Устройство для обучения

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) G 0 В 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР.

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3417584/18-24 (22) 05.04.82 (46) 23.09.83. Бюл. У 35 (72) В.П. Медведев,. Н.С. Петров, А.В. Проскуряков и Ю.M. Князев (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д. Калмыкова (53) 681.3.071(088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

) 285386, кл. G 09 В 7/00, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

N 546926, кл. G 09 B 7/07, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР

nb заявке Р 3288871/18-24, кл. 6 09 В 7/07, 1981 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ, содержащее последовательно включенные пульт преподавателя, пульты обучаемых счетчик правильных ответов и блок индикации, второй вход которого через блок согласования соединен с вторыми выходами пультов обучаемых, третий вход блока индикации через первый блок сравнения подключен к второму выходу блока интегрирования, последовательно включенные блок ввода реакций обучаемых, второй блок сравнения и счетчики, выходы которых соединены с вторым входом второго блока сравнения, и блок син-. хронизации, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входу блока ввода реакций обучаемых и третьему входу блока сравнения, отличающееся тем, что, с целью расширения дидактических возможностей устройства, в него введены последовательно соединенные пороговый блок, блок ключей и блок индикации консультативной информации, второй и третий входы которого подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока синхронизации, а выход - к второму входу блока интегрирования, первый и второй входы порогового блока соединены соответственно с первым и вторым выходами второго блока сравнения, второй вход блока ключей подсоединен к второму вь)ходу блока ввода реакций ф обучаемых.

2. Устройство по и. 1, о т л и чающее с я тем, что в нем блок индикации консультативной информации содержит цепочки из последовательно включенных регистров, узла сравнения и индикатора, причем входы и выходы регистров являются соответствующими входами и выходами блока.

3. Устройство по п. 1, о т л и—, ч а ю щ е е с я тем, что в нем блок ввода реакций обучаемого содержит последовательно соединенные биодатчики, узел усилителей, коммутатор, селектор, и аналого-цифровой преобразователь, вход коммутатора и выходы селектора и аналого-цифрового преобразователя являются соответственно входом и первым и вторым выходами блока.

19

2 ных ответов, биодатчики, амплитудный селектор, дифференцирующие блоки, аналоговые запоминающие устройства, логические элементы И, пересчетные блоки, аналоговые делители, интеграторы, схемы сравнения, блок индикации. В данном устройстве для определения напряженности умственной. работы используется показатель катакротического отношения реоэнцефалограммы

К =Яд Н, который возрастает при психической напряженности умственной работы f 3) .

Однако реализуемая известным устройством оценка программы, а также группировка учащихся по уровням усвоения программы не обладают высокой степенью объективности. Это обусловлено тем, что во время работы с обучающим устройством обучаемый может сосредотачиваться не столько на поставленной перед ним задаче, сколько реагировать на специфику окружающей обстановки: отсутствие преподавателя, внутреннее оформление помеще,ния, где работают учащиеся, оформлег ние пульта. учащегося, взаимное расположение рабочих мест относительно друг друга, т.е. на эргономические и психологические факторы. Особенно сильное влияние специфики окружающей обстановки будет наблюдаться, когда учащийся впервые работает с устройством, однако и в дальнейшем фактор реакции на окружающую обстановку будет играть немаловажную роль. Как показывают психолого-педагогические исследования, при работе с автоматизированными обучающими системами, у учащегося возникает беспокойство по поводу объективности оценки его зна.ний, так как в АОС не исключено возникновение сбоев, Учитывая, что уровень напряженности в этом устройстве определяется путем измерения ката.кротического отношения только по од- . ному каналу, то в этом случае нет возможности отдифференцировать гностический аспект деятельности (собственно напряженность умственной работы) и личностный аспект деятельности (тревожность, неуравновешенность и др.) а также выдать учащемуся рекомендации по снятию личностнбй напряженности. В результате этого определяемые с помощью известного устройства напряженность умственной работы (сложность программы) и группировка обучаемых по уровням напряженности

1 30437

Изобретение относится к. автоматике и вычислительной технике, в частности к автоматизированным обучающим системам (АОС), и может быть использовано как при обучении, так и при проведении психолого-педагогических экспериментов в ходе учебного процесса.

Известно устройство, предназначенное для определения трудоемкости усвбения программы при групповом обу- iO чении и содержащее обучающую машиыу, часовой механизм и потенциометр, фазочувствительный усилитель и реле, индикаторы и.задатчик расчетного времени Ц. 15

Однако известное устройство не позволяет объективно оценить трудоемкость усвоения программы, так как трудоемкость усвоения программы определяется путем измерения времени с момента выдачи программы до момента положительной средней оценки группы учащихся, что не является объективными показателями сложности и трудоемкости программы. 25

Известно. также устройство, содер" жащее пульт преподавателя, пульты обучаемых, счетчик. правильных ответов, генератор тактовых импульсов, датчик биотоков, амплитудный селектор, логические элементы И, счетчик времени, логические элементы ИЛИ, узел определения средней тудоемкости усвоения программы, сумматор, индикатор, блок сравнения. Это устройство использует35 ся при контроле и обучении для определения трудоемкости усвоения программы, а также группировки учащихся по одинаковым уровням трудоемкости усвоения прбграммы (2j .

Однако реализуемая устройством оценка программы, а также группировки учащихся по уровням усвоения про- . граммы не являются объективными. Это обусловлено тем, что как для оценки программы, так и для группировки учащихся, в качестве основного показателя используется общее время, затраченное на изучение, дозы программы.

Данный показатель не является объективным, так как даже простые задания

50 порой требуют выполнения большого объема вычислительных работ или же ,просмотра большого количества информационного материала.

Наиболее близким к изобретению

55 является устройство для сбучения, ; содержащее пульт преподавателя, пульты обучаемых, счетчик правиль3 10437 умственной деятельности являются необъективными и не соответствуют реальным способностям и возможностям обучаемых, Кроме того, используемый в известном устройстве способ определения катакротического отношения, основан» ный на аналоговой обработке низкочастотного сигнала реоэнцефалограммы, не обеспечивает необходимой высокой 10 точности определения напряженности умственной работы.

Все эти недостатки известного устройства приводят к значительному снижению эффективности процесса обучения при использовании известного уст" ройства.

Целью изобретения является расширение дидактических возможностей устройства путем увеличения объектив" щ ности оценки сложности программы и группировки обучаемых по уровням напряженности умственной работы при изучении программы и выдачи рекомендаций учащемуся в ходе процесса обу- rs чения по снятию личностной напряжен- ности °

Для реализации цели обучения применен ряд специальных психологопедагогических и технических приемов, Зо

Так, с целью повышения достоверности оценки сложности программы и группи" ровки обучаемых по уровню напряженности умственной работы путем дифференциации напряженности умственной работы и личностного неравного напря35 жения, измерение катакротического отношения осуществляется по двум ка-. налам: по первому каналу на участке лоб-висок (фронтомастоидальное отве40 дение) и по второму каналу на участке лоб-лоб (фронтофронтальное отве-, дение). Это необходимо потому, что прямая зависимость между сложностью задач и наРастанием катакротического отношения К наблюдается только при фронтофронтальном отведении, а показатель К при фронтомастоидальном отведении в большей степени харак" . теризует личностную нервную напряженность обучаемого. В то же время, реоэнцефалограммы при фронтофронтальном и при фронтомастоидальном отведении различаются при решении разных задач, даже у одного человека, и соотношение между ними изменяется. Определяя напряженность умственной работы по катакротическому отношению путем измерения изменения эЛектри"

1 4 ческого сопротивления участков кожи на черепе, при фронтофронтальном и при фронтомастоидальном отведениях, и сравнивая значения Кк можно разнести напряженность умственной работы и нервную личностную напряженность.

Это, в свою очередь, значительно расширяет возможности устройства и приводит к увеличению эффективности обучения. Если катакротическое отношение К1, при фронтомастоидальном отведении выше, чем при фронтофронтальном, то учащийся находится в сильном нервно-эмоциональном напряжении, а умственное напряжение минимально (учащийся не сосредоточен и не работает над задачей). В этом случае ему необходимо выдать рекомендации по снятию нервного напряжения и сосредоточению на решении поставленной задачи (типа "Не волнуйтесь, успокойтесь и сосредоточтесь на выполнении задания"). .Когда значение К по фронтофронтальному отведению будет приближаться к Кк фронтомастоидального отведения (обучаемый работает при оптимуме нервного и умственного напряжения), то следует выдавать рекомендации такого типа: "Вы рабатаете в оптимальном темпе, продолжайте работу в таком же режиме". Это один из возможных вариантов, относящийся к эмоционально-реактивному типу учащихся, у которых очень сильное волнение перед. контролем. Таким образом, определение уровня напряженности умственной работы путем измерений изменения электрического сопротивления по двум каналам позволяет не только объективно оценивать уровень напряженности, но и повышает эффективность обучения за счет реализации более оперативного регулирования учебного процесса. Кроме того, для повышения точности определения

К вместо аналоговой обработки низкочастотного сигнала, имеющей низкую точность, применена цифровая обработка сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для обучения, содержащее последовательно включенные пульт преподавателя, пульты обучаемых, счетчик правильных ответов и блок индикации, второй вход которого через блок интегрирования соединен с вторыми выходами пультов обучаемых, третий вход блока индикации через первый блок сравнения подключен

3 1043719 к второму выходу блока интегрирования, последовательно включенные блок ввода. реакций обучаемых, второй блок сравнения и счетчики, выходы которых соединены с вторым входом второго блока сравнения, и блок синхронизации, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входу блока ввода реакций обучаемых и. третьеиу входу второго блока сравнения, введены последовательно соединенные пороговый блок, блок ключей и блок индикации консультативной информа" ции, второй и. третий входы которого подключены соответственно к третьему

15 и четвертому выходам блока синхронизации, а выход - к второму входу блока интегрирования, первый и второй ..входы порогового блбка соединены соответственно с первым и вторым выходами второго блока сравнения, второй вход блока ключей подсоединен

20.к второму выходу блока ввода реакций обучаемых, причем блок индикации кон.сультативной информации содержит цепочки из последовательно включенных

25 регистров, узла сравнения и индикато" ра, входы и выходы регитров являются соответствующими входами и выходами блока, при этом блок ввода реакций обучаемых содержит последовательно соединенные биодатчики, узел усили30 телей, коммутатор, селектор и аналогоцифровой преобразователь, вход комму" татора и выходы селектора и аналого35 .цифрового преобразователя являются соответственно входом и первым и вторыи выходами блока.

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — вид реоэнцефалограммы при спокойном состоянии обучаемого; на фиг. 3 - при активной умственной работе, где Н1 - высота основной волны;

Н 1 - высота катакротического зубца.

Пульт 1 преподавателя через пульты 2 обучаемых соединен со счетчикои 3 правильных ответов. Биодатчики входами селектора 8, а выходы послед него подключены к входам аналогоцифрового преобразователя (АЦП) 9 первой группы 4 и второй группы 5, выполненные в виде электродов, укрепленных на лобной и височнои час50 тях головы, соединены c óçëîì 6 усилителей, выходы которого соединены с коммутатором 7, представленным набором коммутаторов по числу рабочих мест, выходы которого соединены с и к входаи узлов 10 и 11 сравнения.

Выходы узлов 10 и ll соединены соответственно с входами элементов И первой группы 12 и второй группы 13, выходы которых подключены к входам .пересчетных блоков, выполненных в виде реверсивных счетчиков 14, и логических элементов 15 определения экстремума, выполненных в виде триггеров с раздельными входами. Выходы счетчиков 14 соединены с входами цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) 16, выходы которых соединены с входами узлов 10 и -11 сравнения..

Выходы логических элементов 15 определения экстремума соединены с одними входами электронных ключей 17, другие входы которых соединены с выходами преобразователя 9, Выходы ключей 17 соединены с входами регистров 18 и

19, выходы которых соединены соответственно с входами узлов 20 сравнения, выходы которых соединены с входами индикаторов .21 (рекомендаций). Первые входы интеграторов 22 соединены с выходами регистров 18, вторые входы - с выходами пультов 2,,а выходыс входами группового интегратора 23, и блока 24 сравнения. Первый выход группового интегратора 23 соединен с входом блока 24 сравнения, выходы которого соединены с входами блока 25 индикации. Выход генератора 26 тактовых импульсов соединен с входами элементов 12 и 13 и входом делителя

27 частоты, выход которого соединен с входом распределителя 28 импульсов, Выход распределителя 28 соединен с входом триггера 29 и входом коимутатора 7, Выходы триггера 29 соединены с входами регистров 18 и 19.

При этом генератор 26, делитель 27, распределитель 28 и триггер 29 объединены в блок 30 синхронизации.

Регистры 18 и 19, узлы 20, индикаторы 21 объединены в блок 31 индикации консультативной информации.

Датчики 4 и 5, узел 6 усилителей,. коммутатор 7, селектор 8 и аналогоцифровой преобразователь 9, представляют собой блок 32 ввода реакций обучаемых, узлы 10 и 11, элементы 12 и 13, преобразователь 16 - блок 33 сравнения, ключи 17 - блок 34 ключей, элементы 15 - пороговый блок 35, а интегратора 22 и 23 - блок 36 интегрирования.

Устройство работает следующим образом.

7 1 0437-1 9 8

Учащиеся получают программу, послена обычным триггером с разделенле. чего с пульта 1 включаются все " ными входами, то на участке реоэнце- блоки устройства и через электроды ; фалограммы а, в триггер будет нахобиодатчиков 4 и 5 пропускают слабый диться в определенном состоянии, в ток. На выходе биодатчиков 4 и 5 обу- g,äàííoì случае, в состоянии логичесчаемого, начавшего работать над про- :.:кого "0". граммой, будет сигнал, форма которого †.",- Как только срабатывает узел 11, приведена на фиг. 3. С выходов био- -.тактовые импульсы через элемент 13 датчиков 4 и 5 сигналы поступают на начнут поступат на инверсный вход. входы узла 6, сигналы нормируются по 10: счетчика 14 и на второй вход элеменамплитуде, и с выхода узла 6 поступают на коммутатор 7, где переключение на канал фронтомастоидального и фронтофронтального отведения осута 15 ° В результате этого, триггер установится в состояние логической

"1" и с его выхода сигнал поступает на вход электронного ключа 17. В ществляется сигналами из блока 30. . ц.. этот момент цифровой код, соответТактовые импульсы с генератора 26 поступают на делитель 27, а затем ствующий амплитудному значению экстремума катакротического участка реоэнузлов 20 будет идти сравнение экстресительно друг друга на интервал квантования х. Так как преобразова- :"мального значения при фронтофронталь35 тель 9 работает на участке реоэнце- ном и фронтомастоидальном отведении, фалограммы a, b, с, д (фиг. 2), где т.е. сравнение величин катакротичеспроисходит уменьшение сигнала, то ..: кого отношения при двух отведениях. вначале срабатывает узел 10 и импуль- При приближений или превышении вели. сы из генератора 26 через элемент 12 чины Кк при фронтофронтальном отвепроходят на прямой вход счетчика 14, дении (сигнал из регистра 18) над К

Выходной код счетчика 14 преобразу- : при фронтомастоидальном (сигнал из ется цифроаналоговым преобразователем . — регистра 19) через индикатор 21 будет

16 в сигнал х, поступающий на вто- .. высвечиваться текст рекомендации: рые входы узлов 10 и 11. При увеличе- :-. "Вы работаете в оптимальном темпе, нии сигнала будет срабатывать узел 1 1,. :- продолжайте работу в таком же режив результате чего на его выходе будет,: . ме". Если Кк при фронтофронтальном появляться сигнал,-соответствующий : †.отведении будет меньше К при фронуровню логической "1" и импульсы, : .томастоидальном, то в этом случае формируемые генератором 26, будут -:" через индикатор 21 будет выдаваться поступать на инверсный вход счетчика ;„:.:-рекомендация: "Не волнуйтесь, успо14. Момент появления экстремума peo- - -койтесь, сосредоточтесь на выполнеэнцефалограммы, которому на участке : . :-нии задания". ц, Б, с, 3 соответствует катакроти" " С выхода регистра 18, где фиксический зубец, определяется по изме- .: руется значение Кк при фронтофроннению направления счета счетчика 14, "-тальном отведении сигнал поступает

При срабатывании узла 10 сигналы с re" на интегратор 22, выполненный в винератора 26 поступают на вход элемен-. „де цифрового сумматора, где происхо:та 15, а так как эта схема представ- дит усреднение значения Кк за время на распределитель 28, который o6ec- .: цефалограммы a-., b, c,d из преобрапечивает выдачу на вход коммутатора 7:,;- зователя 9 через ключ 17 поступает импульсов с такой частотой, что в щ "на первые входы регистров 18 и 19. течение времени, соответствующего, . Если эта информация согласно тактодлительности одного периода реоэнце-, вому распределению идет с фронто. фалограммы, на вход узла 8 поступает . фронтального отведения,, то она будет сигнал с фронтофронтального и фрон" . :-занесена в регистр 18, на второй томастоидального отведений поочеред- 25 вход которого поступит сигнал с выно. При прохождении сигналов через, ::хода триггера 29. При переключении блок 8 на, выходе последнего„появит-, коммутатором 7 на второй канал (фрон» ся сигнал, равный по величине высоте :-томастоидальное отведение) цифровой основной волны Н реоэнцефалограммы, код, соответствующий экстремальному

С выхода блока 8 сигнал поступает на З0.. значению при фронтомастоидальном аналого-цифровой преобразователь 9 и . отведении, будет записан в регистр узлы 10 и 11 сравнения, Уровни сра- - - 1-9. После того, как в регистр .19 бу-. батывания узлов 10 и 11 смещены отно- дет записан код, на схемах сравнения ..

9 10437 работы учащегося над дозой учебной информации. С выхода интеграторов 22 после верного ответа на вопрос (no сигналу из пульта 2 учащегося) информация об усредненном значении по каждому учащемуся за время работы над дозой учебной информации поступает на групповой индикатор 23, в качестве которого используется также цифровой сумматор. С выходов инте- 10 граторов 22 и группового интегратора 23 информация поступает на блок

24, обеспечивая появление сигналов на его выходах и срабатывание блока

25, при наличии сигнала разрешения из счетчика 3 правильных ответов (когда ответят все учащиеся). При этом, если средняя психическая напряженность умственной работы учащегося, определяемая через катакротическое отношение Кк при фронтофронтальном отведении (на выходе, интеграторов 22), меньше средней психической напряженности умственной работы группы учащихся, определяемой через среднее значение К1 (сигнал с выхода группо" вого интегратора 23) то в блоке 25 индицируется I уровень, если средняя сложность программы для учащегося равна средней сложности программы для ЗО группы. учащихся, то индицирует я Il уровень, если средняя сложность программы для учащегося больше средней сложности программы для группы учащихся, то индицируется llf уровень.

Одновременно обеспечивается визуальная индикация данных группового интегратора - средняя сложность программы для группы.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет точно и объективно оценивать сложность программы для каждого учащегося, группировать гомогенные группы учащихся относительно трудности усвоения ими учебного мате19 10 риала, а также выдать учащимся рекомендации по снятию личностной напряженности.

Основным преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с известным является возможность разделения интеллектуальной психологичес" кой напряженности и эмоциональной психической напряженности учащихся.

Это преимущество позволяет, с одной стороны, значительно повысить точность и объективность оценки сложности программы, а также группировать высакогомогенные группы учащихся, с точки зрения психоэнергетических затрат, расходуемых при изучении программы. А это, в свою очередь, позволяет производить рациональную коррекцию программы, а также усиливать индивидуализацию и адаптацию процесса обучения за счет создания высокогомогенных групп. С другой стороны, это преимущество позволяет своевременно выдавать рекомендации, необходимые для снятия личностной эмоциональной напряженности учащихся, что особенно важно для эмоционально-реактивных обучаемых, наиболее подверженных эмоционным стрессам и срывам, а это„ в свою очередь, повышает активность обучаемых, обеспечивает им возможность работы в. оптимальном режиме и предотвращает психологические стрессы и срывы.

В конечном итоге, усиление индивидуализации и адаптации процесса обучения, рациональная корректировка программы., работа учащихся в оптимальном режиме и предотвращение психологических срывов, обеспечиваемые устройством при широком использовании его, значительно повышает эффективность обучения, а следовательно, и улучшают качество подготовки обучаемых во всех сферах образования.

1043719

1043719

Составитель А. Карлов

Техред И.Костик

Корректор И. ВатРУшкина

Редактор Т. Киселева

Тираж .488 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Закаэ 7344/55

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4