Адаптивное обучающее устройство

 

Союз Советскик

Социалистических

Реслублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iij83 2574 (61) Дополнительное к авт. свид-ву 739622 (22) 3 >8>еН< 101177 (21) 2543377/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет—

Опубликовано 230581 Бюллетень М9 19

Дата опубликования описания 23ЮЬ81 (51)М. Кл з

G 09 В 7/02

Государственный комитет

СССР

II0 делам изобретений и открытий (53) УДК 681,3.071 (088.8) Куйбышевский политехнический .институт им. В.В.Куй (71) Заявитель (54) АДАПТИВНОЕ ОБУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО!

Изобретение относится к азтоматизации учебного процесса и может быть использовано в различных учебных заведениях.

Известно адаптивное обучающее устройство, содержащее блок ввода ответов, подключенный ко входам блока сравнения ответов и блока памяти, выход блока памяти соединен со входом блока воспроизведения, подсоединенного ко входам блока сравнения ответов, блока сравнения ошибок, счет.чика ошибок, регистра адреса, блока сравнения адресов, блока памяти этапов обучения, блока сравнения кодов этапов обучения и блошка определения признаков учебной информации, соединенного со входами блока сравнения кодов этапов обучения, блока управления, блока сравнения ошибок, блока 20 сравнения адресов и блока сравнения ответов, подключенного ко входу блока управления соединенного со входом блока памяти этапов обучения, подклю ченного ко входу блока сравнения ко,дов этапов обучения, соединенного со входом блока управления, подключенного ко входу счетчика ошибок, соединенного со входами блока индикации и блока сравнения ошибок,под- Ю ключенного Ко входу блока управле-! ния, соединенного со входом регистра адреса, подключенного ко входам блока памяти и блока сравнения адресов, соединенного со входом блока памяти (1) .

Это устройство позволяет реализовать многоуровневые обучающие программы и производить выдачу дозы информации, т.е. очередную обучающую подпрограмму, в зависимости от числа допущенных ошибок при промежуточном контроле и от трудности предЫдущей дозы информации, а выдача следующего кадра в обучающей подпрограмме зависит от пути обучения и количества сделанных ошибок.

Таким образом, каждому учащемуся выдается та подпрограмма, трудность изложения которой соответствует знаниям и способностям учащегося и где он совершает оптимальное число оши бок.

Под подпрограммой здесь понимается часть программы, содержащая свой уровень трудности изложения материала, отличный от уровня трудности других подпрограмм.

Недостатком данного устройства является то, что оно не может анали832574 зировать соответствие уровня трудности изложения материала в программе уровню знаний и способностей учащегося.

Так, может случиться, что слабый или даже средний учащийся обучается яочти все время по программе с наименьшей трудностью изложения, однако делает ошибки, свидетельствующие о том, что его надо перевести на обучение по подпрограмме с еще меньшей трудностью изложения, но устройство продолжает обучать его по той же самой подпрограмме с наименьшей трудностью изложения, так как набор подпрограмм конечен.

Аналогично и для сильного учащегося - обучающая подпрограмма может не соответствовать знаниям сильного учащегося.

Несоответствие трудности изложения программ знаниям учащихся свидетельствует о недостаточно высоком качестве программ. Однако качество программ можно оценивать в случае, если собрана достаточная информация по одной программе при обучении по ней несколько раз.

Это устройство работает с програм-. мой, содержащей большое число подпрограмм, которое должно увеличиваться на два с каждым этапом промежуточного контроля. При небольшом числе подпрограмм перевод с подпрограмм., имеющих наибольший или наименьший уровень трудности изложения к подпрограммам с еще большей или меньшей трудностью изложения невозможен, так как в этих случаях осуществляется переход на ту же самую подпрограмму без фиксации необходимости введения подпрограммы с новой трудностью изложения. Отсутствие блоков, фиксирующих необходимость введения новых подпрограмм или изменения старых подпрограмм, не позволяет объективно оценивать их качество.

Цель изобретения — повышение точности устройства за счет оценки качества обучающих многоуровневых программ.

Для достижения этой цели в устройство введены блок регистрации несоответствия этапов обучения уровню знаний учащегося и блок счетчиков кодов несоответствия программы обучения знаниям учащегося, подключенный к блоку воспроизведения учебной информации, блоку управления, блоку индикации и блоку регистрации несоответствия этапов обучения уровню знаний учащегося, соединенному с блоком памяти этапов обучения, блоком воспроизведения учебной информации и блоком управления.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства,на фиг.2 пять типов кодов co схематическим изображением блока воспроизведе ния.

В предлагаемом адаптивном обучающем устройстве (фиг. 1) блок 1 ввода ответов связан с блоком 2 сравнения ответов и блоком 3 памяти, соединенным с блоком 4 воспроизведения учебной информации, который подключен к блоку 2 сравнения ответов,блоку 5 памяти этапов обучения, блоку

6 сравнения кодов этапов обучения счетчику 7 ошибок, блоку 8 регистрации несоответствия этапов обучения уровню знаний учащегося, блоку 9 сравнения ошибок, регистру 10 адреса, блоку 11 счетчиков несоответст15 вия обучения знаниям учащегося, блоку 12 сравнения адресов и блоку 13 определения признаков учебной инфор- мации, соединенному с блоком 6 сравнения кодов этапов обучения, блоком

QQ 14 управления, блоком 9 сравнения ошибок, блоком 12 сравнения адресов и блоком 2 сравнения ответов, подключенным к блоку 14 управления, связанному с блоком 5 памяти и блоком 8, соединенному с блоком 11 счетчиков и блоком 5 памяти, связанным с блоком 6 сравнения, подключенным к блоку 14 управления, связанным с блоком

11 счетчиков, соединенным с блоком

15 индикации, а также связанным со счетчиком 7 ошибок, соединенным с блоком 15 индикации и блоком 9 сравнения ошибок, подключенным к блоку

14 управления, связанному с регистром 10 адреса, соединенному с блоком

3 памяти и блоком 12 сравнения адресов, подключенному к блоку 3 памяти.

Блок 2 сравнения, блок 5 памяти, блок 6 сравнения, счетчик 7 ошибок, блок 8, блок 9 сравнения, регистр 10

40 адреса, блок 11 счетчиков, блок 12 сравнения, блок 13 определения признаков и блок 14 управления объединены в вычислитель 16.

Блок 1 ввода ответов состоит из цифро-буквенных кнопок ввода ответов, дешифратора, триггеров запоминаний ответов и реле запуска лентопротяжного механизма (не показаны).

Блок 3 памяти содержит носитель

50 информации на кинопленке с нанесенными на ней информационными кодами и кодами управления и реверсивный лентопротяжный механизм (не показаны).

Блок 4 воспроизведения состоит иэ однотипных фотоэлектрических усилителей, преобразующих фотосигналы в электрические импульсы и усиливающих их (не показаны). Индикаторное устройство 15 содержит ждущий мультиф0 вибратор, индикаторную лампу "неправильно", две индикаторные лампы несоответствия программы, свидетельствующие о количестве подпрограмм, не соответствующих знаниям учащихся, и 5 дешифратор, преобразующий сигнал с

832574 блока счетчиков несоответствия программы, соединенный с двумя лампами несоответствия программы (не показаны).

Перед рассмотрением работы устройства необходимо рассмотреть кодировку кинопленки (фиг. 2).

В предлагаемом устройстве прог рамма имеет пять типов кодов 17-21 с различными функциями в управлении работой устройства.

Коды типа 17 содержат код возможного ответа 22, предназначенный для сравнения с кодом ответа, разряд

"обязательное сравнение" 23, необходимый для безусловного сравнения с кодом ответа, разряд "неправильно"

24, предназначенный для занесения одного штрафного балла в счетчик ошибок и отличительный признак 25, служащий для опознавания кодов типа 29

17 вычислителем. Отличительный признак 25 содержит такую комбинацию кодов в своих разрядах, которая является запретной для кодов других типов, например 3-ий снизу разряд д светлый, а 2-ой снизу разряд темный.

Коды типа 18 содержат код возможного числа ошибок 26, служащий для сравнения с кодом числа ошибок, хранящимся в счетчике ошибок, разряд

"обязательное сравнение" 27, предназначенный для безусловного сравнения с кодом числа ошибок, разряд 28 для прибавления единицы к числу, хранящемуся в блоке 5, разряд 29 вычйтания единицы из числа, хранящегося в блоке 5, и отличительный признак 30, предназначенный для опознания типа кода вычислителем 16 (3-ий снизу разряд темный, а 2-ой снизу разряд светлый). 40

Коды типа 19 содержат код возможного пути обучения 31, предназначенный для сравнения с кодом пути обучения, хранящимся в блоке запоминания пути обучения, разряд "обязатель- 45 ное сравнение" 32, предназначенный для безусловного сравнения с кодом пути обучения, разряды ЗЗ и 34, свидетельствующие о возможности упрощения или усложнения программы, признак 35 — 2-ой и 3-ий разряды снизу темные.

Разряды 33 и 34 свидетельствуют о воэможности усложнения или упрощения программы путем перехода к другой подпрограмме. Так, сочетание верхнего светлого и нижнего темного разрядов свидетельствует о том,.что есть возможность усложнения программы (т.е. данная подпрограмма не является самой сложной) верхнего тем- Я) ного и нижнего светлого — о том, что есть возможность упростить программу, оба разряды светлые — есть возможность и упростить, и усложнить программу, оба темных разряда свиде- 65 тельствуют о наличии одной подпрограммы в программе.

Коды типа 20 содержат адрес следующего кадра 36, по которому нужно

"искать" следующий кадр и отличительный признак 37, предназначенный для опознавания типа кода вычислителем (2-ой и 3-ий разряды снизу светлые, а 4-ый снизу разряд темный).

Коды типа 21 содержат код кадра

39, являющийся двоичным номером кадра и предназначенный для сравнения с адресом следующего кадра и отличительный признак 39 (2-ой, 3-ий и 4ый разряды снизу светлые).

Некоторые разряды в кодах типов

17, 20, 21 не используются в данном устройстве, но их можно применить для включения синхронизированного магнитофона, автоматического сброса блока запоминания пути обучения и других целей.

В кодах всех типов существует один служебный разряд "маркер" 40 предназначенный для формирования разрешающего сигнала на считывание всего кода и необходимый для того, чтобы информация не считывалась с кадров во время движения кинопленки.

Маркер должен располагаться ниже (или выше) уровня кадров, а сигнал с выхода "маркерного" фотоэлектрического усилителя 41 подается íà остальные фотоэлектрические усилители

42-48 в качестве разрешающего.

Предлагаемое адаптивное обучающее устройство работает следующим образом.

После ввода учащимся ответа, блок

1 ввода ответов подает код ответа в вычислитель 16 и подает сигнал запуска лентопротяжного механизма в блок 3 памяти. Во время движения кинопленки управляющие коды проходят мимо фотодатчиков блока 4 воспроизведения, считываются, усиливаются и подаются в вычислитель 16, который на основе кода ответа и кодов, считываемых с кинопленки, осуществляет поиск нужного кадра. Коды считываются последовательно, во время движения кинопленки. Код ответа поступает в блок 2 сравнения ответов 2. В этот блок поступают сигналы из разрядов блока 4 воспроизведения с фотоэлектрических усилителей 42-44 считывающих коды возможных ответов и разряд "обязательное сравнение", а иэ блока 13 определения признаков поступают сигналы о считывании кодов типа 17.

В исходном состОянии вычислитель

16 реагирует только на коды типа 17.

При сравнении кода ответа с кодом возможного ответа и при наличии сигнала из блока 13, блок 2 выдает сигнал сравнения в блок 14 управления.

Если ни один из предусмотренных кодов возможных ответов не сравнился с кодом ответа, учащийся ответил не

832574 предусмотренным образом, то придет код типа 17, стоящий последним среди кодов типа 17, в котором содержится разряд "обязательное сравнение" и (при считывании такого кода блок 2 выдает сигнал сравнения в блок 14 управления.

В блок 13 определения признаков поступают сигналы иэ разрядов блока

4 воспроизведения, занятых отличительными признаками, а из блока 13 поступают разрешающие сигналы о наличии типа кода в блок 2 сравнения ответов, если считываемый код является кодом типа 17, н блок 9 сравнения ошибок, если считываемый код относится к типу 18, в блок б, сравнения пути обучения, если считываемый код относится к типу 19, и блок

14 управления, если код относится к типу 20 и в блок 12 сравнения адресов, если считываемый код относится к типу 21.

Блок 14 управления по сигналу иэ блока 2 производит запоминание наличия сравнения кода ответа и кода возможного ответа и выдает кратковременный сигнал на запись ошибки в счетчик 7 ошибки и если в сравниваемом коде типа 17 закодирован разряд

"неправильно", который из блока 4 подается в счетчик 7 ошибок, то при совпадении двух сигналов блок 7 регистрирует ошибку. Одновременно, блок 7 подает кратковременный сигнал в блок 15 индикации, который увеличивает длительность сигнала и индицирует ошибку.

После запоминания сигнала сравнения кода возможного ответа с кодом ответа блоком 14, вычислитель 16 в дальнейшем реагирует только .на коды типа 18. При считывании кода типа.

18, блок 13 определения признаков подает разрешающий сигнал н блок 9 сравнения ошибок, по которому код возможного числа ошибок, поступающий из блока 4 воспроизведения в блок 9, сравнивается с кодом числа ошибок, поступающим из счетчика 7 ошибок н блок 9. При поразрядном сравнении этих кодов блок 9 подает сигнал сравнения кода возможного числа ошибок в блок 14 управления. Цля уменьшения количества кодов типа 18, в этих кодах предусмотрен разряд "обязательное сравнение" и если ведутся ветвления по числу ошибок (например при отсутствии ошибок должна выда|ваться программа повышенной трудности, при 1 или 2-х ошибках должна выдаваться программа средней трудности и при 3-х и большом числе ошибок должна выдаваться самая легкая программа), то для того чтобы не перечислять все возможные числа ошибок для самой легкой программы последним в подгруппе кодов, относящихся к сравненному коду возможного ответа, 60

65 кадра в регистр 10 адреса. Адрес следующего кода, содержащийся н коде типа 20 и поступающий из блока 4 в блок 10, записывается н регистр 10 адреса и запоминается на время поиска следующего кадра. Выдачу разрешаюставится код типа 18 с "обязательным сравнением" (он заменит группу кодов типа 18 с 3-мя и большим числом ошибок).

Если не произошло сравнение кода возможного числа ошибок для программ повышенной трудности, то придет код типа 18 с разрядом "обязательное сравнение" н блок 9, и блок 9 сравнения ошибок выдаст сигнал сравнения. в блок 14 управления. Блок 14 производит запоминание наличия сравнения и выдает кратковременный разрешающий

cvãíàë в блок 5 памяти этапов обучения и, если н коде типа 18, код воз.можного числа ошибок которого сран15 нился с кодом числа ошибок, закодирован разряд прибавления единицы 28 или разряд вычитания единицы из кода пути обучения 29, то по разрешающему сигналу из блока 14 управления сигна20 лы о наличии разрядов прибавления или вычитания единицы запишутся н блок 8.

В дальнейшем вычислитель 16 реаги. рует только на коды типа 19.

Код возможного пути обучения 31, поступающий из блока 4 воспроизведения н блок б сравнения, сравнивается с кодом пути обучения, хранящимся н блоке 5 памяти, при наличии разрешающего сигнала, поступающего иэ блока 13 определения признаков.

При сравнении кода возможного пути обучения с кодом пути обучения блок б сравнения выдает сигнал н блок

14 управления. Этот сигнал сравнения может быть выцан также в случае прихода кода типа 19 с разрядом "обязательное сравнение". При сравнении кода возможного пути обучения C кодом пути обучения блок 14 управления

40 выдает разрешающий сигнал в блок 5 памяти на прибавление (или вычитание) единицы, хранящейся в блоке 8, к предыдущему состоянию (от предыдущего состояния) блока 5 памяти.

По тому же разрешающему сигналу иэ блоков 14 управления сигналы с усилителей фотодиодов 45 и 46 поступают в блок 11 счетчиков, где подсчитывается количество подпрограмм, несоответствующих знаниям учащегося.

Это количество подпрограмм высвечинается блоком 15 индикации.

Блок 14 управления запоминает наличие сравнения кода возможного пути и кода пути, и в дальнейшем реагирует только на коды типа 20. Первый пришедший код типа 20 вызывает появление сигнала из блока 13 в блок 14, и блок 14 вырабатывает разрешающий сигнал на запись адреса следующего

832574

10!

45

55

d0 щего сигнала блок 14 запоминает и повторных сигналов не вьдает, а вычислитель 16 в дальнейшем реагирует только на коды типа 21.

Адрес следующего кадра содержит разряд направления движения "реверс" и, если нужный кадр находится в стороне, противоположной первоначальному направлению движения кинопленки, то регистр 10 адреса подает сигнал

"реверс" в блок 3 памяти, по которому направлены движения кинопленки, изменится на противоположное.

Блок 12 сравнения адресов производит поразрядное сравнение адреса следующего кадра, приходящего иэ регистра 10 адреса и кода кадра, приходящего из блока 4 воспроизведения, при наличии разрешающего сигнала из блока 13 определения признаков (о наличии кода типа 21). При поразрядном сравнении блоком 12 выдается сигнал на останов лентопротяжного механизма в блок 3 памяти, по которому лентопротяжный механизм останавливается и фиксирует нужный кадр с информацией. На этом цикл поиска кадра заканчивается.

Цикл поиска кадра может быть беэ сравнения кода ответа. При организации линейного участка программы переход от кадра к кадру можно осуществить с помощью одного кода типа 21, в ко ором код кадра — все нули, так как в исходном состоянии регистр адреса находится в нулевом состоянии и при считывании кода типа 21 с нулевым кодом кадра происходит сравнение с нулевым адресом, блок 12 выдает сигнал о наличии признака кода типа 21 в блок 12, а блок 12 формирует сигнал на останов лентопротяжного механизма, который поступает в блок

3 памяти.

Таким образом, выдача следующего кадра производится в зависимости от ответа учащегося, количества допущенных им ошибок и этапов изучения предыдущей информации. Но не всегда необходимо выдачу следующего кадра ставить в зависимость от этих трех условий. Часто, например, требуется (при органиэации разъяснений) выдачу следующего кадра производить в зависимости только от ответа учащегося.

О

В этом случае коды кинопленки должны содержать после каждого кода (нескольких кодов) типа 17 коды типа

18 и 19 с разрядными "обязательное сравнение" и затем код типа 20.

В блоке 11 счетчиков во время обучения накапливается сумма, свидетельствующая о количестве подпрограмм, которые не соответствуют знаниям учащегося. Эта информация говорит о качестве обучающей программы. При значительном числе подпрограмм, не соответствующих знаниям учащегося, программа должна быть переделана или в нее необходимо включить еще более сложные или еще более легкие подпрограммы.

Наиболее эффективными являются программы, по которым обучение всех учащихся ведется с оптимальным числом ошибок, т.е. по оптимальному для каждого учащегося пути. Применение данного устройства позволяет определить, в какой степени обучающая программа соответствует знаниям учащихся, т.е. способность программы обучать учащихся с оптимальным числом ошибок. Информация о качестве программы позволяет оценить ее эффективность в учебном процессе, а значит и позволяет создавать программы, наилучшим образом реализующие многоуровневый принцип изложения материала.

При обучении учащегося по программам с различным качеством изложения материала наблюдаются отклонения в знаниях учащегося в среднем на 0,5 балла.

Следовательно, при доведении программы до наилучшего варианта, средний уровень знаний учащихся повысится до 0,25 балла.

Известные устройства аналогичного назначения не исследуют качество создаваемых многоуравневых программ на степень соответствия их знаниям учащихся.

Формула изобретения

Адаптивное обучающее устройство по авт. св. Р 739622, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит блок регистрации несоответствия этапов обучения уровню знаний учащегося и блок счетчиков кодов несоответствия программы обучения знаниям учащегося, подключенный к блоку воспроизведения. учебной информации, блоку управления, блоку индикации и блоку регистрации несоответствия этапов обучения уровню знаний учащегося,соединенному с блоком памяти этапов обучения, блоком воспроизведения учебной информации, и блоком управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 739622, кл. G 09 В 7/02, 11.07.77 (прототип).