ИММЕРСИВНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области обучения с использованием виртуальной среды, в частности к иммерсивной автоматизированной системе обучения.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из предшествующего из уровня техники известен способ интерактивного обучения (заявка на изобретение 20041 15412/09, 21 .05.2004), который заключается в том, что в соответствии с целями и задачами обучения слушатели проходят обучение по сценарию индивидуально и/или в группах при участии преподавателя, осуществляющего организацию и контроль за учебным процессом с АРМ преподавателя, связанного с базой данных, а также каналов и средств связи, оснащенных соответствующим программным и аппаратным обеспечением.

Также известна интерактивная автоматизированная система обучения эксплуатации нефтепромыслового оборудования, содержащая, по крайней мере, программно-технический комплекс на базе интеллектуального интерфейса, поддерживающий в режиме диалога автоматизированные циклы обучения и контроля знаний, обучающихся и выполненный в виде модуля вычислительной системы управления процессом обучения с программным обеспечением системы, модуль комплексного тренажера, выполненного на базе нефтепромыслового оборудования конкретного завода-изготовителя, включающего устройства, имитирующие работу в реальных условиях, снабженного процессорным блоком, блоком станции управления наземным оборудованием, блоком станции управления подземным оборудованием (RU №96278, G09B 19/00, 2006). Указанная система обучения позволяет отрабатывать практические навыки и психофизические реакции персонала по обслуживанию и эксплуатации нефтепромыслового оборудования с использованием имитатора реального оборудования.

Также известен способ обучения сотрудников службы авиационной безопасности с применением системы дополненной реальности, предназначенный для обучения сотрудников службы авиационной безопасности в реальной зоне предполетного досмотра пассажиров, салоне самолета и в других зонах контроля безопасности на воздушном транспорте. Указанный способ содержит аппаратно-программные средства визуализации, включает очки дополненной реальности, снабженные двумя прозрачными микродисплеями, аудиосистему и систему позиционирования, обеспечивающая определение координат положения линии наблюдения в пространстве, и компьютер, в реальном времени генерирующий и передающий стереовидеоизображение на микродисплеи очков дополненной реальности ( RU № 258 457, G09B 9/00, 2006). Также известна автоматизированная система обеспечения пользователей обучающей виртуальной средой, содержащий средство обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой и средство управления обучающей виртуальной средой, соединенные между собой с возможностью обмена данными, при этом средство управления обучающей виртуальной средой содержит модуль создания сценариев обучающей виртуальной среды, выполненный с возможностью ввода в обучающую виртуальную среду событий, персонажей и предметов и содержащий для этого блоки событий, персонажей и предметов, выполненные с возможностью объединения в сценарий обучающей виртуальной среды (RU №724606, G06F 3/00, 2006.01).

Общим недостатком предшествующего уровня техники является отсутствие одновременного взаимодействие преподавателя и обучающегося с несколькими видами устройств. Отсутствие возможности демонстрации сложных процессов или объектов для демонстрации, которых необходимо использование специализированного оборудования или демонстрация невозможно ввиду физических процессов и взаимодействий.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение заключается в устранении недостатков предшествующего уровня техники.

Технический результат заявленного изобретения направлен на повышение степени усвоения материала, что позволяет улучшить качество обучения за счет совокупности классических методов обучения и иммерсивных методов обучения.

Заявленный технический результат достигается благодаря тому, что иммерсивная автоматизированная система обучения содержит административный блок, блок сервисов и серверов, блок визуализации, включающий в себя модули преобразования и воспроизведения информации, и позволяет задействовать все (несколько) форматов обучения и типов устройств. В процессе обучения существует возможность использовать различные типы устройств и их комбинации, такие как интерактивная панель для демонстрации контента и сопровождения урока, подключение обучающимся к доске во время урока по желанию преподавателя, при самостоятельном обучении использование приложение для телефона, web-портал, мобильное или стационарное VR-оборудования для обучения или тестирования.

Приводим подтверждение достижения технического результата на примере проведения курса школьных программ обучения.

Занятия проводятся как с использованием классических методов обучения, так с использованием иммерсивной автоматизированной системы обучения. Преподавателю предоставляется доступ к системе, с помощью которой преподаватель управляет интерактивным контентом предмета, курсами (занятие) и получает аналитику и статистику по каждому проведенному курсу. Курсы, представленные по предметам, биология и физика позволяют продемонстрировать обучающимся физические процессы и объекты без использования дополнительного лабораторного оборудования, и реализованы в виде ЗЭ-комплекса учебных материалов для изучения строения, функций и жизненных циклов клеток в рамках школьной программы.

Преподаватель в ходе проведения занятия по теме: «Клетка - основная структурная и функциональная единица живого организма» раздает задания, заключающееся в описании строение хлоропласта с помощью обзорного режима для ознакомления с общим видом клеток и возможностью сравнения отдельных типов клеток.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фигуре 1 представлена блок-схема, содержащая элементы системы: административный блок (1 ), блок сервисов и серверов (2) , блок визуализации (3), модуль веб-портал (4), файловый сервер (5), сервис контента (6), сервер пользователей (7) , сервис организаций (9) , сервис прав (10), сервис продуктов (1 1), сервис приложений (12) , сервер сценариев (13), сервер голосовой связи (14), сервис бизнес-логики (15) , сервис лмс (16) , сервис аналитики (17), блок визуализации (3), модуль сценариев (18), модуль анимации (19) , модуль интерфейсов (20), медиа-модуль (21 ), модуль аватаров (22), модуль передачи голоса (23), модуль ввода (24) , модуль запуска приложений (25), модуль сетевого взаимодействия (26) .

ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Указанный технический результат достигается тем, что иммерсивная автоматизированная система обучения реализована как клиент-серверный программный комплекс на микро-сервисной архитектуре, содержащий административный блок, блок визуализации и блок сервисов и серверов. Предлагаемое изобретение включает следующие блоки:

Административный блок (1 ) включает в себя модуль приложений-клиентов, предназначенный для доступа, воспроизведения симуляции и контента и просмотра аналитики и модуль доставки контента, обеспечивающего доставку и обновление загруженного на платформу контента на конечные клиентские устройства. Устройствами, запускающими модуль приложений- клиентов, является персональный компьютер, смартфон, очки виртуальной реальности. Административный блок взаимодействует с блоком сервисов и серверов (2) и блоком визуализации (3) посредством протокола HTTP(s) в виде запросов методом POST и передачей параметров в текстовом формате в формате Content-type:application/json или application/x-www-form-urlencoded. Блок сервисов и серверов (2) включает в себя модуль веб-портал (4), предназначенный для управления пользователями, полномочиями, процессами обучения, контентом и симуляциями, взаимодействующий с файловым сервером (5), сервером пользователей (7) и сервисом бизнес- логики (15) по протоколу HTTP(s) в виде запросов методом POST и GET, POST, OPTIONS-Модуль сервисов и серверов включает в себя файловый сервер (5), использующийся для получения, хранения и воспроизведения загружаемых в систему файлов, взаимодействует с модулем вебпортал (4) и сервисом контента (6) по протоколу HTTP(s) в виде запросов методом POST и GET, POST, OPTIONS. Доступ к ресурсам файлового сервиса осуществляется через сервис контента (6), предназначенного для создания, учета контента и метаданных.Сервис контента(б) осуществляет взаимодействие с сервисом бизнес-логики (15) по протоколу HTTP(s) в виде запросов методом POST и GET, POST, OPTIONS. Сервер пользователей (7) осуществляет процедуру аутентификации и авторизации. Авторизация производится по протоколу OAuth2 либо с указанием авторизационного кода, либо пары логин/пароль. Сервер пользователей (7) взаимодействует с модулем веб-портал (4) и сервисом аккаунтов (8) по протоколу HTTP(s) в виде запросов методом POST и GET, POST, OPTIONS. Сервис аккаунтов (8) осуществляет учет аккаунтов пользователей. Сервис организаций (9) производит учет организаций, их метаданных, верифицирует первичный токен авторизации и выдает данные по организациям. Сервис аккаунтов (8) и сервис организаций (9) взаимодействует с сервисом бизнес-логики (15) по протоколу HTTP(s) в виде запросов методом POST и GET, POST, OPTIONS. Сервис прав (10) производит учет групп в рамках организаций, прав доступа к продуктам и полномочий и взаимодействует с сервисом бизнес-логики (15) и сервисом лмс (16) по протоколу HTTP(s) в виде запросов методом POST и GET, POST, OPTIONS. Сервис продуктов (1 1 ) производит учет продуктов и их типов, иерархии продуктов и обеспечивает доступ к функциям. Сервис приложений (12) производит учет приложений, их версий, каналов. Выдает по запросу минимальную и актуальную версию приложения по заданному типу продукта. Сервис продуктов (И) и сервис приложений (12) осуществляют взаимодействие с сервисом бизнес-логики (15) по протоколу HTTP(s) в виде запросов методом POST и GET, POST, OPTIONS. Сервер сценариев (13) реализует backend сетевых сценариев - функционирование сценарных скриптов, подключение и обслуживание пользователей и взаимодействует по протоколу WebSockets с сервисом бизнес- логики (15) и модулем сетевого взаимодействия (26). Сервер голосовой связи (14) осуществляет передачу голоса и прочих потоковых данных (положение в пространстве и т.п.) между клиентами, а также запись этих потоков.

Сервис бизнес-логики (15) предназначен для взаимодействия сервисов и серверов по по протоколу HTTP(s) в виде запросов методом POST и GET, POST, OPTIONS. Сервис лмс (16) предназначен для формирования логики заданий, курсов, тестов и взаимодействует с сервисом прав (10), сервисом аналитики (17) и сервисом бизнес-логики (15). Сервис аналитики (17) предназначен для сбора аналитики по пройденным заданиям, симуляциям и просмотренному контенту для последующего анализа и формировании отчетов для всех пользователей систем с возможностью подключить выгрузку этих данных в другие системы, взаимодействующий с блоком административным блоком (1) по протоколу HTTP(s) в виде запросов методом POST и GET, POST, OPTIONS.

Блок визуализации (3) включает в себя модули преобразования и воспроизведения информации. Модуль сценариев (18) предназначен для воспроизведения виртуальных симуляций. Модуль анимации (19) позволяет собирать сложные последовательности анимации. Интеграцию функциональности модуля анимации для запуска анимаций, связанных с событиями пользовательского интерфейса осуществляет модуль интерфейсов (20), реализующий набор стандартных элементов пользовательского интерфейса, систему обработки и доставки событий. Медиа-модуль (21 ) предназначен для воспроизведения видео, видео 360 и презентаций. Модуль аватаров (22) реализует функционал, связанный со сборкой, показом и управлением трехмерными анимированными интерактивными персонажами (аватарами). Модуль передачи голоса (23) обеспечивает фиксацию речи для ее дальнейшей передачи в режиме сетевого взаимодействия, а также последующего преобразования. Модуль ввода (24) выполняет обработку и доставку событий контроллеров ввода и реализует систему наведения виртуального луча на активные объекты, а также обработку и доставку событий, связанных с наведением луча. Модуль запуска приложений (25) отвечает за процессы запуска с платформы приложений для воспроизведения контента и передачу им необходимых для запуска параметров. Модуль сетевого взаимодействия (26) обеспечивает возможность коммуникации и взаимодействия нескольких участников виртуальной симуляции через сетевые протоколы. Модули входящие в блок визуализации (3) взаимодействуют с административным блоком (1) по протоколу WebSockets.

Иммерсивная автоматизированная система обучения предусматривает одновременное взаимодействие с системой преподавателя и обучающегося. Процесс обучения проводится с помощью запуска виртуальных симуляций и 360-градусного видео для демонстрации группе людей материалов в формате виртуальной реальности или показа методического материала в случае очного обучения. Пользователи одновременно подключаются с разных типов устройств и взаимодействуют друг с другом. При использовании иммерсивной автоматизированной системы обучения предлагается следующая последовательность действий:

Преподаватель создает или использует готовый шаблон виртуальной симуляции с возможностью обновления контента. Формирует из имеющихся виртуальных симуляций библиотеку контента и загружает в нее контент вида (видео, видео 360, тесты, PDF , внешние ссылки). Редактирует доступа к контенту (назначает, распоряжается, просматривает и воспроизводит) через ролевую модель пользователей. Создает задания, включающие различные типы контента, в очной, заочной и дистанционной форме, а также выстраивает с их помощью образовательные траектории. Проводит сбора аналитики по пройденным заданиям, симуляциям и просмотренному контенту для последующего анализа и формировании отчетов для всех пользователей систем с возможностью подключить выгрузку этих данных в другие системы.

Таким образом, применение данной иммерсивной автоматизированной системы обучения существенно повышает эффективность и качество обучения за счет комбинированного использования нескольких форм обучения и типов устройств, позволяющих в процессе обучения предоставлять обучающимся возможность взаимодействовать с материалами.

Приводим подтверждение достижения технического результата на примере проведения курса школьных программ обучения.

Занятия проводятся как с использованием классических методов обучения, так с использованием иммерсивной автоматизированной системы обучения. Преподавателю предоставляется доступ к системе, с помощью которой преподаватель управляет интерактивным контентом предмета, курсами (занятие) и получает аналитику и статистику по каждому проведенному курсу. Курсы, представленные по предметам, биология и физика позволяют продемонстрировать обучающимся физические процессы и объекты без использования дополнительного лабораторного оборудования, и реализованы в виде ЗО-комплекса учебных материалов для изучения строения, функций и жизненных циклов клеток в рамках школьной программы.

Преподаватель в ходе проведения занятия по теме: «Клетка - основная структурная и функциональная единица живого организма» раздает задания, заключающееся в описании строение хлоропласта с помощью обзорного режима для ознакомления с общим видом клеток и возможностью сравнения отдельных типов клеток.

Использование интерактивной панели

Для наиболее наглядного представления преподаватель с помощью интерактивной доски демонстрирует обучающимся контент по теме занятия, а именно клетку, с помощью набора механик взаимодействия с объектом Обзор и Изучение, используя режим изучения конкретной клетки в разрезе и полном виде с возможностью вращения, масштабирования и выделения отдельных органоидов преподаватель увеличивает область хлоропласта, что позволяет рассмотреть внутреннее строение клетки. Обучающиеся подходят к доске и с помощью набора механик взаимодействия с объектом, рассматривают строение, выделяют отдельные органоиды. Одному из обучающихся предлагается продемонстрировать полученные знания, с помощью отдельной механики взаимодействия с объектом Сборка, позволяющей собрать модель клетки из набора составных частей клетки. Преподаватель, используя интерактивную панель предлагает решить обучающимся задачу в виде викторины по названиям органоидов.

Использование мобильного устройства в режиме дополненной реальности (AR) После этого преподаватель может организовать подключение к интерактивной панели мобильных устройств учеников, раздать им распечатанные на бумаге карточки препаратов. Наведя камеру смартфона на карточку, ученики смогут увидеть фото тканей растений с цифрового микроскопа в режиме дополненной реальности.

По завершению занятия у преподавателя в личном кабинете системы, отображаются результаты по прохождению завершающего теста по теме занятия, преподаватель демонстрирует данные на интерактивной доске обучающимся.

Использование web-портал и персонального компьютера ученика вне учебного класса

В качестве домашнего задания преподаватель дает задачу по сборке растительной и животной клетки, по прохождению которого в личном кабинете преподавателя сохраняется результат прохождения задания.