CC BY
18
Варнавский А.Н.
Рязанский государственный радиотехнический университет, доцент
varnavsky_alex@rambler.ru
Дистанционные курсы, учитывающие текущее психофизиологическое состояние обучающегося
Аннотация
В работе предлагается подход к организации дистанционного обучения и разработки дистанционных учебных курсов с учетом текущего психофизиологического состояния обучающегося. Рассматриваются основные принципы построения аппаратных средств взаимодействия с дистанционным курсом и анализа биоэлектрических сигналов ученика.
В настоящее время дистанционное обучение активно развивается. Такой вид обучения является актуальным для ряда групп населения: люди из удаленных территорий, люди с ограниченными возможностями, при необходимости совмещения работы и учебы. Посредством дистанционного обучения становятся доступны любые виды образования от профессионального до высшего.
Преимущество дистанционного обучения заключается в том, что оно не требует лишнего времени на сдачу экзаменов и зачётов. Обучающийся может самостоятельно регламентировать учебный процесс.
При использовании дистанционных курсов и сети Internet сокращается время, необходимое для пересылки и возврата работ, а так же даёт возможность прямого общения с преподавателем.
Необходимо отметить, что дистанционное обучение имеет свои организационные сложности. Учебный материал студент должен осваивать самостоятельно. Время, потраченное на освоение учебного материала, обучающийся тоже регламентирует сам. Никто не станет его заставлять и контролировать ранее того, как работы будут отправлены в учебное заведение. Весь учебный процесс отдаётся на откуп студенту.
Помимо организационных можно выделить и психофизиологические недостатки дистанционного обучения с использованием традиционных дистанционных учебных курсов:
• Воздействие негативных факторов, в частности, монотонии, гиподинамии приводит к накоплению усталости в процессе обучения и изменения состояния и степени усвоения материала (рис. 1).
• Отсутствие психофизиологического контроля за состоянием обучаемого.
• Учебная нагрузка, как и учебный процесс, отдается на откуп студенту и не зависит от текущего физиологического состояния обучаемого. В частности, степень усвоения материала может снизиться, а
обучающийся может сознательно или несознательно продолжать учебный процесс вместо отдыха и перерыва.
Рис. 1. Зависимость степени усвоения материала от физиологического состояния обучающегося
Поэтому необходимо таким образом организовывать дистанционный учебный процесс, чтобы в момент обучения студент находился в оптимальном психофизиологическом состоянии.
Цель работы: разработка дистанционных технологий и курсов с использованием контроля психофизиологического состояния и работоспособности ученика в процессе дистанционного обучения и динамической корректировки текущей и будущей нагрузки в зависимости от состояния обучаемого.
Использование разрабатываемых технологий и курсов позволит автоматически корректировать учебно-календарный график, расписание, время на обучение, что позволит повысить качество дистанционного обучения.
Для контроля психофизиологического состояния можно использовать различные подходы. Самым надежным способом является анализ биоэлектрических сигналов ученика в процессе обучения.
Для оценки состояния обучаемого предлагается использовать следующие биоэлектрические сигналы:
1) кожно-гальваническая реакция (КГР) - отражает процессы терморегуляции в связи с мышечной активностью, а опосредованно - силу и продолжительность стрессовых ситуаций. Фоновые физические колебания КГР и их интегральные показатели - количество, амплитуда и площадь отражают уровень тревожности и могут быть использованы для выявления индивидуально-психологических особенностей обучающегося;
2) кожная температура - является достаточно достоверным показателем для определения состояния человека, в частности наличия воспалительных процессов;
3) сигнал пульса - может использоваться для экспресс-диагностики сердечно-сосудистой системы и определения наличия стресса и изменения психоэмоционального состояния.
В табл. 1 приведены возможные состояния, характерные для большинства обучаемых, и результаты анализа биоэлектрических сигналов, необходимых для выделения этих состояний. Также приведены возможные действия системы дистанционного обучения в случае появления тех или иных состояний.
Табл. 1. Возможные состояния обучаемого
Состояния обучаемого Признаки Результаты измерения (качественно) Действия системы
Усталость Увеличение амплитуды кожно- гальванической реакции Изменение частоты и периодичности сердечных сокращений Кожно-гальваническая реакция - выше порогового значения, параметры вариабельности сердечного ритма выше или ниже установленных пороговых значений Запрет работы в системе
Стресс Повышение температуры, уменьшение амплитуды кожно- гальванической реакции Температура выше установленного порогового значения, кожно-гальваническая реакция - ниже порогового значения Запрет работы в системе с контролирующими элементами
Воспалител ьные процессы Повышение температуры Температура выше установленного порогового значения Запрет работы в системе
Заболевани я сердечнососудистой системы (для некоторых групп) Изменение частоты и периодичности сердечных сокращений Параметры вариабельности сердечного ритма выше или ниже установленных пороговых значений Предупреждение
Поскольку необходимым элементом учебного места обучаемого является компьютер с манипулятором «мышь», то предлагается разработать и использовать модификацию этого устройства применительно для поддержки процесса обучения и динамического контроля психофизиологического состояния ученика (рис. 2).
Для снятия кожно-гальванической реакции предлагается использовать схему на основе делителя напряжения из сопротивления участка ладони и резистора, встроенного в манипулятор. В качестве участка ладони может быть выбрано расстояние между указательным и средним пальцами.
Рис. 2. Модификация манипулятора мышь для использования совместно с системой дистанционного обучения Для регистрации пульсового сигнала предлагается использовать оптический датчик. Он представляет собой комбинацию светодиода (излучателя) и фотодиода (светоприемника). Измерительное устройство регистрирует изменение светопроницаемости указательного пальца, в зависимости от ритма пульсации крови в течение определенного периода времени t. Датчик обрабатывает сигнал и передает на компьютер усредненное за промежуток времени значение.
Для съема температуры можно использовать термопару [1]. Программное обеспечение, необходимое для работы устройства, включает в себя две части: модуль для обеспечения взаимодействия между системой дистанционного обучения и мышью. Программное обеспечение в соответствии с заложенным в него алгоритмом работы осуществляет анализ биоэлектрических сигналов и сохранение информации о состоянии ученика и разрешении или запрете работы в системе (рис. 3).
Анализ биоэлектрических сигналов включает в себя выделение и распознавание элементов таких сигналов. Для решения такой задачи можно использовать интегральный анализ по нахождению коэффициента вариации совокупности отсчетов участков сигналов.
Интеллектуальное дистанционное обучение
Заголовки тем
ЭД Новостной форум 0 Сведения о курсе
ДИСТАНЦИОННЫМ УЧЕБНЫЙ КУРС "ХИМИЯ"
ВВОДНЫЙ МОДУЛЬ
ВЕЩЕСТВА В ХИМИИ
0] Атомы и химические элементы. Простые и сложные вещества 0] Химические реакции. Уравнения реакций 0] Окислительно-восстановительные реакции
ВЫ ДОЛЖНЫ ЗАПОЛНИТЬ РАБОЧУЮ ТЕТРАДЬ И ВЫПОЛНИТЬ ТЕСТ. ОДНАКО ДОСТУП К НИМ ЗАПРЕЩЕН ИЗ-ЗА ВАШЕГО НЕУДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ!!!
ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ
22 июля 15:35
НЕУДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОЕ! Доступ к элементам контроля запрещен!!!
Легенда событий
Ц Глобально * Курс *| Группа |] П,
0] Природа ху 0 Полярность молекул
Рис. 3. Пример дистанционного курса в Moodle,учитывающий психофизическое состояние обучаемого Рассмотрим п отсчетов ик флуктуационного шума. Определим основные статистические характеристики такого сигнала: математическое ожидание М, дисперсию Б2 и коэффициент вариации V:
1 п-1 , Н-1 О
и
^ п - 1 „=(]
Значение коэффициента вариации для отсчетов шума приобретает достаточно большое значение.
Сместим на значение а рассматриваемые отсчеты шума ик и определим характеристики М, Б2 и V полученного сигнала (рис. 4).
V
0.6 -
0.4
0.2 "
2 4 6 8 а,В
Рис. 4. График зависимости v(a) Очевидно, что коэффициент вариации приобретает достаточно большое значение в случае отсутствия смещения сигнала. Чем больше величина смещения а, тем меньше значение V.
Рассматривая значение коэффициента вариации на ограниченной совокупности отсчетов биоэлектрического сигнала, можно сделать вывод о том, какой элемент представляет собой данный участок: при большом значении V - интервал, при малом - зубец [2].
Таким образом, реализация результатов работы позволит
осуществлять процесс дистанционного обучения при оптимальном психофизиологическом состоянии обучаемого и позволит достичь ряда преимуществ.
1. Контроль психофизиологического состояния ученика в процессе обучения.
2. Экспресс-диагностика заболеваний нервной и сердечно-сосудистой систем.
3. Динамическая коррекция учебного графика и расписания.
4. Прогноз состояния ученика с течением времени.
5. Повышение качества дистанционного обучения.
Литература
1. Варнавский А.Н., Тимохина Л.В. Аппаратно-программные средства поддержки дистанционного обучения детей с ограниченными возможностями. //Сборник материалов всероссийской конференции «Биомедсистемы-2011». - Рязань, 2012. - С. 4749.
2. Варнавский А.Н. Анализ биоэлектрических сигналов в процессе дистанционного обучения детей с ограниченными возможностями. //Сборник трудов Международной молодежной конференции «Прикладная математика, управление и информатика». -Белгород, 2012. - С. 347-349.
