CC BY
52
Интеллектуальные дистанционные технологии для обучения детей с ограниченными возможностями здоровья
Чекан Н.В.,
аспирант 1-го курса
факультета автоматики и информационных технологий в управлении Рязанского государственного радиотехнического университета,
г. Рязань, Россия
Одной из приоритетных задач российского образования является достижение доступности образования, в том числе детьми с ограниченными возможностями здоровья.
Согласно статистике, сегодня в России насчитывается более 2 миллионов детей с ограниченными возможностями (8% всей детской популяции, из них около 700 тысяч -дети с инвалидностью). Ежегодно численность данной категории детей увеличивается. В частности, если в 1995 году в России насчитывалось 453,6 тысяч детей с ОВЗ, то в 2011 году их число приблизилось к 590 тысячам. При этом около 90 тысяч детей имеют нарушения физического статуса, что затрудняет их передвижение в пространстве и доступ к социально-образовательным ресурсам. Более 44 тысяч ребят проходят надомное обучение [1].
В России интенсивно развивается дистанционное образование детей-инвалидов. На его реализацию в 2009 году из федерального бюджета был выделен 1 миллиард рублей, в 2011-2012 годах ежегодный объем финансирования составил 2, 5 миллиарда [2].
Преимуществом дистанционного обучения является то, что индивидуально для каждого ребенка создается учебно-календарный график и расписание, позволяющее совмещать и распределять время на обучение и необходимое лечение.
Помимо организационных можно выделить и психофизиологические недостатки дистанционного обучения с использованием традиционных дистанционных учебных курсов:
1. Воздействие негативных факторов, в частности, психоэмоциональной напряженности, монотонии, напряжения отдельных мышечных групп, вынужденной позы, гиподинамии приводит к накоплению усталости в процессе обучения и изменению состояния и степени усвоения материала.
2. Отсутствие психофизиологического контроля за состоянием обучаемого.
3. Учебная нагрузка, как и учебный процесс, отдается на откуп ребенку 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.
Если у ребенка есть проблемы со здоровьем, то даже незначительные отклонения основных показателей жизнедеятельности могут причинить вред, или, по меньшей мере, свидетельствовать об ухудшении состояния здоровья и являться обоснованными причинами для принятия каких-либо решений касательно режима его обучения.
Проект направлен на устранение недостатков за счет того, что предлагаемые аппаратно-программные средства позволяют определить состояние ученика в процессе обучения, его работоспособность и степень усталости, и в зависимости от этого автоматически корректировать и подстраивать учебную нагрузку (например, по уровню сложности, разрешить или запретить работу с некоторыми элементами).
Цель проекта - разработка интеллектуальных дистанционных технологий и курсов для обучения детей с ограниченными возможностями, позволяющие повысить качество обучения за счет автоматического контроля состояния и работоспособности обучаемого и динамических корректировок текущей и будущей нагрузок, расписания, времени на
обучение и необходимое лечение в зависимости от текущего и прошлого состояния и работоспособности обучаемого.
Задачи проекта:
• Разработка способов динамической корректировки учебной нагрузки, учебно-календарного графика, расписания, лечения в зависимости от текущего и прошлого состояния, работоспособности и утомления обучаемого.
• Разработка аппаратных средств взаимодействия с дистанционными курсами и съема биоэлектрических сигналов.
• Разработка дистанционных технологий и курсов для детей с ограниченными возможностями на основе разрабатываемых аппаратно-программных средств и способов.
Поскольку необходимым элементом рабочего места обучаемого является компьютер с манипулятором «мышь», то предлагается разработать модификацию этого устройства для поддержки процесса обучения и динамического контроля состояния ученика (рис.1).
Встроенный датчик (термопара) съема температуры
Встроенные датчики (электроды) съема кожно-гальванической реакции и пульса
Рис. 1. Модификация манипулятора мышь для использования совместно с системой
дистанционного 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. Возникновению стресса способствует обучение, не соответствующее возрастным этапам развития головного мозга и не учитывающее психофизиологические особенности сферы детей [3]. Кроме того, к стрессовым факторам можно отнести постоянную угрозу наказания за ошибочные ответы и действия. В состоянии стресса повышается температура и уменьшается амплитуда кожно-гальванической реакции. Фоновые физические колебания КГР и их интегральные показатели - количество, амплитуда и площадь отражают уровень тревожности и могут быть использованы для выявления индивидуально-психологических особенностей. Тоническая составляющая кожно-гальванической реакции позволяет оценить общее состояние ребенка, наличие усталости или высокого уровня психоэмоциональной напряженности. Фазическая составляющая КГР показывает реакцию на текущие психоэмоциональные воздействия. Для снятия кожно-гальванической реакции предлагается использовать схему на основе делителя напряжения из сопротивления участка ладони и резистора, встроенного в манипулятор.
2) кожная температура - достаточно достоверный показатель для определения состояния человека.Для съема температуры можно использовать термопару [4].
3) сигнал пульса - может использоваться для экспресс-диагностики сердечнососудистой системы и определения наличия стресса и изменения психоэмоционального
состояния. Для регистрации пульсового сигнала предлагается использовать оптический датчик. 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.
Был создан макет манипулятора мышь, позволяющий снимать биоэлектрические сигналы с поверхности ладони ученика и отправлять его в систему дистанционного обучения (рис. 2).
Рис. 2. Макет манипулятора мышь
Дистанционные учебные курсы предлагается создавать в открытой системе Moodle с использованием программных кодов на JavaScript и PHP.
Современные дистанционные курсы, состоят из модулей, в состав которых входят информационные и обучающие материалы и ресурсы, а также контролирующие ресурсы (тесты, контрольные задания, рабочие тетради и т.п.). При этом с каждым элементом и ресурсом связана дата или промежуток времени, в течение которого необходимо изучить или выполнить то или иное задание. Недостатком такого подхода является то, что распределение нагрузки является постоянным и не зависит от текущего или прошлого состояния и работоспособности обучаемого ребенка.
В традиционных дистанционных курсах ресурсы для изучения или выполнения всегда доступны (или в заданный промежуток времени). Предлагаемая технология позволит переход к следующему заданию или блоку для изучения только при удовлетворительном состоянии обучаемого (рис. 3).
Рис. 3. Традиционный дистанционный учебный курс
Программное обеспечение, необходимое для работы устройства, включает в себя две части: модуль для обеспечения взаимодействия между системой дистанционного обучения и мышь. 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.
Программные средства позволяют осуществить анализ биоэлектрических сигналов, снимаемых клавиатурой и мышью, на основании которых определяется состояние и работоспособность ученика и автоматически принимается решение относительно
изменения текущей и будущей учебных нагрузок, учебно-календарного графика, расписания, времени на обучение и необходимое лечение. В основе алгоритмов реализации программных средств лежит нелинейный интегральный анализ, заключающийся в использовании нелинейных функций, применяемых к амплитудно-временным параметрам отсчетов и определенных на временных участках сигнала. Результат преобразования сравнивается с пороговыми уровнями, в результате чего различаются такие состояния обучаемого как стресс (психоэмоциональная напряженность), наличие воспалительных процессов, напряжение отдельных мышечных групп, заболевания сердечно-сосудистой и дыхательной систем (рис. 4).
Интеллектуальное дистанционное обучение
| Заголовки теп
* НОЮГМО*
Силен« о кдке
ДИСТАНЦИОННЫМ УЧЕБНЫЙ КУРС "ХИМИЯ"
нпо/и'МЙ модуль
ВПУСТИЛ В ХИМИИ
0 4тш« л юпиеош« зяигиты. Прссгие и сижиьи мшжтн
Э ЛтичККИ' [1",|С1>». Урлшмт 0Г^С[НЯ
12 [У|С.1*ГРГ**« ^сса>ФИап».ъмм0 рмицм
№1 ДОЛЖНЫ ЗАПОЯШЬ РАБОЧУЮ ТЕТРАДЬ И ВЫПОЛНИТЬ ТЕСТ. ОДНАКО ДОСТУП К НИМ ЗАПРЕЩЕН Ю ЗА ОА1МГЭ КЕУДОв.ПгТВОГНТЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ!'?
ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ
.: и«™ и.-»
ц ч> ш а к
Легенде сфОытМ
0 Пблчрюаъюжкуп
Рис. 4. Пример дистанционного курса в Moodle, учитывающий психофизическое
состояние обучаемого
Использование предложенного подхода позволит повысить качество дистанционного обучения детей с ограниченными возможностями. Разрабатываемые технологии и курсы позволят автоматически корректировать учебно-календарный график, расписание, время на обучение. Реализация результатов работы позволит осуществлять процесс дистанционного обучения при оптимальном психофизиологическом состоянии обучаемого и позволит достичь ряда преимуществ:
• Контроль психофизиологического состояния ученика в процессе обучения.
• Экспресс-диагностика заболеваний нервной и сердечно-сосудистой систем.
• Динамическая коррекция учебного графика и расписания.
• Прогноз состояния ученика с течением времени.
• Повышение качества дистанционного обучения.
Литература
1. http://www.rosmintrud.ru
2. http://ria.ru/edu_news
3. Вайнер Э.Н. Валеология. // Учебник для вузов. - Москва, 2001. - С. 265.
4. 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. 47-49.
