Оценка эффективности модели дистанционного мотивационного адаптивного тестирования знаний на базе элементов нечеткой логики

Проводилось исследование эффективности по критерию повышения средней успеваемости по группе при применении мотивационного тестирования.

Для данного исследования выбрали студентов, двух групп. Обеим группам были даны на прохождение два вида тестирований: тестирование, разработанное на НЛ, но без подсказок и тестирование, разработанное на НЛ, но с внедрением подсказок.

Результаты тестирования приведены в 12-ти балльной шкале.

На графике (рисунок 7) представлены результаты прохождения двух вариантов тестирования. Очевидно, что средняя оценка без использования подсказок «4-», а с подсказками – «4+».

Рис. 7. График результатов прохождения двух вариантов тестирования

Анализируя статистику, можно с уверенностью утверждать, что мотивационные АТ на базе элементов НЛ эффективнее АТ на НЛ без использования подсказок, что в свою очередь доказывает эффективность алгоритма.

Реализация программы для решения задачи контроля и диагностики

Языки программирования

Алгоритм адаптивного мотивационного обучения реализуется в среде PHP с использованием баз данных MySQL [3].

PHP

В качестве программной среды выбран язык программирования PHP, позволяющий осуществлять удаленный контроль знаний в реальном масштабе времени, а также организовывать непрерывный мониторинг текущей успеваемости обучаемых.

PHP (PHP: Hypertext Preprocessor – PHP: препроцессор гипертекста) – скриптовый язык программирования общего назначения, интенсивно применяемый для разработки веб-приложений. В настоящее время поддерживается большинством хостинг-провайдеров и является одним из лидеров среди языков программирования, применяющихся для создания динамических веб-сайтов.

В области программирования для сети Интернет, PHP – один из самых популярных сценарных языков (наряду с JSP, Perl и языками, используемыми в ASP.NET), характеризуется простотой, скоростью выполнения, широкой функциональностью, кроссплатформенностью и распространением исходных кодов на основе лицензии PHP. Популярность в области построения веб-сайтов объясняется наличием большого набора встроенных средств для разработки веб-приложений. Основные из них:

– автоматическое извлечение POST и GET-параметров, а также переменных окружения веб-сервера в предопределённые массивы;

– взаимодействие с большим количеством различных систем управления базами данных (MySQL, MySQLi, SQLite, PostgreSQL, Oracle (OCI8), Oracle, MicrosoftSQLServer, Sybase, ODBC, mSQL, IBMDB2, Cloudscape и ApacheDerby, Informix, OvrimosSQL, LotusNotes, DB++, DBM, dBase, DBX, FrontBase, FilePro, IngresII, SESAM,Firebird/ InterBase, ParadoxFile, Аccess, MaxDB, Интерфейс PDO);

– автоматизированная отправка HTTP-заголовков;

– работа с HTTP-авторизацией;

– работа с cookies и сессиями;

– работа с локальными и удалёнными файлами, сокетами;

– обработка файлов, загружаемых на сервер;

– работа с XForms.

В настоящее время PHP используется сотнями тысяч разработчиков. Входит в LAMP – распространённый набор ПО для создания и хостинга веб-сайтов (Linux, Apache, MySQL, PHP). Синтаксис PHP подобен синтаксису языка Си. Некоторые элементы, такие как ассоциативные массивы и цикл foreach, заимствованы из Perl. Для работы программы не требуется описывать какие-либо переменные, используемые модули и т. п. Любая программа может начинаться непосредственно с оператора PHP. PHP является языком программирования с динамической типизацией, не требующим указания типа при объявлении переменных, равно как и самого объявления переменных. Преобразования между скалярными типами зачастую осуществляются неявно без дополнительных усилий (впрочем, PHP предоставляет широкие возможности и для явного преобразования типов).

Основными достоинствами PHP являются: динамическое обновление, широкая сетевая универсальность (в отличии, например, от LabView), удобная визуализация, экономичность описания сценария (в отличии, например, от Ассемблера), простота языка (синтаксис PHP подобен синтаксису Си++), а также удобство обращения к базам данных.

MySQL

My Structured Query Language (MySQL) – язык структурированных запросов, характеризуется удобством для описания логических подмножеств баз данных.

Назначение SQL:

– создание базы данных и таблицы с полным описанием их структуры;

– выполнение основных операций манипулирования данными (такие как: вставка, модификация и удаление данных из таблиц);

– выполнение простых и сложных запросов.

Одна из ключевых особенностей языка SQL заключается в том, что с его помощью формируются запросы, описывающие какую информацию из базы данных необходимо получить, а пути решения этой задачи программа определяет сама.

Язык программирования R

Язык R – язык программирования для статистической обработки данных и работы с графикой, а также свободная программная среда вычислений с открытым исходным кодом. Язык создавался, как аналогичный языку S и является его альтернативной реализацией, хотя между языками есть существенные отличия, но в большинстве своём код на языке S работает в среде R.

R широко используется как статистическое программное обеспечение для анализа данных и фактически стал стандартом для статистических программ.

R распространяется в виде исходных кодов, а также откомпилированных приложений под ряд операционных систем: FreeBSD, Solaris и другие дистрибутивы Unix и Linux, Microsoft Windows, Mac OS X.

В R используется интерфейс командной строки, хотя доступны и несколько графических интерфейсов пользователя, например, пакет R Commander, RKWard, RStudio, Weka, Rapid Miner, KNIME, а также средства интеграции в офисные пакеты.

R поддерживает широкий спектр статистических и численных методов и обладает хорошей расширяемостью с помощью пакетов. Пакеты представляют собой библиотеки для работы специфических функций или специальных областей применения. В базовую поставку R включен основной набор пакетов, а всего по состоянию на 2013 год доступно более 4000 пакетов.

Ещё одной особенностью R являются графические возможности, заключающиеся в возможности создания качественной графики, которая может включать математические символы.

Вид представления

Система «Дистанционного адаптивного тестирования навигационных знаний» располагается на бесплатном хостинге, предоставляющем свое уникальное имя в сети, зарезервированное за конкретным адресом ПК.

Компьютер, на котором работает система, может находиться в любой точке земного шара, базироваться на локальном ПК, не имеющем выхода в сеть интернет, что делает данную реализацию достаточно гибкой, мобильной и высокоуниверсальной.

Система простроена на базе следующих программ: операционной системы Windows XP, Apache2.2, PHP, MySQl, JQwery и представляет из себя модульную структуру, состоящую из следующих основных частей: авторизационная; пользовательская; администраторская.

Авторизационная часть предназначена для идентификации пользователя, который желает пройти тестирование или же для идентификации администратора, осуществляющего работу в системе.

Пользовательская часть предоставляет возможность выбрать тот или иной тест, который зарегистрирован в системе. В данной части пользователь проходит сам тест и получает полную детализацию прохождения.

Администраторская часть содержит ряд инструментов, необходимых для работы с системой: Добавление новых вопросов; Редактирование существующих вопросов; Просмотр отчетов пользователей, прошедших тестирование; Управление настройками теста (количество вопросов в тесте, время теста, шкала оценивания, по которой рассчитывается результат и т. д.). Для хранения данных используется база данных MySQL. Данная система включает в себя системную базу и N баз, где N – количество зарегистрированных тестов.

Характерными особенностями комплекса являются:

1. гибкость, за счет использования «каркасно-модульной» организации, что позволяет в реальном масштабе времени осуществлять быструю переналадку сценария обучения;

2. высокая универсальность, за счет возможности аудиторного и внеаудиторного исполнения и использования на любом из этапов контроля (входной, рубежный, итоговый);

3. автономность, за счет инвариантности к операционным системам и к средствам вычислительной техники, используемым для организации контроля (КПК, ЭВМ, ПЭВМ, ППВМ, планшет, смартфон и т. д.);

4. интуитивная понятность, за счет использования модульно-семантической логики построения системы;

5. функциональная простота, минимизирующая отдельные манипуляции пользователя и обеспечивающая комфортные условия работы с комплексом;

6. эргономичность, за счет удобного взаиморазмещения элементов, модулей и блоков на экране ПК, планшета, смартфона и т. д.);

7. инвариантность к предметной области дисциплины, что позволяет создавать базы тестовых заданий и сценарии тестирования по специальным дисциплинам (СД), естественнонаучным дисциплинам (ЕНД) и гуманитарным дисциплинам (ГД);

8. наличие современных алгоритмов психофизиологической самодиагностики (ПФСД) личности, за счет интегрирования в комплекс модуля ПФСД;

9. наличие эффективных алгоритмов, минимизирующих вероятность угадывания и препятствующих списыванию, что обеспечивает адекватность и достоверность оценки знаний в реальном масштабе времени;

10. потенциальная возможность построения диагностирующей и самодиагностирующей удаленной обучающей системы с возможностью реализации процедуры восстановления знаний и построения индивидуальных траекторий освоения учебного материала.

Выводы

Программная реализация осуществляется на базе языка программирования РНР и баз данных MySQL.

Уже проводятся исследования, подтверждающие работоспособность системы и адекватность внедренных алгоритмов адаптивного тестирования на базе нечёткой логики. Также, проводится оценка эффективности разработанной системы АТ.

Модель дистанционного тестового контроля позволяет более эффективно сформировать индивидуальную траекторию обучаемого и более качественно оценить его знания, позволяет проводить обучение авиационных специалистов в сжатые сроки без потери качества передаваемых знаний, а также создаёт предпосылки к постоянному саморазвитию у обучаемых.

Список литературы

1. Григорьев А. П. Разработка адаптивного обучающего комплекса по навигации на базе персонального компьютера. 64-ая студенческая научно-техническая конференция ГУАП: Сб. докл. В 2 ч. Ч. I Технические науки /СПб.: ГУАП, 2011. 441.

2. Глова В. И., Дуплик С. В. Модели педагогического тестирования обучаемых // Вестник Казан, гос. техн. ун-та им. А.Н. Туполева. 2003 г. №2. С. 74 - 79.

3. Григорьев А. П., Демьянов А. А. Дистанционный адаптивный тестовый контроль навигационных знаний Педагогическая наука и современное образование. Сборник статей II Международной научно-практической конференции, посвященной Дню российской науки. Санкт-Петербург Издательство РГПУ им. А. И. Герцена, 2015 г. С. 232 – 235.

4. Аргатюк А. А., Григорьев А. П. Быстрое адаптивное дистанционное тестирование знаний закрытого типа. Научная сессия ГУАП: сб. докл.: В 3 ч. Ч. I. Технические науки / СПб.: ГУАП, СПб., 2015. 289 с. - 3-7 с.