Информатика, вычислительная техника
и инженерное образование. -2014.-№3(18)
,
Возможности качества формирования оценки качества формирования навыков и умений с использованием компьютерных технологий
Аннотация
Статья посвящена вопросам разработки модели задачи компьютерной оценки качества формирования навыков как существенного компонента современной образовательной среды, ориентированной на использование компетентностной парадигмы.
Целью проведенного исследования является создание модуля компьютерного тестирования для оценки качества формирования навыка у обучаемого. Показаны возможности построения математических моделей навыка как объекта контроля. Особое внимание уделено способу получения ответов от обучаемого, стратегии оценки и технике оценивания качества формирования навыка, опирающейся на использовании правил нечеткой математики. Решение поставленной проблемы разработки опирается на использование компьютерного инструментария для оценки качества формирования навыков и умений на основе модели задачи.
Компетентностный подход; навыки и умения; образовательные модели; модель оценки качества формирования навыков; стратегии контроля; нечеткие оценки.
Введение
Современные тенденции в образовании подразумевают разработку и использование новых методик осуществления образовательного процесса. Нужно отметить, что современные образовательные стандарты, базирующиеся на использовании компетентностного подхода, предполагают наличие у обучаемого не только теоретического базиса, но и достаточного уровня владения навыками и умениями, которые позволят специалисту на практике применить полученные знания, и являться в дальнейшем компетентным в выбранной профессиональной сфере деятельности. При реализации образовательных программ, в соответствии с требованиями образовательных стандартов, должны быть учтены параметры и описания знаний, умений и навыков, которыми должен обладать обучаемый после завершения образовательного цикла.
Важной составляющей процесса обучения при этом является контроль и оценка знаний и умений, сформированных у обучаемых. Однако адекватная оценка уровня компетенций обучаемого сегодня затруднена из-за отсутствия стандартизованного инструментария для оценки качества формирования навыков и умений, вследствие отсутствия формального представления навыка в информационной среде. С другой стороны, концепция модернизации образования в Российской Федерации ориентирована на использование современных компьютерных технологий для автоматизации образовательного процесса. Анализируя особенности естественнонаучного (инженерного) образования, можно прийти к выводу о сложности комплексного внедрения автоматизации в образовательный процесс. Одним из решений, позволяющим, по крайней мере, частично, разрешить сложившуюся ситуацию, является разработка новых технологий компьютерного тестирования, которые, в свою очередь, будут способны представить задачу в формализованном виде и адекватно воспринять и оценить действия обучаемого для решения поставленной задачи. Другими словами, исследования, связанные с разработкой компьютерных обучающих и контролирующих сред и систем, использующих образовательные модели и инструментарий, ориентированные на технологии реализации компетентностного подхода в подготовке специалистов, имеют на сегодняшний день высокую значимость и актуальность.
Основная часть
Реализация задачи разработки компьютерного модуля оценки уровня и качества формирования навыков и умений, в первую очередь, требует определения понятия навыка. Отметим, что единого определения термина «навык» в настоящее время не существует. Было предложено использовать определение понятия «навык», данное в: «Навык − это хорошо сформированное действие, в динамическую структуру которого входят когнитивные компоненты: сенсомоторный образ рабочего пространства, образ исполнительного акта, программа действия и контроль (текущий и конечный) за его совершением, а также исполнительные (моторные) компоненты, включая коррекционные процессы».
Что касается понятия «умение», то здесь нужно отметить, что соотношения между понятиями «умение» и «навык» также до сих пор не уточнены. Условимся под умением понимать возможность осуществлять на профессиональном уровне какую-либо деятельность. При этом умения формируются на базе нескольких навыков, характеризующих степень овладения действиями.
На основании обозначенных онтологий, сформулируем основополагающие тезисы:
Навык, в общем случае, есть процедура, состоящая из отдельных операций, последовательное выполнение которых направлено на получение конкретного и достижимого результата. Степень автоматизма правильного выполнения правильных операций, как их содержания, так и последовательности реализации, должна возрастать в ходе процесса формирования навыка. Признаком успешного формирования навыка (или умения) является качество действий, а не уровень автоматизма их реализации. Под уровнем формирования навыка понимается достижение заданного результата за реально минимальное или нормативное время. Качество формирования навыка возможно обеспечить при корректном задании образа рабочего пространства для данного навыка, начальных параметров и ожидаемого результата. Качество формирования навыка во многом определяется организацией контроля и коррекционных процедур.На основании приведенных тезисов можно определить проблему следующим образом: адекватную оценку уровня формирования навыка можно представить в виде степени соответствия выполняемых обучаемым операций некоторому заранее известному эталонному алгоритму реализации навыка в заданной предметной области. Так же желательно процедуру контроля сопровождать рекомендациями и корректирующими воздействиями для достижения поставленных целей в кратчайшие сроки.
Таким образом, любой формируемый навык Nj можно представить в следующем виде:
Nj = < RPj, D, ADj, C, Kr >, (1)
где
RPj – образ рабочего пространства навыка Nj. (образ рабочего пространства подразумевает область определения задачи, в том числе и область входных данных, в рамках которой формируется данный навык);
D – множество действий, характерных и допустимых для заданной области определения задачи, выполнение которых, в соответствии с заданным алгоритмом, и составляет собственно формируемый навык;
ADj – алгоритм действий, выполнение которого приводит к результату, достигаемому формируемым навыком;
С – контроль и оценка как отдельных действий, выполняемых в ходе реализации навыка, так и качества сформированности навыка в целом;
Kr – коррекционные процессы на основе контроля и оценки действий, образующих навык.
Нужно заметить, что мощность множества D, в общем случае, может быть больше количества действий, необходимых для формирования эталонного варианта реализации навыка. При этом следует иметь в виду, что отличие навыка, демонстрируемого обучаемым, от эталонного алгоритма его реализации, не всегда можно считать неверным, особенно, если искомый результат навыка в конечном итоге достигается. Но тогда следует оговориться, что некоторое действие (отличное от действия, включенного в эталонный алгоритм), может порождать подмножество действий, приводящее после их выполнения или к возврату в эталонный алгоритм на последующих шагах, или к искомому результату.
Модель процесса порождения действий представлена на рис. 1.
На рис. 1: D – исходный набор действий, предлагаемый в ходе проверки качества владения навыком. DB1 и DB2 – порождаемые наборы первого и второго уровня соответственно. DB(M) – новый исходный набор (мощность данного набора уменьшается на единицу, если последнее выбранное действие не может быть выполнено повторно).
Существует два способа, которые позволяют обучаемому формировать собственный алгоритм реализации навыка.
Первый способ заключается в выборе необходимого действия из предлагаемого набора:
∀djk ∈ Dj, Dj = {Dэ, Dд, Dн} → djk ∈ Dэ ˅ djk ∈ Dд ˅ djk ∈ Dн, (2)
где djk – действие, исполняемое в рамках формирования j-го навыка;
Dj − множество всевозможных действий для формирования j-го навыка;
Dэ – подмножество действий эталонного алгоритма;
Dд – подмножество допустимых действий;
Dн – подмножество заведомо неверных действий в рамках заданного рабочего пространства.
Рис. 1. Модель процесса порождения действий
Другими словами, обучаемому в ходе контроля предлагается некоторый набор действий. Перед обучаемым стоит задача выбора одного действия из предлагаемого набора. Выбор эталонного – приводит к переводу на следующий шаг, выбор допустимого приводит к предъявлению порожденного набора действий, а выбор недопустимого действия – к немедленному прекращению процесса контроля. Отметим, что каждое допустимое действие и его семантические связи заранее определены, т. е. оно имеет четкую формулировку, и не может быть истолковано двояко. Для каждого выбранного действия может быть определен параметр, отражающий частную оценку качества выбора:
∀d(j)i ∊ D ⇒ ∃R(D/ d(j)i ∊ D); R(D / d(j)i) ⇒ µ(d(j)i); µ(d(j)i) ∊ M = [0,1], (3)
где µ(d(j)i) – значение функции принадлежности выбранного действия (показатель качества выбора).
Очевидно, что при выборе на соответствующем шаге действия, совпадающего с эталонным, µ(d(э)i) = 1, а при выборе неверного действия µ(d(н)i) = 0. Для всех допустимых действий интервал определен как µ(d(j)i) = (0;1), и заранее известен для каждого допустимого действия.
Второй способ имеет более сложную техническую реализацию, так как предполагает, что обучаемый на каждом шаге самостоятельно формулирует описание действия. Затем, на основании методики предложенной в, в работу вступает нечеткая модель экзаменатора, функциональные модули которой реализуют следующие этапы:
- блок лингвистической оценки на основе специальных алгоритмов обрабатывает ответ обучаемого и сравнивает его с эталонным, т. е. определяет качество ответа на текущий вопрос; блок генерации количественного значения функции принадлежности (ФП) на основании установленного качества ответа определяет текущую интегральную оценку значения ФП; блок оценки текущей цели контроля определяет, достигнута ли локальная или глобальная цель контроля. Если достигнута локальная цель, то, на основе рассчитанных результатов, формируется дальнейшая стратегия контроля. блок стратегии контроля определяет следующее контролирующее действие для реализации дальнейшего контроля;
Таким образом, модуль контроля уровня формирования навыка позволяет получать от пользователя неформализованные входные данные, и обрабатывать их. На основании полученных в ходе контроля ответов, формируется алгоритм реализации навыка обучаемым.
Частная оценка качества формирования навыка, при выборе допустимого действия на i-м шаге контроля, может быть определена следующим образом:
(4)
где k – число уровней порождения дополнительных допустимых подмножеств действий; µact − вклад в текущую оценку показателя качества ответа при выборе, вместо эталонного, последовательности допустимых действий.
При этом суммарная оценка качества формирования навыка по (4) определяется при k = 1.
Очевидно, что последующий переход от нечеткой интегральной оценки к ее более привычной шкальной интерпретации достаточно прост, и здесь не рассматривается.
Заключение.
Данная работа посвящена важной и актуальной проблеме, суть которой заключается в адекватном оценивании уровня владения навыком обучаемым. Отличительной чертой работы является применение метода компьютерного контроля с использованием нечетких оценок. Разработка такого модуля контроля позволит анализировать ответы обучаемого, представленные в неформализованном виде.
Предложенный подход к решению проблемы оценки качества формирования навыков дает возможность уйти от субъективности в процессе оценивания, используя, вместе с тем, возможность самостоятельного формулирования действий для реализации навыка на заданной предметной области. Развитием данной работы может стать создание комплексной системы оценки уровня компетенций, которая могла бы успешно применяться в информационно-образовательных системах ВУЗов, не зависимо от профиля обучения.
