CC BY
136
УДК 378.1
М.Ю. Катаев, А.М. Кориков, В.С. Мкртчян
Концепция электронного образования на основе технологии Avatar
Анализируются переход от образовательной парадигмы индустриального общества к образовательной парадигме информационного общества и роль современных технических, информационных и коммуникационных технологий в решении многих проблем трансформации парадигм. Предложена концепция электронного образования на основе современной технологии Avatar.
Ключевые слова: парадигмы образования, электронное образование, Avatar.
Человечество и мировая экономика стремительно переходят от индустриальной экономики в совершенно новую постиндустриальную (информационную) эпоху своего развития. По образному выражению Э. Тоффлера [1], информационная экономика - это «третья волна» экономического развития человечества. На подъеме «третьей волны», в стадии перехода от индустриальной экономики («вторая волна» экономического развития человечества) к информационной экономике находятся лишь немногие страны - лидеры мировой экономики. Большинство стран мира, в том числе и Россия, пока «купаются в водах второй волны». Мы живем в эпоху перемен, когда в мире все резко меняется: политика и экономика, культура и социальная сфера, индивидуальные и общественные отношения. Меняется весь образ жизни людей, поэтому неизбежна смена парадигмы образования.
В [2] отмечается, что переход от образовательной парадигмы индустриального общества («зна-ниевой» парадигмы) к образовательной парадигме информационного общества («деятельностной» парадигме) означает отказ от понимания образования как получения готового знания и представления о педагоге как носителе готового знания. Образование понимается как достояние личности, как средство ее самореализации в жизни и как средство построения личной карьеры. Если в «знание-вой» парадигме учебный процесс концентрировался вокруг педагога, то в «деятельностной» парадигме образование понимается как сфера деятельности и самореализации обучаемого, центрируемая вокруг обучаемого [3] и включающая множественные источники знаний и воспитания, в том числе и такой активный источник, каким является педагог. Из сравнения образовательных парадигм в индустриальном и информационном обществе по основным компонентам (ценности, мотивы, нормы, цели, позиции участников учебного процесса, формы и методы, средства, контроль и оценка) следует, что образовательный процесс в новых социально-экономических условиях должен существенно измениться. В новой парадигме изменяется все: цели обучения и воспитания, его мотивы, нормы, формы, роль педагога и т.д. Таким образом, возникает «целый клубок проблем, требующих новых решений» [2, 4, 5]. Роль современных технических, информационных и коммуникационных технологий и теории управления в решении данных проблем трудно переоценить. Из множества проблем современного образования выделим проблемы инженерного образования и рассмотрим пути его совершенствования.
Проблемы инженерного образования и пути его совершенствования. Современная система инженерного образования сложилась в период индустриализации и в основном сохраняется, несмотря на глобальные изменения, произошедшие в мире. Эта система реализует упомянутую выше традиционную, «знаниевую» образовательную парадигму, во главе угла которой стоит преподаватель, передающий свои знания студентам, творческий потенциал которых оказывается невостребованным в рутинной по большей части учебной работе. В то же время нельзя не заметить, что в современном мире преподаватель оказывается отнюдь не единственным источником информации для студентов. Существенную роль в обучении начинают играть самостоятельная работа студентов, обмен информацией между ними. Низкая трудоемкость и кустарный характер труда преподавателей в традиционной системе усугубляют глобальный кризис образования на фоне быстрого развития других областей человеческой деятельности, в которых революционные изменения технологий успешно воспринимаются и применяются.
Несмотря на глубокий демографический кризис, в котором пребывает современная Россия, только в профессиональной переподготовке и повышении квалификации ежегодно нуждаются до двух миллионов специалистов с высшим профессиональным образованием. При условии применения традиционных образовательных технологий это невыполнимая задача. В данном случае требуются новые подходы к организации и проведению учебного процесса, основанные на широком применении дистанционных образовательных технологий.
В современных условиях образование должно рассматриваться не только и не столько как овладение необходимым объемом учебной информации, а как развитие у учащихся в процессе обучения потребностей и способностей к самостоятельному получению новых общих и профессиональных знаний и умений при использовании многообразных источников информации. Изменение социальной практики и соответствующее изменение целей образования влечет за собой новое содержание образования и новые технологии работы с учебной информацией [6].
Вышеприведенная цитата отражает суть проблем современной системы инженерного образования и возможные пути их решения на основе применения разнообразных средств информатизации [5-7]. Краткая характеристика известных средств информатизации образования приведена в таблице.
Классификация средств обучающего и методического назначения [7]
Средства информатизации Характеристика средств информатизации
Обучающие Сообщают знания, формируют умения, навыки учебной или практической деятельности, обеспечивая необходимый уровень усвоения
Тренажеры Предназначены для отработки разного рода умений и навыков, повторения и закрепления изучаемого материала
Информационно-поисковые и справочные системы Сообщают сведения, формируют умения и навыки по систематизации информации
Демонстрационные Визуализируют изучаемые объекты, явления, процессы с целью их исследования
Имитационные Представляют собой определенный аспект реальности для изучения его функциональных, структурных или физических характеристик
Лабораторные Позволяют проводить удаленные эксперименты на виртуальном оборудовании
Моделирующие Позволяют моделировать объекты, явления, процессы с целью их исследования
Расчетные Автоматизируют расчетные процессы
Учебно-игровые Предназначены для создания учебных ситуаций, в которых обучение проводится в игровой форме
Анализ таблицы позволяет сделать вывод о том, что применение современных технологий обучения позволяет повысить уровень индивидуализации обучения, повысить ответственность при самоподготовке учащихся, единым образом тиражировать педагогическую практику, усилить мотивацию учащегося к обучению, обеспечить гибкость процесса обучения. Однако современные информационные технологии достигли такого уровня развития, когда появляется возможность изменения модели учебного процесса от классической, традиционной формы (учитель-ученик, преподаватель-студент) к новой (учитель-аватар-ученик, аватар-ученик). Новая модель учебного процесса позволит обучаемым под руководством преподавателя применить свои знания, проявить творческие способности для решения поставленной задачи. Развитие новых технологий обучения позволит сформировать новую глобальную образовательную среду. В формировании подобной образовательной среды ключевую роль выполняет технология Avatar.
Программно-технические возможности современного электронного образования. Спектр программного обеспечения, обеспечивающего электронное образование, очень широк. С одной стороны, это простые программы, выполненные с помощью HTML, а с другой стороны - сложные системы управления обучением и учебным материалом, использующиеся в компьютерных сетях. Выделим основные типы таких программ: авторские программные продукты (Authoring Packages), системы управления обучением (Learning Management Systems - LMS), системы управления контентом (Content Management Systems - CMS), системы управления учебным контентом (Learning Content Management Systems - LCMS).
Электронное образование находится в стадии становления и существенно зависит от развития программно-технических возможностей взаимодействия ученик-учитель и образовательных технологий. К настоящему времени появляется возможность программно-технической реализации новых способов взаимодействия человека с вычислительными устройствами. Например, появилась возможность получения объемного изображения с помощью прибора Kinect (http://www.microsoft.com/en-us/kinectforwindows/). С программной точки зрения также существует ряд интересных решений: продукт компании Intel - Perceptual Computing SDK
(http://software.intel.com/ru-ru/forums/intel-perceptual-computing-sdk), призванный помочь
разработчикам приложений расширить возможности взаимодействия пользователя с устройствами; библиотека алгоритмов компьютерного зрения и обработки изображений с открытым исходным кодом OpenCV (http://opencv.willowgarage.com/).
Взаимодействие (ученик-аватар) может быть реализовано в виде интернет-приложения на основе стандарта HTML-5 (http://htmlbook.ru/html5). Наиболее интересные нововведения HTML5 -поддержка видео и аудио; возможности рисования на веб-страницах произвольных объектов (элемент canvas); улучшение форм; добавление семантических тэгов, позволяющих сделать вебстраницы более понятными для поисковых систем, браузеров и других программ и устройств, читающих веб-страницы; DOM хранилища - более функциональная альтернатива cookie.
Появились универсальные интернет-ресурсы, позволяющие проводить как индивидуальное, так и коллективное обучение, например, Composica, My Brainshark, Teamlab, Bookalesson, Muchenough Learningfy, Editure, Qstream и др.
Composica (http://www.composica.com) - это онлайн-сервис, который делает возможным взаимодействие между членами команды в реальном времени и обеспечивает среду для создания и доставки высококачественного интерактивного дистанционного обучения. Сервис содержит: блоги, комментарии, RSS-каналы, чаты, пометки, управления задачами, команду видимости, сообщество панелей. Interaction Builder (http://elearningtemplates.com/interaction-builder/) - инструмент, предоставляющий онлайн-сервис для создания взаимодействия, которое затем можно загрузить и включить в курс онлайн. Чтобы построить взаимодействие, необходимо выбрать шаблон и добавить текст, изображение и звук. Взаимодействие публикуется в одном файле флэш-памяти.
My Brainshark (my.brainshark.com) - веб-подписка для создания и проведения мультимедийных презентаций по требованию. Lectora Online (http://lectora.com) - позволяет членам группы обмениваться и изменять содержание курса. Ruzuku - онлайн-платформа, которая позволяет легко создавать онлайн-курсы (образовательные сообщества) по расписанию или по требованию. Udutu (http://www.udutu.com/) предоставляет бесплатные онлайн инструменты для разработки курса с платных хостингов.
Teamlab (http://www.teamlab.com) - онлайн-офис для совместной работы, управления учебными документами и проектами. Bookalesson (http://bookalesson.com) - позволяет создавать средства коммуникации для преподавателей и студентов, чтобы минимизировать время администрирования и увеличить учебной опыт. Muchenough (http://muchenough.com) - сервис позволяет находить людей с необходимым для обучения набором знаний, навыков, хорошей репутацией, связываться с ними и брать у них уроки. Learningfy (http://www.learningfy.com) - проведение онлайн-уроков с использованием веб-камеры и микрофона). Editure (http://www.editure.co.uk) - предназначен для обеспечения и поддержки виртуального обучения в образовательном процессе. Qstream (http://app.qstream.com) -создание и просмотр учебных курсов различной тематики.
Список интернет-ресурсов значительно обширнее представленного в данной статье, однако все эти ресурсы ограничены тем материалом, который заложен в них автором, нет обратной связи ученик-учитель как на стадии обучения, так и на стадиях тестирования и контроля полученных знаний. В этом плане предлагаемый нами подход расширяет возможности взаимодействия ученик-учитель посредством введения аватара как посредника между учителем и учеником. Для этого прежде всего необходимо создать некоторое виртуальное пространство, обладающее определенными характеристиками.
Концепция электронного обучения с помощью технологии «аватар». Виртуальная реальность - это новая область использования вычислительной техники и элементов человекомашинного интерфейса, которая позволяет моделировать трехмерный мир, в котором пользователь в интерактивном режиме взаимодействует с виртуальными объектами. Основным проявлением виртуальной реальности является то, что она позволяет создать эффект от взаимодействия с виртуальными объектами, а не с изображениями этих объектов.
Виртуальное пространство обучения является новой парадигмой в области развития информационных технологий. Появилась техническая и программно-алгоритмическая возможность распознавания текущей ситуации, анализа поведения пользователя и выполнения его запросов. Существуют технологии распознавания жестов, движений тела и головы, расшифровки рукописных текстов, мимики и др. Эти технологии обеспечивают взаимодействие между пользователями и компьютером в интуитивно понятной и простой форме.
Выполненный обзор литературы позволил выделить основные области применения аватар-технологий и их характеристики (см. рис. 1). Видно, что основные функции аватаров на сегодня -это реализация отклика на запрос пользователя в той или иной форме. Можно сделать вывод, что полноценного взаимодействия пользователь-аватар, когда аватар обладает определенной автономностью в возможности принимать решения, в настоящий момент пока не реализовано.
Выбор Выбор типа Входные Выходные
области а Батара данные данные
Эксперимент
Обучение
Анимация
Игры
Видеоконферен
ции
Реклама,
маркетинг
2Б/ЗБ модель человека
2Б/ЗБ модель друтой формы
■---IV Аватар
} пользователя
Виртуальный
помощник
Виртуальный актф
Рис. 1. Основные возможности существующих программ, использующих аватары
Фотогра фия или Ответ на запрос
видеоряд
Типовая внешность Помощь, подсказки
База знаний, ИИ Выполнение
Программа |— -Д команд
распознавания I команд У Эмоциональный отклик
Запросы Повторение
Команды жестов и мимики
пользователя пользователя
Традиционные методы обучения предполагают прослушивание лекций, чтение учебников, выполнение лабораторных и контрольных работ в качестве основных способов получения знаний и навыков по изучаемой дисциплине. Получаемая зрительная информация является основной формой получения информации и источником усвоения материала, особенно это проявляется эффективно при совмещении зрительных образов и других источников информации (например, звук, объект и др.). Многие изучаемые дисциплины оперируют с абстрактными моделями реальных объектов. Абстрагирование предполагает построение мысленных моделей реальных объектов, связывая параметры модели с изучаемым объектом. Так, например, при изучении многих дисциплин ученики могут испытывать недостаток информации при описании реального аналога, что затрудняет формирование мысленной модели. В этом случае применение элементов виртуальной реальности позволяет разрешить подобные трудности.
Предлагается использовать при обучении такой элемент виртуальной реальности, как аватар. Аватар - это изображение, предназначенное для отображения человека в том виде, который он сам выбрал (каким он сам хочет показать себя). Это «электронное лицо» пользователя с элементами его индивидуальности. Нами предлагается концепция электронного обучения, когда ученик в процессе обучения создает собственный аватар, который представляет его в виртуальном пространстве обучения (аудитории, лаборатории и др.). Ученик управляет аватаром с помощью соответствующих команд, имитирующих действия, привычные для обычной ситуации при обучении (поднятие руки -обратить внимание, задать вопрос или иные действия, кивание головой в знак согласия и др.). Очевидно, что современные ученики, имеющие опыт компьютерных игр, быстро найдут возможность понять принцип обучения и возможность получать знания, приобретать опыт при тестировании и контроле полученных знаний.
Учитель также представлен аватаром и выполняет функции сопровождения ученика по учебному материалу, тестовым и контрольным заданиям.
Наиболее близко к предлагаемой нами идее подошли при разработке проекта виртуальной академии (http://vacademia.com). Разработчики видят в своем ресурсе альтернативу вебинарам, интерактивным речевым модулям в электронных курсах-презентациях, погружению в обучение в реальной среде. Однако и в этом интернет-ресурсе нет взаимодействия ученик-учитель, и аватар является лишь красивым средством, позволяющим сопровождать ученика по ресурсу в соответствии с заданными стандартами обучающего курса.
Основные тезисы предлагаемой нами концепции электронного обучения с помощью технологии аватар состоят в следующем:
1. Проводится совместная образовательная деятельность в виртуальном пространстве путем согласованного взаимодействия ученик-аватар;
2. Взаимодействие (ученик-аватар) подразумевает обратную связь на стадии обучения, тестирования и контроля знаний.
3. Возможно взаимодействие в виде не только индивидуального обучения (ученик - аватар), но и коллективного ({ученик}^ - аватар), где N - число учеников.
4. Действия учеников согласуются и результаты (ответные реакции на использование учебного материала) обсуждаются с помощью опНпе-коммуникаций.
Обучающая среда является элементом виртуальной реальности и может быть представлена в виде 2Б/3Б-реализации, а взаимодействие с учеником осуществляется путем управления аватаром -объектом, представляющим учителя в виртуальном мире. Возможны различные формы взаимодействия. Одна из форм является «детерминированной», когда все варианты действий ученика заранее предопределены. Другая форма является «недетерминированной», когда определены только исходные элементы образовательного материала и характеристики процесса обучения не являются строгими и зависящими от многих параметров (знания, опыт, желание, любопытство и др.). Поскольку процесс изучения у каждого учащегося является уникальным, определить заранее все результаты его действий или предугадать все возможные комбинации его ошибок не представляется возможным. Именно это обстоятельство подталкивает на мысль о внедрении в технологию обучения элемента обратной связи и придании аватару некоторых функций для самостоятельного принятия определенных решений.
Принятие решений аватаром может выполняться на основе моделей естественного интеллекта. Для целей обучения, на наш взгляд, наиболее подходящими являются следующие функции естественного интеллекта:
1. Обмен информации проводится на основе семантической интерпретации запросов к системе (разделение запросов по их направленности и тематике).
2. Возможность пополнения имеющихся знаний (дообучение аватара).
3. Способность к дедуктивному выводу (получение информации, которой в явном виде не содержится в системе, на основе семантического описания предметной области.
4. Выполнение запросов в ситуациях нечеткости предоставления информации (генерация дополнительных вопросов, сужающих область поиска необходимой тематики).
5. Способность к диалоговому взаимодействию с человеком (восприятие жестов человека и мимики).
Указанные выше функции должны обеспечить полноценное сопровождение обучающегося по выбранной им дисциплине (предоставление материалов для изучения, контроль пройденного материала, ответы на вопросы, лабораторные работы и др.).
Заключение. В статье предлагается концепция электронного обучения с помощью технологии «аватар». Основные элементы этой концепции связаны с применением виртуальной реальности и возможностью взаимодействия ученик-учитель в формате аватар-аватар или ученик-аватар на основе элементов искусственного интеллекта. Реализация этой концепции обогащает основные, традиционные, формы обучения, разнообразит процесс обучения и повышает технологичность процесса электронного образования.
Исследование поддержано проектом 7.701.2011 (НИР 1/12 темплана ТУСУРа) по госзаданию Министерства образования и науки.
Литература
1. Тоффлер Э. Третья волна. - М.: Изд-во АСТ, 2002. - 768 с.
2. Новиков А.М. Основания педагогики: пособие для авторов учебников и преподавателей педагогики. - М.: Эгвес, 2010. - 208 с.
3. Woolf B.P. Building Intelligent Interactive Tutors: Student- centered strategies for revolutionizing e-leaming. - Burlington (USA): Morgan Kauffman Publishers, 2009. - 467 p.
4. Кориков А.М. Парадигмы образования и роль теории управления в создании образовательных технологий // Современное образование: проблемы обеспечения качества подготовки специалистов в условиях перехода к многоуровневой системе высшего образования: материалы междунар. науч.-метод. конф., 2-3 февраля 2012 г., Россия, Томск. - Томск: Том. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2012. - С. 127-128.
5. Кориков А.М. Развитие технологий электронного образования с позиций информатики как науки об инфокоммуникациях / А.М. Кориков, А.А. Мицель, В.В. Романенко // Информатика и образование. - 2010. - № 8. - С. 40-46.
6. Маслов С.И. Российское инженерное образование: вызовы и новые подходы на основе информационных технологий / С.И. Маслов, С.В. Серебрянников, А.И. Тихонов // Открытое образование. - 2012. - №6 (95). - С. 34-44.
7. Захарова И.Г. Информационные технологии в образовании: учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений. - М.: Изд. центр «Академия», 2003. - 192 с.
Катаев Михаил Юрьевич
Д-р техн. наук, профессор каф. автоматизированных систем управления (АСУ) ТУСУРа, профессор Юргинского технологического института (филиала)
Национального исследовательского Томского политехнического университета (НИТПУ)
Тел.: 8-960-975-27-85, (382-2) 70-15-36 Эл. почта: kataev.m@sibmail.com
Кориков Анатолий Михайлович
Д-р техн. наук, профессор, зав. АСУ, профессор НИТПУ
Тел.: (382-2) 70-15-36
Эл. почта: korikov@asu.tusur.ru
Мкртчян Вардан Суренович
Д-р техн. наук, профессор, главный управляющий,
ректор Интернет-университета управления и информационно-коммуникационных технологий, Австралия Эл. почта: hhhuniversity@hotmail.com
Kataev M.Yu., Korikov A.M., Mkrttchian VS.
The concept of e-education on the basis of the Avatar technology
We analyze the transition from the educational paradigm of the industrial society to the educational paradigm of the information society and the role of the modern technical, information and communication technologies in the decision of many problems in transformation of paradigms. We offer a concept of e-education on the basis of modern technology «Avatar».
Keywords: paradigms of education, e-education, Avatar.
