Tехнологические аспекты создания автоматизированных систем

TECHNOLOGICAL ASPECTS OF AUTOMATED KNOWLEDGE
CONTROL SYSTEMS DEVELOPMENT
Voychenko A.
International research and training center for information technologies
and systems
The work is devoted to consideration of interactive knowledge control
system development process. Here are provided a review of modern
international standards in the field of the computer-based knowledge
control, the original data model implemented on the basis of XML use
is resulted, and the description of the modular system of interactive
tests development.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОЗДАНИЯ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ
Войченко А.П.
Международный научно-учебный центр информационных
технологий и систем НАН и МОН Украины
Данная работа посвящена рассмотрению технологических
аспектов разработки автоматизированных систем контроля
знаний. В работе приводится обзор современных международных
стандартов в области компьютерного контроля знаний,
приводится оригинальная модель данных, реализованная на
основе языка XML, и описывается программная реализация
модульной системы разработки интерактивных тестов.
Внедрение ИТ в обучении привело к тому, что понятие
«дистанционное обучение» (ДО) воплотилось в реальность и
стало неотъемлемой частью системы современного образования.
Использование ИТ в обучении привело к качественному
изменению самой концепции учебного процесса и пересмотру
всех его базовых составляющих. Расширился спектр механизмов
взаимодействия между преподавателем и обучаемым. Возникли
новые способы представления знаний, которые концептуально и
технически отличаются от традиционных. Были разработаны
новые технологии создания, хранения и доставки учебного
материала и системы управления учебной деятельностью.
Появились такие понятия, как компьютерная дидактика,
дистанционные курсы, цифровые учебники, системы управления
обучением, цифровые библиотеки и т.д.
Однако большинство распространенных авторских учебных
систем не были приспособлены к реализации идей
дистанционного обучения и открытого образования в силу своей
уникальности, несовместимости форматов данных, структур
электронных обучающих средств и т.п. Электронный учебный
ресурс, созданный с помощью одной авторской системы, не мог
быть воспроизведен и использован в рамках другой.
Возникла проблема унификации архитектур обучающих
систем, структур и форматов данных для представления учебных
материалов, моделей обучаемых, средств управления учебным
процессом и компиляции индивидуализированных версий
учебных ресурсов.
Для решения этой проблемы было создано несколько
международных и национальных организаций, поставивших
перед собой цель стандартизации компьютерных средств
обучения на основе современных информационных технологий.
Среди этих организаций выделяется IMS Global Learning
Consortium - международный образовательный консорциум,
развивающий концепцию, технологии и стандарты обучения
Одна из спецификаций, Question and Test Interoperability —
пакет, включающий в себя набор спецификаций, методики
разработки, примеры для построения полноценных тестовых
систем. Данный пакет определяет формат данных, в которых
должна храниться информация в соответствии со спецификацией.
[1]
На сегодняшний день спецификация Question and Test
Interoperability широко внедряется по всему миру, и стала дефакто стандартом для всех современных обучающих систем. [2].
Внедрение стандарта IMS может быть осуществлено как в уже
разработанные обучающие системы, так и в системы, которые
только планируется разработать. Для внедрения пакета
тестирования IMS необходимо произвести преобразование базы
данных тестов в формат XML.
На сегодняшний день для разработки средств контроля знаний
практически
всегда
используются
специализированные
инструментальные средства.
Использование специальных инструментальных средств и
оболочек для разработки средств контроля знаний имеет
следующие преимущества:
 существенно снижается время разработки;
 снижаются общие затраты организации на
разработку и использование ресурсов ДО;
 обеспечивается
современный
уровень
функциональных
возможностей
пользовательского
интерфейса;
 исключаются многие ошибки разработчиков.[3].
По мере развития рынка программного обеспечения для
дистанционного обучения, эти средства становятся все более
удобными в эксплуатации, расширяют диапазон предоставляемых
пользователям функциональных возможностей.
Применение специализированных средств разработки курсов
ДО позволяет существенно расширить аудиторию потенциальных
разработчиков. Даже преподаватели, не обладающие глубокими
знаниями в области информационных технологий, способны
разрабатывать ресурсы для контроля знаний с помощью таких
программных средств.
В любой современной учебной системе реализованы как
механизмы создания ресурсов для контроля знаний так и
собственно средства организации контроля знаний.
Во всех рассмотренных системах присутствует подсистема
заработки средств контроля знаний, при этом она является
неотъемлемой компонентой системы и не может использоваться
за ее пределами.
Кроме того, процесс разработки средств контроля знаний
может осуществляться исключительно в он-лайн режиме, т.е.
разработчик должен непрерывно поддерживать связь с системой
на протяжении всего процесса разработки, что в некоторых
случаях является проблематичным.
Вне зависимости от реализации интерфейса и системной
модели данных для представления тестовых заданий, подсистема
разработки средств контроля знаний в перечисленных выше
системах интегрирована с другими подсистемами на уровне ядра,
что существенно затрудняет, а в некоторых случаях делает
принципиально невозможным обмен данными (тестовыми
заданиями) с другими системами. Также в большинстве случаев
не реализован механизм экспорта разработанных тестовых
заданий для использования в автономном режиме вне пределов
системы или в режиме офф-лайн.
На практике во многих случаях есть необходимость в
средствах разработки, которые бы с одной стороны позволяли
создавать средства контроля знаний в автономном режиме с
последующим их использованием в рамках какой-либо учебной
системы, а с другой стороны – позволяли бы осуществлять
экспорт тестовых заданий для последующего и использования за
пределами системы, например в рамках локальной сети
образовательной организации, или в целях самоконтроля в
режиме офф-лайн.
Основные технологические требования к такой системе
можно сформулировать следующим образом:
 Возможности создавать средства контроля знаний в
автономном режиме для последующего использования
обучаемыми в режиме офф-лайн ;
 Возможность автоматически импортировать средства
контроля знаний, созданные в автономном режиме, для
использования в режиме он-лайн ;
 Возможность автоматически экспортировать средства
контроля знаний, созданные как в автономном так и в онлайн режиме для последующего использования в других
учебных системах;

Возможность конвертации средств контроля знаний,
созданных и используемых в режиме он-лайн для
последующего использования обучаемыми в режиме оффлайн.
Решением
указанной
проблемы
могла
бы
стать
многокомпонентная система, которая бы сочетала в себе он-лайн
и офф-лайн модули и при этом обеспечивала бы с одной стороны
полную внутреннюю совместимость ресурсов, разработанных с
использованием разных модулей, а с другой – позволяла бы
осуществлять экспорт ресурсов в формат, соответствующий
международным стандартам в области обучения (IMS Question &
Test Interoperability Specification). [4]
Рассмотрим построение модели данных для реализации
контроля знаний на простейшем примере вопросов с возможными
вариантами ответов Да/Нет (Simple choice).
Для построения модели данных системы целесообразно
использовать язык XML.
XML (Extensible Markup Language[5]) - это язык разметки,
описывающий целый класс объектов данных, называемых XMLдокументами. Этот язык используется в качестве средства для
описания структуры данных и контроля за правильностью
составления документов.
Он также является основой для IMS Question & Test
Interoperability Specification и, таким образом, использование XML
в качестве основы для построения модели данных существенно
упрощает реализацию совместимости с данным стандартом.
Разработка системы для реализации интерактивного
контроля знаний
В целом, система состоит из двух частей: он-лайновой и оффлайновой, каждая из которых, в свою очередь состоит из двух
основных функциональных модулей:
1. Модуль редактирования
2. Модуль генерации
Кроме того, в он-лайновой части системы присутствует база
интерактивных тестов для облегчения доступа пользователей к
конкретным тестам в режиме он-лайн.
Модуль редактирования предназначен для обработки ввода
пользователя и создания XML файла содержащего структуру и
наполнение конкретного тестового задания. Он представляет
собой XML редактор и набор интерактивных диалоговых окон
посредством которых пользователь имеет возможность
осуществлять ввод вопросов теста, вариантов ответа, указывать
верные ответы и задавать параметры теста в целом.
Введенная
пользователем
информация
автоматически
конвертируется в формат XML в соответствии с моделью данных
используемой для конкретного теста.
Редактор XML дает возможность осуществлять изменения \
обновления теста путем ручного редактирования собственно
XML – файла.
Модуль генерации. Основной функцией модуля генерации
является конвертация входного XML-файла в результирующую
пару файлов HTML + Javascript, которые могут непосредственно
использоваться для контроля знаний, посредством их загрузки в
стандартном WEB-браузере.
При конвертации автоматически определяются типы
вопросов входящих в тест и принимается решение по
использованию нужного шаблона конвертации. После завершения
процесса конвертации полученные файлы могут быть
использованы без какого либо дополнительного редактирования
или обработки.
Данная система была использована при разработке компонент
контроля знаний для следующих дистанционных курсов:
 “Сучасні Інтернет-технології”
 ”Введення до Unix”
В настоящее время продолжаются активные разработки
технологий создания интерактивных компонент контроля знаний.
Должное внимание уделяется вопросам применения современных
мультимедийных технологий, повышению эффективности и
надежности учебных систем, учета различных психологических
аспектов в процессе осуществления контроля знаний и т.д.
Среди основных требований к современным интерактивным
системам контроля знаний следует выделить гибкость,
модульность, расширенную поддержку средств мультимедиа и
совместимость представления данных в различных системах.
Дальнейший прогресс в разработке инструментальных средств
создания интерактивных компонент контроля знаний невозможен
без более тесной интеграции различных систем разработки на
уровне моделей данных и унифицированных способов
представления информации с одной стороны, а с другой стороны
– без использования гибкой модульной системной архитектуры.
Также в качестве одной из базовых компонент реализации этих
требований должны использоваться международные стандарты в
области информационных технологий.
Литература
1. IMS Global Learning Consortium: IMS Question & Test
Interoperability Specification
URL: http://www.imsglobal.org/question/index.html
2. В.И.Солдаткин
"Концепция информационно-образовательной среды открытого
образования Российской Федерации"
Всероссийская конференция "Образовательная среда: сегодня и
завтра" (Москва, ВВЦ, 29.09-02.10.2004)
3. И.П.Норенков
"Система критериев качества учебного процесса для
дистанционного образования"
МОСКОВСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ им. Н.Э.Баумана, 2002
4.О.П Войченко, Р.А Емельянов, Н.Б. Киян, Ю.В. Степаненко
“Проблеми організації контролю знань на базі використання ІКТ”
Матеріали конференції ІТОНТ-2004, Черкаси, Україна.
5. Extensible Markup Language (XML)
URL: http://www.w3.org/XML/