izvestswsuИзвестия Юго-Западного государственного университетаProceedings of the Southwest State University2223-15602686-6757ЮЗГУ10.21869/2223-1560-2022-26-4-117-131izvestswsu-1055Research ArticleИнформатика, вычислительная техника и управлениеComputer science, computer engineering and IT managmentКогнитивное моделирование информационного обеспечения игрового автоматизированного обученияCognitive Modeling of Information Support for Game-Based Automated LearningХалинЮ. А.KhalinY. A.

Халин Юрий Алексеевич, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры программной инженерии

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040

Yuri A. Khalin, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Software Engineering Department

Kursk

yur-khalin@yandex.ruКатыхинА. И.KatykhinA. I.

Катыхин Александр Иванович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры программной инженерии

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040

Alexander I. Katykhin, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Software Engineering Department

Kursk

ЗинкинС. А.ZinkinS. A.

Зинкин Сергей Александрович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры вычислительной техники

ул. Красная, д. 40, г. Пенза 440026

Sergey A. Zinkin, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Professor of the Computer Engineering Department 

Penza

ШилинА. А.ShilinA. A.

Шилин Александр Анатольевич, доктор технических наук, профессор, профессор отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики

пр. Ленина, д. 30, г. Томск 634050

Alexander A. Shilin, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Professor of the Electric Power Engineering and Electrical Engineering Department, Energy Engineering School

Tomsk

Юго-Западный государственный университетSouthwest State UniversityПензенский государственный университетPenza State UniversityНациональный исследовательский Томский политехнический университетNational Research Tomsk Polytechnic University202225032023264117131Copyright © Халин Ю.А., Катыхин А.И., Зинкин С.А., Шилин А.А., 20232023Халин Ю.А., Катыхин А.И., Зинкин С.А., Шилин А.А.Khalin Y.A., Katykhin A.I., Zinkin S.A., Shilin A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestswsu.elpub.ru/jour/article/view/1055Цель исследования

Цель исследования. Главной целью данной работы является повышение эффективности автоматизированного игрового обучения на основе когнитивного моделирования. На основе методики системного анализа и когнитивного моделирования слабо структурированных ситуаций предложена структура игрового автоматизированного обучающего комплекса, который может быть использован при обучении персонала в различных предметных областях. В нашем случае проводилось моделирование обучения персонала в условиях стереотипных и нестереотипных ситуаций.

Методы

Методы. В основе данной работы лежат общие положения теории систем и системного анализа, математической теории графов (основой которой является когнитивное моделирование). Основным инструментом когнитивного моделирования являлось построение нечётких когнитивных карт Силова. Предложена модификация алгоритма расчёта основных системных показателей нечёткой когнитивной карты. Для автоматизированного обучения использовалось игровое моделирование, основу которого составляли деловые игры. Вводилось понятие «оперативная игра», далее осуществлялось моделирование развития некоторой неблагоприятной ситуации с помощью нечётких когнитивных карт.

Результаты

Результаты. Основным результатом данной работы является методика когнитивного моделирования информационного обеспечения игрового автоматизированного обучения. На основе разработанной методики было проведено игровое имитационное моделирование оперативной игры «Пожар в доме», в основе которой лежало построение нечёткой когнитивной карты, для которой были рассчитаны основные количественные системные показатели взаимного влияния, консонанса и диссонанса.

Заключение

Заключение. Разработанная методика позволяет проводить игровое моделирование неблагоприятных (в том числе чрезвычайных) ситуаций, что в дальнейшем обеспечит адекватное поведение обучающихся в реально возникших ситуациях.

Purpose of research

Purpose of research. The main goal of this work is to increase the efficiency of automated game learning based on cognitive modeling. Based on the methodology of system analysis and cognitive modeling of weakly structured situations, the structure of a gaming automated training complex is proposed, which can be used in training personnel in various subject areas. In our case, staff training was simulated in stereotypical and non-stereotypical situations.

Methods

Methods. This work is based on the general provisions of systems theory and system analysis, mathematical graph theory (which is based on cognitive modeling). The main tool of cognitive modeling was the construction of fuzzy cognitive maps of Silov. A modification of the algorithm for calculating the main system indicators of a fuzzy cognitive map was proposed. Game modeling, based on business games, was used for automated learning. The concept of an operational game was introduced, then modeling of the development of some unfavorable situation was carried out using fuzzy cognitive maps..

Results

Results. he main result of this work is the method of cognitive modeling of information support for game-based automated learning. Based on the developed methodology, a game simulation simulation of the operational game "House Fire" was carried out, which was based on the construction of a fuzzy cognitive map, for which the main quantitative system indicators of mutual influence, consonance and dissonance were calculated.

Conclusion

Conclusion: the developed methodology allows for game modeling of unfavorable (including emergency) situations, which in the future will ensure adequate behavior of students in real situations.

обучающие системыигровое моделированиеделовая играоперативная игракогнитивные картычрезвычайная ситуацияeducational systemsgame modelingbusiness gameoperational gamecognitive mapsemergencyReferencesБеспалько В.П. Педагогика и прогрессивные технологии обучения. М., 2001.Bespalko V.P. Pedagogika i progressivnye tekhnologii obucheniya [Pedagogy and progressive learning technologies]. Moscow, 2001.Беспалько В.П. Слагаемые педагогической технологии. М.: Педагогика, 1989.Bespalko V.P. Slagaemye pedagogicheskoi tekhnologii [The components of pedagogical technology]. Moscow, Pedagogika Publ., 1989.Лернер И.Я. Дидактические основы методов обучения. М., 2004.Lerner I.Ya. Didakticheskie osnovy metodov obucheniya [Didactic foundations of teaching methods]. Moscow, 2004.Сизов А.С., Катыхин А.И., Макеев В.В. Формализация процесса обучения для синтеза структурно-функциональной организации автоматизированной системы обучения на базе игрового комплекса // Известия Курского государственного технического университета. 2010. № 4 (33). С. 66-71.Sizov A.S., Katykhin A.I., Makeev V.V. Formalizatsiya protsessa obucheniya dlya sinteza strukturno-funktsional'noi organizatsii avtomatizirovannoi sistemy obucheniya na baze igrovogo kompleksa [Formalization of the learning process for the synthesis of the structural and functional organization of an automated learning system based on a game complex]. Izvestiya Kurskogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Kursk State Technical University, 2010, no. 4 (33), pp. 66-71.Формализация процесса эвакуации людей из помещения для создания автоматизированной обучающей игровой системы / А.С. Сизов, А.И. Катыхин, В.В. Макеев, В.В. Теплова // Известия Юго-Западного государственного университета. 2011. № 3 (36). С. 45-48.Sizov A.S., Katykhin A.I., Makeev V.V., Teplova V.V. Formalizatsiya protsessa evakuatsii lyudei iz pomeshcheniya dlya sozdaniya avtomati-zirovannoi obuchayushchei igrovoi sistemy [Formalization of the process of evacuation of people from the premises to create an automated learning game system]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Southwest State University, 2011, no. 3 (36), pp. 45-48.Сизов А.С., Катыхин А.И., Макеев В.В. Подход к автоматизации разработки последовательности изучения учебной программы и генерации творческих задач автоматизированной обучающей системы // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2011. №11. С. 35-39.Sizov A.S., Katykhin A.I., Makeev V.V. Podkhod k avtomatizatsii razrabotki posledovatel'nosti izucheniya uchebnoi programmy i generatsii tvorcheskikh zadach avtomatizirovannoi obuchayushchei sistemy [An approach to automating the development of the sequence of studying the curriculum and generating creative tasks of an automated learning system]. Informatsionno-izmeritel'nye i upravlyayushchie sistemy = Informationmeasuring and Control Systems, 2011, no. 11, pp. 35-39.Сизов А.С., Катыхин А.И., Макеев В.В. Концептуальная модель автоматизированной системы обучения на основе автоматизированного обучающего комплекса // Материалы XIX межвузовской военно-научной конференции, 25-26 ноября 2010 г. Череповец: Военно-космическая академия им. А.С.Можайского, 2011. С. 177-180.Sizov A.S., Katykhin A.I., Makeev V.V. [Conceptual model of an automated training system based on an automated training complex]. Materialy XIX mezhvuzovskoi voennonauchnoi konferentsii [Materials of the XIX interuniversity military-scientific conference], Voenno-kosmicheskaya akademiya im. A.S.Mozhaiskogo, 2011, pp. 177-180 (In Russ.).Борисов В.В., Круглов В.В., Федулов А.С. Нечеткие модели и сети. М.: Горячая линия - Телеком, 2007. 284 с.Borisov V.V., Kruglov V.V., Fedulov A.S. Nechetkie modeli i seti [Fuzzy models and networks]. Moscow, Goryachaya liniya - Telekom Publ., 2007. 284 p.Васильев В.И., Ильясов Б.Г. Интеллектуальные системы управления. Теория и практика. М.: Радиотехника, 2009. 392 с.Vasiliev V.I., Ilyasov B.G. Intellektual'nye sistemy upravleniya. Teoriya i praktika [Intelligent control systems. Theory and practice]. Moscow, Radiotekhnika Publ., 2009. 392 p.Живенков А.Н. Моделирование информационной системы адаптивного структурирования образовательного контента на основе нечетких сетей Петри // Приборы и системы, управление, контроль, диагностика. 2011. №6.Zhivenkov A.N. Modelirovanie informatsionnoi sistemy adaptivnogo strukturirovaniya obrazovatel'nogo kontenta na osnove nechetkikh setei Petri [Modeling of the information system of adaptive structuring of educational content based on fuzzy Petri nets]. Pribory i sistemy, upravlenie, kontrol', diagnostika = Devices and Systems, Management, Control, Diagnostics, 2011, no.6Робертс Ф.С. Дискретные математические модели с приложениями к социальным, биологическим и экологическим задачам: пер. с англ. М.: Наука. Гл. ред. физ.- мат. лит., 1986. 496 с.Roberts F.S. Diskretnye matematicheskie modeli s prilozheniyami k sotsial'nym, biologicheskim i ekologicheskim zadacham [Discrete mathematical models with applications to social, biological and environmental problems]. Moscow, Nauka Publ., 1986, 496 p.Силов В.Б. Принятие стратегических решений в нечеткой обстановке. М.: ИНПРО-РЕС, 1995. 228 с.Silov V.B. Prinyatie strategicheskikh reshenii v nechetkoi obstanovke [Strategic decision-making in a fuzzy environment]. Moscow, INPRO-RES Publ., 1995, 228 p.Федулов А.С. Нечеткие реляционные когнитивные карты // Теория и системы управления. 2005.Fedulov A.S. Nechetkie relyatsionnye kognitivnye karty [Fuzzy relational cognitive maps]. Teoriya i sistemy upravleniya = Theory and Control Systems, 2005.Ягер P.P. Множества уровня для оценки принадлежности нечетких подмножеств // Нечеткие множества и теория возможностей. Последние достижения. М.: Радио и связь, 1986. С. 71-78.Jager P.P. [Level sets for estimating the membership of fuzzy subsets]. Nechetkie mnozhestva i teoriya vozmozhnostei. Poslednie dostizheniya [Fuzzy sets and the theory of possibilities. Recent achievements]. Moscow, 1986, pp. 71-78 (In Russ.).Сизов А.С., Катыхин А.И., Смирнов М.Н. Модель представления знаний в игровой автоматизированной обучающей системе // Распознавание – 2010: сб. науч. тр. по матер. IX Междунар. конф., 18-20 мая 2010. Курск: КГТУ, 2010. С. 310-312.Sizov A.S., Katykhin A.I., Smirnov M.N. [A model of knowledge representation in a gaming automated learning system]. Raspoznavanie – 2010. Sb. nauch. tr. po mater. IX Mezhdunar. konf. [Recognition – 2010. Collection of scientific tr. on mater. IX International Conference]. Kursk, KSTU Publ., 2008, pp. 310-312 (In Russ.).Катыхин А.И., Макеев В.В. Системная модель автоматизированного игрового комплекса (АИК) // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации: сб. статей по матер. VIII междунар. науч.-техн. конф., 28 декабря 2010 г. Курск, 2011. С. 192 – 196.Katykhin A.I., Makeev V.V. [System model of an automated gaming complex (AIC)]. Sovremennye instrumental'nye sistemy, informatsionnye tekh-nologii i innovatsii. Sb. statei po mater. VIII mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. [Modern instrumental systems, information technologies and innovations. Collection of articles on mater. VIII International Scientific and Technical conf.]. Kursk, 2011, pp. 192 - 196Сизов А.С., Катыхин А.И., Макеев В.В. Подход к моделированию предметной области для синтеза структуры игровой автоматизированной обучающей системы // Научно-технический сборник НИЦ (г. Курск). Курск, 2010. С. 52-56.Sizov A.S., Katykhin A.I., Makeev V.V. [An approach to modeling the subject area for the synthesis of the structure of a gaming automated learning system]. Nauchnotekhnicheskii sbornik NITs (g. Kursk). [Technical collection of SIC (Kursk)]. Kursk, 2010, pp. 52-56 (In Russ.).Сизов А.С., Катыхин А.И., Макеев В.В. Разработка математических моделей представления данных в информационной базе игрового автоматизированного обучающего комплекса // Инновации в информационно-аналитических системах: сб. науч. трудов. Вып. 1. Курск: Фонд «Науком», 2011. С. 113 – 119.Sizov A.S., Katykhin A.I., Makeev V.V. [Development of mathematical models of data representation in the information base of the gaming automated training complex. Innovatsii v informatsionno-analiticheskikh sistemakh: sb. nauch. trudov]. [Innovations in information and analytical systems: collection of scientific papers]. Kursk, 2011, is. 1, pp. 113 – 119.Формализация процесса эвакуации людей из помещений для создания автоматизированной обучающей игровой системы / А.С. Сизов, А.И. Катыхин, В.В. Теплова, В.В. Макеев // Современные информационные технологии: сб. статей по матер. междунар. науч.-техн. конф., 25 мая 2011г. Пенза: Пензенская гос. техн. академия, 2011. С. 77 – 81.Sizov A.S., Katykhin A.I., Teplova V.V., Makeev V.V. [Formalization of the process of evacuation of people from premises to create an automated learning game system]. Sovremennye informatsionnye tekhnologii. Sb. statei po mater. mezh-dunar. nauch.-tekhn. konf. [Modern information technologies: collection of articles on mater. international scientific and technical conf.], May 25, 2011. Penza: Penzenskaya gos. tekhn. akademiya, 2011, pp. 77 – 81.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.