Устройство для обучения и контроля знаний

(22) Заявлено 14 Л 081 (21) 3347423/18-24 Р 1 М К з 6 09 В 7/02 с присоединением заявки Но(23)М Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытийДата опубликования описания 150383 72) Авторыизобретения В.М. Г В. Попова и ов к(54) УСТРОЙ ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ И НАНИЙ 5 10 0 Изобретение относится к техническим средствам обучения, предназначенным для обучения и проверки знаний учащихся, и может быть использовано в учебных заведениях различного уровня и профиля для проверки и закрепления знаний учащихся по различным дисциплинам.Известно устройство, содержащее блок считывания информации, дешифратор, блок управления, блок сравнения, блок оценки, блок ввода ответов и информационное табло 1.Недостатками данного устройства являются ограниченные дидактические возможности, так как оно не определяет ине оценивает степень полноты ответа. Это происходит потому, что результат несравнения введенного ответа с эталонным фиксируется по всему ответу в целом без указания, какой именно символ (какое именно действие) ошибочен. Кроме того, устройство имеет ограниченную об" ласть применения, так как для обеспечения его работы нужны дорогостоящие устройства перфорирования и считывания,с перфоленты.По основному авт. св. Р 430431 наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее схемусравнения, входы которой подключены к блокам ввода ответов и памяти,а выходы - к блоку вывода информации и блоку оценок, соединенному сблоком памяти, а блок ввода ответов подключен к блоку вывода информации, ограничитель неверных ответов, вход которого соединен со схемой сравнения, а выходы подключеныК блокам оценки и вывода информации. Ответы учащегося на вопросы(в том числе результат решения задачи), введенные в блоке ввода ответов, сравниваются с эталонными,хранящимися в блоке памяти, При вводе неправильного ответа ограничитель неверных ответов Фиксирует его.Учащийся может повторить попытку ответа, но не более, чем это предусмотрено ограничителем неверных ответов. Если учащийся не смог ответить верно, то сигнал о неверностиответа из блока ограничения неверных ответов поступает в блок оценок,В блоке оценок накапливается информация о количестве верных и неверных ответов. После ответа на всевопросы билета в блоке оценок Формируется оценка. Устройство позво 1005153ляет контролировать и оцениватьзнания учащегося при ответе на вопросы, ответы на которые формируются в .окончательном виде, т.е., если вопрос задан в виде задачи, токонтролируемым ответом на вопрос5будет ответ задачи, но не ее решение. Например, если условие задачипредполагает многодейственное решение (1, 2,,и), то ответом задачиявляется результат и-го действия, 10что и контролирует данное устройство 23.Недостатками данного устройства являются ограниченные дидактическиевозможности, так как оно не позволяет контролировать ход решения и,следовательно, определять незнаниекакого именно раздела изучаемогокурса приводит к неверному в окончательном виде ответу. Кроме того, данное оустройство не позволяет оцениватьполноту ответа.В практике обучения различнымдисциплинам (математике, физике, химии, программированию и т.д.)проверяются знания учащихся с помощьюконтрольных вопросов и задач, решаемых методами теоретической и прикладной математики. При этом, если длявопросов достаточно определять верность ответов в окончательном виде,т,е. в целом на вопрос, то для задач необходимо контролировать ходрешения, т.е. определять верностьвыполнения действий. В таком случаепедагог точно может определить,что именно не усвоил учащийся. Одновременно педагоГ оценивает и неполные ответы в том, например, случае,если ученик, решая задачу, рассуждал правильно, но незнание одного 4 Окакого-то положения не позволилопридти ему к правильному в окончательном виде ответу. Учащемуся также важно контролировать ход решения задач, чтобы в случае затруднения выполнения очередного действия иметь возможность обратиться за консультацией.Цель изобретения - расширение дидактических воэможностей устройства эа счет контроля хода решения и учета полноты ответа.Указанная цель достигается тем,что в устройство введен блок определения полноты ответа, причем входы блоков вывода информации и оценки соедйнены с выходами блока сравнения и ограничителя неверных ответов через блок определения полноты ответа. 60Блок определения полноты ответа содержит регистр и последовательно включенные элемент ИЛИ, первый счетчик, узел сравнения, второй счетчик и дешифратор, второй и третий вхо ды которого соединены соответственно с выходом узла сравнения и выходом регистра, подключенным ко второму входу узла сравнения, выход которого соединен со вторым входом первого счетчика и первым входом регистра, вход элемента ИЛИ, второй вход второго счетчика и второй вход регистра являются входом блока, выходы первого счетчика и дешифратора являются выходом блока.На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока ввода ответов; на фиг. 3 - то же, блока оценки; на фиг. 4 - то же, блока определения полноты ответов; на фиг. 5 вид контрольного билета.Устройство (фиг. 1) содержит блок 1 ввода ответов предназначенный для считывания номера билета, номера вопроса в билете и формирования . ответов учащимся, блок 2 памяти, предназначенный для хранения кодов эталонных ответов, числа вопросов в билете и эталонного числа действий в решении, блок 3 сравнения, предназначенный для поразрядного сравнения кодов вводимых учащимся ответов с кодами эталонных ответов, блок 4 вывода информации, предназначенный для индикации верности сделанного действия и ответа в окончательном виде, номера действия и вопроса и подсказки учащемуся эталонного ответа, ограничитель 5 неверных ответов, предназначенный для ограничения числа попыток ответа на вопрос, блок б оценки, предназначенный для формирования и индикации оценки, блок 7 определения полноты ответов, предназначенный для контроля хода решения и определения пол- ноты ответов.Блок 1 ввода ответов (фиг. 2) содержит узел 8 считывания номера билета, состоящий из фотоприемников 9 (например, ФТК), наборное поле 10 с контактами 11 номеров вопросов, операндов и операций, щуп 12, предназначенный для подачи на контакты 11 наборного поля 10, потенциала, шифратор 13, предназначенный для преобразования позиционного кода номера вопроса в параллельный двоичный код, шифратор 14, предназначенный для преобразования позиционного кода ответа в параллельный двоичный код (шифраторы 13 и 14 выполнены на микросхемах серий 13 б, 133), генератор 15 импульсов, предназначенный для выработки сигналов сопровождения и устранения дребезга при снятии щупа 12 с контактов 11 наборного поля 10 (генератор 15 выполнен на резонаторе 1 ВЕф и элементах И-НЕ), регистр 16, предназначенный для промежуточного хранения кодов номера билета и номера вопроса, Регистр 16 выполнен на микросхемах серий 136, 133.Блок 2 представляет собой оперативно запоминающее устройство (ОЗУ) на 2048 12-разрядных слов. Накопитель памяти реализован на микросхемах 564 РУ 2, управление на микросхемах серий 133, 136.Блок 3 сравнения содержит схему сравнения и регистр эталонного ответа. Схема сравнения состоит из элементов И, ИЛИ, каждый разряд регистра подключен к соответствующим входам элементов И, Кроме того, каждый разряд регистра и выход схемы сравнения подключены через микросхему с открытым коллектором к индикационным элементам. Блок 3 сравнения реализован на микросхемах серии 133, 136.Блок 4 индикации представляет собой набор отдельных индикаторных элементов (лампы СНМ-б, ЗВ), которые подсвечивают специальные трафареты номеров вопросов, номеров действий, кодов эталонных ответов, верности сделанного действия и ответа в окончательном виде.Ограничитель 5 неверных ответовсостоит из реверсивного счетчикас последовательным переносом, работающего в режиме вычитания, элемента И и переключателя для установкичисла неверных ответов, ограничивающих число попыток. Установкойпереключателя в счетчик параллельным кодом вносится число, а сигнал"Нет" из блока 3 сравнения поступает на счетный вход счетчика и вычитает из установленного числа единицу. При установке счетчика в нулевое состояние вырабатывается сигнал "Нет" на выходе элемента И, навходы которого заведены инверсныевыходы каждого разряда счетчика.Ограничитель 5 неверных ответов реализован на микросхемах серии 133,136.Блок б оценки (фиг. 3) содержитсумматор 17, предназначенный для на. -копления суммы баллов по ходу ответов на вопросы; сумматор 17 выполнен на микросхемах серии 133, 136;регистр 18, предназначенный дляпромежуточного хранения эталонногоколичества вопросов в билете; ре-,гистр 18 выполнен на микросхемах серии 136, 133; дешифратор 19, состоящий из элементов И 20 (микросхемысерии 136); элементы ИЛИ 21, выполненные с открытым коллектором иподключенные к элементам 22 индикации оценки, выполненным на лампахСНМ,3 В,Блок 7 определения полноты ответов (фиг. 4) содержит элемент ИЛИ5 10 15 20 23, регистр 24, предназначенныйдля промежуточного хранения эталонного числа действия, регистр 24выполнен на микросхемах серии 136,133, счетчик 25, предназначенныйдля подсчета числа сделанных действий; узел 26 сравнения, предназначенный для поразрядного сравнениячисла сделанных действий в решениис эталонным числом действий в решении, узел 26 выполнен на элементах И, ИЛИ серии 136; счетчик 27,предназначенный для подсчета числаверных действий в решении; счетчики25 и 27 выполнены на микросхемахсерии 136; дешифратор 28, предназначенный для определения полнотыответа; дешифратор 28 выполнен наэлементах И, выходы которых определенным образом сгруппированы на элементах ИЛИ, стробируемых управляющим сигналом с выхода узла 26. Дешифратор 28 выполнен на микросхемахсерии 133, 136. 2 Р 30 45 50 55 60 40 65 Устройство работает следующимобразом,.Перед началом работы устройствоустанавливается в исходное состояниесигналом, вырабатываемым при включении питания (схема выработки сигнала на фиг. 1 не показана). УЧащемуся выдается билет, на которомнаписаны вопросы (в том числе и условия задачи). Вид контрольного билета показан на фиг, 5, Билет имеетномер в виде расположенных в определенной последовательности отверстий. Основное поле билета состоитиз поля вопросов и поля ответов иимеет ряд отверстий с надписями номеров вопросов, операций и операндов. Учащийся накладывает билет нанаборное поле блока 1 так, чтобыотверстия основного поля билета совпадали с контактами наборного поля.Номер билета считывается в блоке 1фотоприемником 9 узла 8, заноситсяв регистр 16 и является начальнымадресом массива в блоке 2 памяти,В массиве в определенном порядкехранятся число вопросов в билете,эталонные ответы и эталонное числодействий в каждом решении, Учащийсяможет отвечать на вопросы билета влюбой последовательности, но перед .ответом он воздействует щупом 12на контакт наборного поля того вопроса, на который будет отвечать.Контакты вопросов наборного полявыполнены таким образом, что отвечая на один билет, можно только одинраз воздействовать на контакт, т.е,исключена воэможность умышленногоформирования оценки путемответа наодин и тот же известный учащемусявопРос билета. С выхода генератора15 сигнал сопровождения поступаетна шифратор 13 через тот вход, накоторый поступает потенциал от контакта 11 наборного поля 10. Кодконтакта с .выхода шифратора 13 поступает в регистр 16 и является Йачальным адресом зоны в заданном массиве. По указанному адресу из блока 2 код эталонного ответа поступает на первый вход блока 3 и заносится в регистр эталонных ответов,эталонное число действий в решении 10поступает в регистр 24 блока 7, ачисло вопросов в билете поступает.в,регистр 18 блока 6,Учащийся формирует ответ, воздействуя на контакты 11 операций и операндов наборного поля 10 блока 1,и по сигналу ввода код ответа черезшифратор 14 поступает на второй входблока 3Номер вопроса из блока 1поступает в блок 4 и индицируется.Если код ответа соответствуетэталонному, то сигнал "Да" из блока 3 поступает в блок 7, занося единицу в счетчик 27 и через элементИЛИ 23 в счетчик 25. Информация ономере действия с выхода счетчика 25поступает в блок 4 и индицируется,Содержимое счетчика 27 (число верныхдействий) поступает на первый входдешифратора 28, на второй вход которого поступает информация из регистра 24 (эталонное число действий в,решении). Если это вопрос, ответ накоторый должен формироваться однимдействием, т.е. ответ в окончатель-.ном виде, то в регистре 24 была за- Зэписана единица и, следовательно, содержимое счетчика 25 сравниваетсяв узле 26 с содержимым регистра 24,в результате чего на выходе узла 26формируется сигнал, разрешающий выдачу результата из дешифратора 28 вблок 6.Дешифратор 28 построен таким обра, зом, что в зависимости от соотноше ния числа верных действий к эталонному числу действий в решении, т.е. от степени полноты ответа, вырабатывается сигнал на том или ином выходе дешифратора. Результат оценки степени полноты ответа в виде кода, сформированного дешифратором 28, поступает в сумматор 17 блока 6. Сигнал с выхода узла 26 поступает также на входы счетчиков 25 и 27 и регистра 24, устанавливая их в исходное состояние.Если ответ, вводимый учащимся; ,не соответствует эталонному, то сигнал "Нет" из блока 3 поступает в блок 4 и индицируется, 60Одновременно сигнал "Нет" поступает из .блока 3 в ограничитель 5, где происходит вычитание единицы из содержимого счетчика попыток. Первоначально в счетчике ограничи теля 5 с помощью переключателя установлено число разрешенных попытокответа. Учащийся повторяет попытку ответа до тех пор, пока содержимое счетчика попыток в ограничителе5 не станет равным О, при этом наего выходе возникает сигнал, поступающий в блок 7 через элемент ИЛИ23 на вход счетчика 25. Если этовопрос, ответ на который долженформироваться одним действием, тов регистре 24 была записанаединица и, следовательно, содержимоесчетчика 25 сравнивается в узле 26с содержимым регистра 24. В результате этого на выходе узла 26 формируется сигнал, разрешающий выдачурезультата из дешифратора 28 в сумматор 17 блока 6.Сигнал с выхода узла 26 поступает также на входы счетчиков 25 и 27и регистра 24, устанавливая их в исходное состояние,Если учащийся, не зная ответа,обращается за консультацией, то кодэталонного ответа из регистра эта лонного ответа блока 3 поступаетв блок 4 и индицируется, а счетчикпопыток в блоке 5 ограничения неверных ответов устанавливается в нулевое состояние, и сигнал "Нет" свыхода блока 5 поступает в блок 7через элемент ИЛИ 23 в счетчик 25,т.е, обращение за консультацией расценивается как неверный ответ,Если ответ должен формироватьсяне одним действием, то в регистре24 блока 7 записывается эталонноечисло действий в решении. Учащийсяформирует ответы по каждому действиюпри этом в счетчике 27 подсчитывается число верных действий в решении, а в счетчике 25 общее числосделанных .действий в решении, Когда все действия выполнены, т.е. содержимое счетчика 25. сравнится с содержимым регистра 24 и на выходеузла 26 появится сигнал, разрешающий выдачу информации из дешифратора 28, то на выходе дешифратора 28появится код, зависящий от соотношения числа верно выполненных действий и эталонного числа действий врешении, т.е, от степени полнотыответа. Этот код поступает в сумматор 17 блока 6.Если, отвечая на такой вопрос,учащийся не знает, как выполнитьочередное действие, то он формируетсигнал "Не знаю", который разрешает выдачу информации,из дешифратора28 в блок 6, И в зависимости от того, какую часть действий при ответеучащийся выполнил верно, т.е. насколько полно он ответил, на выходе дешифратора 28 появится соответствующий код, поступающий в сумматор17 блока 6,При переходе от одного вопросабилета к другому блок 3 сравнения,ограничитель 5 неверных ответов иблок 7 определения полноты ответовустанавливаются в исходное состоя.ние,5В процессе ответа, на вопросы билета в сумматоре 17 блока 6 накапливается некоторая величина, зависящая от степени полноты ответа покаждому вопросу, Информация с выхода сумматора 17 поступает на однивходы элементов И 20 дешифратора19, на другие входы элементов И 20поступает эталонное число вопросовв билете из регистра 18, В зависимости от соотношения этих величин,на выходе элементов ИЛИ 21 возникает сигнал, соответствующий той илииной оценке.После ответа на все вопросы билета (на все известные учащемуся вопросы билета) учащийся формирует сигнал "Оценка", по которому сигнал свыхода дешифратора 19 в блоке б поступает через элементы ИЛИ 21 на элементы 22 индикации этого же блокаи таким образом оценка предъявляется учащемуся.Устройство устанавливается в исходное состояние либо сигналом "Сброс",либо при переходе к следующему билету,Схемы формирования управляющих сигналОв "Сброс", Ввод", "Консультация", "Не знаю" и "Оценка" не показаны.В известных устройствах не предусмотрена возможность контроля хода решения и оценки степени полноты ответа. Например, если учащемуся 40 предложена контрольная задача для решения которой он доЛжен выполнить ряд действий, то базовое устройст во может проконтролировать правильный ли ответ на задачу ввел учащий ся, в этом случае на перфоленту на- носится код ответа на задачу, Если на перфоленту нанести коды ответов по каждому действию, что эквивалентно посимвольному введению ответов, то устройство обнаружит ошибку, сделанную учащимся в каком-то действии, но не проанализирует в каком именно действии сделана ошибка, а все реШение задачи воспримется устройством как ошибочное, Контроль знаний учащегося по билету, состоящему, например, из трех вопросов и двух многодейственных задач на базовом устройстве выглядел бы так. Если учащийся не ответил на один из трех 60 вопросов и допустил ошибку в одном из действий задачи, то базовое устройство оценило бы это, как неверные ответы по двум вопросам, не учитывая того, что учащийся, решая за дачу, допустил ошибку только в одном действии задачи, но рассуждения по задаче его в целом были правильнымиПредлагаемое устройство позволяет проконтролировать ход решения, оценить полноту ответа по каждому вопросу, точно определить незнание какого именно раздела изучаемого курса приводит М неверному ответу и сформулировать оценку в точном соответствии с правильностью и полнотой ответов учащегося.Предлагаемое устройство обладает более высокими дидактическими возможностями также и.потому, что при незнании, как выполнить какое-то очередное действие, учащийся может обратиться за консультацией и ему предъявится эталонный ответ по этому действию, При этом устройство зафиксирует обращение учащегося за консультацией, что снизит его оценку, Однако учащийся, получив консультацию, имеет возможность продолжить ответ и придти к правильному в целом ответу.Кроме того, наличие перфоленты для програмчы контроля (обучения) в базовом объекте не позволяет педагогу оперативно вмешиваться в процесс контроля (обучения), а в предлагаемом устройстве педагог: может оперативно поменять условия задачи, выдав другой билет или изменив содержание блока памяти, и это позволяет дифференцированно подходить в определению знаний для различного контингента учащихся, что очень важно с педагогической точки зрения.Предлагаемое устройство позволяет учащемуся выбирать произвольный порядок ответов на вопросы, в базовом же устройстве порядок строго определен жесткой программой, набитой на перфоленте, Это также свидетельствует о более широких дидактических воэможностях устройства./Предлагаемое устройство проще по конструкции, в нем отсутствуют громоздкие и дорогостоящие элементы, что обеспечивает еговысокую доступность.Наличие простых унифицированных элементов позволяет упростить технологию изготовления и удешевляет себестоимость устройства при серийном производстве. Формула изобретения1. Устройство для обучения иконтроля знаний по авт, св, Р 430431,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,.с целью расширения дидактическихвозможностей устройства, в неговведен блок определения полноты ответа, причем входы блоков вывода информации и оценки .соединены с выходами блока сравнения и ограничителяневерных ответов через блок определения полноты ответа. 52, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в нем блок определения полноты ответа содержит регистр и последовательно включенные элемент ИЛИ, первый счет чик, узел сравнения, второй счетчик и дешифратор, второй и третий вхо-. ды которого соединены соответственно с выходом узла сравнения и выходом регистра, подключенным ко вто рому входу узла сравнения, выход которого соединен со вторым входом первого счетчика и первым входом регистра, вход элемента ИЛИ, второй вход второго счетчика и второй вход регистра являются входом блока, выходы, первого счетчика и дешифратора являются выходом блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 732971, кл. С 09 В 7/02, 1977.2. Авторское свидетельство СССРУ 430431, кл. С 09 В 7/02, 19721005153 оставитель А, Карловехред Л.Пекарь КорректорС,Шекма Веселов Реда ака лиал ППП "Патент Г, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 908/бВНИИПпо д3035,Тираж .486Государственного клам изобретений иосква, Ж, Раушс Подписноеомитета СССРоткрытийкая наб., д. 4/5