В данном разделе рассматриваются инструментальные
средства, разработанные в системе КАДИС для подготовки и эксплуатации учебных
комплексов. Одна из первых версий инструментальной среды получила название
системы автоматизированного проектирования автоматизированных учебных курсов
(САПР АУК) [64]. В дальнейшем, несмотря на расширение ее функций от разработки
АУК до подготовки целостных комплексов, включающих набор АУК, тренажеров,
учебных ППП, это название было сохранено.
Учебную версию инструментальной среды можно получить на
WWW-сервере ЦНИТ СГАУ
5.1. Общее описание
В состав САПР АУК входят следующие компоненты:
данное учебное пособие, АУК для освоения и закрепления методики проектирования
учебных комплексов, программные средства, информационное обеспечение.
Информационное обеспечение САПР АУК включает
базы данных двух типов: базы данных с учебным материалом и журнал. Учебный
материал содержит для каждого АУК блоки информации, упражнения, словарь
терминов и понятий с их синонимами и определениями, условия вызова подключаемых
программ (тренажеров, учебных ППП и т.п.). В журнале накапливается статистика
по работе учащихся со всеми АУК.
Программные средства САПР АУК реализуют четыре
вида интерфейсов: учащихся, преподавателей-пользователей и преподавателей-разработчиков
учебных комплексов, администратора САПР АУК. Структурно все программы также
можно разделить на четыре основные части: "проигрыватель" учебных
комплексов, обеспечивающий работу учащихся и преподавателей-пользователей;
инструментальную оболочку, позволяющую преподавателям-разработчикам наполнять
базу данных учебных комплексов; набор программных утилит, реализующих некоторые
дополнительные функции в работе преподавателей-разработчиков; утилиты администратора
САПР АУК (прил.).
5.2. Интерфейс учащихся
Программные средства интерфейса учащихся реализуют
следующие виды учебной работы: просмотр теории в АУК, тренаж по теории
с использованием упражнений АУК, контроль, работу со словарем терминов
и понятий, работу с подключаемыми к АУК другими компонентами комплекса:
тренажерами, учебными ППП и т.п.
Режим просмотра теории заключается в
предъявлении учащемуся страниц информации в виде текстовых и графических
экранов, мультипликационных вставок, видеоклипов, демонстрационно-иллюстрирующих
программ. Учащийся имеет возможность перелистывать страницы информации
вперед или назад, смотреть теорию с начала или с конца, отыскивать нужный
раздел по оглавлению (рис. 5.1.).
Рис. 5.1. Оглавление информационного блока АУК
В этом режиме используются элементы технологии гипермедиа. По помеченному термину учебного текста учащийся может получить его определение (рис. 5.2), посмотреть связанные с ним страницы любого типа (текстового, графического и др.). В ходе работы с гипертекстом автоматически формируется история навигации, с помощью которой учащийся может вернуться на любой этап просмотра теории (рис. 5.3). В любой момент просмотр теории может быть прерван по желанию учащегося.
Рис. 5.2. Фрагмент просмотра теории
Рис. 5.3. История навигации по гипертексту
Режим тренажа по теории предусматривает предъявление учащемуся упражнений (вопросов и задач с выборочными ответами, задач с числовым ответом, вопросов и задач с конструируемыми ответами). После выполнения каждого упражнения следует сообщение о правильности его выполнения, и учащемуся предоставляется возможность посмотреть соответствующие данному упражнению комментарии (объяснения типовых ошибок и т.п.). Роль комментариев могут выполнять и страницы информации (рис. 5.4). Режим тренажа может быть полным и выборочным. В полном тренаже могут быть предъявлены все упражнения АУК в том порядке, в каком они были подготовлены его разработчиком. Выборочный тренаж предусматривает выборку упражнений с использованием элементов случайности. Количество упражнений в выборке задает учащийся.
Рис. 5.4. Фрагмент тренажа по теории
Основная цель тренажа - осмысление и закрепление
теоретического материала, изученного (прочитанного) в пособии или при работе
с АУК в режиме просмотра теории. В ходе тренажа автоматически ведется измерение
качества выполнения упражнений и подсчитывается текущее значение показателя
уровня усвоения. Тренаж может быть прерван по желанию учащегося либо принудительно,
если текущее значение показателя уровня усвоения будет меньше пороговой
величины, заданной преподавателем (разработчиком или пользователем АУК).
Это сделано, чтобы исключить возможность работы для тех учащихся, кто предварительно
не знакомился с учебным материалом. После окончания тренажа выдается его
итоговая оценка в обычной четырехбалльной шкале (неудовлетворительно, удовлетворительно,
хорошо, отлично), соответствующая рекомендованным интервалам 
(см. рис. 1.4).
Режим контроля может быть двух видов: по вопросам и по билетам. Контроль по вопросам предусматривает случайную выборку заданного количества контрольных вопросов и задач из всей совокупности упражнений АУК. Набор упражнений в билетах формируется преподавателем (разработчиком или преподавателем АУК). Выборка билетов для контроля производится случайным образом. Итоговая оценка выдается в четырехбалльной шкале. Учащийся может проанализировать протокол контроля, посмотреть формулировку любого задания, данный им ответ и правильный ответ (рис. 5.5).
Рис. 5.5. Протокол контроля
Словарь терминов и понятий позволяет учащемуся не только в наглядном и обозримом виде проанализировать основные термины, но и посмотреть их краткие определения, синонимы, экраны с соответствующей теорией, пройти выборочно (по термину) тренаж по теории или контроль (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Словарь терминов и понятий
Для работы с входящими в состав комплекса программами (тренажерами, учебными ППП и т.п.) учащийся выбирает соответствующий пункт главного меню после пункта "Словарь" (рис. 5.7). В момент загрузки программы для ее работы высвобождается практически вся оперативная память ЭВМ. После отработки вызываемой программы производится возврат в головное меню комплекса.
Рис. 5.7. Меню режимов работы учащихся
5.3. Некоторые особенности подготовки АУК
Основные этапы подготовки АУК и последовательность их выполнения учащимися указаны в п. 2.7. Ниже рассмотрим содержание некоторых этапов более детально применительно к инструментальной среде системы КАДИС. Сначала обсудим третий этап - подготовку содержания информационных блоков.
Ведущей частью ИБ обычно является текст. Его размещают на текстовых страницах - экранах. Поле текстового экрана имеет размер 19 строк по 70 символов. При подготовке текста можно использовать арабские цифры, кириллицу, латинский алфавит, т.е. те символы, которые имеются на обычной клавиатуре ПЭВМ. Для каждого АУК можно сформировать библиотеку из 20 спецсимволов (под- и надстрочные символы, греческие буквы и т.п.). При подготовке текста можно планировать выделение его фрагментов различными цветами: фон, либо сам текст.
Параллельно с подготовкой текста готовят эскизы графических иллюстраций (статическая графика, располагаемая на одном или нескольких экранах), сценарии анимационных вставок и видеоклипов, содержание аудиофрагментов, планируют использование демонстрационных программ.
Все эти элементы - страницы информации - целесообразно нумеровать в соответствии с типом страницы, например: текстовые страницы - ST1, ST2, ST3, ...; графические экраны - SG1, SG2, SG3, ...; анимационные вставки - SAN1, SAN2, SAN3, ... и т.д.
На следующем (четвертом) этапе подготовки АУК (см. п. 2.7) формируют последовательность расположения страниц информации для режима просмотра теории. Опираясь на модель освоения материала (см. п. 1.5), записывают последовательность номеров страниц информации, например: ST1, SG1, SG2, ST2, SAN1, ST3, SG3 и т.д.
При подготовке упражнений на шестом этапе необходимо иметь в виду, что их основная форма в САПР АУК - тесты с выборочными ответами. Тестовое задание размещают на текстовом поле размером 6 строк по 70 символов. Варианты ответов (до 10) готовят так, чтобы не превысить максимальный размер поля для каждого ответа - 9 строк по 70 символов. Особенности записи текстов вопросов и ответов такие же, как и при подготовке текстовых страниц ИБ (использование кириллицы, арабских цифр, спецсимволов, цветовых пометок).
Тексты тестового задания и(или) ответов могут быть дополнены графическим дополнением - графическим экраном, на котором размещают иллюстрацию вопроса и(или) вариантов ответов.
С каждым упражнением могут быть связаны комментарии, которые при работе с АУК предъявляются в режиме тренажа по теории. Комментарии могут содержать теоретический материал по данному вопросу, разбор решения содержащейся в тесте задачи и т.п. Комментарии к каждому тесту могут располагаться на одном текстовом экране и(или) на нескольких (до 27) графических экранах.
Обычно тесты готовят по теоретическому материалу, содержащемуся в информационных блоках. Существенная особенность САПР АУК заключается в том, что текстовая или графическая страница (экран) ИБ должна быть связана хотя бы с одним тестом. Поэтому в качестве комментариев к тестам часто используют страницы ИБ.
При подготовке тестов удобно их записывать следующим образом. Сначала пишут идентификатор теста, например: B1, далее текст вопроса и под ним - варианты ответов с оценками. Если необходимо, отдельно готовят эскиз графического дополнения и идентифицируют его, например: GRD1. Если в качестве комментариев не планируют к использованию страницы ИБ, то также отдельно готовят текст и(или) эскизы соответственно текстового и(или) графических экранов, идентифицируя их, например: TK1, GK1, GK2 и т.д.
Завершая подготовку теста, записывают после ответов с оценками идентификаторы связанных с ним графического дополнения, текстового и графических комментариев, например: GRD1, ST1, SG1, SG2 или GRD1, TK1, GK1, SG3.
Заметим, что один и тот же элемент ИБ (текстовая или графическая страница), одно и то же графическое дополнение могут быть связаны с различными тестами.
Инструментальная среда системы КАДИС предусматривает в качестве одного из основных режимов работу со словарем терминов и понятий (см. п. 5.2.). Поэтому после разработки упражнений готовят словарь. Термины в словаре целесообразно располагать в последовательности, определяемой моделью освоения учебного материала. Их количество - не более 256. Каждый термин может состоять из нескольких слов, размещаемых на одной строке длиной не более 60 символов. После каждого термина указывают список страниц информации, которые логически связаны с этим термином, например: ST1, ST2, SG1, ST3 и т.д., не более 200 ссылок. Необходимо иметь в виду, что в процессе работы САПР АУК связанные с термином страницы информации "потянут" за собой тесты, для которых они являются комментариями. Именно эти тесты и будут предъявляться в тренаже или контроле по выбранному в словаре термину.
После подготовки словаря формируют таблицу характеристик АУК. Она состоит из трех частей: общих характеристик, характеристик контроля и тренажа. Общие характеристики включают уникальное имя АУК (не более 8 символов), общее количество упражнений в АУК (не более 200), пароль ввода-изменения АУК из набора любых символов в количестве от 6 до 15 (без пароля доступ к АУК возможен только в режимах работы учащегося), максимальное время для выполнения одного контрольного упражнения (от 1 до 999 сек.), идентификатор текущего режима контроля (ФЧВ или ПВЧ).
В данной таблице указываются характеристики только одного вида контроля - по вопросам. Характеристики контроля по билетам указываются при компоновке билетов. Возможны две схемы контроля по вопросам: контроль с фиксированным числом вопросов в наборе (ФЧВ) и контроль с переменным числом вопросов (ПЧВ).
При контроле по схеме ФЧВ каждому учащемуся, независимо от качества его ответов, предъявляется определенное количество контрольных упражнений в наборе, созданном случайным образом из всей совокупности упражнений АУК. Исходными данными для контроля с ФЧВ являются четыре числа: Q - количество вопросов в наборе, E - минимальное количество баллов для оценки "отлично", G - минимальное количество баллов для оценки "хорошо", S - для оценки "удовлетворительно".
Алгоритм контроля с ФЧВ, реализованный в САПР АУК, можно представить в виде ориентированного графа, состоящего из 5 вершин (рис. 5.8). Начальная вершина этого графа соответствует собственно контролю - получению набора Q вопросов, вводу ответов на каждый вопрос и анализу набранного суммарного количества баллов B. Напомним, что ответ на каждый вопрос оценивается количественно в соответствии со степенью его правильности от 0 до 5 баллов. Конечные вершины графа - это различные исходы (результаты) контроля, соответствующие общепринятым оценкам (2,3,4,5).
Рис. 5.8. Граф алгоритма контроля с ФЧВ
В соответствии с ранее приведенными рекомендациями по оценке результатов контроля (см. рис. 1.4) величины E, G, S можно принимать соответственно равными значениям 4,5Q; 4Q; 3,5Q с округлением до ближайшего целого числа.
При контроле с ПЧВ заранее известно лишь начальное минимальное количество контрольных упражнений в наборах, предъявляемых учащимся. Если ответы учащихся неверны, то к этому минимуму добавляются дополнительные вопросы, также выбираемые из всей совокупности упражнений АУК. Их количество (максимум 3) зависит от степени правильности ответов - чем хуже отвечает учащийся, тем больше он получает вопросов. Такая схема контроля поощряет, с одной стороны, учащихся, которые сразу отвечают безукоризненно. С другой стороны, она напоминает опрос преподавателя, который, предоставляя учащемуся возможность сгладить впечатление от ранее сделанной ошибки, задает дополнительные вопросы.
Исходными данными для контроля с ПЧВ являются
две характеристики: 
-
минимальное число вопросов в наборе, 
-
минимальное суммарное число баллов для получения оценки "отлично"
при ответе на
вопросов (обычно принимается равным 4,5).
Алгоритм контроля с ПЧВ можно представить в
виде ориентированного графа, состоящего из 8 вершин (рис. 5.9). Начальная
вершина этого графа соответствует получению набора контрольных
упражнений, вводу ответов и анализу набранного количества баллов 
.
В остальных трех вершинах верхнего уровня добавляется по одному вопросу,
вводится ответ и анализируется набранное количество баллов (
,
, 
).
Вершины нижнего уровня - это различные исходы (результаты) контроля, соответствующие
общепринятым оценкам 5, 4, 3, 2.
Рис. 5.9. Граф алгоритма контроля с ПЧВ
Характеристики режима тренажа по теории состоят
из двух чисел. Первое - это минимальное количество упражнений, которое
может быть задано в выборочном тренаже и после которого может быть осуществлен
принудительный выход из тренажа (см. п. 5.2). Второе число 
- это пороговая величина текущего уровня усвоения 
(см. пп. 1.2 и 5.2), принадлежащая интервалу [0, 0.7]. 
,
где Q - количество выполненных упражнений, B - количество набранных баллов.
Если при работе с АУК
становится меньше ,
то осуществляется принудительный выход из тренажа.
На завершающемся этапе подготовки АУК формируют, если необходимо, билеты для контроля. Напомним, что контроль по вопросам предусматривает случайную выборку вопросов из всей совокупности тестов АУК. При этом нет гарантии, что эта выборка охватывает все разделы контролируемого материала. Поэтому в САПР АУК предусмотрен еще и контроль по билетам.
Билеты формируют в виде таблицы, в которой указывают номера билетов и номера входящих в каждый билет вопросов. Количество вопросов во всех билетах должно быть одинаковым. В дополнение к таблице записывают: количество баллов для оценок "отлично", "хорошо", "удовлетворительно" (аналогично контролю с ФЧВ) и ограничение на время ответа (в секундах) на билет.
На бумаге следует подготовить также и название АУК. Оно обычно состоит из собственно наименования АУК, информации об авторах, организации и даты разработки АУК. Название должно быть размещено на текстовом поле размером 5 строк по 70 символов. При подготовке названия могут быть использованы, как и при подготовке страниц информации, кириллица, латиница, цифры, спецсимволы, выделение цветом.
5.4. Подготовка графических иллюстраций, анимационных вставок, аудио- и видеофрагментов
5.5. Интерфейс преподавателей-разработчиков
Преподаватели-разработчики при работе с базами
данных АУК могут использовать разнообразные функции САПР АУК: создание,
пополнение, просмотр, редактирование, печать и т.п. (рис. 5.10).
Рис. 5.10. Меню подготовки АУК
Создание базы данных АУК по пункту головного меню "Создать новый АУК" начинают с ввода названия и таблицы характеристик АУК. Далее последовательно вводят упражнения: тестовые задания, варианты ответов, оценки к ответам. При вводе упражнений набирают связанные с ними текстовые страницы информации или тексты комментариев, подключают подготовленные ранее файлы графических комментариев и графических дополнений. При этом подключаемые графические файлы должны находиться в той же директории, в которой создается АУК. Для набора текстов в вопросах, ответах, комментариях используется специальный текстовый редактор, реализующий, кроме обычных функций по подготовке текста, дополнительные функции: набор спецсимволов (рис. 5.11),выделение фона цветом, выделение цветом текста, выбор текста из обычного текстового файла (формат ASCII),выбор в качестве заготовки ранее набранного теста и др. Описание этих функций можно посмотреть в командах редактора, нажав клавиши CTRL+F1.
Рис. 5.11. Редактирование спецсимволов
Если процесс создания базы данных АУК прерывается, то продолжение работы осуществляется при выборе пункта головного меню "Пополнение" (см. рис. 5.10). При этом предварительно необходимо "Открыть АУК (для дополнений)", выбрать его имя из набора АУК и ввести пароль.
Пункт меню "Формирование теории" позволяет ввести последовательность просмотра страниц информации (рис. 5.12). В любое место последовательности может быть добавлена команда DOS - любая допустимая командная строка, приводящая к выполнению внешней программы. Таким образом можно включить в режим просмотра теории любую демонстрационную программу.
Рис. 5.12. Ввод последовательности страниц информации для просмотра теории
"Компоновка нового АУК" позволяет собрать новый курс, просматривая уже существующие АУК и выбирая подходящие упражнения, соответствующие им комментарии и страницы информации.
"Копирование АУК" позволяет перенести все файлы АУК на другой диск: жесткий или гибкий. При этом анализируется наличие свободного места на диске, обеспечивается полнота переноса базы данных АУК.
По пункту меню "Созд./Изм. комплекса" к сформированному АУК подключают внешние программы (тренажеры, ППП, и т.п.). При этом формируют строки головного меню режимов работы учащихся (см. рис. 5.7), указывают код доступа к программе (рис. 5.13). Например код Т4КЗ означает, что программа будет загружена при выборе соответствующего пункта, если учащийся прошел тренаж с оценкой "хорошо" или "контроль" с оценкой "удовлетворительно". В качестве подключаемой программы может быть проигрыватель АУК с каким-либо конкретным курсом, что позволяет создавать "лестницу" АУК для разных уровней усвоения учебного материала.
Рис. 5.13. Подключение программ
Остальные пункты меню подготовки АУК (см. рис. 5.10) очевидны и расшифровки не требуют.
Отметим только, что САПР АУК имеет многочисленные клавиатурные подсказки, располагаемые в нижней строке экрана, и обширную информацию контекстно-зависимой помощи (по клавише F1), что позволяет освоить работу в режимах разработчика АУК без специальной подготовки.
Одна из версий САПР АУК позволяет реализовать режим просмотра теории в форме гипертекста (см. прил.). Его подготовка имеет следующие особенности.
Текстовые страницы информации могут набираться не только в ходе ввода упражнений, но и в режиме формирования теории. При этом связь их с какими-либо тестами необязательна. В принципе в АУК вообще могут отсутствовать упражнения, в этом случае работа учащихся возможна только в режиме просмотра теории.
Имеется возможность подготовить оглавление и просматривать теорию по его разделам (см. рис 5.1.).
Пометка терминов в текстовой части учебной информации производится автоматически с использованием словаря, поэтому при его подготовке окаймляют знаками & ту часть термина, которая является существенной для выделения в тексте (рис. 5.14.).
Рис. 5.14. Полготовка словаря для гипертекста
С каждым термином словаря могут быть связаны его синонимы, также выделяемые в тексте, и краткие (на 5 строк по 70 символов) определения (см. рис. 5.2.).
5.7. Интерфейс преподавателей-пользователей
Преподаватели, использующие комплексы системы КАДИС на учебных занятиях, чаще всего работают с журналом САПР АУК. Каждая запись журнала содержит фамилию и номер группы учащегося, имя АУК, дату работы, режим работы (фиксируется тренаж и контроль), итоговую оценку и протокол работы, включающий номера упражнений, которые выполнял учащийся, номера ответов, которые он вводил, и количество баллов, полученное за каждый ответ (рис 5.15.).
Рис. 5.15. Структура журнала
Программы работы с журналом реализуют функции сортировки (по АУК, учебным группам, режимам, датам, учащимся), чистки и печати журнала, сбора статистики по учебной работе (рис. 5.16.).Анализ статистических данных позволяет преподавателю выявить "легкий" и "трудный" для усвоения учебный материал и ввести необходимые коррективы в процесс обучения.
Рис. 5.16. Анализ статистики по учебной работе
Если учебная работа ведется не в сетевом классе,
то с помощью специальных утилит (см. прил.) можно собрать и проанализировать
совместно журналы с разных ПЭВМ.
В зависимости от целей применения учебного комплекса
и контингента учащихся преподаватель-пользователь может оперативно изменять
характеристики контроля и тренажа, формировать контрольные билеты. Варьируя
этими параметрами, можно установить необходимые вид и форму контроля, ужесточить
или смягчить требования к уровню подготовки учащихся для контроля и тренажа
(см. п. 5.5).
5.8. Функции администратора САПР АУК
Основными функциями администратора САПР АУК являются: