Автоматное моделирование процессов проверки знаний с помощью тестов

,

Автоматное моделирование процессов проверки знаний с помощью тестов

Саратовский государственный социально-экономический университет

Информационно-компьютерный центр

Одним из путей подготовки специалистов в сфере естественно-научных дисциплин является создание так называемых автоматизированных лабораторных практикумов с удаленным доступом (АЛП УД). Решение этой задачи возможно путем создания web-сайтов, предоставляющих удаленный доступ к необходимым информационным ресурсам и уникальному измерительному и технологическому оборудованию.

В настоящее время разработаны различные технологии удаленного доступа к такому оборудованию, позволяющие организовать, как измерения, так и дистанционное обучение [1], при этом, как показал анализ существующих информационных ресурсов, реализующих такой режим работы, структура и набор сервисов существенно различаются, и, соответственно, процесс обучения требует от пользователя дополнительного времени на адаптацию.

В данной работе ставилась задача моделирования web-сервисов, необходимых для осуществления проверки знаний обучающихся в системе АЛП УД.

Процесс обучения предполагается проводить в виде лабораторных работ, состоящих из теоретической части, имитации работы с устройством и выполнения измерений с использованием реального оборудования. Теоретический и имитационный этапы завершаются тестированием. При положительном результате прохождения тестов разрешается переход к выполнению остальных лабораторных работ. Выполнение измерений завершается заполнением отчета заданной формы, соответственно необходимо создать типовой набор базовых web-сервисов позволяющий обеспечить процесс обучения (авторизация, регистрация, тестирование, публикация сообщений и т. д.).

Процесс разработки современных информационных систем является сложным и может быть значительно упрощен при наличии проектной документации, сгенерированной на основе модели системы. Таким образом, построение модели, т. е. абстрактного самодостаточного представления системы [2], состоящего из описания входящих в систему физических (измерительные приборы) и логических (база данных) объектов и правил их взаимодействия, является актуальной задачей.

Кроме того, наличие типовой модели, описывающей АЛП УД, позволит унифицировать структуру подобных информационных ресурсов, а также оптимизировать их с целью повышения эффективности на основе накопления статистических данных о процессе обучения.

В качестве технологии моделирования и документирования процесса дистанционного обучения был выбран язык UML (Unified Modeling Language), а в качестве средства построения программный продукт Rational Rose, позволяющий на концептуальном уровне описать процесс функционирования информационно-обучающей системы. Нотации языка UML позволяют представить взаимодействие элементов системы в двух измерениях: логическом/физическом и статическом/динамическом [2]. Язык UML для описания поведения динамических систем использует автоматную модель ­­– диаграммы состояний и диаграммы деятельности.

Модели информационных ресурсов АЛП УД возможно строить на основе аппарата дискретной математики (например, взвешенные ориентированные графы [3], сети Петри [4] -[6]и т. д.).

При разработке моделей было предложено использовать конечные детерминированные автоматы (КДА) для реализации следующих web-сервисов: процесса аутентификации, регистрации, работы новостной ленты, механизм тестирования и др.

Как правило, процесс проверки знаний состоит из следующих этапов: авторизации, прохождения тестирования и обработки результатов тестирования (рис. 1.).

Рис. 1. Диаграмма вариантов использования для проверки знаний.

На рис. 2 приведен построенный автомат, моделирующий процесс авторизации. Автомат задан в терминах нотации UML (рис. 2.а) и в виде диаграммы переходов (рис. 2.б).

 

а)

v = верный логин

i = неверный логин

p = верный пароль

q = неверный пароль

a = «Введите логин»

b = «Введите пароль»

e = Подтверждение ввода данных

c = Prompt

б)

Рис. 2. Процесс авторизации, заданный в терминах нотации UML и в виде диаграммы переходов автомата.

Как видно из рисунка, автомат описывает процесс авторизации пользователя и позволяет учесть особенности интерфейса предоставляемого этим web-сервисом в моделируемом процессе.

На рис. 3 приведена модель процесса тестирования с точки зрения разработчика. Процесс тестирования задан в терминах нотации UML (рис. 3.а) и диаграммой переходов автомата (рис. 3.б). Процесс тестирования учитывает время, отведенное на прохождение теста и возможность пропустить вопрос с последующим ответом при не законченном лимите времени.

а)

б)

Рис. 3. Процесс тестирования, заданный в терминах нотации UML и в виде диаграммы переходов автомата.

На вход автомата (рис. 3.б) подается последовательность символов, соответствующих выбору ответов пользователем, на выходе формируется строка символов из множества [0,1], где 1 соответствует верному ответу, а 0 не верному.

Наличие диаграммы web-сервиса в виде нотации языка UML позволяет наглядно представить процесс авторизации и тестирования и корректно построить диаграмму переходов автомата.

На основе разработанных автоматов web-сервисов предполагается построить типовую модель портала автоматизированного лабораторного практикума, описывающую возможность проведения обучения с использованием уникального измерительного оборудования в дистанционном режиме и тестирования полученных знаний и навыков.

Таким образом, в результате выполнения работы показано, что возможно использование языка UML для описания web-сервисов, а конечных детерминированных автоматов для их моделирования. Разработанные автоматы могут быть использованы для проектирования и исследования автоматизированных обучающих систем и как средства педагогического тренинга при подготовке кадров в сфере информационных технологий.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.  Лабораторный практикум в ВУЗах «NATIONAL INSTRUMENTS, LabVIEW» // http://www. *****

2.  Г. Буч, Дж. Рамбо, А. Якобсон «Унифицированный процесс разработки программного обеспечения» // Издательство «Питер», 2002.-496 с. ISBN: -3.

3.  , «Дискретные математические модели в исследовании процессов автоматизированного обучения» // http://cnit. *****/do/articles/model/model. htm

4.  «Технологии проектирования и создания информационных порталов на основе спецификации функциональной структуры   обобщенными сетями Петри» // http://zhurnal. ape. *****/articles/2003/095.pdf

5.  А. Гилл Введение в теорию конечных автоматов // М.: Наука 1c.

6.  , , . Введение в теорию автоматов. // М.: Наука, 1985 – c. 32.