Экспериментальное измерение и оценка информационной памяти обучающегося на основе теории информационных цепей Текст научной статьи по специальности «СМИ (медиа) и массовые коммуникации»

УДК 656:372.8 ББК 74.202

Половова Татьяна Николаевна

кандидат технических наук, доцент

кафедра вычислительной техники Челябинский институт путей сообщений - филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения»

г. Челябинск Polovova Tatiana Nikolaevna candidate of technical Sciences, associate Professor Department of computing Chelyabinsk Institute of railway - branch of Federal state budgetary educational institution of higher professional education "Ural state University of railway transport"

Chelyabinsk

[email protected]

Экспериментальное измерение и оценка информационной памяти обучающегося на основе теории информационных цепей Experimental measurement and evaluation information storage of a student on the basis of the theory of information circuits

В статье на основе теории информационных цепей изложена методика экспериментальной оценки информационной памяти обучающегося и определения максимального времени, необходимого для осмысления информации и ответа на поставленный вопрос, а также методика определения рационального времени изучения материала обучающимся с учетом его информационных характеристик.

In article on the basis of the theory of information circuits the technique of experimental evaluation of the information memory of the student and determine the maximum time required for comprehension of information and answer to the above question, as well as the technique of definition of rational time learning to students with regard to its information characteristics.

Ключевые слова: информационные характеристики обучающегося, освоение материала.

Key words: information characteristics being trained, material development. Информационная память обучающегося определяется уравнениями (1), в которые также включены информационное сопротивление (т) и информационная ригидность (L) [1].

Т12 = т 2 + а 1Ь

Л 2

V

г

Т 2 = т 2 +

а 1 п

V

г

а 2 П У

2

а з Ь —

а 3 п у

9 1 |2

где Г] = ^ - модуль комплексного сопротивления, которое определяется

отношением действующего информационного напряжения и действующего информационного тока.

Для соответствия со способом определения информационных параметров обучаемого или тестируемого человека [2], был проведен эксперимент, состоящий из двух частей. В первой части эксперимента перед обучающимися была поставлена задача ответить на тестовые вопросы, фиксировалось время с момента прочтения вопроса до момента дачи правильного ответа. Схема замещения информационной цепи при взаимодействии приемника информации (обучающихся) с источником информации (тестом) представлена на рисунке 1.

Рис 1. Схема замещения информационной цепи при взаимодействии приемника информации (обучающихся) с источником информации (тестом)

где Ни - информационно-движущая логика источника информации; Нст - информационно-движущая логика обучаемого; тВНст - внутреннее сопротивление студента (приемника информации), способствует забыванию материала; Ьст -информационная ригидность студента; ист - информационная память студента. Суть данной части эксперимента состояла в следующем:

2

1

1

1. Для проведения эксперимента были разработаны тестовые вопросы, которые разбиты на 4 группы (по 12 вопросов в каждой). Причем вопросы относились к той или иной группе по количественному признаку.

2. Измерялось время, которое исчислялось с момента прочтения вопроса, до момента формирования ответа, и включающее время на обдумывание материала и принятие решения. Затем проводилась проверка ответов, и учитывалось только время правильных ответов. Далее, время усреднялось по каждой группе ответов и в результате были получены 4 временных отрезка - Ть Т2, Т3, Т4 - время реакции обучаемого на полученную информацию при тестировании в виде последовательности «вопрос-ответ», задаваемых с различной круговой частотой ю = 2 к/1. Это является особенностью данного способа.

3. Экспериментальные данные обобщались с помощью двух видов матриц, в столбцах каждой матрицы указываются фамилии обучающихся, в строках - номер группы вопросов, различных уровней сложности, элементы матрицы содержат соответственно среднее время и частоту правильных ответов на вопросы в каждой группе.

4. По результатам измерения времени определялись характеристики информационных процессов в замкнутой системе с помощью метода информационного анализа систем.

5. Указанные информационные параметры в результате математических преобразований определялись из зависимости (1). Используя программные средства МаШсаё, находились корни системы нелинейных квадратных уравнений.

6. Результаты расчетов позволили вычислить информационное ригидное сопротивление -XI и информационное сопротивление, обусловленное памятью - Xn, по следующим соотношениям:

X £ ®, • Ь, X,, =——. (2)

• П

В результате первого эксперимента определены информационные параметры обучающегося - т, п и Ь. Оценка проводилась в двух группах разных возрастных категорий: 1 группа - обучающиеся в возрасте от 18 до 20 лет, 2 группа -от 30 до 50 лет. Результаты эксперимента сведены в таблицу1.

Таблица 1

Экспериментальные информационные характеристики обучающихся

Информационные характеристики обучающихся, в среднем по группе

т Ь п

1 группа 8,025+5,369 (66,9%) 9,287+13,744 (148%) 0,157+0,003 (0,04%)

2 группа 5,839+4,92 (84,3%) 6,82+9,687 (142%) 0,151+0,025 (0,4%)

Во второй части эксперимента обучающимся было предложено зафиксировать время, необходимое для прочтения каждого вопроса. В этом случае рассматривался тот факт, что обучающийся не обладает ни памятью, ни какими-то определенными знаниями (понятийным аппаратом) - информационной ригидностью Ь, т.е. единственной ее характеристикой в рассматриваемом аспекте является информационное сопротивление, т.е. реакция на полученную информацию, которое примерно в 1,5 раза меньше времени, полученного в первой части эксперимента.

Вторая часть эксперимента необходима для определения максимального времени, необходимого для осмысления информации и ответа на поставленный вопрос. Всего в результате опроса было получено 1187 правильных ответов. На обдумывание каждого вопроса каждый обучающийся затрачивает разное время, при этом смысловая мощность каждого вопроса различная. Экспериментально была определена скорость восприятия каждого вопроса, при этом, что на один и

тот же вопрос каждому из обучающихся требуется разное время. Таким образом, может быть определена скорость ответа на каждый вопрос, экспериментально по этой скорости можно определить несколько интервалов, куда наиболее часто попадают правильные ответы. Анализ полученных ответов позволяет выделить интервалы времени, в которых наиболее вероятны ответы. В результате проведенного эксперимента определено интервалы времени с требуемой доверительной вероятностью (таблица 2).

Таблица 2

Интервалы времени с требуемой доверительной вероятностью

Диапазон Доверительный интервал

0,2 - 0,9 0,73

0,3 - 0,7 0,5

0,4 - 0,6 0,26

0,2 - 0,4 0,28

0 -0,2 0,09

Для определения максимального времени, необходимого для осмысления информации и ответа на поставленный вопрос, был рассмотрен переходный процесс в информационной цепи, позволяющий оценить способность запоминать и хранить информацию.

Уравнение информационной цепи, обладающей сопротивление, памятью и ригидностью имеет вид:

к = 1т + Ь— +1 [М. (3)

Л п

Так как рассматриваемая цепь, как экспериментально доказано, обладает большой ригидностью 4Ь>т п, которая препятствует усвоению материала [2], поэтому решение (3) имеет следующий вид:

iexp(-. (4)

rVTT2 Fv T t w

Источник информации (тест, состоящий из 48 вопросов, которые, как отмечалось ранее, различны по смысловой мощности) может быть охарактеризован информационным напряжением АН, определяющимся по формуле:

m

ДН = -£ P log P, (5)

к =1

где m - количество разных слов в тесте, Рк - вероятность появления определенного слова.

Будем считать, что в нашем случае источник информации не обладает внутренним сопротивлением, т.е. цепочка диалога между источником и приемником информации отсутствует. Таким образом, напряжение источника, которым он обладает без учета информационного сопротивления определяет информационно-движущая логика (ИДЛ) источника (h).

АН = h. (6)

Переходный процесс представлен на рисунке 2.

Анализ полученного процесса показывает, что максимальное время осмысления материала составляет 100 с, т.е. соответствует пику графической зависимости. Часть кривой, отмеченной пунктиром, физически не существует, т.к. целью эксперимента был лишь ответ на вопрос, оставлять в памяти содержания теста было ненужно. Но с другой стороны, процесс позволяет определить максимальное время, необходимое для заучивания текста теста наизусть -оно составляет 1225 с.

0.284

0.2

1(1)

■ 0.107,

0.2

А

Г \

V 4 ^ У /

О 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

1

2x10

Рис 2. Переходный процесс в цепи с последовательной памятью

Также рациональное время изучения заданного объема материала, необходимого для подготовки к ответам на тестовые вопросы можно рассчитать по следующей методике:

1 Определяется Тгр - среднее время ответа на вопрос, в целом, по группе обучающихся, а также т -среднее количество слов в вопросе.

2 Определяется М - среднее количество слов в учебном пособии, на основании которой были составлены проверочные тесты.

3 Определяется коэффициент ки - коэффициент отношения объема данных в учебном пособии к объему данных в вопросе.

М

к. =-

т

(7)

4 Определяется Тср - среднее время, необходимое для освоения заданного объема информации

Тср = к ■ Тр. (8)

5 Определяется Трац - рациональное время, которое необходимо для прочтения и осмысливания заданного объема изучаемого материала по вопросам охраны труда. Данное соотношение определяется из [3].

Результаты расчета рационального времени для заданного объема изучаемого материала по вопросам охраны труда сведены в таблицу 2.

Т = 2 ■ Т

рац м\

Таблица 2

Значения характеристик, необходимых для определения рационального времени тестируемого

Tp m M ku T с Tpaif> с

17,08 33 14400 436 7447 14894

Таким образом, рационального времени для заданного объема изучаемого материала по вопросам охраны труда Трац = 4,1 часа при непрерывной работе

Исходные значения из таблицы 2 (Тгр ) взяты из сводной таблицы расчета информационных характеристик обучающегося.

Выводы.

1. В целях повышения эффективности деятельности, а также повышения производительности труда при изучения дисциплин, особенно для обучающихся группы второй возрастной категории, целесообразно развивать понятийный аппарат и закреплять полученные знания за счет увеличения повторений материала и дополнительной практической деятельности.

2. Расчет информационных характеристик обучающегося дает возможность вычислить рациональное время для полного усвоения (запоминания) заданного объема изучаемого материала, которое может быть предложено в качестве рекомендательного характера.

Библиографический список

1. Жабреев, В.С. Элементы теории больших систем (теория информационных цепей в управлении). Учебное пособие [Текст] / В.С. Жабреев, И.А. Рыжкова, К.В. Федяев // Челябинск: Изд-во Южно-Уральского государственного университета, 2000. - 89 с.

2. Пат. 2360595 МПК А61В 5/00. Способ определения информационных параметров обучаемого или тестируемого человека [Текст] // Авторы: Жабреев В.С., Половова Т.Н. -Опубл. 10.07.2009. Бюл. №19. Зарегистрировано 10 июля 2009 г.

3. Вентцель Е.С. Теория вероятностей [Текст] / Е.С. Вентцель // М.: Высшая Школа, 1998. -576 с.:ил.

Bibliography

1. Gubreev, V.S. elements of the theory of large systems (theory of information chain management). Tutorial [Text] / V.S. of Gubreev, I.A. Ryzhkov, C.V. Fedyaev // Chelyabinsk: Publishing house of the South-Ural state University, 2000. -89 S.

2. Pat. 2360595 IPC AV 5/00. Method of determination of parameters of the student or the person being tested [Text] // Authors: Gubreev V.S., Polovova T.N. -Opubl. Bul. №19. Registered July 10, 2009.

3. Wentzel Y.S. probability Theory [Text] / Y.S. of Wentzel // M: High-Shay School, 1998. -576 S.: Il.