CC BY
1НАУЧНАЯ СТАТЬЯ / ORIGINAL ARTICLE
УДК 378+51-77
DOI 10.25257/KB.2024.2.26-32
Исследование эффектов синергии в образовательном процессе при оценке остаточных знаний
^ш
Research on synergy effects in the educational process when assessing retained knowledge
С. П. ГРАБАРЕВ1,
С. В. ФРОЛОВ1,
Б. Л. СПИРИН1,
О. В. ТОКАРЕВА1
’Академия ГПС МЧС России Москва Россия
В статье анализируется эффект синергии при использовании технологий мультимедиа в процессе обучения. Представлена регрессионная модель синергизма для остаточных знаний при одновременном воздействии аудио- и визуального информационных каналов.
Ключевые слова: мультимедийные технологии, образовательный процесс, синергия, регрессионная модель эффекта синергии, остаточные знания
S.P. GRABAREV1,
S.V. FROLOV1,
B.L. SPIRIN',
O.V. TOKAREVA1
'State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
Abstract: The article analyzes the synergy effect at applying multimedia technologies in the educational process. A synergy regression model for retained knowledge with simultaneous exposure to audio and visual information channels is presented.
Key words: multimedia technologies, educational process, synergy, synergy effect regression model, retained knowledge
ВВЕДЕНИЕ
Развитие человеческого потенциала, расширение возможностей для получения качественного образования, его доступность -являются стратегической задачей для нашей страны, о чем заявлено в Указе Президента РФ от 02.07.2021 № 400 «О Стратегии национальной безопасности Российской Федерации».
Качество высшего образования в нашей стране определяется во многом методическим обеспечением учебного процесса, хорошо структурированными учебниками и учебными пособиями, адаптированными лекционными материалами, использующими мультимедийные технологии, в которых присутствует аудио- и визуальный контент, анимация [1].
Современная наука открывает большие возможности приумножения методического
потенциала специалистов образования новаторскими перспективными идеями модернизации образовательного процесса, обеспечивающими наилучшее усвоение материала и длительность сохранения его в долговременной памяти.
Мультимедийные технологии являются современными высокоэффективными инновационными методами, широко применяемыми для достижения максимальной продуктивности учебного процесса. Используют как аппаратное оборудование, так и программные продукты. Реализуют возможности ввода, обработки, передачи, вывода информации в виде текста, графики, аудио, анимации, а также преимущества их сочетания. Это представляет особый интерес, так как при-
водит к усилению воздействия на обучаемых за счет возникновения эффекта синергии [2].
Синергия (от греч. «сотрудничество») -это феномен взаимодействия отдельных элементов системы, при котором на выходе получается результат больше, чем от действия каждого отдельного компонента и, что особенно важно - больше их простой суммы [3].
Феномен проявления синергии наблюдается довольно часто как в природе, так и в различных областях человеческой деятельности. Это симбиотическая работа, например, скелетных мышц в физиологии [4], в фармакологии - когда совместно принимаемые лекарственные препараты дают эффект больший, чем сумма эффектов каждого вещества в отдельности [5], явления резонанса, наступающего при совпадении частот действующей силы с частотой собственных колебаний системы - в механике, увеличение капитализации компаний путем слияний и поглощений - в экономике, синтез различных по своей природе технологий обучения -в системе образования [6].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования является современный процесс обучения.
Цель данной работы - изучение сочетанного воздействия аудио- и визуального информационных потоков при обучении, разработка регрессионной модели эффекта синергии для расширения возможностей повышения эффективности учебного процесса вследствие более медленного уменьшения во времени важного показателя -остаточных знаний.
Обращение к педагогической психофизиологии, изучающей закономерности и условия передачи, а также усвоения знаний позволяет понять механизм возникновения эффектов синергии в процессе обучения. Так, психолог Б. Г. Ананьев предположил, что зрение имеет три уровня восприятия: ощущение, восприятие, представление, а слух только один - представление [7]. Очевидно, что зрение является более совершенным
и эффективным каналом получения информации, чем слух за счет количественного превосходства потоков данных. Дополнительное преимущество визуального восприятия может быть обусловлено возникновением эффекта синергии при синтезе трех уровней зрительной модальности.
Известны работы, в которых исследовалось влияние раздельного и сочетанного воздействия информационных потоков разной модальности на человека. Большинство испытуемых запоминает приблизительно 15 % услышанного и 25 % увиденного. При одновременном использовании аудио-и визуального воздействия эта цифра возрастает до 65 % [8]. По данным института «Евролингвист» (Голландия) запоминаемость составляет 5 % услышанного, 20 % увиденного и 40-50 % при комбинированном использовании аудио- и видеоканалов [9].
В работе [10] показано, что приведенные выше данные можно квалифицировать как синергический эффект - результат от взаимодействия двух факторов, в данном случае аудио- и видеопотоков данных превышает сумму действий каждого из них. Ранее были получены уравнения, описывающие эффект синергии для вышеприведенных данных [10].
Возрастание эффективности восприятия в результате интеграции отдельных компонент (аудио- и видеоканалов информации) в единую систему мобилизует не только кратковременную, но и, что не менее важно, обеспечивает длительность сохранения учебного материала в долговременной памяти обучающегося. Это подтверждают следующие данные: при одновременном воздействии на слух и зрение человек забывает 15 % информации, только на слух - 30 % и только на зрение - 28 %. Через три дня мы имеем, соответственно, следующие значения - 35, 90 и 80 % [11].
Эффект синергии для воспринимающего индивида имеет, таким образом, пролонгированный результат, проявив себя вначале более эффективным восприятием и запоминанием входных данных. При совместном действии аудио- и визуальной модальнос-
тей не исчезает с прекращением информационного потока.
Для процессов долговременной памяти (запоминания, усвоения и длительности сохранения) наиболее эффективно одновременное восприятие звуковой и зрительной информации.
Наблюдается значительное уменьшение скорости забывания и, соответственно, увеличения остаточных знаний - одного из определяющих параметров качества высшего профессионального образования [12]. Высокий уровень остаточных знаний создает необходимый фундамент для успешного овладения новым учебным материалом, эффективного применения полученных навыков в практической работе, повышает мотивацию обучающихся, создает предпосылки для психофизического и эмоционального подъема, развивает аналитическое мышление.
Синергия отражает фундаментальные черты человеческого мировосприятия, и с точки зрения инженерной психологии является результатом взаимодействия, в нашем случае, двух основных анализаторов: зрительного и слухового [13]. Это следствие длительного эволюционного процесса с целью получения более полной и точной картины окружающего нас мира и получения конкурентного преимущества в выживании человека как вида. И этот феномен необходимо использовать при проектировании образовательных технологий.
Регрессионная модель, описывающая эффект синергии в процессе забывания знаний может быть представлена полиномом Колмогорова - Габора для n входных параметров [14]:
Г(Х1,...,Хя) = а0 + £а,Х,+
i=1
■ (1)
г=1 j=i i=l j=i к=j
Входными параметрами в нашем случае выступают факторы воздействия.
При одновременном воздействии на слуховые и зрительные анализаторы обучаемого n принимает значение равное 2, уравнение (1) будет иметь вид:
Y = a0 + aiX1 +a2X2 + ai2X1X^
(2)
где a0 - свободный член; a1 и a2 - линейные эффекты; a12 - эффект парного взаимодействия; X1 и X2 - входные величины, характеризующие воздействия на слух и зрение, соответственно, принимают значения о либо 1; Y - выходная величина, равная проценту сохраненной информации.
Через три часа забывается 30 % услышанной информации, 28 % увиденного и только 15 % одновременно услышанного и увиденного [15].
В этом случае Y = 30, 28, и 15 %, коэффициенты принимают значения: a0 = 0, a1 = 30, a2 = 28, a12 = - 43, а уравнение (2) имеет вид:
Y-T 30X1 + 28X2 - 43XX2.
Остаточные знания определяются уравнениями:
Y = 100 - Уб.
ос зао
Yос = 100 - 30X1 - 28X2 + 43X1X2. (3)
Через три дня забывается уже 90 % услышанной информации, 80 % увиденного и только 35 % одновременно услышанного и увиденного [15].
В этом случае Y = 90, 80, и 35 %, коэффициенты уравнения (2) принимают следующие значения: a0 = 0, a1 = 90, a2 = 80, a12 = -135. Уравнение (2) примет вид:
Y-Г 90X1 + 80X2 - 135X1X2.
Для остаточных знаний будет справедливо уравнение:
Yос = 100 - 90X1 - 80X2 + 135X1X2. (4)
В уравнениях (3) и (4) коэффициенты парного взаимодействия положительны и равны, соответственно, 43 и 135. Они отражают замедление убывания остаточных знаний при одновременном восприятии звуковой и зрительной информации. Более существенно это проявляется с течением времени - разница в проценте остаточных знаний через три дня увеличилась более, чем в три раза по сравнению с данными трехчасовых
измерений. Таким образом, выявляется тренд на увеличение преимуществ синтеза звукового и видеопотоков данных.
Полученные уравнения дают количественное подтверждение эффективности использования одновременного воздействия звуковой и зрительной информации в процессе обучения. Методики, учитывающие этот факт, успешно применяются на кафедре механики и инженерной графики в разработанных курсах лекций по дисциплине «Прикладная механика. Материаловедение и технология материалов», где наряду со стандартным аудиоинформационным потоком используется видеоряд со статическими и динамическими слайдами, которые в определенных местах сопровождаются дополнительными звуковыми эффектами, призванными сосредоточить внимание обучающихся на сложных фрагментах учебного материала.
Изменение остаточных знаний во времени при раздельном и сочетанном воздействии информационных потоков разной модальности представлено на рисунке.
ВЫВОДЫ
Представленная регрессионная модель, описывающая эффект синергии для оценки остаточных знаний при одновременном воздействии на обучаемого звуковой и визуальной информации, имеет достаточную степень новизны и актуальности для повышения эффективности процесса обучения. Новизна заключается в математической формализации вышеописанных процессов, характерных для педагогики и психологии образования, что является шагом вперед
0 10 20 30 40 50 60 80 90
Время, ч
Изменение остаточных знаний во времени
при аудио- видео и их совместном информационном
воздействии: - звук;----видео; -звук+видео
по сравнению с существующими до этого вербальными описаниями.
Модель создает предпосылки для поиска и выявления эффекта синергии при синтезе различных по своей сущности приемов и методов обучения: сочетании, например, участия в олимпиадах и стандартного обучения; совмещения аудиторной и самостоятельной работ; нахождения оптимальных значений объемов и темпа трансляции аудио- и видеопотоков данных на учебных занятиях; прогнозирования оценки остаточных знаний через заданное время. При этом важно получить эффект эмерджентности -появление новых качеств у обучаемых. Представляет интерес также поиск наиболее эффективных методов и средств использования мультимедиа для формирования и оценки ключевых компетенций при применении компетентностного подхода.
Все это будет способствовать повышению качества подготовки, уровня знаний, умений и навыков, формированию и развитию необходимых для практической работы компетенций для всех категорий обучающихся.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Гусарова М. Н., Гаврилова М. А. Характеристика методического компонента информационно-образовательной среды преподавателя // Интернет-журнал Науковедение. 2014. № 2(21). С. 153.
2. КаменскихН. А. Матрица синергии цифрового интеллекта // Проблемы современного педагогического образования. 2020. № 69-3. С. 84-89.
3. Pezzani R, Salehi B, Vitalini S, Iriti M, Zuniga FA, Sharifi-Rad J, Martorell M, Martins N. Synergistic Effects of Plant Derivatives and Conventional Chemotherapeutic Agents: An Update on the Cancer Perspective. Medicina (Kaunas). 2019. Apr 17; № 55(4). P. 110. DOI:10.3390/medicina55040110
4. Singh R. E., K. Iqbal, White G., et. al. A systematic review on muscle synergies: from building blocks of motor behavior to a neurorehabilitation tool // Applied Bionics and Biomechanics. 2018. № 15. P. 1.
5. Mehrad Babaei et al., Biochemical reaction network topology defines dose-dependent Drug-Drug interactions. Comput Biol Med 155:106584 (2023). DOI:10.1016/j.compbiomed.2023.1o6584
6. Новикова И. Ю. Синергетический подход в образовательном процессе // Современная высшая школа: инновационный аспект. 2019. Т. 11. № 4(46).
С. 61-66. DOI:10.7442/2071-9620-2019-11-4-61-66
7. Ананьев Б. Г. Психология чувственного познания. М.: Наука, 2001. С. 277.
8. ЖукЮ. А. Мультимедийные технологии [Электронный ресурс]: учеб. пособие: Сыктывкарский лесной институт. Сыктывкар: СЛИ, 2012.
9. Журкин А. А. Использование технологий визуализации и полисенсорного представления обучающего материала в интеллектуальных обучающих системах // Ученые записки. Электронный научный журнал Курского государственного университета. 2013. № 3-1(27). С. 6-28.
10. Грабарев С. П., Фролов С. В., Попов С. С., Спирин Б. Л., Токарева О. В., Дегтярев С. В. Исследование эффектов синергии при применении технологий мультимедиа в образовательном процессе // Культура
и безопасность. 2022. № 2. С. 69-74. DOI:10.25257/KB.2022.2.69-74
11. Климкович Н. И. Практико-ориентированное обучение и инновационные образовательные технологии // Cборник научных трудов по материалам
Х Международной заочной научно-практической конференции «Инновационные процессы и корпоративное управление». Минск, Национальная библиотека Беларуси. 2018. С. 135-140.
12. Взаимодействие анализаторов: ключевой аспект в инженерной психологии [Электронный ресурс] // сайт: Научные Статьи.Ру. Режим доступа: https://nauchniestati.ru/spravka/drugie-analizatory-i-vzaimodejstvie-analizatornyh-sistem/ (дата обращения: 30.04.2024).
13. Юсов А. Б. Инновационные алгоритмы оценки знаний // Наука, образование, общество: проблемы и перспективы развития: сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции: в 12 частях. Часть 11. Тамбов: Консалтинговая компания «Юком», 2014. С. 181-185.
14. Ясинский И. Ф., Гвоздева Т. В., Тютиков В. В., Половинкина Н. Ю.
О создании нейросетевой гибридной системы для профессионального ориентирования студентов // Вестник Череповецкого государственного университета. 2021. № 5(104). С. 59-71. DOI:10.23859/1994-0637-2021-5-104-5
15. Карганов В. В., Андреева Е. А., Карганова А. И. Применение электронных образовательных ресурсов - новая ступень организации учебновоспитательного процесса // Современные проблемы развития образования
и воспитания молодежи: сборник материалов XI Международной научнопрактической конференции. Махачкала, «Апробация», 2016. С. 41-44.
REFERENCES
1. Gusarova M.N., Gavrilova M.A. Characteristic of a methodical component of the information and educational environment of the teacher. Internet-zhurnal naukovedenie - Online journal of science studies. 2014, no. 2(21), 153 p. (in Russ.).
2. Kamensky N.A. Digital intelligence synergy matrix. Problemy sovremennogo pedagogicheskogo obrazovaniia - Problems of modern pedagogical education. 2020, no. 69-3, pp. 84-89 (in Russ.).
3. Pezzani R, Salehi B, Vitalini S, Iriti M, Zuniga FA, Sharifi-Rad J, Martorell M, Martins N. Synergistic Effects of Plant Derivatives and Conventional Chemotherapeutic Agents: An Update on the Cancer Perspective. Medicina (Kaunas). 2019. Apr 17, no. 55(4), 110 p. DOI:i0.3390/medicina55040ii0 (in Eng.).
4. Singh R. E., K. Iqbal, White G., et. al. A systematic review on muscle synergies: from building blocks of motor behavior to a neurorehabilitation tool. Applied Bionics and Biomechanics. 2018. № 15, p. 1 (in Eng.).
5. Mehrad Babaei et al., Biochemical reaction network topology defines dose-dependent Drug-Drug interactions. Comput Biol Med 155:106584 (2023). DOI:10.1016/j.compbiomed.2023.106584 (in Eng.).
6. Novikova I.Yu. Synergetic approach in educational process. Sovremennaia vysshaia shkola: innovatsionnyi aspect - Contemporary higher education: innovative aspects». 2019, vol., 11, no. 4 (46), pp. 61-66 (in Russ.). DOI:10.7442/2071-9620-2019-11-4-61-66
7. Ananyev B. G. Psychology of sensual cognition. Moscow, Nauka Publ.,
2001. 277 p. (in Russ.).
8. Zhuk Yu.A. Multimedijnye tehnologii [Multimedia technologies].
Syktyvkar Forest Institute. Syktyvkar: SLI Publ., 2012. (in Russ.).
9. Zhurkin A.A. The use of visualization technologies and polysensory representation of educational material in intelligent learning systems. Uchenye zapiski. Jelektronnyj nauchnyj zhurnal Kurskogo gosudarstvennogo universiteta -Scientific notes. Electronic scientific journal of Kursk State University.
2013, no. 3-1(27), pp. 6-28 (in Russ.).
10. Grabarev S.P., Frolov S.V., Popov S.S., Spirin B.L., Tokareva O.V., Degtyarev S.V. Studying synergy effects when applying multimedia technologies in the educational process. Kultura i bezopasnost - Culture and safety. 2022, no. 2, pp. 69-74 (in Russ.) DOI:10.25257/KB.2022.2.69-74
11. Klimkovich N.I. Practice-oriented training and innovative educational technologies. In: Cbornik nauchnyh trudov po materialam XMezhdunarodnoj zaochnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Innovacionnye processy i korporativnoe upravlenie» [Collection of scientific papers based on the materials
of the X International correspondence scientific and practical conference “Innovative processes and corporate governance”]. Minsk, National Library of Belarus. 2018, pp. 135-140 (in Russ.).
12. Interaction of analyzers: a key aspect in engineering psychology. Scientific Articles.Ru: website. Available at: https://nauchniestati.ru/spravka/drugie-analizatory-i-vzaimodejstvie-analizatornyh-sistem (accessed April 30, 2024) (in Russ.).
13. Yusov A.B. Innovative algorithms for assessing knowledge. In: Nauka, obrazovanie, obshhestvo: problemy i perspektivy razvitija: sbornik nauchnyh trudov po materialam Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii:
v 12 chastjah. Chast 11 [Science, education, society: problems and development prospects: a collection of scientific works based on the materials of the International Scientific and Practical Conference: in 12 parts, part 11]. Tambov,
Yukom Consulting Company LLC Publ., 2014, pp. 181-185 (in Russ.).
14. Iasinskii I.F., Gvozdeva T.V., Tiutikov V.V., Polovinkina N.Yu. On the development of a neural network hybrid system for the students career guidance. Vestnik cherepoveckogo gosudarstvennogo universiteta - Bulletin of Cherepovets State University. 2021, no. 5(104), pp. 59-71 (in Russ.).
DOI:10.23859/1994-0637-2021-5-104-5
15. Karganov V.V., Andreeva E.A., Karganova A.I. The use of electronic educational resources is a new stage in the organization of the educational process. In: Sovremennye problemy razvitiia obrazovaniia i vospitaniia molodezhi: sbornik materialov XI Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii
[Modern problems of the development of education and upbringing of youth: a collection of materials from the XI International Scientific and Practical Conference]. Makhachkala, Approval Limited Liability Company Publ., 2016, pp. 41-44 (in Russ.)
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Сергей Павлович ГРАБАРЕВШ Кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры механики и инженерной графики, Академия ГПС МЧС России,
Москва, Российская Федерация SPIN-код: 2153-2166 ORCID: 0000-0002-0778-2688 И grabarev1@mail.ru
Сергей Владимирович ФРОЛОВ Кандидат физико-математических наук, доцент, заведующий кафедрой механики и инженерной графики, Академия ГПС МЧС России,
Москва, Российская Федерация SPIN-код: 5185-2992 Ss_v_frolov@mail.ru
Борис Леонидович СПИРИН Старший преподаватель кафедры механики и инженерной графики,
Академия ГПС МЧС России,
Москва, Российская Федерация SPIN-код: 8145-6780 ORCID: 0000-0003-3727-9490 SSpirinBoris@gmail.com
Ольга Владимировна ТОКАРЕВА
Доцент кафедры механики и инженерной графики,
Академия ГПС МЧС России,
Москва, Российская Федерация SPIN-код: 6858-2900 ORCID: 0000-0003-0259-0625 Soliatok@mail.ru
Поступила в редакцию 13.05.2024 Принята к публикации 31.05.2024
Для цитирования:
Грабарев С. П., Фролов С. В., Спирин Б. Л., Токарева О. В. Исследование эффектов синергии в образовательном процессе при оценке остаточных знаний // Культура и безопасность. 2024. № 2. С. 26-32 DOI:10.25257/KB.2024.2.26-32
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Sergey P. GRABAREV S
PhD in Engineering, Associate Professor,
Professor at the Department of Mechanics and Engineering Plan Drawing,
State Fire Academy of EMERCOM of Russia,
Moscow, Russian Federation SPIN-код: 2153-2166 ORCID: 0000-0002-0778-2688 S grabarev1@mail.ru
Sergey V. FROLOV
PhD in Physics and Mathematics, Associate Professor,
Head of the Department of Mechanics and Engineering Plan Drawing,
State Fire Academy of EMERCOM of Russia,
Moscow, Russian Federation SPIN-код: 5185-2992 S s_v_frolov@mail.ru
Boris L. SPIRIN
Senior Lecturer, Department of Mechanics and Engineering Plan Drawing,
State Fire Academy of EMERCOM of Russia,
Moscow, Russian Federation SPIN-код: 8145-6780 ORCID: 0000-0003-3727-9490 S SpirinBoris@gmail.com
Olga V. TOKAREVA
Associate Professor at the Department of Mechanics and Engineering Plan Drawing,
State Fire Academy of EMERCOM of Russia,
Moscow, Russian Federation SPIN-код: 6858-2900 ORCID: 0000-0003-0259-0625 Soliatok@mail.ru
Received 13.05.2024 Accepted 31.05.2024
For citation:
Grabarev S.P., Frolov S.V., Spirin B.L., Tokareva O.V. Research on Synergy Effects in the Educational Process when Assessing Retained Knowledge. Kultura i bezopasnost-Culture and safety. 2024, no. 2, pp. 26-32 (in Russ.). DOI:10.25257/KB.2024.2.26-32
