E-learning LMS Moodle testing subsystem task “about stones” database structure decision tree

Задача «о камнях» в общем виде имеет следующую формулировку. Перед двумя игроками лежат n куч камнеи, в каждои куче k камнеи. Задан набор возможных операции над камнями из однои кучи за один ход (например, добавить один камень в кучу, увеличить количество камнеи в два раза) и условие завершения игры. Для того чтобы делать ходы, у каждого игрока есть неограниченное количество камнеи.

Задача о камнях является комбинаторнои беспристрастнои нормальнои игрои и обладает всеми её основными своиствами [ 2 ]:  игроки ходят по очереди;  оба игрока знают все ходы, сделанные в игре;  игра заканчивается, когда достигнута позиция, в которой нет возможных ходов для игрока, чья очередь ходить, – во всех таких позиция определено, кто из игроков становится победителем;  выигрывает игрок, сделавший последний ход.

Игрок имеет выигрышную стратегию, если он может выиграть при любых ходах противника. Описать стратегию игрока – значит описать, какои ход он должен сделать в любои ситуации, которая ему может встретиться при различнои игре противника. Решением задачи является дерево выигрышнои стратегии, представленное в виде графа (рис. 1) или таблицы.

Рис.1. Представление дерева выигрышной стратегии в виде графа Описание учебной среды LMS Moodle

Структура и основные преимущества динамическои учебнои среды LMS Moodle описаны в работе [ 3 ]. Среда включает встроенную гибкую подсистему тестирования, которая предоставляет широкии спектр возможностеи для построения тестов различного рода, различного уровня сложности:  настраиваемые временные задержки между попытками, время прохождения теста, начало и окончание тестирования;  настраиваемое отображение теста, количество вопросов на одной странице, перемешивание как самих вопросов в тесте, так и вариантов ответов;  настраиваемое количество попыток прохождения теста;  обучающий режим: ученик сможет ответить на вопрос несколько раз в рамках одной попытки. Возможно начисление штрафных баллов за каждый неправильный ответ; выбор метода оценивания (в случае нескольких попыток): высшая/низшая оценка, первая/последняя попытка;  настраиваемый режим просмотра результатов: что (свой ответ, баллы, комментарии, все ответы, общий комментарий ко всему тесту) и когда (сразу после попытки, позже, но до того как тест будет закрыт, после того как тест будет закрыт) сможет увидеть ученик;  настраиваемая защита теста, ограничивающая возможности пользователя во время прохождения теста, задание пароля, сетевого адреса и прочее.

Вопросы в тестах могут иметь разнообразные типы, среди которых множественныи выбор, верно/неверно, короткии ответ, эссе и др. Окно выбора типа вопроса представлено на рис 2. Созданные вопросы сохраняются в банке вопросов и могут использоваться в разных курсах.

Рис.2. Окно выбора типа вопроса в LMS Moodle Вопросы хранятся по категориям, в каждом курсе есть только одна категория – «По умолчанию». Рекомендуется создать другие категории для удобного хранения вопросов, можно также создать иерархическую структуру категории, для этого нужно переидите на вкладку «Категории». Каждая категория состоит из названия и короткого описания.

Каждая категория может быть «опубликована», это означает что данная категория (и все вопросы в неи) будут доступны для всех курсов на этом сервере, и преподаватели других курсов смогут использовать ваши вопросы в своих тестах.

Добавляя новую категорию необходимо заполнить следующие поля:  доступные категории;  категория, в которую создаваемая будет помещена. Если нет других категорий, то доступно создание в категории «Главная» (корневая категория);  названия категорий;  имя новой категории;  информация о категории;  краткое описание категории;  опубликовать;  опубликовать эту категорию при создании.

Категории могут также быть созданы или удалены в любое время, при удалении необходимо выбрать другую категорию, куда нужно переместить вопросы из удаляемои категории.

Группа таблиц банка вопросов представлена на рис.3. Таблица «question» включает название вопроса, текст вопроса, информацию о дате создания и авторе вопроса. Таблица «question_categories» предназначена для группировки вопросов по категориям, хранит название категории, порядок сортировки вопросов. Таблица «question_statistics» содержит информацию об

Рис.3. Группа таблиц банка вопросов в LMS Moodle Поиск решения

Задачу «о камнях» нельзя отнести к одному из встроенных типов вопросов. Но существует большое количество разработанных для LMS Moodle программных модулеи с открытым исходным кодом, в том числе и те, которые предусматривают создание вопросов с типами, отличающимися от стандартных. В этом списке присутствуют модули для изображения молекулярных связеи, модули для построения музыкальных интервалов, модули автоматическои оценки правильности исходных кодов программ и др. [ 4 ]. Авторами было проведено исследование существующих плагинов и наидено два наиболее подходящих для создания и решения задачи «о камнях».

Один из таких плагинов – «ConceptMap», которыи разработал профессор и исследователь из Чили Джордж Виллалон [ 5 ]. Тип вопроса «Concept map» предполагает построение обучающимся ассоциативнои карты (интеллект-карты), которая используется для структуризации знании. Ассоциативная карта представляет собои граф (рис. 4), поэтому используя данныи тип вопроса, можно предоставить школьнику инструмент для построения дерева выигрышнои стратегии. К сожалению, в том случае система не сможет автоматически оценить правильность решения, так как у нее нет возможности построить эталонное дерево.

Рис.4. Окно для работы с интеллект-картой Второи модуль поддерживает рисование карандашом, с его помощью можно выполнить проверку решения, сравнивая полученное решение с эталонным [ 6 ]. К сожалению, на рисование «вручную» уходит большое количество времени, гораздо быстрее построить дерево из имеющегося набора элементов.

На сервере приложении СНИУ развернута система дистанционного обучения Школы информатики СГАУ, разработанная на базе LMS Moodle, в нее был интегрирован разработанныи модуль. На сервере баз данных (БД) Самарского университета развернута БД под управлением СУБД MySQL, которая необходима для работы LMS Moodle. Архитектура системы представлена на рис. 5.

Рис.5. Архитектура системы При разработке модуля для решения задачи «о камнях» необходимо было изучить и расширить существующую структуру базы данных LMS Moodle. База данных LMS Moodle на текущии момент насчитывает 334 таблицы [ 7 ]. При работе с БД была использована инструментальная среда разработки «dbForge Studio for MySql», которая предоставляет графическии редактор диаграмм БД. Для добавления нового типа вопроса необходимо представлять часть схемы базы данных, которая относится к разделу «банк вопросов», в него были добавлены следующие таблицы (рис. 6): Рис.6. Добавленная часть схемы базы данных  mdl_qtype_stones_options хранит максимальное суммарное количество камней в кучах и условие выигрыша, в качестве внешнего ключа используется ссылка на идентификатор вопроса из базовой таблицы mdl_question;  mdl_question_heap хранит данные о количестве камней в каждой куче;  mdl_question_step содержится информацию о возможных операциях, применяемых к числу камней в одной из куч.

Эталонное дерево решении хранится в качестве json-строки в таблице mdl_question_answers. Выбор был сделан в пользу формата json, так как многие графические JavaScript-библиотеки включают в себя функцию построения деревьев на основе json-объектов.

Для отображения графа решения используется библиотека jsPlumb, которая предоставляет удобныи API для работы с иерархическими деревьями [ 8 ].

Окно для работы с графом представлено на рис. 7. Школьник может добавлять и удалять вершины графа, а также редактировать информацию о количестве камнеи в каждои из куч.

References