Концептуальная структура классного модульного тренажера

КМТ должен осуществлять процесс подготовки специалистов и повышение их квалификации на базе сформированных адаптированных сценариев обучения с использованием средств и методов искусственного интеллекта в условиях, максимально приближенных к реальным. Как сложная система, КМТ включает различные виды обеспечения (техническое, информационное, математическое, программное, учебно-методическое, организационное)

Техническое обеспечение представляет собой совокупность вычислительного комплекса, рабочих мест обучающегося и обучающего, различных устройств, обеспечивающих работу КМТ.

Программное обеспечение КМТ - совокупность программ, обеспечивающих ввод, обработку, хранение, синтез рабочих программ и др.

Учебно-методическое обеспечение - совокупность учебного материала, методик его подачи, методических указаний, статистических данных об успеваемости и др.

Информационное обеспечение представляет собой совокупность знаний о психофизиологическом состоянии обучающегося, об уровне усвоения им предметных знаний, динамике их изменения, о возможных результатах и продолжительности обучения.

Под математическим обеспечением в работе понимается совокупность математических моделей, лежащих в основе программного обеспечения комплекса.

Организационное обеспечение включает штатную структуру обслуживающего персонала комплекса, документацию на него, регламентирующую объем нагрузки на комплекс, периодичность и порядок его технического обслуживания.

На основе проведенных исследований была составлена концептуальная структурная схема КМТ, представленная на рисунке 2.5.

Обучающая информация всех видов (текстовая, графическая, звуковая и визуальная) содержится в базе знаний КМТ и в совокупности представляет собой модель предмета обучения.

Модель управления обучением осуществляет предоставление обучающемуся очередного учебного воздействия, рационального в конкретной ситуации с точки зрения целей и методики обучения. Информация о целях и методике обучения заносится в БЗ по результатам работы с экспертом-методистом и может оперативно корректироваться конкретным педагогом перед занятием для реализации индивидуальной методики преподавания.

Модуль адаптации к обучающемуся, состоящий из модели психологического и психофизиологического тестирования и модели тестирования предметных знаний, предназначен для определения интеллектуальных способностей, уровня базовой подготовки, а также психофизиологических возможностей и состояний обучающегося с целью корректировки модели предмета обучения. По результатам тестирования, модуль адаптации формирует в БД информацию об обучающемся, фиксирует результаты последующей работы, информацию о состоянии знаний и о ходе его взаимодействия с КМТ.

Модель настройки предмета обучения позволяет адаптировать предъявляемый учебный материал в зависимости от возможностей и состояний обучающегося.

Кроме моделей, формирующих непосредственно процесс обучения, к моделирующему устройству относятся модели, позволяющие проводить тренировки по СиУО на фоне конкретной боевой обстановки, объединенные в блок формирования ОЗ.

Модель боевой обстановки предназначена для формирования информации о боевых действиях подразделений противника.

Модель результатов ведения огня формирует управляющее воздействие для изменения боевой обстановки в зависимости от эффективности выполнения ОЗ обучающимся.

Рисунок 2.5 - Концептуальная структурно-функциональная схема КМТ

Модель контроля и оценки уровня подготовленности обучающегося предназначена для формирования информации о порядке ее выполнения параллельно.

Модель имитации окружающей среды осуществляет наложение возмущающих воздействий на видео и аудио информацию, поступающую к номеру расчета.

Лингвистический процессор предназначен для перевода естественно - языковых конструкций во внутреннее формальное представление адекватное смыслу запроса.

Блок генерации ситуаций предназначен для формирования в процессе обучения нестандартных ситуаций с целью развития творческого мышления и индивидуализации процесса подготовки специалистов.

2.3 Обоснование содержания требований к элементам классного

Модульного тренажера

Как обучающее устройство, УМК предназначен для повышения эффективности и качества обучения и в соответствии с ГОСТ 26387-84 он характеризуется по следующим основным группам показателей эффективности и качества: назначения, надежности, эргономические, эстетические, технологичности, транспортабельности, патентно-правовые, унификации, экологические, безопасности, экономические показатели, показатели отражающие затраты на разработку, создание и эксплуатацию системы.

Таким образом, исследования были направлены на разработку требований к структурным элементам и к УМК в целом как к обучающей системе для подготовки специалистов артиллерии с помощью различных методов подготовки в соответствии с перечнем.

Требования к рабочему месту руководителя.

Рабочее место руководителя (обучающего) - это зона деятельности преподавателя, оснащенная техническими средствами оперативного управления процессом обучения. Со своего рабочего места обучающий должен иметь возможность получать как можно более полную информацию о ходе обучения. Рабочее место включает устройство ввода информации, обеспечивающее изменение алгоритма обучения в полуавтоматическом режиме и режиме работы КМТ под руководством обучающего, средство отображения информации, дающее возможность наблюдения за ходом обучения и функционированием КМТ.

Анализ структуры обучающих средств, особенности методики проведения занятий по стрельбе и управлению огнем, являются основой для предъявления к рабочему месту обучающего следующих требований:

обеспечение управления параметрами учебной информации модели в полуавтоматическом режиме работы КМТ и режиме работы под руководством преподавателя;

обеспечение возможности оперативного вмешательства в действия обучающегося в процессе тренировки и обучения в случае допущения ошибок, ведущих в реальных условиях к гибели людей или нарушению мер безопасности;

обеспечение управления физическими факторами моделируемой системы, воздействующих на обучающихся;

обеспечение контроля за действиями всех обучающихся и получения данных о контроле хода обучения и оценках обучающихся;

возможность коррекции учебной информации, используемой обучающимися в процессе обучения и тренировки.

Требования к рабочему месту номера расчета (обучающегося).

Рабочее место НР (обучающегося) - зона деятельности, оснащенная техническими средствами для профессиональной подготовки и вспомогательным оборудованием для контроля за готовностью обучающегося к обучению и ходом учебного процесса.

В КМТ должны быть рабочие места только тех номеров расчета, которые считаются наиболее важными и сложными в обучении.

Они смонтированы в башне орудия, установленной на качающейся платформе. На рабочих местах обучающихся располагаются штатные приборы рабочих мест САО, и кроме того:

имитатор затвора с механизмом досылки;

имитатор прицельного комплекса;

имитатор аппаратуры управления наведением;

средства связи.

Методика проведения занятия предполагает максимально-эффективное использование рабочего места, возможности которого позволяют обучающемуся действовать в условиях, приближенных к реальным.

Таким образом, к рабочим местам обучающихся предъявляются следующие требования:

соответствие по исполнению и компоновке информационных и моторных полей реальным рабочим местам;

возможность передачи на рабочие места обучающихся информации об ошибках, допущенных в ходе выполнения огневой задачи;

возможность получения визуальной информации через приборы наблюдения;

возможность получения и передачи через телефонную гарнитуру информации от командиров огневых подразделений и руководителя занятия;

идентичность пространственных характеристик управляющих движений обучающихся при работе на КМТ и в реальных условиях;

возможность наблюдения за полем боя, первым разрывом вне машины с помощью системы виртуальной реальности;

обеспечение имитации на рабочих местах КМТ физических условий окружающей среды, статичности, либо динамичности ( имитация движения, воздействия ударной волны и т.п.) рабочего места, воздействий противника, т.е. комплексирование различных форм информации статического и динамического типа.

Требования к средствам отображения и предъявления информации:

Средства отображения информации предназначены для предъявления различных данных в визуальной и аудио формах. Они используются как обучающимся, так и обучающим.

Средства отображения и предъявления информации обеспечивают возможность предъявления следующих видов информации:

учебной;

о результатах работы обучающегося;

о результатах контроля работы обучающегося.

Кроме того, если принимается решение при создании КМТ на исключение отдельных операций, то выполнение этих операций не только имитируется временным отрезком, но визуальным и аудио проигрышем.

С помощью средств отображения и предъявления информации у обучающегося формируется образ реальной обстановки, он проводит оценку обстановки, принимает решение, планирует управляющее воздействие.

К средствам отображения и предъявления учебной информации предъявляются следующие требования:

они должны совпадать по месту с приборами наблюдения в реальной системе;

обеспечение считывания информации с требуемой точностью;

использование различных цветов для отображения различной информации;

в случае совместной аудио-визуальной подачи информации, видео информация задерживается до конца подачи звуковой, т.к. слуховые анализаторы принимают информацию не одномоментно, как зрительные, а последовательно;

видео информация должна быть обеспечена высоким цветовым контрастом.

Требования к органам управления КМТ.

Органы управления КМТ служат для передачи управляющих воздействий от выполняющего огневую задачу к ЭВМ и играют роль связующего звена между ними.

К органам управления КМТ относятся приборы и средства связи, а также устройство ввода информации. Они должны обеспечивать проведение занятия как методом тренировки, так и методом упражнения в работе на технике и приборах, причем в совмещенном варианте.

Таким образом, к органам управления КМТ предъявляются следующие требования:

обеспечение соответствия изменения положения органов управления, изменению отображаемой обстановки. Поворот угломерных механизмов органов управления должен соответствовать изменению визуализируемой обстановки в допустимых пределах;

обеспечение соответствия масштаба визуализируемой обстановки реальному масштабу обстановки в реальных приборах;

обеспечение соответствия длительности моделируемых действий системы после управляющих воздействий длительности аналогичных процессов в реальной системе;

обеспечение ввода в КМТ информации о результатах планирования огня, данных для проведения тестирования обучающегося.

Требования к модулю адаптации к обучающемуся.

Модуль адаптации к обучающемуся - программный продукт, предназначенный для приспособления КМТ до начала и в ходе процесса обучения к уровню подготовленности обучающегося, его психическому и психофизиологическому состоянию.

В зависимости от методики обучения, программной реализации модуля адаптации, различают следующие виды адаптации: дидактическая, программная и техническая.

Дидактическая адаптация предполагает определение степени (уровня) сложности очередного "отрабатываемого" учебного задания в соответствии с индивидуальным уровнем теоретической и практической подготовленности, уровнями психического и психофизиологического состояния обучающегося на момент проведения занятия.

Программная адаптация обеспечивает:

формирование из имеющейся номенклатуры системных программных средств ПЭВМ (драйверов, интегрированных пакетов прикладных программ и д.р.) необходимого (требуемого в целях успешного обучения) специализированного системного программного модуля, учитывающего не только необходимые для решения конкретных учебных задач периферийные устройства ПЭВМ, но и номенклатуру технических средств КМТ;

генерацию программных файлов контроля теоретических знаний при допуске обучающихся к отработке с помощью КМТ тех или иных практических умений и навыков.

Техническая адаптация осуществляется путем формирования оптимальной аппаратной и приборной конфигурации средства обучения для решения конкретных учебных задач.

Синтез перечисленных видов адаптации позволяет сформулировать требования к модулю адаптации, под которыми понимается:

возможность получения до начала обучения на основании тестирования сведений об уровнях предметных знаний, психического и психофизиологического состояния обучающегося;

возможность прогнозирования хода процесса обучения в зависимости от возможностей обучающегося;

изменение объема и информативности учебных заданий в зависимости от состояния обучающегося;

изменение времени на усвоение учебного материала и количества выполняемых огневых задач в зависимости от готовности обучающегося к занятию.

Требования к модулю контроля и оценки уровня подготовленности обучающегося.

Модуль контроля и оценки уровня подготовленности - это техническое и программное средство, обеспечивающее контроль и качественную оценку деятельности обучающегося и его функционального состояния.

Контроль и оценка обученности является одним из основных моментов методики проведения занятия. Чем более подробный и всесторонний осуществлен контроль, тем более своевременной будет помощь при ликвидации пробелов в подготовке обучающегося.

Таким образом, к модулю контроля и оценки подготовленности предъявляются следующие требования:

возможность регистрации и анализа информации, необходимой для определения качества работы обучающегося, а также групп обучающихся;

формирование информации об ошибках обучающегося и оперативное предъявление ее на рабочее место обучающего, при необходимости - обучающихся (в конце выполнения огневой задачи);

возможность возвращения к любой предыдущей части отрабатываемой задачи, в которой допущена ошибка на этапе оценки уровня подготовленности.

Требования к модели имитации окружающей среды.

Модель имитации окружающей среды - программное средство, позволяющее изменять условия выполнения огневой задачи адекватно воздействующим условиям окружающей среды (погодные и климатические условия) на обучающегося в реальной системе.

Методика проведения тренировок предполагает максимальное приближение условий выполнения огневой задачи к условиям реальной системы, исходя из чего, требования модели имитации окружающей среды предоставляют возможность:

воздействия на условия выполнения задачи адекватно выполнению ее в реальной системе;

моделирования условий окружающей среды, присущих тому району, где проходит службу обучающийся;

передачи моделируемых условий в другие модели и на технические устройства, реализующие результаты моделирования (рабочее место обучающегося - качающаяся платформа, модуль генерации ситуаций).

Требования к модулю генерации ситуаций.

Творческое мышление номера расчета характеризует высшую степень развития его способностей и проявляется в умении успешно решать нетипичные, сложные задачи. Наилучшие условия для развития творческого мышления обеспечиваются в процессе создания и разрешения проблемных ситуаций. С помощью генерации ситуаций создаются условия, способствующие снижению негативного воздействия факторов, препятствующих реализации творческого мышления.

В результате исследований были сформулированы следующие требования к модулю генерации ситуаций:

возможность создания индивидуальных проблемных ситуаций, обязательных для разрешения каждым обучающимся;

осуществление выбора проблемных ситуаций в соответствии с характеристиками каждого из обучающихся посредством связи с аппаратурой адаптации;

генерация ситуаций в реальном секторе возможных вариантов их возникновения;

учет при генерации всех условий, оговоренных и заложенных в КМТ (погодные условия, наличие боеприпасов по видам, партиям и типам взрывателей и др.).

Требования, предъявляемые к учебно-моделирующему комплексу (УМК).

Требования к УМК основываются на анализе выполняемых с его помощью функций, характеризующих его как обучающую систему, к которым относятся:

формирование умений и навыков в принятии решения и его практическом выполнении;

формирования знаний, умений и навыков, необходимых для конкретного вида деятельности;

психологический и психофизиологический контроль обучающегося;

контроль уровня знаний предметной области обучающимся (проверка теоретических и практических знаний, умений и навыков).

Перед рассмотрением требований к УМК для обучения номеров расчета, целесообразно определить требования к обучающим системам, к которым относится и УМК:

обеспечение посредством применения обучающих систем высокой дидактической эффективности обучения;

повышение познавательной активности и самостоятельности обучающихся, их интереса к изучаемому материалу, инициативы и уверенности в достижении целей обучения;

возможность индивидуализации обучения посредством адаптации обучающей системы к обучающемуся;

улучшение качества подготовки специалистов, предполагающей заполнение пробела между теорией и практикой обучения;

расстановка акцентов при обучении на развитие творческого мышления у обучающихся;

формирование у обучающегося высокой мотивации и приемов самоконтроля - решающих факторов для овладения многими умениями и навыками.

Таким образом, на основе общих требований к обучающей системе, с учетом особенностей методики проведения занятий, были сформулированы следующие требования к УМК:

обеспечение возможности вывода текущих справочных данных (неисправности, причины задержек и т.д.) с помощью средств отображения и предъявления информации в случае необходимости получения их обучающимся, либо обучающим;

на моделируемой местности должны быть отчетливо видны различного рода ориентиры и обеспечена возможность вывода с помощью средств отображения;

соответствие размеров моделируемых элементов тактической обстановки техническим характеристикам приборного оснащения УМК.

Оценка качества обучения

Постепенное углубление процесса обучения и формируемый вывод о том, что подготовка обучающегося достигла того уровня, когда можно перейти к отработке более сложных задач, основывается на измерении и оценивании характеристик практической деятельности обучающегося. Таким образом, под оценкой при обучении с помощью УМК в работе понимается совокупность показателей, характеризующих успешность самого процесса подготовки и уровень обученности обучающегося в пределах задач, отрабатываемых на УМК.

Оценивание деятельности обучающегося предполагает решение следующих проблем. Первая связана с тем, что достигнутые показатели обученности должны быть применимыми им в реальной системе.

Хорошая работа на УМК будет бесплодной, если она не способствует росту умения обучающегося выполнять ОЗ в реальных условиях обстановки.

Вторая проблема связана с использованием УМК для оценивания деятельности обучающегося и заключается в распространении субъективных оценок за его действия в реальной системе на объективные измерения, получаемые УМК, следовательно, возникает необходимость увязывания дополнительных измерений, получаемых с помощью УМК с известными методами оценки действий выполняющего ОЗ.

Третья проблема использования УМК для оценки деятельности обучающегося связана с определением качества обучения. Она основана на сравнении действий опытного и неопытного выполняющих ОЗ.

Оценивание деятельности обучающегося связано с выполнением трех задач в рамках учебной программы. Первая заключается в оценке деятельности обучающегося относительно требований к отрабатываемым задачам, т.е. оценивание выполнения ОЗ по существующей методике.

Вторая задача оценки заключается в определении момента готовности обучающегося к выполнению более сложной ОЗ. Следовательно, в УМК может быть выработан комплекс взаимосвязей, определяющих критерий, по которому следует судить о качестве обучения, о готовности обучающегося перейти к выполнению более сложных задач в более сложных условиях.

Третья задача заключается в выявлении и указании причин неправильных действий выполняющего ОЗ или действий, которые могут быть следствием недостаточно глубокого обучения. УМК способен решить эту задачу посредством мощных ресурсов как для запоминания результатов подобного анализа, так и для расширения его масштабов на основе накопления данных, на основе соответствующей организации этих данных с целью отражения существующих взаимосвязей между различными показателями функционирования, качеством выполнения ОЗ и результатами обучения.

По назначению оценочные показатели делятся на три группы. Относящиеся к первой группе показатели, используемые для управления процессом обучения, характеризуют сложность для обучающихся выполняемой ОЗ или ее отдельных элементов, причины ошибочных действий и степень усвоения учебной задачи. При этом, кроме технических показателей, характеризующих процесс выполнения ОЗ, предусматривается получение параметров психического и психофизиологического состояния обучающегося в процессе обучения.

Ко второй группе относятся оценочные показатели стимулирования активности обучающихся, которая достигается путем повышения уровня мотивации их деятельности. Оценочные показатели должны определять уровень достигнутых результатов при каждом выполнении с целью воздействия на обучающихся.

Относящиеся к третьей группе оценочные показатели для аттестации обучающихся характеризуют их способность выполнять огневые задачи в реальных условиях.

Для реализации всех перечисленных оценочных показателей в УМК функционирует модуль контроля и оценки уровня подготовки обучающихся. Значения частных оценочных показателей определяются на основе информации о состоянии и переходных процессах объекта управления, а также на основе данных, характеризующих работу выполняющего ОЗ.

Для оперативного управления процессом обучения используются оценочные показатели, характеризующие успешность действий обучающихся и степень достижения ими поставленных целей.

В качестве оценочных показателей используются различные параметры, характеризующие процесс управления обучением, к которым относятся:

время выполнения ОЗ;

точность действий;

количество ошибок и др.

Нормативные значения устанавливаются на основе требований руководящих документов.

Нормативы, по которым производится оценка ОЗ, рассматриваются как некоторая допустимая область в пространстве параметров.

В итоге, оценочный показатель выдается на рабочие места обучающего и обучающегося.

Таким образом, УМК, в отличие от существующих обучающих систем, значительно расширяет перечень решаемых задач по подготовке специалистов артиллерии. Их совокупность обеспечивает реализацию на практике широкого спектра методик проведения занятий.