Устройство для обучения Советский патент 1982 года по МПК G09B7/07 

Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике, в част, ности к техническим средствам обучения, и может быть использовано для управления процессом обучения в различных учебных заведениях. Известно устройство, содержащее связанные соответствующим образом устройство управления, устройство анализа ответов, блок определения статистики правильных ответов, блок выдачи рекомендаций, блок памяти, блок ввода, устройства управления и анализов ответа, устройство определения очередности ответов, блок определения качества усвоения, блок оценки ожидаемых значений параметров, блок определения последовательности обучения HI. Известно также устройство, содерж щее блок ввода характеристик образа учащегося, блок определения психофизиологических параметров, блок обу чения и контроля, подключенный через коммутатор к блоку формирования образа учащегося, соединенному с блоком управления и с блоком памяти, который подключен к регистру текущего образца и к блоку управления, соединенному с блоком ввода образа .учащегося J2J. Недостатком этих устройств является ограничение дидактических возможностей из-за отсутствия прогноза успеваемости учащихся по отдельным дисциплинам, а также параметров, позволяющих оптимизировать учебный процесс о Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее связанные соответствующим образом блок обучения и контроля, блок определения психофизиологических параметров, блок ввода характеристик образа, коммутатор, блок формирования параметров образа учащегося, блок сравнения параметров образов и весо1вых коэффициентов параметров, регистр текущего образа, блок идентификации прогнозируемого параметра, блок учета весовых коэффициентов, распределитель, узел прогнозирования, блок выдачи прогноза fjj. Данное устройство позволяет про гнозировать успеваемость учащихся по отдельным дисциплинам, однако об ладает ограниченными дитактическими возможностями из-за того, что прогнозируется только наиболее вероятная оценка обучаемого, а не вероятностное распределение по всем оценкам, что позволило бы существенно улучшить качество управления учебным процессом„ Целью изобретения является расширение дидактических возможностей устройства при повышении качества управления процессом обучения за сч оптимизации процесса прогнозирования обучения и получения вероятностных оценок градациям прогнозир емого параметра. i Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок ввода учебной информации, первый блок памяти, блок оценки и блок индикации,, вход которого соединен с в ходом блока оценки, .введены последовательно включенные второй блок п мяти и формирователь импульсов, последовательно соединенные третий бл памяти и блок элементов И-ИЛИ и последовательно включенные четвертый блок памяти и блок элементов И, вых которого соединен с первым входом блока оценки, а второй вход - с выx дом первого блока памяти, подключен ным ко второму входу формирователя .импульсов, третий вход которого сое . динен с выходом четвертого блока па мяти, первый выход - с первым вх Дом четвертого блока памяти, а вт рой выход - со вторым входом че вертого блока памяти, входы второго и третьего блоков памяти подключены соответственно к первому и второму выходам блока ввода учебной информа ции, третий выход которого соединен со вторым входом блока элементов И-ИЛИ, третий входкоторого подключен к выходу четвертого блока памяти, а выход - к первому входу первого блока памяти, второй вход кото рого соединен с третьим выходом фор мирователя импульсов. 9 4 Формирователь импульсов содержит последовательно включенные первый узел элементов И, второй узел элементов И, первый элемент задержки, элемент ИЛИ и первый счетчик, первый и второй выходы которого являются соответственно вторым и третьим выходами формирователя, выход первого элемента задержки является первым выходом формирователя, второй вход второго узла элементов И и первый и второй ВХОДЫ первого узла элементов И, являются соответственно первым, вторым и третьим входами формирователя„ Блок оценки содержит последовательно включенные первый дешифратор, счетчики первой группы, узлы деления кодов группы, узлы элементов И первой группы, узлы элементов ИЛИ первой группы, узлы умножения кодов группы, сумматор, узлы элементов ИЛИ второй группы и узлы элементов И второй группы, выходы которых соединены со вторыми входами соответствующих узлов элементов ИЛИ первой группы, пос;ледовательно соединенные второй дешифратор и счетчики второй группы, последовательно включенные второй счетчик, триггер и второй элемент задержки, выход которого соединен со вторыми входами триггера, сумматора и счетчиков первой и второй групп,.третий элемент задержки, вход которого является вторым входом блока, а выход подключен к третьим входам счетчиков первой группы, входы первого и второго дешифраторов являются первым входом блока, вход второго счетчика является вторым входом блока, выходы узлов умножения кодов группы являются выходом блока. На чертеже изображена функциональная схема устройства для обучения. Устройство содержит блок 1 ввода учебной информации (характеристик образа), узел 2 элементов И, блок 3 памяти (задающих параметров образа), блок k памяти (номеров задающих параметров образа), узел 5 элементов И, триггер б, элемент 7 задержки, элементы 8 и 9 ИЛИ, счетчик 10, блок 11 памяти (образов), узлы 12-16 элементов И, триггер 17, элемент.18 ИЛИ, связанный со входом 19 управления началом работы, элемент 20 ИЛИ, элемент 21 задержки, счетчик 22, триггер 23, элемент 2k задержки, группу счетчиков 25, дешифратор 2б, элемент 27 задержки, группу узлов 28 элементов И, группу узлов 29 элементов ИЛИ , группу узлов 30 деления кодов, группу узлов 31 элементов И, группу узлов 32 элементов ИЛИ, группу узлов 33 умножения кодов, узел 3 индикации, сумматор 35, группу счетчиков 36, .дешифратор 37. Элементы 7, 8 и 18, триггеры 6 и 17 объединены в блок 38 памяти, узлы 2, 5 и 9 - в блок 39 элементов И-ИЛИ счетчик 10, узлы 12, 1 t, 29 и элемен 21 - в формирователи 0 импульсов, счетчики 22, 25 и Зб, триггер 23, элемент 2k, дешифраторы 26 и 37, элемент 27, узлы 28, 29, 30, 31, 32 и 33 и сумматор 35 в блок tl , а узлы 13, 15 и 16 - в блок элементов И,

Перед началом работы устройства в блок 11 заносятся (например, с непоказанной на чертеже центральной вычислительной машины) полные наборы параметров, определенные для обучаемых, окончивших курс.

Устройство для обучения работает следующим образом.

С блока 1 (который может, например, входить в состав пульта преподавателя) в блок 3 заносятся значения известных параметров обучаемого, для которого производится прогнозирование некоторого априори неизвестного параметра, а в блок заносятся номера тех параметров, значения которых занесены в блок 3.

По сигналу начала операции, поступающего со входа 19, триггеры 6 и 17 устанавливаются а единичное состояние, причем сигналами с выходов указанных триггеров открываются элементы И узлов 2, 13 и 16, Номер прогнозируемого параметра с блока 1 поступает через открытый блок 39 на первый адресный вход блока 11, на др гой адресный вход которого поступает код со счетчика 10, обеспечивая последовательное считывание параметр с номером, соответствующим поступающему из блока 1. Считанный с блока 11 код через открытые элементы И узлов 3 и 16 поступает на вход дешифратора 37, которым формируется си| нал на выходе, соответствующем коду, поступившему на вход. Указанным сигналом прибавляется единица на том из группы счетчике 36, номер которого соответствует считанному из блока 11 кодуо Таким образом на счетчике 36

накапливаются статистические данные о прогнозируемом параметре, т,е. на i-м счетчике. 36 при переполнении счетчика 10 находится число количества обучаемых, окончивших курс, у которых значение прогнозируемого параметра равно i.

После окончания цикла накопления статистики прогнозируемого параметра сигналом переполнения счетчика 10 триггеры 6 и 17 устанавливаются в нулевое состояние, открывая элементы И узлов 5, 12 и 15 о На первый адресный вход блока 11 через открытый блок 39 поступает с блока первый номер известного априора параметра обучаемого, для которого производится прогноз, например, равнсго J, а счетчиком 10 обеспечивается последовательное считывание с выхода блока 11 значения J-X параметров всех обучаемых, окончивших курс. Каждое такое число через открытые элементы И узла 12 поступает на первый вход узла , на другой вход которого подается считываемое из блока 3 значение j-ro параметра обучаемого, для которого и производится прогнозирование. Если значения j-ro параметра очередного обучаемого, окончившего курс, и j-ro параметра обучаемого, для которого производится прогнозирование, не совпадают то узлом 1 формируется сигнал, который через элемент 20 ИШ поступает на счетный вход счетчика 10, а если совпадение имеет место, то узлом k выдается сигнал на элемент 21, которым последовательно формируются сигналы , поступающие на элемент 18 ИЛИ, и через элемент 20 ИЛИ на счетчик 10 flo первому сигналу триггер 6 устанавливается в единичное состояние, открываются элементы И узлов 2 и 13, вследствие чего на первый адресный вход блока 11 поступает из блока 1 номер прогнозируемого параметра и с выхода блока 11 через открытые элементы И узлов 13 и 15 поступает на вход дешифратора 26 значение прогнозируемого параметра того обучаемого j-и параметр которого совпал с J-M параметром обучаемого, для которого производится прогнозирование, равное, например, 1. Тогда дешифратором 26 формируется сигнал на 1-м выходе и к содержимому 1-го счетчика из счетчиков 25 прибавляется , единица сигналом с элемента 7 триггер 6 устанавливается в нуль, а -сигналом

с элемента 21 счетчик 10 увеличивает свой код на единицу, выбирается, таким образом, j-параметр следующего обучаемого из блока 11 и так далее, пока указанным способом не будут обработаны j-e параметры всех обучаемых, окончившихкурсо На счетчиках 25 при этом фиксируется статистика совпадений по j-му параметру, т,е. на т-м счетчике из группы счетчиков 25 фиксируется число совпадений по j-м параметру обучаемого, для которого производится прогнозирование, и. обучаемых, окончивших курс, у которых значение прогнозируемого параметра равно т. При переполнении счетчика 10 коды счетчиков 25 делятся на узлах 30 на соответствующие коды счетчиков 36, которые поступают на узлы 30 через узел 29. Частные с узлов 30 через открытые элементы И узлов 31 и элементы ИЛИ узлов 32 поступают на узлы 33 в которых к началу работы записаны единицы, а входе работы н,;|капливаются произведения частных из узлов 30« По окончании указанных операций элементом 24 выдается сигна н- сброс в нуль счетчиков 25 и начин-ется обработка описанным способом ()ro параметра. Когда все параметры известные априори об обучаемом, для которого производится прогнозирование, исчерпаны, счетчик 22 г.-ыдает сигнал переполнения, которым триггер 23 устанавливается в единичное состояние, закрывая элементы И узлов 31 и открывая элементы И узpcs 28, Числа, содержащиеся на счетч ха;; 36, через элементы ИЛИ узлов 29 и открытые элементы И узлов .8, элементы ИЛИ узлов 32 поступают на входы узлов 33, на которых указанные числа перемножаются с их содержимым. Сигнал с выхода элемента 27 устанавливает триггер 23 в нулевое состояние, счетчики 25 - в единичное состояние, счетчики Зб - в нулевое состояние и разрешает работу многовходового сумматора 35, которым формируется сумма чисел, хранящихся в узлах 33, которая через элементы ИЛИ узлов 29 поступает на вторые входы всех узлов 30, на выходах которых, так как на первые их входы поступает единица со счетчиков 25, формируются величины, обратные поступившей на вход сумме, пройдя через элементы И узлов 31 и элементы ИЛИ узлов 32, указанные величины перемножаются в узлах 33 с содержимым последних и полученные в результате величи1 1 поступают на блок З, который может входить в состав пульта;

преподавателя

Если обозначить число обучаемых, окончивших курс со значением прогнозируемого параметра, равным I, через -( 1 1,2, о о.,q, где q - число градаций прогнозируемого параметра, а число обучаемых, окончивших курс, у которых значение прогнозируемого параметра равно i и j-й параметр совпадает с J-M параметром, для которого производится прогнозирование, обозначить через P(j/i), то формируемые устройством вероятности Р. получения i-й градации прогнозируемого параметра представлены в виде

р т,ДраН)/р

СО

1ПРУН)/Р,

1-1J-1

где п - число априори известных параметров обучаемого, для которого производится прогнозирование.

Обозначив число обучаемых, окончивших курс,через N, формула (.1) представлена в виде

- М Дрочо1р,с)

ipilN.n P(JH)IPi Hi

Формула 2 представляет собой фомулу Бейеса и является статистически оптимальным алгоритмом определения вероятности гипотез о

ТаКим образом, предлагаемое устройство оптимизирует процесс прогнозирования обучения по сравнению с известным, гюзволяет получить- ре зультат в виде оценок вероятности градации прогнозируемого параметра, за счет чего достигается расширение дидактических возможностей по сравнению с известным.

Формула изобретения

1. Устройство для обучения, содержащее блок ввода учебной информации, первый блок памяти, блок оценки и блок индикации, вход которого соединен с выходом блока оценки, отличающееся тем, что, с целью расширения дидактических возможностей устройства, в него введены последовательно включенные второй блок памяти.и формирователь импульсов, последовательно включенные третий блок памяти и блок элементов И-ИЛИ, и последовательно включенные четвертый блок памяти и блок элементов И, выход которого соединен с первым входом блоиа оценки, а второй вход с выходом первого блока памяти, подключенным ко второму входу формирова теля импульсов третий вход которого соединен с выходом -четвертого блока памяти, первый выход - с первым входом четвертого блока памяти, а второй выход - со вторым входом блока оценки и со вторым входом четвертого блока памяти, входы второго и тре тьего блоков памяти подключены соответственно к первому и второму вых дам блока ввода учебной информации, третий выход которого соединен со вт рым входом блока элементов И-ИЛИ, третий вход которого подключен к выходу четвертого блока памяти, а выход - к первому входу первого блока памяти, второй вход которого соединен с третьим выходом формирователя импульсов. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем формирователь импульсов содержит последовательно включенные первый узел элементов И, второй уэел элементов И, первый элемент задержки, элемент ИЛИ и первый счетчик, первый и второй выходы которого являются соответ ственно вторым и третьим выходами формирователя, выход первого элемент задержки является первым выходом фор мирователя, второй вход второго узла элементов И и первый и второй вхо ды первого узлаэлементов И являются соответственно первым, вторым и третьим входами формирователя. 3. Устройство по По 1, отличающееся тем, что в нем блок оценки содержит последовательно включенные первый дешифратор, счетчики первой группы, узлы деления кодов группы, узлы элементов И первой группы, узлы элементов ИЛИ первой группы, узлы умножения кодов группы, сумматор, узлы элементов ИЛИ второй группы и узлы элементов И второй группы, выходы которых соединены со вторыми входами соответствующих узлов элементов ИЛИ первой группы, по.следовательно соединенные второй дешифратор и счетчики второй группы, последовательно включенные второй счетчик, триггер и второй элемент задержки, выход которого соединен со вторыми входами триггера, сумматора и счетчиков первой и второй групп, третий элемент задержки, вход которого является вторым входом блока, а выход подключен к третьим входам счетчиков первой группы, входы первого и второго дешифраторов являются первым входом блока, вход второго счетчика является вторым входом блока, выходы узлов умножения кодов группы являются выходом блока о Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1„ Авторское -свидетельствоСССР. vf 517038, кл. Г, 09 В У/О, ig. 2.Авторское свидетельство СССР Vf 579653, кл. G 09 В 7/06, 1975. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке N 2720662/l8-2f, .кл G 09 В 7/00, 1979 (прототип).