UA149786U - Інтерактивна автоматизована дистанційна навчально-тренувальна система - Google Patents

Abstract

Інтерактивна автоматизована дистанційна навчально-тренувальна система включає клієнтську частину, що складається з множини пристроїв користувача, пов'язаних із серверною частиною. Кожен пристрій користувача містить інтерфейс з інструментарієм для відображення 3d-сцени, виконаний з можливістю взаємодії серверної частини системи і користувача. Серверна частина складається з основної частини, в якій розміщені блок "сховище елементів", блок анімації і блок обробки сценарію, пов'язаний з двома попередніми блоками зворотними зв'язками, блок центральної логіки і перевірки результатів, пов'язаний з блоком обробки сценарію, з пристроєм користувача і з блоком управління користувачами, розташованим або в допоміжній частині, або в сторонній системі. Крім цього, є блок "інструментарій створення курсів навчання", розташований в допоміжній серверній частини, а також є візуалізатор, розташований або в інструментарії для відображення 3d-сцени, або в серверній частині окремим блоком, пов'язаним з інструментарієм для відображення 3d-сцени і блоком центральної логіки і перевірки результатів.

Description

Корисна модель належить до автоматизованих навчально-тренувальних засобів навчання і може бути використана для підготовки групового або індивідуального навчання студентів та інженерно-технічного персоналу підприємств по обслуговуванню і експлуатації різних складних технічних систем шляхом наочного подання техніки і її окремих елементів у режимі ЗО, а також інтерактивної взаємодії з ними, в тому числі через різні сценарії і моделювання ситуацій.

Відомий пристрій для навчання просторово-часової орієнтації, що має вузол відтворення інформації, вузол логічної обробки інформації, пов'язаний з пультом користувача, вузол формування умов навчання, інформаційні виходи якого з'єднані з вузлом логічної обробки інформації і формувачем псевдовипадкових координат (50 Мо 896661, опубл. 07.01.82, бюлетень Мо 1).

Однак, даний відомий пристрій не дозволяє відпрацьовувати практичні навички персоналу з обслуговування та експлуатації складного технічного обладнання при штатних та позаштатних ситуаціях на обладнанні конкретного виробника і не дозволяє відпрацьовувати взаємодію декількох фахівців одночасно для вирішення складних завдань, що вимагають комплексного підходу.

Відома інтерактивна автоматизована система навчання, що складається з модуля групового та індивідуального навчання, модулю процедурного тренажеру і модулю обчислювальної системи, виконаних автономними і з'єднаними між собою комунікаційними зв'язками і інформаційними входами й виходами, при цьому модуль групового навчання містить блок інструктора з процесорним блоком та блоком відображення навчальних програм, модуль індивідуального навчання виконаний на базі персональних комп'ютерів, а модуль процедурного тренажеру виконаний у вигляді макету робочого місця управління. (КО Ме2271040, 5098 9/00, 2004).

Недоліком системи є спрямованість її тільки на навчання персоналу для роботи на конкретній складній системі в режимі тренажера. Використання імітаційної моделі об'єкта вивчення (процедурного тренажера) не дозволяє достовірно відтворити реальні сценарії досліджуваного процесу, що позначається на якості підготовки користувачів. Система не передбачає можливості вивчення конструкції і внутрішніх зв'язків між складовими частинами обладнання в процесі навчання складним технічним системам.

Відомий патент КО Мо 2630441 від 19.06.2015, опубл. 07.09.2017 - Інтерактивна автоматизована система навчання, що містить принаймні один програмно-апаратний комплекс, що підтримує в режимі діалогу автоматизовані цикли навчання і контролю знань учнів, який виконаний у вигляді керуючого модуля обчислювальної системи, забезпеченого програмним забезпеченням системи і має інформаційні входи і виходи, модуль індивідуального і/або групового навчання. Модуль індивідуального і/або групового навчання містить не менше одного модуля об'єктів, який включає в себе не менше одного джерела живлення і не менше одного електронного приладу, один з входів якого з'єднаний з відповідним виходом джерела живлення, при цьому кожен електронний прилад має роз'єми для можливості підключення їх між собою, а другий і наступні електронні прилади мають можливість підключення до відповідних виходів відповідних джерел живлення, причому кожен електронний прилад і джерело живлення мають органи управління з відео-графічним матеріалом, програмними кодами і інтерактивними зонами, з'єднані віртуальними двонаправленими лініями зв'язку з інформаційними входами та виходами керуючого модуля обчислювальної системи.

Недоліками вищевказаної системи є: - відсутність гнучкості в створенні нових навчальних матеріалів для даної системи через відсутність поділу логіки і алгоритмів роботи приладів, що складають дану систему, та їх інтерфейсів; - відсутність застосування сучасних мережевих веб-технологій.

Досягненню необхідного технічного результату у всіх наведених вище аналогах перешкоджає те, що жодна з описаних систем не дозволяє вступити з об'єктом навчання в наочну і досить гнучку взаємодію при достатньому рівні гнучкості і дешевизні створення навчальних матеріалів.

З рівня техніки не виявлено технічного рішення, аналогічного пропонованому.

В основу корисної моделі поставлена задача створення інтерактивної автоматизованої навчально-тренувальної системи, що дозволяє підвищити рівень і якість навчання, скоротити час освоєння досліджуваної складної технічної системи і підвищити ефективність самого навчання (включаючи зниження витрат) і ефективність застосування його результатів у подальшому на практиці, що забезпечують підвищення безпеки експлуатації складних технічних систем.

До технічних результатів, отриманих при вирішенні поставленої задачі, від реалізації заявленого технічного рішення, належить забезпечення необхідної якості навчання (за рахунок можливості вивчення конструкції і внутрішніх зв'язків між складовими частинами обладнання в режимі реального часу шляхом відображення об'єктів вивчення в тривимірному вигляді, включаючи їх анімацію, і за рахунок напрацювання і закріплення навичок у користувачів шляхом забезпечення можливості взаємодії користувача з цими об'єктами і створення сценаріїв взаємодії і ситуацій роботи технічного обладнання), а також оптимізація та здешевлення процесу навчання (за рахунок віддаленого індивідуального та/або групового навчання).

Пропонована система є платформою для показу навчальних/тренажерних курсів. Кожен курс складається з матеріалів курсу (інформаційних об'єктів, таких як зображення, тексти, За- моделі, відео і т.п.), а також сценаріїв, які описують умови і порядок подачі матеріалів користувачеві, порядок взаємодії з користувачем. Курс ділиться на сцени (інші можливі назви - слайди, секції, етапи і т.п.).

Поставлену задачу вирішено в інтерактивній автоматизованій дистанційній навчально- тренувальній системи, що включає клієнтську частину, що складається з множини пристроїв користувача, пов'язаних з серверною частиною, при цьому кожен пристрій користувача містить інтерфейс з інструментарієм для відображення За-сцени, виконаний з можливістю взаємодії серверної частини системи і користувача, а серверна частина складається з основної частини, в якій розміщені блок "сховище елементів", блок анімації і блок обробки сценарію, пов'язаний з двома попередніми блоками зворотними зв'язками, блок центральної логіки і перевірки результатів, пов'язаний з блоком обробки сценарію, з пристроєм користувача і з блоком управління користувачами, розташованим або в допоміжній частині, або в сторонній системі, крім того є блок "інструментарій створення курсів навчання", розташований в допоміжній серверній частини, а також є візуалізатор, розташований або в інструментарії для відображення

За-сцени, або в серверній частині окремим блоком, пов'язаним з інструментарієм для відображення За-сцени і блоком центральної логіки і перевірки результатів.

Серверна частина може бути пов'язана зі сторонньою системою.

Пропоноване технічне рішення працює за клієнт-серверною архітектурою, яка забезпечує можливість дистанційного навчання. Система містить один серверний програмно-технічний комплекс і від одного та більше клієнтських програмно-технічних комплексів.

Завдяки клієнт-серверній архітектурі система може дозволяти проходити навчальні курси дистанційно як в однокористувацькому режимі, так і в багатокористувацькому режимі (режимі спільного проходження курсу), шляхом підключення декількох клієнтів в одну сесію з одним курсом. Максимальна кількість користувачів в сесії спільного проходження визначається архітектурою кожного конкретного курсу (від одного користувача і більше). Анімаційний движок дозволяє закласти практично будь-яку анімацію, наприклад показати апарат в режимі роботи.

Завдяки сценарному движку є можливість створювати текстові або анімовані покрокові інструкції по роботі з обладнанням, а також давати можливість ставити перед користувачами технічну задачу і пропонувати виконати її в інтерактивному режимі (практика або іспит).

Фактично можна закладати сценарій будь-якій ситуації.

Система працює на централізованому веб-сервері. Доступ можна організувати як суто всередині мережі підприємства, так і з будь-якої точки земної кулі.

На кресленні представлена схема пропонованої системи.

Пропонована інтерактивна автоматизована дистанційна навчально-тренувальна система включає клієнтську частину 1, яка складається з множини пристроїв користувача А, які у вигляді клієнта пов'язані з серверною частиною 2. Кожен пристрій користувача А містить інтерфейс системи 3, виконаний з можливістю взаємодії серверної частини 2 системи і користувача.

Складовою частиною інтерфейсу системи З є інструментарій для відображення За-сцени 4.

Клієнтська частина 1 пов'язана комунікаційними входами і виходами з серверною частиною 2.

Серверна частина 2 складається з основної частини Б - сервера, на якому відбувається вся основна робота Системи; а також допоміжної частини В і сторонньої системи Г - додаткового інструментарію, побічно задіяного в роботі системи. В основній частині Б сервера 2 розміщені блок "сховище елементів" 5, блок обробки сценарію 6 і блок анімації 7. Блок обробки сценарію 6 зв'язаний зі "сховищем елементів" 5 і з блоком анімації 7. Основним блоком основної частини Б сервера 2 є блок центральної логіки і перевірки результатів 8, який є головною сполучною ланкою всіх блоків. Він пов'язаний з блоком управління користувачами 9, що знаходиться в допоміжній частині В сервера або входять до складу сторонньої системи Г, з блоком обробки сценарію б і з пристроєм користувача А. Допоміжна частина В також містить блок "Інструментарій створення курсів навчання" 10. Даний блок безпосередньо не взаємодіє з 60 іншими блоками системи.

У деяких реалізаціях системи може бути присутнім в основній частині Б сервера 2 візуалізатор 11, пов'язаний з блоком центральної логіки і перевірки результатів 8 і інструментарієм для відображення За-сцени 4.

Система працює наступним чином.

Основним керуючим блоком системи є блок центральної логіки і перевірки результатів 8. Він отримує від блока управління користувачами 9 дані про курс, який необхідно завантажити, після чого витягує з курсу найменування першого сценарію і відправляє його в блок обробки сценарію б, який в свою чергу витягує всі необхідні матеріали курсу зі сховища елементів 5 і потім крок за кроком виконує сценарій, керуючи розташування елементів за допомогою блока анімації 7.

Результатами блок обробки сценарію б обмінюється з блоком центральної логіки і перевірки результатів 8, який на їх основі відправляє дані на пристрій користувача в інтерфейс системи 3, який за допомогою інструментарію для відображення За-сцени 4 відображає користувачеві поточний стан сцени, а потім приймає від користувача команди взаємодії і відправляє їх у блок центральної логіки і перевірки результатів 8, який після обробки дій користувача, перевірки їх на шахрайство і контролю виконання завдань за сценарієм відправляє їх в блок обробки сценарію б, просуваючи користувача далі за сценарієм. Блок "сховище елементів" 5 містить все наповнення навчальних курсів: сценарії, ЗО-моделі, візуальні ефекти, а також інші матеріали (текстові, зображення, відео, посилання на сторонні ресурси або на інші сценарії/курси всередині системи). Блок обробки сценарію б обробляє й виконує поточний сценарій. Блок анімації 7 в реальному режимі часу керує анімацією об'єктів, що задана у поточному сценарії, і повідомляє блоку обробки сценарію б нове розташування всіх об'єктів. Блок управління користувачами 9 має функцію аутентифікації користувача, забезпечення йому доступу до системи, обліку профілів користувачів, обліку їх успішності, управління рівнями доступу до матеріалів і т.п. Блок "інструментарій створення курсів навчання" 10 включає в себе редактор та конвертер За-об'єктів, редактор сценаріїв, редактор додаткових матеріалів та інші інструменти авторів і адміністраторів системи. Його складові елементи можуть бути як частиною сервера 2, так і окремими додатками.

Пристрій користувача А дозволяє користувачеві взаємодіяти із системою. Після підключення до основної частини сервера Б на нього завантажується інтерфейс системи 3, а також

Зо інструментарій для відображення За-сцени 4. Користувач взаємодіє виключно з інтерфейсом системи 3.

Завдяки інтерфейсу З користувач може реалізовувати різні варіанти взаємодії зі сценарієм, зокрема: 1) Перегляд і вивчення матеріалів (включаючи перегляд матеріалів, які не є За-об'єктами). 2) Взаємодію з За-об'єктами (активування об'єкта, перетягування складових по сцені і т.п.) і іншими об'єктами курсу (елементи інтерфейсу, додаткові матеріали, предмети інвентарю і т. ін.). 3) Перемикання між сценами шляхом спеціальної команди мови сценаріїв, яка може бути виконана різними способами: наприклад, натисканням кнопки інтерфейсу "наступний слайд" або сюжетною подією поточного сценарію (виконанням користувачем всіх завдань на цій сцені, тощо).

Інструментарій для відображення За-сцени (візуалізація) 4 служить для відображення на пристрої користувача тривимірної сцени з усіма об'єктами, а також додатковими матеріалами у вигляді тексту, зображень, програвання звуку і подачі іншої інформації користувачеві.

Різні варіанти реалізації блоків системи:

Варіанти інтерфейс) користувача 3: 1) звичайний.

Відображення: через екран комп'ютера (або смартфона, планшета і ін.) або через проєктор, або будь-який інший подібний пристрій візуального показу інформації.

Взаємодія: за допомогою сенсорів (у тому числі сенсорного екрана, лазерних вказівок, пристрою зчитування жестів і т. ін), або контактних пристроїв вводу/виводу (клавіатура/умиша/джойстик і т. ін.); 2) МА-режим.

Відображення: пристрій віртуальної реальності (віртуальний шолом/окуляри або інший подібний пристрій індивідуального відеовідображення).

Взаємодія: МЕ-рукавички (МК-джойстики) або будь-який інший пристрій взаємодії з віртуальною реальністю; 3) будь-яка комбінація з перших двох варіантів (наприклад, відображення через віртуальний шолом, взаємодія - через клавіатуру/мишу); 4) управління за допомогою голосового вводу (через модуль розпізнавання голосових 60 команд);

5) подача інформації користувачеві за допомогою голосового виводу: заздалегідь записані диктором аудіо-фрази, або аудіо-фрази, що генеруються на льоту за допомогою спеціального програмного забезпечення.

Блок обробки сценарію б може бути реалізований через сценарну мову, через безкодову систему візуального компонування блоків або будь-яким іншим способом, який передбачає алгоритмічне виконання.

Варіанти реалізації блока управління користувачами 9: 1) блок може бути частиною цієї системи і перебувати в допоміжній частині В; 2) система може не мати даного власного блока. В цьому випадку система може бути частиною іншої системи Г у вигляді окремого модуля і користуватися подібним блоком управління користувачами цієї іншої системи.

Варіанти технічної реалізації візуалізатора: 1) візуалізатор працює на пристрої користувача. У цьому випадку він входить в інструментарій для відображення За-сцени 4, куди завантажуються навчальні матеріали, і потім потужність пристрою користувача використовується для тривимірної візуалізації сцени; 2) серверний візуалізатор 11. Візуалізація для кожного користувача відбувається на сервері, а потім на пристрій клієнта проводиться трансляція безперервного відеопотоку без задіяння потужностей клієнтського пристрою для тривимірної візуалізації В цьому випадку інструментарій для відображення За-сцени 4 всього лише відображає користувачеві прийнятий з сервера відеопотік.

Приклади реалізації Системи:

Приклад 1

Користувач підключається зі свого планшета до сервера системи. На його планшет завантажується інтерфейс системи, потім необхідний сценарій. На першій сцені користувач на своєму планшеті вивчає пристрій головного циркуляційного насоса атомної станції шляхом розглядання тривимірних об'єктів, а також супровідних матеріалів (відео, фотографії, креслення, текст). На наступній сцені наочно демонструється насос в роботі за допомогою анімації тривимірного середовища. Наступна сцена показує процес розбирання-збирання агрегату. Наступна сцена пропонує користувачеві закріпити знання з розбирання-збирання

Зо шляхом надання йому можливості самостійно розібрати насос в тривимірному середовищі, замінити дефектну деталь і зібрані насос назад. Після успішного завершення процесу система переводить користувача на останній слайд, на якому імітується аварія насоса і користувачеві пропонується за допомогою даних йому в віртуальному просторі інструментів у відведений час знайти і усунути несправність. Якщо користувач впорався - сценарій завершений з позитивною оцінкою. Якщо ні - то з негативною.

Приклад 2

Кілька користувачів підключаються через свої персональні комп'ютери до системи, на їх комп'ютери завантажується інтерфейс системи. Користувачі для роботи в системі використовують МК-шоломи і рукавички. Для них завантажується сценарій, призначений для колективного навчання. За умовами сценарію їм доводиться виконувати завдання в кооперації один з одним, тому що самостійно такі завдання виконані бути не можуть. На одній зі сцен їм потрібно відремонтувати насос, який доводиться розбирати і збирати в складних умовах через конструктивні особливості насосу: один користувач повинен притулити днище до насоса на вазі, а другий в цей час - прикручувати знизу його болтами. Всі маніпуляції користувачі здійснюють за допомогою МА-рукавичок, на які як зворотний зв'язок подаються тактильні сигнали на пальці користувача, що символізують дотики до віртуальних деталей. Також дії користувачів коментує віртуальний диктор і підказує, що необхідно зробити в тій чи іншій ситуації, якщо користувачі заплуталися, а також просто озвучує завдання на початку кожної сцени. Як тільки завдання сцени виконане - відбувається перехід до наступної сцени. Якщо сцена остання, то сценарій завершується, диктор оголошує про успішне закінчення сценарію.

Використання пропонованого технічного рішення дозволить готувати фахівців технологічних підприємств шляхом наочної демонстрації техніки та її окремих елементів в ЗО, а також інтерактивної взаємодії з ними, у тому числі через різні сценарії і моделювання ситуацій.

Комплекс дає можливість: навчити технічних фахівців (завдання яких - обслуговувати відповідальне обладнання та техніку) шляхом максимального наближення навчання до реальної роботи; навчити управлінський склад шляхом наочного ознайомлення з обладнанням та технічними комплексами, з якими їм необхідно буде мати справу; - автоматизувати окремі процеси навчання, в тому числі подачу матеріалу та контроль

Гс10) отриманих знань;

- зробити навчання інтерактивним, щоб учні не тільки вивчали теорію, а й відразу ж практикувалися; - зробити навчання дистанційним, збільшивши пропускну здатність навчального центру з реальними тренажерами або тренувального майданчику на реальному об'єкті; - впровадити в процес навчання засновані на сценаріях матеріали і таким чином забезпечити збереження знань про всі нетривіальні практичні випадки та ситуації; - забезпечити подачу знань і їх закріплення за допомогою найбільш ефективних сучасних методів навчання, що спираються на науку про мозок і механізми пам'яті.

Використання пропонованої системи дозволить прискорити і здешевити навчання.

Користувачі отримують і закріплюють знання віддалено, в більшості випадків самостійно (без участі викладача). Навчанню ж на фізичних тренажерах залишається лише закріпити практичні навички. Таким чином оптимізується освітній процес.

Claims (2)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Інтерактивна автоматизована дистанційна навчально-тренувальна система, що включає клієнтську частину, що складається з множини пристроїв користувача, пов'язаних із серверною частиною, при цьому кожен пристрій користувача містить інтерфейс з інструментарієм для відображення За-сцени, виконаний з можливістю взаємодії серверної частини системи і 20 користувача, а серверна частина складається з основної частини, в якій розміщені блок "сховище елементів", блок анімації і блок обробки сценарію, пов'язаний з двома попередніми блоками зворотними зв'язками, блок центральної логіки і перевірки результатів, пов'язаний з блоком обробки сценарію, з пристроєм користувача і з блоком управління користувачами, розташованим або в допоміжній частині, або в сторонній системі, крім того є блок 25 "Інструментарій створення курсів навчання", розташований в допоміжній серверній частини, а також є візуалізатор, розташований або в інструментарії для відображення За-сцени, або в серверній частині окремим блоком, пов'язаним з інструментарієм для відображення За-сцени і блоком центральної логіки і перевірки результатів.

2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що серверна частина пов'язана зі сторонньою Зо системою.

КЛЮЕМІСЬКА ЧАСТИНА Т СЕВВЕРНА ЧАСТИНА 2 п В В в НН НН Но ; М. Дренеміжни часте і щі Її фот. п НУ ї о рухкх сода Но гі | її Бак правах і Мних хктрументатї, : т зорвевудачани | ; сарвканя КУрІВЬ ЗМЕН ни і і павчинищх Е Н Хешчя з чинни Н і КЕ 1 й Й шк У кино, ї Мн фени З І ї вн нм -х НЕ ОБ вацнна а ТННЯ ти й | да рт Кант я дити : ! | І | Той «ЕМ | чі А Нірнетк ВИСТУ | : Ї | ! І ХНИ Е йо» | що "кан | 2 | ї : В: кава і ПЕ І нн Я М дя ії і р зл Її Ж

З. терфсве і НН : Я. вл нивзуненн | рани в ши -е і ше сі ЗОКІКН І НОРИ ТО бак т 1 до піртвозввиноми кн пвреьнррн фезклявів Ян 0 нрейкв М Орг Я інве ВИми дя» рі її і й ! На Во акдджо се ду і ті : киш ко ОР Вера Місцене -« і рі і | ким Ск Н 4 1 Ддлхжжкюкжжиичтю кат нтнктт тки рі ! хи к в Я ві Н Й оклад ук хх нААльКАн рі ОВУ ЕНН ке р! р К. ши: цшинннне з ле ї ї че "а Я не М у сннсстсттттчснотсттччттттчоттотиоюстессттикилтоощов : | ом осюю нот Ї зиіющії : Ще . ї | і і ; і і чини К Я п и р Її і З я" члени т что - пе у о ак В Й : ' Її, Я кора кмин ; : Гортти ! В ї о З Бо уйВаванкя с З Е З вористужеамиа і ; 10 Ддоддне чення стою нак і ! і Й Мусменс сля фак лхо лето тет чтею лек сля чн тяж чно чи