Материал: Веб-версия инструментального комплекса АТ-ТЕХНОЛОГИЯ

Процессы формирования модели M1 реализуются средствами построения модели обучаемого, детальная архитектура которых представлена на Рис.2. Средства построения модели M1 обеспечивают: выявление текущего уровня знаний обучаемого; выявление текущего уровня умений обучаемого; выявление личностных характеристик обучаемого; выявление текущего уровня компетенций обучаемого; формирование модели M1; сравнений моделей M1 и Mе.

Следует отметить, что такие элементы модели М1, как текущий уровень знаний, текущий уровень умений, личностные характеристики выявляются в режиме диалога с обучаемым, как это видно на функциональной архитектуре средств построения модели обучаемого на Рис. 5. В то же время текущий уровень компетенций обучаемого определяется исходя из результатов выявления уровня знаний, умений, личностных характеристик.

Рис.5. Архитектура средств построения модели обучаемого

Еще один важнейший компонент средств построения модели М1 - компонент отображения текущей М1 на Ме. Данный компонент, фактически, производит следующие действия: сравнение М1 на Ме; анализ результата сравнения и формирование списка «проблемных» тем обучаемого.

В результате выявления вышеперечисленных элементов формируется модель M1.

В центре внимания данной работы находятся вопросы, связанные с разработкой подмодуля анализа текущего уровня компетенций обучаемых на базе текущей версии компонента выявления текущего уровня компетенций обучаемого.

Компонент выявления текущего уровня компетенций обучаемого.

Средствами построения модели обучаемого М1 поддерживается М1знтек, которая представляет собой ориентированный граф следующего вида:

М1знтек =<V, U>, где =<V1,V2> - множество вершин, которые в свою очередь делятся на V1={v11,…,v1n} - множество изучаемых понятий, n - количество изучаемых понятий, элемент v1i= <N,T,W,Kтекi>, i =1,…,n, где N - изучаемое понятие; Т=(0,1), принимает значения знает/не знает; W=(0,..,10) - вес вершины; Kтекi = <NСij,WначCij, WконСij>, i = 1,…, ; j=1,…,k, - множество выявленных компетенций, k - количество компетенций, соответствующих курсу, NСij = {nC1,…,nCk} - множество названий компетенций, соответствующих курсу; WначCij = {wначC1,…,wначCk} - множество сбалансированных эталонных значений весовых коэффициентов компетенций; WконСij={wконC1,…,wконCk} - множество выявленных компетенций обучаемого;={v21,…v2m} - множество умений, относящихся к данной модели, m - количество соответствующих умений, элемент v2j= <N,T,W>, j=1,…,m, где N - изучаемое умение; Т=(0,1), принимает значения умеет/не умеет; W=(0,..,10) - вес вершины; ={uj}=<Vk, Vl, R>, j=1,…,m - множество связей между вершинами, где Vk - родительская вершина; Vl - дочерняя вершина; R={Rz} - тип связи, z=1,…,Z ( R1 - связь типа «часть-целое» (агрегация); R2 - связь типа «ассоциация»; R3 - «слабая» связь).

Данный компонент позволяет выявить текущий уровень компетенций обучаемого по результатам прохождения им контрольных тестирований.

Архитектура компонента выявления текущего уровня компетенций обучаемого показана на Рис. 6. В состав архитектуры входят: модуль определения целевых и текущих компетенций, модуль сравнения целевых и текущих компетенций, модуль формирования текущих компетенций.

Рис. 6. Архитектура компонента выявления текущего уровня компетенций обучаемого.

Компонент предназначен для автоматического заполнения массива текущих компетенций в соответствии с заданными на входе параметрами.. Данный компонент производит следующие действия: сравнение МKtek на Kе; анализ результата сравнения и выявление текущего уровня компетенций обучаемого.

Модуль определения целевых и текущих компетенций. Модуль обращается к БД, из которой получает данные о модели обучаемого (текущий уровень знаний, текущий уровень умений, личностных характеристики обучаемого), эталонной модели курса.

Модуль сравнения целевых и текущих компетенций. Модуль обеспечивает сравнение модели текущих компетенций и модели целевых компетенций.

Модуль формирования текущих компетенций. Модуль осуществляет согласно заданным алгоритмам определение какими компетенциями из заданных в модели целевых компетенций обладает обучаемый, определяет насколько заполнена модель текущих компетенций обучаемого.

Далее рассмотрим алгоритм выявления текущего уровня компетенций обучаемого базовой версии компонента.

Алгоритм выявления текущего уровня компетенций обучаемого

Развитием базовых алгоритмов и программных средств поддержки построения модели обучаемого в контексте компетентностно-ориентированного подхода актуализировало необходимость разработки алгоритма для оценивания компетенции обучаемого, позволяющего выявить текущий уровень компетенции обучаемого во время прохождения тестирования.

Алгоритм расчета сбалансированных весовых коэффициентов компетенций

Для формировании модели обучаемого М1 используется эталон Ме, с которым сравниваются полученные на этапе построения M1 результаты. Сравнение происходит путем отображения текущей модели М1 на Ме, фактически происходит следующие действия: сравнение М1 и Ме; анализ результата сравнения и формирование списка компетенций и «проблемных» тем обучаемого.

Весовой коэффициент компетенции Wci - это некий процент компетенции, который, по мнению преподавателя, может быть усвоен студентом в результате прослушивания конкретной темы. Поскольку курс сбалансирован, т.е. после его прослушивания студент должен в полной мере обладать каждой из приписанных компетенций (происходит 100% покрытие), необходимо преобразование весов компетенций уже относительно всего курса в целом, а не отдельной темы. На Рис. 7 представлен алгоритм вычисления сбалансированных весовых коэффициентов компетенций.

Шаг 1. Начало.

Шаг 2. Получение базы данных весовых коэффициентов Wcij компетенций для каждого элемента структуры курса/дисциплины.

Шаг 3. Запись полученных данных в массивы Xk таким образом, что в каждый массив заносятся значения компетенции нужного курса.

Шаг 4. Вычисление новых весовых коэффициентов компетенций относительно всего курса в целом: поскольку Ʃ Wcij = 100%, отсюда вычисляетсяначCij = Wcij / Ʃi Wcij, где WначCij - сбалансированный весовой коэффициент.

Шаг 5. Создание нового массива Yp для каждого элемента структуры курса, куда вносятся уже соответствующие сбалансированные весовые коэффициенты компетенций.

Шаг 6. Конец.

Рис. 7. Алгоритм вычисления сбалансированных весовых коэффициентов компетенций

Алгоритм реализации метода оценивания текущего уровня компетенции обучаемого

На Рис. 8 показан алгоритм, реализующий метод оценивания текущего уровня компетенции обучаемого.

Шаг 1. Начало.

Шаг 2. Получение выборки результатов выявления уровня знаний обучаемого (т.е. набранный за каждую тему балл с учетом уровня сложности) SQL-запросом из базы данных

Шаг 3. Запись полученных значений в массив quei.

Шаг 4. SQL - запросом из базы данных получаем выборку возможных максимальных результатов (т.е. максимальный возможный за каждую тему балл с учетом уровня сложности).

Шаг 5. Полученные значения заносятся в массив que′i.

Шаг 6. Сравнение уровня знаний обучаемого с эталонной моделью:

ti = quei / que′i.

Шаг 7. Запись полученных отношений в массив.

Шаг 8. Вычисление значения каждой компетенции обучаемого:

WконСij = tp * WначCij

Шаг 9. Сохранение полученных данных в массиве tij

Шаг 10. Вычисление итоговых значений компетенции обучаемого:

WконСj = ∑j WконСij,

где WконСj - это итоговая оценка каждой компетенции обучаемого.

Шаг 11. Конец.

Рис. 8. Алгоритм метода оценивания текущего уровня компетенции обучаемого

Данные, полученные в ходе компьютерного тестирования обучаемого (а именно выявленные проблемные зоны и текущий уровень компетенции), необходимы для дальнейшего построения стратегии (плана) обучения.

.2Экспериментальное программное исследование базовой версии компонента выявления текущего уровня компетенций обучаемого и модуля статистической обработки результатов

В ходе экспериментального исследования базовой версии компонента выявления текущего уровня компетенций обучаемого были выявлены следующие функциональные возможности:

Формирование модели целевых компетенций

На Рис. 9 - 10 даны примеры результат выполнения этапа. В окне создания списка целевых компетенций (Рис. 9) преподаватель может редактировать список компетенций, а именно добавить новую, удалить уже существующую или редактировать данные о ней. В окне «Информация о компетенции» возможно редактировать название компетенции, а также ее описание.

Рис. 9. Процесс создания списка целевых компетенций.

Рис. 10. Процесс добавление новой компетенции в список целевых компетенций

Преподавателю необходимо составить список целевых компетенций, подходящих под его структуру его курса, оценить весовые коэффициенты для каждого элемента структуры курса и добавить эту информацию в общую структуру курса. На Рис. 11 - 12 показано окно редактирования данных о конкретном элементе иерархической структуры курса/дисциплины. При редактировании определенного элемента преподавателю предлагается выбрать из списка ранее созданных компетенций подходящую и присвоить ей определенный вес.

Рис. 11. Окно редактирования данных о конкретном элементе иерархической структуры курса/дисциплины

Рис.12. Окно добавления весового коэффициента компетенции

Таким образом одной из главных возможностей не было программно реализовано, т.е. возможность оценивать текущий уровень компетенций обучаемых. Из недостатков приведенного алгоритма оценивания текущего уровня компетенций обучаемых можно выделить:

Нет единой шкалы баллов, относительно которой оцениваются текущие компетенции обучаемых, т.е. не возможно определить, какой процент от эталона (100%) имеет обучаемый;

Нет возможности предоставить общую текущую компетенцию обучаемого по конкретному курсу;

Нет возможности спрогнозировать компетенции обучаемого в будущем;

В связи с этим далее будут представлены требования на создание алгоритмов анализа текущего уровня компетенций обучаемых, основанные на уже сформулированных алгоритмах для базовой версии компонента.

Требования на создание алгоритмов анализа текущего уровня компетенций обучаемых.

Целью работы является разработка подмодуля анализа текущего уровня компетенций обучаемых (средства мониторинга процесса функционирования обучающей ИЭС).

В результате стадии эксплуатации и сопровождения базовой версии компонента выявления текущего уровня компетенций обучаемого и модуля статистической обработки результатов, функционирующих в комплексе АТ-ТЕХНОЛОГИЯ, были выявлены серьезные недостатки программной реализации. В т.ч. базовая версия компонента выявления текущего уровня компетенций обучаемого не имеет функциональных возможностей, способствующих достижению одной из целей, поставленных перед разработкой данного компонента, а именно - автоматизации оценки текущего уровня компетенций обучаемых. В связи с чем были предложены идеи на создание подмодуля анализа текущего уровня компетенций обучаемых, имеющего функциональные возможности для достижения главной цели, указанной раньше. Также подмодуль будет иметь функциональные возможности базовой версии компонента выявления текущего уровня компетенций обучаемого и будет реализован на современной платформе.

На основании анализа функциональных возможностей и экспериментального исследования базовой версии компонента были сформулированы требования на создание алгоритмов анализа текущего уровня компетенций обучаемых:

Средства построения модели обучаемого должны обеспечивать оценку текущего уровня компетенций обучаемого, основываясь на результатах, полученных после прохождения им контрольных тестирований;

Должна быть единая шкала баллов, относительно которой будут определяться текущие компетенции обучаемых;

Возможность отображения текущих компетенций обучаемых за конкретный курс;

Возможность прогноза компетенций обучаемых в будущем;

1.4 Постановка задачи дипломной работы

Целью дипломной работы является разработка алгоритмов и программных средств поддержки взаимодействия компетентностно-ориентированных моделей в обучающих ИЭС (комплекс АТ-ТЕХНОЛОГИЯ). Для достижения данных целей необходимо решить следующие задачи:

Разработка алгоритмов анализа текущего уровня компетенций обучаемых.

Разработка функциональных требований на создание подмодуля анализа текущего уровня компетенций обучаемых.

Проектирование и программная реализация алгоритмов анализа текущего уровня компетенций обучаемых.

Разработка алгоритмов учета степени достижения целевых компетенций по конкретным курсам/дисциплинам и прогноза уровня компетенций для обучаемого.

Разработка алгоритмов учета степени достижения целевых компетенций по конкретным курсам/дисциплинам и прогноза уровня компетенций для группы обучаемых.

Перенос на новую платформу подмодуля анализа “проблемных зон” по конкретным курсам/дисциплинам

Исследование совместного функционирования разработанного модуля с компонентом выявления текущего уровня компетенций обучаемого

Тестирование подмодуля анализа текущего уровня компетенций обучаемых.

Апробация в учебном процессе (весенний семестр 2015) подмодуль анализа текущего уровня компетенций обучаемых (средства мониторинга процесса функционирования обучающей ИЭС)

2. Разработка алгоритмов анализа текущего уровня компетенций обучаемых

Ниже приведена постановка задачи, а также описание разработанных алгоритмов.

.1Общая постановка задачи

Анализ результатов экспериментальной апробации подсистемы поддержки построения обучающих веб-ИЭС, входящей в состав комплекса АТ-ТЕХНОЛОГИЯ; современных средств и систем мониторинга, используемых в образовательной деятельности; текущей версии компонента средств мониторинга процесса функционирования обучающей ИЭС, показали, что необходимо:

Модифицировать текущую единую базу данных, так как она не предусматривает хранения некоторой необходимой информации, например, такой как уровень текущих компетенций обучаемых за конкретную тему, а также уровень текущих компетенций обучаемых за конкретную за целый курс.

Разработать подмодуль анализа текущего уровня компетенций обучаемых, входящий в состав модуля статистической обработки данных (компонент обработки данных, средства мониторинга процесса функционирования обучающей ИЭС), а именно разработать алгоритм анализа текущего уровня компетенций обучаемых и алгоритм прогноза уровня компетенций обучаемых, которые описаны в разделе 1.1 (параметры статистической обработки информации).

2.2 Разработка алгоритмов анализа текущего уровня компетенций обучаемых

Ниже представлены разработанные алгоритмы с пошаговым описанием и блок-схемами.

Алгоритм анализа уровня текущих компетенций обучаемых

Рассмотрим постановку задачи в целом.