Разработка автоматизированного рабочего места преподавателя информатики

Осуществляя учебный процесс, преподаватель информатики подготавливает большое количество однотипных заданий для расчетно-графических, самостоятельных и домашних работ. Каждый год задания должны меняться, чтобы студенты не могли воспользоваться результатами, полученными студентами в предыдущие года. Для удобства проверки преподавателю желательно иметь готовые ответы, а также опорные точки решения, чтобы быстро установить ошибку. Так как помимо использования прошлогодних задач также нередко встречаются случаи списывания работ у студентов других групп, преподавателю необходимо подготовить уникальные задания для каждой группы. Таким образом, речь может идти о нескольких десятках вариантов, то есть сотнях задач. Вручную составление такого количества задач, даже по однообразным вариантам, может занять не один день. Например, типовая расчетно-графическая работа содержит до 15 задач на разные темы, а в учебной группе обучается до 18–20 человек, соответственно необходимо составить и проверить около 300 задач.

Для решения составленных заданий преподаватель может пользоваться бесплатными онлайн-сервисами и программами, но это неудобно и отнимает много времени. Кроме того, онлайн сервисы имеют существенные недостатки. Главный из них — отсутствие настоящей генерации вариантов. Как правило, сервис располагает определенной базой задач, то есть, вариативность задач ограничивается готовым набором заданий. Таким образом, нередко данные сервисы никак не помогают преподавателю в создании задач, которые не встречались ранее.

Большинство онлайн сервисов предлагают генерацию варианта, содержащего несколько задач на разные темы, но вариант не генерируется с нуля, а комбинируется из базы задач, собранных из сборников задач для подготовки к ЕГЭ. Также предоставляются сборники задач, зачастую — платные.

На основе сформированных требований была разработана программа, предоставляющая пользователю следующие возможности:

1. Выбор тематики задач. Всего предложено 15 разных тем, из которых можно сформировать типовой вариант — от одной задачи до пятнадцати соответственно.
2. Возможность выбора подтипа задачи, текста условия задачи. Для каждого типа задач существует несколько подтипов — задачи на схожую тематику и со схожими базовыми алгоритмами решения, но отличающиеся либо сложностью решения, либо искомыми и заданными величинами. Также для разных подтипов используются разные текстовые шаблоны условия задачи.
3. Возможность указания количества вариантов. Для сформированного типового варианта можно сгенерировать определенное количество вариантов с разными значениями параметров, но похожими схемами решения.
4. Возможность генерации задачи, использую случайные значения. Преподаватель может не указывать диапазоны значения для формирования задачи. В этом случае параметры будут подобраны случайным образом, с учетом связи между ними.
5. Возможность указания диапазона значений для той или иной задачи. Так как преподавателю могут быть нужны разные варианты задач, то логично указывать не значения, а их диапазоны, а программа генерирует задачи с разными значениями, укладывающимися в данные диапазоны.
6. Возможность сохранения текстов задач, ответов к задачам и опорных точек решения задач. Для дальнейшего использования удобнее сохранять условия задач в документ Microsoft Word, также необходимо сохранить ответы к задачам для проверки, а также опорные точки решения — вычисление промежуточных величин, сверяя которые преподавателю будет проще определить, на каком этапе студент совершил ошибку в решении задачи, если ответы не сходятся.
7. Возможность сохранения и загрузки маски варианта. Так как программа может часто использоваться для генерации однотипных задач, удобно хранить шаблон типового варианта, который хранит в себе типы задач, которые необходимо сформировать, с указанием подтипов, текстов условий и диапазонов значений (или случайный выбор параметров).

Типы заданий соответствуют заданиям, применяемым преподавателями Брянского государственного технического университета в учебном процессе согласно учебным планам и образовательным стандартам Министерства Образования Российской Федерации. За базу для разработки алгоритмов решений задач были взяты методические указания по выполнению расчетно-графической работы по дисциплине «Информатика», составленные для студентов первого курса.

Для генерации варианта в программе преподавателю необходимо выполнить следующие действия:

1. Отметить типы задач, которые необходимы для типового варианта. По умолчанию все задачи отмечены как необходимые при формировании типового варианта.
2. Выбрать подтип, условие, задать необходимые диапазоны (или оставить отметку «использовать случайные значение»).
3. Указать количество вариантов и нажать кнопку «Сгенерировать вариант».
4. Сохранить варианты, используя команды главного меню.
5. При необходимости, сохранить маску варианта.

На рисунке 1 представлено диалоговое окно программы.

Рис. 1. Рабочая область программы

Пример документа, полученного в результате генерации заданий, представлен на рисунке 2.

Рис. 2. Пример документа с сохраненными условиями задач

Важной особенностью программы является возможность работы с шаблонами вариантов заданий. В шаблоне можно сохранять выбранные типы заданий и их количество, ограничения и подтипы. Использование шаблонов позволяет генерировать различные наборы вариантов ежегодно, без необходимости повторного заполнения информации о структуре самостоятельной работы. Работа с шаблоном продемонстрирована на рисунке 3.

Рис. 3. Сохранение шаблона вариантов

Данная программа имеет несколько векторов развития.

1. Расширение тематики задач. Так как алгоритмы решения разных типов задач реализованы модульно, одной из перспектив развития является расширение тематики путем добавления новых модулей, например, задач, связанных с построением графиков, задач по другим дисциплинам (дискретная математика, математическая логика, и т. д.).
2. Автоматизированная проверка. Так как программа реализует не только построение задачи и ответа, но и опорных точек для решения, при дальнейшем развитии программы можно реализовать проверку решения, составленного студентом, в соответствии с решением, смоделированным программой.
3. Повышение гибкости составления задач. Алгоритмы составления задач, реализованных в данной программе, имеют статичную структуру, как текстов задач, так и методов решения. Одним из векторов развития программы является разработка алгоритма, позволяющего преподавателю моделировать собственные задачи. При этом это не ограничивается написанием шаблонов текста задачи с подстановкой параметров через специальные символы. Есть возможность внедрить в программу калькулятор формул, который может преобразовывать введенную строку-выражение. Таким образом, преподаватель может не только составить условие задачи, а в качестве сопутствующего материала указать необходимые формулы, по которым программа сможет вычислить искомые промежуточные и конечный результаты на основе генерируемых исходных данных.

Литература:

1. Агеева Е. С., Макарова Е. В. Сетевая система дистанционного обучения «Пегас» // Молодой ученый. — 2016. — № 21. — С. 847–849.
2. Зорин Ю. А. Интерпретатор языка построения генераторов тестовых заданий на основе деревьев И/ИЛИ // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники, 2013, № 1. С. 75–79.
3. Кручинин В. В. Генераторы в компьютерных учебных программах. — Томск: Изд-во Том. Ун-та, 2003. — 200 с.
4. Кручинин В. В. Генераторы в компьютерных учебных программах. — Томск: Изд-во Том. ун-та, 2003. — 200 с.