автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Программно-методические средства экспресс-диагностики и контроля функционального состояния человека

// Г' Г) 1Г~~ / /•«

т ' У У о ^, ^ г —

Московская государственная академия приборостроения и информатики

На правах рукописи

Корниенко Алексей Викторович

Программно-методические средства экспресс-диагностики и контроля функционального состояния человека

Специальность 05.13.11. - Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, систем, комплексов и сетей

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: д.т.н., профессор Григорьев С.Г. к.ф.-м.н. Рыжов В.А.

Москва 1999

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение.....................................................................................................4

Глава 1. Принципы разработки компьютерных тестовых программ....................................................................................................12

1.1. Анализ подходов к проблеме диагностики состояния личности.....................................................................................................12

1.2. Исследование проблем разработки и реализации компьютерных тестов...............................................................................16

1.3. Построение модели операторской деятельности в системе человек-машина........................................................................................20

1.4. Концепция адаптивных тестов......................................................... 27

Глава 2. Формирование интерфейса информационных моделей тестовых процедур и механизмы их реализации.................................. 31

2.1. Ключевые понятия системы тестов. Единый интерфейс.............. 31

2.2. Программная реализация теста "Реакция".....................................37

2.3. Тест "Быстрота и точность наведения" и его реализация............ 41

2.4. Программная реализация теста "Память"......................................45

2.5. Разработка теста "Слежение"..........................................................52

2.6. Тест "Переключение внимания" и его реализация.......................60

2.7. Реализация механизма адаптации в тесте "Сортировка"............. 63

2.8. Исследование влияния манипуляторных навыков

пользователя на результаты тестовых испытаний...............................70

Глава 3. Программная реализация системы "Экспресс-диагностика".............................................................................................78

3.1. Основные принципы разработки диагностических тестовых комплексов...............................................................................................78

3.2. Состав и назначение системы "Экспресс-диагностика"..............82

3.3. Программная реализация функций блока "Пользователь".........85

3.4. Программная реализация функций блока "Администратор".....90

3.5. Механизмы представления результатов тестирования...............96

Глава 4. Программная реализация тестов для домашнего использования.......................................................................................102

4.1. Общая характеристика системы "Формула успеха"..................102

4.2. Повышение выразительной мощности интерфейса тестовой процедуры..............................................................................................113

4.3. Добавление игровых ситуаций и возможностей

технологии мультимедиа.....................................................................124

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................................................137

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.................................................................... 139

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.................................................................................. 145

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность.

Информатика, как наука начинала свое развитие как прикладная инженерная дисциплина. Достаточно вспомнить времена, когда с информатикой у большинства людей ассоциировалось изучение либо языков программирования и основ математической логики, либо выполнение расчетов пропускной способности информационных коммуникаций. Лишь постепенно стало приходить понимание, что информатика имеет ранг метанауки. Развитие современной картины мира уже формирует новое мировоззрение, когда осознается сущность информационных процессов в их неразрывной связи с энергией и материей не только на уровне генетики, но и в глобальном космологическом плане. Даже исследования в таких областях, как социология и психология (теории восприятия и деятельности) уже немыслимы без новой информационной парадигмы. Таким образом, уже сам человек попадает в область интересов информатики. Современные достижения эргономических исследований, а также человеко-машинного взаимодействия уже попали в зону воздействия информатики. Поэтому исследования и разработки новых методов и технологий тестирования, построенные на парадигме человеко-машинных систем, уже приносят существенные результаты.

Компьютерные и информационные технологии в своем распространении находят применение в самых различных сферах человеческой деятельности. Они уже активно используются в таких областях, как диагностика, тестирование, тренировка и развитие личности, определение и контроль функционального состояния, определение мобилизационной способности в критических ситуациях и т.п. Преимущества использования информационных технологий для задач тестирования человека очевидны. Появляются новые возможности развития лично-

сти, быстрой обработки большого числа данных, автоматизируется процесс получения результата, предоставляется возможность изучения огромного количества взаимосвязанных параметров.

Уже сейчас компьютерные и информационные технологии активно используются в процессах тестирования. Известно множество примеров тестовых компьютерных программ. К сожалению, практически все они являются переводом в компьютерную форму известных "бумажных" тестов. В качестве примера можно привести тесты-опросники типа ММР1, тестовая процедура Айзенка на коэффициент интеллекта цветовой тест Люшера и много других

"традиционных" тестовых методик.

Главным недостатком большинства реализованных в настоящее время компьютерных тестов является то, что они не учитывают возросшие потребности к системам компьютерной диагностики. Перечислим недостатки существующих тестовых программ:

• отсутствует возможность оперативно отслеживать состояние человека, что может быть важным при диагностике представителей профессий связанных с риском или большой ответственностью, например летчиков, диспетчеров атомных станций и так далее;

• объективность многих тестов, прежде всего построенных по принципу анкетирования, вызывает сильное сомнение, более того существует специальная литература [50], позволяющая при желании "обмануть" даже очень хитрые тесты;

• не существует полноценной инструментальной среды для специалистов в области тестирования.

(

Отдельные решения проблемы получения достоверных результатов в компьютерных диагностических программах были предложены в работе [55]. Однако они не учитывают принципиального различия сис-

темы "человек - компьютер" от ограниченного подхода, отталкивающегося от модели "человек - внешняя среда".

Тестовые методики предложенные в работе [56] при переводе на компьютерную основу также не преодолели "барьера" традиционного мышления. Здесь мы также видим желание втиснуть традиционные методы в компьютерные программы, не обращая внимания на то, что компьютерный интерфейс уже сам по себе является серьезной тестовой процедурой. А это в тестах с моделируемой экспериментальной ситуацией приводит в основном к непреодолимым сложностям в интерпретации результатов.

Попытки создания объективных компьютерных тестов, предназначенных для оценки функционального состояния человека, предпринимались давно. Такие попытки, например, были предприняты в конце 80-х годов группой российских ученых (математиков и психологов) под руководством Шмелева А.Г. в МГУ им. М.В.Ломоносова. Замысел состоял в том, чтобы взять за основу тестового испытания известную компьютерную игру "Тетрис". Главная проблема, которую тогда так и не удалось разрешить, состояла в том, что не было построено правильной информационной модели операторской деятельности в системе "человек-машина". Тогда акценты в поставленной задаче были выставлены не совсем верно (сложность моделируемой ситуации и ритмика операторской деятельности).

Система компьютерного тестирования комплекса "Медилаб" [63], разрабатываемая для орбитальных станций, позволяла проводить диагностику функционального состояния человека в определенных пределах. Однако время тестирования составляло порядка 30-40 минут, что приводило к сильному утомлению испытуемых и давало крайне низкую точность.

Программный комплекс, описанный в работе [57], предназначен для проведения тестовых испытаний в коллективах, однако сфера его применения сильно ограничена. Во-первых, тесты, составляющие ядро комплекса, не подходят для постоянного использования, так как при тестировании чаще чем раз в год результаты не будут достоверными. Во-вторых, в процессе тестирования необходимо участие профессионального психолога. В третьих, тесты не предназначены для оценки функционального состояния человека.

Как уже было отмечено, большинство систем компьютерного тестирования являются лишь программной реализацией готовых тестов-опросников. В качестве примеров можно привести систему "Брэйншторм" - тест на коэффициент интеллекта Айзенка и систему "Познай себя" - сборник небольших тестов на различные темы.

Интересную разработку представил информационно-психологический центр "Tabula Rasa". Созданная по оригинальной методике система "Антистресс" позволяет оценивать текущее состояние человека, однако результат дается в виде общих рекомендаций философского характера.

Таким образом, ни одна из разработок не предлагает решения задачи оперативной оценки функционального состояния человека. Также отсутствует полноценная инструментальная среда для проведения регулярных испытаний в коллективах.

Этим определяется актуальность проблемы разработки программно-методических средств экспресс-диагностики и контроля функционального состояния человека. В работе рассматривается тестовый комплекс, основу которого составляют тесты с контролируемой экспериментальной ситуацией моделируемой на компьютере. Одновременно тесты выполняют роль игроподобных тренажеров, позволяющих развивать и тренировать полезные способности и навыки. Данный ком-

плекс является хорошим инструментом для социологов и психологов при проведении индивидуального и группового тестирования.

Цель и задачи исследования.

Целью работы является разработка программно-методических средств экспресс-диагностики и контроля функционального состояния человека, включающая в себя разработку системы компьютерных тестов и программного администратора данной системы.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

• разработка архитектуры системы "Экспресс-диагностика";

• разработка концепции системы адаптивных тестов;

• разработка информационных моделей тестовых процедур;

• разработка алгоритмов адаптации тестов к уровню возможностей испытуемого;

• программная реализация системы тестов;

• программная реализация функций администратора системы;

• создание компьютерной системы "Формула успеха".

Научная новизна работы.

• Разработана архитектура и осуществлена программная реализация системы компьютерной экспресс-диагностики, которая является комплексным решением проблем управления тестовыми процедурами, сбора, обработки и хранения тестовой информации, а также структурированного представления результатов тестирования для проведения анализа данных.

• Для оценки качества результатов испытуемых в методике определения отклонений от личных норм предложено использовать процедуру пошаговой перекалибровки личных норм, что позволило добиться отстройки от манипуляторных навыков испытуемого и определять профили функционального состояния испытуемого.

• Разработаны алгоритмы адаптации уровня сложности тестовых процедур к уровню возможностей испытуемого.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные программные средства позволяют:

• повысить эффективность процесса компьютерной диагностики для индивидуальных и коллективных тестовых испытаний с целью выявить лучших по выделенным показателям;

• за короткое время проводить диагностику специалистов профессий связанных с риском или большой ответственностью;

• повысить эффективность учебного процесса при подготовке социологов и психологов;

• компьютерная система "Формула успеха" дает возможность проводить тестирование в домашних условиях без привлечения специалиста-психолога.

Краткое содержание работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав,- заключения, списка литературы и приложения.

Во введении дается общая характеристика работы: обосновывается ее актуальность, научное значение и практическая ценность.

В первой главе дается анализ подходов к проблеме диагностики состояния личности. Рассматривается задача тестирования с помощью компьютера. Проводится исследование проблем, возникающих при разработке и реализации систем компьютерного тестирования. Дается классификация диагностических программ с точки зрения реализации. Рассматривается концепция адаптивных тестов. Для понимания процессов происходящих при общении испытуемого с компьютерной программой разрабатывается модель операторской деятельности в системе

"человек-машина". Вводятся такие понятия как диполь внимания, эталон, стимул.

Во второй главе вводятся ключевые понятия тестов: испытание, сериал, текущий результат, индивидуальная норма, база и другие. Описывается единый интерфейс тестов: управление, -прохождение испытаний, графическое представление результатов, информационный блок. Рассматривается шесть тестов: "Реакция", "Быстрота и точность наведения", "Память", "Слежение", "Переключение внимания" и "Сортировка". Для каждого из них дается описание информационной модели тестовой процедуры, исследуются особенности программной реализации. Предлагаются механизмы адаптации тестов к возможностям испытуемых. Это достигается согласованием уровня сложности программы и уровня возможностей испытуемого. Проводится исследование влияния манипуляторных навыков пользователя на результаты тестовых испытаний.

Третья глава посвящена описанию механизмов разработки и реализации компьютерного тестового комплекса "Экспресс-диагностика". Прежде всего рассматриваются основные подходы к проблеме разработки подобных комплексов. Исследуются общие требования к составу и функциональному наполнению программного средства, призванного решать задачи компьютерного тестирования. Функциональное наполнение должно включать в себя: средства по организации процесса тестирования, механизмы защиты программ и данных, средства представления результатов. Затем дается описание архитектуры системы "Экспресс-диагностика". Подробно описаны функции пользовательского интерфейса системы, а также функции предназначенные для администратора комплекса. Предлагаются механизмы представления результатов тестирования.

В четвертой главе предлагается концепция программной реализации тестов для домашнего использования. Дается общая характеристика системы "Формула успеха". Рассматриваются методы повышения выразительной мощности тестовой процедуры. Исследуются возможности добавления игровых ситуаций и технологий мультимедиа в состав тестовой программы.

В заключении перечисляются основные результаты работы.

На защиту выносятся :

• архитектура и программная реализация диагностического тестового комплекса "Экспресс-диагностика";

• информационные модели тестовых процедур, их разработка и программная реализация;

• алгоритмы адаптации уровня сложности тестовых процедур к уровню возможностей испытуемого.

Глава 1. Принципы разработки компьютерных тестовых

программ.

1.1. Анализ подходов к проблеме диагностики состояния

личности.

С момента появления компьютеров исследования в области человеко-машинного взаимодействия всегда были одним из самых важных направлений информатики. С массовым появлением персональных компьютеров и развитием компьютерных сетей в мировом масштабе проблемы качества интерфейса приобрела чрезвычайную актуальность.

Человеческое общество уже поставлено перед фактом - в основе любых практически значимых технологий лежит использование компьютерных систем и информационных технологий. Особенно это проявляется в сфере стратегических направлений развития общества: экономика, финансы, наука, техника, военный сектор, энергетика, транспорт, связь и т.д.

В такой ситуации люди, решающие свои практические задачи, затрачивают значительные усилия и средства в виде накладных расходов на освоение средств интерфейса с компьютерными системами. Причем такие накладные расходы стали соизмеримыми, а часто и превосходят, полезные расходы на достижение практической цели.

Это состояние прекрасно осознается идеологами и разработчиками компьютерных систем и информационных технологий. До недавнего времени человек в значительной мере подстраивался под специфику работы с компьютерами. Теперь ситуация начинает меняться. Компьютер