способ повышения степени усвоения информации, содержащейся в учебной видеопродукции

Формула изобретения

1. Способ повышения степени усвоения информации, содержащейся в учебной видеопродукции, путем регулирования степени внимания, в котором предъявляют видеопродукцию в виде ряда кадров, содержащих учебную информацию, отличающийся тем, что ряд кадров содержит по крайней мере одну совокупность кадров, которая включает три последовательно расположенные группы кадров, причем каждый кадр первой и третьей групп помимо учебной информации содержит маскирующее поле, расположенное вне изображения учебной информации в виде по крайней мере одной титровой строки, а каждый кадр второй группы помимо учебной информации содержит информационное поле, содержащее информацию, не связанную с учебной, и расположенное вне изображения учебной информации в виде по крайней мере одной титровой строки, причем маскирующие и информационное поля всех трех групп кадров составляют управляющий вниманием блок, при этом маскирующие и информационное поля расположены на одном и том же месте в соответствующих кадрах и при этом размеры маскирующих полей по крайней мере не меньше соответствующих размеров информационного поля.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве видеопродукции используют видеофильм, или видеолекцию, или слайд-лекцию, или компьютерную учебную программу.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что вид маскирующих полей и информационного поля и их длительность подбирают таким образом, чтобы обеспечить степень узнавания содержания информационного поля в пределах 15-85%.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что интервал времени между предъявлением информационного и маскирующих полей выбирают из диапазона от 0 до 20% длительности предъявления информационного поля.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что цвет и/или контрастность, и/или четкость, и/или яркость по крайней мере одного информационного поля по крайней мере одного управляющего блока отличается от, соответственно, цвета и/или контрастности, и/или четкости, и/или яркости по крайней мере одного из маскирующих полей того же управляющего блока.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что все группы кадров включают одинаковое или разное число кадров.

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что предъявление управляющего блока повторяют периодически или апериодически.

8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что каждое из маскирующих полей выполнено в виде по крайней мере одной строки, составленной из элементов изображения информационного поля, которые представляют собой знаки и/или символы, и/или фрагменты графических изображений, использованных в информационном поле.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве знаков используют буквы, расположенные по крайней мере в виде одной строки.

Описание изобретения к патенту

Улучшение качества восприятия и усвоения материала учебной видеопродукции, и прежде всего видеофильмов, представляет собой актуальную задачу как для очного (дневного и вечернего), так и для различных видов дистанционного обучения. Наряду с применением в лекционных, семинарских и самостоятельных формах обучения видеофильмы могут быть активно использованы при различных формах дистанционного обучения в том числе проводимого в рамках Интернет/Интранет технологий.

Отличительной специфической чертой продукции такого рода является возможность экспериментального подбора и закрепления в структуре видеофильма условий восприятия, обеспечивающих оптимальный режим общения педагога и учащегося. Специфика, связанная с тщательно продуманной сценарной и режиссерской подготовкой, позволяет вносить в структуру видеофильма ряд приемов, обеспечивающих повышение качества процесса обучения. Например, такая подготовка позволяет более внимательно относиться к изложению трудных для большинства учащихся мест и тем, акцентировать эти места, используя такие приемы как промежуточные выводы, конспективные повторы, схемы, иллюстрации. Ввиду специфики видеофильмов особое значение при этом имеют методы и приемы, связанные с созданием своеобразных “контрапунктов” изложения, что может быть реализовано путем проведения соответствующего монтажа видео- и аудио- рядов, формирования условий для привлечения и активизации внимания учащихся.

Известен принятый в качестве ближайшего аналога способ управления степенью усвоения информации, содержащейся в учебной видеопродукции, в котором предъявляют видеопродукцию в виде ряда кадров, часть из которых содержит учебную информацию (RU 2110095 С1, опубл. 27.04.1998, G 09 B 7/00). Реализация известного способа предполагает предварительное проведение психофизиологических тестов, после которых проводят сеанс информационной стимуляции, предназначенный для увеличения степени восприятия учебной информации, при котором на экране периодически предъявляют обучаемому учебную информацию на фоне его обычной работы, после чего выводят на экран маскирующее изображение, которое стирает с экрана учебную информацию. Причем визуальные сигналы учебной информации находятся в области физиологического порога восприятия информации.

Недостатком известного способа является то, что процесс обучения необходимо проводить на компьютере только одновременно с работой на нем, не связанной непосредственно с изучаемой учебной информацией, что повышает сложность осуществления способа и увеличивает длительность предъявления учебной информации, а следовательно, и длительность всего процесса обучения. Кроме того, стимулирующей степень восприятия информацией является сама учебная информация, которая в процессе обучения не предъявляется обучаемому в явном виде.

Задачей данного изобретения является повышение эффективности обучения при использовании в процессе обучения учебной видеопродукции за счет повышения степени усвоения информации, содержащейся в учебной видеопродукции, путем активизации внимания обучаемого.

Указанная задача решается за счет того, что в способе повышения степени усвоения информации, содержащейся в учебной видеопродукции, путем регулирования степени внимания, в котором предъявляют видеопродукцию в виде ряда кадров, содержащих учебную информацию, ряд кадров содержит по крайней мере одну совокупность кадров, которая включает три последовательно расположенные группы кадров, причем каждый кадр первой и третьей групп помимо учебной информации содержит маскирующее поле, расположенное вне изображения учебной информации в виде по крайней мере одной титровой строки, а каждый кадр второй группы помимо учебной информации содержит информационное поле, содержащее информацию, не связанную с учебной, и расположенное вне изображения учебной информации в виде по крайней мере одной титровой строки, причем маскирующие и информационное поля всех грех групп кадров составляют управляющий вниманием блок, при этом маскирующие и информационное поля расположены на одном и том же месте в соответствующих кадрах, и при этом размеры маскирующих полей по крайней мере не меньше соответствующих размеров информационного поля.

Причем в качестве видеопродукции может быть использован видеофильм, или видеолекция, или слайд-лекция, или компьютерная обучающая программа.

Кроме того, вид маскирующих полей и информационного поля и их длительность подбирают таким образом, чтобы обеспечить степень узнавания содержания информационного поля в пределах 15-85%, а интервал времени между предъявлением информационного и маскирующих полей выбирают из диапазона от 0 до 20% длительности предъявления информационного поля.

При этом цвет и/или контрастность, и/или четкость, и/или яркость по крайней мере одного информационного поля по крайней мере одного управляющего блока могут отличаться от, соответственно, цвета и/или контрастности, и/или четкости, и/или яркости по крайней мере одного из маскирующих полей того же управляющего блока.

Все группы кадров могут включать одинаковое или разное число кадров, а предъявление управляющего блока повторяют периодически или апериодически.

Кроме того, каждое из маскирующих полей может быть выполнено в виде по крайней мере одной строки, составленной из элементов изображения информационного поля, которые представляют собой знаки и/или символы, и/или фрагменты графических изображений, использованных в информационном поле. При этом в качестве знаков могут быть использованы буквы, расположенные по крайней мере в виде одной строки.

Наиболее целесообразно в качестве элементов изображения информационного поля использовать буквы, а каждое из маскирующих полей выполнять в виде по крайней мере одной строки, составленной из повторов отдельных букв, например “ххх...ххх” или “ннн...ннн”.

Отличительной чертой данного способа является то, что его реализация может иметь два варианта. 1. В случае использования видеотехники видеопродукция представляет собой последовательность кадров, каждый из которых имеет длительность 40 мс (телевизионный стандарт). 2. В случае использования компьютера длительность кадра в настоящее время может достигать 5 мс (при частоте развертки монитора 200 Гц), что позволяет более точно дозировать время предъявления информационного и маскирующих полей.

Далее более подробно раскрываются теоретические и экспериментальные предпосылки создания предлагаемого изобретения.

Актуальность задач разработки способов повышения общего (неспецифического) и специфического уровней внимания учащихся очевидна. Идеология подхода, развиваемого в предлагаемом изобретении, в определенном смысле отличается от стандартно применяемых способов повышения внимания, основанных на чисто сознательном и волевом процессе концентрации внимания. Сущность данного подхода может быть определена при помощи таких “рабочих” терминов как “рефлекторное, непроизвольное внимание”, “автоматическое повышение заинтересованности”, “включение подсознательного интереса” и др. Психофизиологической основой данного подхода является активное использование эндогенных эмоциональных и мотивационных основ восприятия информации, то есть активизация внимания в условиях повышенной эмоциональной и мотивационной преднастройки. Данная постановка проблемы не только не противоречит, но и дополняет способы активизации внимания, связанные с традиционными сознательными методами.

Теоретические предпосылки работы и общая схема обоснования методов данного исследования связаны с тем, что внимание человека активизируется в условиях определенной нехватки информации, в связи с чем частичное (неполное) восприятие содержания информационного поля может явиться непроизвольным стимулом повышения внимания. Потенциал исследовательской активности (любопытства, любознательности), возникающий при нехватке информации, не требует, как известно, никакого подкрепления со стороны других систем мотиваций. Более того, исследовательское поведение само часто работает в качестве подкрепляющей мотивации. Например, известно, что для обучения обезьян различать близкие по тональности звуки достаточно разрешать им в случае правильного ответа открывать окошко и наблюдать за тем, что происходит в соседней лаборатории. Любопытство, или ориентировочная деятельность, у человека и животных наиболее общим образом проявляется через ориентировочный (исследовательский) рефлекс, рефлекс “что такое?” по образному выражению И.П.Павлова.

Познавательная мотивация, по современным данным, связана с тем, что новизна стимула активизирует нейроэндокринную систему гипофиза, что, в свою очередь, ведет к выработке (среди множества других) гормонов группы эндорфинов, то есть эндогенных (внутренних) морфинов. Эндорфинное самоподкрепление, связанное с определенной эйфорией в ответ на новизну, в принципе, имеет различную степень индивидуальной выраженности и объясняет постоянное стремление к получению новой информации. Особый практический интерес в этом плане может быть связан с возможностями тренинга самоподкрепления такого рода и, как следствие, с развитием склонности учащихся к получению новых знаний и обучению.

Таким образом, для воздействия на механизмы активизации внимания необходимо иметь инструмент для точного дозирования подачи управляющей информации на разные уровни подсознательного и сознательного восприятия. В результате проведенных экспериментов было установлено, что в качестве такого инструмента может быть использовано дозированное по времени предъявление информационного поля, содержание которого не связано с изучаемой информацией, и маскирующих изображений, которые получили название паттерновых масок, представляющих собой некоторую комбинацию графических элементов. Было установлено, что в результате правильного подбора условий маскирования (типа масок, их длительности, наличия динамики, задержки относительно информационного поля) увеличивается интервал времени, в течение которого осуществляется восприятие, и появляется возможность в максимальной степени активизировать внимание учащихся. Следовательно, чем больше интервал времени, в рамках которого имеет место частичное (неполное) восприятие, и чем больше это восприятие “растягивается” во времени, тем в большей степени появляется возможность управления вниманием за счет регулирования дефицита информации. В частности, максимальная активизация внимания происходит тогда, когда человек воспринимает лишь определенную часть информации, например порядка 70-75%. В этом случае становится особенно актуальным создание условий для “растяжения” процесса восприятия во времени и таким образом точного подбора времени предъявления информационного поля.

Кроме того, дозированное восприятие информации делает возможным ее преимущественное поступление в подкорковые образования, деятельность которых связана с подсознательными уровнями переработки информации. Работа подкорковых структур, как известно, напрямую связана с регулированием не только уровня внимания, но уровней эмоционального и мотивационного фона.

Для подтверждения возможности управления вниманием за счет увеличения интервала времени, в рамках которого имеет место частичное (неполное) восприятие информации, был проведен ряд экспериментов, в ходе которых на мониторе испытуемым предъявлялась триада “предэкспозиционная маска - информационное поле - постэкспозиционная маска”. Длительность пред- и постэкспозиционных масок равнялась 160 мс. Интервал времени между предъявлением предэкспозиционной маски, информационного поля и постэкспозиционной маски равнялся нулю.

В качестве маскирующих изображений могут использоваться различные паттерновые маски, например, в виде сплошного темного поля, занимающего весь экран, в виде “opart кружков”, представляющих собой программно созданное поле, в узлах решетки которого располагались окружности, или поле случайно расположенных букв, покрывающих прямоугольную область, достаточную для маскировки информационного поля. Так же могут использоваться маскирующие изображения, занимающие не все поле зрения, а только отдельные строки, например, составленные из повторов отдельных букв, конкретно “ххх...ххх” и “ннн...ннн”.

В информационном поле использовались тестовые слова, каждое из которых состояло из 8 букв (средняя длительность слов русского языка) и имело нормальную лингвистическую структуру. Тестовые слова подбирались исходя из двойного критерия - их осмысленности и неизвестности испытуемым. Использование малознакомых слов в информационном поле имеет целью, во-первых, реализацию возможности побуквенного узнавания и, во-вторых, предотвращение угадывания слова по его части, что дает возможность более точного определения процента опознанной информации. Такой подбор тестовых слов, таким образом, создавал возможность количественной оценки степени опознания на основании определения процента опознанных букв. Например, если в слове из 8 букв при некотором времени предъявления было опознано 4 буквы, можно говорить о 50% уровне опознания. (При этом в первом приближении можно не учитывать компактность и правильный порядок расположения опознанных букв).

Маскирующие поля перекрывали все или достаточно большую часть поля экрана монитора. Слова предъявлялись в центре экрана, были написаны размером шрифта 16 и имели контрастность и яркость, сравнимые с контрастностью и яркостью маскирующих полей. В качестве еще одного способа предотвращения угадывания в экспериментах применялись от двух до пяти различных тестовых слов, каждое из которых предъявлялось в сопровождении своей маски.

Сводные результаты, показывающие сравнение действия разных масок, приведены на фигуре 1. Кривая 1 (маркер квадрат) соответствует маски “темное поле”. Каждая точка кривой 1 (значение процента восприятия информации) была получена в результате усреднения 56 измерений. Аналогично кривая 2 (маркер звездочка) соответствует маске “opart кружки”, кривая 3 (маркер ромбики) - маске “поле случайных букв”, кривые 4 и 5 (маркер крестик и маркер треугольник) - маске “ххх...ххх” и “ннн...ннн”, соответственно.

Общая трактовка данных, представленных графиками на фигуре 1, может быть дана следующим образом: для восприятия А% содержания информационного поля оно должно быть экспонировано в течение В мс. Причем в условиях маскирования сплошным темным полем (фактически в условиях отсутствия маскирования) практически полное узнавание достигается уже при 34 мс предъявления. Более сильный эффект маскирования имеет место при использовании маски в виде “opart кружков” и, наконец, максимальное маскирование имеет место при использовании маски в виде поля случайно расположенных букв.

Важно отметить, что применение более “сильной” маски приводит не к параллельному сдвигу кривой относительно самой себя, что означало бы только задержку опознания, а к уменьшению наклона кривой. Это означает, что возникает достаточно широкий интервал времени, в течение которого имеет место плавно регулируемое изменение степени восприятия информации. На Фиг.1 представлено семейство кривых, показывающих результаты экспериментов по определению зависимости степени опознания содержания информационного поля от времени его предъявления.

Таким образом правильный подбор маскирующих изображений приводит к эффекту “растягивания” зависимости времени предъявления от степени восприятия, причем важно отметить, что растянутая “рабочая” часть зависимости имеет характер, близкий к линейному. Это означает, что появляется явно выраженная зона неполного опознавания, в которой с увеличением длительности предъявления информационного поля имеет место плавное увеличение степени усвоения информации. Такая зона при специальном подборе масок достигает величины 200-300 мс. При отсутствии специально подобранного маскирующего поля полное опознание достигается практически мгновенно (при показе информационного поля в течение 20-30 мс), что делает невозможным управление исследовательской деятельностью и вниманием.

Таким образом, в пределах этой зоны можно регулировать степень восприятия информации. Причем чем меньше угол наклона имеет кривая восприятия относительно оси абсцисс, тем больше возможность для управляющих воздействий.

Кроме того, был сделан вывод о том, что использование различных типов маскирующих полей может по-разному влиять на процесс восприятия учебного материала. В частности, если маскирующие изображения будут занимать все зрительное поле, они могут привести к различным эффектам мелькания и, как было отмечено выше, к “разрывам” видеоряда. При этом использование информационных полей и маскирующих изображений, расположенных в области титровых строк, исключает или, по крайней мере, сводит к минимуму подобные эффекты. Информация, предназначенная для активизации уровня внимания и снятия утомления, появляется в титровой области и пространственно отделена от учебной информации. Вследствие этого реализуются три важных условия. Во-первых, при таком способе маскирующие поля не “разрывают” видеоряд учебного фильма, так как они могут предъявляться, например, внизу кадра на месте титровых строк. Во-вторых, ввиду того, что информационное поле состояло из слов, маскирующее изображение было в максимальной степени схожим с информационным и поэтому должно было дать максимально выраженный эффект “растягивания” временного диапазона восприятия. Наконец, в-третьих, при данном типе маскирования при смене информационного поля на маскирующее изображение имела место минимальная замена элементов информационного поля и достигалась минимальная степень мелькания поля зрения. Как следствие этого при показе учебного материала можно ожидать минимальной степени отвлечения учащихся от восприятия учебной информации.

Для подтверждения возможности использования разработанного “блока активизации внимания”, включающего изображения маскирующих и информационного полей в виде титровой строки, для улучшения усвоения учащимися содержания учебных видеофильмов путем активизации внимания был проведен эксперимент, описанный далее.

Блок был оформлен в виде титровой строки и состоял из трех частей: одинаковые изображения маскирующих полей в начале и в конце блока и изображение информационного поля между ними. Маскирующее изображение представляет собой экспериментально подобранную паттерновую маску длительностью в четыре видеокадра, то есть 160 мс. Информационное поле содержит слова “Это важно!” и длится в течение двух видеокадров, то есть 80 мс. Блок повторяется каждые 4 секунды на протяжении всего изучаемого участка видеофильма. Тип маскирующих изображений, их длительность, длительность информационного поля и другие параметры были подобраны таким образом, чтобы обеспечить степень узнавания содержания информационного поля 15-85%.

В экспериментах участвовали две группы испытуемых - 35 человек (эксперимент) и 38 человек (контроль). Обеим группам предъявлялись 10-минутные части из учебного видеофильма “Исследование систем управления”. Испытуемым первой группы была показана часть, в которой титровая строка содержала замаскированное информационное поле с фразой “Это важно!”. Испытуемым второй группы предъявлялась 10-минутная контрольная часть видеофильма, титровая строка которой содержала только два маскирующих блока.

Внешне, на уровне полностью осознанного восприятия титровые строки в экспериментальной и контрольной частях видеофильма были неотличимы. Предполагаемый эффект воздействия на активизацию внимания связан с суммацией восприятия повторяющихся околопороговых воздействий информационного поля в режиме дефицита времени предъявления информационного поля. Структура титровой строки показана на Фиг.2.

Титровая строка предъявлялась в центре экрана и имела контрастность и яркость, сравнимые с контрастностью и яркостью маскирующих полей. Вся титровая строка предъявлялась как часть соответствующего видеокадра, содержащего учебную информацию. Контрастность и яркость маскирующих изображений и информационного поля титровой строки могли меняться в зависимости от яркости и цвета видеокадра. Метод использования стандартной белой (или какой-либо другой) плашки, на которой титровая строка имела бы всегда одинаковые параметры яркости и контраста, не применялся, так как это повлекло бы усиленное мелькание в области титровой строки и отвлекало бы испытуемых.

Перед проведением эксперимента испытуемым сообщалась следующая инструкция: “Вам будет предъявлен отрывок из учебного видеофильма, после просмотра которого вы должны заполнить анкеты, содержащие вопросы, контролирующие усвоение вами содержания фильма. Будьте внимательны и старайтесь не отвлекаться от процесса усвоения содержания”.

Непосредственно после просмотра каждому испытуемому предлагалось заполнить анкету. Сериям “эксперимент” и “контроль” соответствовали разные анкеты. Статистическая обработка проводилась стандартным образом. Оценивались средние значения групп измерений и степень разброса среднего при уровне значимости Р=95%.

Обсчет полученных результатов заключался в суммировании баллов, набранных испытуемыми первой и второй групп. Сумма баллов, набранных испытуемыми первой группы, сравнивалась с суммой балов, набранных испытуемыми второй (контрольной) группы. При этом учитывался уровень случайного угадывания. Например, в случае, если “меню” ответа включало 4 варианта, такой уровень равен 1/4, если - 5 вариантов - 1/5 и т.д. В данном случае суммирование проводилось следующим образом. Правильному ответу приписывалось значение “1”, неправильному - “0”. В каждой серии (“эксперимент” и “контроль”) проводилось сквозное суммирование правильных ответов отдельно по каждому вопросу. Затем количество правильных ответов относилось к общему числу испытуемых и умножалось на вероятность случайного угадывания ответа на данный вопрос. Например, при обсчете вопроса 1 серии “эксперимент” было получено 26 правильных ответов, общее число испытуемых, отвечавших на этот вопрос, - 35, уровень случайного угадывания - 1/4, следовательно, общий показатель правильности ответов всех испытуемых на этот вопрос: 26:35:0,25=2,972.

Обобщенные результаты обсчета по методу “вероятностный обсчет”, приведены в таблице 1.

Таблица 1
№ вопроса	“Эксперимент”		“Контроль”
	количество верных ответов	баллы (нормированные верные ответы)	количество верных ответов	баллы (нормированные верные ответы)
1	26	2.97	-	-
2	24	2.06	22	2.36
3	30	1.71	14	2.27
4	23	1.97	23	2.48
5	17	1.94	23	2.48
6	40	2.28	-	-
7	39	1.66	-	-
8	-	-	27	1.46
9	12	1.71	-	-
10	22	2.51	13	1.05
11	31	1.77	12	0.64
12	11	0.94	13	0.70
13	-	-	7	0.38
Сумма баллов		21.528		13.82

Таким образом, в серии “эксперимент” результаты получены как усреднение 11 вопросов по 35 испытуемым - итого 385 измерений, в серии “контроль” - как усреднение 9 вопросов по 37 испытуемым - итого 333 измерения. Улучшение восприятия при использовании титровой строки с информационным полем составило

(21,53: 13,82)9/11=1,275,

то есть 27,5% (Фиг.3).

Полученные данные показали принципиальную возможность реализации предлагаемого способа управления степенью усвоения информации, содержащейся в учебной видеопродукции, путем активизации внимания.