Адаптивное обучающее устройство

О П И С А Н И Е, 64 ОЗ 54ИЗОБЕЕТЕНия К АВТОВСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(43) Опубликовано 1) М. Кл."- 609 В 7 Государственнын комитет СССР о делам изобрегенн и открытий.12 45) Дата опубликования описания 30.12.78) Заявител вский политехнический институт им. В. В. Куйбышева 4) АДАПТИВНОЕ ОБУЧ вто- астжет ных Изобретение относится к области а матики и вычислительной техники, в ч ности к обучающим устройствам, и мо быть использовано в различных учеб заведениях,Известны адаптивные обучающие устройства, используемые для обучения учащихся по адаптивным программам,Одно из известных адаптивных обучающих устройств содержит обучающую машину, блок обработки ответов, вычислительный блок, блок формирования сигналов рассогласования, реверсивный коммутатор программы и пересчетную схему 11, Это устройство содержит сложный вычислительный блок, вычисляющий отношение числа правильных ответов к общему числу ответов и сложный блок формирования сигналов рассогласования, сравнивающий вычисленное отношение с заданными критериями и выдающий сигнал рассогласования.Другое известное адаптивное обучающее устройство имеет блок связи с вычислителем, дешифратор, блок ввода, управляемый диапроектор, экран, блок фотодатчиков, логический блок, блок оценок, блок индикации и вычислитель 2.Это устройство имеет сложный блок связи с вычислителем, усложненный логичеАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВОИгл. 1,М Ч .,.,2ский блок, позволяющий управлять кинопленкой самостоятельно и по сигналам из вычислителя. Кроме того, устройство предполагает наличие длинных линий связи, 5 наличие блоков передачи и приема информации, наличие приоритетной схемы, поз воляющей переходить от решения текущей задачи к обслуживанию обучающего устройства, а также необходимо программное 10 обеспечение.Наиболее близким техническим решением к настоящему изобретению является адаптивное обучающее устройство, содержащее блок ввода ответов и памяти, вто рой и третий входы которого подключенысоответственно к выходам регистра адреса и блока сравнения адресов, а выход - ко входу блока воспроизведения учебной информации, соединенного с правым входом 20 блока сравнения адресов, вторым входомблока сравнения ответов, первым входом регистра адреса, первым входом счетчика ошибок и входом блока определения признаков, выходы которого подключены ко 25 второму входу блока сравнения адресов,третьему входу блока сравнения ответов и первому входу блока управления, второй вход блока управления соединен с выходом блока сравнения ответов, первый выход - 30 со вторым входом регистра адреса, второй55 00 65 выход - со вторым входом счетчика ошибок, подключенного к блоку индикации, выход регистра адреса соединен с третьим входом блока сравнения адресов 31.Недостатком известного устройства является невысокая степень адаптации, из-за чего невозможна реализация ветвлений в зависимости от количества ранее сделанных ошибок, что необходимо для реализации многоуровневых обучающих программ, в которых один и тот же материал изложен несколько раз с различными степенями трудности.Причинами нсдостатков перечисленных выше устройств являются отсутствие блока, сравнивающего предысторию обучения учащегося с эталонами предыстории и отсутствие связей, позволяющих перекодировать код ответа учащегося в адрес следующего кадра в зависимости от результатов сравнения предыстории обучения.Целью изобретения является повышение точности обучения.Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит блок сравнения величин ошибок, три входа которого подключены к выходам счетчика ошибок, блока воспроизведения учебной информации и блока определения признаков, а выход - к третьему входу блока управления.На фиг, 1 приведена блок-схема адаптивного обучающего устройства; фиг. 2 - четыре типа кодов со схематическим изображением блока воспроизведения; фиг. 3 - внешний вид участка кинопленки с информационными кадрами и кодами; фиг. 4 - функциональная схема вычислителя,Предлагаемое адаптивное обучающее устройство содержит блок ввода ответов 1, соединенный с первыми входами блоков сравнения ответов 2 и памяти 3, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам регистра адреса 4 и блока сравнения адресов 5, а выход - ко входу блока воспроизведения учебной информации 6, соединенного с первым входом блока сравнения адресов 5, вторым входом ,блока сравнения ответов 2, первым входом регистра адреса 4, первым входом счетчика ошибок 7 и входом блока определения признаков 8, выходы которого подключены ко второму входу блока сравнения адресов 5, третьему входу блока сравнения ответов 2 и первому входу блока управления 9, второй вход блока управления 9 соединен с выходом блока сравнения ответов 2, первый выход - со вторым входом регистра адреса 4, второй выход - со вторым входом счетчика ошибок 7, подключенного к блоку индикации 10, выход регистра адреса 4 соединен с третьим входом блока сравнения адресов 5, блок сравнения величин ошибок 11, три входа которого подключены к выходам счетчика ошибок 7, блока воспроизведения учебной информации 6 и блока 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 определения признаков 8, а выход - к тре. тьему входу блока управления 9.Блоки 2, 4, 5, 7, 8, 9, 11 объединены в вычислитель 12.Блок ввода ответов 1 состоит пз цифро буквенных кнопок ввода ответов, дешифратора, триггеров запоминания ответов и реле запуска лентопротяжного механизма.Блок памяти 3 содержит носитель ипформации на кинопленке с нанесенными на ней информационными кадрами и кодами управления и реверсивный лентопротяжный механизм.Блок воспроизведения учебной информации 6 состоит из однотипных фотоэлектрических усилителей, преобразующих фото- сигналы в электрические импульсы и усиливающие их, блок индикации 10 содержит ждущий мультивибратор и индикаторную лампу неправильно.Перед рассмотрением работы устройства необходимо рассмотреть кодировку кинопленки (фиг. 2).В предлагаемом устройстве программа имеет четыре типа кодов 13, 14, 15, 16 с различными функциями в управлении работой устройства.Коды типа 13 содержат код возможного ответа 17, предназначенный для сравнения с кодом ответа, разряд обязательное сравнение 18, необходимый для безусловного сравнения с кодом ответа, разряд неправильно 19, предназначенный для занесения одного штрафного балла в счетчик ошибок 7, и отличительный признак 20, служащий для опознавания кодов типа 13 вычислителем 12. Отличительный признак 20 содержит такую комбинацию кодов в своих разрядах, которая является запретной для кодов других типов, например 3-й снизу разряд светлый, а 2-й снизу разряд темный.Коды типа 14 содержат код возможного числа ошибок 21, служащий для сравнения с кодом числа ошибок, хранящимся в счетчике ошибок, разряд обязательное сравнение 22, предназначенный для безусловного сравнения с кодом числа ошибок, и отличительный признак 23, предназначенный для опознавания типа кода вычислителем (3-й снизу разряд темный, а 2-й снизу разряд светлый). Коды типа 15 содержат адрес следующего кадра 24, по которому нужно искать следующий кадр, и отличительный признак 25, предназначенный для опознавания типа кода вычислителем (2-й и 3-й разряды снизу темные).Коды типа 16 содержат код кадра 26, являющийся двоичным номером кадра и предназначенный для сравнения с адресом следующего кадра, и отличительный признак 27 (2-й и 3-й разряды снизу светлые). Один разряд кода типа 16 в данном устройстве не используется, но его можно при 640354меиить, например, для включения синхронизированного магнитофона.В кодах всех типов существует один служебный разрез - маркер 28, предназначенный для формирования разрешающего сигнала на считывание 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 29 подается на остальные фотоэлектрические усилители 30 - 35 в,.качестве разрешающего. В работе вычислителя 12 он не принимает участия и поэтому на фиг, 4 не показан.На фиг. 2 дано также схематическое изображение блока воспроизведения 4 с фотоэлектрическими усилителями 30 - 35. Это необходимо для того, чтобы показать, с каких усилителей считываются соответствующие разряды кодов, что понадобится для рассмотрения работы вычислителя 12 по функциональной схеме (фиг, 4) .На пленке-программе 36 (фиг. 3) нанесены кадр с вопросом 37, кадры с разъяснениями 38 и коды управления типов 13, 14, 15, 16. Коды управления расположены между кадрами, причем количество кодов, относящихся к одному кадру, может быть различным, что зависит от количества ветвей от данного кадра, Например, от кадра 37 возможно семь ветвлений к кадрам 38, что зависит от ответа учащегося и предыстории обучения. Переходы показаны стрелками,Коды управления расположены группами, Каждая группа относится к одному кадру и расположена рядом с кадром справа от кадра, Коды чередуются по типам в определенной закономерности. Рядом с кадром стоят код типа 16, предназначенный для перехода к данному кадру, затем последовательность кодов, необходимых для переходов от данного кадра, в начале которой стоит код (коды) типа 13 (коды возможных ответов), затем код (коды) типа 14 (коды возможного числа ошибок), потом код типа 15 (адрес следующего кадра), затсм опять код (коды) типа 13, код (коды) типа 14 (коды возможного числа ошибок) и код типа 15 и т. д,Вычислитель 12 содержит логические элементы эквивалентности 39, 40, 41, элементы И 42 - 54, элементы ИЛИ 55, 56, инвертор 57, элементы памяти 58 - 62, элемент задержки 63, ждуший мультивибратор 64,Ллаптивное обучающее устройство рабо тает следующим образом (фиг 1).После ввода учащимся ответа, блок ввода ответов 1 подает код ответа в вычислитель 12 и подает сигнал запуска лентопротяжного механизма в блок памяти .3. Во время движения кинопленки управляющие коды проходят мимо фотодатчиков блока воспооизведения 6, считываются усилиБМются и подаются в вычислиель 12, которыйна основе кода ответа и кодов, считываемых с кинопленки, осуществляет поискнужного кадра, Коды считываются последо 5 вательно (на фиг, 3 слева направо), вовремя движения кинопленки. Код ответапоступает в блок сравнения ответов 2.В этот блок поступают сигналы от разрядов блока воспроизведения 6 с фотоэлект 10 рических усилителей 30 - 32, считывающихкоды возможных ответов и разряд обязательное сравнение, а из блока определенияпризнаков 8 поступают сигналы о считывании кодов типа 13.15 В исходном состоянии вычислитель 12реагирует только на коды типа 13. Присравнении кода ответа с кодом возможногоответа и при наличии сигнала из блока 9блок 2 выдаст сигнал сравнения в блок уп 20 равления 10,Если ни один из предусмотренных кодоввозможных ответов не сравнился с кодомответа (учащийся отметил не предусмотренным образом), то придет код типа 13, стоя 25 щий последним среди кодов типа 13, в котором содержится разряд обязательноесравнение, и при считывании такого кодаблок 2 выдаст сигнал сравнения в блокправления 930 В блок определения признаков 8 поступают сигналы из разрядов блока воспроизведения 6, занятых отличительными признаками, а из блока 8 поступают разрешающие сигналы о наличии типа кода в блок35 сравнения ответов 2, если считываемыйкод является кодом типа 13, в блок сравнения ошибок 11, если считываемый кодотносится к типу 14, в блок управления 9,если код относится к типу 15, и в блок40 сравнения адресов 5, если это код типа 16.Блок управления 9 по сигналу из блока2 производит запоминание наличия сравнения кода ответа и кода возможного ответаи выдает кратковременный сигнал на за 45 пись ошибки в счетчик ошибок 7 и если всравниваемом коде типа 13 закодировансигнал неправильно, который пз блока 6подается в счетчик ошибок 7, то при совпадении двух сигналов блок 7 регистрирует50 ошибку, Одновременно блок 7 подает кратковременный сигнал в блок индикации 10,который увеличивает длительность сигналаи индицирует ошибку.После запоминания сигнала сравнения55 кода возможного ответа с кодом ответаблоком 9 вычислитель 12 в дальнейшемреагирует только на коды .тяпа 14. Присчитывании кода типа 14 блок определенияпризнаков 8 подает разрешающий. сигнал60 в блок сравнения ошибок 11, по которомукод возможного числа ошибок поступаю.щий из блока воспроизведения 6 в блок 11,сравнивается с кодом числа ошибок, поступающим из счетчика ошибок 7 в блок 11,Пои псоазоя "ном соавнени затих кодов640354 7блок 11 выдает сигнал сравнения кода возможного числа ошибок в блок управления 9. Для уменьшения количества кодов типа 14, в этих кодах предусмотрен разряд обязательное сравнение и если ведутся ветвления по числу ошибок (например, при отсутствии ошибок должна выдаваться программа повышенной трудности, при 1 илн 2 ошибках должна выдаваться программа средней трудности и при трех и большем 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 сравнснному коду возможного ответа, ставится код типа 14 с обязательным сравнением (он заменит группу кодов типа 14 с тремя и большим числом ошибок).В случае, если не произошло сравнение кода возможного числа ошибок для программы повышенной трудности, то придет код типа 14 с разрядом обязательное сравнение, блок 6 выдаст сигнал обязательное сравнение в блок 11, который выдаст сигнал сравнения в блок управления 9.Блок 9 производит запоминание наличия сравнения и в дальнейшем вычислитель 12 реагирует только на коды типа 15. Первый пришедший код типа 15 вызывает появление сигнала из блока 8 в блок 9, который вырабатывает разрешающий сигнал на запись адреса следующего кадра в регистр адреса 4. Адрес следующего кадра, содержащийся в коде типа 15 и поступающий из блока 6 в блок 4, записывается в регистр адреса 4 и запоминается на время поиска следующего кадра. Выдача разрешающего сигнала блок 9 запоминает и повторных сигналов не выдает, а вычислитель 12 в дальнейшем реагирует только на коды типа 16.Адрес следующего кадра содержит разряд направления движения реверс и если нужный кадр находится в стороне, противоположной первоначальному направлению движения кинопленки, то регистр адреса 4 выдает сигнал реверс в блок памяти 3, по которому направление движения кинопленки изменится на противоположное.Блок сравнения адресов 5 производит поразрядное сравнение адреса следующего кадра, приходящего из регистра адреса 4, и кода кадра, приходящего из блока воспроизведения 6 при наличии разрешающего сигнала из блока определения признаков 8 (о наличии кода типа 16). При поразрядном сравнении блоком 5 выдается сигнал на остановку лентопротяжного механизма в блок памяти 3,Цикл поиска.может быть без сравнения кода ответа. При организации линейного участка программы переход от кадра к кадру можно осуществить с помощью одного кода типа 16, в котором код кадра - все нули, так как в исходном состоянии регистр адреса находится в нулевом состоянии и при считывании кода типа 16 с нулевым кодом кадра происходит сравнение с нулевым адресом, блок 9 выдает сигнал о наличии признака кода типа 16 в блок 8, а блок 8 формирует сигнал на останов лентопротяжного механизма, который поступа ет в блок памяти 3.Работа предлагаемого устройства пофункциональной схеме происходит следующий образом.ГГрй вводе ответа блок ввода ответов 1 15 подаеткод ответа на элементы эквивалентности 39 и запускает лентопротяжный механизм в блоке памяти 3. Во время движения кинопленки коды управления считываются и усиливаются блоком воспроизведе ния 6 и с выходов усилителей 30 - 35 поступают в вычислитель 12.Сигналы с усилителей 34, 35, воспринимающих отличительные признаки, поступают в блок определения признаков 8. Если 25 считываемый код относится к типу 13, тона выходах усилителей 34, 35 появятся сигналы 1 и 0 соответственно, и после инвертирования нулевого сигнала элементом 57 появится сигнал на выходе элемента И 44, 30 который поступает в блок сравнения ответов 2, Если считываемый код относится к типу 14, то аналогично сигнал появляется на выходе элемента И 47 и поступает в блок сравнения ошибок 11, если считывае мый код является кодом типа 15, то разрешающий сигнал из блока определения признаков 8 с элементов И 46 поступает в блок управления 9, и если считываемый код относится к типу 16, то сигнал с эле мента И 45 поступает в блок сравненияадресов 5.В исходном состоянии вычислитель 12ищет код типа 13, код возможного ответа которого сравнится с кодом ответа, Сигна лы с усилителей 30 - 31 поступают на элементы эквивалентности 39 и при поразрядном сравнении с кодом ответа появится сигнал на выходе элемента 42, этот сигнал поступает на элемент ИЛИ 55, на второй вход которого приходит сигнал с усилителя 32, считывающий разряд обязательноеср авнение.На выходе элемента 43 сигнал сравненияпоявится только в случае, если считываемый код относится к типу 13, и на выходе элемента И 44 присутствует разрешаюьций сигнал. Сигнал сравнения кода ответа и кода возможного ответа с выхода элемента 43 поступает в блок управления 9 и опроки дывает элемент памяти 58, который запускает ждущий мультивибратор 64, выдающий кратковременный разрешающий сигнал в счетчик ошибок 7 на запись ошибки, Ошибка засчитывается и индипируется, .есбз ли в коде типа 13, в котором произошлосравнение кода возможного ответа с кодом ответа, закодирован разряд неправильно. Сигнал управления через элемент И 50 поступает на счетчик из триггеров 61 и в блок индикации 10.При опрокидывании элемент 58 подает разрешающий сигнал на элемент И 48, разрешая прием сигнала сравнения кода возможного числа ошибок с кодом числа ошибок, хранящихся на триггерах 61. В этом состоянии вычислитель 12 реагирует только на коды типа 14, Во время прохождения кода типа 14 код возможного числа ошибок из блока воспроизведения 6 поступает в блок сравнения ошибок 11 на элементы эквивалентности 40. При сравнении этих кодов сигнал сравнения с элемента И 51 поступает через элемент ИЛИ 56, через элемент И 52 (на второй вход элемента И 52 поступает разрешающий сигнал из блока 8 о наличии признака кода типа 14) и через элемент И 48 (на втором выходе И 48 в этот момент присутствует разрешающий сигнал, см. выше) на триггер 59, который запоминает наличие сравнения кода возможного числа ошибок с кодом числа ошибок и подает разрешающий сигнал на элемент И 49, подготавливая цепь выдачи разрешающего сигнала на запись адреса следующего кадра. Для адреса с наибольшим числом ошибок придает код возможного числа ошибок с перфорацией обязательное сравнение. В этом случае цепь срабатывания триггера 59 будет такой: усилитель 33 - ИЛИ 56 - И 52 - И 48 - элемент задержки 59.После опрокидывания элемента 59 первый же пришедший код типа 15 вызывает появление сигнала а выходе элемента 46 в блоке определения признаков 8, с которого поступает в блок управления 9 на элемент совпадения 49. С выхода элемента 49 сигнал подается в регистр адреса 4 на элемент И 53, По этому сигналу адрес следующего кадра с усилителей 30 - 33 записывается в регистр адреса 4 на элементы 62.Разрешающий сигнал на выходе схемы 49 появляется на короткое время, определяемое элементом задержки 60. Через время задержки срабатывает элемент 60, запоминая наличие записи,и подает запрещающий сигнал на элемент 49, что необходимо для .чнквндацнн повторной записи.С одного нз элементов 62 снимается сигнал реверс, поступающий в блок памяти 3, которыи н 1 н 1111 чуется для управлгния направлене 1 перемотки киноп,ченкн, Сигналы с остальных элементов 62 поступают в блок сравнения адресов 5 на элементы эквивалентности 41, которые производят поразрядное сравнение адреса следующего кадра и кода кадра, поступающего из блока воспроизведения 6 с усилителей 30 - 32.При поразрядном сравнении кодов появляются сигналы на выходах элементов 41,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 если считываемый код относится к типу 16, то придет сигнал из блока 8 на элемент совпадения 54. С выхода элемента И 54 снимается сигнал остановка лентопротяжного механизма, поступающий в блок памяти 3. По этому сигналу лентопротяжный механизм в блоке 3 останавливается и фиксирует нужный кадр с информацией.Применение данного устройства позволяет реализовать многоуровневые обучающие программы, в которы.; один и тот же материал изложен несколько раз с различными степенями трудности, при обучении по которым сильные учащиеся будут обучаться по программе с высоким уровнем изложения, а слабые учащиеся будут обучаться по программе с низким уровнем изложения.Применение многоуровневых обучающих программ повышает качество обучения и сохраняет у сильных учащихся интерес к обучению, а знания более слабых учащихся, благодаря более подробному объяснению материала, доводятся до уровня сильных учащихся. Формула изобретения Адаптивное обучающее устройство, содержащее блок ввода ответов, соединенный с первыми входами б,чоков сравнения ответов и памяти, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам регистра адреса и блока сравнения адресов, а выход - ко входу блока воспроизведения учебной информации, соединенногос первым входом блока сравнения адресов, вторым входом блока сравнения ответов, первым входом регистра адреса, первым входом счетчика ошибок и входом блока определения признаков, выходы которого подключены ко второму входу блока сравнения адресов, третьему входу блока сравнения ответов н первому входу блока управления, второй вход блока управления соединен с выходом блока сравнения ответов, первый выход - со вторым входом регистра адреса, второй выход - со вторым входом счетчика ошибок, подключенного к блоку индикации, выход регистра адреса соединен с третьим входом блока сравнения адресов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности обучения, оно содержит блок сравнения величин ошибок, три входа которого полключень к выходам счетчика ошибок, блока воспроизведеня хче 1ноий ннформа 1 ин и блока определения признаков, а выход - к третьему входу блока управления.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Юо 193179, кл, 6 09 В 7/02, 1967.2. Авторское свидетельство СССР Яо 327510, кл, б 09 В УЙ 2, 1972,640354 12 6 11 3. Заявка2184468/24, М., кл, б 09 В 7/02, 1975, по которой принято положитель ное решение о выдаче авторского свидетельства.,Техред С. Антипенко Корректор 3. Тарасов актор Ю. Челюкаиов Подписнооткрытий каз 2356/12 Изд.811НПО Государственного комитета113035, Москва, Ж Типография,Сапунов 11Тираж 502 СР по делам изобретени Раушская наб., д. 4/5