4.4. Алгоритмы и математические модели тестирования.
Довольно распространенным методом контроля уровня знаний обучаемого контингента, в настоящее время является тестирование, которое также представляет определенную диалоговую форму обучения и обычно реализуется в рамках соответствующей информационной технологии. Особенно популярным в последнее время становится компьютерное адаптивное тестирование (Computerized Adaptive Testing – CAT), при котором компьютер отбирает задания в зависимости от предыдущих ответов, подстраивая тест к уровню тестируемого. Основой для современных компьютерных адаптивных тестов служит теория ответа на задание (Item Response Theory – IRT), учитывающая уровень тестируемого и трудность задания [9].
Процедура
тестирования описывается киберсистемой
из двух конечных автоматов А
и А',
соединенных по схеме рис.4.1, и алгоритм
их поведения представляет частный
случай общего алгоритма диалога,
приведенного в табл. 4.1, в том смысле,
что алгоритм тестирования реализуется
в одном цикле. Формально тест представляет
собой слово z
= z1z2…zn
в алфавите Z,
так, что каждая буква zi
Z,
- этоi-ое
задание теста z.
Данный тест z
поступает на вход
автоматаА'
(тестируемый объект) и обрабатывается
как слово в соответствии с алгоритмом
(1.1);(1.3), который в данном случае задает
процедуру «решения» тестовых заданий.
На основе данных решений по каждому
заданию zi![]()
дается ответ ai=
,
где
– вариант решения, предложенный
тестируемым по заданиюzi.
В результате, посредством алгоритма
(1.2), на выходе А'
формируется слово a
= a1a2…an;
ai
,
которое для контроля поступает на вход
A
автомата А.
Контроль ответа сводится к тому, что
каждая буква ai
слова a
сравнивается с результатом правильного
решения
и ответ ai
приобретает рейтинг
.
В итоге на выходеА
формируется слово r
= r1r2…rn,
по которому устанавливается общий
результат выполнения теста z,
этот результат доводится до А'
и на этом процедура тестирования
завершается.
В российском образовательном пространстве в процедурах компьютерного тестирования в основном преобладают тесты с открытой или закрытой формой заданий [9;10]. При закрытой форме тестовых заданий (формат multiple choice) каждое такое задание снабжено набором ответов, из которых обычно только один верный, и тестируемому предлагается выбрать по одному ответу из каждого такого набора. В заданиях открытой формы ответы с выбором не предусматриваются и испытуемый должен сам представить ответ, который свидетельствует о наличии или отсутствии у него требуемых знаний по заданному вопросу. При компоновке тестовых батарей задание с закрытой формой обычно располагают в начале (часть А), а более сложные задания обычно предполагают открытую форму ответа и размещаются ближе к концу теста (часть Б).
Алгоритм обработки
выполненных тестов может быть следующим
[11]. Пусть, как и выше, тест z
представляется словом z
= z1z2…zn,
у которого первые k
букв zi,
- описывают задания с закрытой формой,
а остальные буквыzi,
- это задания с открытой формой ответов.
Тогда выходное множество
автомата А'
(и, соответственно, входное множество
A
автомата А)
можно представить в виде разбиения
(соответственно, A=
),
где индексы 3;0
– приписываются заданиям с закрытой и
открытой формой ответов, соответственно.
Пусть при выполнении
тестовых заданий с закрытой формой
испытуемому по каждому отдельному
заданию следует выбрать один ответ из
l >1
предложенных ответов. Тогда подмножество
автомата А'
можно определить базисным набором
l-мерных
ортонормированных векторов. В этом
случае
=
,
где
- вариант решения, предложенный тестируемым
по заданиюzi,
,
на основании которого выбран ответ
(ai1;…;ail)
,
так, что одна из координат aij,
j=
,
отвечающая выбранному ответу в
предложенном наборе, равна 1,
а остальные координаты нулевые. Из
векторов
сформируем столбец (
)*,
где * - означает операцию транспонирования,
после чего, разворачивая этот столбец
по координатам векторов
,
получаем матрицу ответов Akl.
Матрица Akl
представляет входной сигнал для автомата
А,
который реализует контроль теста. Для
этого введем вектор
(qi1;…;qil)
A3=
,
представляющий вектор-ключ к заданию
zi,
,
у которого одна из координатqij,
j=
,
соответствующая правильному ответу в
предложенном наборе, равна 1,
а остальные координаты – нулевые. Из
векторов
сформируем строку (
)
и, затем, разворачивая координаты
в столбцы, строим ключ-матрицу Qlk.
Легко убедиться,
что для матрицы Ckk=AklQlk
диагональные элементы cii
,
причем, cii=0,
если дан неверный ответ к заданию zi
и cii=1
– в противном случае. Поэтому сумма
диагональных элементов Sp(Ckk)
– это количество правильных ответов
среди заданий открытой формы zi,
тестаz.
Тогда, если Rkk=diag(r1;…;rk)
– скалярная матрица рейтингов заданий
z1;…;zk
, то
Sp(CkkRkk)
– определяет общий рейтинг, оценивающий
результаты выполнения теста z
в части
заданий с закрытой формой ответа.
При открытой форме
тестовых заданий
zi,
,
ответ к каждому заданию представляется
в виде некоторого числа, так, что для
подмножества
можно положить
.
В этом случае ai=
,
где ai
численный ответ к заданиюzi
в открытой форме, и можно определить
вектор
(ak+1;…;an).
Пусть теперь
(qk+1;…;qn)
– вектор-ключ для тестовых заданий zi,
,
так, чтоqi
правильный ответ для заданияzi.
Составим разность
,
причем, координаты вектора
запишем по правилу:
(4.8)
Тогда, если
(rk+1;…;rn)
есть рейтинг-вектор, гдеri
рейтинг заданияzi,
то скалярное произведение
![]()
определяет общий рейтинг выполнения
тестовых заданий zi
с открытой формой ответа.
Общий рейтинг при
выполнении теста z
= z1z2…zn
можно определить суммой Sp(CkkRkk)+
![]()
,
с которой связывается определенная
оценочная шкала P,
устанавливающая результаты тестирования,
доводимые до испытуемого.
В рамках приведенного алгоритма, в Лаборатории тестирования механико-математического факультета Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского в период 1998-2000 гг. были разработаны различные версии программных оболочек, реализующих процедуру компьютерного тестирования в режиме реального времени, а также в клиент-серверном варианте, как для работы в локальной, так и глобальной сети (с выходом в Интернет), о чем докладывалось на Всероссийских конференциях «Развитие системы тестирования в России» [12;13]. Данные компьютерные технологии с успехом апробированы в рамках школьного тестирования по математике учащихся общеобразовательных учреждений г.Саратова, для чего специально создавались довольно мощные тестовые батареи [14;15], причем, к этой работе широко привлекались студенты Саратовского госуниверситета.
В более широком формате эти технологии использовались в 2002 г. при проведении тестового мониторинга уровня подготовки выпускников I-ой ступени обучения (начальная школа) общеобразовательных учреждений Саратовской области по предметам федерального компонента – математике и русскому языку, который осуществлялся по заказу регионального Минобразования. В рамках мониторинга было охвачено 2262 школьника из всех регионов Саратовской области, заканчивающих 2001/2002 уч.г. обучение по 3-х и 4-х летним программам (для сравнения, в централизованном тестировании выпускников начальной школы 2002 г. участвовало 1074 человека). Результаты мониторинга оказались следующими: количество школьников, выполнивших тесты с оценками «4» и «5» по математике составило 77%, по русскому языку – 82% (по результатам централизованного тестирования, соответственно, 85,3% и 78,4%) [16].
Подводя некоторый итог, необходимо заметить, что, хотя информатизация современного образовательного пространства объективна и происходит довольно стремительно, все-таки процессы обучения в рамках электронной педагогики обладают тем общим недостатком, свойственным для коммуникативного общения – в этом случае субъекты общения в принципе не имеют полной логической конгруэнтности. По этой причине возникает, например, известная проблема содержательной и адекватной интерпретации результатов тестирования [10]. Поэтому можно предполагать, что класс образовательных задач, разрешимых посредством тестирования, является ограниченным, что, вообще говоря, и не оспаривается специалистами в области электронной педагогики [17].
