Метаданные динамических учебных объектов в интеллектуальной обучающей системе Match-Bridge

Данная работа посвящена вопросу настройки метаданных при разработке динамических учебных объектов в интеллектуальной системе Math-Bridge, предназначенной для создания онлайн-курсов по математике и обучения математике в онлайн-режиме. Начиная с 2015 года и в настоящее время, работы по освоению технологий разработки электронного контента в системе Math-Bridge ведутся коллективами исследователей из различных университетов России в рамках международного проекта ТЕМПУС – МЕТАМАТН № 543851 – TEMPUS-1-2013-1-DE-TEMPUS-JPCR «Современные образовательные технологии для программ обучения математике в инженерном образовании в России» [1, с. 447].

Система Math-Bridge – первая общеевропейская веб-ориентированная интеллектуальная система для создания онлайн-курсов по математике и обучения математике в онлайн-режиме была разработана совместными усилиями девяти университетов из семи стран Европы. Координатором и главным исполнителем проекта по разработке системы Math-Bridge является «Немецкий исследовательский центр по искусственному интеллекту» (DFKI, Германия, отделение в г. Саарбрюккен) – крупнейший в мире некоммерческий исследовательский институт в области инновационных технологий программного обеспечения на основе искусственного интеллекта. В связи с этим, в системе созданы коллекции учебных объектов по различным математическим дисциплинам на десяти европейских языках. Осенью 2015 года в рамках международного проекта ТЕМПУС – МЕТАМАТН в Казанском исследовательском техническом университете им. А. Н. Туполева были начаты работы по локализации и русификации системы Math-Bridge, так как в проекте задача развертывания программного обеспечения системы Math-Bridge на сайте и задача русификации системы были распределены именно для КНИТУ-КАИ. Авторы данной статьи принимали непосредственное участие в работе по установке системы Math-Bridge на сайте КНИТУ-КАИ, по переводу интерфейса и языка пользователя системы на русский язык [2, с. 3–7]. К лету 2016 года работы по локализации и русификации системы Math-Bridge в КНИТУ-КАИ были завершены и Российские университеты-партнеры проекта ТЕМПУС – МЕТАМАТН получили возможность выполнять разработку учебных объектов и создавать электронные курсы в системе на русском языке.

Как отмечается в общем обзоре работы [3, с. 452], учебные объекты в системе Math-Bridge делятся на два больших класса – статические и динамические. В этой работе изложены общие подходы к созданию статических [3, с. 459] и динамических [3, с. 460–461] объектов. Подробно вопросы разработки учебных объектов динамического вида изложены в работе [4, с. 528–541], в которой дано описание редактора метаданных как составной части редактора создания учебных объектов.

Для создания электронной книги или электронного теста для текущего контроля или экзамена, а также для генерации индивидуального электронного курса по запросам обучаемого для математической дисциплины в системе Math-Bridge предварительно необходимо разработать пул с учебными объектами для данной дисциплины. Разработку может выполнять пользователь, в учетной записи которого имеется право быть автором. Предоставление такого права осуществляется администратором сайта системы Math-Bridge (рис.1). Кроме Администратора и Автора, в системе Math-Bridge имеются еще два вида пользователей – Учитель (Преподаватель) и члены группы (Студенты), которая формируется для обучения какой-либо одной или нескольких дисциплин и имеет доступ к определенным книгам или электронным курсам. Кроме этого группа может иметь доступ для выполнения тестов или экзаменов.

Рисунок 1. Форма учетной записи в системе Math-Bridge

В роли Автора можно создавать любые учебные объекты (статические и динамические), а также электронные курсы, тесты и экзамены – структурные объекты, которые собираются из пула разработанных статических и динамических объектов. Команды для разработки находятся в меню «Авторинг». Как видно на рис. 2, можно выполнить разработку семи видов статических объектов и трех видов динамических объектов (упражнений).

В качестве статических объектов могут выступать: «Аксиома», «Определение», «Пример», «Метод», «Заметка или другой текст», «Доказательство» и «Утверждение». Для динамических объектов возможно создание следующих видов упражнений: «Упражнение», «Быстрое (Quick) упражнение», «Упражнение из шаблона».

Рисунок 2. Окно выбора вида объекта для разработки для пользователя Автор

В работе [4, с. 530–540] описан процесс создания всех видов упражнений с примерами создания конкретных упражнений и результатами их тестирования, но не было уделено внимания описанию настройки параметров метаданных, то есть специальных системных данных о создаваемых упражнениях.

Далее выполним подробное описание настройки параметров метаданных при разработке упражнений в режиме онлайн в системе Math-Bridge.

Работа с метаданными в редакторе создания учебных объектов в системе Math-Bridge

Редактор создания учебных объектов (Content Creator) позволяет разрабатывать в режиме онлайн различные виды математических понятий и объектов для электронного курса по определенному разделу математики (аксиомы, определения, упражнения и др.). В состав редактора Content Creator входит редактор метаданных. Этот редактор относится не только к
динамическим объектам обучения. Он является частью редактора Content Creator длясоздания любого объекта в системе Math-Bridge, так как любой объект обучения содержит в себе метаданные. При этом метаданные с описанием типа объекта, автора, даты и времени создания, а также идентификатор объекта создаются автоматически для всех типов объектов. Значения переменных с метаданными можно видеть в правом окне Редактора создания учебных объектов. Причем, значения переменных с идентификатором объекта и данные автора объекта изменить невозможно после сохранения объекта и его опубликования (размещения в авторской или общей коллекции учебных объектов Publish Collection) [5, с. 75]. Возможность создания и настройки дополнительных специальных метаданных имеется для определенных типов объектов. К таким объектам относятся упражнения, предназначенные не для тренировки умений решения практических задач, а для контроля умений выполнять такие упражнения. Рассмотрим процесс работы с метаданными при создании такого типа упражнений. Упражнение может быть создано с помощью режима «Упражнение» в Редакторе создания учебных объектов, или с помощью режима «Упражнение из шаблона». На рис. 3 представлена схема для простейшего упражнения, содержащего одну итерацию решения задачи с возможностью контроля ввода правильного и неправильного ответов в центральном окне редактора создания учебного материала, в правом окне отображается форма с полями метаданных, которые можно изменить, выбрав команду «Изменить метаданные».

Рисунок 3. Работа с метаданными учебного объекта «Упражнение»

После включения режима изменения метаданных с помощью команды «Изменить метаданные», в появившемся окне можно пошагово выполнить изменение значений метаданных.

Шаг 1: Выбрать тип метаданных, например, сложность упражнения (см. рис. 4).

Рисунок 4. Выбор типа метаданных

Шаг 2: Установить значение для выбранного типа метаданных, например, «средней сложности» (рис. 5).

Рисунок 5. Определение значения для выбранного типа метаданных

Шаг 3: Сохранить настроенные значения выбранных метаданных. После выполнения команды «Сохранить» в правом окне будут отображаться настроенные значения выбранных метаданных (рис. 6).

Рисунок 6. Сохранение значения для выбранного типа метаданных

Таким образом, можно выполнить настройку всех изменяемых полей с метаданными. Наибольший интерес с точки зрения организации контроля умений представляет тип метаданных «Отношение».

Рисунок 7. Сохранение значения для выбранного типа метаданных

Выбор значения «Учит» (рис. 7) для типа метаданных «Отношение» позволяет перейти к выбору класса в онтологии математической дисциплины для соответствующего уровня компетенций (рис. 8).

Рисунок 8. Выбор класса в онтологии математической дисциплины

На рис. 9 представлены результаты настройки значения выбранного типа метаданных «Отношение».

Рисунок 9. Результат настройки значения типа метаданных «Отношение»

После настройки значений всех необходимых типов метаданных, созданное упражнение необходимо опубликовать. Затем созданные упражнения с настроенными значениями метаданных размещаются на страницах книги электронного курса или страницах теста (для текущей аттестации или экзамена). Если книга электронного курса или экзамена еще не создана, то первоначально она создается с помощью подкоманды «Содержание курса/экзамена» команды «Создать» в Редакторе создания объектов в меню «Авторинг» (рис. 10).

Рисунок 10. Вход в режим создания книги в меню «Авторинг»

Если книга уже создана, перейти к ее редактированию можно с помощью меню «Управление», затем с помощью команды «Содержание» выбрать в строке с именем книги курса команду «Редактировать»  (рис. 11).

Рисунок 11. Вход в режим создания книги в меню «Управление»

Команды создания структуры оглавления в книге электронного курса в системе Math-Bridge аналогичны командам обычной LMS, например, Blackboard. Однако технология размещения учебного объекта на странице другая и является очень легкой операцией: достаточно с помощью команды поиска в виде лупы загрузить название объекта в правое окно и затем с помощью левой кнопки Мыши перетащить имя объекта на открытую страницу в центральном окне (рис. 12), затем выполнить команду «Сохранить».

Рисунок 12. Заполнение страниц книги учебными объектами

Публикация книги выполняется в меню «Управление» – команда «Содержание», далее необходимо выбрать в строке с именем книги курса команду «Опубликовать»  (см. рис. 11).

Для того, чтобы увидеть созданный электронный курс или тест глазами студента, необходимо зайти в систему Math-Bridge в качестве пользователя-ученика, подписанного на этот курс или тест. Доступ к книгам и тестам пользователей осуществляется Администратором. Пример выполнения теста с упражнениями с настроенными метаданными в режиме ученика представлен на рис. 13. Упражнения, собранные в этом тесте имеют настроенные поля значений метаданных. Страницы теста имеют индикаторы прогресса в виде белых кругов.

Рисунок 13. Пример теста с упражнениями с настроенными метаданными

При правильном выполнении упражнения сегмент, соответствующий этому упражнению в белом кружке страницы заполняется зеленым цветом. Соответствующая статистика успешных и неуспешных попыток решения упражнений в тесте собирается в системе Math-Bridge в виде различных отчетов. Вопросы создания и анализа этих отчетов выходит за рамки данной работы.

В настоящее время работа по созданию математических электронных курсов и тестов в системе Math-Bridge в КНИТУ-КАИ продолжается.