Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Аллахвердиев А.Р. 1 Гусейнов Н.Э. 3 Дадашева К.Г. 2 Дадашев Ф.Г. 3 Асадов Э.З. 3

---

1 Институт физиологии имени А.И. Караева

2 Институт физиологии им. акад. Абдуллы Гараева

3 Национальная академия авиации Азербайджана

Данная статья посвящена повышению эффективности процесса обучения в интеллектуальном тренажере с использованием психофизиологического статуса пользователя как в начале, так и в процессе обучения. При проектировании интеллектуальных тренажеров помимо общего принципа самоорганизации надо учесть существующие частные принципы, связанные с целевой функцией. В данном исследовании представлен спроектированный авторами в качестве интеллектуального тренажера симулятор для обучения стрельбы из огнестрельного оружия. Одним из путей повышения эффективности обучения является использование различных типов индивидуальных психофизиологических качеств обучающегося на всех этапах. С этой целью в интеллектуальный тренажер включена экспертная консультативная система, основанная на комплексе психологических и психофизиологических качеств пользователя. Для учета индивидуальности с целью максимального использования функциональных резервов использована ресурсная концепция И.Н. Плотникова – иерархическое представление причинности деятельности человека-оператора. Для обеспечения оптимальности процесса обучения на интеллектуальном тренажере функциональные ресурсы на начальном этапе определяются шестиинтегральными количественными показателями, вычисляемыми на основе теста Люшера, на переходных этапах в процессе многоэтапного обучения, такие динамические характеристики, как пространственно-временные и сенсомоторные показатели, а во время выполнения текущих задач разные электрофизиологические данные – ЭКГ, КГР и др.

Статья в формате PDF

617 KB

интеллектуальный тренажер

психофизиологическое состояние

процесс обучения

обучение с подкреплением

генерация сценария

1. Гусейнов Н.Э. Использование гибридных технологий при проектировании интеллектуального тренажера // Технологии искусственного интеллекта и авиакосмические проблемы: Материалы 1-й Международной научно-практической конференции. Баку, 2023. C. 105–109.

2. Huseynov N.E., Dadashev F.H. Reinforcement learning as an algorithmic basis for an intelligent simulator // Proceedings of international Scientific and practical Youth IX Conference «February readings 2024»: Creative Potential of the Youth in Solving of Aerospace Problems. Baku, 2024. P. 98–100.

3. Chioma Udeozor, Ryo Toyoda, Fernando Russo Abegão, Jarka Glassey. Digital games in engineering education: systematic review and future trends // European Journal of Engineering Education. 2023. Vol. 48, Is. 2. P. 321–339.

4. Matteo Baldoni. Engineering Multi-Agent Systems // Third International Workshop, EMAS. Istanbul, Turkey. May 5. 2015. 242 p.

5. Плотников Н.И. Ресурсы воздушного транспорта. Новосибирск: НГАЭУ, 2003. 326 c.

6. Holger Kantz, Thomas Schreiber, Synergetics: An Introduction // Springer. 2018. 148 p.

7. Dadashova K.G., Allahverdiev A.R., Dadashov F.H. Expert advisory system determining the functional reliability of the human operator based on psychological and psychophysiological indicators // Azerbaijan Journal of Physiology. 2023. Vol. 38, Is. 1. P. 33–39.

8. Рыбина Г.В. Интеллектуальные обучающие системы на основе интегрированных экспертных систем: учебное пособие. М.: Директ-Медиа, 2023. 132 c.

9. Dadashov F.H., Allahverdiyev A.R., Dadashova K.G. Prospect of microcontrollers in medical-biological researshes // Science without borders. 2009. Vol. 3. P.101–105.

10. Аминов Г.А. Математические методы в инженерной психологии. УФА: Изд-во БГУ, 1982. С. 19–24.

11. Andreas Neubauer. Basic Electrophysiological Methods. Springer, 2016. 248 p.

12. Sutton R.S., Barto A.G. Reinforcement Learning: An Introduction. MIT Press, 2018. 352 p.

13. Mnih V., Kavukcuoglu K., Silver D., Rusu A.A., Veness J., Bellemare M.G., Hassabis D., Human-level control through deep reinforcement learning // Nature Publishing Group. 2015. 518 p.

14. Maxim Lapan. Deep Reinforcement Learning Hands-On // Packt Publishing. 2020. 826 p.

Введение

В данной работе представлен подход к оптимизации процесса обучения огнестрельным оружием с активным использованием психофизиологическими характеристиками обучающего. Для обеспечения данной функции при проектировании интеллектуального тренажера [1–3] был включен функциональный блок, обеспечивающей поэтапную оптимизацию процесса обучения с включением, где учитываются как психологические состояния, так и психофизиологические процессы, проявляющиеся в различных этапах обучения. Для максимального использования адаптивной возможности пользователя, при решении усложненных сценариев, генерируемый интеллектуальной мультиагентной технологией [4], основываясь на концепции обучения с подкреплением авторами, использован подход, опирающийся по концепции теории ресурсов И.Н. Плотникова [5]. Данная система дает возможность не только для обеспечения адаптивности представленной перед системой, но и является платформой для выявления различных типов общих закономерностей при оптимизации процессов обучения с проявлением индивидуальных ресурсов. Синергетический подход [6] позволяет повышать эффективность процесса обучения с использованием психофизиологических характеристик обучаемого пользователя, с максимальным приближением к глобальной цели задачи, в рамках данной системы.

Целью исследования является оптимизации процесса обучения в интеллектуальном тренажере с использованием синергетических принципов, позволяющих выявление психо-физиологических ресурсов обучаемого. Для реализации данного подхода необходимо спроектировать интерактивную систему, где поэтапно оцениваются психофункциональные ресурсы пользователя.

Материалы и методы исследования

Разработанный интеллектуальный тренажер – самоорганизующаяся система, включающая в себя несколько основных компонентов, каждый из которых играет важную роль в обеспечении эффективного процесса обучения и развития когнитивных навыков у пользователей.

На рис. 1 представлена структурно-функциональная схема интеллектуального тренажера «Vedge-7», для оптимизации процесса обучения владению огнестрельным оружием (РПГ-7).

Рассмотрим подробнее каждый из этих компонентов.

Пользователь – лицо, которое непосредственно взаимодействует с виртуальной внешней средой, генерируемой «генератором сценария», и поэтапно осваивает процесс обучения. Через априорно заданный период пользователь получает консультации от блока принятия решений экспертной системы [7, 8] на основе анализа протокола обучения в конкретном этапе.

Интеллектуальность генератора проявляет себя в алгоритмах принятия решения в условиях неопределенностей, опирающихся на результаты деятельности пользователя на предыдущем этапе и комплексе текущих психофизиологических данных. Основные характеристики функционального блока принятия решения интеллектуального тренажера включают в себя:

− Непрерывное взаимодействие: Пользователь взаимодействует с тренажером на протяжении всего процесса обучения, участвуя в заданиях, тестированиях и других активностях.

− Слежение процессом обучения происходит многоканальной обратной связью. Через графический интерфейс тренажера пользователь получает информации о результатах выполнения задач текущего уровня от генерируемой системы.

Рис. 1. Структурно-функциональная схема интеллектуального тренажера «Vedge-7»

Инструктор – лицо, который имеет ряд возможностей влиять на процесс обучения со своей экспертной знаний на основе полученных из следующих источников:

− визуальное слежение процессом обучения;

− результатов психологических и психофизиологических тестов из графического интерфейса;

− управления;

− от экспертной рекомендаций на основе интеллектуальной подсистемой, выводимой вычислительным блоком.

Ядром интеллектуального тренажера является центральная вычислительная система, выполняющая основные метода анализа результатов как поведенческой деятельности, и комплекса психических и психофизиологических данных. Оно также выполняет координационные функции на основе синергетического принципа над другими компонентами системы.

Выполняющиеся координационные и самоорганизующиеся функции вычислительного блока:

− являются главным исполнительным органом, опирающимся на результаты анализа интеллектуальных данных различных типов, полученных в реальном масштабе времени, которое обеспечивает оптимизации процесса обучения;

− выполняют необходимые для адаптации обучения к индивидуальным потребностям пользователя, анализа его прогресса и принятия решений об оптимизации обучающего процесса.

Психологические и психофизиологические данные получаются с системой тремя способами.

Для обеспечения эффективности стрельбы при оптимизации с целью выявления индивидуальности получаются психологические и психофизиологические данные [9] из трех источников.

I источник информации получается из результатов, позволяющих количественные оценки из восьмицветового теста Люшера. Этот тест с оценкой психофизиологических показателей основан на количественном анализе шести основных психофизиологических интегративных данных, необходимых для обоснования выраженности тех или иных психологических и психофизиологических показателей. На рис. 2 представлен диалоговый интерфейс, разработанный авторами метода на основе математической формулы Г.А. Аминова [10], основываясь на результатах теста Люшера.

Рис. 2. Диалоговый интерфейс метода определяющего комплекса интегральных качеств на основе теста Люшера

На основе этого метода вычисляются следующие интегративные психофизиологические показатели:

1) (-9.8 +9.8) – гетерономность-автономность, если значения между 0 и +9.8, субъект гетеронимен, пассивен, сенситивен, зависит от среды; а если от 0 до -9.8 – субъект автономен, активен, свободен;

2) концентричность-эгоцентричность (-9.8 +9.8); если от 0 до +9.8 субъект концентричен, внимание направлено к своим проблемам; а если от 0 до -9.8 – эксцентричен, внешняя среда, является для него объектом взаимопомощи;

3) личностный баланс (-9.8 +9.8); если значения от 0 до +9.8, то субъект противоречив и неустойчив, а если значение от 0 до -9.8, то личность сбалансирована;

4) вегетативный баланс (-9.8 +9.8); если от 0 до +9.8, то доминирует симпатическая нервная система, если от 0 до -9.8, то доминирует парасимпатическая нервная система;

5) работоспособность (9.1 +20.9); уровень работоспособности находится в пределах единицы;

6) показатель стресса (0 +41.8); уровень стресса в пределах единицы.

Полученные интегральные показатели пользователя используются в начальном этапе процесса обучения.

II источником являются результаты следующих тестов, характеризующих текущее психологическое состояние:

1. Тест Теппинга для определения работоспособности, связанный с силой нервной системы.

2. Тест реакции на движущийся объект, который позволяет выявить такие динамические характеристики, как латентное время реакции, способность к предвидению, степень утом-ляемости, точность реакции, а также выявление типа ошибок и соотношений эмоционального и рассудочного компонента.

3. Динамическая структура последовательностей «индивидуальных секунд» способствует выявлению устойчивости внутренних состояний, связанных с доминирующей мотивацией.

III источником являются электрофизиологические показатели, такие как ЭКГ, КГР, кривая дыхания и т.д., получаемые в реальном масштабе времени [11] в процессе выполнений текущего сеанса.

Исследование было проведено в двух группах (6 обучающимися). 1-я – контрольная группа с включением коррекционных процедур, а 2-я группа без включения искусственных обратных связей.

Результаты исследования и их обсуждение

Как показал результат применения вышеизложенного подхода к оптимизации процесса обучения выявлен ряд преимуществ сравнения с классическим тренажером. Эти преимущества отражали себя при оценке несколькими критериями. Одним из критериев являлось общее время обучения, которое сокращалось в среднем на 70–75% сравнимыми с обучаемыми группой. Вторым критерием, который обеспечивает психологическую устойчивость, является способность к сохранению спокойствия и контролю стрессовых ситуаций, что важно при работе с огнестрельным оружием. Улучшение вышесказанного качества отражается в статистически достоверном увеличении комплекса показателей, полученных с помощью обратной связи на основе динамических характеристик электрофизиологических данных, где применены компьютерные методы определения резких изменений.

Информация обратной связи, полученная от блока принятия решения на основе трех типов психологических и психофизиологических данных, передается непосредственно пользователю через звуковой и визуальный канал.

Интеллектуальность блока «генератор сценария» зависимости от результатов и состояний позволяет выявить функциональные ресурсы пользователя, связанные индивидуальностью. При этом пользователь с интеллектуальным блоком вычислительного комплекса выполняет целевую задачу интерактивной системы на основе синергетического подхода, которая позволяет максимально учитывать индивидуальные возможности обучаемого.

Во время выполнения обучения с подкреплением [12–14] пользователем выявлен ряд корреляционных закономерностей:

− нарушение вегетативного баланса отражается в соотношениях ошибок 1-го и 2-го рода;

− динамика изменений результатов сенсомоторной реакции по тесту Теппинга отражается в устойчивости степени обучаемости при изменении среды, диктуемой сценарием задач;

− степень динамичности изменений последовательностей «индивидуальных секунд» проявляется вариабельностью сердечного ритма во время выполнения процесса обучения.

Успешность процесса обучения определяется минимизацией ошибок процесса тренировки.

Выводы

1. Опираясь на различного рода психологические и психофизиологические комплексы показателей на разных этапах, интеллектуальный тренажер способствует оптимизации процесса обучения.

2. Интеллектуальность тренажера позволяет выявлению функциональных ресурсов пользователя с применением метода обучения с подкреплением.

3. Возможность «генерации задач» системы в зависимости от результатов деятельности испытуемого в различных этапах обучения позволяет формировать оптимальную мотивацию для данного этапа.

4. Результаты анализа протокола процесса обучения может позволить выявление закономерностей между поведенческими и психофизиологическими данными, связанными с индивидуальностью испытуемого.

Библиографическая ссылка