Устройство для обучения

(19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Я ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(56) 1, Авторское свидетельство СССРЮ 285386, кл. О 09 В 7/00, 1970.2. Авторское свидетельство СССРй 546926, кл. 6 09 В 7/07, 1977.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке )г 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 ответови блок индикации, второй вход которого через блок согласования соединен с вторыми выходами пультов обучаемых, третий вход блока индикациичерез первый блок сравнения подключен к второму выходу блока интегрирования, последовательно включенныеблок ввода реакций обучаемых, второйблок сравнения и счетчики, выходыкоторых соединены с вторым входомвторого блока сравнения, и блок син".хронизации, первый и второй выходыкоторого подключены соответственнок входу блока ввода реакций обучаемых и третьему входу блока сравнения,отличающееся тем, что, с целью расширения дидактических возможностей устройства, в него введены последовательно соединенные поро" говый 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 Я 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 соответ" ствующими 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,192ных 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 =Н 4 Н который возрастает при психической напряженности умственной работы 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 автоматизиро. ванными обучающими системами, у учащегося возникает беспокойство по поводу объективности оценки его зна.ний, так как в АОС не исключено возникновение сбоев, Учитывая, что уро" вень 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 45 1 3 0137Изобретение относится к автоматикеи вычислительной технике, в частностик автоматизированным обучающим системам (АОС), и может быть использованокак при обучении, так и при проведении психолого"педагогических экспериментов в ходе учебного процесса.Известно устройство, предназна"ченное для определения трудоемкостиусвбения программы при групповом обучении и содержащее обучающую машиыу,часовой механизм и потенциометр, фазочувствительный усилитель и реле, индикаторы и задатчик расчетного времени И .15Однако известное устройство непозволяет объективно оценить трудоем"кость усвоения программы, так как трудоемкость усвоения программы определяется путем измерения времени с момента выдачи программы до момента положительной средней оценки группыучащихся, что не является объективными показателями сложности и трудоемкости программы. 25Известно. также устройство, содер"жащее пульт преподавателя, пульты обу.чаемых, счетчик. правильных ответов,генератор тактовых импульсов, датчикбиотоков, амплитудный селектор, логические элементы И, счетчик времени,логические элементы ИЛИ, узел определения средней тудоемкости усвоенияпрограммы, сумматор, индикатор, блоксравнения. Это устройство использует 35ся при контроле и обучении для определения трудоемкости усвоения программы, а также группировки учащихсяпо одинаковым уровням трудоемкостиусвоения прбграммиы 2 .Однако реализуемая устройствомоценка программы, а также группировки учащихся по уровням усвоения про- .граммы не являются объективными. Этообусловлено тем, что как для оценкипрограммы,. так и для группировкиучащихся, в качестве основного показателя используется общее время, затраченное на изучение, дозы программы.Данный показатель не является объективным, так как даже простые задания50порой требуют выполнения большогообъема вычислительных работ или же,просмотра большого количества информационного материала.Наиболее близким к изобретению55является устройство для сбучения,3 10437умственной деятельности являются необъективными и не соответствуют реальным способностям и возможностямобучаемых,Кроме того, используемый в известном устройстве способ определениякатакротического отношения, основанный на аналоговой обработке низкочастотного сигнала реоэнцефалограммы,не обеспечивает необходимой высокой 10точности определения напряженностиумственной работы.Все эти недостатки известного устройства приводят к значительному снижению эффективности процесса обуче- :15ния при использовании известного уст"ройстваЦелью изобретения является расширение дидактических возможностейустройства путем увеличения объектив" роности оценки сложности программы игруппировки обучаемых по уровням напряженности умственной работы приизучении программы и выдачи рекомендаций учащемуся в ходе процесса обучения по снятию личностной напряжен-ностиДля реализации цели обучения применен ряд специальных психологопедагогических и технических приемов, ЗоТак, с целью повышения достоверностиоценки сложности программы и группи"ровки обучаемых по уровню напряженности умственной работы путем дифференциации напряженности умственнойработы и личностного неравного напря 35жения, измерение катакротическогоотношения осуществляется по двум ка"налам: по первому каналу на участкелоб-висок (фронтомастоидальное отве"40дение) и по второму каналу на участке лоб-лоб (фронтофронтальное отве-,дение). Это необходимо потому, чтопрямая зависимость между сложностьюзадач и нарастанием катакротицескогоотношения Кк наблюдается только прифронтофронтальном отведении, а показатель Кк при фронтомастоидальномотведении в большей степени харак" .теризует личностную нервную напряженность обучаемого. В то же время,реоэнцефалограммы при фронтофронталь-ном и при фронтомастоидальном отведении различаются при решении разныхзадач, даже у одного человека, и со"отношение между ними изменяется. Определяя напряженность умственной работы по катакротическому отношениюпутем измерения изменения эЛектри" 1 4цеского 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 обуцения, Если катакротицеское отношение К 1 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 знацение Кк 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 уцащихся, 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 обуцаемых, 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 подключенк второму выходу блока интегрирования, последовательно включенные блокввода. реакций обучаемых, второй блоксравнения и счетчики, выходы которыхсоединены с вторым входом второгоблока сравнения, и блок синхронизации, первый и второй выходы которогоподключены соответственно к входу блока ввода реакций обучаемых и, третьему входу второго блока сравнения,введены последовательно соединенныепороговый блок, блок ключей и блокиндикации консультативной информа"ции, второй и третий входы которогоподключены соответственно к третьему 10 15 и четвертому выходам блока синхронизации, а выход - к второму входу блока интегрирования, первый и второйвходы порогового блбка соединены соответственно с первым и вторым выходами второго блока сравнения, второй вход блока ключей подсоединен 20.к второму выходу блока ввода реакцийобучаемых, причем блок индикации кон 25.сультативной информации содержит цепочки из последовательно включенных регистров, узла сравнения и индикато"ра, входы и выходы регитров являютсясоответствующими входами и выходамиблока, при этом блок ввода реакцийобучаемых содержит последовательносоединенные биодатчики, узел усили 30 телей, коммутатор, селектор и аналогоцифровой преобразователь, вход комму" татора и выходы селектора и аналого 35 цифрового преобразователя являются соответственно входом и первым и вторым 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 Н 1 - высота основной волны; Н 2 - высота катакротического зубца.Пульт 1 преподавателя через пульты 2 обучаемых соединен со счетчи" ком 3 правильных ответов. Биодатчики входами селектора 8, а выходы последнего подключены к входам аналого"цифрового преобразователя (АЦП) 9 первой группы 4 и второй группы 5, выполненные в виде электродов, укрепленных на лобной и височнои час 50 тях головы, соединены сузлом 6 уси" лителей, выходы которого соединены с коммутатором 7, представленным. набором коммутаторов по числу рабочих мест, выходы которого соединены с и к входам узлов 1 О и 11 сравнения. Выходы узлов 10 и 11 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 однимивходами 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 делителя27 частоты, выход которого соединен с входом распределителя 28 импульсов, Выход распределителя 28 соединен с входом триггера 29 и входом коммутатора 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 1 о 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 12и 13, преобразователь 16 - блок 33сравнения, ключи 17 - блок 34 ключей,элементы 15 - пороговый блок 35, аинтегратора 22 и 23 - блок 36 инте"грирования,Устройство работает следующим образом,7 10437198 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 нахо"биодатчиков 4 и 5 пропускают слабыйдиться в определенном состоянии, в ток. На выходе биодатчиков 4 иобу- ,данном случае, в состоянии логичесчаемого, начавшего работать над про" ". кого "0".граммой, будет сигнал, форма которого в .", Как только срабатывает узел 11, приведена на фиг. 3. С выходов био- .тактовые импульсы через элемент 13 датчиков 4 и 5 сигналы поступают наначнут поступат на инверсный вход входы узла 6, сигналы нормируются по О: счетчика 14 и на второй вход элеменамплитуде, и с выхода узла 6 поступают на коммутатор 7, где переключение на канал фронтомастоидальногои фронтофронтального отведения осу" та 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 фронтофронталь 35тель 9 работает на участке реоэнце- ном и фронтомастоидальном отведении, Фалограммы а, Ь, с, д (фиг, 2), где т.е. сравнение величин катакротичеспроисходит уменьшение сигнала, токого 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 Кк Выходной код счетчика 14 преобразу"при фронтомастоидальном (сигнал из ется цифроаналоговым преобразователем,- регистра 19) через индикатор 21 будет 16 в сигнал хк, поступающий на вто" . высвечиваться текст рекомендации: рые входы узлов 1 О и 11. При увеличе" :. "Вы работаете в оптимальном темпе, нии сигнала будет срабатывать узел 11, :-продолжайте работу в таком же режи" в результате чего на его выходе будет,: . ме". Если Кк при фронтофронтальном появляться сигнал,.соответствующий .отведении будет меньше К при фрон" уровню 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, успо 14, Момент появления экстремума рео",койтесь, сосредоточтесь на выполнеэнцефалограммы, которому на участке - : нии задания". а, Б, с3 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 ге" . 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 обес- .: цефалограммы О-, Ь, С, 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 ,. 1 сли 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 вход которого поступит сигнал с вы" но, При прохождении сигналов через , хода триггера 29, При переключении блок 8 на, выходе последнегопоявит- ,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 З 0 значению при фронтомастоидальном аналого-цифровой преобразователь 9 и . отведении, будет записан в регистр узлы 1 О и 11 сравнения, Уровни сра- -19. После того, как в регистр .19 бу-, батывания узлов 10 и 11 смещены отно- дет записан код, на схемах сравнения .9 1 ОИУ работы учащегося над дозой учебной информации. С выхода интеграторов 22 после верного ответа на вопрос (по сигналу из пульта 2 учащегося) информация об усредненном значении по каждому учащемуся эа время работы над дозой учебной информации поступает на групповой индикатор 23, в качестве которого используется также цифровой сумматор, С выходов инте О граторов 22 и группового интегратора 23 инФормация поступает на блок 2 М, обеспечивая появление сигналов на его выходах и срабатывание блока 25, при наличии сигнала разрешения 15 иэ 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 25 значение К 1 (сигнал с выхода группо" вого интегратора 23) то в блоке 25 индицируется 1 уровень, если средняя сложность программы для учащегося равна средней сложности программы для ЗО группы учащихся, то индицируетя 11 уровень, если средняя сложность программы для учащегося больше средней сложности программы для группы учащихся, то индицируется 111 уровень,35 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 мате 19 1 Ориала, 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 эмоциональнойпсихической напряженности учащихся.Это преимущество позволяет, с однойстороны, значительно повысить точность и объективность оценки сложности программы, а также группироватьвысакогомогенные группы учащихся,с точки зрения психоэнергетическихзатрат, расходуемых при изучении про"граммы. Я это, в свою очередь, позволяет производить рациональную коррекцию программы, а также усиливать индивидуализацию и адаптацию процессаобучения за счет создания высокогомогенных групп. С другой стороны, этопреимущество позволяет своевременновыдавать рекомендации, необходимыедля снятия личностной эмоциональнойнапряженности учащихся, что особенноважно для эмоционально-реактивныхобучаемых, наиболее подверженных эмоционным стрессам и срывам, а этов свою очередь, повышает активностьобучаемых, обеспечивает им возможность работы в. оптимальном режимеи предотвращает психологические стрессы и срывы.В конечном итоге, усиление индивидуализации и адаптации процесса обучения, рациональная корректировка программы, работа учащихся в оптимальномрежиме и предотвращение психологических срывов, обеспечиваемые устройством при широком использовании его,значительно повышает эффективностьобучения, а следовательно, и улучшают качество подготовки обучаемых вовсех сферах образования.1043719 Фиск ов оставитель А,ехред И.Костик рректор И, Ватрушки едактор Т, Кисел Тираж .488 ПодписноВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д,акаэ 7344/ Патент", г. Ужгород, уф ектная,илиал