильно выполненных заданий теста.
  3. Контроль знаний можно проводить на каждом занятии, так как такой контроль при малом количестве вопросов, выполняется очень быстро.
  4. Оценка за знания ставится объективно и не зависит от преподавателя.
  5. Все результаты проведенных тестов сохраняются, и всегда можно повторно вернуться к результатам.
  6. У преподавателя всегда есть статистика по успеваемости учащихся.
  7. Высокий уровень масштабируемости тестовых систем.
  8. Хорошая защита от фальсификации результатов тестирования.
  9. Возможность дистанционной проверки знаний учащегося находящегося, вне учебного заведения (например, по причине болезни)

Чтобы обеспечить совместимость с  различными типами компьютеров и  различными ОС, в качестве рабочей  среды АИСКЗ нами был выбран Интернет (тип приложения – Web-приложение). Для работы Web-приложения нужен Web-браузер, который по умолчанию всегда устанавливается в современных операционных системах, поэтому преимущество такой схемы очевидно. Отсутствие Интернета не мешает использовать АИСКЗ, так как в любом учебном заведении есть локальная вычислительная сеть, и АИСКЗ можем быть установлена на Web-сервер этой сети.

На рисунке 2.6.1 представлен процесс взаимодействия пользователя с АИСКЗ.

Рисунок 2.6.1 – Взаимодействие пользователя с АИСКЗ

Пользователь составляет запрос посредством  своего браузера, (браузер может  быть любой – Internet Explorer, Opera, Mozilla Firefox, Google Chrome). Браузер пользователя формирует запрос и передает его сетевой подсистеме операционной системы, которая посылает запрос на сервер, на котором находится АИСКЗ посредством канала связи (каналом может выступать Интернет или локальная сеть). Сервер принимает запрос, и передает запрос АИСКЗ. Скрипты АИСКЗ обрабатывают полученный запрос, и результат выполнения запроса пересылают обратно пользователю.

На рисунке 2.6.2 представлена логическая структура АИСКЗ.

Рисунок 2.6.2 – Логическая структура АИСКЗ

 

Пользователь формирует запрос на получение HTML-документа с PHP-кодом (например, запрос на вывод оценок какого-либо ученика) с помощью браузера и передает его Web-серверу через канал связи. Web-сервер, получив запрос, передает управление запрошенному PHP- скрипту. PHP- скрипт делает запрос на выбор данных из базы данных АИСКЗ и формирует HTML-документ на основе полученных данных. Далее HTML-документ отправляется через канал связи обратно в браузер пользователя.

На рисунке 2.6.3 представлена физическая структура АИСКЗ.

 

 

Рисунок 2.6.3 – Физическая структура АИСКЗ

 

На схеме показано взаимодействие учеников и преподавателей с АИСКЗ. Ученики проходят тесты, отправляют результаты на Web-сервер через Интернет или Интранет. АИСКЗ записывает все результаты в базу данных АИСКЗ. Ученики могут запросить у АИСКЗ просмотр своих результатов. Преподаватели разрабатывают тестовые задания, и помещают их в базу данных АИСКЗ. Также они могут получить отчеты о выполненном тестировании.

Для создания системы используют следующие  технологии:

  • XHTML – для разметки текста на странице.
  • CSS – для описания внешнего вида системы.
  • JavaScript – для обеспечения в системе интерактивности и обеспечения безопасности вводимых данных в систему.
  • PHP  – для написания всей вычислительной части системы и работы с базой данных.
  • MySQL – для хранения тестов, оценок, журналов АИСКЗ.

 

  1. Описание  инструментальных средств

Для разработки теста была выбрана система тестирования INDIGO – это универсальный инструмент автоматизации процесса тестирования и обработки результатов, который можно использовать для решения широкого спектра задач: