ИНТЕРАКТИВНЫЙ ЛЕКЦИОННЫЙ КЛАСС

Изобретение относится к техническим средствам обучения и может быть использовано для автоматизации фронтального опроса обучаемых на лекциях и других видах учебных занятий, а также в дидактических исследованиях.
Известно устройство для контроля знаний обучаемого (патент №2037206, МПК G09В 7/02, 1995), содержащее блок ввода ответов, блок сравнения, блоки генерации и индикации.
Недостатками этого устройства являются отсутствие возможности одновременного оценивания нескольких обучаемых и сложность конструкции блока ввода ответов.
Известно устройство для контроля знаний (патент №2049357, МПК G09В 7/07, 1995), состоящее из пульта преподавателя и пультов обучаемых. Пульт преподавателя включает многочастотный генератор с числом выходов, равным числу обучаемых и такое же количество индикаторов контроля ответов, а так же коммутатор пультов. Каждый пульт обучаемых имеет несколько переключателей кодирования ввода ответов и такое же количество фильтров и индикаторов правильности ответов.
Основными недостатками рассматриваемого устройства являются: низкая оперативность и достоверность оценивания, сложность конструкции пультов обучаемых, трудоемкость в кодировке ответов, громоздкость системы соединений пульта преподавателя с пультами обучаемых.
Известно устройство для фронтального опроса учащихся (патент №95105751, МПК G09В 7/07, 1996), содержащее табло преподавателя с лампочками для контроля правильности ответов, пульт преподавателя, пульты обучающихся с кнопочными переключателями и шаблонами для ввода ответов.
К недостаткам данного устройства следует отнести сложность конструкции пультов учащихся и необходимость многочисленных ручных
переключений при подготовке к опросу, а также низкая достоверность оценивания, основанная на визуальном методе принятия решения об оценке.
Наиболее близким по технической сущности является комплекс для контроля знаний обучаемых (патент №2163731, МПК G09В 7/07, 2000), содержащий персональный компьютер, связанный с индивидуальными устройствами тестирования. В комплекс входит преобразователь сигналов в составе блока сетевого питания, блоки сопряжения с компьютером и устройствами тестирования. Каждое устройство тестирования содержит однокристальную микро ЭВМ, оперативное и постоянное запоминающие устройства, буквенно-цифровой индикатор, блок сопряжения с преобразователем сигналов, клавиатуру и звуковой сигнализатор.
Основными недостатками этого устройства являются сложность конструкции, трудоемкость, низкая надежность в эксплуатации, неудобство в подготовке к тестированию, невысокие оперативность и достоверность оценивания, сложность фиксирования ответов на вопросы.
Техническими задачами, на решение которых направлено данное изобретение, является создание простой и экономичной конструкции класса с возможностью оценивания большого количества обучаемых, сокращение времени фронтального опроса, обеспечение удобства в подготовке и проведению тестирования, упрощение процедуры ввода ответов, повышение достоверности оценивания.
Поставленные задачи решаются с помощью конструкции предлагаемого интерактивного лекционного класса.
Интерактивный лекционный класс содержит индивидуальные устройства тестирования и пульт преподавателя. Пульт преподавателя включает персональный компьютер, дисплей, мультимедийный проектор и преобразователь сигналов. Преобразователь сигналов состоит из блока сопряжения с компьютером и блока сопряжения с индивидуальными устройствами тестирования. Каждое индивидуальное устройство тестирования выполнено в виде одиночной кнопки, а преобразователь
сигналов содержит программно управляемый коммутатор устройств тестирования и электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство, которые генерируют программу первичной обработки сигналов для блока сопряжения с компьютером.
Введение программно управляемого коммутатора устройств тестирования и электрически перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства позволяет увеличить количество мест для тестирования, упростить конструкцию, повысить надежность, поскольку аппаратные функции первичной обработки сигналов в максимальной степени перекладываются на программу персонального компьютера.
Использование одиночных кнопок в качестве индивидуальных устройств тестирования позволяет упростить процедуру ввода ответов, подготовку и проведение тестирования, сократить время опроса и повысить достоверность оценивания.
На фиг.1 изображена структурная схема интерактивного лекционного класса. На фиг.2÷5 представлены изображения, иллюстрирующие реализацию предлагаемого класса: на фиг.2 приведен пример схемы построения блока сопряжения с индивидуальными устройствами тестирования; на фиг.3 приведена фотография исполнения преобразователя сигналов; на фиг.4 представлен вариант построения блока сопряжения с компьютером; на фиг.5 представлена фотография интерактивного лекционного класса.
В состав интерактивного лекционного класса (фиг.1) входят индивидуальные устройства тестирования 1 и пульт преподавателя 2 в составе персонального компьютера 3, дисплея 4, мультимедийного проектора или проекционного телевизора 5 и преобразователя сигналов 6. Преобразователь сигналов 6 содержит блок сопряжения с компьютером 7, блок сопряжения с индивидуальными устройствами тестирования 8, программно управляемый коммутатор устройств тестирования 9 и
электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ЭППЗУ) 10.
Коммутатор устройств тестирования 9 содержит несколько одинаковых ключевых элементов 9.1÷9.N. Управление этим коммутатором осуществляется с помощью блока сопряжения с компьютером 7 по программе компьютера 3. Выходной сигнал каждого ключевого элемента коммутатора устройств тестирования 9 управляет по адресным линиям своей группой устройств тестирования 11 по М одинаковых пультов 11.1÷11.М в каждой группе, на которые разбиты индивидуальные устройства тестирования 1. Соответствующие выходы групп устройства тестирования 11 объединены и составляют выходы индивидуальных устройств тестирования. Сигналы с этих выходов по линиям данных воздействуют на блок сопряжения 8, в котором формируются данные о состоянии пультов, передаются в блок сопряжения с компьютером 7 и в память компьютера 3. Результаты обработки данных компьютер отображает на дисплее 4 и проекционном телевизоре или мультимедийном проекторе 5.
ЭППЗУ 10, входящее в состав преобразователя сигналов 6, предназначено для записи программы в блок сопряжения 7 после включения питания компьютера 3.
Пример схемы построения блока сопряжения с устройствами тестирования 8 и группы устройств тестирования 11, осуществляющих получение данных опроса обучаемых, показан на фиг.2. За основу могут быть приняты выключатели S1÷SM, кнопки или специализированные датчики, имеющие свойства замыкания цепи. Полупроводниковые диоды VD1÷VDM обеспечивают развязку выключателей между собой. Источник 5V, входящий в состав блока питания компьютера 3, с резисторами R1÷RM создают необходимые уровни напряжений на входах блока сопряжения с компьютером 7.
Преобразователь сигналов 6 (фиг.1) может быть выполнен с возможностью использования в 32-х разрядном PCI слоте персонального
компьютера (фиг.3). Преобразователь сигналов обеспечивает одновременный прием информации от индивидуальных устройств тестирования по линиям данных с числом М, равным 32.
В качестве блока сопряжения с компьютером 7 рекомендуется программируемая логическая интегральная микросхема (ПЛИС) XC2S100-PQ208, структурная схема которой показана на фиг.4. ПЛИС содержит два регистра: RG1 - для хранения данных опроса, принятых от блока сопряжения 8, RG2 - для хранения адресных данных, управляемых коммутатором 9. Эти регистры взаимодействуют с внутренней шиной 12. Управление регистрами осуществляется компьютером 3 с помощью интерфейса 13. Дешифратор DC1 обеспечивают получение на одном из 24-х адресных выходов управляющего сигнала в соответствии с поступающим 5-ти разрядным двоичным входным кодом. Следовательно, в приведенном примере реализации преобразователя сигналов 6 (фиг.1, 3) количество групп устройств тестирования N равно 24, а количество подключаемых пультов обучаемых равно произведению М на N (32 на 24), т.е. 768.
Реализация функций регистров RG1, RG2 и дешифратора DC1 осуществляется программой, записываемой в ПЛИС 7 из ЭППЗУ 10 через интерфейс 13 (фиг.4).
В основу построения ЭППЗУ 10 (фиг.1 и 3) может быть положена микросхема ХС 18V01-VQ44.
Для реализации возможностей тридцатидвухразрядного блока сопряжения с устройствами тестирования 8 рекомендуются четыре восьмиразрядные микросхемы шинных формирователей КФ1554АП5. Коммутаторы устройств тестирования 9 на 24 ключевых элемента могут быть построены с использованием восьми микросхем КФ1533ЛН2.
На фотографии преобразователя сигналов (фиг.3) обозначены также внутренний разъем 14 для подключения к PCI слоту компьютера и внешний 62-х контактный разъем 15 для подключения индивидуальных устройств тестирования 1.
На фиг.5 показана фотография интерактивного лекционного класса на 128 посадочных мест. В качестве индикаторов используются дисплей компьютера 4 и проекционный телевизор 5, подключенный к графическому выходу компьютера. В качестве звукового сигнализатора используется громкоговорители проекционного телевизора 5. Индивидуальные устройства тестирования обучаемых 1 представляют дростейшие кнопки КМ1-1, закрепленные на столах с табличками, указывающими их номера. Количество соединительных линий, отходящих от пульта преподавателя к пультам обучаемых, существенно меньше числа пультов обучаемых, поскольку применяется 16 линий данных и 8 адресных линий (всего 24 линии при 128 кнопках обучаемых).
Интерактивный лекционный класс работает следующим образом.
После включения питания персональный компьютер 3 (фиг.1) подает команду блоку сопряжения с компьютером 7 на запись программы, хранящейся в ЭППЗУ 10. Блок сопряжения 7 вырабатывает тактовые импульсы, подает их на ЭППЗУ 10, с выхода которого происходит передача данных в блок сопряжения 7 для его программирования. По окончании записи программы блок сопряжения 7 переходит в основной режим работы -получение данных о состоянии индивидуальных устройств тестирования 1, при котором протекают следующие процессы.
По программе компьютера 3 (фиг.1) блок сопряжения 7 поочередно создает импульсы, обеспечивающие с помощью коммутатора устройств тестирования 9 подключение к блоку сопряжения 8 одной из групп устройств тестирования 11. В зависимости от того, замкнуты или разомкнуты выключатели S1-SM (фиг.1, 2), на выходах подключенной группы 11 и входах блока сопряжения 8 создается та или иная двоичная кодовая комбинация. В память компьютера 3 с помощью ПЛИС 7 за один цикл последовательно записывается N штук М - битных слов. В итоге происходит слежение в дискретные моменты времени с требуемой частотой, определяемой программой компьютера 3, за состоянием устройств тестирования 1, число
которых равно произведению N на М. В лекционных классах с числом посадочных мест 150 и более тестирование длится всего 2-3 минуты. Анализ результатов опроса осуществляется после перевода компьютера в режим оценивания. С использованием диаграмм, текста, звуков и распечаток сообщаются индивидуальные данные и результаты состязательности между группами обучаемых.