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, индивидуальных опросов, 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 В 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. Достигаемый при этом технический результат заключается в объективности результатов контроля знаний тестируемых.

Указанный технический результат заключается в том, что в комплексе для контроля знаний обучаемых, содержащем персональный компьютер обучающего, с которым по проводному каналу связаны индивидуальные устройства тестирования, преобразователь сигналов, выполненный в виде отдельного модуля с сетевым питанием индивидуальных устройств тестирования и включающий в себя блок сопряжения с персональным компьютером обучающего и блок сопряжения с индивидуальными устройствами тестирования, подключенными к последнему параллельно, 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, каждое индивидуальное устройство тестирования выполнено в виде отдельного модуля и включает в себя однокристальную микроЭВМ, с которой связаны энергонезависимое электрически перепрограммируемое оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, буквенно-цифровой индикатор, блок сопряжения с преобразователем сигналов, клавиатура, русскоязычный буквенно-цифровой индикатор и звуковой сигнализатор, при этом каждое индивидуальное устройство тестирования оснащено программным обеспечением, предназначенным для получения из оперативно запоминающего устройства персонального компьютера обучающего сформированного блока данных, касающихся тестового задания, хранения его в энергонезависимом электрически перепрограммируемым оперативном запоминающем устройстве и выводе данных, касающихся тестового задания на буквенно-цифровой индикатор, и передачи результатов выполнения тестового задания в персональный компьютер обучающего.

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 преобразователя сигналов;
на фиг. 5 - блок-схема индивидуального пульта тестирования.

Настоящее изобретение касается выполнения комплекса для контроля знаний обучаемых, который содержит персональный компьютер обучающего, с которым по проводному каналу связаны индивидуальные устройства тестирования. 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.

Комплекс также содержит преобразователь сигналов, выполненный в виде отдельного модуля с сетевым питанием индивидуальных устройств тестирования и включающий в себя блок сопряжения с персональным компьютером обучающего и блок сопряжения с индивидуальными устройствами тестирования, подключенными к последнему параллельно.

Каждое индивидуальное устройство тестирования выполнено в виде отдельного модуля и включает в себя однокристальную микроЭВМ, с которой связаны энергонезависимое электрически перепрограммируемое оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, буквенно-цифровой индикатор, блок сопряжения с преобразователем сигналов, клавиатура, русскоязычный буквенно-цифровой индикатор и звуковой сигнализатор.

Каждое индивидуальное устройство тестирования оснащено программным обеспечением, предназначенным для получения из оперативно запоминающего устройства персонального компьютера обучающего сформированного блока данных, касающихся тестового задания, хранения его в энергонезависимом электрически перепрограммируемым оперативном запоминающем устройстве и выводе данных, касающихся тестового задания на буквенно-цифровой индикатор, и передачи результатов выполнения тестового задания в персональный компьютер обучающего.

Ниже приводится пример конкретного исполнения настоящего изобретения.

Аппаратно-программный комплекс содержит персональный компьютер (ПЭВМ) 1, преобразователь сигналов 2, индивидуальные пульты тестирования (ИПТ) 3, количество этих устройств определяется количеством экзаменуемых. ПЭВМ 1 связан с ИПТ 3 через преобразователь сигналов 2.

Персональный компьютер (ПЭВМ) представляет собой 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, оперативное запоминающее устройство ОЗУ 6, цветной монитор 7, клавиатуру 8, манипулятор 9 типа "мышь", принтер 10, стандартный интерфейс 11 RS-232 для обмена информацией с ИПТ через преобразователь сигналов 2.

Преобразователь сигналов 2 выполнен в пластмассовом корпусе с сетевым питанием. Он содержит блок 12 сопряжения с ПЭВМ, блок 13 сопряжения с ИПТ и блок питания 14, к которому подключены ИПТ.

Каждый индивидуальный пульт тестирования (ИПТ) выполнен в пластмассовом корпусе. ИПТ имеет в своем составе однокристальную микроЭВМ 15, клавиатуру 16 (стандартная клавиатура от персонального компьютера типа IBM PC - 104 клавиши), русскоязычный буквенно-цифровой индикатор 17, энергонезависимое электрически перепрограммируемое оперативное запоминающее устройство ОЗУ 18, блок сопряжения 19 с преобразователем сигналов, звуковой сигнализатор 20, стабилизатор напряжения 21. Пластмассовый корпус крепится на клавиатуре с помощью кронштейнов.

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

Специализированное программное обеспечение написано на языке высокого уровня C++ с использованием компилятора Borland С и состоит из базы данных 22 со списком тестируемых, базы данных 23 экзаменационного и учебного материала с описанием тестовых заданий и эталонными ответами к ним, базы данных 24 для хранения результатов тестирования и протоколов ответов, подсистемы 25 интерфейса с оператором ПЭВМ, подсистемы 26 интерфейса преобразователя сигналов, подсистемы 27 проставления оценок и управляющей программы 28, осуществляющей получение информации из баз данных, передачу ее в ИПТ и получение ее из ИПТ, 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.

Программное обеспечение позволяет реализовать следующие режимы работы:
1. Режим классического тестирования.

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 23 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 ли 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.

2. Режим тестирования по методу доведения ответа до правильного. При таком тестировании 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.

Учащийся (например, студент) получает в письменном виде группу вопросов (20. . .50 вопросов). В ИПТ загружается весь тест, студент отвечает на него, ответы считываются в ПЭВМ по окончании тестирования (истечении времени или ответа на все вопросы).

3. Тестирование на внимание (смесь из нескольких тестов). При этом возможна работа в двух вариантах.

а) Вопросы выводятся на индикатор ИПТ. При этом экзаменуемый не знает вопросов заранее. Этот вариант применим только, если вопросы тестов достаточно короткие, т.к. количество символов на индикаторе ИПТ ограничено.

б) Вопросы распечатываются на принтере в момент выдачи задания студенту. В этом случае длина текста вопроса не ограничена. Чтобы у экзаменуемого не было возможности предварительно обдумывать вопросы, в программном обеспечении предусмотрена система временных лимитаторов, а именно ПЭВМ отслеживает время ответа на каждый вопрос и время между моментом выдачи листа с вопросами и моментом регистрации экзаменуемого на ИПТ.

4. Групповое тестирование. Этот режим предназначен для проведения активных семинаров. Разработанное программное обеспечение позволяет выводить на индикатор ИПТ (как случайно выбираемый, так и определяемый преподавателем) любое сообщение, например текст вопроса теста, а затем принимать и обрабатывать ответ на него. При этом имеется возможность контролировать время, затраченное учащимся на ответ.

5. Режим голосования. Данный режим используется при проведении классического голосования и при необходимости комплекс может фиксировать время, затраченное на ответ каждым учащимся, на вопрос, выведенный на экран ИПТ (естественно, что в этом режиме на индикаторы всех ИПТ выводится один и тот же вопрос).

6. Режим опроса. Этот режим очень удобен при проведении занятий с использованием проектора, связанного с управляющей ПЭВМ. На один вопрос, заданный преподавателем всей аудитории учащихся, каждый из них может выбрать один из нескольких предложенных на индикаторе ИПТ ответов. При этом имеется возможность контролировать время, затраченное каждым учащимся на ответ.

Подсистема 25 интерфейса с оператором ПЭВМ имеет графический многооконный интерфейс. Взаимодействие оператора ПЭВМ со специализированным программным обеспечением осуществляется с помощью манипулятора 9 типа "мышь". С клавиатуры 8 производится ввод данных, которые через подсистему 25 интерфейса с оператором ПЭВМ поступают в управляющую программу 28. Вывод сообщений для оператора программа осуществляет на цветной монитор 7. Список экзаменуемых находится в предварительно сформированной базе данных 22.

Цикл тестирования одного учащегося состоит в следующем.

Придя на экзамен, студент сообщает оператору ПЭВМ (преподавателю) свои данные (например, фамилию), оператор вводит эти параметры с помощью клавиатуры 8. Через подсистему 25 интерфейса с оператором ПЭВМ данные поступают в управляющую программу 28. Затем оператор определяет режим тестирования, вводит идентификационный номер тестового задания, на которое предстоит ответить студенту, который также поступает через подсистему интерфейса 25 с оператором ПЭВМ в управляющую программу 28. Управляющая программа 28 осуществляет поиск:
студента в базе данных 22 со списком тестируемых;
тестового задания в базе данных 23 экзаменационного и учебного материала. Найдя информацию, управляющая программа 28 формирует блок данных и сохраняет его в ОЗУ 6. Сами вопросы теста, если они не будут выводится на индикатор ИПТ, печатаются (см. режим работы N 3а) или в уже готовом виде передаются экзаменуемому оператором ПЭВМ или преподавателем в текстовом виде на бумажном носителе, на котором содержится идентификационный номер тестового задания и тексты всех вопросов с вариантами возможных ответов на каждый из них (см. режимы работы N 1,2). После этого оператор может перейти к работе со следующим студентом.

Далее, студент, получивший задание, занимает место за любым ИПТ и на его клавиатуре вводит свои данные. ИПТ пересылает эти данные в ПЭВМ и она в ответ через стандартный интерфейс 10 RS-232 и подсистему интерфейса с преобразователем сигналов 26 отсылает в ИПТ 3 предварительно подготовленный блок данных, хранившийся до этого в ОЗУ 6. Формат блока данных состоит из следующих полей:
Фамилия студента;
Идентификационный номер тестового задания;
Количество вопросов в тестовом задании;
Время ответа на тестовое задание;
Метод тестирования;
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;
Временной лимит, для ответа на каждый вопрос (для каждого вопроса отдельно);
текст, выводимый на индикатор для каждого вопроса;
признак, можно ли возвращаться к уже отвеченному вопросу, изменять ответ на него, пропускать вопросы и менять порядок ответов на них;
Контрольную сумму вышеперечисленной информации.

Данная информация поступает в ИПТ, минуя подсистему 25 интерфейса с оператором ПЭВМ. Таким образом, правильные ответы на вопросы не выводятся на экран ПЭВМ и не видны ни экзаменуемому, ни оператору ПЭВМ.

ИПТ сохраняет загруженный тест и ответы в энергонезависимом ОЗУ 18, а также регистрационные данные учащегося на случай перебоя в питании или зависания и перезагрузки ПЭВМ.

Загрузка теста и выгрузка результатов осуществляется по команде из ПЭВМ. В процессе тестирования ПЭВМ может соответствующей командой определить - завершен тест или еще нет. Проверив ответы и выставив оценку, ПЭВМ выводит на индикатор ИПТ оценку.

После приема всех данных ИПТ готов к работе и студент начинает тестирование. На жидкокристаллическом индикаторе 17 высвечивается номер вопроса и вся необходимая справочная информация (подсказки, текущее время, время до конца ответа и т.д.). В случае работы в режиме теста на внимание на индикаторе может выводится и текст вопроса теста. Ответы на вопросы вводятся с помощью клавиатуры. При тестировании с доведением ответа до правильного ИПТ 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 прокрутки и на клавиатуре 16. Вопросы можно пропускать, затем возвращаться к ним, может изменять уже введенный ответ. Одним из вариантов ответа может быть "Не знаю". За 5 минут до конца теста ИПТ информирует экзаменуемого текстовым сообщением и звуковым сигналом. Экзаменуемый может досрочно завершить тестирование, нажав клавишу Esc. По истечении времени тестирования ИПТ автоматически заканчивает прием ответов. При этом все вопросы, на которые не были даны ответы, считаются отвеченными неправильно.

По окончании тестирования ИПТ автоматически пересылает всю информацию о нем в ПЭВМ. Информация о результате тестирования через преобразователь сигналов 2, интерфейс 11 RS-232 ПЭВМ и подсистему 26 интерфейса с преобразователем сигналов поступает в управляющую программу 28, работающую в ПЭВМ 1. При этом из ИПТ 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 секунда 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.

Управляющая программа 28 передает принятую информацию в подсистему 27 проставления оценок. Туда же передается и информация о правильных ответах на вопросы тестового задания из базы данных 23 экзаменационного и учебного материала. В зависимости от метода тестирования подсистема проставления оценок 27 проставляет оценку:
При тестировании по классическому методу программа сравнивает ответы экзаменуемого с правильными ответами, хранящимися в базе данных 23 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 24 результатов тестирования и протоколов оценок. Кроме того, ведомость проставленных оценок печатается на принтере 9.

Проставленные оценки поступают в базу данных 24, минуя подсистему 25 интерфейса с оператором ПЭВМ. Таким образом, оператор ПЭВМ (преподаватель) не имеет возможности проставить оценку и занести ее в базу данных и в ведомость оценок вручную. Для сведения проставленная оценка выводится и на индикатор 17 ИПТ.

Преобразователь сигналов 2 служит для передачи информации от ПЭВМ в ИПТ и обратно по проводному каналу. Кроме этого, преобразователь сигналов содержит блок питания 14, необходимый для работы всех ИПТ, включенных в комплекс. Преобразователь сигналов содержит в своем составе блок 12 сопряжения с ПЭВМ (RS-232) и блок 13 сопряжения с ИПТ (RS-485).

Питание преобразователя сигналов осуществляется от сети переменного тока 220V через блок питания 14.

Работа индивидуального пульта тестирования ведется под управлением однокристальной микроЭВМ 15 с помощью программы, записанной в постоянную память этой микроЭВМ. Программа составлена таким образом, чтобы работа ИПТ была максимально проста и понятна экзаменуемому, поэтому все режимы работы прибора тестирования снабжены подробными надписями - подсказками, выводимыми микроЭВМ 15 на русскоязычный буквенно-цифровой жидкокристаллический индикатор 17.

Информация, принимаемая из ПЭВМ 1 через преобразователь сигналов 2, с помощью блока сопряжения 19 записывается микроЭВМ 15 в энергонезависимое электрически перепрограммируемое запоминающее устройство 18. В него же микроЭВМ 15 записывает и ответы экзаменуемого, которые поступают в микроЭВМ 15 с клавиатуры 16.

Проверив контрольную сумму принятой с помощью блока 19 информации, микроЭВМ 15 переходит к приему ответов от экзаменуемого. МикроЭВМ выводит на жидкокристаллический индикатор 17 номера вопросов и все необходимые текстовые сообщения. При ответе экзаменуемый нажимает на одну из кнопок на клавиатуре 16, которая соответствует правильному, по его мнению, ответу, кроме этого, если это необходимо, он может набрать на клавиатуре этот ответ символами. При нажатии на одну из кнопок сигнал с блока клавиатуры 16 поступает в микроЭВМ 15, обрабатывается ей и записывается в энергонезависимое ОЗУ 18. Таким образом учащийся отвечает на все вопросы тестового задания. При этом, если тестирование ведется по методу доведения ответа до правильного, микроЭВМ 15 не производит переход к следующему вопросу, пока экзаменуемый не подберет правильный ответ на данный вопрос.

МикроЭВМ 15 осуществляет подачу звуковых сигналов в случае ввода неверного ответа и истечении времени тестирования с помощью звукового сигнализатора 20. Подсчет времени, оставшегося до завершения тестирования, осуществляет микроЭВМ 15.

ИПТ не имеет тумблера включения/выключения, поэтому экзаменуемый не может самостоятельно выключить питание ИПТ и остановить отсчет времени, данного для тестирования. По завершении тестирования микроЭВМ 15 передает ответы экзаменуемого из энергонезависимого ОЗУ 18 в ПЭВМ 1 через преобразователь сигналов 2 с помощью блока 19.

Все ИПТ подключены к преобразователю сигналов параллельно, адресное пространство позволяет организовать одновременную работу 255 ИПТ.

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