Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБУЧЕНИЯ

Изобретение относится к современным обучающим системам и предназначено для организации индивидуального рабочего места обучающегося на основе использования информационных технологий.

Известен способ обучения, в котором информацию на листе располагают определенным образом, так что читающий ее вынужден совершать глазами движения, интенсифицирующие его мозговую деятельность и, тем самым, способствующие усвоению учебного материала (см. патент США №2005118558, G09B 5/02, 02.06.2005 г.).

Недостатком данного способа является отсутствие обратной связи, отсутствие контроля за состоянием обучаемого. В результате возможно снижение внимания при утомлении.

Известен также способ обучения, включающий вывод учебной информации на два экрана, контроль правильности и полноты усвоения учебного материала, контроль времени работы учащегося и включение релаксационных пауз через фиксированные промежутки времени (см. патент РФ №2227327, G09B 5/06, 12.02.2003 г.).

Недостатком способа является отсутствие непосредственного контроля степени утомления обучаемого (полнота усвоения контролируется по полноте записей косвенно), в результате чего часть периода между релаксационными паузами может использоваться неэффективно или наоборот, паузы могут наступать слишком часто, что также снижает эффективность способа.

Наиболее близким к предложенному является способ обучения, включающий стимулирование подсознания и тестирование студента с целью контроля его состояния и усвоения учебного материала в процессе обучения, а также корректировку этого процесса в зависимости от определенных по результатам тестирования индивидуальных особенностей (см. патент Великобритании №1492085, G09B 7/00, 1977 г.).

Недостатком способа является сложность контроля состояния студента путем тестирования и сравнения его биометрических показателей с нормой, а также недостаточная эффективность способа ввиду отсутствия связи между периодичностью отдыха и предлагаемой программой, программой и текущим, мгновенным состоянием студента.

Техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является повышение эффективности обучения за счет более полного учета индивидуальных особенностей учащегося, постоянного контроля за его состоянием, интенсивностью усвоения материала.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе обучения, включающем контроль усвоения учащимся учебного материала в процессе обучения, а также корректировку этого процесса в зависимости от определенных по результатам контроля индивидуальных особенностей, контроль осуществляют непрерывно, путем сравнения параметров движения глаз учащегося с нормальными параметрами, а при отклонении параметров движения глаз учащегося от нормы производят смену учебного материала или вводят релаксационную паузу, окончание которой фиксируют по восстановлению нормальных параметров движения глаз учащегося.

При этом, в случае отклонения параметров движения глаз учащегося от нормы, сначала производят смену учебного материала, а затем, после повторного отклонения, вводят релаксационную паузу.

Кроме того, наряду с параметрами движения глаз учащегося, контролируемыми сознанием, контролируют неосознанные микродвижения глаз.

На фиг.1 показано устройство для реализации предлагаемого способа, на фиг.2 изображена диаграмма движения глаз учащегося в процессе обучения.

На фиг.1 обозначено: 1 - монитор, на который выводится учебная информация, 2 - ультразвуковой излучатель, 3 - приемник ультразвукового сигнала, 4 - преобразователь ультразвукового сигнала, 5 - анализатор состояния учащегося, 6 - системный блок персонального компьютера с соответствующим программным обеспечением.

Способ осуществляют следующим образом. Предполагается, что в блоке 6 имеется некоторый набор учебных программ, различающихся, например, по тематике и сложности, и программ игровых или просто предназначенных для релаксации. Одна из них, например, урок английского языка, выводится на монитор. В тот же момент начинается контроль информации о движении глаз учащегося. Он может осуществляться любым известным способом: окулографически, с применением видеокамеры или так, как это показано на фиг.1. В этом случае ультразвуковой излучатель 2 может быть закреплен на очках учащегося, на мониторе 1, на отдельной стойке. Сигнал с выхода приемника 3 пропорционален скорости перемещения зрачка учащегося. В преобразователе 4 он интегрируется, фильтруется полосовыми фильтрами, кодируется и цифровая информация о параметрах движения глазного яблока учащегося, например, как это показано на фиг.2, о сознательном движении глаз по строкам текста (кривая А) с частотой в доли Гц, о непроизвольных микросаккадах (В) с частотой 10-100 Гц и о треморе (С) с частотой 80-800 Гц подается на вход анализатора 5. Последний в момент D (фиг.2) фиксирует, что характер движений глазного яблока учащегося изменился, отклонившись от нормы, определенной заранее для данного учащегося: он перестал читать текст (кривая А) или неосознанные движения (кривые В, С) свидетельствуют об усталости. В этом случае анализатор 5 подает сигнал на процессор блока 6, который меняет тему урока (например, английский язык на математику) или делает игровую паузу. Если в момент Е анализатор 5 фиксирует, что учащийся вновь готов усваивать материал с прежней интенсивностью, потому что параметры движения глаз учащегося вернулись к нормальным (вновь достигли заданного порогового уровня или вошли в требуемую зону), занятия продолжаются.

Наиболее простым способом распознавания момента появления признаков усталости является предварительная фиксация уставок в анализаторе 5, соответствующих снижению внимания и концентрации данного студента, определенных другими известными методами, например тестированием. После того, когда таким образом установлена связь между состоянием учащегося и характером сознательных и/или неосознанных движений глаз последнего, процесс обучения может быть спланирован и реализован аппаратно в анализаторе 5 и блоке 6 таким образом, чтобы при появлении первых признаков усталости происходила смена учебного материала или релаксационная пауза, а при восстановлении внимания занятия сразу же продолжались.

Целесообразно также учитывать бинокулярный эффект и синхронность движений правого и левого глаза учащегося: степень рассогласования является дополнительным индивидуальным источником информации об усталости.

Движения и микродвижения глаза чрезвычайно важны для зрительной функции. Это отмечал еще И.М.Сеченов, предполагая, что при управлении глазом возникает особое «мышечное чувство», являющееся неотъемлемой частью зрительного восприятия.

Безусловно, попадание фрагмента картинки в центральную зону поля зрения с наилучшим угловым разрешением и возможностью передачи максимума первичной информации в зрительную кору мозга - важно. Но не менее важно перемещение этого и других фрагментов (с помощью микросаккад и саккад) в другие области сетчатки и обработка там свойственными им наборами алгоритмов. Так и происходит настройка зрительной системы на наиболее точное восприятие образа - по выявленным ключевым элементам изображения и построенной (и далее подстраиваемой по командам мозга) стратегии саккад, микросаккад и т.п.

Таким образом, совокупность микродвижений глаза при рассмотрении определенного тест-объекта отражает «алгоритмическую» топологию сетчатки индивида (определяющуюся как распределением участков, специализированных аппаратно, так и за счет доминант успешных алгоритмов предыдущего опыта).

Об этом свидетельствуют высокая идентичность для индивида совокупности микродвижений при нескольких предъявлениях одного и того же объекта - вплоть до момента, когда его образ закрепится в памяти и начнется экономия движений глаза при распознавании (например, краткое сканирование только ключевых элементов картинки с быстрым и экономным перескакиванием между ними, в частности, лицо, как объект, а также любой предмет «с двумя глазами», напоминающий «мордочку», всегда сначала идентифицируется как лицо и изучается соответствующим этому способом, и только после получения отрицательного результата тип рассмотрения меняется), смена характера микродвижений при изменении физических условий рассмотрения одного и того же объекта (например, увеличение амплитуды саккад при снижении освещенности для вовлечения периферического зрения и дублирования образов в областях «ночной» алгоритмики сетчатки - прежде всего для облегчения перехода через границу освещенности), необходимость постановки экспериментов на текст-объектах регулярной структуры, в том числе с элементами движения для выявления по совокупности микродвижений глаз алгоритмической топологии сетчатки и ее перестройки при смене тест-объекта, в том числе - выявление гармонических сочетаний и предпочтений как резонансных эффектов (или эффектов совпадения с топологией с учетом диапазона наиболее экономичной для нее подстройки под объект), а также феномен зрительных иллюзий с движением и без.

Из вышесказанного следует, что движение составляет неотъемлемую часть феномена зрения. Согласно нашей концепции, глаз при разглядывании предмета «ощупывает» его образ, спроецированный хрусталиком на сетчатку, но не просто центральной ее ямкой (фовеа) для максимального углового и цветового разрешения ключевых элементов картинки, как принято считать, а самыми разными специализированными алгоритмически участками (микрофрагментами) сетчатки, находя характерные и удобные для кодирования (данным микрофрагментом) элементы изображения. При этом в сетчатке такие специализированные зоны (фактически - наборы фильтров для обработки изображений) распределены во множестве, создавая сложный «узор» (возможно, перестраиваемый), и большую роль в феномене перцепции играют именно микродвижения глаза, «прикладывающие» каждый элемент изображения к целому набору таких функциональных зон (в поиске характерного отклика/совпадения), и так итерационно, многократно повторяя этот процесс для элемента изображения в разных зонах сетчатки, уточняя образ и насыщая его (закодированными) деталями. Так с нашей точки зрения и происходит настройка зрительной системы на наиболее точное восприятие образа - по первоначально выявленным ключевым элементам изображения (его типу) выбирается и далее корректируется по командам мозга стратегия саккад, микросаккад и т.п.

В соответствии с вышеизложенным нами предложена иерархическая модель зрения, где микродвижения глаза используются на различных этапах обработки изображения, а именно:

- саккады - для переноса «центральных» (расположенных в окрестностях точки фиксации зрения) элементов изображения из фовеа в область кольцевого и периферического зрения и, наоборот, для обработки фрагментов картинки в разных зонах сетчатки, в том числе в областях «ночных» алгоритмов и в зоне фовеолы с отличающимся фокусом;

- микросаккады - для автоматического переброса элементов изображения между сенсорами и участками нейронной сети как внутри и в окрестностях фовеа, так и для других зон сетчатки - в окрестностях этих зон обработки для возможности применения различных ее типов, а кроме того, для контроля точности аккомодации: за счет расфокусировки при перемещении фрагмента между зонами с разным фокусом;

- тремор (а также низкочастотная, дрейфовая составляющая движения) - также для переброса «центральных» фрагментов картинки внутри участков фовеолы с разной алгоритмикой обработки (а остальных фрагментов изображения - соответственно внутри окрестности зон их точки проецирования); другими словами, тремор - это микро-микросаккады и управление им, видимо, происходит из того же центра, а дрейф и высокочастотное движение - своего рода комбинация медленного и быстрого режимов «сканирования» глаза;

- микротремор (условно определяем как тремор минимальной амплитуды, независимой от когнитивных процессов) - для «межпиксельной» обработки: уточнения центров дифракционных картинок (в т.ч. цветных) точечных элементов изображения, контуров и границ, а также для обеспечения работы фотосенсоров без насыщения; микротремор, в частности, - основа работы периферического зрения.

Таким образом, совокупность микродвижений глаза при рассмотрении объекта совсем не хаотична, а отражает текущий аккомодационный профиль (фигуру, показывающую зависимость оптимальной зоны фокусировки от угла при данной аккомодации) и «алгоритмическую» специфику топологии сетчатки в ее текущем состоянии с учетом возможностей адаптации под тип объекта или задачу (обнаружения, распознавания и т.п.).

Далее в иерархии идут уже осознанные движения глаза, определяемые когнитивным процессом. При этом мозг содержит полную модель сетчатки, верифицируя поступающую информацию, управляя низкочастотными режимами кинематики глаза и назначая высокочастотные автоматические режимы - в соответствии с характеристиками объекта, текущими потребностями организации панорамного зрения и идущей работой над образами (со всей своей обширной памятью и творческим подходом к достраиванию изображений!). Как следствие, приходим к динамическому характеру синтетической картинки с обновлением фрагментов по запросу. На понимание вышеописанных фактов и опирается предлагаемый способ обучения. Ввиду краткости изложения мы не касаемся здесь вопросов цветового зрения, а также задач стереоскопии и бинокулярности.

В результате использования предлагаемого способа и методик на его основе занятия проходят с каждым учащимся в наиболее благоприятном индивидуальном режиме и с максимальной эффективностью. Это подтверждается имеющимися данными о зависимости микродвижений глаз от интенсивности мозговой деятельности.