ВНЕДРЕНИЕ ПРИНЦИПА ДИВЕРСИФИКАЦИИ ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА КОМПЬЮТЕРНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ

INTRODUCTION OF PRINCIPLE OF DIVERSIFICATION OF TASKS TO RAISE QUALITY OF COMPUTER CONTROL OF STUDENTS’ KNOWLEDGE

Kuat Kusmanov

senior teacher of the Pavlodar State Pedagogical Institute,

Kazakhstan, Pavlodar

АННОТАЦИЯ

В дополнение к принципам формируемости, уникальности и конфиденциальности для повышения объективности контроля знаний при помощи случайного составления заданий, предлагается принцип диверсификации видов заданий для использования всех возможностей компьютера, контроля не только знаний, но и навыков и общей компетенции студентов.

ABSTRACT

As addition to principles of generativity, uniqueness and confidentiality to raise objectivity of control of knowledge by means of random generation of tasks the principle of diversification of types of tasks is proposed to involve all capacities of modern computers and to control not only knowledge but also students’ general skills and competence.

Ключевые слова: принцип формируемости, уникальности, конфиденциальности, диверсификации заданий, контроль знаний, навыков.

Keywords: principles of generativity, uniqueness, confidentiality, diversification, control of knowledge, skills.

1. Обзор развития автоматизированных методов контроля

Формализованные тесты (с закрытыми ответами, «множественного выбора») для различных целей контроля знаний начали широко использоваться в 10–20-е годы XX века. Также были разработаны различные шаблоны, затем – технические устройства для ускорения проведения и облегчения обработки результатов тестирования.

С широким использованием компьютеров в 70-е годы XX века они, естественно, были применены и для этих целей. При этом выявились недостатки методики с закрытыми ответами, они подробно разобраны в [2].

В связи с этим, в 80-е годы XX века началась разработка методики использования на компьютере «случайного формирования /генерации заданий» (соответствующий английский термин – «parameterized questions») для некоторых дисциплин, для примера см. [11]. В 90-е годы XX века такой способ был развит в некоторых публикациях, например [12; 3; 6].

При разработке этого способа были сформулированы следующие общие требования к компьютерному контролю знаний [7; 8; 1] (для обеспечения общепринятых требований: объективность, валидность и надежность):

• Формируемость: задание (набор задач) в полном виде создается компьютером по некоторым шаблонам в начале соревнования / экзамена;
• Уникальность: все участники соревнования / экзамена получают разные задания (если экзамен официальный, то – одинаковой степени сложности; если текущий, то преподаватель может дать более сильным учащимся более сложные задания, чтобы у них не было времени «помогать» слабым);
• Полная секретность (конфиденциальность): до оценки компьютером ответа учащегося, никто не знает правильных ответов на предложенные задания (если экзамен официальный, то общая оценка сообщается в конце экзамена; если текущий, то оценка может сообщаться за каждое задание);
• Представительность: компьютерная тестирующая программа может не только быть формой не только контроля знаний (в режиме «экзамен»), но и их представления (в режиме «обучение»);

• Конкретность: ответ должен быть в виде целого числа (или нескольких целых чисел), короткого слова (набора нескольких букв), действия с определенным результатом.

Для реализации этих требований были предложены определения:

• «обобщенная задача» – это алгоритм для получения нескольких однотипных задач с выбором параметров – случайных чисел из некоторых диапазонов (и мы предложили: – также случайных наборов букв);
• «настраиваемая обобщенная задача» – исходными данными для алгоритма являются наборы, выбираемые (преподавателем, организаторами соревнования) в рамках некоторых базовых наборов, и случайные исходные данные, выбираемые в таких наборах.

По случайным целым числам, используя различные операции и понятие массива, можно также получить исходные данные в виде разнообразных текстов с несложными формулами или чертежами и другими объектами, изучаемыми в математике, физике, химии, географии. По случайным буквам можно получить конечные множества.

С нашим участием [10; 9; 5; 4] данные определения были реализованы.

2. Принцип диверсификации и примеры его применения

Можно видеть, что задачи «обычного» типа, то есть текстовое задание и текстовый (числовой) ответ, не в полной мере проверяют компетентность учащегося по данной дисциплине. Например, ранее – известные компьютерные тренажеры, а сейчас – также обучающие игры – проверяют также умение ориентироваться в предметной среде и быстроту реакции, что не относится к стандартному набору «знания, умения, навыки», а – к общей компетенции по дисциплине. Также, задачи обычного типа допускают только минимальную обратную связь: сообщение компьютера, правильно ли решена задача, в то время как обратная связь субъекта (сдающего экзамен) и объекта (задачи) является необходимым компонентом кибернетики и практической деятельности в целом. В общую компетенцию также входит умение работать с реальными объектами с использованием полученных знаний, воспринимать информацию в различных формах

Для использования всех возможностей компьютера мы предлагаем, в дополнение к вышеизложенным:

Принцип диверсификации: требование использования задач разных типов, в том числе таких, которые могут быть реализованы только на компьютере, для более полного контроля не только знаний, но и навыков, умений и общей компетенции.

Полное развитие и реализация этих концепций не только повысит эффективность и объективность автоматизированного контроля знаний, но и тем самым предъявит учащимся новые требования к уровню их подготовки и поэтому является актуальным.

2.1. Задачи, требующие практических действий. Известно, что многие студенты не умеют применять теоретические знания на практике. Для проверки этого умения предлагается следующий тип задач.

Общая схема задачи № 1. Имеются реальные объекты (единые для всех учащихся или копии для каждого учащегося), данные о которых находятся в памяти компьютера, и измерительный инструмент. Алгоритм случайным образом выбирает объекты, сообщает их, сообщает, что нужно найти, и делает соответствующие вычисления. При этом количество выборок настолько велико, что исключает предварительное заучивание ответов. Составитель задачи также оценивает уровень погрешности, достаточный для получения оценок «отлично», «хорошо», «удовлетворительно».

Например, общая схема задачи № 2. Имеется реальный объект, на котором имеется большое количество занумерованных меток (точек), их координаты или другие данные о них находятся в памяти компьютера. Алгоритм случайным образом выбирает несколько меток (точек), сообщает их учащемуся и вычисляет меру (длину, площадь, объем …) объекта, который получается из этих точек (отрезок, треугольник …). Учащийся должен выполнить измерения (он также должен решить, что именно надо измерить) и приближенно, но желательно более точно вычислить указанную меру для получающегося объекта.

Примечание. Задания должны быть составлены так, что указанная мера, если это длина, не может быть измерена непосредственно, то есть должны быть не только измерения, но и вычисления.

Пример № 3. Произвести измерения линейкой и вычислить в квадратных миллиметрах площадь четырехугольника, образованного 5-й, 11-й, 16-й и 29-й точками на листе бумаги (лист – единый для всех, а точки – разные).

Пример № 4. Произвести измерения линейкой и вычислить в квадратных миллиметрах площадь меньшего из двух секторов, образованных центром круга (6-я точка), 11-й и 24-й точками на этом круге на листе бумаги [начерчены несколько кругов].

Пример № 5. Назовем 99-й точкой воображаемую точку пересечения продолжения отрезка, образованного 12-й и 21-й точками, и продолжения отрезка, образованного 31-й и 23-й точками, на прилагаемом листе. Произвести измерения линейкой и вычислить в сантиметрах расстояние между 14-й точкой и 99-й точкой.

Пример № 6. Имеется несложный многогранник с большим количеством занумерованных точек на его гранях (их координаты находятся в памяти компьютера). Произвести измерения линейкой и вычислить в сантиметрах расстояние между 14-й точкой и 26-й точкой [лежащими на различных гранях].

2.2. Интерактивные задачи. Учащийся должен также уметь не только пользоваться готовыми данными (как они обычно представляются в задачах), но и самостоятельно определять, что необходимо запросить (или практически измерить) для решения поставленной задачи.

Общая схема № 7: в компьютере имеется некоторая подпрограмма-функция со скрытыми параметрами и учащийся может делать запросы о значениях функции в задаваемых точках (количество запросов может быть либо не ограничено – тогда учащийся теряет время на лишние запросы, либо ограничено – об этом должно быть сказано в условии задачи). Найти скрытые параметры или какие-либо свойства функции.

Пример № 8. Используя значения «монотонной и непрерывной» функции F(X), найти приближенное решение уравнения F (X)=0 с указанной точностью.

Пример № 9. Используя значения функции F (X), о которой известно, что она представляет параболу с вертикальной осью, найти ее максимальное/минимальное значение на заданном отрезке с указанной точностью.

Пример № 10. Используя значения «гладкой» функции F (X), найти ее производную F (X) в заданной точке и округлить до целого числа.

Данные задачи отличаются от известных задач на составление программ в курсах «Методы вычислений», «Вычислительная математика» тем, что запросы значений функции делает не написанная студентом программа, а сам студент в ограниченное время экзамена.

2.3. Мультимедийные задачи. Задачи, которые традиционно предлагаются (кроме задач типа 2.1) по существу являются «концами задач»: по умолчанию предполагается, что кто-то уже сделал соответствующие измерения, и надо только произвести вычисления.

Опыт показывает, что многие учащиеся, даже хорошо умеющие решать задачи по физике, не связывают их с реальностью.

Для реализации таких задач необходимы наушники. Приведем примеры.

Пример № 11 (скорость звука в воздухе). Дается пояснение «Сейчас Вы увидите вспышку молнии, а через некоторое время услышите звук грома». На дисплее появляется секундомер. Показывается вспышка молнии, потом звучит удар грома. Задается вопрос «На каком расстоянии (в километрах), с точностью до 500 м, ударила молния?»

Пример № 12. Дается пояснение «Сейчас Вы услышите удар, сделанный близко от вас, а через некоторое время – эхо от далекой стены». На дисплее появляется секундомер. Звучит сильный удар, потом – слабый удар. Задается вопрос «На каком расстоянии (в километрах) находится стена?»

3. Технология внедрения диверсификации заданий для повышения качества компьютерного контроля знаний учащихся

Для внедрения принципа диверсификации заданий мы предлагаем использовать построенный нами совместно с Ф.Т. Назарбаевым трехъязычный программный комплекс обобщенных задач по математике и физике. Он содержит разнообразные обобщенные задачи из различных разделов этих дисциплин и может использоваться как для самоподготовки, так и для использования на занятиях и для проведения соревнований и экзаменов. Комплекс может быть установлен во всех компьютерных классах.

Организатор может выбрать из общего списка задачи в соответствии со спецификой дисциплины и тематикой экзамена или соревнования; выбрать количество повторений (имеется в виду «похожие» задачи, но с разными данными); установить «время»; выбрать язык, на котором будут представляться задачи.

Предусмотрена возможность использования комплекса в дистанционных соревнованиях – после решения всех задач формируется файл, содержащий данные об участнике и его результат в зашифрованном виде, который нужно переслать организатору.

Данный комплекс используется в учебных заведениях Казахстана, России и Кыргызстана, получены акты о внедрении.

4. Выводы

В статье предложен новый принцип «диверсификации», выявлены новые типы обобщенных задач, построены разнообразные примеры таких задач по математике и физике, реализован на компьютере и внедрен в педагогическую практику набор обобщенных задач. Дальнейшее развитие таких наборов даст возможность разнообразить способы тестирования знаний учащихся по математике и другим естественным наукам, как мы надеемся, повысит объективность и эффективность контроля знаний, привлечет многих преподавателей к творчеству – разработке обобщенных задач, в том числе – новых, специфически компьютерных типов, по различным разделам дисциплин (вместо составления задач на множественный выбор, где творчество сводилось к выдумыванию неправильных, но правдоподобных ответов).

Такие комплексы могут также использоваться для проведения соревнований «кто быстрее и с меньшим количеством ошибок решит разнообразные стандартные задачи» с быстрым и объективным подведением итогов, в отличие от «олимпиад», где предлагаются нестандартные задачи, и оценивание работ продолжительно, затруднительно и субъективно.

Список литературы:

1. Борубаев А.А., Панков П.С. Дискретная математика (допущено Министерством образования и науки Кыргызстана в качестве учебного пособия для преподавателей вузов). – Бишкек: изд. Кыргызско-Российского Славянского университета, 2010. – 123 с.
2. Бурковская М.А. Зимина О.В., Кириллов А.И. Компьютерный контроль знаний в среде Academia XXI // Информатика и образование. – 2002, № 9. – С. 81–87.
3. Демушкин А.С., Кириллов А.И. и др. Компьютерные обучающие программы // Информатика и образование, 1995. – № 3.
4. Кусманов К. Неформальный алгоритмический язык для обобщенных задач в комплексном компьютерном экзамене по математике // Proceedings of the 4 International Sciences Congress “Science and Education in the Modern World” (New Zealand, Auckland, 5–7 January 2015). Auckland, 2015. – P. 41–43.
5. Кусманов К.Р. Состав компьютерного комплексного экзамена по дифференциальным и интегральным уравнениям // Исследования по интегро-дифференциальным уравнениям. – Бишкек: Илим, 2014, выпуск 46, C. 112–116.
6. Панков П.С., Джаналиева Ж.Р. Опыт и перспективы использования комплекса UNIQTEST уникальных тестовых заданий в учебном процессе // Образование и наука в новом геополитическом пространстве: Тез. докл. научно-практической конференции. – Бишкек: Международный университет Кыргызстана, 1995. – С. 217.
7. Панков П.С., Джаналиева Ж.Р. Проектирование и развитие программных экзаменационных комплексов по математике и физике // Образование в XXI веке: ценности и перспективы: Материалы Международной научно-практической конф. Часть 2. – Бишкек: Кыргызский институт образования, 2001. – С. 281–284.
8. Панков П.С., Джаналиева Ж.Р. Экзаменующая программа со случайным выбором заданий извне // Вестник Ошcкого гос. университета. Серия физико-матем. наук. – 2003. – № 7. – С. 174–177.
9. Панков П.С., Джаналиева Ж.Р., Копеев Ж.Б., Кусманов К. Oбобщенные задачи на восстановление информации и их применение в компьютерных комплексных экзаменах // Вестник Международного университета Кыргызстана, 2014, № 2 (26), C. 155–160.
10. Панков П.С., Копеев Ж.Б., Кусманов К. Разработка концепции компьютерного комплексного экзамена и его содержание для информатики и математики // Вестник Международного университета Кыргызстана, 2012, № 1 (21) – С. 15–19.
11. Панков П.С., Саадабаев А.С. Мектеп окуучулардын XXI бүткүл союздук математикалык олимпиадасы // Журнал «Эл агартуу» (Народное образование), 1987, № 10. – 29–34-б.
12. Kashy E., Sherrill B.M. et al. CAPA, an integrated computer assisted personalized assignment system // American Journal of Physics. 61 (12), 1993, P. 1124–1130.