*113179*

Современные информационные технологии / 2. Вычислительная техника и программирование

 

Писаренко Л.А., к.т.н. Шевелев М.Ю., к.т.н. Шевелев Ю.П.

Томский государственный университет систем управления

и радиоэлектроники (ТУСУР)

АВТОМАТИЗАЦИЯ САМОКОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

В ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЕ

О проблеме самоконтроля. В школьном обучении необходимо различать два вида контроля: самоконтроль и внешний контроль. В первом случае основу учебной деятельности составляет тренаж, следовательно, информацию о правильности своих действий получает только сам учащийся. Во втором — учащийся выполняет контрольную работу, а информацию о результатах её выполнения получает учитель.

В традиционном (бескомпьютерном) школьном учебном процессе тренаж всегда занимал ведущее место. Начиная с первого класса, учащиеся изо дня в день выполняют многочисленные упражнения. В начальной школе это заучивание таблиц сложения и умножения, решение типовых задач, правописание. В средних и старших классах появляются обыкновенные и десятичные дроби, тождественные преобразования аналитических выражений, физические и химические формулы. При изучении русского языка учащиеся осваивают орфографию, орфоэпию (особенно ударения), правила пунктуации и т.д. В большинстве случаев изучаемый материал необходимо запоминать до полного автоматизма воспроизведения, поэтому учащиеся решают тысячи задач из математики, физики, химии, выполняют тысячи упражнений по русскому языку, отвечают на тысячи вопросов. Но, несмотря на такой, казалось бы, массированный тренаж эффективность и качество обучения слишком часто являются недостаточно высокими. Одна из главных причин этого заключается в отсутствии средств оперативного самоконтроля, вследствие чего в современной системе обучения доминирует внешний контроль, осуществляемый учителем. Поскольку в условиях массового обучения учитель не в состоянии обеспечить оперативный контроль, то учащийся получает информацию о своих ошибках спустя длительное время — сутки и более, когда эта информация с дидактической точки зрения обесценивается практически до нуля. Очевидно, что проблему оперативного самоконтроля (и внешнего контроля) можно решить лишь с применением средств вычислительной техники.

Антропоморфизм в системах компьютерного контроля. Обычно в системах автоматизированного обучения контроль осуществляется сравнением введённого ответа с эталоном, хранящимся в компьютерной памяти. Это антропоморфный принцип. Его главные недостатки состоят в следующем. Во-первых, при автоматизации внешнего контроля эталоны должны быть хорошо защищены от несанкционированного доступа, то есть хранить их необходимо в закодированном виде. Однако, как показывает опыт, создать надёжную защиту на основе антропоморфизма очень трудно. Можно даже утверждать, что всякая подобная система защиты принципиально «вскрываема». Во-вторых, практически неразрешимой является проблема интеграции электронных и традиционных (т.е. в полиграфическом исполнении) учебников [1]. В-третьих, антропоморфизм препятствует реализации контролирующих алгоритмов в виде специализированных устройств (дидактических калькуляторов), вследствие чего автоматизация контроля может быть реализована только при помощи компьютера. В принципе компьютерный вариант контроля вполне возможен, однако вопрос о целесообразности его применения в массовых масштабах до сих пор является дискуссионным, поскольку недостаточно глубоко изучен вопрос о побочном влиянии компьютера на организм учащегося.  Кроме того, место компьютера в существующем школьном учебном процессе, особенно в начальной школе, просматривается недостаточно чётко.

Выход за рамки антропоморфизма. Трудности, обусловленные антропоморфным подходом к построению контролирующих алгоритмов, можно полностью устранить, если отказаться от контроля на основе эталонов, заранее записываемых в компьютерную память, и тем самым выйти за рамки антропоморфизма [2]. При отсутствии эталонов контролирующая система полностью теряет способность сообщать правильные ответы, но благодаря этому обеспечивает высокую степень защиты от «взлома», поскольку если нет эталонов, то и «вскрывать» нечего. Контроль же легко осуществить при помощи специальных кодов, содержащих не эталоны правильных ответов, а лишь критерии, позволяющие отличать правильные ответы от неправильных. Такие коды условимся называть кодами заданий (КЗ). Хранить КЗ в компьютерной памяти нет необходимости. Их можно записывать перед условиями упражнений или после них. Если код указан перед условием, то учащийся, желающий проверить правильность ответа, полученного в результате решения задачи, сначала набирает на клавиатуре компьютера КЗ, а затем вводит ответ, который компьютером оценивается по принципу «Правильно-неправильно». Если же КЗ указан в конце формулировки задания, то учащийся при самоконтроле сначала вводит ответ, а затем набирает код [3].

Кодирование заданий. Коды заданий в неантропоморфных системах формируются по определённым алгоритмам. Главное требование к этим алгоритмам состоит в однозначности кодирования и неоднозначности декодирования. Проиллюстрируем это на примере простейшего алгоритма, основу которого составляют операции арифметического умножения и сложения чисел. Пусть a и b – шестнадцатеричные цифры, поставленные в соответствие символам ответа. Рассмотрим двухсимвольный ответ вида ab. При формировании кода задания вычисляется сумма ап+b, где n – некоторое целое число. Для определенности примем п = 6. Тогда КЗ представится в виде формулы  6а+b.

Так как знаки ответа кодируются шестнадцатеричными кодами, то всего возможно 256 различных двухсимвольных ответов: аа, аb, ас, …, bb, но кодов заданий возможно лишь 105 (это число получается при а=b=15). Отсюда следует, что существуют различные двухсимвольные ответы, коды заданий которых совпадают. Поясним это на примере ответа, представленного числом F1, где цифра F обозначает десятичное число 15. Ответу F1соответствует код задания 91. Декодируем его. Для этого составим уравнение:

6а + b = 91,

где неизвестными являются числа а и b. Это диофантово уравнение имеет три решения с учётом ограничений вида   а ≤ 15  и  b ≤ 15:

а=15, b=1;    а=14, b=7;    а=13, b=13,

то есть в результате декодирования получили три ответа F1, E7 и DD. Однако правильным является только один из них, но какой именно – установить невозможно. Следовательно, декодирование возможно лишь с вероятностью, равной 1/3. С удлинением ответа вероятность декодирования снижается.

Система «Символ». В ТУСУРе разработан ряд технических средств в виде специализированных устройств под общим названием «Символ», реализующих кодирующие алгоритмы, подобные вышеприведённому, но более сложные. При декодировании вероятность получить правильный ответ равна 1/256. Главное назначение устройств — обеспечить возможность оперативного самоконтроля каждому учащемуся в любой момент и по любому учебному предмету. Во всех технических средствах системы «Символ» контроль осуществляется на неантропоморфном принципе. Делятся они на два класса. Первый из них составляют специализированные устройства в виде малогабаритных приборов, напоминающих обычные микрокалькуляторы, но  имеющих развитую символику, позволяющую кодировать формулы, числа, слова и фразы и т.д. При этом на длину ответов ограничений нет. Второй класс образуют микроконтроллеры, подключаемые к компьютеру и образующие программно-аппаратные комплексы, обеспечивающие не только возможность самоконтроля, но и решение других задач по организации учебного процесса. В системе «Символ» используются точно такие же учебники и учебные пособия, как и традиционные, с тем лишь отличием, что ко всем упражнениям приведены коды заданий.

Самоконтроль при выполнении домашних заданий. Наилучшим является вариант, когда учащийся получает домашнее задание, в котором если не все, то большинство упражнений закодировано в формате кодов системы «Символ» (часть упражнений даже по математике и русскому языку не поддаются кодированию). Для этого создаются учебные пособия с большим числом кодированных заданий для самостоятельной работы. В создании дидактического фонда принимают участие преподаватели вузов и наиболее квалифицированные учителя общеобразовательных школ. В настоящее время дидактический фонд системы «Символ» насчитывает несколько десятков кодированных пособий для школ и вузов. Самоконтроль при выполнении кодированных заданий возможен как при помощи устройств «Символ», так и компьютера.

Самоконтроль на занятиях в классе. Работа в классе значительно упорядочивается, если каждому учащемуся выдать устройство «Символ» и индивидуальное закодированное задание: каждый учащийся занят, значительно улучшается дисциплина, и вообще повышается результативность использования учебного времени. Учитель без помех может проводить обстоятельные индивидуальные беседы с кем-либо из учащихся, выявляя пробелы в его знаниях и определяя объем необходимого индивидуального задания.

Единый государственный экзамен (ЕГЭ). Для подготовки к ЕГЭ в системе «Символ» имеются специально для этого предназначенные учебные пособия. Их можно использовать не только по прямому назначению, но и в текущей учебной работе в старших классах.

Системе «Символ» нет аналогов ни в России, ни за рубежом. Она прошла длительный период развития и в настоящее время её можно рекомендовать для повсеместного применения в учебном процессе средней общеобразовательной школы, особенно в начальных классах, а также в дошкольной подготовке, в качестве средства оперативного самоконтроля на занятиях в классе и при выполнении индивидуальных домашних заданий.

Литература

1. Шевелев М. Ю. Об интеграции традиционных и компьютерных учебников в автоматизированных обучающих системах / М. Ю. Шевелев, Ю. П. Шевелев // Доклады Томского гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники: Автоматизированные системы обработки информации, управления и проектирования: периодический научный журнал. – Томск: Изд-во Томск. гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники, 2003. –  № 1(9).  – С. 240 – 249.

2. Писаренко Л.А.  Информационно-дидактическая система «Символ»: неантропоморфный подход к автоматизации контроля знаний / Л.А.  Писаренко, М.Ю. Шевелев, Ю.П. Шевелев // Materiály VIII mezinárodní vědecko – praktická konference  «Dny vědy – 2012». – Díl 85. Moderní informační technologie: Praha. Publishing House «Education and Science» s.r.o. – 2012. – Stran 87–90.

3. Писаренко Л. А. Математическая модель дихотомической классификации последовательностей знаков и ее техническая реализация / Л. А. Писаренко // Доклады Том. гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники. – 2010. –  № 2(22), Ч. 1. –  С. 272-277.