В зависимости от использования телекоммуникационных технологий КСО подразделяются на локальные, работающие на базе автономных вычислительных систем, и сетевые, функционирующие в рамках вычислительных сетей (локальных или глобальных). КСО, функционирующие на базе глобальны вычислительных сетей, используются в режиме удаленного доступа. Сетевые КСО, предусматривающие взаимодействие обучаемых, ориентированы на групповые формы подготовки.
Интеллектуальными называют средства, реализующие функции традиционно ассоциируемые с человеческим интеллектом. Среди них наибольшую известность получили экспертно-обучающие и адаптивные обучающие системы. Первые основываются на интеграции технологий КСО и предназначены для освоения методов решения так называемых слабоструктурированных задач.
Адаптивные обучающие системы представляют собой компьютерные средства для обучения, реализующие обратные связи между обучаемым и системой, которые используются для управления учебным процессом: по результатам работы обучаемого осуществляется корректировка сценария его дальнейшего взаимодействия с программным средством (последовательности, глубины и формы представления учебного материала, условий учебных заданий).
Условия, в которых следует применять КСО, определяются возможностями их видов. Выбор видов КСО и конкретных средств, которые удовлетворяют данным образовательным потребностям, осуществляется преподавателями и методистами, планирующими использование КСО в учебном процессе. В настоящее время большинство решений, связанных с внедрением в учебный процесс КСО, приводят к необходимости разработки новых продуктов [1].
Программные комплексы играют очень важную роль в обучении и подготовки будущих специалистов. Потребность в качественном и программном средстве, наиболее полно отражающем какую либо тему или профиль изучения, очень велика. Об их ценности и роли более подробно рассмотрено в учебном пособии «Информационные технологии в образовании» автора Захаровой И.Г [2].
Каждый из создаваемых КСО должен обеспечивать должную защиту данных, если таковые имеются и соответствовать общим требованиям руководителей и преподавателей к их содержанию и структуре.
Учебные пособия «Информационные системы» автора Федоровой Г.Н., «Автоматизированные информационные системы» автора Мезенцева К.Н. и «Проектирование информационных систем» автора Емельяновой Н.З. содержат достаточно полную информацию о том, из чего состоят информационные системы, их архитектуре, о правильном анализе предметной области, о подходах и этапах их программирования.
Программное обеспечение может хранить важную информацию в БД. И если оно находится в сети, то эти данные необходимо защитить. В книгах Гуда А.Н. «Информатика. Общий курс» и Василькова А.В «Информационные системы и их безопасность» описаны главные моменты при разработке баз данных и основные защитные средства и методы.
1.2 Обзор существующих программных средств для обучения
Российские университеты и различные организации, занимающиеся разработками информационных систем, уже давно участвуют в сфере образования в рамках предоставления собственных технологии для улучшения процесса обучения студентов, устраняя недостатки, увеличивая его быстродействие и расширяя возможности. Информационные системы, как правило, представляют собой виртуальные лабораторные стенды, электронные учебники и практикумы, программные комплексы по контролю уровня знаний обучаемых, а также дистанционные системы. Рассмотрим ниже примеры некоторых из них.
Электронное учебное пособие по теме «Математическое моделирование систем и объектов» [3]. Данный учебник содержит восемь глав, в каждой из которых имеются свои разделы. В разделах помимо материалов приводятся примеры и задания для решения и ответы на них для самостоятельной проверки, также присутствует список литературы по определенной тематике, если это необходимо для обучения. Пособие было спроектировано и подготовлено Рябовой Е.В. под руководством доктора физико-математических наук Попова И.Ю.
Компанией StarSoft, Inc, в свое время разработавшей программные комплексы для графического и статистического анализа, представлен электронный учебник по статистике, содержащий в себе огромное количество тем, объединенных сферой применения. Имеется примеры применения статистики и визуальный материал - графики, диаграммы [4].
Батищевым С. был разработан электронный учебник, содержащий информацию для обучения базовым навыкам работы с компьютером, ответы на самые часто задаваемые вопросы, также тестирование по различным разделам. Данное пособие находится в свободном доступе, размещено в сети интернет. Этим же автором была разработана целая электронная библиотека, в составе которой большое количество книг и пособии необходимых студентам, как для обучения, так и для подготовки курсовых, практических работ. Имеет такие возможности как создание электронных книг, ввод данных по ним, поиск по ключевым словам, просмотр статистики поиска и просмотра книг [5].
Лабораторные комплексы SunSpire Art group включают в себя набор виртуальных лаборатории и технических симуляторов. Каждый лабораторный стенд представляет собой модель, имитирующую работу реального оборудования и помогающего понять принцип его работы, действия. Комплексы охватывают различные сферы подготовки специалистов и предназначен для выполнения лабораторных работ по конкретным направлениям. Включает в себя такие темы как: механика, безопасность жизнедеятельности и охрана труда, гидравлика, открытые потоки, теплотехника, общая физика, гидравлическое моделирование кольцевых, тупиковых и комбинированных водопроводных сетей, структурно-имитационное моделирование дисперсных систем, применяемых в технологии строительных композиционных материалов [6].
Программы для дистанционного обучения (ДО) студентов представлены такими системами как, например, STELLUS, Competentum.Magister и Learning Space 5.0.
С помощью STELLUS можно подготавливать теорию и тесты для проверки обучаемых, составлять индивидуальные и групповые расписания, проверять уровень знаний, получать статистические отчеты. Одним из преимуществ системы является ее использования в автономном режиме (без доступа в Интернет) на некоторых этапах процесса, имеет возможность интеграции с другими системами ДО [7].
Система Learning Space 5 содержит материал для освоения, итоговые тесты по курсам [8]. Также предполагает участие в лекциях в виртуальном классе, для преподавателей имеются отчеты.
Competentum.Magister разработка компании ФИЗИКОН [9]. Система имеет web-инетерфейс и предназначена для тестирования. Студенты имеют возможность прохождении курсов представленных в каталоге. Преподаватель может создавать тесты, просматривать результаты завершенных курсов и активность пользователей.
MyTestXPro 11.0, INDIGO, OpenTest -программы, представляющие собой средства для тестирования и оценки уровня знаний студентов.
MyTestXPro 11.0 оснащена модулем тестирования, редактором тестов и модулем журнала тестирования [10]. Комплекс поддерживает несколько типов заданий: множественный и одиночный выбор, на поиск соответствия, на определение правильного порядка следования, указать пропущенное и открытые вопросы на ввод ответа.
Система тестирования INDIGO позволяет оценить уровень подготовки обучаемых, провести контроль знаний по различным дисциплинам [11]. В программе также предусмотрено редактирование тестов, отображение результатов в журнале.
Харьковский национальный университет разработал программное обеспечение OpenTest также направленное на подготовку и располагает всем необходимым функционалом, с помощью которого можно провести для студентов промежуточный и итоговый контроль [12].
1.3 Обзор рейтинговых систем оценки знаний учащихся
Рейтинговые системы, прежде всего, нацелены на мотивирование студентов к освоению материала, призваны дать стимул на получение результата от прохождения обучения.
Рейтинг студента является одним из важных показателей в оценке уровня его подготовленности.
В настоящее время в нескольких университетах имеются свои системы, такие как, например, БАРС (Балльно-рейтинговая система) в Московском энергетическом институте [13].
В данном комплексе учитываются несколько характеристик: учебная, научная и социальная деятельность. По каждой из них выставляются свои баллы. Итоги, как правило, подводятся в конце семестра.
В такой системе оценки переводятся в 100-бальные значения:
- 90, 95, 100 соответствуют 5;
- 75, 80, 85 соответствуют 4;
- 60, 65, 70 соответствуют 3;
- 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 соответствуют 2.
В системе рассчитывается балл текущего контроля, после чего оценка за освоение дисциплины определяется как средневзвешенное величин полученных по текущему контролю. Для получения оценки за освоение всей выбранной дисциплины учитывается, когда получен допуск студентом к экзамену (до начала сессии или в ходе ее) и балл промежуточной аттестации. Для выставления итоговых результатов опять же используются соответствия оценок 100-бальной системе.
Воронежским государственным технологическим университетом был разработан программный продукт оценки уровня компетенции выпускников [14]. Проводятся расчеты с учетом рейтинга успеваемости по каждой отдельной аттестации и в целом по конкретной дисциплине, во внимание учитывается вес каждой пройденной студентом контрольной точки, при этом имеется возможность указать другие характеристики (к примеру, соблюдение сроков сдачи), которые могут повлиять на итоговый рейтинг выпускника.
Определение максимальной оценки по рейтингу, которую может получить за освоение темы обучающийся, часто зависит от количества часов и наибольшей величины отметки за прохождение одно раздела из конкретной темы, после чего получается общее количество баллов.
Бийский технологический институт представил свою разработку - систему учета успеваемости студентов.
Комплекс предоставляет возможность вводить оценки, учитывать различные виды пройденной аттестации, хранить данные за несколько семестров, рассматривать рейтинг по дисциплинам, просматривать необходимую отчетность. Приложение доступно посредством web-браузера.
В свое время Шахтинским институтом Южно-Российского государственного технического университета была разработана программа по учету посещаемости и успеваемости студентов. В программный комплекс также вносятся все необходимые для подсчета рейтинга данные. Он позволяет хранить их, просматривать. При этом в процессе занесения данных можно указать статус или по-другому уровень контроля, так экзаменационные отметки ценятся выше, чем отметки, полученные в ходе промежуточных аттестации и других контрольных точек.
2. Разработка принципов и структуры электронного практикума по информатике
2.1 Структура системы, назначение и описание модулей
Основная задача разрабатываемого электронного практикума - проверка уровня знаний студентов по представленному курсу. Использование автоматизированных комплексов в образовательном процессе позволит более плодотворно и действенно использовать учебные часы, выделенные на конкретную дисциплину. Приложение проведет тестирование, обработает результаты проверки и предоставит их преподавателю.
Основой являются разделы, которые обучаемые проходят в рамках дисциплины «Информатика», а именно: системы счисления, представление информации, измерение информации и программирование на языке Pascal.
Для проверки знаний по перечисленным темам разрабатываются задания. Для каждой из тем должно быть реализовано три этапа освоения и закрепления материала. Практические задания вместе с теоретическим материалом в качестве вступительной части для изучения, тестовая часть для промежуточной аттестации, и в завершении контрольная работа и кроссворд, обобщающий весь материал по дисциплине.
Для критериев, по которым будут оцениваться работы, должна существовать возможность их редактирования. Преподавателю должен быть доступен для просмотра журнал успеваемости обучаемых и их рейтинг как общий, так и в разрезе по частям проверки и темам. Помимо этого, должна существовать возможность редактирования заданий, представленных в практикуме. В каждой из тем должны быть подтемы (подразделы). В каждом тесте должно быть несколько вариантов для решения. Должен быть доступен весь необходимый материал для подготовки и соответствовать изучаемому курсу.
Итак, к основному назначению системы можно отнести:
- тестирование для оценки уровня знаний обучаемых;
- обработка итогов проверки и выставление баллов;
- хранение в базы всей необходимой информации (вопросы, задачи, ответы, список студентов, результаты).
На рисунке 2.1 приведена функциональная структура электронного практикума по информатике.
На структуре представлены следующие модули: преподавателя, студента, авторизации, выполнения практических заданий, тестирования, выполнения контрольных заданий, решения кроссворда, редактирования, журналирования.
Модули студента и преподавателя хранят всю информацию, относящуюся к пользователям.
Модуль авторизации предназначен для входа и регистрации пользователей в системе.
Модуль выполнения практических заданий предназначен для студентов и разделен на четыре темы, из которых состоит весь практикум: системы счисления, представление информации, измерение информации, программирование на языке Pascal.
Доступ к тестам и контрольной осуществляется только после решения определенного количества задач.
Модуль тестирования включает в себя несколько вариантов для решения.
Контрольные работы по темам представлены в модуле выполнения контрольных заданий. Прежде чем перейти к контрольной части, необходимо набрать проходной балл.