РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕСТИРУЮЩЕЙ ПРОГРАММНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОСВОЕНИЯ МОДУЛЕЙ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «ВВЕДЕНИЕ В СОВРЕМЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Неотъемлемой частью процесса обучения в вузе является текущий и итоговый контроль полученных знаний, причем роль текущего контроля в определенной мере важнее, так как позволяет своевременно выявить как пробелы в знаниях студента, так и качество методической работы преподавателя. Контроль может проводиться в разных формах, в том числе в форме компьютерного тестирования.

На эффективность компьютерного контроля влияют следующие факторы:

1) многообразие созданных контролирующих материалов и способов их использования;

2) степень согласованности созданной системы к специфике изучаемой дисциплины и направлениям подготовки студентов;

3) возможность системы адекватно распознавать ответы или действия обучающегося при выполнении тестовых заданий.

Преимущества компьютерного тестирования: массовость и регламентированность по времени, что особо значимо при большом количестве обучаемых, объективность оценки знаний и умений тестируемых, возможность автоматизированной статистической обработки полученной информации с целью формирования итоговых отчетов успеваемости.

Обзор литературы

В настоящее время существуют различные тестирующие системы и информационные сервисы

Создание тестирующих систем для проверки практических навыков обучаемых является трудоемкой работой, как для разработчиков таких программных продуктов, так и для педагогов данного направления.

При разработке тестирующих систем может быть использован метод нисходящего проектирования, в частности в

Реализация подобных тестирующих систем происходит на основе традиционных технологий с применением языка высокого уровня, в частности, С++

При апробации тестирующих систем в реальных условиях возникает проблема объективности оценки знаний студентов, рассчитанной данной системой. Например, в

Более сложной для реализации является задача разработки тестирующих систем для проверки практических умений и навыков обучаемых в конкретной предметной области.

В представленной статье рассматривается разработанная авторами тестирующая система, предназначенная для автоматизированной проверки знаний и навыков студентов медицинского института МГУ им. Н. П. Огарева по модулю «Основы работы в Microsoft Excel», входящего в состав дисциплины «Введение в современные информационные и интеллектуальные технологии» для студентов медицинских специальностей вузов.

Существующие тестирующие системы, предназначенные для оценки эффективности освоения обучаемыми электронной таблицы Microsoft Excel, преимущественно осуществляют проверку овладения основными возможностями работы и навыков решения в ней простейших вычислительных задач.

Так, в

На наш взгляд, более перспективным направлением представляется разработка тестирующих систем с применением современных технологий создания программного обеспечения и баз данных, которые позволяют:

1) автоматизировать рутинную работу преподавателя, связанную с проверкой лабораторных работ студентов, представленных в виде excel-файлов;

2) минимизировать количество ошибок при проверке, обусловленных человеческим фактором;

3) связать тестирующую систему с рейтинг-планом дисциплины для автоматического расчета баллов в контрольных точках с учетом понижающего коэффициента, применяемого в случае несвоевременной сдачи работы;

4) осуществлять экспорт получаемых результатов в сторонние программные системы, например, электронно-информационные образовательные среды, функционирующие в вузах.

Цель данного исследования состоит в описании алгоритмов работы созданной авторами тестирующей системы, удовлетворяющей вышеперечисленным свойствам, применительно к лабораторному практикуму по дисциплине «Введение в современные информационные и интеллектуальные технологии», её реализации в виде веб-приложения, оценке преимуществ данной разработки.

Исходными материалами для данного исследования послужили рабочие программы дисциплины «Введение в современные информационные и интеллектуальные технологии», составленные преподавателями Мордовского государственного университета для специальностей «Лечебное дело», «Стоматология», «Педиатрия», «Фармация», в частности рейтинг-планы дисциплины, описание лабораторных работ и варианты заданий к ним.

При реализации рассматриваемой тестирующей системы были использованы следующие программные средства:

1) для создания интерфейса пользователя тестирующей системы – язык гипертекстовой разметки документов HTML, каскадные таблицы стилей CSS, язык программирования JavaScript;

2) в качестве фреймворка – редактор кода Visual Studio Code на основе языка программирования PНР (сравнительный анализ программного обеспечения для создания веб-сайтов приведен в [8]), в том числе с использованием библиотеки PHPExcel, предназначенной для создания и чтения данных из файлов формата OpenXML (примеры применения данной библиотеки рассмотрены в [9]);

3) для хранения информации, генерируемой в процессе тестирования и анализа получаемых результатов, – система управления базой данных MySQL.

Результатом исследования является разработанная авторами тестирующая система, предназначенная для контроля качества освоения модуля «Основы работы в Microsoft Excel» учебной дисциплины «Введение в современные информационные и интеллектуальные технологии».

Информация, необходимая для работы указанной системы, структурирована в виде таблиц базы данных, которые условно можно разбить на три модуля:

1) модуль генерации исходных данных варианта, на основе которого выполняются все задания лабораторных работ;

2) модуль генерации заданий для выполнения лабораторных работ;

3) модуль тестирования для проверки правильности выполнения лабораторных работ.

Модель базы данных представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Модель базы данных

DOI:10.60797/IRJ.2024.146.164.1

Реализация первых двух модулей, разработанных авторами, подробно рассмотрена в

[10]

.

При разработке модуля тестирования использовались рейтинг-планы вышеуказанной дисциплины, в которой приведены формулировки лабораторных работ, относящихся к контрольной точке «Основы работы в Microsoft Excel», и критерии их оценивания.

Рассмотрим примеры работы тестирующей системы. При авторизации студента на сайте тестирующей системы в его личном кабинете появляется список доступных тестирований с указанием темы и срока прохождения. Можно ознакомиться с результатами выполненных тестов или пройти новое тестирование (см. рисунок 2).

Рисунок 2 - Главная страница личного кабинета студента

DOI:10.60797/IRJ.2024.146.164.2

При выборе кнопки «Пройти тестирование» студенту предоставляется шаблон excel-файла, в котором в верхней части рабочего листа записан набор исходных данных (на рисунке 3 – строки 2-17) и задания к лабораторной работе (на рисунке 3 – строки 20-28, 32-34 столбца B), использующие этот набор. Результаты выполнения заданий необходимо размещать в ячейках, выделенных зеленым цветом. На рисунке 3 показан пример такого шаблона для выполнения лабораторной работы «Работа с формулами и функциями», а на рисунке 4 – результат выполнения студентом данной лабораторной работы:

Рисунок 3 - Пример шаблона excel-файла для выполнения лабораторной работы «Работа с формулами и функциями»

DOI:10.60797/IRJ.2024.146.164.3

Рисунок 4 - Пример выполнения лабораторной работы «Работа с формулами и функциями» студентом

DOI:10.60797/IRJ.2024.146.164.4

Из рисунка 4 следует, что студент при выполнении заданий 6 и 11 ввел в ответе только подходящее число, но не написал расчетную формулу, а задание 12 не выполнил.

По окончании выполнения лабораторной работы студент загружает сформированный excel-файл на сайт тестирующей системы:

Рисунок 5 - Загрузка выполненной лабораторной работы для проверки

DOI:10.60797/IRJ.2024.146.164.5

Загруженный файл автоматически проверяется на соответствие образцам правильных ответов, затем результаты проверки выводятся в личный кабинет студента (см. рисунок 6). Тестирование считается сданным в случае достижения студентом 70% правильных ответов.

Рисунок 6 - Результаты проверки

DOI:10.60797/IRJ.2024.146.164.6

Как видно на рисунке 6, тестирующая система правильно определила неверные ответы студента на задание 6 и невыполнение им заданий 11, 12.

При реализации проверки выполнения данной лабораторной работы был применен алгоритм, представленный на рисунке 7.

Рисунок 7 - Алгоритм работы модуля тестирования при проверке лабораторной работы «Работа с формулами и функциями»

DOI:10.60797/IRJ.2024.146.164.7

Обработка прикрепленного студентом excel-файла осуществляется путем применения функции getValue(), позволяющей считать значение из ячейки, и функции getOldCalculatedValue(), которая корректно обрабатывает формулу в ячейке и возвращает уже рассчитанное значение. Таким образом, если в качестве результата функции getOldCalculatedValue() вернулось пустое значение, то для выполнения задания не была использована функция и в массив ответов студента помещается значение «-1», означающее, что задание не выполнено.

Рассмотрим отдельные запросы к базе данных, необходимые для получения правильных ответов на задания. Проиллюстрируем последовательность построения запросов на примере задания 1 – «Вычислить среднее число дней, проведенных больными в стационаре» (см. рисунок 3):

1. Создать временную таблицу subset_data, в которую помещаются значения столбца, указанного в задании 1 (в данном случае – столбец «Проведено дней»):

CREATE TEMPORARY TABLE subset_data AS 

SELECT column_value.value FROM column_value, function, option1, option_column

WHERE function.ID_option_column_1=column_value.ID_option_column

AND option1.ID_option=option_column.ID_option 

AND column_value.ID_option_column=option_column.ID_option_column 

AND option1.ID_option=1;

2. Выбрать функцию function_name_1 из таблицы function, необходимую для выполнения задания (в данном случае – это функция СРЗНАЧ()), результат будет храниться в переменной $function:

SELECT function.function_name_1 FROM function WHERE ID_option=1;

3. Получить тип данных выбранного столбца column_type из таблицы option_column (в данном случае – это тип INT), результат будет храниться в переменной $type:

SELECT option_column.column_type FROM function, option1, option_column

WHERE option1.ID_option=option_column.ID_option

AND function.ID_option_column_1=option_column.ID_option_column

AND option1.ID_option=1;

4. Выполнить задание, применив выбранную функцию к столбцу, полученному в результате выполнения запроса 1 и преобразованному к соответствующему типу данных:

SELECT ".$function."(n1) FROM (SELECT cast(subset_data.value AS ".$type.") AS n1 FROM subset_data) q

Аналогично выполняется и проверяется лабораторная работа по теме «Построение диаграмм». На рисунке 8 приведен шаблон excel-файла для выполнения данной работы, содержащий вспомогательные таблицы для расчета данных, которые необходимо визуализировать на диаграммах, а также образцы готовых диаграмм, которые нужно построить. Диаграммы должны содержать такие элементы как: заголовок диаграммы, легенда, подписи осей, подписи данных, и т.п.

На рисунке 9 представлен результат выполнения студентом данной лабораторной работы, из которого следует, что студент допустил следующие ошибки:

1) при расчете вспомогательной таблицы для круговой диаграммы не ввёл одну из необходимых формул, а также не отобразил подписи данных;

2) при построении гистограммы не добавил подписи горизонтальной оси;

3) при расчете вспомогательной таблицы для линейчатой диаграммы не ввел расчетные формулы, а также не отобразил подписи данных и легенду.

Рисунок 8 - Пример шаблона excel-файла для выполнения лабораторной работы «Построение диаграмм»

DOI:10.60797/IRJ.2024.146.164.8

Рисунок 9 - Пример выполнения лабораторной работы «Построение диаграмм» студентом

DOI:10.60797/IRJ.2024.146.164.9

На рисунке 10 представлены результаты проверки лабораторной работы «Построение диаграмм», выполненной тестирующей системой.

Рисунок 10 - Результаты проверки лабораторной работы «Построение диаграмм»

DOI:10.60797/IRJ.2024.146.164.10

Как видно на рисунке 10, тестирующая система правильно определила перечисленные выше ошибки студента.

При реализации проверки выполнения данной лабораторной работы был применен алгоритм, представленный на рисунке 11.

Рисунок 11 - Алгоритм работы модуля тестирования при проверке лабораторной работы «Построение диаграмм»

DOI:10.60797/IRJ.2024.146.164.11

В представленном алгоритме для анализа построенных студентом диаграмм использовались следующие функции библиотеки PHPExcel:

1) getCharts() – возвращает диаграммы с активного листа;

$excel = PHPExcel_IOFactory::load("Name_file");

$charts = $excel->getCharts();

2) getType() – возвращает тип диаграммы;

foreach ($charts as $chart) 

    $chartType = $chart->getType();

3) getTitle() – возвращает заголовок диаграммы;

$chart = $excel->getChartByName('Chart 1');

$title = $chart->getTitle();

4) getSeries() – возвращает данные о сериях диаграммы (getData() – значение серии, getLabels() – метка серии);

$series = $chart->getSeries();

foreach ($series as $s) 

{

    $data = $s->getData();

    $labels = $s->getLabels();

}

4) getLegend() – возвращает легенду;

$legend = $chart->getLegend();

5) getXAxis()/getYAxis() – возвращает ось OX/OY, getTitle() – заголовок оси, getText() – название заголовка оси.

$xAxis = $chart->getXAxis();

$xAxisLabel = $xAxis->getTitle()->getText();

Последней лабораторной работой модуля «Основы работы в Microsoft Excel» является «Сортировка и фильтрация данных», реализация проверки которой выполняется аналогично представленным выше алгоритмам.

Основной целью предлагаемой тестирующей системы является не только проверка теоретических знаний студентов с помощью проведения компьютерного тестирования, но и анализ excel-файлов, получаемых студентами в ходе выполнения лабораторных работ. Цель такого анализа состоит как в определении оценки соответствия результатов выполнения заданий правильным ответам, так и проверки алгоритма получения этих результатов (например, проверяется синтаксис введенной студентом формулы или создание вспомогательной таблицы для построения диаграмм).

Преимуществами разработанной тестирующей системы являются:

1) возможность удаленного доступа к данным, обеспечивающего применение данной системы в дистанционном режиме;

2) скорость обработки большого объема данных, обусловленного контингентом обучаемых;

3) кроссплатформенность, обеспечивающая способность данной системы работать с различными аппаратными платформами или операционными системами, обусловленная применением языков web-программирования.

4) автоматизированная обработка и анализ excel-файлов с результатами выполнения лабораторных работ.

Апробация представленной в статье тестирующей системы была проведена при изучении дисциплины «Введение в современные информационные и интеллектуальные технологии» студентами медицинского института Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева в 2023-2024 учебном году и показала высокую эффективность предложенной технологии оценки знаний и навыков студентов. В ходе апробации системы было проанализировано 218 excel-файлов лабораторных работ студентов специальностей «Лечебное дело», «Стоматология», «Педиатрия», «Фармация». Одна и та же работа оценивалась дважды – преподавателем с помощью традиционной визуальной проверки и тестирующей системой. Расхождение в оценках составило приблизительно 2%, что находится в пределах статистической погрешности и обусловлено тем, что:

1) отдельные задания могут быть выполнены разными способами;

2) при работе с вариантом не исключена ситуация, когда исходные данные, на основе которых производятся расчеты, могут быть случайно изменены студентом.