Принципи візуальної оцінки результатів тестування з використанням емоційної складової

візуальний обличчя чернов

Навчальний процес у вищих закладах освіти - це система організаційних і дидактичних заходів, спрямованих на реалізацію змісту освіти на певному освітньо-кваліфікаційному рівні, відповідно до державних стандартів освіти. Він охоплює всі компоненти навчання: учасників навчального процесу, засоби, форми і методи навчання [1].

Одним з основних елементів оцінки якості освіти є контроль знань та оцінювання навчальних досягнень студентів. Із значним збільшенням годин на самостійну роботу, завдання педагога зводиться не стільки до читання лекцій і проведення практичних і лабораторних занять, скільки до організації роботи студентів, створення методичного забезпечення навчального процесу і систематичного контролю за самостійною роботою студентів Поряд з традиційними методами контролю (іспити, заліки, колоквіуми), які не втрачають свого значення і не можуть бути виключені, сучасні технології навчання приділяють велику увагу контролю знань у вигляді тестів. Розробка методики створення, перевірки та оцінювання тестів поступово перетворюється в окремий напрямок наукових досліджень [2,3].

Метою даної роботи є синтез методів побудови візуальних оцінок результатів виконання тестових завдань та розробка відповідних алгоритмів на основі сучасних когнітивних методів інтелектуальної візуалізації.

Матеріал і методи дослідження

Поєднання сучасних технологій навчання з методами візуального і емоційного впливу може забезпечити більшу ефективність у порівнянні з традиційними, класичними методами. Поряд з традиційним оцінюванням знань (оцінки А,…. F) можна використовувати оцінки-образи («» які здійснюють значно більший емоційний вплив на студента.

Одним з найбільш відомих когнітивних методів інтелектуальної візуалізації багатовимірних статистичних даних, який можна використовувати для візуального оцінювання результатів виконання тестових завдань є метод «обличь Чернова» [7], який, на відміну від традиційних графіків та діаграм, дозволяє співставити значення багатовимірного набору цифрових даних з людським обличчям та інтуїтивно виявити існуючи вади, якщо вони присутні.

Обличчя Чернова (Chernoff Faces) - це схема візуального представлення мультиваріативних даних у вигляді людського обличчя. Кожна частина особи: ніс, очі, рот - являє собою значення певної змінної, призначеної для цієї частини обличчя, всього до 18 змінних, а з урахуванням можливої ассиметрию - 36.

Основна ідея методу полягає в тому, що люди легко розпізнають обличчя та без складнощів сприймають невеликі зміни в ньому. Концепція використання такої можливості сприйняття обличчя для побудови піктографіків була сформована американським математиком Германом Черновим.

Для відображення багатовимірних даних використовуються риси: розмір очей, розмір зіниці, позиція зіниці, нахил очей, горизонтальна позиція очей, вертикальна позиція очей, вигин брови, щільність брови, горизонтальна позиція брови, вертикальна позиція брови, верхня межа волосся, нижня межа волосся, контур обличчя; колір волосся, густина волосся, форма носу, розмір рота, вигин рота тощо.

В найпростішому випадку кожне обличчя може бути представлено масивом з n елементів, кожен з яких приймає значення від 0 до 1. За кожних елементом закріплено окрему частину обличчя. Параметри досліджуваних об'єктів приводяться до цих значень, відповідно екстремуми реальних приведених даних прийматимуть значення 0 і 1. За отриманим масивом приведених параметрів конструюється обличчя. Дана методика може бути використана як для відображення стану динамічних об'єктів в процесі моніторингу, так і для оцінювання статичних багатовимірних даних.

Для використання техніки обличчів Чернова в оцінюванні тестів можна побудувати «обличчя студента» за значеннями багатовимірного вектору оцінок тестів.

Складність застосування техніки Чернова полягає в правильному зіставленні досліджуваних змінних з частинами обличчя особи. При помилці важливі закономірності можуть залишитися непоміченими.

У зв'язку з цим, в контексті візуалізації результатів тестування важливі не тільки способи представлення результатів, а й методи їх структурування та інтегрування.

Традиційно кожен тест першого рівня складності представлений питанням і варіантами відповіді. Вибір правильної відповіді оцінюється в один бал, інакше бал не нараховується.

Робоча відомість, що містить результати тестування, представлена на рис. 1., і містить оцінки з кожного тестового питання (стовпці) по кожному студенту групи (рядки).

Рис. 1. Відомість з результатами тестування

Представлені дані можуть бути використані для отримання трьох різних оцінок тестування:

Перший тип. Оцінка по кожному студенту і кожному тесту окремо. У разі правильної відповіді на всі питання в якості оцінки буде побудовано ідеальне (еталонне) обличчя з кількістю ознак, що дорівнює кількості тестових питань. Кожна неправильна відповідь (оцінка «0» в таблиці) призведе до максимального спотворення саме тієї риси обличчя, за якою закріплене дане питання тесту. У разі поганої відповіді студента обличчя буде спотворено.

Даний спосіб дозволяє отримати індивідуальну оцінку роботи кожного студента. Побудова набору таких «осіб» по різних датах проведення тестування дозволить оцінити динаміку зміни індивідуальних знань студента

Другий тип. Середня оцінка групи з кожного тестового питання. Обчислення середньої по всій групі оцінки за кожне тестове питання (рис. 2) дозволяє розрахувати вектор нормованих середніх оцінок, розмірність якого дорівнює кількості тестів.

Оскільки, як і в попередньому випадку, за кожним тестовим питанням закріплена окрема риса особи, ідеальному (еталонному) зображенню буде відповідати 100% правильних відповідей всієї групи. Зменшення середньої оцінки в бік нуля з конкретного питання (колонки) буде викликати більше спотворення відповідної риси обличчя. Дана оцінка є інтегрованою і показує результати навчання всієї групи в цілому по кожній конкретній темі.

Третій тип. Оцінка групи по середній оцінці кожного студента. Обчислення середнього балу по кожному студенту (рис. 2) дозволяє розрахувати вектор нормованих середніх оцінок кожного студента, розмірність якого дорівнює кількості студентів в групі. На відміну від попередніх випадків, окрема риса особи закріплена за кожним студентом, але ідеального (Еталон) зображенню, як і раніше, буде відповідати 100% правильних відповідей всієї групи.

Рис. 2. Відомість з середніми показниками за кожне питання і по кожному студенту

Зменшення середньої оцінки в бік нуля по конкретному студенту (рядку) буде викликати більше спотворення за відповідною межах особи. Дана оцінка так само є інтегрованою і показує результати навчання всієї групи з відображенням середніх результатів кожного студента.

Основна частина

Для реалізації технології візуалізації оцінок тестування створено програмний додаток, головною функцією якого є побудова обличчя з набору графічних примітивів. Вхідною інформацією є дані таблиці результатів тестування, що зберігаються у вигляді xls-файлів. Дані упорядковані по групах студентів і по датах проведення тестів.

Технологію формування оцінки-зображення першого типу представимо на простому прикладі. Нехай тестується група з восьми студентів, результати тестування представлені в таблиці (рис. 3).

Згідно наведених даних, студент Іваненко отримав по одному балу за кожну відповідь і, відповідно, має отримати максимальну оцінку. Відомо, що питання в таблиці відповідей впорядковані за ступенем їх важливості, тому найважливішим питанням поставимо у відповідність найважливіші риси обличчя - очі, брови, рот, тощо. Тоді за результатами відповідей на перші три питання згідно наведеної таблиці відповідей, оцінки студентів Іваненко, Петренко, Павленко будуть відповідати «смайлики», представлений на рисунку 4, а, б, в відповідно.

Для відображення результатів тестування з інших питань застосовано протилежний підхід: якщо відповідь є невірною, і студент отримав нуль балів, на обличчі з'являються додаткові риси, які збільшують сумарну негативну емоційну складову сприйняття обличчя. Це можуть бути додаткові зморшки на лобі, між бровами, тощо.

З урахуванням усіх відповідей студентів Петренко і Павленко, їх оцінка - смайлик представлена на рисунку 3 а, б відповідно. Оцінка студента Іваненка залишається такою ж, як показано на рисунку 2, а, оскільки він дав правильні відповіді на всі тести і його результат є найбільшим кількісно - 7 балів і найвеселішим візуально.

Рис. 3. Результати тестування у вигляді xls-файлів.

візуальний обличчя чернов

Рис. 4. Оцінки студентів за три перші питання тесту

Рис. 5. Оцінки студентів за повний набір тестових питань

Наведені приклади дозволяють сформулювати положення техніки побудови візуальної оцінки результатів тестування:

- зображення формується з використанням техніки обличь Чернова;

- зображення оцінки містить емоційну складову;

- питання тесту мають бути впорядковані за ступенем їх важливості та значимості;

- кожному питанню тесту має відповідати окрема риса обличчя.

Висновки

За результатами наукового аналізу сучасного стану розвитку інтелектуальних інформаційних технологій, дослідники виділяють[4] технології символьного типу (тобто, раціоналістичні за своєю природою та принципами обробки символьної інформації) і технології візуалізації, де базовою компонентою і механізмом дії є принцип образної обробки інформації. Причому, якщо перший різновид - інформаційно-символьні системи - на сучасному етапі набувають достатньо широкого рівня розвитку та розповсюдження і в повній мірі домінують; то другий різновид - візуалізація (інформаційно-образні структури) - лише набирають потужності і знаходяться на початковому етапі свого розвитку.

З іншого боку, сучасна теорія освіти приділяє велику увагу емоційній складовій навчання. Емоціогенні фактори є своєрідним двигуном спілкування і впливу. З метою переконання студента викладач звертається до його емоцій і почуттів, створюючи психологічне підґрунтя для ефективного сприймання інформації. На думку Г.К. Ліхтенберга, навіть найглибша думка, навіть найзмістовніша інформація, яка не пробуджує емоцій людини, залишає її байдужою, перетворитися в пере - конання не може [5, с. 214]. Ще у 30-ті роки XX ст. психолог П.П. Блонський науково довів, що найкраще пам'ять зберігає інформацію, емоційно значущу. Інформація, до якої людина не відчуває ніяких почуттів, зберігається в її пам'яті недовго [6, с. І83].

Аналіз інформаційних повідомлень користувачів соціальних мереж дозволяє зробити висновок, що найбільш вживаною піктограмою з емоційним вмістом є «смайлик» [8,9], тому саме на базі цього зображення було вирішено використати техніку обличь Чернова.

Сучасні тенденції розвитку системи освіти вимагають впровадження новітніх методів ведення та оцінювання знань. Представлені в даній роботі принципи побудови системи оцінювання з використанням сучасних інтуїтивно зрозумілих зображень, які містить емоційну складову, дозволяють збільшити ефективність впливу на студентів та мотивувати їх для покращення результатів оцінювання. Даний підхід вимагає подальшого розвитку і вдосконалення, проведення додаткових досліджень, оскільки застосовані методи формування зображення мають обмеження по кількості елементів тестів і не враховують можливості зміни геометричного положення риси обличчя і можливостей їх асиметричного застосування.

Бібліографічні посилання