Совершенствование системы онлайн-обучения средствами искусственного интеллекта

Основная часть

Система образования в настоящее время вступает в новые реалии, диктуемые современным состоянием общества и последствиями пандемии COVID-19, когда в экстренном порядке вводилось онлайн-обучение на всех ступенях образования от начальной школы до системы высшего образования.

До сих пор предпринимаются поиски методов и способов, позволяющих найти решение данной проблемы. Первые шаги оказались очень сложными как со стороны технической реализации, так и со стороны психоэмоционального состояния всех участников образовательного процесса. Техническая составляющая достаточно быстро была найдена и очень активно стала использоваться в организации процесса обучения: teams.microsoft.com, zoom.us, skype.com, и др. [2]

Онлайн-обучение ставит систему образования в новые условия, связанные с определением вовлеченности обучаемых в процесс получения знаний, освоения новых умений и навыков, организации и проведения контроля и самоконтроля. В вынужденных новых условиях отсутствует вербальный контакт, эмоциональные составляющие, поведенческие оценки, адекватная оценка качества обучения. Эти изменения ставят перед педагогической наукой необходимость разработки новой методологии, учитывающей происходящие изменения.

Вначале дистанционное обучение вводилось в режиме локдауна очень быстро и зачастую не совсем подготовлено (ERT) и внесло свои коррективы в систему знаний и учебный опыт обучаемых по всему миру [3].

Вместе с тем, преимуществом дистанционного обучения всегда была возможность учиться в удобном для вас темпе, независимо от того, когда и где вы находитесь. Эта свобода помогла людям, которые иначе не могли посещать занятия, получить образование, например, на Крайнем Севере.

За последние несколько лет росло осознание важности обучения на протяжении всей жизни и, следовательно, тенденция поддержки производительности на рабочем месте. Это противопоставляет иногда противоречивые цели: желание человека подготовиться к будущим возможностям трудоустройства и желание работодателя поддержать сотрудников на тех позициях, которые они занимают сейчас. Онлайн-обучение в этом случае более чем актуально [4].

Возможности онлайн-обучения зависят от надежного доступа к сетям и возможности подключения и, в свою очередь, необходимы для поддержки большинства функций обучения и развития. Все они недооценены, а в некоторых случаях даже противостоят действующим процессам и услугам, представляя собой нетрадиционные подходы к обучению, педагогике и содержанию. Доступ к этим возможностям требует адаптации к различным способам и средствам поддержки обучения, а также к методам и системам.

Технологии искусственного интеллекта сильно изменили данную сферу образования за последние годы, онлайн-общение становится все более эффективным, особенно для тех, кто с ним вырос. Даже физическую активность, такую как спорт, музыка или танцы, можно поддерживать онлайн и выполнять удаленно [4].

Отличительной чертой среды очного обучения является предоставление услуг или оборудования, к которым невозможно получить доступ дома. Это особенно важно в регионах с низкими доходами. Школы и ВУЗы предоставляют доступ к инструментам, научному оборудованию и многому другому.

Но по мере того как технология физического пространства начинает меняться, происходит и соответствующий педагогический сдвиг. Хотя педагоги продолжат возглавлять учебную деятельность, цель будет заключаться не в передаче знаний и информации, а в создании условий и сценариев, в которых учащиеся смогут получить учебный опыт. Такие среды могут использоваться для постановки проблем и задач, требуют совместной работы команд и позволяют вручную управлять технологиями и оборудованием, давая учащимся почувствовать то, что они изучают, а не чисто теоретические знания [5].

Преобразование физических пространств обучения требует одновременного выполнения двух условий:

• перехода от обучения в классе к дистанционному обучению;
• преобразования классных комнат из учебных пространств в экспериментальные.

Этот сдвиг уже происходит, но процесс онлайн-обучения в будущем должен включать постепенное сокращение «учебного времени», чтобы освободить место для дистанционного обучения и обучения на основе опыта. Учебные программы постепенно должны будут отражать деятельность и результаты обучения, основанные на дисциплинах, а не на предметах.

В настоящее время большая часть онлайн-обучения предлагается через поставщиков контента и системы управления обучением. Доступ обычно ограничен зарегистрированными и платными подписчиками и студентами.

Хотя это защищает ценность ресурсов, но ограничивает устойчивость и переносимость сообщества, формирующегося вокруг этих предложений. Поэтому люди обращаются к онлайн-сообществам и социальным сетям, чтобы поддержать собственное обучение независимо от поставщиков обучения. Эти сети открытого обучения постепенно становятся основным источником обучения для людей [5].

Преимущество сетей открытого обучения заключается в том, что они доступны и полезны как для студентов, так и для практиков. Они становятся местами, где работа и обучение происходят рядом. Несмотря на то, что сохраняется потребность в безопасной и изолированной среде для новичков, все учащиеся получают пользу от общения и работы бок о бок с реальными практиками. Таким образом, открытые сети поддерживают различные более или менее неформальные стажировки или ученичество. Например, GitHub одно и то же место использует для практики, демонстрации и, в конечном итоге, применения своих знаний и навыков. Будущие технологии обучения будут включать не только такие сети, но и способы поддержки прогресса человека в них от новичка до профессионала.

С развитием глобальной цифровой сети и появлением различных форм искусственного интеллекта стало ясно, что потребности в обучении изменились и что, хотя учащимся больше не нужно запоминать большие объемы контента, им необходимо приобретать новые навыки для удовлетворения потребностей насыщенной информацией среды, быстрых изменений и растущей сложности [6].

Интернет и образовательные технологии вместе с ним развиваются в сторону набора систем и спецификаций, которые поддерживают свободный поток контента и информации от услуги к услуге. В социальных сетях такие стандарты, как ActivityPub, объединяют платформы, открытый исходный код делает то же самое для контента и программного обеспечения, а в образовательных технологиях такие спецификации, как открытые образовательные ресурсы (OER), Experience API (xAPI) и Полная архитектура обучения (TLA) делают то же самое. Образовательные учреждения должны быть интегрированы в более широкую информационную инфраструктуру, а не отделены от нее.

Будущая педагогика потребует от педагогов выйти за рамки теорий обучения, относиться к каждому человеку как к уникальному и признать, что преподавание и обучение представляют собой адаптивные процессы взаимодействия, взаимных уступок, без заранее определенных целей или результатов [6].

Многие исследователи ожидают, что появится новая модель, в которой образование будет осуществляться в сообществе в целом, когда отдельные лица изучают персональные учебные программы в своем собственном темпе под руководством и помощью координаторов сообщества, или онлайн-инструкторов и экспертов по всему миру.

Тогда образовательный опыт будет богатым и разнообразным, подкрепленным интересным и увлекательным образовательным программным обеспечением и дополненным обсуждениями и сотрудничеством с людьми со всей планеты. В то же время преподаватели будут играть роль принимающей стороны и будут формировать личные и поддерживающие отношения со своими учениками, выступая в качестве тренеров, гидов и защитников посредством множества доступных образовательных услуг. Также преподаватели могут выступать в качестве поставщиков, выступая в качестве экспертов и ресурсов, обслуживая не только студентов, но и общество в целом, создавая открытые сообщества, которые поддерживают и поощряют открытое участие всех, от новичков до серьезных любителей и профессионалов [7].

Сложная и интегрированная сеть связи и данных будет поддерживать как хостов, так и провайдеров, предлагая мгновенный доступ ко всей совокупности человеческих знаний в форме программного обеспечения, которое учитывает контекст обучения, учащегося и проблему, с которой он сталкивается, и способно взаимодействия с учащимся на их собственных условиях в качестве знающего эксперта и наставника [7].

Даже во времена быстрых перемен будущее наступает медленно, поскольку каждое новое развитие рассматривается не с точки зрения будущего состояния, к которому оно приведет, а с точки зрения известного и устойчивого понимания прошлого, с точки зрения существующих институтов, традиций и практик.

Однако, нельзя рассматривать обучение как константу и представлять себе системы и технологии как инфраструктуру, позволяющую сделать любое обучение доступным в любое время, а затем интегрировать людей в эту инфраструктуру в как можно более раннем возрасте.

Образование развивается через ряд совокупных тенденций в технологиях, обучении и сообществе, но концептуально его следует рассматривать как отход от традиционного понимания обучения к модели онлайн, которая будет преобладать в будущем [5].

Развитие информационных технологий создает предпосылки для совершенствования традиционных и разработки новых форм обучения, в частности онлайн-обучения. Это новая форма обучения, когда для обеспечения учебного процесса используются современные информационные технологии и Интернет. Такая форма обучения актуальна для нашей страны из-за протяженной территории, наличия отдаленных населенных пунктов, неритмичной и неэффективной работы транспорта. Система дистанционного обучения привлекает в ВУЗ людей, у которых работа имеет разъездной характер, связана с частыми командировками.

Возможности искусственных нейтронных сетей намного шире, чем задачи обучения. Вместе с тем онлайн-обучение является неотъемлемой частью образовательного процесса. Традиционная модель очного обучения уже не способна удовлетворить все образовательные потребности общества. Для удовлетворения этого разнообразия необходимо внедрить новые, более эффективные и гибкие формы обучения и оценки. В дальнейшем необходимо разработать методологию и внедрить в практику обучения информационно-интеллектуальную систему, которая позволит корректировать систему онлайн-обучения с учетом полученных рекомендаций системы [6].

Так появится возможность определить проблемы обучаемых по каждому из состояний: психическому, когнитивному, поведенческому. Представленные рекомендации позволят внести коррективы в обучение группы в целом и, что самое главное, в обучение конкретного обучаемого. Внедрение информационно-интеллектуальной системы позволит значительно повысить качество онлайн-обучения.

Взаимообучение эффективно, поскольку преподаватель может немедленно реагировать на просьбы учащихся о помощи, отзывах или информации. Технологии обучения будущего будут поддерживать эту способность, предоставляя учебные ресурсы по требованию. Часто эти ресурсы создаются тогда, когда они необходимы, и, таким образом, адаптируются к конкретным обстоятельствам, в которых они запрашиваются.

Идея искусственных наставников, которая когда-то считалась невозможной, недавно возродилась благодаря успеху ChatGPT. Хотя такие системы по-прежнему ненадежны, при поддержке базы знаний или библиотеки ресурсов они становятся мощным интерфейсом к практически неограниченным образовательным ресурсам. Вполне вероятно, что в течение десятилетия дети смогут получить доступ к собственному искусственному наставнику, который обеспечит подходящую и разговорную форму поддержки обучения [7].

Основная часть обучения в будущем, особенно для взрослых учащихся, будет представлять собой обучение в окружающей среде, то есть обучение, которое происходит в контексте выполнения чего-то другого. Хирурги, например, уже используют технологии для репетиции процедуры в операционной перед ее началом. Юристам в режиме реального времени предоставляются цитаты, прецеденты и аргументы во время судебного разбирательства. Эти системы поддержки применяются к поставленной задаче и, таким образом, развивают общие знания человека и чувство дисциплины [7].

Заключение

В прошлом персонализированное обучение встречалось со скептицизмом, и на то были веские причины, поскольку не было оснований полагать, что рекомендации по адаптивному содержанию или учет индивидуальных стилей обучения каким-либо образом влияют на результаты обучения. Разница, однако, в том, что в прошлом персонализация носила предписывающий характер, в отличие от более совместных и интерактивных методов, описанных здесь. Вместо того, чтобы предлагать какой-то инструмент или теорию, которая делает персональное репетиторство ненужным, мы видим, что разрабатываются средства искусственного интеллекта, позволяющие делать то, что может сделать персональный репетитор. Это означает отказ от большей части того, что мы узнали об обучении, как не имеющего отношения к текущей задаче.

В результате проведённых ранее исследовательских проектов (STEVE, Adele) с анимированными педагогическими агентами были выявлены их потенциальные возможности для обучения, когда агент становится анимированной персоной и может взаимодействовать с учащимися.

Учебные компаньоны способствуют социальному взаимодействию между учащимися и сверстниками. Они могут стимулировать участие, что может повысить мотивацию учащихся. Виртуальные ролевые игроки выполняют обучающие функции посредством своих реакций на ответы учащихся в образовательных симуляциях. Учеными разработана виртуальная среда VCATs Алело, где педагогические агенты могут выполнять несколько ролей и использовать различные функции в каждой роли.

В VCAT учащиеся приобретают знания о других культурах и применяют свои знания в симулированных встречах с людьми из этой культуры. Виртуальный тренер обеспечивает руководство и обратную связь на протяжении всего курса, а также рассказывает учебный материал. Во время ролевых игр аватар учащегося проводит межкультурные обмены с виртуальными ролевыми игроками с помощью советов и комментариев виртуального наставника. На сегодняшний день VCAT разработаны для более чем 80 стран.

Новые цифровые технологии, такие как применение искусственного интеллекта в обучении, педагогических агентов как одного из видов искусственного интеллекта, позволяют индивидуализировать учебный процесс, сделать учебную среду гибкой и адаптированной тем самым учитывать способности и возможности каждого ученика, повысить эффективность обучения, облегчая нагрузку учителей, оказывая им помощь в оценивании учебной деятельности и подготовке учебной документации. В то же время, применение цифровых технологий должно быть контролируемым и безопасным для учащихся [8].

1. Johnson, W.L., Friedland, L., Schrider, P., Valente, A., & Sheridan, S. (2011). The Virtual Cultural Awareness Trainer (VCAT): Joint Knowledge Online’s (JKO’s) Solution to the Individual Operational Culture and Language Training Gap. In Proceedings of ITEC 2011. London: Clarion Events.
2. Johnson, W.L. (2015a). Cultural training as behavior change. Proceedings of the 4th International Conference on Cross-Cultural Decision Making. London: CRC Press. Johnson, W.L. (2015b). Constructing Virtual Role-Play Simulations. in R Sottilare.
3. Johnson, W.L., Friedland, L., Schrider, P., Valente, A., & Sheridan, S. (2011). The Virtual Cultural Awareness Trainer (VCAT): Joint Knowledge Online’s (JKO’s) Solution to the Individual Operational Culture and Language Training Gap. In Proceedings of ITEC 2011. London: Clarion Events.
4. Wang, J., Lu, X. Selection of content in high school mathematics textbooks: an international comparison. ZDM, 2018, vol. 50(2). DOI: 10.1007/s11858-018-0977-6.
5. Wang, J. International comparative study on exercises in high school mathematics textbooks. In school textbooks of mathematics in China. Comparative Studies and Beyond; Wang, J., Ed.; World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.: 5 Toh Tuck Link, Singapore, Scientific Reports of East China Normal University, 2021. no. 2(10). pp. 347-373.
6. Mohseny, M., Zamani, Z., Akhondzadeh Basti, S., Sohrabi, M., Najafi, A. Exposure to Cyberbullying, Cybervictimization, and Related Factors Among Junior High School Students. Iranian Journal of Psychiatry and Behavioral Sciences, 2020, vol. 14(4): e99357. DOI: 10.5812/ijpbs.99357.
7. Masci, C., Ieva, F., Agasisti, T. et al. Evaluating class and school effects on the joint student achievements in different subjects: a bivariate semiparametric model with random coefficients. Computational Statistics, 2021, vol. 36, pp. 2337–2377. DOI: 10.1007/s00180-021-01107-1
8. Marsenaro-Gutierrez, O.D., Gonzalez-Gallardo, S., Luque, M. Evaluation of a potential compromise between student satisfaction and school performance using evolutionary multicriteria optimization. RAIRO-Oper, 2021, 55: S1051-S1067, DOI: 10.1051/ro/2020027.