ГЕНЕРАЦИЯ УЧЕБНО-ТРЕНИРОВОЧНЫХ ЗАДАЧ
НА ОСНОВЕ МОДЕЛИ, ПРЕДСТАВЛЯЮЩЕЙ ИНФОРМАЦИЮ ОБ ОТНОШЕНИЯХ МЕЖДУ ИЗУЧАЕМЫМИ ОБЪЕКТАМИ (M_tg4)

 

 

 

Н.Р. Варшавская

 

 

(Москва, Московский энергетический институт (Технический университет), Россия)

 

 

 

 

 

            Информационные технологии играют все более существенное значение в образовании. Современный учебный процесс сложно представить без использования компьютерных учебников, задачников, тренажеров, лабораторных практикумов, справочников, энциклопедий, тестирующих и контролирующих систем и других компьютерных средств обучения (КСО). По сравнению с традиционными учебно-методическими средствами КСО обеспечивают новые возможности, а многие существующие функции реализуются с более высоким качеством.

         Одна из самых важных и наиболее эффективных функций КСО – возможность автоматического контролирования знаний обучающихся при помощи учебно-тренировочных задач (УТЗ).  Функции генерации УТЗ существенно расширяют возможности КСО, повышают их ценность. Они обеспечивают большое количество и разнообразие УТЗ, предлагаемых учащемуся. Шаблонных алгоритмов генерации УТЗ на данный момент не создано, поэтому данная тема является сейчас актуальной.

         В этой работе рассматривается один из алгоритмов генерации УТЗ – генерация УТЗ на основе модели M_tg4 [1]. Другое название этого алгоритма – генерация УТЗ на основе информации об отношениях между объектами. Алгоритм позволяет генерировать УТЗ по разным предметным областям. Для каждой предметной области должен быть создан файл в формате XML, содержащий модель для этой предметной области. Такие файлы будут являться входными для нашего генератора. Пользователь задает параметры генерации. После этого генератор используя входные данные, генерирует задачи, которые затем группируются в коллекции задач. Эти коллекции задач сохраняются (сериализуются) на жесткий диск в формате SOAP. Создано визуальное приложение – интерфейс позволяет загрузить (десерилизовать) коллекции задач, выводить условие задачи на экран для ответа пользователю (обучающемуся). После ответа приложение проверяет  его правильность и информирует об этом пользователя. После ответа на всю коллекцию задач выводится статистика коллекции задач, в котором пользователю предоставляется информация о том как происходил процесс ответа на всю коллекцию задач. Эта статистика позволяет выяснить на сколько хорошо обучающийся осведомлен в данной предметной области. Приложение – интерфейс позволяет оперировать с файлами коллекции задач (создавать, переименовывать и удалять). В приложение встроена функция представления, правильного ответа на задачу.

Постановка задачи:

·        Создать группу входных файлов в формате XML по разным предметным областям.

·        Программно реализовать алгоритм генерации УТЗ на основе модели M_tg4, т.е. на основе информации об отношениях между объектами.

·        Создать программу приложения – интерфейса для пользователя (обучающегося), позволяющего выводить условия задачи на экран, пользователю отвечать на задачи, проверять ответы, в конце работы выводить статистку по коллекции.

 

Для построения модели задачи используются сведения о множестве однородных объектов

ПО E = {e_i | i = 1, 2, …, k_e} (e_i – i-й объект, k_e – количество объектов, k_e > 1) и определенном на нем бинарном отношении    G  E x E. G представляет собой множество пар объектов (e_i, e_j), связанных этим отношением.

В рассматриваемом методе генерации используется модель УТЗ M_tg4:

         M_tg4 = (A, C, Str(M_s), Val(M_s), Int(M_s), V, ),    

где    - обозначает неиспользуемый компонент модели.

Str(M_s) в рамках M_tg4 представляет кортеж:

         Str(M_s) = (E, k_eor, k_eoe, k_eoa, G),         

где    k_eor, k_eoe и k_eoa – количества реальных, ошибочных и абсурдных объектов;

         k_eor + k_eoe + k_eoa = k_e;

         k_eor > 1, k_eoe ≥ 0, k_eoa ≥ 0.

В контексте M_tg4 компонент Val(M_s) имеет вид:

         Val(M_s) = (k, E_s, G_s),              

где    k – индекс реального объекта или количество реальных объектов, фигурирующих в постановке задачи;

E_s – подмножество реальных объектов, фигурирующих в постановке задачи;

G_s  E x E – подмножество пар объектов, для которых в задаче предлагается определить существование соотношений из G.

Цель УТЗ ассоциируется с ее типом t_a:

         A = t_a; t_a  {1, 2, …, 14}.

 

Общий алгоритм работы классов-генераторов всех типов таков:

•         Функция GenParam – генерирует необходимые для задачи параметры (k1, k2, typeRelation).

•         Функция BuildAll – на основе сгенерированных параметров выбирает случайным образом данные  из вектора E и матрицы G, строит вектор variant, матрицу gProection и Es (если нужно).

•         Функция makeFormulirovka на основе построенных векторов и матриц, используя вектор естественно-языковых выражений, из которых строятся формулировки задач, строит окончательный вариант формулировки formulirovkaFinal.

•         Функция invertTask с заданной вероятностью pInvert пытается инвертировать задачу.

•         Функции setAnswers строит вектора с правильными, ошибочными и абсурдными вариантами ответов.

Функция GetTask создает и возвращает сгенерированный объект класса задачи (TaskStandart).

 

Примеры сгенерированных задач

Приведен пример сгенерированных задач:

1) Тип задачи = 1 Прямая с использованием обратного отношения

Формулировка: Указать города России, которые расположен(ы) дальше от Москвы, чем города Нижний Новгород

Варианты, предлагаемые обучающемуся и множество gProection:

Тула

Тбилиси

Пенза

Владимир

Сочи

Новгород

Сызрань

Курск

Правильный ответ: Пенза Сочи Новгород Сызрань Курск

Ошибочный ответ: Тула Владимир

Абсурдный ответ: Тбилиси

2) Тип задачи = 14 Инверсная с использованием обратного отношения

Формулировка: Укажите неверные формулировки.

Варианты, предлагаемые обучающемуся:

Город Ростов-на-Дону не дальше от Москвы города Новороссийск

Город Тверь не дальше от Москвы города Владимир

Город Смоленск не ближе от Москвы города Краснодар

Город Сочи не ближе от Москвы города Ереван

Правильный ответ: Формулировка 3

Ошибочный ответ: Формулировка 1, Формулировка 2

Абсурдный ответ: Формулировка 4

        

Основные выводы по работе:

         1.      В этой работе предложен один из вариантов инвариантного к ПО алгоритма – алгоритм генерации УТЗ на основе модели M_tg4 (на основе информации об  отношениях между объектами).

         2.      В этой работе был программно создано приложение – интерфейс, который позволил пользователю (обучающемуся) работать с генератором.

         3.      Входные файлы имеют определенную структуру, обусловленную моделью Mtg4 (на основе информации об отношениях между объектами) и представленную в формате XML.

4.      Выходные файлы хранятся в формате XML. Формат XML в наши дни является удобным и эффективным форматом для хранения информации.

 

ЛИТЕРАТУРА

1) Башмаков А.И., Башмаков И.А. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем. – М.: Информационно-издательский дом «Филинъ», 2003. – 616 с.

2) Троелсен Э. C# и платформа .NET. – СПб.: Питер, 2004. – 796 с., ил.

3) Гарольд Э., Минс С. XML. Справочник. - СПб.: Символ-Плюс, 2002. – 576 с., ил.