CC BY
3
Остапченко Ю.Б. заместитель генерального директора
ОАО НИЦ СПбЭТУ Кудряков С.А., доктор технических наук заведующий кафедрой «Радиоэлектронных систем»
Санкт-Петербургский государственный университет гражданской
авиации Беляев С.А., к.техн.н.
доцент
Государственный электротехнический университет («ЛЭТИ»)
Россия, г. Санкт-Петербург УПРАВЛЕНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ТРАЕКТОРИЕЙ ОБУЧЕНИЯ В КОМПЛЕКСНЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ОБУЧАЮЩИХ
СИСТЕМАХ
В статье рассматриваются вопросы построения индивидуальной траектории обучения для специалистов по эксплуатации сложных технических систем. В условиях значительной дифференциации способностей к обучению обосновывается необходимость использования в автоматических обучающих системах дополнительного канала мониторинга функционального состояния обучающегося для определения степени выработанности профессиональных навыков на основе учета «психофизиологической стоимости» результата деятельности.
Ключевые слова: обучение, профессиональная подготовка, функциональной состояние, автоматизированные обучающие системы.
The article examines the construction of individual learning paths for specialists in operation of complex technical systems. In terms of differentiation of learning ability we justify the use of automatic learning systems and channel monitoring of the functional status of the student to determine the degree of proficiency ofprofessional skills on the basis of "physiological cost" of the activity.
Key words: training, training, functional status, automated training systems.
Технический и социальный прогресс требует от человека все больших знаний, умений, навыков. Современная профессиональная подготовка невозможна без использования информационных технологий и различных автоматических и автоматизированных систем обучения. Однако, к большому сожалению, широкое развитие различного рода автоматизированных средств обеспечения и поддержки деятельности, компьютерных технологий с обилием шаблонов, реализованных алгоритмов обработки информации и принятия решения создают обманчивое впечатление об отсутствии необходимости глубокого изучения предметной области для их оптимального выбора и применения. Поверхностное ознакомление с подобными наукоемкими продуктами с пользовательским интерфейсом, сведенным к «одной кнопке» может создавать крайне вредную и опасную иллюзию
доступности данного вида деятельности практически для любого человека. Понимание сути деятельности и логической структуры выполняемых действий в данном случае сводятся к знаниям названий программного продукта или технической системы, которая может автоматизировать решение стоящей перед специалистом задачи. Данная негативная ситуация особенно осложняется в том случае, если в процессе профессиональной подготовки рассматривались только унифицированные рабочие ситуации [8].
Реалии современной действительности показывают снижение общего уровня подготовки выпускников средних школ и существенные изменения в социальной структуре мотивации к освоению будущей профессии затрудняют процесс профессиональной подготовки специалистов в профильных высших учебных заведениях, а недостаток материального обеспечения учебного процесса приводит к необходимости существенно увеличивать период адаптации молодых специалистов непосредственно в эксплуатирующих организациях.
Новое поколение обучающихся имеет существенно иные мотивационные приоритеты, социальные установки и уровень базовой подготовки по сравнению с традиционным «романтическим образом» авиационной деятельности. Данное обстоятельство требует соответствующего пересмотра концепции профессиональной ориентации, профессионального отбора и профессиональной подготовки специалистов в современных условиях.
В основе применяемых в настоящее время образовательных технологий в явной или неявной форме используется так называемая модель «полного усвоения» [1], в соответствии с которой фиксированным параметром обучения является именно результат, а все другие параметры обучения могут меняться, подстраиваясь под достижение учащимися этого заданного результата. В результате система гарантирует достижение необходимого уровня практически всем обучающимся. Однако, исследования последних лет [3] наличие феномена неспособности к полному усвоению вне зависимости от времени, предоставленного на обучения и интенсивности процесса обучения. Помимо крайнего проявления эффекта неспособности к полному усвоению знаний и навыков происходит значительная дифференциация способностей к обучению. Проведенные исследования показывают, что скорость усвоения материала по техническим специальностям студентами (курсантами) одной группы могут отличаться в 8 и более раз. Следовательно, применение к такой группы единой траектории обучения, рассчитанной на гипотетического «среднего» обучающегося не может дать эффективный результат. Задача обеспечения индивидуальной учебной траектории с дифференциацией сложности и скорости освоения материала становится реальной насущной задачей.
Кроме того, в последнее время существенно повышается значение человеческого фактора специалиста. Понятие человеческого фактора
чрезвычайно широкое и используется для характеристики всех явлений и событий при эксплуатации авиационной и других видов техники, связанных с преднамеренной и непреднамеренной деятельностью человека. Под человеческим фактором чаще всего понимают совокупность индивидуальных и групповых (присущих всему профессиональному контингенту) качеств и свойств человека, которые могут проявляться в конкретных условиях функционирования сложной технической системы и оказывать влияние на эффективность и надежность выполняемой деятельности.
Особенно остро этот недостаток проявляется в нештатных эксплуатационных ситуациях. Именно при их возникновении проявляются все недостатки в профессиональной подготовке.
В этой связи возрастают требования к его психофизиологическим возможностям, определяющим профессиональную надежность. Следовательно, на повестку дня встает вопрос повышения и мониторинга психофизиологических возможностей персонала адекватно требованиям техники и возможностям ее применения.
Современные компьютеризированные тренажеры и
автоматизированные обучающие системы, используемые, например, для для пилотов и специалистов диспетчерских служб, представляют собой сложные устройства и используются для выработки, закрепления, восстановления и совершенствования соответствующих профессиональных навыков.
Обнаружение изменений в физиологическом состоянии человека связано с таким важным понятием как «норма». Проблема нормы и патологии в состоянии человека чрезвычайно сложна и многогранна. О нормальном функционировании организма принято судить по среднестатистическим нормам психофизических реакций и поведения при взаимодействии человека с внешней средой. При этом понятия деятельной (или поведенческой) нормы и нормального состояния здоровья далеко не всегда совпадают.
При выходе состояния оператора за границы «нормы» не только резко возрастает вероятность ошибочных действий, но и возникает реальная угроза состоянию здоровья. Изменение психофизиологических свойств личности может произойти на фоне видимости внешнего благополучия, что делает проблему выявления этих пограничных состояний еще более актуальной.
По этой причине задача раннего обнаружения изменения психофизиологического состояния человека и возможное предотвращение развития негативных процессов является чрезвычайно актуальной. Этот тезис становится особенно важным, если принять к сведению, что практически любые изменения состояния человека включают в себя латентный (скрытый) период развития, когда их проявления незаметны.
Мониторинг изменений состояния пилота или диспетчера при выполнении ими заданий тренажерной подготовки может использоваться для формирования целостного заключения о степени выработанности профессиональных навыков и готовности перехода к занятиям в условиях
реальных полетов. Именно это подход позволяет построить индивидуальную траекторию обучения не только по внешнему контролю правильности действий специалиста, но и на основании данных о так называемой «внутренней» или «функциональной» стоимости деятельности специалиста.
Простейший вариант осуществления деятельности специалиста представляет собой обычную схему взаимодействия с объектом на основе рационального анализа информации обратной связи (рис.1) [4,7].
Рисунок 1 Стандартная схема деятельности
Реализация приведенной схемы не требует дополнительных затрат и базируется на предположении о способности субъекта сохранять требуемые характеристики в периодах между проводимыми медицинскими и профессиональными освидетельствованиями. В данном случае текущий контроль состояния оператора фактически опирается на субъективную самооценку человека, однако, в чрезвычайных ситуациях, а также в ситуациях, связанных с повышенной ответственностью люди склонны не только к неадекватной вербальной самооценке, но и к искажению подобной информации с различной степенью правдивости. В этих ситуациях проявляется тенденция оценок, базирующихся на социально-желаемых результатах, и искажениях оценок, вызванных неосознаваемыми эмоциональными состояниями.
Применение текущего контроля за изменением функционального состояния человека позволяет существенно повысить эффективность его деятельности. При этом практическая форма реализации контроля может осуществляться как без использования приборных систем, так и с их использованием.
Схемы самоконтроля без использования приборного оборудования строятся на основе специальной психологической подготовки и тренировки человека по созданию «виртуального наблюдателя» (рис.2) [4,7].
Рисунок 2 - Схема деятельности с субъективным «наблюдателем»
Приведенная схема демонстрирует второй путь приспособления человека к технике, что позволяет в короткий срок и без значительных затрат повысить надежность и эффективность системы «человек-машина». Практически реализовать его можно при помощи психофизиологической подготовки, направленной на развитие таких психических качеств, как внимание, память, оперативное мышление, быстрота реакций, находчивость, формирование устойчивости организма к действию экстремальных факторов. Психофизиологическая подготовка решает также задачи формирования высокой работоспособности оператора, его способности действовать в сложной обстановке в условиях лимита и дефицита времени, высокой цены ошибки и имеет прямое отношение к состоянию здоровья и профессиональному долголетию.
Использование внутреннего «Наблюдателя» приводит к диссоциации внимания субъекта, поэтому практическая реализация данного варианта требует некоторой предварительной специальной подготовки, которая может быть получена в рамках групповых или индивидуальных психологических тренингов.
Овладение методикой самоконтроля состояния является чрезвычайно полезной для профессионалов, деятельность которых не позволяют использовать какое-либо приборное оборудование. Например, подобные тренинги часто проходят спортсмены с целью преодоления предстартового стресса.
Понятно, что система самоконтроля подразумевает наличие значительного субъективного оценочного компонента. Кроме того, как отмечалось выше, выделение «наблюдателя» способствует временной психологической диссоциации личности человека-оператора, что без специальной подготовки может привести не к улучшению, а ухудшению результата.
Схема контроля с использованием приборного оборудования (рис.3) предполагает использование дополнительных технических средств,
позволяющих оценить текущее психофизиологическое состояние субъекта [4,7].
Рисунок 3 - Схема деятельности с приборным контролем состояния
субъекта
Этот вариант реализации деятельности может использоваться как в режиме реальной работы с целью обеспечения текущего внешнего контроля его функционального состояния, так и в тренировочных целях, обеспечивая наглядность наблюдений за функциональным состоянием индивида и контроля освоения им методик эффективного поведения в различных ситуациях. При этом подобные системы контроля должны быть двухуровневыми. Первый уровень предназначен для самоконтроля оператора за своим состоянием, а второй - для внешнего супервизорного наблюдения, связанного с принятием решений о допуске или отстранении конкретного исполнителя от работы, направлении его на процедуры психологической релаксации и коррекции или дополнительное медицинское обследование и лечение.
Различным состояниям организма соответствуют разные балансы активности медиаторных систем мозга и определенное состояние таламуса, а также локальных источников специфической активности. Среди этих источников выделяют каналы, которые определяют уровень произвольного внимания, восприятия (затылочные отделы правого полушария), понятийного мышления (лобно-височные отделы левого полушария), моторной активности (прецентральная зона коры), мотиваций и эмоций (гипоталамо-лимбико-ретикулярный комплекс).
Изменения активности мозга отчетливо видны на электроэнцефалограмме, которая является одним из самых распространенных приборных неинвазивных методов исследования деятельности мозга. Электроэнцефалографические исследования являются весьма
информативными, но их применение требует наличия специальной аппаратуры и значительного времени. В условиях стационара это не представляет собой значительных проблем, но в условиях экспресс диагностики может создать существенные практические трудности. Кроме того проводная система контроля с многочисленными датчиками затрудняет ее применение в условиях реальной деятельности. Возможности скрытого наблюдения вообще оказываются недоступны.
Поскольку изменение функционального состояния организма сопровождается различными вегетативными реакциями, то наблюдение за ними часто применяется для диагностики соответствующих состояний.
Развитие приборной промышленности и вычислительной техники позволили к настоящему времени создать достаточно широкий арсенал миниатюрных измерительных преобразователей и компактных вычислительных систем, которые с успехом используются для проведения различного рода физиологических измерений.
Наиболее часто для целей приборного обнаружения изменения состояния организма человека в настоящее время используются [7]:
- анализ сердечного ритма для диагностики изменений состояния пользователя в моменты развития стрессовых реакций;
- спектральный анализ речи с целью выделения эмоциональных компонентов;
- анализ ЭМГ шейных мышц как индикатора функционального состояния;
- оценка уровня концентрации внимания путем регистрации КГР (кожно-гальванической реакции);
- оптическая регистрация движений глаз как индикатора когнитивной деятельности;
-и другие.
В настоящее время успешность прохождения занятий, например, на тренажерах пилотов гражданской авиации в настоящее время оценивается только инструктором на основании качества выполнения полетного задания, своего личного летного и педагогического опыта, при этом не учитываются индивидуальные особенности обучаемых, психофизиологические «затраты» летчика на выполнение полетов. Данная оценка, несмотря на опыт инструктора и качественные данные выполнения полетного задания, может носить субъективный характер и не может достоверно охарактеризовать сформированность летных навыков. Еще более отчетливо этот феномен проявляется в государственной авиации, где степень автоматизации управления летательным аппаратом существенно меньше и присутствуют воздействия ряда неблагоприятных факторов.
На базе тренажерного центра Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации совместно с Военно-медицинской академией им. С.М.Кирова было выполнено пробное исследование, цель
которого - оценка информативности динамики показателей индекса напряженности и резервов внимания в комплексной оценке сформированности профессиональных навыков у пилотов гражданской авиации.
В данном пилотном исследовании приняли участие 18 студентов 4 курса Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации по специальности: «Летная эксплуатация гражданских воздушных судов», годные к летной работе, в возрасте 21±1 год.
При проведении тренажерной подготовки студенты выполняли тренировочные полеты по кругу, в зону, полеты с различными вариантами отказов (бортового оборудования, двигателей), полеты по маршруту и т.д. согласно программы курса тренажерной подготовки. Выполнение всех упражнений проводилось с медицинским сопровождением. Для анализа индекса напряженности (ИН) и резервы внимания (РВ) были выбраны 10 полетов, выполненных на тренажере В1ашопё-42. До начала и во время заход на посадку, посадки производилась регистрация частоты сердечных сокращений, частоты дыхания, резервов внимания и расчет индекса напряженности.
Объем проведенных пилотных исследований не позволяет делать окончательные выводы, однако полученные результаты наглядно демонстрируют дифференциацию «психофизиологической» стоимости деятельности курсантов при близких оценка внешней результативности деятельности.
Эти результаты дают основание ставить вопрос о необходимости дооснащения и других типов тренажеров и автоматизированных обучающих систем каналами мониторинга функционального состояния обучающихся.
Для решения данной задачи целесообразна разработка комплексной автоматизированной системы подготовки, аттестации и сопровождения профессиональной деятельности соответствующих специалистов [5,6].
Учебно-тренировочная и аттестационная часть системы должна функционировать в режимах прямого и дистанционного доступа.
Указанная система должна включать в себя пять основных
подсистем:
- учебно-тренировочная система профессиональной подготовки,
- автоматизированная аттестационная система специалистов по допуску к выполнению реальной производственной деятельности,
- автоматизированное рабочее место специалиста по эксплуатации,
- система поддержки принятия профессиональных решений,
- подсистема мониторинга функционального состояния специалиста.
В основу учебно-тренировочных средств могут положены методики обучения, опирающиеся на интерактивное взаимодействие обучаемого специалиста с имитационными моделями технических систем
и/или окружающей среды.
Принципиально важным аспектом создания рассматриваемой системы является интеграция в ее состав подсистемы поддержки принятия решений и мониторинга функционального состояния специалиста, интеллектуальной обработки больших массивов структурированной и неструктурированной информации, что особенно актуально для служб эксплуатации сложных техногенных объектов.
Системы поддержки принятия решений предназначены для накопления знаний в виде больших массивов структурированной и неструктурированной информации и представления данных для принятия решений, обеспечивающих надёжную и безопасную эксплуатацию сложных технических комплексов аэропортов, оценку нештатных ситуаций и принятие управленческих решений.
Использованные источники:
1. Bloom B.S. All our children learning: a primer for parents, teachers and other educators. N.Y.,1981.
2. Беляев С.А., Остапченко Ю.Б., Кудряков С.А., Книжниченко Н.В., Шаповалов Е.Н. Современная концепция комплексной автоматизированной системы профессионального обучения и сопровождения деятельности для специалистов службы эксплуатации радиотехнического оборудования и связи.// Известия Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ", №10, 2015,с. 10-14.
3. Карпенко М.П. Телеобучение. М.: СГА, 2008. 800 с.
4. Кудряков С.А., Комарова М.Е. ДГС. Методика совершенствования навыков эффективного поведения. СПб.: Свое издательство, 2011,-146 с.
5. Кудряков С.А., Книжниченко Н.В., Остапченко Ю.Б., Беляев С.А. Пути повышения эффективности профессиональной подготовки и переподготовки специалистов службы ЭРТОС.// Бизнес технологии в России: теория и практика.: Материалы международной научно-практической конференции. Саратов, 2015. с. 33-36.
6. Кудряков С.А., Остапченко Ю.Б., Шаповалов Е.Н., Романцев В.В. Транспрофессиональная подготовка современных специалистов: миф или реальная необходимость. // Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ", №8, 2014. с.94-98.
7. Кудряков С.А., Ситников В.Л., Солодухин А.И. Психологические и приборные методы контроля состояния оператора в реальном времени. // Человек и транспорт.. (Психология.Экономика.Техника.) 2-е изд. Испр.и доп.-СПб ПГУПС, 2012, С. 184-190.
8. Остапченко Ю.Б., Кудряков С.А., Шаповалов Е.Н., Романцев В.В., Беляев С.А. Проблемы профессиональной подготовки специалистов для эксплуатации сложных технических объектов в современных условиях// Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», №8, 2014, с.90-94
