КОМПЬЮТЕРНОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ

Обучение - многогранный процесс, и контроль знаний - лишь однаиз его сторон. Однако именно в ней компьютерные технологии продвинулись максимально далеко, и среди них тестирование занимает ведущую роль. В ряде стран тестирование потеснило традиционные формы контроля - устные и письменные экзамены и собеседования.

По-видимому, многие преподаватели уже прошли через некоторую эйфорию при создании тестов и поняли, что это - весьма непростое дело. Куча бессистемно надерганных вопросов и ответов - далеко еще не тест. Оказывается, что для создания адекватного и эффективного теста надо затратить много труда. Компьютер может оказать в этом деле немалую помощь.

Существует специальная теория тестирования, оперирующая понятиями надежность, валидность, матрица покрытия и т.д., не специфических именно для компьютерных тестов. Здесь мы не будем в нее углубляться, сосредоточившись в основном на технологических аспектах.

Как отмечалось выше, широкое распространение в настоящее время получают инструментальные авторские системы по созданию педагогических средств: обучающих программ, электронных учебников, компьютерных тестов. Особую актуальность для преподавателей школ и вузов приобретают программы для создания компьютерных тестов - тестовые оболочки. Подобных программных средств существует множество, и программисты-разработчики готовы строить новые варианты, так называемых, авторских систем. Однако широкое распространение этих программных средств сдерживается отсутствием простых и нетрудоемких методик составления тестовых заданий, с помощью которых можно «начинять» оболочки. В настоящем разделе представлены некоторые подходы к разработке компьютерных тестов.

Технология проектирования компьютерных тестов предметной области. Экспертами чаще используется метод нисходящего проектирования модели знаний (технология «сверху - вниз»). Вначале строится генеральное содержание предметной области с разбивкой на укрупненные модули (разделы). Затем проводится детализация модулей на элементарные подмодули, которые, в свою очередь, наполняются педагогическим содержанием .

Другой метод проектирования «снизу - вверх» (от частного к общему) в большинстве случаев реализуется группой экспертов для разработки модели знаний сложной и объемной предметной области или для нескольких, близких по структуре и содержанию, предметных областей.

Каждый модуль предполагает входящую информацию, состоящуюиз набора необходимых понятий из других модулей и предметных областей, а на выходе создает совокупность новых понятий, знаний, описанных в данном модуле, рис. 6.13.

Модуль может содержать подмодули. Элементарный подмодуль - неделимый элемент знания - может быть представлен в виде базы данных, базы знаний, информационной модели. Понятия и отношения между ними представляют семантический граф (рис. 6.14).

Рис. 6.13. Структуры линейной модели знаний

Рис. 6.14. Семантический граф модуля знаний

Приведем пример элемента модуля знаний по теме «Исследование графиковфункций», рис. 6.15.

Рис. 6.15. Пример элемента модуля знаний

Модульное представление знаний помогает

• организовать четкую систему контроля с помощью компьютерного тестирования, поскольку допускает промежуточный контроль (тестирование) каждого модуля, итоговый контроль по всем модулям и их взаимосвязям, а также эффективно использовать методику «черного ящика»;

• осуществлять наполнение каждого модуля педагогическим содержанием;

• выявить и учитывать семантические связи модулей и их отношения с другими предметными областями.

Проектирование модели знаний играет важную роль. для образовательного процесса. От этого в конечном счете зависит обучающая среда: учитель с его квалификацией и опытом, средства и технологии обучения, а главное - контроль обучения.

Модульный принцип построения модели знаний позволяет использовать принцип исчерпывающего контроля - полный перебор всех тестовых заданий для заданной предметной области, что характерно для итоговых измерений уровня обученности.

Можно выделить два принципиальных способа контроля (тестирования) некоторой системы:

1) метод «белого ящика» - принцип тестирования экспертной модели знаний;

2) метод «черного ящика» - тестирование некоторой сложной системы по принципу контроля входных и выходных данных (наиболее подходит к компьютерному тестированию).

Для упрощения дальнейшего изложения введем ряд определений и понятий.

Тестирование - процесс оценки соответствия личностной модели знаний ученика экспертной модели знаний. Главная цель тестирования - обнаружение несоответствия этих моделей (а не измерение уровня знаний), оценка уровня их несоответствия. Тестирование проводится с помощью специальных тестов, состоящих из заданного набора тестовых заданий.

Тестовое задание - это четкое и ясное задание по предметной области, требующее однозначного ответа или выполнения определенного алгоритма действий.

Тест - набор взаимосвязанных тестовых заданий, позволяющих оценить соответствие знаний ученика экспертной модели знаний предметной области.

Тестовое пространство - множество тестовых заданий по всем модулям экспертной модели знаний.

Класс эквивалентности - множество тестовых заданий, таких,что выполнение учеником одного из них гарантирует выполнение других.

Полный тест - подмножество тестового пространства, обеспечивающее объективную оценку соответствия между личностной моделью и экспертной моделью знаний.

Эффективный тест - оптимальный по объему полный тест.

Самой сложной задачей эксперта по контролю является задача разработки тестов, которые позволяют максимально объективно оценить уровень соответствия или несоответствия личностной модели знаний ученика и экспертной модели.

Подбор тестовых заданий осуществляется экспертами-педагогами методологией «белого ящика», а их пригодность оценивают с помощью «черного ящика».

Рис. 6.16. Схема создания тестовых заданий

Самый простой способ составления тестовых заданий - формирование вопросов к понятиям, составляющим узлы семантического графа (рис. 6.16), разработка упражнений, требующих для их выполнения знания свойств выбранного понятия. Более сложным этапом является разработка тестовых заданий, определяющих отношения между понятиями. Еще более глубокий уровень заданий связан с их подбором, выявляющим связь понятий между отдельными модулями.

Множество тестовых заданий (тестовое пространство), вообще говоря,согласнопринципу исчерпывающего тестирования, может быть бесконечным. Например, для исчерпывающего контроля знании таблицы умножения целых чисел от 1 до 100 необходимо использовать 100х100 всех возможных комбинаций двух чисел. А для всех натуральных чисел тестовое пространство становится бесконечным.

Однако в каждом реальном случае существует конечное подмножество тестовых заданий, использование которых позволяет с большой вероятностной точностью оценить соответствие знаний ученика заданным критериям по экспертной модели знаний (полный тест).

Из полного теста можно выделить эффективный тест (оптимальный по объему набор тестовых заданий, гарантирующий оценку личностной модели ученика заданным критериям). Выбор эффективного теста зависит от удачного разбиения тестового пространства на классы эквивалентности, пограничные условия, создание тестов на покрытие путей и логических связей между понятиями и модулями.

В примере с таблицей умножения одним из классов эквивалентности может выступить множество заданий перемножения всех натуральных чисел на 1: 1*1, 1*2, 1*3 и т.д. Поэтому в тест достаточно включить всего лишь несколько тестовых заданий из этого класса эквивалентности.

В дальнейшем необходим тестовый эксперимент на группе учащихся, который позволит провести корректировку и доводку теста до вида эксплуатации (методика «черного ящика»).

Таким образом, построение компьютерных тестов можно осуществлять по следующим последовательным шагам:

1) формализация экспертной целевой модели знаний;

2) нисходящее (или снизу - вверх) проектирование тестового пространства;

3) формирование и наполнение тестовых заданий;

4) формирование полного компьютерного теста;

5) тестовый эксперимент;

6) выбор эффективного теста;

7) анализ, корректировка и доводка теста до вида эксплуатации.

Типы компьютерных тестов. В соответствии с моделью знаний выделим три класса компьютерных тестов на знания, умения и навыки. Отметим, что типы компьютерных тестовых заданий определяются способами однозначного распознавания ответных действий тестируемого.

1. Типы тестовых заданий по блоку «знания»:

• вопросы альтернативные (требуют ответа да - нет);

• вопросы с выбором (ответ из набора вариантов);

• вопросы информативные на знание фактов (где, когда, сколько);

•вопросы на знание фактов, имеющих формализованную структуру (в виде информационной модели или схемы знаний);

•вопросы по темам, где имеются однозначные общепринятые знаковые модели; математические формулы, законы, предикатные представления, таблицы;

• вопросы, ответы на которые можно контролировать по набору ключевых слов;

• вопросы, ответы на которые можно распознавать каким-либо методом однозначно.

2. Типы тестовых заданий по блоку «навыки» (распознание деятельности: манипуляции с клавиатурой; по конечному результату):

• задания на стандартные алгоритмы (альтернативные да — нет, выбор из набора вариантов);

• выполнение действия.

3. Типы тестовых заданий по блоку «умения». Те же самые, что навыки, но использующие нестандартные алгоритмы и задачи предметной области при контроле времени их решения:

• задания на нестандартные алгоритмы (альтернативные да - нет, выбор из набора вариантов);

• выполнение действия.

Выбор типов тестов определяется

• особенностями инструментальных тестовых программ (тестовыми оболочками);

• особенностями предметной области;

• опытом и мастерством экспертов.

Инструментальные тестовые оболочки. Для создания тестов по предметной области разработаны и разрабатываются специальные инструментальные программы-оболочки, позволяющие создавать компьютерные тесты путем формирования базы данных из набора тестовых заданий.

Инструментальные программы, позволяющие разрабатывать компьютерные тесты, можно разделить на два класса: универсальные и специализированные. Универсальные программы содержат тестовую оболочку как составную часть. Среди них «Адонис» (Москва), «Linkway» (Microsoft), «Фея» (Томск), «Радуга» (Москва) и т.п. Специализированные тестовые оболочки предназначены лишь для формирования тестов. Это - «Аист» (Москва), «I_now» (Иркутск), «Тест» (Красноярск) и др.

Для того, чтобы разработать компьютерный вариант теста с помощью одной из названных выше программ, необходимо уяснить, какие формы тестовых заданий они допускают.

Как правило, компьютерные формы представления тестовых заданий могут выглядеть следующим образом.

1. Вопросы с фасетом. Задание вопроса, в котором меняются признаки.

Пример: Назовите столицу страны АНГЛИЯ : ? _____.

2. Вопросы с шаблоном ответа.

Пример: В каком году произошла Октябрьская революция? В ___ году.

3. Вопросы с набором ключевых слов (изображений, обозначений), из которых можно конструировать ответ.

Пример: Какие силы действуют на тело, движущееся по наклонной плоскости? (сила трения, сила упругости, сила тяжести, сила реакции опоры).

4. Закрытая форма вопроса: номер правильного ответа.

Пример: Какой климат в Красноярском крае?

1. Континентальный.

2. Субтропики.

3. Умеренный.

4. Резко-континентальный.

5. Задание на соответствие: несколько вопросов и несколько ответов.

Пример: а) Кто автор планетарной модели?

б) Кто автор закона тяготения?

в) Кто автор поэмы «Мцыри»?

а) М.Ю.Лермонтов

б) Э.Резерфорд

в) И. Ньютон

6. Конструирование ответа (шаблонный и бесшаблонный варианты): ответ формируется путем последовательного выбора элементов из инструментария по типу меню.

Пример: Чему равна производная функции у = Sin(x) + Cos(x) ?

у' = (Sin(x), Cos(x), tg(x), +, -, /, *, log(x), 1, 2, 3, 4, 5 и т.д.)

7. Задание на конструирование изображений: с помощью графредактора,менюизображений (аналогично предыдущему примеру).

8. Задание на демонстрацию с движущимися объектами. Ответ - в виде действия тестируемого (определенный набор клавиш).

Пример: Клавиатурный тренажер на время.

Перечисленные формы компьютерного представления тестовых заданий не исчерпывают их многообразия. Многое зависит от мастерства и изобретательности эксперта по тестированию. При создании тестов важно учитывать многие обстоятельства: личность тестируемого, вид контроля, методику использования тестов в учебном процессе и т.п.

Хорошим считается тест, если

• он восприимчив к угадыванию тестируемым;

• он восприимчив к невнимательности и ошибочным действиям тестируемого;

• он положительно влияет на тестируемого и педагога, который использует

тест. При этом тест используется обучаемымкак

• обучение (тренажер, самоконтроль);

• контроль.

Для учителя тест служит

• корректировке учебного процесса;

• использованию как вспомогательного средства для контроля (текущего);

• использованию как дидактического средства для обучения;

• для дистанционного обучения.

Пример теста по школьному курсу информатики.В 1996 г. Республиканский центр тестирования использовал тесты по некоторым школьным предметам, в частности по информатике. Ниже приводится один из его вариантов (разработчики: Н. Г. Граве, И.А.Елисеев, Г.В.Тюрникова). Тесты построены на основе канонического принципа: вопрос и варианты ответа.

Разработчиками выбрана следующая модель знаний школьного курса информатики:

Модуль 1. ВВЕДЕНИЕ

1. Измерение информации

2. Свойство информации

3. Измерение информации

4. Предмет информации. Фундаментальные понятия

5. История развития вычислительной техники

Модуль 2. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ЭВМ

6. Состав информационно-измерительного комплекса

7. Поколения ЭВМ

8. Арифметические основы ЭВМ

9. Состав информационно-измерительного комплекса

10. Арифметические основы ЭВМ 1

11. Физические основы ЭВМ

12. Состав информационно-измерительного комплекса

Модуль 3. АЛГОРИТМИЗАЦИЯ

13. Величины, тип, имя, значения, вид

14. Величины, тип, имя, значения, вид

15. Величины, тип, имя, значения, вид

16. Типы алгоритма

17. Способы описания

18. Способы описания

19. Алгоритм, свойства

20 - 24. Остальные вопросы как единый подраздел

Модуль 4. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

25 - 28. Операционные системы

29 - 30. Текстовый, графический, музыкальный редакторы

31 - 32. Базы данных

33. Электронные таблицы

Модуль 5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

34 - 36. Перспективы развития