СПОСОБ ПОДАЧИ УЧЕБНЫХ ТЕКСТОВ И УПРАВЛЕНИЯ ИХ ВОСПРИЯТИЕМ Российский патент 2003 года по МПК G09B19/00 A61B5/16 

Изобретение относится к области автоматики, в частности к способам контроля, дозирования и ограничения внешней информации с целью индивидуального обучения иностранным языкам и усвоения различных учебных текстов, предъявляемых с помощью звуковых (речевых), светоцветовых (письменных и образных) сигналов с экрана монитора компьютера.

Известен способ управления предъявлением учебных текстов, заключающийся в формировании визуальных сигналов, соответствующих учебному тексту, синхронно с акустическими сигналами и в преобразовании сигнала синхронизации акустических сигналов в оптический сигнал (см. патент РФ 2002312, кл. G 09 В 9/00 от 30.07.91).

Однако известный способ не учитывает колебания чувствительности зрительного и слухового анализаторов обучаемого человека, происходящего в ритмах кровенаполнения в тканях данных анализаторов, т.е. в ритмах пульса и дыхания. Это снижает эффективность восприятия и запоминания обучающей информации.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому способу является способ подачи учебных текстов и управления их восприятием, заключающийся в дискретном поступлении учебной информации с помощью аудио- и видеосигналов согласно программе обучения (см. патент РФ 2042213, кл. G 09 В 9/00 от 15.04.93).

Недостатком и этого известного устройства является то, что обучающая информация подается с постоянными периодами и паузами между ними без учета текущих индивидуальных особенностей чувствительности зрительного и слухового анализаторов. Это снижает восприятие и прочность запоминания информации. Известный способ обучения смысловой информации (иностранные языки, предметные школьные и вузовские знания) не учитывает индивидуальные биоритмологические особенности индивидуума в момент предъявления смысловой информации, дискретность и колебания чувствительности (возбудимости) всех звеньев слухового и зрительного анализаторов (рецепторы, внутренние и наружные коленчатые тела, слуховая и зрительная кора мозга).

Техническим результатом является увеличение восприятия и запоминания учебной информации с учетом текущих индивидуальных особенностей чувствительности зрительного и слухового анализаторов обучаемого.

Достигается это тем, что в способе подачи учебных текстов и управления их восприятием, заключающемся в дискретном поступлении учебной информации с помощью аудио- и видеосигналов согласно программе обучения, согласно изобретению, дискретное поступление учебной информации осуществляют порциями синхронно в моменты совпадения систолы сердца и вдоха обучающегося, а также осуществляют диагностику состояния обучающегося по отношению f_П/f_Д, которое считают оптимальным в диапазоне 3-5, а при выходе из этого диапазона в течение времени, большего 20 дыхательных циклов, временно прекращают выдачу информации для обучения до нормализации этого отношения, где f_П - частота пульса, f_Д - частота дыхания.

Сущность изобретения заключается в дискретном предъявлении учебной информации только в благоприятные фазы ритмов ее восприятия с большей чувствительностью, увеличением внимания и закрепления в памяти, чему соответствуют фазы ритмов увеличения кровенаполнения ткани зрительного и слухового анализаторов (сокращения сердца и вдоха), и выбор соответствующего диапазона отношения частоты пульса к частоте дыхания, который позволяет своевременно предупреждать развитие утомления, снижение внимание и усвоения новой информации в процессе обучения.

Сравнения предлагаемого способа с ближайшим аналогом позволяет утверждать о соответствии критерию "новизна", а отсутствие в аналогах отличительных признаков говорит о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлено устройство, позволяющее реализовать заявляемый способ, а на фиг.2 - временная диаграмма формирования управляющих импульсов.

Устройство содержит датчики 1 и 2 пульса и дыхания, соответственно, которые через соответствующие усилители 3 и 4 и аналого-цифровой преобразователь АЦП 5 и 6 подключены к компьютеру 7, имеющему монитор 8.

В заявляемом способе смысловая информация предъявляется дискретно в виде звукового предъявления слова (или слогов длинного слова) и светового (надпись слова, фразы, картинка, рисунок, формула и т.д. на экране компьютера) только в моменты вдоха и систолы. Причем во время вдоха происходит не менее трех ударов пульса, за это время может быть произнесено по слогам самое длинное слово или даже фраза с гарантией наибольшего внимания и чувствительности даже у пожилого человека. Известно, что старики часто не воспринимают речь по радио или телевизору при большой скорости из-за попадания отдельных слов или слогов в неблагоприятные фазы снижения чувствительности и внимания, при несоответствии с дискретностью восприятия подаваемой информации (лабильность и дифференциальная чувствительность слухового анализатора уменьшается с возрастом).

Другим условием в предлагаемом способе является учет фаз более медленных (чем ритмы пульса и дыхания) ритмов чувствительности, внимания и памяти, т. е. ритмов изменения кровотока и тонуса с периодом около "5" минут, околочасовым и околосуточным. Последний учитывается назначением сеанса обучения в благоприятное время суток (может корректироваться индивидуально по максимальной психоэмоциональной активности, тонусу и вниманию). Неблагоприятные для обучения фазы околочасового (эмпирически это отдых в виде перемен между уроками и лекциями) и околопятиминутного ритмов снижения внимания и эффективности обучения ввиду утомления в предлагаемом способе обеспечиваются непрерывной диагностикой состояния организма человека. При этом контролируют отношение частоты пульса - f_П к частоте дыхания - f_Д, согласно изобретению при значении f_П/f_Д меньше "3" или больше "5" прекращают обучение, причем продолжительность оценки состояния организма по его реакции на действие обучения выбирают равным не менее "20" дыхательным циклам. Это характерное время переходного процесса при изменении вегетативного статуса организма. При f_П/f_Д меньше "3" (что свидетельствует об усталости, сонливости, повышении парасимпатического тонуса относительно симпатического) звуковое обучение заменяют мелодичной активирующей (мобилизующей) музыкой, а зрительную информацию заменяют на экране компьютера забавными яркими картинками (в зависимости от возраста обучающегося). При f_П/f_Д больше "5" в течение не менее "20" дыхательных циклов звуковую смысловую информацию заменяют успокаивающей музыкой, а зрительную - на экране компьютера картинками пейзажей природы с преобладанием светло-зеленого цвета. После возвращения f_П/f_Д в диапазон от "3" до "5" в течение "20" дыхательных циклов или более обучение продолжают.

Проведенные испытания с группой студентов (изучавших ранее только французский язык) с использованием заявляемого способа по освоению английского языка и анатомии человека позволяет судить о возможности широкого его использования. По сравнению с обычным непрерывным обучением заявляемый способ показал увеличение запоминания у "10" студентов в среднем на 15% слов больше (от 4% до 39%), а ошибок при зарисовке анатомического строения при обучении заявленным способом было достоверно меньше.

Для реализации заявленного способа используются стандартные датчики пульса и дыхания, подключаемые через усилители и аналого-цифровые преобразователи к персональному компьютеру через разъем с питанием от компьютера. Датчик пульса представляет собой оптопару (фотодиод, светодиод) и может быть расположен на пальце обучаемого, а датчик дыхания - терморезистор, устанавливаемый в районе носовых отверстий. Прерывание подаваемой звуковой и светоцветовой на экран компьютера информации обычных обучающих программ во время диастолы и выдоха обучающегося человека с помощью установленных на его теле датчиков обеспечивается автоматически с помощью простой программы, вводимой в компьютер. В этой же программе рассчитывается отношение частоты пульса к частоте дыхания, при выходе из диапазона этого отношения также прекращается предъявление информации для обучения. Несмотря на паузы в предъявлении информации, эффективность биоуправляемого дискретного обучения выше, чем при обычном непрерывном за тот же срок. Исключается адаптация, при записи электроэнцефалограммы ЭЭГ амплитуда вызванных слуховых и зрительных потенциалов выше.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Сигналы с датчиков 1 и 2 пульса и дыхания через усилители 3 и 4 и АЦП 5 и 6 поступают в компьютер, где с помощью программы по сигналам с датчиков прерывают предъявление информации в обучающей программе во время диастолы и выдоха и при выходе из нормального диапазона 3-5, в течение 20 дыхательных циклов, вычисляемого в компьютере 7 отношения частоты пульса к частоте дыхания.

Полезность предлагаемого способа заключается в индивидуальном подходе к обучению, благодаря которому предъявляемая смысловая информация быстрее и эффективнее в большем объеме усваивается и стабильнее сохраняется за те же времена обучения и сохранения по сравнению с обычным непрерывным обучением без биоуправления.

Пример 1. На 10 испытуемых в возрасте от 20 до 60 лет оценивали % запоминания 15 слов (названия различных предметов) в течение 90 секунд при предъявлении их на экране компьютера непрерывно (вариант контроля), либо дискретно с появлением надписей и звука (название предмета) только во время систолы и вдоха обучающегося. Перечень предметов на экране компьютера в контроле и в опыте меняли для разных испытуемых. У всех без исключения испытуемых % запомненных слов в независимости от того или иного перечня был выше в опыте (на 1-4 слов). При данном способе биосинхронизации для всех испытуемых запоминалось при биоуправляемом обучении в среднем на 2,4 названия больше (+15,8%), чем при постоянном предъявлении перечня предметов.

Пример 2. Жителям г. Ростова-на-Дону, не бывавшим никогда в г. Москва, предъявлялась на экране компьютера карта Москвы для запоминания названия улиц по маршрутам одинаковой длины и сложности в течение 1 минуты или 4 минут (для более сложных маршрутов), либо непрерывно (контроль), либо дискретно по сигналам с датчиков пульса и дыхания испытуемого. Все 8 испытуемых показали лучшее запоминание названий улиц и более правильное отображение ими на рисунке геометрии маршрутов при биоуправляемом обучении.

Интересно, что испытуемые непроизвольно, вероятно, с учетом субъективной сложности информации меняли соотношение длительности вдоха и выдоха, в одних случаях затягивая вдох (предъявление информации - восприятие новой информации) относительно выдоха, а в других случаях затягивали выдох (отсутствие информации на экране - переработка, консолидация и перевод в долговременную память) относительно вдоха. Именно такая оптимизация фаз процесса обучения может объяснить преимущество дискретного биоуправляемого обучения по сравнению с обычным непрерывным.

Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, особенностью которой является использование биоуправляемого обучения в виде дискретного предъявления информации только в благоприятные моменты ее усвоения и определенного диапазона отношения f_П/f_Д позволяет достигнуть поставленный технический результат.

Способ подачи учебных текстов и управления их восприятием предназначен для использования в системе образования для компьютерного обучения и позволяет повысить эффективность восприятия и запоминания учебной информации с учетом текущих индивидуальных особенностей чувствительности зрительного и слухового анализаторов обучаемого. Дискретное поступление учебной информации осуществляют порциями синхронно в моменты совпадения систолы сердца и вдоха обучающегося. Осуществляют диагностику состояния обучающегося по отношению частоты пульса к частоте дыхания, которое считают оптимальным в диапазоне 3-5. При выходе из этого диапазона в течение времени, большего 20 дыхательных циклов, временно прекращают выдачу информации для обучения до нормализации этого отношения. Подачу учебной информации осуществляют с помощью аудио- и видеосигналов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ подачи учебных текстов и управления их восприятием, заключающийся в дискретном поступлении учебной информации с помощью аудио- и видеосигналов согласно программе обучения, отличающийся тем, что дискретное поступление учебной информации осуществляют порциями синхронно в моменты совпадения систолы сердца и вдоха обучающегося. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют диагностику состояния обучающегося по отношению частоты пульса f_п к частоте дыхания f_д, которое считают оптимальным в диапазоне 3-5, а при выходе из этого диапазона в течение времени, большего 20 дыхательных циклов, временно прекращают выдачу информации для обучения до нормализации этого отношения.