System informatyczny zdalnego egzaminowania - strategia, logika systemu, architektura, ewaluacja (platforma informatyczna e-matura) redakcja Sławomir Wiak Konrad Szumigaj
Redakcja: prof. dr hab. inż. Sławomir Wiak mgr inż. Konrad Szumigaj System informatyczny zdalnego egzaminowania - strategia, logika systemu, architektura, ewaluacja Recenzenci: prof. dr hab. inż. Maria Dems prof. dr hab. inż. Andrzej Krawczyk K siążka przygotowana w ramach projektu E-matura, współifnansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego, Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki, Priorytet III Wysoka jakość systemu oświaty, Działanie 3.3 Poprawa jakości kształcenia, Poddziałanie 3.3.4 Modernizacja treści i metod kształcenia projekty konkursowe.
Książka jest dystrybuowana bezpłatnie Recenzenci: prof. dr hab. inż. Maria Dems prof. dr hab. inż. Andrzej Krawczyk Redakcja: prof. dr hab. inż. Sławomir Wiak mgr inż. Konrad Szumigaj Niceday w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego, Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki, Priorytet III Wysoka jakość systemu oświaty, Działanie 3.3 Poprawa jakości kształcenia, Poddziałanie 3.3.4 Modernizacja treści i metod kształcenia projekty konkursowe. copyright by Politechnika Łódzka, Łódź 2013 w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego ISBN: 978-83-937551-0-3
Wstęp Sławomir Wiak Konrad Szumigaj Wstęp W dobie dynamicznego rozwoju szerokopasmowego dostępu do sieci i coraz wydajniejszych komputerów zaciera się granica pomiędzy aplikacjami okienkowymi, a tymi dostępnymi z poziomu przeglądarki internetowej. Powstaje coraz więcej aplikacji RIA (ang. Rich Internet Application). Dzisiejsze technologie internetowe pozwalają na tworzenie stron WWW, które oferują nie tylko dostęp do treści przekazywanej przez autora, ale i prezentację jej w sposób przyjazny i atrakcyjny wizualnie dla odbiorcy. Aplikacje są interaktywne, a użytkownik zyskał możliwość ich personalizacji. Wraz z szybkim rozwojem technologii informatycznych dostępne są nowe możliwości dotyczące procesu nauczania zarówno na etapie przyswajania wiedzy jak i sprawdzania postępów w nauce. Uczniowie, studenci oraz uczestnicy programów edukacyjnych mogą korzystać z treści edukacyjnych bogatych w animacje, wykresy oraz materiały audio i wideo, które dostępne są na komputerach stacjonarnych, laptopach oraz urządzeniach mobilnych tabletach czy telefonach komórkowych. Dzięki wykorzystaniu sieci komputerowych, a w szczególności Internetu, możliwe jest prowadzenie zdalnego nauczania. Ma to znaczenie nie tylko dla osób z niepełnosprawnościami. Wiedza może być przekazywana w sposób spersonalizowany, umożliwia realizację indywidualnych toków nauczania. Systemy informatyczne umożliwiają również nowoczesne e-egzaminowanie, podczas którego możliwe jest zbieranie informacji dotyczące egzaminowanego i samego testu z dokładnością niedostępną podczas tradycyjnych testów. Klienci instytucji edukacyjnych również otrzymali nowe możliwości. Należy tu wymienić np. E-matura, E-edukacja, E-pomoc, które umożliwiają zarządzanie nauczaniem i egzaminowaniem ucznia w sposób zdalny. Pozwala to zaoszczędzić czas potrzebny na wykonanie zleconych dyspozycji oraz zwalnia ucznia z wymogu fizycznej obecności w jednostce edukacyjnej. Instytucje edukacyjne chcąc podnosić jakość nauczania są zmuszone oferować klientom nowe produkty edukacyjne. Każdy element ma swoją specyfikę i nie może być adresowany do dowolnej grupy słuchaczy. Jakkolwiek większość słuchaczy można nakłonić do przerobienia i pogłębienia wiedzy z zakresu tematów ogólnych, to specjalistyczne, ukierunkowane przedmioty mogą być zaoferowane przede wszystkim uczniom spełniającym określone warunki. Taka sytuacja wymaga od instytucji edukacyjnych narzędzi zapewniających wspomaganie procesu nauczania i sprawdzanie wiedzy. Drugie podejście to podejście z wykorzystaniem technik drążenia danych oraz wiedzy eksperckiej analityków. Można wyróżnić pewne cechy wspólne uczniów i ich wiedzy, którzy już posiadają nabyte niezbędne kompetencje. Na podstawie egzaminów ucznia można wnioskować o jego obszarach zainteresowań i specjalizacji w danej dziedzinie zawodowej. Monitorowanie stanu uzyskanych punktów i ocen pozwala stwierdzić czy uczeń posiada kompetencje i z jakich obszarów wiedzy, przez co nauczanie 7
Wstęp może być lepiej dopasowane, a program kształcenia indywidualnie zaproponowany każdemu uczącemu się. Techniki takie można przykładowo wykorzystać z korzyścią dla uczącego się i jednostki naukowej przez podniesienie jej prestiżu. Wykorzystanie narzędzi Business Intelligence pełnia warunki drugiego podejścia. Wykonana analiza wspomaga nauczyciela w określeniu grupy docelowej nauczania. Pozwala na zarządzanie uczniem, raportowanie bieżącej i historycznej skuteczności nauczania oraz na określenie grupy docelowej rokującej dużą efektywność i zainteresowanie tego typu metodami kształcenia. Dostępnych jest wiele platform e-learningowych, które tworzone są i rozwijane przy użyciu różnych technologii. Architekturę systemów wspomagające nauczanie i egzaminowanie należy podzielić na: Warstwę prezentacji treści warstwę graficzną Warstwę przechowywania danych o użytkownikach i przechowywania treści Warstwę raportowania i analizy danych zebranych w trakcie e-egzaminowania. Warstwa prezentacji może być w formie strony www lub też klasycznej, okienkowej aplikacji, w tym celu można wykorzystać między innymi: Microsoft.NET i Windows Forms lub WPF (ang. Windows Presentation Foundation),.NET i technologię Silverlight, JavaServer Faces (JSF), PHP, Adobe Flash, HTML, Oracle Apex (Oracle Application Express) I inne. Warstwa przechowywania danych może wykorzystywać między innymi jeden z popularnych Systemów Zarządzania Bazami Danych (ang. RDBMS Relational Database Management System), na przykład: Microsoft SQL Server, Oracle Database, IBM DB2, PostgreSQL, MySQL. Wymienione systemy mogą przechowywać zarówno informacje o użytkownikach, treści dydaktyczne w tym animacje, materiały audio i wideo jak i dane użytkowników wraz z ich danymi uwierzytelniania. Warstwę raportowania i analizy danych zebranych w trakcie e-egzaminowania można opracować korzystając z Systemów Zarządzania Bazami Danych takich jak Oracle Database czy IBM DB2. Możliwe jest również wykorzystanie arkuszy kalkulacyjnych takich jak Microsoft Excel czy Open Office Calc umożliwiających analizę i przetwarzanie danych bez konieczności znajomości zagadnień bazodanowych. Systemy informatyczne muszą spełniać rygorystyczne wymogi dotyczące bezpieczeństwa i wysokiej dostępności zarówno od strony serwerów aplikacyjnych jak i serwerów baz danych. Aby sprostać tym wymaganiom należy implementować w systemach szerokie spektrum mechanizmów i funkcjonalności, które zapewniają wysoki poziom bezpieczeństwa danych. Jest to jedno z kluczowych zadań w projekcie e-matura. E-matura jako produkt finalny umożliwia przeprowadzanie egzaminu, w tym egzaminu maturalnego on-line to rozwiązanie nowatorskie, niestosowane dotychczas w edukacji. Innowacyjność to również klasa Shell platformy, która daje możliwość wymiany bazy wiedzy a tym samym zastosowania jej w innych dziedzinach nauki. E-matura jest projektem innowacyjnym testującym, co w praktyce oznacza, że jego celem jest wypracowanie, upowszechnienie i włączenie do głównego nurtu polityki nowych rozwiązań. 8
Wstęp Projekt e-matura realizowany przez Politechnikę Łódzką jest kolejnym krokiem rozwoju egzaminów zewnętrznych w stosunku do e-oceniania. Takie rozwiązania do tej pory nie funkcjonują ani w Europie, ani na świecie na taka skalę. Ponadto system zakłada wsparcie dla osób niepełnosprawnych poprzez dostosowanie interfejsu użytkownika do osób niedowidzących. Projekt e-matura jest projektem informatycznym o wysokim poziomie bezpieczeństwa, ale również ze względu na charakterystykę generowanego obciążenia, które serwery muszą obsłużyć. W przypadku e-matury mamy do czynienia z krótkotrwałym, bo ograniczonym do czasu trwania egzaminu, wzrostem zapotrzebowania na dostęp do danych z bazy danych. Projekt e-matura jest budowany z wymienną bazą wiedzy, w sposób na tyle uniwersalny, że jest w stanie obsłużyć egzaminy również z innych dyscyplin takich jak informatyka, fizyka, mechatronika czy geografia. System może służyć również do bieżącej nauki wspierając nauczycieli, uczniów, ale również studentów podczas całego procesu dydaktycznego. E-matura jest systemem informatycznym wykorzystującym zaawansowane algorytmy sprawdzania pytań. Wspomaga również pracę nauczycieli. Sławomir Wiak Konrad Szumigaj 9