КОМПЛЕКС ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ ОБУЧАЕМЫХ

Изобретение относится к обучающе-контролирующим учебным устройствам и может быть использовано на классно-групповых занятиях (при тестировании и самоконтроле каждого учащегося), на лабораторных занятиях (при проведении коллоквиума), при проведении рубежного контроля, зачета и при самостоятельной работе (самоконтроль и самоподготовка).

Известен комплекс для контроля знаний обучаемых, содержащий персональный компьютер обучающего, с которым через устройство ввода-вывода информации связаны индивидуальные устройства тестирования, при этом указанный компьютер оснащен специализированным программным обеспечением, предназначенным для организации обучающе-контролирующего учебного процесса, базой данных со списком тестируемых, базой данных экзаменационного и учебного материала с описанием тестовых заданий и эталонными ответами к ним, базой данных для хранения результатов тестирования и протоколов ответов, подсистемой интерфейса с оператором компьютера, подсистемой интерфейса с устройством ввода-вывода информации, подсистемой проставления оценок и управляющей программой, осуществляющей получение информации из баз данных, передачу ее в указанные устройства тестирования и получение ее из них, обработку полученной информации и занесение ее в базы данных (SU, 1456986, G 09 B 7/07, опубл. 07.02.89).

Недостатком данного комплекса является то, что связь между персональным компьютером обучающего и индивидуальными устройствами тестирования выполнена проводной, что привязывает устройства тестирования к определенному месту в аудитории, ограничивая количество тестируемых количеством таких мест. Другим недостатком является аппаратная сложность комплекса, обусловленная специальным построением принципиальной схемы комплекса, требующей постоянного поступления текущей информации на пульт обучающего. Кроме того, алгоритм работы комплекса предусматривает режим тестирования, при котором вопросы представлены на бумажном носителе, а ответы формируются в пультах тестирования и передаются на компьютер обучающего, что ограничивает возможности быстрой смены задания или увеличения объема задания.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по созданию специализированного аппаратно-программного комплекса на базе индивидуальных автономных приборов тестирования и устройства сбора и преобразования данных на базе однокристальных микроЭВМ и персональной ЭВМ и исключения проводной связи между устройствами тестирования и пультом обучающего. Достигаемый при этом технический результат заключается в уменьшении временных затрат на контроль знаний тестируемых.

Указанный технический результат достигается тем, что в комплексе для контроля знаний обучаемых, содержащем персональный компьютер обучающего, с которым через устройство ввода-вывода информации связаны индивидуальные устройства тестирования, при этом указанный компьютер оснащен операционной системой, специализированным программным обеспечением, предназначенным для организации обучающе-контролирующего учебного процесса, базой данных со списком тестируемых, базой данных экзаменационного и учебного материала с описанием тестовых заданий и эталонными ответами к ним, базой данных для хранения результатов тестирования и протоколов ответов, подсистемой интерфейса с оператором компьютера, подсистемой интерфейса с устройством ввода-вывода информации, подсистемой проставления оценок и управляющей программой, осуществляющей получение информации из баз данных, передачу ее в указанные устройства тестирования и получение ее из них, обработку полученной информации и занесение ее в базы данных, устройство ввода-вывода информации выполнено с сетевым питанием и включает в себя однокристальную микроЭВМ, с которой связаны оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, буквенно-цифровой индикатор, блок сопряжения с компьютером, а также блок инфракрасного фотоприемника информации от устройства тестирования и блок инфракрасного фотопередатчика информации в устройства тестирования для передачи информации от компьютера к устройству тестирования и обратно по инфракрасному каналу, а каждое выполненное автономным индивидуальное устройство тестирования имеет в своем составе однокристальную микроЭВМ, с которой связаны блок клавиатуры, буквенно-цифровой индикатор, энергонезависимое электрически перепрограммируемое запоминающее устройство, блок инфракрасного фотоприемника информации от устройства ввода-вывода информации, блок инфракрасного фотопередатчика информации в устройство ввода-вывода информации, звуковой сигнализатор и систему автономного питания, батареи питания которой через электронный ключ включения/выключения питания связаны с блоком преобразования напряжения батарей питания, выход которого связан с блоками устройства тестирования, при этом микроЭВМ устройства тестирования связана обратной связью с указанным ключом для выключения питания, а блок клавиатуры связан с указанным ключом для обеспечения включения питания нажатием на одну из клавиш.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата. Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого результата.

На фиг. 1 - изображена структурная схема аппаратно-программного комплекса; на фиг. 2 - блок-схема персонального компьютера; на фиг. 3 - блок-схема специализированного программного обеспечения; на фиг. 4 - блок-схема устройства ввода-вывода информации; на фиг. 5 - блок-схема индивидуального автономного прибора тестирования.

Аппаратно-программный комплекс (фиг. 1) содержит персональный компьютер (ПЭВМ) 1, с которым через устройство ввода-вывода информации (УВИ) 2 связаны индивидуальные автономные устройства тестирования (ПТ) 3. Количество устройств тестирования определяется количеством экзаменуемых.

Персональный компьютер (фиг. 2) представляет собой стандартный компьютер, совместимый с IBM PC, имеющий в своем составе блок 4 центрального процессора, жесткий магнитный диск 5 с операционной системой, управляющими программами и базами данных, цветной монитор 6, клавиатуру 7, манипулятор 8 типа "мышь", принтер 9, стандартный интерфейс 10 (RS-232) для обмена информацией с УВИ 2. Данная ПЭВМ представляет собой стандартный по архитектуре и комплектации компьютер, широко описанный в технической литературе.

На жестком магнитном диске 5 ПЭВМ размещены операционная система WINDOWS и специализированное программное обеспечение, предназначенное для организации обучающе-контролирующего учебного процесса.

Специализированное программное обеспечение (фиг. 3) написано на языке высокого уровня C⁺⁺ с использованием компилятора Borland C и состоит из базы данных 11 со списком тестируемых, базы данных 12 экзаменационного и учебного материала с описанием тестовых заданий и эталонными ответами к ним, базы данных 13 для хранения результатов тестирования и протоколов ответов, подсистемы интерфейса 14 с оператором ПЭВМ, подсистемы интерфейса 15 с УВИ, подсистемы проставления оценок 16 и управляющей программы 17, осуществляющей получение информации из баз данных, передачу ее в приборы тестирования и получение ее из приборов тестирования, обработку полученной информации и занесение ее в базы данных. Специализированное программное обеспечение построено на известных алгоритмах, применяемых для формирования баз данных, поиска информации в базе, передачи в другую базу данных или на вывод информации, сравнения данных и принятия решения в случае совпадения данных или несовпадения сравниваемых данных. С использованием таких алгоритмов построены многие специализированные программы, являющиеся приложениями к WINDOWS.

Устройство ввода-вывода информации (УВИ) 2 выполнено в пластмассовом корпусе с сетевым питанием. УВИ 2 (фиг. 4) содержит однокристальную микроЭВМ 18, с которой связаны оперативное запоминающее устройство 19, постоянное запоминающее устройство 20, русскоязычный буквенно-цифровой индикатор 21, блок 22 инфракрасного фотоприемника информации от ПТ, блок 23 инфракрасного фотопередатчика информации в ПТ, блок 24 сопряжения с ПЭВМ, блок 25 питания.

Индивидуальное автономное устройство тестирования (ПТ) выполнено в пластмассовом корпусе с батарейным отсеком. ПТ (фиг. 5) имеет в своем составе однокристальную микроЭВМ 26, с которой связаны блок 27 клавиатуры (12 клавиш), русскоязычный буквенно-цифровой индикатор 28, энергонезависимое электрически перепрограммируемое запоминающее устройство 29, блок 30 инфракрасного фотоприемника информации от УВИ, блок 31 инфракрасного фотопередатчика информации в УВИ, звуковой сигнализатор 32. Система автономного питания ПТ включает в себя блок питания с батареями питания 33, блок 34 преобразования напряжения батарей питания, электронный ключ 35 включения/выключения питания. С ключом 35 связаны блок 27 клавиатуры и по обратной связи микроЭВМ 26. Питание включается при нажатии обучающимся на клавишу "Т" клавиатуры 27.

Передача информационных сигналов с ПТ на УВИ и наоборот осуществляется в беспроводном режиме по инфракрасному каналу связи с использованием инфракрасных фотопередатчика и фотоприемника, смонтированных на каждом из приборов.

При случайном включении прибора (например, при транспортировке) микроЭВМ 26 начинает отсчет времени и, если по истечении определенного времени (например, 2 мин) с устройством тестирования не осуществлялись никакие действия, то микроЭВМ автоматически выдаст команду на электронный ключ для отключения питания.

Для проведения тестирования предварительно разрабатывается специальный экзаменационный (или учебный) материал - тестовые задания. Каждое тестовое задание имеет свой индивидуальный уникальный идентификационный номер и может содержать до 99 вопросов с возможными вариантами ответов на каждый из них (возможно до 6 вариантов ответов). Только один из возможных ответов является правильным. Вопросы в текстовом виде заранее печатаются на бумажном носителе, а правильные ответы на них заносятся в базу данных 12 экзаменационного и учебного материала. В эту же базу данных заносится конкретное число вопросов в каждом тестовом задании, число вариантов ответов для каждого вопроса, номер правильного ответа на каждый вопрос и время, отводимое тестируемому для ответа на данное тестовое задание. Там же указывается метод тестирования - классический или тестирование с доведением ответа до правильного.

При классическом методе тестирования экзаменуемый, давая ответ на вопрос, не знает, правильно он ответил на данный вопрос или нет. Проставление оценки ведется путем сравнения ответов экзаменуемого с правильными ответами, хранящимися в данной базе данных, после завершения тестирования. Оценка выставляется по процентному количеству правильных ответов на вопросы.

При тестировании по методу доведения ответа до правильного экзаменуемому, при ответе на каждый вопрос, сообщается, правильно или нет он ответил на данный вопрос. Экзаменуемый должен отвечать на данный вопрос до тех пор, пока он не добьется правильного ответа. Проставление оценки ведется путем анализа количества попыток ответов на вопросы.

Подсистемы интерфейса 14 с оператором ПЭВМ имеет графический многооконный интерфейс. Взаимодействие оператора ПЭВМ со специализированным программным обеспечением осуществляется с помощью манипулятора "мышь" 8. С клавиатуры 7 производится ввод данных, которые через подсистему интерфейса 14 с оператором ПЭВМ поступают в управляющую программу 17. Вывод сообщений для оператора программа осуществляет на цветной монитор 6.

Список экзаменуемых (например, студентов) находится в предварительно сформированной базе данных 11.

Цикл тестирования одного экзаменуемого состоит в следующем. Придя на экзамен, студент сообщает оператору ПЭВМ (преподавателю) свои данные (фамилию, имя), оператор вводит эти параметры с помощью клавиатуры 7. Через подсистему интерфейса с оператором ПЭВМ 14 данные поступают в управляющую программу 17. Затем оператор вводит идентификационный номер тестового задания, которое предстоит решать студенту, который также поступает через подсистему интерфейса 14 с оператором ПЭВМ в управляющую программу 17. Управляющая программа 17 осуществляет поиск:
- студента в базе данных 11 со списком тестируемых;
- тестового задания в базе данных 12 экзаменационного и учебного материала.

Найдя информацию, управляющая программа 17 пересылает через подсистему интерфейса 15 с УВИ в устройство тестирования 3 (через стандартный интерфейс 10 RS-232 ПЭВМ и устройство ввода-вывода информации 2) следующую информацию:
фамилию студента;
идентификационный номер тестового задания;
количество вопросов в тестовом задании;
время ответа на тестовое задание;
метод тестирования - классический или тестирование с доведением ответа до правильного;
список правильных ответов на вопросы, если тестирование ведется по методу доведения ответа до правильного. При тестировании по классической форме - правильные ответы в прибор тестирования не передаются;
контрольную сумму вышеперечисленной информации.

Данная информация поступает в ПТ, минуя подсистему интерфейса 14 с оператором ПЭВМ. Таким образом, правильные ответы на вопросы не выводятся на экран ПЭВМ и не видны ни экзаменуемому, ни оператору ПЭВМ.

Устройство тестирования с записанной в него вышеперечисленной информацией передается экзаменуемому. Сами вопросы передаются экзаменуемому оператором ПЭВМ или преподавателем в текстовом виде на бумажном носителе, на котором содержатся идентификационный номер тестового задания и тексты всех вопросов с вариантами возможных ответов на каждый из них.

Получив устройство тестирования с записанной в него информацией и лист с вопросами, экзаменуемый приступает к ответам на вопросы.

На жидкокристаллическом индикаторе 28 устройства тестирования высвечивается номер вопроса. Ответы на вопросы вводятся с помощью клавиш прибора тестирования, обозначающих варианты ответов (A, B, C, D, E, F). При тестировании с доведением ответа до правильного ПТ сигнализирует о неправильном ответе текстовым сообщением и звуковым сигналом. При классической форме тестирования правильный ответ не раскрывается. Экзаменуемый может свободно передвигаться по списку вопросов с помощью клавиш -> и <-. Вопросы можно пропускать, затем возвращаться к ним, можно изменять уже введенный ответ. Одним из вариантов ответа является клавиша "Не знаю". С помощью клавиши "Т" можно узнать о времени, оставшемся до окончания тестирования. За 5 мин до конца теста ПТ информирует экзаменуемого текстовым сообщением и звуковым сигналом. Экзаменуемый может досрочно завершить тестирование, нажав клавишу НЕТ. По истечении времени тестирования ПТ автоматически закончит прием ответов. При этом все вопросы, на которые не были даны ответы, считаются отвеченными неправильно.

Закончив тестирование, экзаменуемый отдает устройство тестирования оператору ПЭВМ (преподавателю). Информация о результате тестирования через устройство ввода-вывода 2, интерфейс 10 RS-232 ПЭВМ и подсистему интерфейса 15 с УВИ поступает в управляющую программу 17, работающую в ПЭВМ 1. При этом из ПТ в ПЭВМ передается следующая информация:
фамилия студента;
идентификационный номер тестового задания;
список действительных ответов экзаменуемого на вопросы, если тестирование велось по классическому методу;
для каждого ответа указывается минута от начала тестирования, на которой был дан ответ на данный вопрос;
число правильных ответов на вопросы, если тестирование велось по методу с доведением ответа до правильного;
число неправильных ответов на вопросы, если тестирование велось по методу с доведением ответа до правильного;
контрольная сумма вышеперечисленной информации.

По окончании цикла передачи информации в УВИ микроЭВМ ПТ 26 выдаст команду отключения питания на электронный ключ 35.

Управляющая программа 17 передает принятую информацию в подсистему проставления оценок 16. Туда же передается и информация о правильных ответах на вопросы тестового задания из базы данных 12 экзаменационного и учебного материала. В зависимости от метода тестирования подсистема проставления оценок 16 проставляет оценку:
при тестировании по классическому методу программа сравнивает ответы экзаменуемого с правильными ответами, хранящимися в базе данных 12 экзаменационного и учебного материала, и на основе подсчета числа правильных ответов выставляет оценку;
при тестировании по методу доведения ответа до правильного оценка выставляется на основе количества правильных и неправильных попыток ответов.

Выставленная оценка и фактические ответы экзаменуемого записываются вместе с учетными данными в базу данных 13 результатов тестирования и протоколов оценок. Кроме того, ведомость проставленных оценок печатается на принтере 9.

Проставленные оценки поступают в базу данных 13, минуя подсистему интерфейса 14 с оператором ПЭВМ. Таким образом, оператор ПЭВМ (преподаватель) не имеет возможности проставить оценку и занести ее в базу данных и в ведомость оценок вручную.

Устройство ввода-вывода информации (УВИ) служит для передачи информации от ПЭВМ в ПТ и обратно по инфракрасному каналу, буферизацию передаваемых данных и проверку отсутствия ошибок в передаче.

УВИ работает следующим образом.

Работой УВИ управляет однокристальная микроЭВМ 18 по программе, находящейся в постоянном запоминающем устройстве 20. Вышеперечисленная информация, поступающая от ПЭВМ через интерфейс 10 RS-232, пройдя через блок сопряжения 24, поступает в однокристальную микроЭВМ 18 и записывается ею во временный буфер - ОЗУ 19. МикроЭВМ 18 проверяет контрольную сумму принятой информации. Далее, УВИ под управлением микроЭВМ 18 через блоки инфракрасных фотоприемника и фотопередатчика информации 22 и 23 устанавливает связь с прибором тестирования и записывает в него информацию из временного буфера - ОЗУ 19. Информация между УВИ и ПТ передается со скоростью 2400 бод. При ошибках в передаче информации (неисправность, большое расстояние от УВИ до ПТ) передача информации повторяется три раза.

Вместе с передачей в ПТ информации для тестирования задачей УВИ являются также и прием результатов тестирования из ПТ и передача их в ПЭВМ. При приеме из ПТ результатов тестирования УВИ устанавливает связь с ПТ посредством блоков инфракрасных фотоприемника и фотопередатчика информации 22 и 23, принимает поступающую от ПТ информацию в микроЭВМ 18 и записывает ее во временный буфер - ОЗУ 19. Проверив контрольную сумму, микроЭВМ 18 по запросу ПЭВМ передает в ПЭВМ через блок сопряжения 24 информацию, описанную ранее.

Все режимы работы УВИ для удобства эксплуатации высвечиваются на русскоязычном буквенно-цифровом жидкокристаллическом индикаторе 21, информация на который поступает от микроЭВМ 18.

Питание УВИ осуществляется от сети переменного тока 220 В через блок питания 25.

Работа устройства тестирования ведется под управлением однокристальной микроЭВМ 26 с помощью программы, записанной в постоянную память этой микроЭВМ. Программа составлена таким образом, чтобы работа ПТ была максимально проста и понятна экзаменуемому, поэтому все режимы работы прибора тестирования снабжены подробными надписями - подсказками, выводимыми микроЭВМ 26 на русскоязычный буквенно-цифровой жидкокристаллический индикатор 28.

Информация, принимаемая из ПЭВМ 1 через УВИ 2, с помощью блока 30 инфракрасного фотоприемника информации записывается микроЭВМ 26 в энергонезависимое электрически перепрограммируемое запоминающее устройство 29. В него же микроЭВМ 26 записывает и ответы экзаменуемого, которые поступают в микроЭВМ 26 с клавиатуры 27.

Проверив контрольную сумму принятой с помощью блока 30 инфракрасного фотоприемника информации, микроЭВМ 26 переходит к приему ответов от экзаменуемого. МикроЭВМ выводит на жидкокристаллический индикатор 28 номера вопросов и текстовые сообщения о правильности ввода ответа и оставшемся до окончания тестирования времени. При ответе экзаменуемый нажимает на одну из кнопок (A, B, C, D, E или F) на клавиатуре 27, которая соответствует правильному, по его мнению, ответу. При нажатии на одну из кнопок сигнал с блока клавиатуры 27 поступает в микроЭВМ 26, обрабатывается ею и записывается в энергонезависимое ОЗУ 29. Таким образом учащийся отвечает на все вопросы тестового задания. При этом, если тестирование ведется по методу доведения ответа до правильного, микроЭВМ 26 не производит переход к следующему вопросу, пока экзаменуемый не подберет правильный ответ на данный вопрос.

МикроЭВМ 26 осуществляет подачу звуковых сигналов в случае ввода неверного ответа и истечения времени тестирования с помощью звукового сигнализатора 32. Подсчет времени, оставшегося до завершения тестирования, осуществляет микроЭВМ 26. Электронный ключ 35 включения/выключения питания работает таким образом:
питание включается при нажатии на клавишу "Т" клавиатуры 27;
выключение питания происходит по команде от микроЭВМ 26.

Таким образом, экзаменуемый не может самостоятельно выключить питание прибора тестирования и остановить таким образом отсчет времени, оставшегося до завершения тестирования.

По окончании цикла передачи информации в УВИ микроЭВМ ПТ 26 выдаст команду отключения питания на электронный ключ 35.

По завершении тестирования микроЭВМ 26 передает ответы экзаменуемого из энергонезависимого ОЗУ 29 в ПЭВМ 1 через УВИ 2 с помощью блока 30 инфракрасного фотопередатчика информации.

Блок 34 преобразования напряжения батарей питания осуществляет выработку необходимого для питания микроЭВМ 26 напряжения +5 В от двух батарей питания 33 типа АА, что позволяет сделать прибор тестирования малогабаритным и удобным для переноски в любое место аудитории.

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как для его реализации используются хорошо освоенные промышленностью средства, построенные на базе компьютерной техники.