Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБУЧЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ С ПОМОЩЬЮ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

Астахова И.Ф. 1 Пшеничных А.А. 1
1 ГОУ ВПО «Воронежский государственный университет», Воронеж
Целью работы является разработка моделей, методов и алгоритмов тестирования и оценки знаний студентов для дистанционного образования. Предметом исследования являются модели компьютерных моделей автоматизации тестирования знаний студентов. Тема работы связана с переходом на новые стандарты оценки знаний и компетентности студентов. При разработке использовались методы искусственного интеллекта – метод виртуальных организаций( метод виртуального компьютера), методы трансляции, методы объектно-ориентированного программирования. Результатом работы является программный продукт, соединяющий воедино модели, методы и алгоритмы оценки знаний студентов. Программный продукт используется в Воронежском госуниверситете при чтении курса информатики на 1 курсе у студентов, может использоваться при чтении других курсов по любым дисциплинам для организации дистанционного образования. Выводы: результаты вычислительного эксперимента показали перспективность использования программного продукта в учебном процессе, он позволяет сократить трудозатраты преподавателя и более объективно оценивать знания студентов.
виртуальная машина
компилятор
case-средства проектирования системы
1. Астахова И.Ф. СУБД: Язык SQL в примерах и задачах / И.Ф. Астахова, А.П. Толстобров, В.М. Мельников, В.В. Фертиков. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. – 174 с.
2. Системы искусственного интеллекта. Практический курс / И.Ф. Астахова, В.А. Чулюков, А.С. Потапов и др. – М.: ФИТЗМАТЛИТ, 2008. – 310 с.
3. Программное и учетно-методическое обеспечение автоматизации обучения программированию / А.В. Поцюс, А.А. Пшеничных, А.Н. Черкасов, Г.А. Чопоров // Новые информационные технологии: XV международная студенческая школа-семинар, май 2007 г. – М., 2007. – С. 332.
4. Пшеничных А.А. Мультиагентные системы в организации учебного процесса и принятие решений на основе относительной важности критериев в них // Вестник Воронежского технического университета. – 2009. – Т.5, № 12. – С. 110–112.
5. Пшеничных А.А. ПРОФОС № 2010614533 //Свидетельство о гос. регистрации программ для ЭВМ. – М.: Рук. Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам, 9 июля 2010. – 60 с.

В последнее время уделяется большое внимание разработке автоматизированных обучающих систем (АОС), позволяющих студенту в интерактивном режиме изучить и закрепить материал, а также проверить свои знания.

АОС - это совокупность связанных в единое целое технических, программно-алгоритмических, лингвистических и информационно-методических средств, предназначенных для автоматизации обучающего диалога, поиска и обработки учебной информации и подведения итогов обучения [2].

Программное обеспечение АОС выступает по отношению к ОС как пакет прикладных программ. В составе программного обеспечения АОС выделяют системное программное обеспечение (СПО) и предметное обеспечение.

В настоящее время отсутствует единая автоматизированная обучающая система по языку программирования Паскаль по многим компонентам: компилятора с виртуальной машиной; визуализатора, отображающего на экране работу со всеми структурами данных; практического раздела, состоящего из удобной среды для разработки программ; теоретического раздела; справочного раздела; экзаменационного раздела, в рамках которого раздел теории не доступен пользователю, сдающему экзамен; статистического раздела; приложения для работы с базой данных, которая содержит информацию о заданиях, пользователях студентах и преподавателях [1].

Цель работы состоит в разработке моделей и методов автоматизации обучения и контроля по алгоритмизации и программированию на языке Pascal, которые реализует тестирование знаний учащихся, хранение и представление информации о заданиях, студентах и преподавателях и позволяет пошагово выполнять команды языка программирования Паскаль. Разрабатываемая система состоит из [3-4]:

  • компилятора языка Turbo Pascal 7.0 с виртуальной машиной;
  • визуализатора, отображающего на экране работу со всеми структурами данных;
  • практического раздела, состоящего из удобной среды для разработки программ;

теоретического раздела:

  • теоретического материала по курсу программирования на языке Pascal;
  • демонстрационных примеров к каждому разделу, которые можно выполнять во встроенном визуализаторе, добавлять, удалять и редактировать из справочного раздела:
  • справочной информации о синтаксисе языка Pascal;
  • стандартных процедур и функций языка Pascal;
  • сообщений об ошибках (компиляции, времени выполнения и.т.д.);
  • экзаменационного раздела, в рамках которого раздел теории не доступен пользователю, сдающему экзамен:
  • тестов для проверки усвоенного материала;
  • заданий для проведения экзамена в рамках АОС, которые можно добавлять, удалять и редактировать;

статистического раздела:

  • отчеты о работе для студента;
  • отчеты о работе своих студентов для преподавателя;
  • создание контрольно-измерительных материалов;
  • раздела помощи в работе с АОС;
  • приложения для работы с базой данных, которая содержит информацию о заданиях, пользователях студентах и преподавателях.

Отличительные особенности курса:

  • наличие компилятора, специально написанного для этой АОС, который выдает сообщения для визуализатора;
  • визуализация процесса выполнения программы, созданной студентом;

возможность в процессе работы:

  • просмотр значений любых описанных им данных;
  • пошаговое выполнение программы, это позволяет пользователю в любой момент видеть значение переменной, состояние читаемого файла;
  • наблюдение за процессом создания, удаления и изменения записей или элементов массива;
  • просмотр значений динамических структур данных (указатели, стеки, деревья, очереди), что позволит нагляднее показать студенту работу с этими структурами данных;
  • возможность выполнения демонстрационных примеров во встроенном визуализаторе;
  • наглядность форм представления информации и возможность быстро получить интересующую справку;
  • дружественный интерфейс для студента и преподавателя;
  • возможность составлять и распечатывать контрольно-измерительные материалы, статистические отчеты работы студента;
  • простота модификации информации о заданиях, студентах и преподавателях с помощью специально созданной утилиты;
  • разграничение прав доступа к информации, содержащейся в базе данных, а именно: студентам доступна информация только об их работе, а преподавателям только о работе их студентов.

pic

Рис. 1. Диаграмма вариантов использования системы

В системе «Паскаль» предусмотрена возможность исполнения программ по шагам, написанных на языке Pascal, визуализация выполнения каждого шага. Под визуализацией выполнения программы понимается возможность отображения состояния программы в любой момент времени ее выполнения, отображения созданных программой структур данных, а также динамическое изменение отображаемой информации в зависимости от текущего состояния программы.

Для реализации этих требований необходимо разработать свой компилятор языка Pascal и средства для выполнения программ. Таким средством оказалась виртуальная машина. Проектируемая виртуальная машина должна выполнять программы и иметь средства для просмотра и анализа текущего состояния выполняемой на ней программы, т.е. состояния памяти, сведений об открытых файлах и т.д.

Таким образом, задача разбивается на две:

1) создать виртуальную машину, удовлетворяющую указанным требованиям;

2) создать компилятор языка Pascal в код виртуальной машины.

Средством реализации выбрана среда программирования Delphi 7 с использованием СУБД Interbase 6.5 и генератор отчетов Rave Reports 5.0. Для разработки программного комплекса АОС Паскаль были использованы сторонние компоненты, такие как Development Express и EurikaLog 5.1.11 [5].

pic

Рис. 2. Общая схема взаимодействия функциональных блоков

Программный комплекс разработан как многопоточное приложение. Многопоточность позволяет параллельно выполнять отдельные участки программ на ЭВМ с несколькими процессорами, или выполнять их на одном процессоре «псевдопараллельно», использую механизм вытесняющей многозадачности Windows. Эта функциональность позволяет пользователю работать с системой АОС Паскаль параллельно процессу компиляции и визуализации и решает проблему «замирания» пользовательского интерфейса. Например, пользователь может остановить процесс визуализации не дожидаясь его окончания, открыть справочную информацию о языке программирования Паскаль или встроенную в систему справку о комплексе «АОС Паскаль» параллельно обработке написанной или взятой из примеров программы.

Компилятор может быть условно разделен на три основные части:

  • лексический анализатор;
  • синтаксический и семантический анализатор;
  • генератор кода.

Лексический анализатор обеспечивает представление входной программы на языке Pascal в виде последовательности лексем. Синтаксический и семантический анализатор проверяет корректности входной программы с точки зрения правил языка Pascal. Генератор кода создает выходную программу в виде исполняемого файла для виртуальной машины. Структура классов представлена на рис. 4.

478

Рис. 3. Блок-схема работы визуализатора

479

Рис. 4. Структура классов для реализации компилятора

Выводы

1. Разработан компилятор в «АОС Паскаль».

2. Разработана виртуальная машина, как основной метод организации компилятора.

Рецензенты:

Сербулов Ю.С., д.т.н., профессор, проректор по научной работе, зав. кафедрой информационных систем Воронежского института высоких технологий, г. Воронеж;

Ряжских В.И., д.т.н., профессор, зав. кафедрой высшей математики Воронежской государственной технологической академии, г. Воронеж.

Работа поступила в редакцию 31.05.2011.


Библиографическая ссылка

Астахова И.Ф., Пшеничных А.А. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБУЧЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ С ПОМОЩЬЮ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА // Фундаментальные исследования. – 2011. – № 12-1. – С. 77-80;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=28852 (дата обращения: 15.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074