Способ управления доступом к функциям устройства в образовательных целях
METHOD FOR CONTROLLING ACCESS TO DEVICE FUNCTIONS FOR EDUCATIONAL PURPOSES

Изобретение относится к области обработки цифровых данных, а именно к способу управления доступом к функциям устройства в образовательных целях, предназначенному для повышения эффективности использования электронных устройств с помощью периодической оценки психоэмоционального состояния пользователя и временного ограничения доступа пользователя к определенным функциям до решения пользователем образовательных задач.
https://elibrary.ru/item.asp?id=32742471
https://elibrary.ru/item.asp?id=29429652
В настоящее время актуальной проблемой является повсеместное использование гаджетов и смещение фокуса пользователей в сторону максимально простого развлекательного контента. Особенно остро данная проблема выражается у детей. Много работ посвящено вопросу внедрения гаджетов в различные общеобразовательные учреждения, в том числе дошкольные, для реализации развивающих игр и влияние технологий на тактильную или двигательную память ребёнка и на снижение концентрации внимания (Филь М.А. Влияние электронных гаджетов на развитие детей дошкольного возраста. Кубанский государственный университет, статья в сборнике трудов конференции «Молодой исследователь: вопросы науки и практики», Славянск-на-Кубани, с. 141-147, 2018, URL: ). При этом существуют методики, внедряющие элементы образования в процессе рекреационного использования современных устройств. Кроме того, специалисты отмечают, что при отсутствии рационального режима дня, возрастания информационной и эмоциональной нагрузки на фоне дефицита двигательной активности, связанной с использованием гаджетов и посещением дополнительных занятий, состояние здоровья детей ухудшается (Степанова М.И. и др. Образ жизни и состояние здоровья дошкольников - жителей мегаполиса. Вопросы школьной и университетской медицины и здоровья, изд-во Всероссийское общество развития школьной и университетской медицины и здоровья. М. № 4, с. 25-30, 2016. URL: ). Таким образом, важно соблюсти некий баланс, чтобы такое внедрение образования при потреблении развлекательного контента действительно привело к положительному образовательному эффекту и при этом не вызвало негативных эмоций пользователя и не способствовало его переутомлению.
Известен способ разблокирования многофункционального контента (RU2408165, опубл. 27.12.2010), встроенного в мобильное устройство, содержащий прием запроса на разблокирование полнофункционального контента, встроенного в мобильное устройство, доступ к которому был первоначально ограничен, и передачу системой разблокирования деблокирующего кода, разрешающего пользователю использовать полнофункциональный контент. Разблокировка полной версии осуществляется после запроса на разблокирование и оплаты только тогда, когда запрос разрешен.
Также известен исполняемый на компьютере способ выбора целевого содержимого с помощью алгоритма машинного обучения (RU2671054, опубл. 29.10.2018), способ выполняется на сервере, сервер соединен с множеством электронных устройств через сеть передачи данных, способ включает в себя: получение от множества электронных устройств первого набора указаний на заблокированное целевое содержимое, каждое указание из первого набора указаний было инициировано пользователем электронного устройства из множества электронных устройств, каждое указание включает в себя множество признаков заблокированного целевого содержимого, заблокированное целевое содержимое отображается с первым ресурсом на электронном устройстве; сохранение сервером множества признаков заблокированного целевого содержимого в качестве отрицательного обучающего примера; получение второго набора указаний целевого содержимого, каждое указание из второго набора указаний включает в себя множество признаков целевого содержимого, целевое содержимое отображается со вторым ресурсом на электронном устройстве; сохранение сервером множества признаков целевого содержимого в качестве положительного обучающего примера; обучение алгоритма машинного обучения на основе положительного обучающего примера и отрицательного обучающего примера для определения типа целевого содержимого, которое будет выбрано, на основе множества признаков целевого содержимого, тип относится к положительному целевому содержимому или отрицательному целевому содержимому; в ответ на получение от поставщика содержимого целевого содержимого, которое выбрано для отображения пользователю электронного устройства из множества электронных устройств, получающих доступ к ресурсу: определение, с помощью алгоритма машинного обучения, на основе множества признаков целевого содержимого, типа целевого содержимого; и в ответ на то, что целевое содержимое относится к отрицательному целевому содержимому, инициирование блокировки электронным устройством целевого содержимого.
Также известно мотивирующее и обучающее устройство (US20080138784, опубл. 12.06.2008), включающее корпус, который может быть открыт с помощью специальных замков. При этом для разблокировки замков необходимо ввести комбинации, которые соответствуют правильным ответам на определенные вопросы.
Также известно приложение «MathLock» (Приложение «MathLock», URL: https://play.google.com/store/apps/details?id=dm.mathlock, дата обращения - 23.09.2020), которое блокирует экран устройства через 5 минут после разблокировки и предлагает пользователю решить математическую задачу для новой разблокировки экрана.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ многоуровневой блокировки устройств (US20170178526, опубл. 22.06.2017). В данном способе предусмотрена блокировка определенных функций устройства. При этом разблокировка функций возможна путем решения образовательных задач. При этом функции могут становиться доступными поочередно за счет прохождения разных уровней образовательных задач. При этом задачи предпочтительно относятся к одному образовательному модулю.
Недостатком вышеприведенных технических решений является относительно низкая эффективность обучения и отсутствие возможности оценки психоэмоционального состояния пользователя. При этом низкая эффективность обучения также обусловлена отсутствием продуманного алгоритма, обеспечивающего мягкое усвоение материалы и механизм поощрения при правильных ответах. Также к недостаткам данного способа можно отнести обоснованного временного режима блокировки/разблокировки.
Техническая проблема заключается в необходимости разработки высокоэффективного способа управления доступом к функциям устройства в образовательных целях, лишенного вышеприведенных недостатков.
Технический результат состоит в повышении эффективности обучения при одновременном обеспечении возможности оценки психоэмоционального состояния пользователя.
Технический результат достигается тем, что в способе управления доступом к функциям устройства в образовательных целях, включающем ограничение доступа пользователя к функциям устройства и обеспечение возможности пользователю решить образовательную задачу для снятия ограничения, согласно изобретению перед решением образовательной задачи оценивают психоэмоциональное состояние пользователя и при неудовлетворительном состоянии ему рекомендует сделать перерыв в работе с устройством, а при удовлетворительном состоянии переходят к образовательной задаче, при правильном решении которой осуществляют разблокировку функций устройства на более продолжительное время, чем в предыдущий период, а при неправильном решении задачи пользователю демонстрируют правильный ответ, после чего осуществляют разблокировку функций устройства на менее продолжительное время, чем в предыдущий период.
В наиболее предпочтительном варианте реализации изобретения блокировка функций устройства осуществляется через 15-45 минут после активного их использования, а перед решением образовательной задачи оценивают психоэмоциональное состояние пользователя, при этом при неудовлетворительном состоянии пользователя ему рекомендует сделать перерыв в работе с устройством, а также сообщают о его состоянии избранному контакту, а при удовлетворительном состоянии пользователя переходят к образовательной задаче, при правильном решении задачи пользователю демонстрируют соответствующее сообщение и осуществляют разблокировку функций устройства на  более продолжительное время, чем в предыдущий период, но не более, чем на 45 минут в целом, а при неправильном решении задачи пользователю демонстрируют правильный ответ и, если необходимо, правильный ход решения задачи, после чего осуществляют разблокировку функций устройства на менее продолжительное время, чем в предыдущий период, но не менее чем на 15 минут в целом.
Также предпочтительный вариант реализации изобретения может включать следующие аспекты:
- при удовлетворительном состоянии пользователя также сообщают о его состоянии избранному контакту;
- доступ ограничивают к функциям устройства, обеспечивающим связь с сетью интернет;
- блокируют все функции устройства за исключением функций, необходимых для оценки психоэмоционального состояния пользователя, решения образовательной задачи и связи с избранными контактами, в которые входят телефоны ближайших родственников и экстренных служб;
- пользователю предлагают решение задач, относящихся к одной или нескольким наукам.
Предложенный способ обеспечивает эффективное обучения при одновременном обеспечении возможности оценки психоэмоционального состояния пользователя, что позволяет добиться максимального усвоения учебного материала и сохранения ментального психического пользователя. При этом наиболее предпочтительный вариант реализации изобретения дополнительно обеспечивает подбор адекватных временных рамок для блокировки, обеспечение системы поощрений (постепенного повышения времени до блокировки при успешном усвоении материала). Обучающий эффект при использовании изобретения также достигается лишним напоминанием изучаемой темы, что заставляет пользователя на подсознательном уровне чаще возвращаться к изучаемому предмету, при этом заявляемый способ обеспечивает мягкое усвоение предмета и исключение лишнего стресса за счет подобранных оптимальных временных интервалов. Наиболее эффективным временем, на которое увеличивают или снижают (в зависимости от результата решения образовательной задачи) продолжительность периода разблокировки, является - 5 мин.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
Пользователь включает или осуществляет разблокировку устройства и производит эксплуатацию устройства в стандартном режиме. Через 15 минут происходит блокировка функций устройства. Возможны варианты, когда первая блокировка позже, чем через 15 минут (в любой период от 15 до 45 минут в зависимости от возраста пользователя, его способностей и характера). Данное время может быть определено (настроено) дополнительно с помощью специального тестирования, нацеленного на определение умственных способностей и стрессоустойчивости.
Блокируемые функции могут быть определены отдельно, при этом в предпочтительном варианте реализации изобретения блокируют функции устройства, обеспечивающие его связь с сетью интернет. В наиболее предпочтительном варианте блокируют все функции устройства за  исключением функций, необходимых для решения образовательной задачи и связи с избранными контактами (для экстренных случаев), такими как телефоны близких родственников и экстренных служб.(настраивается)
Перед решением образовательной задачи пользователю предлагают пройти тест на оценку его психоэмоционального состояния. Это тест длится в течение 10-30 секунд и может быть представлен в виде опросника или графического теста, по результатам которого состояние пользователя оценивается как удовлетворительное или неудовлетворительное. При неудовлетворительном состоянии пользователю предлагают сделать перерыв (по меньшей мере 15-минутный) в работе с устройством, а также отправляют сообщение избранному контакту (например, ближайшему родственнику) с информацией о состоянии пользователя. При удовлетворительном состоянии пользователю предлагаю решить одну образовательную задачу, при этом время на решение данных задачи составляет от 30-120 сек. При правильном решении задачи пользователю демонстрируют соответствующее сообщение и осуществляют разблокировку функций устройства на 5 минут дольше, чем в предыдущий период. При этом максимальное время разблокировки при череде правильных решений не может составлять более 45 минут. При неправильном решении задачи пользователю демонстрируют правильный ответ и, если необходимо, правильный ход решения задачи, после чего осуществляют разблокировку функций устройства на 5 минут меньше, чем в предыдущий период, но не менее чем на 15 минут. При этом в следующий раз пользователю предлагают решить аналогичную образовательную задачу с другими условиями (например, для точных наук и некоторых задач в естественных науках) или максимально похожую задачу по близкой или аналогичной тематике (для гуманитарных наук и некоторых задач в естественных науках). Авторами изобретения выявлено, что именно такие временные промежутки подходят подавляющему большинству пользователей вне зависимости от возраста, способностей и т.д. (возможна индивидуальная настройка интервалов с иными параметрами).
В качестве теста на психоэмоциональное состояние могут быть использованы тесты, изображенные на фигурах 1-6. Для оценки состояния способа используют 2 параметра: время и количество ошибок. Таким образом, для каждого теста есть определенные параметры, определяющие удовлетворительное и/или неудовлетворительное состояние пользователя. Так, экспериментально установлено, что на прохождение тестов, изображенных на фиг.1 и 2, которые заключаются в составлении логических пар предмет-область, в удовлетворительном состоянии пользователь тратит 10-14 секунд. При этом в удовлетворительном состоянии человек не допускает ошибок в таком тесте. Человек в неудовлетворительном состоянии (стресс, сильная усталость и т.п.) тратит на подобный тест более 14 сек или допускает ошибку. При этом на фиг. 3-4 представлен вариант теста по постановке нужной последовательности чисел, а на фиг. 5-6 представлен тест на построение логической пары по цвету фигуры или форме.
В качестве образовательной задачи может быть использована любая задача, которая может быть представлена в виде теста или подразумевает короткий однозначный ответ, выбираемый из предложенных вариантов . Задачи могут быть внесены в отдельные образовательные программы в виде модулей по каждой из возможных наук. Таким образом, для пользователя может быть подобраны именно те модули, которые ему подходят по уровню подготовки и т.п. На фиг. 7-12 показаны примеры образовательных задач по разным предметам, на фиг. 7-8 - история, фиг. 9-10 - химия, фиг. 11-12 - литература.
Следует отметить, что программа, реализующая настоящий способ, с каждым прохождением тестов (и оценивающих состояние, и образовательных) определяет некий средне-нормальный уровень ответов для пользователя, что значительно повышает эффективность образовательного процесса.
Заявляемое изобретение поясняется примерами.
Пример 1.
Для подбора наиболее оптимальных временных диапазонов были проведены экспериментальные исследования на пятнадцати группах добровольцев. Каждая группа включала в себя 10 детей 10-12 лет разного пола, способности к обучению которых, по мнению их педагогов, оценивались как средние. Для каждой группы реализация способа управления доступом к функциям устройства в образовательных целях была осуществлена с разными временными параметрами в соответствии с таблицей 1.
Таблица 1 - временные характеристики заявляемого способа
№ группы
Минимальное время до блокировки, мин
Максимальное время до блокировки, мин
1
5
30
2
5
35
3
5
40
4
10
35
5
10
40
6
10
45
7
15
40
8
15
45
9
15
50
10
20
45
11
20
50
12
20
55
13
25
50
14
25
55
15
25
60
Каждому из детей случайным образом был выбран предмет, по программе которого он сначала прошел первичный тест, подразумевающий результат по 10-ти бальной шкале. Дети пользовались устройством (смартфоном), на котором была установлена программа, реализующая заявляемый способ с учетом данных в таблице 1, в течение одного месяца. Образовательные вопросы соответствовали предмету первичного теста для каждого ребенка. Каждый из детей пользовался устройством около двух часов в день, в процессе эксперимента родители следили за процессом. После месяца использования каждый ребенок решал тест, аналогичный первичному тесту в начале эксперимента. Усредненные результаты проведенных исследований представлены в таблице 2.
Таблица 2 - усредненные результаты проведенных исследований
№ группы
средний балл первичного теста
средний балл финального теста
разница между результатами финального и первичного теста
значение, на которое балл в группе стал выше
балл
балл
балл
%
1
7,2
7,9
0,7
9,722222
2
6,3
7,1
0,8
12,69841
3
6,4
7,3
0,9
14,0625
4
8,3
9,2
0,9
10,84337
5
6
7,1
1,1
18,33333
6
6,6
7,3
0,7
10,60606
7
7,5
8,1
0,6
8
8
6,9
8,8
1,9
27,53623
9
7,2
8,5
1,3
18,05556
10
6,1
7,3
1,2
19,67213
11
7
8,1
1,1
15,71429
12
6,7
7,8
1,1
16,41791
13
6,9
7,5
0,6
8,695652
14
6,2
7,2
1
16,12903
15
7,2
8,4
1,2
16,66667
Из данных таблицы 2 следует, что наилучшие результаты показала группа №8 со значительным отрывом от группы №10, которая оказалась на втором месте. Кроме того, родители детей из 1-6 групп отметили раздражительность детей, которая проявлялась из-за слишком короткого перерыва при череде неудачных ответов. Таким образом, оптимальным оказался временной диапазон 15-45 минут. Последующие упрощенные испытания с условиями, аналогичными группам 7-12, на других добровольцах различного возраста (от 10 до 45 лет) снова выявили диапазон 15-45 минут как наиболее оптимальный.
Пример 2.
Ученику 9-го класса (15 лет) на смартфон было установлено приложение, реализующее заявляемый способ в начале второй учебной четверти. Была выбрана образовательная программа по биологии. Ученик пользовался смартфоном около полутора часов в день. В конце второй четверти средний балл ученика по биологии повысился на 0,4 (по пятибальной шкале).
Пример 3.
Студенту 4-го курса университета (22 года) на планшет было установлено приложение, реализующее заявляемый способ в начале второго семестра. Была выбрана академическая программа по процессам и аппаратам химической технологии. Студент пользовался планшетом около двух с половиной часов в день. В конце второго семестра средний балл студента повысился на 0,6 (по пятибальной шкале).
Таким образом, заявляемый способ обеспечивает повышение эффективности обучения при одновременном обеспечении возможности оценки психоэмоционального состояния пользователя.