Введение
информационная обучающая система
Современные Web-технологии имеют весь необходимый потенциал для того, чтобы стать фундаментом для построения новейших образовательных сред - информационных обучающих систем (ИОС), которые удовлетворяют требованиям времени по предоставлению и распространению знаний. Главными достоинствами таких систем являются независимость расположения обучаемых и независимость от платформы обучения. Приложение, установленное и поддерживаемое на одном сервере, может дистанционно использоваться тысячами пользователей по всему миру, имеющих компьютер с любыми видом подключения к сети Internet. Тысячи обучающих курсов и приложений стали доступны посредством Internet за последние пять лет. Но проблема заключается в том, что большинство из них являются только сетью статичных гипертекстовых страниц.
Перспективной целью является разработка образовательных приложений с использованием информационных технологий, которые могут предложить нечто значительное в плане интерактивности и эффективности обучения [1].
ИОС в первую очередь должна обладать «дружественным» пользовательским интерфейсом, включать в свой состав качественные тренажеры для генерации заданий, подсистему генерации их развернутого решения, иметь удобные средства управления, навигации и интерактивного общения.
В настоящее время эти задачи решаются путем внедрения в ИОС элементов искусственного интеллекта. Такие системы получили название интеллектуальных информационных обучающих систем [2-5]. Интеграция современных средств искусственного интеллекта с традиционными обучающими системами позволяет расширить их возможности и повысить эффективность использования этих систем. В связи с этим перспективными являются разработки интеллектуальных информационных систем обучения, объединяющих в себе методы искусственного интеллекта, информационных систем и интернет-технологий[6, 7].
В качестве интеллектуальной компоненты при разработке ИОС были выбраны элементы класса систем с интеллектуальным интерфейсом (коммуникативные системы), а именно: гипертекстовая система, генератор заданий, подсистема генерации развернутого решения заданий.
Задачами данной ИОС являются:
теоретическая и практическая подготовка абитуриентов к ЕГЭ по математике;
улучшение качества дистанционной формы курса обучения;
Повышение экономической эффективности организации подготовительных курсов;
равные возможности учащихся при прохождении курса обучения независимо от их расположения и независимо от платформы обучения.
Актуальность данной работы заключается в повышении качества дистанционного обучения за счет внедрения в дистанционные курсы подготовки к ЕГЭ по математике информационных обучающих систем с интеллектуальным интерфейсом.
В ходе работы был проведен обзор существующих ИОС, изучены особенности структуры ИОС, применяемых при дистанционных курсах подготовки к ЕГЭ по математике, составлен теоретический и практический материал курса обучения, для тренажера обучающей системы подобраны типовые варианты тестовых заданий ЕГЭ по математике на 2011 г.
Новизна работы заключается в гибкости редактирования и актуализации содержания учебного материала курса, в использовании серверного языка программирования PHP в качестве базы для разработки учебных тренажеров (отсутствие на сервере исполняемых файлов с расширением «exe»), а также в наличии удобного пользовательского интерфейса.
Использование информационных обучающих систем в дистанционном образовании позволяет улучшить качество дистанционной формы подготовительных курсов, уменьшить издержки учащихся и образовательных учреждений, связанные с организацией подготовительных курсов к ЕГЭ, повысить производительность труда преподавателей.
1. Описание предметной области
В качестве предметной области рассматривается система дистанционных подготовительных курсов к ЕГЭ, в частности система дистанционной подготовки к ЕГЭ по математике.
Информационная обучающая система призвана улучшить качество дистанционной формы курса обучения.
2. Выбор программных средств
Обучающая система расположена на локальном сервере (для создания локального сервера был использован базовый пакет «Денвер-3»). Для создания базы данных была использована серверная СУБД «MySQL-5. 1», входящая в базовый пакет «Денвер-3».
В базе данных хранится служебная информация, ссылки на предметную информацию и ее элементы, а также шаблоны типовых тестовых заданий, которые используются при их генерации. При реализации сценариев создаваемого web-приложения использовался инструментарий PHP и JavaScript. Учебный материал располагается на сервере в виде динамически обновляемых HTML-страниц.
При разработке программных модулей для генерации типовых тестовых заданий использовался язык разметки XML/MathML (для отображения математических формул и выражений).
3. Программная реализация ИОС
Информационная обучающая система в первую очередь должна обладать «дружественным» пользовательским интерфейсом, включать в свой состав качественные тренажеры, иметь удобные средства управления, навигации и интерактивного общения.
ИОС имеет 3 вида прав доступа: администратора, преподавателя и учащегося (рис. 1). Для входа в систему пользователю необходимо сначала зарегистрироваться. После нажатия на ссылку «Регистрация» происходит перенаправление учащегося на страницу формы.
Рис. 1. Форма входа в систему
При регистрации пользователь указывает следующую информацию: фамилию, имя, отчество, дату, месяц, год рождения, место жительства, электронный адрес, контактный телефон, задает логин и пароль (рис. 2).
Рис. 2. Форма регистрации учащихся
После регистрации программа направляет пользователя на страницу входа в систему, где он проходит процедуру авторизации путем указания своего статуса и ввода своего логина и пароля в соответствующие поля. Регистрацией преподавателей занимается администратор, после чего отправляет на их электронные адреса данные для авторизации в системе.
Структурно web-приложение состоит из 6 основных вкладок:
«Главная»
«Теоретический курс»
«Тестирование»
«Информация»
«Преподаватель»
«Администратор»
После входа в систему пользователь попадает на главную страницу приложения, где пользователю доступно расписание При нажатии на кнопку «Выйти» происходит перенаправление пользователя на страницу формы страницы входа в систему.
контрольных мероприятий, а также краткая инструкция к работе с приложением (рис. 3).
Рис. 3. Форма главной страницы
При нажатии на кнопку «Выйти» происходит перенаправление пользователя на страницу формы страницы входа в систему.
Теоретический курс структурирован по разделам и представлен в виде электронного учебника на одной из вкладок web-приложения.
Он имеет 4 раздела:
Тематический курс. Включает в себя теоретический материал, разбитый по темам, для теоретической подготовки учащихся (рис. 4).
Рис. 4. Форма электронного учебника: тематический курс
Подготовка к части I. Включает в себя разбор типовых вариантов заданий первой части теста, задания для самостоятельной работы и диагностические работы для контрольных мероприятий.
Подготовка к части II. Включает в себя разбор типовых заданий второй части теста, задания для самостоятельной работы и диагностические работы для контрольных мероприятий (рис. 5).
Рис. 5. Форма электронного учебника: подготовка к части II
Дополнительная литература. В данном разделе преподаватель имеет возможность выкладывать дополнительные источники информации для углубленной теоретической или практической подготовки учащихся. Это могут быть различные справочники по математике, методические пособия, статистические данные о результатах тестирования за прошлый год и так далее.
Содержание учебника имеет иерархическую структуру и загружается из базы данных, в которой хранятся заголовки разделов, тем и подзаголовков, представленных в виде ссылок на web-страницы, которые открываются во фрейме содержательной части учебника. Страницы содержат материал курса и хранятся на сервере. Web-приложение имеет все необходимые опции для редактирования материала курса, которые доступны как преподавателю, так и администратору.
Система имеет 2 режима тестирования: режим обучения и режим контрольного тестирования. При нажатии на кнопку «Режим обучения» открывается форма страницы режима обучения. При нажатии на кнопку «Контрольное тестирование» открывается форма режима контрольного тестирования (рис. 6).
Рис. 6. Два режима тестирования
При входе в режим обучения система генерирует задания первой и второй частей теста, а также варианты ответов, один из которых является правильным (рис. 7). Пользователю открывается форма, состоящая из трех блоков.
В первом блоке находятся пиктограммы номеров заданий первой и второй частей теста. Каждая пиктограмма содержит ссылку на программный модуль для генерации соответствующего задания, результат выполнения которого открывается во фрейме правого верхнего блока. В этом фрейме имеется кнопка, которая позволяет сгенерировать новое типовое задание.
Рис. 7. Форма режима обучения: задание B11
Третий блок - правый нижний фрейм - предназначен для генерации развернутого решения текущего задания. В этом фрейме имеется кнопка, которая позволяет сгенерировать развернутое решение текущего задания.
При генерации развернутого решения решение задачи разбивается на этапы, которые позволяют учащемуся проследить логическую цепочку выполнения задания с кратким теоретическим обоснованием выводов после каждого выполненного этапа. Напротив каждой пиктограммы заданий первой части теста находится форма-бланк ответов, которые заполняются пользователем.
После завершения обучения система обрабатывает результаты выполнения первой части теста путем сравнения правильных вариантов ответа, вычисленных программой, и ответов, отмеченных пользователем в форме бланка ответов, а затем предъявляет их пользователю в виде отчета, в котором даны количество правильных ответов, ошибок, а также указаны задания, которые решены неверно (рис. 8).
Рис. 8. Форма отчета о результатах тестирования в режиме обучения
Задания второй части в режиме обучения проверяются пользователем самостоятельно при помощи развернутого решения, генерируемого программой в нижнем правом фрейме.
Интерфейс режима контрольного тестирования во многом схож с интерфейсом режима обучения (рис. 9). В отличие от режима обучения в режиме контрольного тестирования каждое задание генерируется только один раз. Подсистема генерации развернутого решения текущего задания, доступная в режиме обучения, в режиме контрольного тестирования уже не доступна. Каждая пиктограмма содержит ссылку на файл с соответствующим заданием, который открывается во фрейме второго блока.
Задания второй части решаются пользователем в развернутом виде в MS Word (рис. 10). После завершения теста, система обрабатывает результаты решения первой части теста по тому же принципу, что и в режиме обучения, записывает их в базу данных.
Рис. 9. Форма режима контрольного тестирования: задание B8
Интерфейс режима контрольного тестирования во многом схож с интерфейсом режима обучения (рис. 9). В отличие от режима обучения в режиме контрольного тестирования каждое задание генерируется только один раз. Подсистема генерации развернутого решения текущего задания, доступная в режиме обучения, в режиме контрольного тестирования уже не доступна. Каждая пиктограмма содержит ссылку на файл с соответствующим заданием, который открывается во фрейме второго блока.
Задания второй части решаются пользователем в развернутом виде в MS Word (рис. 10). После завершения теста, система обрабатывает результаты решения первой части теста по тому же принципу, что и в режиме обучения, записывает их в базу данных.
Рис. 10. Форма режима контрольного тестирования: задание С3
Файл MS Word с развернутым решением второй части теста отправляется на электронный адрес преподавателя для дальнейшей проверки.
Вкладка «Информация» содержит интерактивный информационный блок, который позволяет учащимся общаться с преподавателем, а преподавателю размещать информацию, предназначенную для пользователей. Информационный блок состоит из двух объектов: текстового поля для ввода сообщения и фрейма для его вывода. Это могут быть ответы на вопросы пользователей, объявления, короткие сообщения, результаты контрольного тестирования, разобранные примеры вариантов типовых заданий, вызывающих трудности у пользователей, и так далее. Все сообщения, отправленные на стену, отмечаются именем пользователя и временем создания записи (рис. 11). Информационный блок доступен учащимся только после процедуры их распределения по группам, которую осуществляет администратор. Администратор, в свою очередь, может просматривать «стены» всех преподавателей (рис. 12).