Адаптивная система для обучения и контроля знаний и состояния учащихся

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублики 734793Опубликовано 15.05.80. Бюллетень18 ао делам изабретвиий и открытийДата опубликования описания 25.05.80(72) Авторы изобретения А. Я. Савельев, В. М. Гончаров и Н. М. Когдов Научно-исследовательский институт проблем высшей школы(54) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ И СОСТОЯНИЯ УЧАШИХСЯ1Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности, к системам для обучения, и может быть использовано для обучения учащихся в ВУЗах различной специализации.Известна адаптивная система для обучения и контроля знаний и состояния учащихся, которая содержит устройство управления, соединенное через устройство анализа ответов с блоком определения статической ошибки, подключенным к блоку выдачи рекомендаций, блок памяти учебных ситуаций, соединенный с устройством управления и анализа ответов и блок ввода информации, устройство определения очередности ответов, соединенное с блоком ввода информации, устройством управления и анализа ответов и последовательно подключенные блок определения качества усвоения, соединенный с блоками статических ошибок и правильных ответов, соединенный с блоком определения статистики ошибок и правильных ответов, блок оценки ожидаемых значений параметров, соединенный с блоком определения статистики ошибок и блок определения последовательности изучения, соединенный с блоком выдачи рекомендаций 11). 2Недостаток системы состоит в том, чтоона не обеспечивает эффективность адаптации системы к индивидуальным способностям обучаемых.Известна также адаптивная система дляобучения и контроля знаний и состояния учащихся, которая содержит дисплей, пульт преподавателя, консоли студентов, соединенные между собой, устройство управления, подключенное к устройству отображения информации, устройство определения правиль О ных ответов, устройство определения среднего показателя успеваемости группы, устройство определения показателей усвоения материала по группе и индивидуально и устройство печати, соединенное с устройством управления и дисплеем, устройство изменения весовых коэффициентов, подключенное к устройству управления и содержащее блок изменения весовых коэффициентов, блок электронных ключей, блок регистров и тактовый генератор, подключенные к устройст О ву управления и к устройству изменения весовых коэффициентов 2. Однако такая система имеет ограниченные дидактические возможности из-за отсутствия адаптации к индивидуальным особенностям учащихся.Наиболее близким техническим решениемк изобретению является адаптивная система для обучения и контроля знаний и состояния учащихся, содержащая устройствопрограммного управления, подключенноек устройству управления восприятием, состоянием и работоспособностью учащихся,устройству рефлекторно-установочных воздействий и стимулирования учащихся и устройству анализа и регистрации ответов исостояния учащихся, соединенному с устройством ввода ответов и реакции учащихся и с аудио-визуальным демонстрационнымустройством, устройство управления восприятием, состоянием и работоспособностью учащихся подключено к устройству рефлекторно-установочных воздействий и стимулирования учащихся, соединенному с аудио-визуальным демонстрационным устройством 131.Указанная система позволяет ускоритьпроцесс обучения учащегося, напримериностранным языкам,Однако данная система имеет ограниченные дидактические возможности при групповом обучении различным предметам.Цель изобретения - расширение дидактических возможностей системы за счет адаптации к индивидуальным особенностям учашихся.Указанная цель достигается тем, что система содержит устройство предварительногоанализа деятельности и отбора учащихся,устройство моделирования состояния учащихся, устройство оценки уровня оптимизации обучения, устройство анализа учебных ситуаций, устройство определения критериев изменения программного обеспечения,устройство оптимизации обучения по временным параметрам и устройство определениякритериев изменения последовательности заданий, подключенное к устройству рефлекторно-установочных воздействий и стимулирования учащихся, устройство анализаучебных ситуаций и устройству определениякритериев изменения программного обеспечения, соединенному с устройством программного управления и устройством анализа ирегистрации ответов и состояния учащихся,которое подключено к устройству анализаучебных ситуаций, устройству моделирования состояния учащихся и устройству оценки уровня оптимизации обучения, соединенному с устройством программного управления и устройством моделирования состоянияучащихся, подключенным к устройству анализа учебных ситуаций, устройство оптимизации обучения по временным параметрамсоединено с устройством программного управления, устройством анализа и регистрации ответов и состояния учащихся и с устройством управления восприятием, состоянием и работоспособностью учащихся, которые размещаются на рабочих местах уча 3 16 13 О 1 36 35 40 45 юа И шихся, причем устройство управления восприятием, состоянием и работоспособностью учащихся содержит блок изменения стратегии обучения, соединенный с блоком определения условий обучения, подключенным к блоку задания уровня учебной информации, блоку анализа параметров обучения и блоку формирования сигналов воздействий, блок коммутации, соединенный с блоком контроля сигналов воздействий, подключенным к блоку формирования сигналов воздействий, а устройство программного управления содержит блок изменения режимов работы, соединенный с блоком памяти программы и с блоком принятия решений, модель объекта воздействий, подключенную к блоку предварительного изменения параметров и к блоку изменения структуры системы, который подключен к блоку предварительного изменения параметров, блок памяти эталонов, соединенный с блоком анализа эталонов, подключенным к блоку предварительного изменения параметров. На фиг. 1 изображена адаптивная система для обучения и контроля знаний и состояния учащихся; на фиг. 2 - устройство управления восприятием; на фиг. 3 - схема устройства программного управления.Система содержит устройство 1 программного управления, подключенное к устройству 2 управления восприятием, состоянием и работоспособностью учащихся, устройству 3 рефлекторно-установочных воздействий и стимулирования учащихся и устройству 4 анализа и регистрации ответов и состояния учащихся, соединенному с устройством 5 ввода ответов и реакций учащихся и с аудиовизуальным демонстрационным устройством 6, устройство 2 управления восприятием, сосгоянием и работоспособностью учащихся подключено к устройству 3 рефлекторно-установочных воздействий и стимулирования учащихся, соединенному с аудио-визуальным демонстрационным устройством 6, устройство 7 предварительного анализа деятельности и отбора учащихся, устройство 8 моделирования состояния учащихся, устройство 9 оценки уровня оптимизации обучения, устройство 10 анализа учебных ситуаций, устройство 11 определения критериев изменения программного обеспечения, устройство 12 оптимизации обучения по временным параметрам и устройство 13 определения критериев изменения последовательности заданий, подключенное к устройству 3 рефлекторно-установочных воздействий и стимулирования учащихся, устройству 10 анализа учебных ситуаций и устройству 11 определения критериев изменения программного обеспечения, соединенному с устройством 1 программного управления и устройством 4 анализа и регистрации ответов и состояния учащихся, которое подключено и устройству 10 анализа учебных ситуаций, 734793устройству 8 моделирования состояния учащихся и устройству 9 оценки уровня оптимизации обучения, соединенному с устройством 1 программного управления и устройством 8 моделирования состояния учащихся, подключенным к устройству 10 анализа учебных ситуаций, устройство 12 оптимизации обучения по временным параметрам соединено с устройством 1 программного управления, устройством 4 анализа и регистрации ответов и состояния учащихся и с устройством 2 управленпя восприятием, состоянием и работоспособностью учащихся, которые размещаются на рабочих местах учащихся 14.Устройство 2 управления восприятием, состоянием и работоспособностью учащихся, содержит блок 15 изменения стратегии обучения соединенный с блоком 16 определения условий обучения, подключенным к блоку 17 задания уровня учебной информации блоку18 анализа параметров обучения и блоку 19 формирования сигналов воздействий, блок 20 коммутации, соединенный с блоком 21 контроля сигналов воздействий, подключенным к блоку 19 формирования сигналов воздействий.Устройство 1 программного управления содержит блок 22 изменения режимов работы, соединенный с блоком 23 памяти программы и с блоком 24 принятия решений, модель 25 объекта воздействий, подключенную к блоку 26 предварительного изменения параметров и к блоку 27 изменения структуры системы, который подключен к блоку 26 предварительного изменения параметров, блок 28 памяти эталонов, соединенный с блоком 29 анализа эталонов, подключенным к блоку 26 предварительного изменения параметров.Адаптивная система для обучения и контроля знаний и состояния учащихся функционирует следующим образом: процесс обучения состоит из двух этапов, предварительного и основного.Предварительное обучечие проводится в устройстве 7 предварительного анализа деятельности и отбора учащихся, которое предназначено для предварительной подготовки и отбора контингента обучаемых по их индивидуальным способностям и психофизиологическим параметрам. Предварительный анализ деятельности и отбора учащихся заключается в оценке исходного психофизиологического состояния с помощью специальных тестовых программ, контактных и неконтактных замеров и выявляют историю обученности и ориентации в определенной области знаний. По полученным параметрам в устройстве производится отбор учащихся в определенные однородные группы для определения стратегии обучения с определенным уровнем рефлекторного воздействия и стимуляции. Ответы и реакции учащегося вводятся с устройства 5 ввода ответов и реакций учащихся, а анализируются и регистрируются в устройстве 4 анализа и регистрации ответов и состояния учащихся.Основной этап обучения происходит следующим образом.Учащиеся с рабочих мест 14 вводят кодсвоей фамилии в устройство 5 ввода ответов и реакций учащихся. После чего система подготовит учащемуся стратегию обучения и оптимизации обучаемого на основании проведенного анализа в устройстве 7 пред 1 о варительного анализа деятельности и отбораучащихся. Учащийся получает учебную информацию через аудио-визуальное демонстрационное устройство 6. Обучаясь, учащийся отвечает на тестовый контроль по программе обучения и по психофизиологиф ческому состоянию через устройство 5 ввода ответов и реакций учащихся, куда через определенные интервалы времени поступает информация с психофизиологических приборов, Ответы и состояние учащихся ана лизируются и регистрируются в устройстве4. В этом устройстве также проводится анализ и прогнозирование функционального состояния учащихся, анализ диалогового режима обучения, статическая и динамическая оценка функционального состояния, оперативный контроль функционального состояния, сбор и обработке данных и их регистрация. Регистрируется в устройстве 4 информация, поступающая из устройства 10 анализа учебных ситуаций, где анализируются вопросы, ответы, ошибки, причины ошибок учащихся, диагноз причин ошибок, внесение поправок, производится управление выдачей указаний, анализ проводится на основе информации, получаемой из устройства 8 моделирования и устройства 4 И анализа и регистрации ответов и состоянияучащихся. Проанализированная информация из устройства анализа учебных ситуаций поступает в устройство 13 определения критериев изменения последовательности заданий, где производится разбиение информации, формирование информации кадра, формирование повторного кадра, определение критериев изменения последовательности изложения заданий. Определение критериев изменения последовательности заданий м осуществляется также на основе информации, поступающей из устройства 11 определения критериев изменения программного обеспечения, где производится определение стратегии оптимизации программного обеспечения, а именно, формирование программ с адаптацией по темпу проработки информа.ции, по разветвленной схеме, по наличиюфакта ошибок, по многоуровневой схеме изложения и т, д. Определение критериев изменения программного обеспечения производится на основании информации, поступающей из устройства 4 анализа и регистрации ответов и состояния учащихся и устройства 1 программного управления, куда подаетсяинформация из устройства 4 анализа и регистрации ответов и состояния учащихся.Устройство 1 программного управления состоит из блока 28 памяти эталонов, информация которых анализируется в блоке 29 анализа эталонов и подается в блок 26 предварительного изменения параметров, на второй вход которого подается информация из блока 25 модели объекта воздействий, которая соединена с устройством 4 системы, изменяющей эту модель в соответствии с информацией анализа ответов и состояния уча ф шихся. Информация из блока 25 модели объекта воздействий и блока 26 предварительного изменения параметров поступает на блок 27 изменения структуры системы, на третий вход которого подается информация из блока 24 принятия решений, второй вход которого соединен с блоком 22 изменения режимов работы, который соединен с блоком 23 памяти программы определяет режимы работ устройства 2 управления восприятием, состоянием и работоспособно о стью учащихся, устройства 3 рефлекторно- установочных воздействий и стимулирования учащихся, устройства 4 анализа и регистрации ответов и состояния учащихся.Блок 27 изменения структуры системы оптимизирует структуру устройства 12 оптимизации обучения по временным параметрам и устройства 9 оценки уровня оптимизации обучения. В устройстве 12 оптимизации обучения по временным параметрам производится измерение времени изучения программы, зр измерение времени изучения элементов программы, прогнозирование времени изучения, обработка этих параметров и оптимизация времени изучения элементов программы и самой программы, В устройстве 9 оценки уровня оптимизации обучения производит- зф ся оценка адаптации по уровню знаний, по наличию ошибки, по темпу проработки учебной информации, по истории обученности, по функциональному состоянию, по вероятностным критериям, по требованию преподавателя. Информация изменения режимов работы из устройства 1 программного управления поступает в устройство 2 управления восприятием, состоянием и работоспособностью учащегося. Устройство 2 служит для изменения стратегии обучения, которое про изводится в блоке 15 на основании информации, поступающей из блока 16 определения условий обучения, второй выход которого соединен с блоком 17 задания уровня учебной информации, третий выход с блоком 19 формирования сигналов воздействий, где формируются сигналы воздействия на учащегося на основании информации, полученной из устройства 5 ввода ответов и реакций учащихся. Блок 16 определения условий обучения выдает информацию на основе информации, поступающей из блока 18 анализа параметров обучения. Информация из блока 19 формирования сигналов воздействия поступает в блок 21 контроля сигналов воздействия и подключает блок коммутации 20, который коммутирует информацию для устройства 3 рефлекторных-установочных воздействий и стимулирования.Предлагаемое изобретение позволяет расширить дидактические возможности системы за счет адаптации к индивидуальным способностям учащихся.Формула изобретения1. Адаптивная система для обучения и контроля знаний и состояния учащихся, содержащая устройство программного управления, подключенное к устройству управления восприятием, состоянием и работоспособ ностью учащихся, устройству рефлекторно- установочных воздействий и стимулирования учащихся и устройству анализа и регистрации ответов и состояния учащихся, соединенному с устройством ввода ответов и реакции учащихся и с аудио-визуальным демонстрационным устройством, устройство управления восприятием, состоянием и работоспособностью учащихся подключено к устройству рефлекторно-установочных воздействий и стимулирования учащихся, соединенному с аудио-визуальным демонстрационным устройством, отличающаяся тем, что, с целью расширения дидактических возможностей системы за счет адаптации к индивидуальным особенностям учащихся, она содержит устройство предварительного анализа деятельности и отбора учащихся, устройство моделирования состояния учащихся, устройство оценки уровня оптимизации обучения, устройство анализа учебных ситуаций, устройство определения критериев изменения программного обеспечения, устройство оптимизации обучения по временным параметрам и устройство определения критериев изменения последовательности заданий, подключенное к устройству рефлекторно-установочных воздействий и стимулирования учащихся, устройству анализа учебных ситуаций и устройству определения критериев изменения программного обеспечения, соединенному с устройством программного управления и устройством анализа и регистрации ответов и состояния учащихся, которое подключено к устройетву анализа учебных ситуаций, устройству моделирования состояния учащихся и устройству оценки уровня оптимизации обучения, соединенному с устройством программного управления и устройством моделирования состояния учащихся, подключенным к устройству анализа учебных ситуаций, устройство оптимизации обучения по временным параметрам соединено с устройством программного управления, устройством анализа и регистрации ответов и состояния учащихся и с уст 734793ройством управления восприятием, состоянием и работоспособностью учашихся2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в ней устройство управления восприятием, состоянием и работоспособностью учащихся содержит блок изменения стратегии обучения, соединенный с блоком определения условий обучения, подключенным к блоку задания уровня учебной информации, блоку анализа параметров обучения и блоку формирования сигналов воздействий, блок коммутаций, соединенный с блоком контроля сигналов воздействий, подключенным к блоку формирования сигналов воздействий.3, Система по и. 1, отличающаяся тем, что в ней устройство программного управления содержит блок изменения режимов работы, соединенный с блоком памяти программы и блоком принятия решений, модель объекта воздействий, подключеннуюк блоку предварительного изменения параметров и к блоку изменения структуры системы, который подключен к блоку предварительного изменения параметров, блок памятиэталонов, соединенный с блоком анализаэталонов, подключенным к блоку предварительного изменения параметров.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе10 1. Авторское свидетельство СССР517038; кл. б 09 В 7/04, 1974,2. Патент США3783257,кл. 6 06 Р 7/39, 1974.3. Авторское свидетельство СССР по заявке2321495/18-24, кл. б 09 В 7/00, 1976н тель А. Ка рло в . Шуфрич К 5 П Состаехред Кираж 4дарствизобреЖ - 35нт, г. нного комитета тени й и открыт Раушская наб Ужгород ул Пактор Ю. Петрушкоаз 223216 ТЦНИИПИ Госпо делам113035, Москва,Филиал ППП Пат орректор Г.одпнсноеСССРйд. 4/5роектная, 4 ешетн