📅 👨🏾‍🏭 ☮️ एक बुद्धिमान ट्यूटोरियल इंटरफ़ेस विकसित करने में अनुभव 👩🏻‍🔧 👨🏾‍🎓 🖐️

भविष्य में, सटीक विज्ञानों में पारंपरिक शिक्षण को न केवल MOOC (बड़े पैमाने पर ओपन ऑनलाइन पाठ्यक्रम) पाठ्यक्रम, बल्कि "अनुवर्ती" बौद्धिक शैक्षिक कार्यक्रमों में पाठ्यक्रमों द्वारा भी पूरक किया जा सकता है। इस तरह के कार्यक्रम कुछ हद तक, पूर्णता और शुद्धता के लिए छात्र के निर्णय का मूल्यांकन कर सकते हैं, साथ ही समाधान पर सुझाव भी दे सकते हैं। नीचे दिए गए आंकड़े में - हमारी टीम द्वारा विकसित "ट्रैकिंग" प्रशिक्षण कार्यक्रम में समस्या को हल करने के लिए इनपुट इंटरफ़ेस:

एल्गोरिदम के कुछ विचार जो ऐसे कार्यक्रमों को रेखांकित करते हैं, उन्हें यहां पाया जा सकता है ।

विकसित कार्यक्रम में, समस्या के समाधान में प्रवेश के लिए दो इंटरफेस उपलब्ध हैं: "मुश्किल" और "आसान"। नीचे उनमें से प्रत्येक का अधिक विस्तृत विवरण दिया गया है।

मुश्किल इंटरफ़ेस

एक समाधान कदम के रूप में, छात्र कार्यक्रम में लाटेक्स जैसे सिंटैक्स में सूत्रों में प्रवेश करता है। सूत्रों को दर्ज करने के लिए वाक्य रचना कुछ सरलीकृत किया गया है। उदाहरण के लिए, मेट्रिसेस में प्रवेश निम्नानुसार है:

[1,2;3,4;5,6]

सूत्र के इनपुट के दौरान, इनपुट चरण के रूप में इसका दृश्य प्रतिनिधित्व गतिशील रूप से बनता है। छात्र फॉर्मूले में प्रवेश करने के बाद, वह "चेक स्टेप" बटन पर क्लिक करता है। यदि चरण सही है, तो परीक्षण किए गए सूत्र शीर्षक "समाधान" के साथ क्षेत्र में जाते हैं। अन्यथा, चरण इनपुट फ़ॉर्म के कुछ तत्व लाल रंग के होते हैं।

किसी भी समय, छात्र संबंधित नाम के साथ बटन पर क्लिक करके सूत्र दर्ज करने के नियमों को देख सकता है। सूत्रों में प्रवेश करने के नियम स्पष्टीकरण के साथ उदाहरण के रूप में यथासंभव संक्षिप्त रूप में लिखे गए थे:

पाठक पूछ सकते हैं कि हमने कार्यक्रम को एक दृश्य सूत्र संपादक में क्यों नहीं बनाया। तथ्य यह है कि इस मामले में, छात्र सत्यापन के लिए बहुत सारे सूत्र भेजेंगे, जिसकी शुद्धता को स्थापित करना मुश्किल होगा। दुर्भाग्य से, किसी छात्र के तर्क के पाठ्यक्रम का प्रोग्रामेटिक रूप से मूल्यांकन करना संभव बनाने के लिए, निर्णय चरणों में प्रवेश करने के तरीके पर प्रतिबंध लगाना आवश्यक है। प्रतिबंधों की गंभीरता विकसित होती है क्योंकि कार्यक्रम का कोड आधार विकसित किया जा सकता है।

कार्यक्रम के वर्तमान संस्करण में, निम्नलिखित प्रतिबंध लागू होते हैं (ये प्रोग्राम इंटरफ़ेस पर मदद से टुकड़े हैं):

निम्नलिखित आंकड़ा दिखाता है कि छात्र के कदम को गलत माना गया था, इस तथ्य के कारण कि छात्र ने कार्य में दिए गए पदनाम का उपयोग नहीं किया है:

चूंकि छात्र हमेशा एक निर्णय कदम दर्ज कर सकता है जो पाठ्यक्रम लेखक द्वारा इरादा नहीं था, कार्यक्रम में शिकायत तंत्र को लागू किया गया था, जिसका सार इस प्रकार है। यदि, छात्र के अनुसार, प्रोग्राम गलत है, तो अपने कदम को सही मानें बिना, तो वह शिकायत बटन पर क्लिक कर सकता है। उसके बाद, कदम को सही गिना जाएगा। इसके बाद, शिक्षक द्वारा चरण की स्थिति को बदला जा सकता है। समस्या के समाधान पर रिपोर्ट शिक्षक को आवेदन के प्रशासनिक पैनल में उपलब्ध है, जहाँ इस तरह के कदमों को उजागर किया जाता है और एक विशेष दर्जा दिया जाता है:

आसान इंटरफ़ेस

इस इंटरफ़ेस का उपयोग करते समय, छात्र पहले वांछित प्रकार के कदम का चयन करता है (पाठ्यक्रम के प्रकार कार्यक्रम में लेखक द्वारा दर्ज किए जाते हैं):

उसके बाद, सूत्र टेम्पलेट को चरण इनपुट फ़ॉर्म में लोड किया जाता है:

इसके बाद, छात्र टेम्पलेट में रिक्त स्थान को भरता है, अपने हाथों से संख्याओं में प्रवेश करता है, और "प्रतीक" विंडो से प्रतीकों को खींचता है:

दोनों इंटरफेस का परीक्षण

हम कह सकते हैं कि प्रयोज्य परीक्षण (या बल्कि, इसकी झलक, जहां तक बलों और समय की अनुमति है) को दो बार किया गया था। पहली बार, एक राज्य विश्वविद्यालय के मनोवैज्ञानिक संकाय के कई पूर्णकालिक छात्र और शाम के छात्रों को पकड़ा गया था। छात्रों को ट्यूटोरियल के माध्यम से जाने के लिए कहा गया जो प्रोग्राम इंटरफ़ेस को मास्टर करने में मदद करते हैं। ट्यूटोरियल में सैद्धांतिक सामग्री और दो कार्य शामिल थे। छात्र प्रतिक्रिया एकत्र की गई, इसके अलावा, कार्यक्रम में छात्र के काम के वीडियो का विश्लेषण किया गया। वीडियो न केवल छात्र की स्क्रीन पर दिखाई दे रहा था, बल्कि उसका चेहरा भी था।

दूसरी बार, पूर्णकालिक छात्रों के एक पूरे समूह ने पाठ्यक्रम में काम किया, जिन्हें पाठ्यक्रम में सफलतापूर्वक कार्य पूरा करने पर एक परीक्षा के लिए स्वत: मूल्यांकन प्राप्त करने का अवसर प्रदान किया गया। इस स्तर पर, छात्रों के काम की वीडियो रिकॉर्डिंग, साथ ही साथ उनके समाधानों का विश्लेषण किया गया था।

पहले "प्रयोज्य परीक्षण" के बाद छात्र प्रतिक्रिया

10 छात्रों का साक्षात्कार लिया गया। निम्नलिखित प्रतिक्रिया प्राप्त की है। समीक्षाओं से, हमने, सबसे पहले, "मैंने सब कुछ पसंद किया, कोई टिप्पणी नहीं" जैसे असंक्रामक प्रकारों को छोड़कर, और दूसरी बात, इस कार्यक्रम में बाद में तय की गई चीजों को छोड़कर। सर्वेक्षण प्रतिभागियों से प्राप्त प्रदर्शन डेटा।

1. लिंग: पत्नियों, शैक्षणिक प्रदर्शन: सीएफ

मुझे क्या पसंद आया: ज्ञान की कमी वाले व्यक्ति के लिए कार्य को हल करने का एक अवसर है। युक्तियाँ वास्तव में मदद करती हैं। मुझे क्या पसंद नहीं आया: यह तय करने में बहुत लंबा समय लगता है, आपको बहुत सारे बटन पर क्लिक करना होगा। मैन्युअल रूप से, उदाहरण के लिए, द्विघात समीकरण को हल करने के लिए इस कार्यक्रम का उपयोग करने से तेज हो सकता है।

2. लिंग: पत्नियां, ग्रेड: उच्च

कार्यक्रम सुविधाजनक है कि इसमें वह सब कुछ है जो आपको नेटवर्क पर चाहिए। स्थापित करने और प्रतीक्षा करने की आवश्यकता नहीं है। यह तेजी से काम करता है। हमें स्वीकृत संकेतन में प्रवेश करने में केवल द्विघात समीकरणों के साथ काम करना था। हल्के, सस्ती, आरामदायक

3. लिंग: पत्नियों, शैक्षणिक प्रदर्शन: उच्च

मुझे पसंद आया: कि सभी आवश्यक कार्य हैं, युक्तियां हैं। यह एक गड़बड़ के बिना काम करता है। मुझे यह पसंद नहीं आया: कदमों को दर्ज करने में बहुत लंबा समय लगता है।

4. लिंग: पति, प्रदर्शन: सीएफ।

यह बहुत सुविधाजनक है कि "एक कदम जोड़ें, एक संकेत प्राप्त करें" मेनू और संकेत स्क्रीन पर कर्सर के साथ चलते हैं ताकि वे हमेशा दिखाई दें। असुविधा इस तथ्य के कारण हुई थी कि जब कोई त्रुटि होती है, तो कंप्यूटर संपूर्ण अभिव्यक्ति को लाल रंग में उजागर करता है, और उस स्थान को नहीं गिना जा सकता है जिसे आपको एक त्रुटि के लिए देखना होगा।

5. लिंग: महिलाओं, प्रदर्शन: उच्च

आसानी से, गुणांक = 1 के मामले में, अनावश्यक कार्य करने की केवल संभावना होती है, और उन्हें विभाजित या गुणा करने की आवश्यकता होती है। पसंद आया: सुराग हैं।

6. लिंग: पति, प्रदर्शन: सीएफ।

मुझे गणितीय संकेतों और फ़ंक्शन संकेतों के सामान्य इनपुट पसंद थे। <...>

7. लिंग: महिलाओं, प्रदर्शन: उच्च

मुझे यह पसंद आया कि आप प्रशिक्षण मैनुअल का उपयोग करके जल्दी और आसानी से वर्ण दर्ज कर सकते हैं। उपयोगकर्ता के अनुकूल इंटरफेस, सब कुछ पर्याप्त स्पष्ट है। जब आपको मैकबुक के लेआउट की आदत होती है तो हेरफेर करने के लिए यह जल्दी से बदल जाता है। <...> जब उत्तर गलत है - त्रुटि पर कोई टिप्पणी नहीं है - अगर ऐसा कोई फ़ंक्शन था, तो यह अधिक सुविधाजनक होगा। शीट पर गणना करना अधिक सामान्य है, इसलिए मुझे लगता है कि अगर मुझे इस कार्यक्रम का उपयोग करने की पेशकश की गई थी, तो मैं पहले शीट पर फैसला करूंगा और फिर खिड़कियों में परिणाम लिखूंगा। यदि स्कूल में ऐसा कोई कार्यक्रम होता है, तो अध्ययन करना आसान हो सकता है।

ध्यान दें कि जब तक फीडबैक एकत्र किया गया था, तब चरण प्रकार चयन विंडो ने न केवल शिक्षक द्वारा सुझाए गए समाधान के प्रकार दिखाए, बल्कि टाइप डेटाबेस से 2-3 बेतरतीब ढंग से चुने गए। यह माना गया था कि इस तरह से छात्र के लिए समस्या को हल करने के लिए एक योजना तैयार करना संभव होगा, ताकि वह स्वयं प्रत्येक प्रकार के कदम के बारे में सोचे, क्या यह वास्तव में यहाँ आवश्यक है या नहीं। परीक्षण से पता चला है कि इस तरह की पसंद होने से सबसे उन्नत छात्र भी भ्रमित होते हैं। कई छात्र लंबे समय तक प्रत्येक प्रकार के कदम का नाम पढ़ते हैं, यह समझने की कोशिश करते हैं कि यह क्या है, और अपनी पसंद के बारे में पूरी तरह से निश्चित नहीं थे। इसलिए, कार्यक्रम के अगले संस्करण में "अतिरिक्त" प्रकार नहीं थे।

दूसरे "प्रयोज्य परीक्षण" के परिणाम

23 छात्रों ने परीक्षण में भाग लिया। उच्च प्रदर्शन वाले छात्रों और औसत या कम शैक्षणिक प्रदर्शन वाले छात्रों ने भाग लिया (प्रदर्शन रेटिंग की गणना होमवर्क के लिए ग्रेड के आधार पर की गई थी)। चूंकि प्रयोज्य परीक्षण के लिए डेटा अप्रत्यक्ष रूप से एकत्र किया गया था (यह कार्यक्रम में छात्रों के काम का प्राथमिक लक्ष्य नहीं था), एकत्र किए गए डेटा के आधार पर कोई निष्कर्ष नहीं निकाला जा सकता है। लेकिन आप परिकल्पना कर सकते हैं :)

छात्रों को कार्यक्रम इंटरफ़ेस में प्रशिक्षण से गुजरने के लिए कहा गया था, और फिर बदलती जटिलता की एक या दो समस्याओं को हल करने का प्रयास किया गया था। कई छात्रों ने एक उच्च ग्रेड प्राप्त करने के लिए, सभी तीन समस्याओं को हल करने की कोशिश की। जो लोग प्रशिक्षण कार्यक्रम में समस्या को पूरी तरह से हल नहीं कर सके, उन्होंने समाधान के साथ शिक्षकों को पेपर दिए।

कार्यक्रम के इंटरफ़ेस को सीखने का औसत समय उच्च शैक्षणिक प्रदर्शन वाले छात्रों के लिए 23 मिनट और औसत या कम शैक्षणिक प्रदर्शन वाले छात्रों के लिए 32 मिनट का समय था। उच्च शैक्षणिक प्रदर्शन वाले दो छात्रों ने कार्यक्रम इंटरफ़ेस पर मदद को स्कैन किया, लेकिन अभ्यास नहीं किया (बाद में छात्रों में से किसी ने भी समस्याओं का समाधान नहीं किया)। सभी छात्र इंटरफ़ेस पर ट्यूटोरियल के माध्यम से नहीं गए जिस तरह से हम चाहेंगे। कई छात्र, इंटरफ़ेस को मास्टर करने में मदद करने वाली समस्याओं को हल करने से पहले, ट्यूटोरियल के सभी पृष्ठों के माध्यम से फ़्लिप करते हैं, यह समझने की कोशिश करते हैं कि उनके आगे क्या इंतजार है। हम अब आगे और पीछे ट्यूटोरियल के पन्नों के माध्यम से कूद गए। ऐसे उत्साही लोग थे जिन्होंने समस्या को अंत तक हल किया और 100% स्कोर हासिल करने के लिए संघर्ष किया, इस तथ्य के बावजूद कि ट्यूटोरियल पेज पर उन्हें एक या दो चरण दर्ज करने और अगले अनुभाग पर आगे बढ़ने के लिए कहा गया था।

यहां उन कार्यों का शब्दांकन है जो इंटरफ़ेस को मास्टर करने में मदद करते हैं:

कुछ छात्रों ने "आसान" या "कठिन" इंटरफ़ेस पर प्रशिक्षण छोड़ दिया और केवल उस सामग्री से गुजरे, जिसमें वे हल करने जा रहे थे। अन्य छात्रों ने कुछ विशेष क्षणों को याद किया और समस्याओं को हल करने की प्रक्रिया में पहले से ही कार्यक्रम में डेटा दर्ज करने की जटिलताओं को पूरी तरह से समझा। एक छात्र ने सूत्र में प्रवेश के लिए वाक्यविन्यास का अध्ययन काफी दिलचस्प तरीके से किया। इस छात्र ने एक या दूसरे संकेत को जटिल सूत्र में जोड़ा और देखा कि उसका दृश्य प्रतिनिधित्व कैसे बदल गया, जैसे कि एक कदम के इनपुट को डीबग करना।

नीचे मध्यम और उच्च जटिलता की समस्याओं को हल करने के परिणामों पर आंकड़े हैं। संकेतक "% गलत चरणों" के मूल्य की गणना छात्र के निर्णय चरणों की संख्या के अनुपात के रूप में की जाती है जो कि प्रशिक्षण कार्यक्रम को छात्र के निर्णय चरणों की कुल संख्या के रूप में गलत के रूप में चिह्नित किया गया है। यदि कोई छात्र किसी समस्या को हल करना जानता है, तो संकेतक का संबंधित मूल्य किसी दिए गए प्रोग्राम इंटरफ़ेस के लिए समाधान दर्ज करने की कठिनाई और उसके द्वारा शुरू किए गए सूत्रों के रूप में वर्तमान प्रतिबंधों की विशेषता बताता है। सारणी में, एफ, ए, आई के साथ छात्रों को उच्च, मध्यम और निम्न शैक्षणिक प्रदर्शन के साथ एन्कोड किया गया है।

तालिका 1. कार्य के समाधान पर डेटा "वैक्टर के बीच की दूरी"

संख्या	शैक्षणिक प्रदर्शन	हल%	ले लिया। टी मिनट	% गलत कदम	कुल कदम
1	मैं	1	29	0.52	27
2	मैं	1	19	0.44	16
3	एक	1	12	0.09	11
4	एक	1	24	0.76	29
5	एक	1	29	0.56	23
6	एक	1	33	0.42	12
7	एक	1	21	0.6	30
8	एफ	1	13	0.22	9
9	एफ	1	10	0.1	10
10	एफ	1	7	0	10
11	एफ	0	1	1	2

तालिका 2. समस्या के समाधान पर डेटा "विभिन्न आधारों में स्केलर उत्पाद"

संख्या	शैक्षणिक प्रदर्शन	हल%	ले लिया। टी मिनट	% गलत कदम	कुल कदम
1	मैं	0.9	33	0.46	28
2	एक	1	35	0.62	29
3	एक	0.8	33	0.12	17
4	एक	0.5	23	0.45	22
5	एक	0.5	80	0.41	54
6	एक	0.9	26	0.17	30
7	एफ	0.5	80	0.76	49
8	एफ	0.5	43	0.73	25
9	एफ	0.5	18	0.25	16
10	एफ	0.5	39	0.2	15
11	एफ	0.2	70	0.79	29
12	एफ	1	78	0.61	18
13	एफ	0.7	63	0.8	25
14	एफ	1	32	0.32	34
15	एफ	1	22	0.17	23

शिकायत तंत्र का उपयोग केवल उन छात्रों द्वारा किया जाता था, जिन्होंने सबसे कठिन समस्या हल की थी। 4 छात्रों ने कार्यक्रम के बारे में शिकायत की, जबकि सभी मामलों में शिकायतों की पुष्टि नहीं की गई थी। प्रोग्राम स्टेप्स के गलत होने से 8 स्टूडेंट्स के फैसलों को पूरा किया गया, इस तरह के कुल 18 स्टेप्स थे। इन चरणों का विश्लेषण दिखाया गया है:

सबसे आम कारण अप्रत्याशित सूत्र थे (यानी समस्या के सभी संभावित समाधान कार्यक्रम में शामिल नहीं थे);
सिस्टम द्वारा गलत तरीके से दर्ज किए गए फॉर्मूलों को गलत तरीके से पहचानने का एक लगातार कारण था, जब नोटेशन को खींचने की मदद से आसान इंटरफेस में फॉर्मूला दर्ज करने के बजाय, छात्र ने कीबोर्ड से स्वतंत्र रूप से वर्णों में प्रवेश किया। इसे आसान इंटरफ़ेस की सहजता पर एक बहुत ही उपयोगी टिप्पणी माना जा सकता है। इस तरह के इनपुट परिदृश्य की परिकल्पना की जानी चाहिए थी।

"विशिष्ट गलतियाँ" पृष्ठ की उपस्थिति के बावजूद, छात्रों ने अक्सर कई सूत्रों के बजाय फार्म के एक सूत्र में प्रवेश किया

 (c,c) = (1-3)^2 + (2-4)^2 = 8

या

  (c,c) = (1-3)^2 + (2-4)^2, (c,c) = 8

और उसके बाद ही उन्होंने "चेक स्टेप" बटन पर क्लिक किया।
यह भी पता चला कि कार्यक्रम ने इस या उस छात्र की अपेक्षा निर्णय के लिए निम्न ग्रेड का गठन किया। इसका कारण यह है कि प्रशिक्षण कार्यक्रम के डेटाबेस में निर्णय लेते समय, यह मान लिया गया था कि समाधान का प्रत्येक चरण दो सूत्रों से मेल खाता है: संकेतन के साथ एक बीजीय अभिव्यक्ति और प्रत्यक्ष गणना के साथ एक सूत्र। उदाहरण के लिए:

 (a,b) = x_a*x_b+y_a*y_b

और

  (a,b) = 1*2+3*4

छात्रों को समाधान लिखने के अपेक्षित रूप के बारे में निर्देश नहीं दिया गया था, और इसलिए वे अक्सर बीजीय अभिव्यक्तियों के अनुरूप सूत्र छोड़ देते थे। इस बीच, एक समाधान में प्रगति को मापने के लिए एल्गोरिथ्म की आवश्यकता होती है, सबसे पहले, बीजीय भाव: छात्र के सूत्र के बारे में अधिक कम्प्यूटेशनल रूप से जटिल है, अनिश्चितता यह है कि वह समस्या को कैसे हल करता है (मोटे तौर पर बोल, तो छात्र के बारे में क्या कहा जा सकता है यदि वह बस समाधान का परिचय देता है। a = 6?)

काफी बार, छात्रों ने पहले पेपर पर समस्या हल की, और फिर पाठ्यक्रम में इसका समाधान पेश किया।

निष्कर्ष

एक बार, न केवल शिक्षक, जिन्होंने छात्रों को प्रयोगों के लिए प्रदान किया, बल्कि इस पोस्ट के लेखक को भी विश्वास नहीं था कि मानव लाटेक्स जैसे सिंटैक्स में सूत्र पेश करने में सक्षम होंगे। हम सभी बहुत हैरान थे जब यह गलत हो गया (केवल समाधान में प्रवेश करने के इस तरीके की कोशिश करने के लिए लगातार पेशकश के लिए मिखाइल फिलोनेंको के लिए धन्यवाद)।

हमारे द्वारा विकसित प्रशिक्षण कार्यक्रम के वर्तमान संस्करण में सुधार की गुंजाइश है। प्रशिक्षण कार्यक्रम के लिए रैखिक बीजगणित में 3 समस्याओं की जांच करने में सक्षम नहीं होने के लिए, लेकिन बहुत अधिक प्रोग्राम कोड को जोड़ना आवश्यक है।

सबसे पहले, आपको "सरलीकृत" वाक्यविन्यास का उपयोग करके शुरू किए गए सूत्रों के लिए अनुवाद मॉड्यूल का विस्तार करना होगा

मथजैक्स के वाक्य विन्यास में (एक पुस्तकालय जो छात्र द्वारा दर्ज किए गए सूत्र के दृश्य प्रतिनिधित्व को गतिशील रूप से बनाने में मदद करता है);
सिंटैक्स में जो प्रतीकात्मक गणनाओं की सिम्पी लाइब्रेरी को समझेगा, जिसकी मदद से छात्र निर्णयों का सत्यापन किया जाता है।

ये सभी वाक्य रचनाएं समान हैं, लेकिन उनकी अपनी बारीकियां हैं।

दूसरे, ऐसी प्रणालियों के प्रमुख स्थानों में से एक निर्णय सत्यापन मॉड्यूल है। इस दिशा में, छात्र के निर्णय में प्रगति को मापने के लिए एक एल्गोरिथ्म विकसित किया जा रहा है (इस एल्गोरिथ्म का विवरण और इसके विकल्पों के लिए एक अलग पोस्ट की आवश्यकता है)।

सॉफ्टवेयर कार्यान्वयन पर संक्षेप में

सर्वर भाषा और रूपरेखा - पायथन + Django,
फॉर्मूला सत्यापन तर्क - इसके हेयोरिस्टिक एल्गोरिदम + सिम्पी (पायथन),
ग्राहक - JavaScript + jQuery + MathJax,
ग्राहक क्लीयरेंस - ट्विटर बूटस्ट्रैप।

धन्यवाद

विभिन्न तकनीकी मुद्दों पर उनकी अथक सलाह के लिए दिमित्री डस्किन लेगाटो_डी और इस पोस्ट को तैयार करने में सहायता,
AY श्वार्ट्ज और ए.एन. Krichevtsu प्रशिक्षण कार्यक्रम और छात्रों के लिए सामग्री बनाने में मदद के लिए,
कार्यक्रम के अल्फा संस्करण को विकसित करने के लिए अनातोली पैनिन ।

एक बुद्धिमान ट्यूटोरियल इंटरफ़ेस विकसित करने में अनुभव