Устройство для обучения Советский патент 1988 года по МПК G09B7/07 

со

00 00

со ел

o

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к автоматизированным системам обучения, может быть использовано как. при обучении, так и при исследовании учебного процесса и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 546926. .

Целью изобретения является расширение дидактических возможностей устройства за счет увеличения объективности оценки сложности программ и группировки обучаемых.

На фиг. 1 приведен вид реоэнцефало- граммы в спокойном состоянии; на фиг. 2 - вид реоэнцефалограммы при активной умственной работе; на фиг. 3 - структурная схема устройства; на фиг. 4 - схема счетчика времени; на фиг. 5 - схема блока определения экстремума; на фиг. 6 - схема блока деления кодов; на фиг. 7 - схема блока интегральной оценки; на фиг. 8 - схема распределителя импульсов; на фиг. 9 - временные диаграммы сигналов.

Пульт 1 преподавателя через пульты 2 обучаемых соединен со счетчиком 3 правильных ответов. Кроме того, пульт преподавателя соединен с генератором 4 тактовых импульсов. Датчики 5 биотоков, установленные у каждого учаплегося, служат для выделения а-ритмов мозга. Выходы датчиков 5 биотоков соединены с входами амплитудного селектора 6. Первые входы элементов И 7 соединены с генератором 4 тактовых импульсов, вторые входы - с пультами 2 обучаемых, третьи входы - с выходами селектора 6. Е1ыходы элементов И 7 соединены с первыми входа,ми счетчиков 8 времени и первыми входами элемента ИЛИ 9, выходы которого через узел 10 определения средней трудоемкости усвоения программы соединены с входами сумматора 11, первый выход которого соединен с первым входом индикатора 12. К первым входам блока 13 сравнения подключены выходы счетчиков 8 времени, к вторым входам - второй выход сумматора 11, а выходы блока 13 сравнения соединены с вторыми входами индикатора 12. Индикатор 12 соединен третьим входом с выходом счетчика 3 правильных ответов. Датчики 14 биотоков подключены к входам аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 15, выходы которых соединены с первыми входами блоков 16 определения экстремума, у которых выходы подключены к входам блоков 17 деления кодов. Первые входы блоков 18 интегральной оценки подключены к выходам блоков 17, вторые входы - к выходам элементов И 7, третьи входы - к выходу распределителя 19 импульсов, а выходы - к вторым входам счетчиков 8 времени и элемента ИЛИ 9. При этом пульт 2, датчик 5, элемент И 7, счетчик 8, датчик 14, АЦП 15 и блоки 16--18 образуют канал 20 обучаемого (число каналов 20 равно числу обучаемых).

Счетчик 8 (фиг. 4) включает логический элемент ИЛИ 21, входы которого являются входами счетчика 8, а его выход подключен к входу счетчика 22, выход которого является выходом счетчика 8.

Блок 16 (фиг. 5) включает регистры 23- 25, компараторы 26 и 27, регистр 28, логический элемент И-НЕ 29, логический элемент ИЛИ 30, делитель (на 2) 31, компаQ ратор 32, коммутатор 33, логический элемент ИЛИ 34 и инвертор 35. Данный блок необходим для выделения экстремума на кривой реограммы (фиг. 1 и фиг. 2) с целью последующего определения катакротического отношения.

Блок 17 (фиг. 6) включает делитель 36, входы которого являются первым и вторым входами блока 17, и регистр 37, вход которого является третьим входом блока 17, а выход - выходом блока 17. Делитель 36 при

этом выполняет функции деления двух чисел (Яа и , а затем умножения результата на N.

Блок 18 (фиг. 7) содержит двоично- десятичный счетчик 38, стоящий на втором

5 входе блока 18, логический элемент ИЛИ 39, стоящий на третьем входе блока 18, компаратор 40, стоящий на выходе блока 18, и регистр 41, стоящий на первом входе блока 18. Блок 18 осуществляет определение трудоемкости усвоения программы с учетом

0 затраченного времени и психической напряженности умственной работы в процессе обучения.

Распределитель 19 (фиг. 8) содержит последовательно включенные генератор 42 импульсов. Счетчик 43 и дешифратор 44, выхо5 ды которого являются выходами распределителя 19.

Устройство работает следующим образом. Учащиеся получают программу, после чего с пульта 1 включаются все блоки устр ройства. Генератор 42 вырабатывает импульсы, которые поступают на вход счетчика 43. Дешифратор 44 преобразует двоичный код счетчика 43 в позиционный, обеспечивая синхронную работу устройства.

Через биодатчик 14 протекает слабый ток.

5 Сигнал с него поступает на АЦП 15, где он усиливается по уровню и преобразуется в цифровой вид.

Регистры 23-25 работают таким образом, что первым синхросигналом (фиг. 9, t/i) состояние регистра 24 переписывается в ре0 гистр 25, вторым синхросигналом (Uz) - регистра 23 в регистр 24, а третьим синхросигналом (Us) - из АЦП 1.5 в регистр 23. Таким образом, результат измерения высоты волны реоэнцефалограммы в момент записи Hi, Я,+ 1 и Hi+2 заносится следующим

5 образом: Н,- - в регистр 25, Д+i - в регистр 24, Hi+2 - в регистр 23. На выходе компаратора 26 сигнал с уровнем логической «1 появляется только в том случае, еели Hi+ //,+2, а на выходе компаратора 27 сигнал с уровнем логической «1 появляется только при Я+1 fii- Таким образом, на выходе элемента И- НЕ 29 появляется отрицательный перепад напряжения, когда /// Я,+ , т. е. при нахождении экстремума. Этот перепад напряжения изменяет состояние делителя 31 на противоположное. Если на выходе элемента И-НЕ 29 логический «О (т. е. экстремум реоэнцефалограммы) и на выходе делителя 31 логический «О, то пятый синхроимпульсам/у) через элемент ИЛИ 30 переводит регистр 28 в режим записи из ре гистра 24 //,+ 1-го значения измерения, т. е. экстремума. При появлении следующей экстремальной точки реоэнцефалограммы на выхо де делителя 31 появляется логическая «1, а на выходе инвертора 35 - логический «О. На втором входе элемента ИЛИ 34 также появляется сигнал логического «О и седьмой синхроимпульс (f/y) через элемент ИЛИ 34 поступает на регистр 37. Компаратор 32 сравнивает экстремум, хранимый в регистре 28, с текущим экстремумом в регистре 24 и вырабатывает управляющий сигнал на коммутатор 33, который в свою очередь переключает щины регистров 24 и 28 так, что в делителе 36 происходит деление мень- щего значения экстремума на большее. Результат деления, т. е. катакротическое отношение, записывается седьмым синхроимпульсом в регистр 37. При этом генератор 4 подает тактовые импульсы на первые входы элементов И 7. Если учащийся активно работает над программой, то его датчик 5 совместно с амплитудным селектором 6 фиксирует момент депрессии а-ритмов мозга и подает сигнал на один вход элемента И 7, на другой вход которого до момента ввода правильного ответа учащимся поступает сигнал с пульта 2. В результате этого тактовые импульсы через элемент И 7 поступают на счетчик 8, на элемент ИЛИ 9 и на счетчик 38. Компаратор 40 сравнивает состояния счетчика 38 и регистра 41, в котором хранится результат катакротического отношения. Если состояние счетчика 38 меньще или равно состоянию регистра 41, то на выходе компаратора 40 будет логический «О. Сигнал этого уровня разрешает прохождение импульсов от элемента И 7 на счетчик 8 и на узел 10 через элемент ИЛИ 9. При.превышении состояния счетчика 38 над состоянием регистра 41 на выходе компаратора 40 появляется логическая «1, которая останавливает счетчик 8 и запрещает прохождение импульсов через элемент ИЛИ 9. Таким образом, результат операций блока 18 означает умножение времени активной работы студента (/о) на величину катакротического отношения (/CK)- При заполнении счетчика 38 на его втором выходе появляется сигнал с уровнем логического «О, который разрешает прохождение восьмого синхроимпульса (Us) через элемент ИЛИ 39 в регистр 41, и в него записывается новое значение катакротического отношения.

Для объективной оценки напряженности работы студентов необходимо, чтобы время заполнения счетчика 38 не превышало периода следования импульсов реоэнцефалограммы. Частоту генератора 42, разрядность регистров 23-25, 28, 37 и 41, компараторов Р 26, 27, 32 и 40 и делителя 36 следует выбирать также из соображений необходимой точности измерений.

Значение вычислений средней трудоемкости усвоения программы с выхода узла 10

5 поступает на сумматор 11. С выхода последнего сигнал поступает на входы блока 13 сравнения и на индикатор 12. На входы блока 13 поступает также сигнал от счетчика 8, а с выхода блока 13 - на индикатор 12. Однако индикатор 12 не обеспечивает ви зуальной индикации из-за отсутствия сигнала разрешения из счетчика 3. Если учащийся перестает активно работать над программой, т. е. отвлекается, датчик 5 совместно с амплитудным селектором 6 фиксирует

5 момент восстановления а-ритмов мозга и подает сигнал запрета на элемент И 7, в результате чего тактовые импульсы перестают проходить через него. По возобновлении активной деятельности учащимся вновь фиксируется момент депрессии а-ритмов мозга и

0 элемент И 7 открывается. Так работа проходит до момента ввода учащимся правильного ответа. В этом случае из пульта 2 сигнал правильного ответа поступает в счетчик 3, а сигнал запрета - на элемент И 7. Таким образом, к моменту усвоения

5 программы учащимся в счетчик 8 записано время его активной работы над программой, умноженное на напряженность умственной работы. В сумматор 11 из канала данного учащегося через элемент ИЛИ 9 и узел 10 записано время активной работы учащегося, умноженное на напряженность умственной работы и деленное на число учащихся в группе. Аналогичным образом происходит работа устройства параллельно для каждого учащего5 ся. Когда все учащиеся дадут правильные ответы, в счетчиках 8 записано время активной работы каждого учащегося, умноже- ное на напряженность его работы над программой, а в сумматоре 11 - общее время активной работы всех учащихся над

0 программой, умноженное на напряженность работы и деленное на число учащихся в группе, т. е. средняя интегральная оценка трудоемкости усвоения программы.

Одновременно из счетчика 3 поступает 5 сигнал разрешения на индикатор 12. В этом случае индикатор 12 обеспечивает визуальную индикацию средней интегральной трудоемкости усвоения программы. Сигналы от

0

счетчика 8 и от сумматора 11, поступающие в блок 13, обеспечивают появление сигналов на выходах блока 13 и срабатывание индикатора 12. При этом, если интегральная трудоемкость работы учащегося (сигнал со счетчика 8) меньше средней интегральной трудоемкости усвоения программы (сигнал сумматора II), то индицируется «I уровень в индикаторе 12; если интегральная трудоемкость работы учащегося равна средней интегральной трудоемкости усвоения программы, то индицируется «II уровень ; если интегральная трудоемкость работы больще средней интегральной трудоемкости усвоения программы, то индицируется «111 уровень.

Предлагаемое устройство помимо времени, затраченного обучаемыми на изучение программы, опре деляет также напряженность умственной работы во время изучения программы. Учет времени работы над программой и учет умственной напряженности, позволяют находить такой обобщенный показатель сложности освоения программы, как интегральная трудоемкость программы. Это, в свою очередь, позволяет точно и объективно оценивать сложность программы для каждого обучаемого, группировать вы- сокомогенные группы учащихся относительно трудности усвоения ими учебного материала, т. е. с точки зрения психоэнергетичес0

0

5

ких затрат обучаемых. Все это в конечном итоге позволяет значительно повысить эффективность обучения.

Формула изобретения

Устройство для обучения по авт. св. № 546926, отличающееся тем, что, с целью расщирения дидактических возможностей устройства, в него введены дополнительные датчики биотоков, аналого-цифровые преобразователи, блоки определения экстремума, блоки деления кодов, блоки интегральной оценки и распределитель импульсов, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих блоков определения экстремума и первыми информационными входами соответствующих блоков интегральной оценки, вторые информационные входы и управляющие входы которых подключены к выходам соответствующих блоков деления кодов и элементов И соответственно, а выходы - к счетным входам соответствующих счетчиков времени и соответствующим входам элемента ИЛИ, входы аналого-цифровых преобразователей соединены с выходами соответствующих дополнительных датчиков биотоков, а выходы - с вторыми входами соответствующих блоков определения экстремума, выходы которых подключены к входам соответствующих блоков деления кодов.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к автоматизированным системам обучения, и может быть использовано как при обучении, так и при исследовании учебного процесса. Устройство содержит пульт 1 преподавателя, пульты 2 обучаемых, счетчик 3 правильных, ответов, генератор 4 тактовых импульсов. первые датчики 5 биотоков, амплитудный селектор 6, логические элементы И 7, счетчики 8 времени, логический элемент ИЛИ 9, узел 10 определения средней трудоемкости усвоения программы, сумматор II, индикатор 12 и блок 13 сравнения. Кроме того, с целью расширения дидактических возможностей устройства за счет увеличения объективности оценки сложности программ и группировки обучаемых в устройство введен распределитель 19 импульсов и в каждый канал 20 обучаемого дополнительно введены датчик 14 биотоков, аналого-цифровой преобразователь 15, блок 16 определения экстремума, блок 17 деления кодов и блок 18 интегральной оценки (трудоемкости). При этом блок 18 интегральной оценки состоит из двоично-десятичного счетчика, логического элемента ИЛИ, компаратора и регистра. 9 ил. S (Л

Фи,1

Фив, 2

От блохам /5

К 5лок 17

;jr

Фиг,

Фиг. 5

От ff/юма 16

SAOKIJ 18 .б элемента От $лока 17

1

JP-

К счетчик1/ 8 и ЭАемемт11 д

Фиг. 7

Фиг.8

i/jt

тг

Г t

te.