Цифровая компетентность педагогов вуза в сфере искусственного интеллекта

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования обусловлена перспективой распространения практики применения искусственного интеллекта (ИИ) в современной системе образования, что требует от педагогов развития цифровой компетентности. Отмечено, что компетенции в области искусственного интеллекта стали одним из важных навыков двадцать первого века [1]. Необходимыми элементами образовательного процесса становятся разработанные на основе ИИ программы и приложения, которые обеспечивают студентов и преподавателей новыми ресурсами, способами общения и обмена информацией [2].

В научных исследованиях наиболее часто ученые применяют сравнительной подход к описанию феномена «искусственный интеллект» (англ. artificial intelligence, сокр. AI или ИИ), предполагающий рассмотрение ИИ как искусственного (созданного человеком техническими средствами) аналога человеческого интеллекта (разума). Известно о способности некоторых систем ИИ принимать решения без прямого влияния на систему человека – однако даже в этих случаях корректнее говорить о подчинении ИИ созданной человеком компьютерной программе. При этом нерешенными являются философские вопросы об ИИ, в частности о разнице между компьютерной программой, созданной человеком для ИИ, и генетическим кодом, заложенным в человека природой, дающим ему способность к рациональному мышлению, разум.

Тем не менее на основании опросов 40 % репетиторов в России хотя бы раз использовали искусственный интеллект для решения профессиональных задач, а 20 % пользуются нейросетевыми помощниками постоянно [3]. На ресурсе tadviser.ru утверждается, что «генеративный ИИ может использоваться для создания индивидуальных учебных планов для каждого ученика, основанных на индивидуальных умственных, физических способностях, интересах и предрасположенностях. Данный фактор позволяет раскрывать потенциал каждого человека наиболее эффективно. ИИ может в режиме реального времени генерировать разнообразный контент, повышая вовлеченность учеников в учебный процесс, их внимание и заинтересованность, усиливая конверсию от учебы». М. Б. Бурова, академический руководитель онлайн-магистратуры «Master of Data Science», старший преподаватель Департамента больших данных и информационного поиска факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ, поясняет, что ИИ «можно эффективно использовать для того, чтобы составлять план занятия или курса, снимая часть рутинной работы с преподавателя». Также, по ее словам, преподаватели применяют ИИ, чтобы разнообразить лекции (создают интересные и познавательные иллюстрации, графики, презентации и т. п.) и формировать обратную связь для студентов. Все это свидетельствует о необходимости развития компетентности педагогов, позволяющей им эффективно работать с ИИ [3].

В настоящее время цифровая компетентность педагогов как термин тесно связывается с понятием «цифровая педагогика». Многозначность трактовок данного понятия в педагогическом процессе является весьма неоднозначной. Изначально под цифровой педагогикой подразумевалась педагогическая деятельность с использованием информационных компьютерных образовательных технологий. Но возникла необходимость в наполнении учебного содержания, методической поддержке и преподавателях, которые желают и способны все это применять в своей профессиональной деятельности. При этом важно отметить, что цифровая образовательная среда не может эффективно функционировать без специально подготовленных преподавателей. Поэтому понятие «цифровая педагогика» можно определить как процесс предоставления знаний и навыков с использованием различных цифровых технологий для повышения качества преподавания и обучения [4].

Цель исследования – определение влияния цифровой компетентности педагогов вуза в сфере искусственного интеллекта на результаты профессиональной деятельности.

Для решения поставленной цели следует обозначить следующие задачи:

– проанализировать сущность и структуру понятия «цифровая компетентность» и составляющие его элементы;

– определить требования к педагогу, применяющему в своей профессиональной деятельности искусственный интеллект;

– провести аналитический обзор эффективных инструментов для педагогов в сфере искусственного интеллекта, определить возможности каждого из них, при этом выделив проблемы и перспективы их применения педагогами;

– провести эксперимент, устанавливающий связь между цифровой компетентностью педагогов вуза и результатами их деятельности.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Методы исследования: теоретические (анализ, синтез, сравнение, обобщение) и эмпирические (проектный метод, тестирование). Теоретическое обоснование исследования представлено в трудах отечественных и исследователей, в которых анализируются различные аспекты понятия компетенции «цифровая компетентность» (Н. В. Барсукова, Е. Д. Платова, О. В. Ребко, М. В. Токарева). В проведенном эксперименте определяется влияние цифровой компетентности педагогов вуза в сфере ИИ на результаты их профессиональной деятельности.

Теоретическая значимость исследования состоит в том, что его результаты обогащают теорию и методику профессионального образования в сфере проектного обучения; дополняют научные представления об эффективности применения инструментов для педагогов в сфере искусственного интеллекта в процессе проектного обучения, рассмотрена структура цифровой компетентности. Практическая значимость заключается в определении степени влияния формируемых компетенций на эффективность работы преподавателя вуза в рамках процесса обучения студентов; полученные результаты исследования могут быть использованы в практике преподавания дисциплин гуманитарного цикла в вузе и позволят преподавателям вуза найти эффективное применение в обучении.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Качество обучения при использовании различных цифровых технологий осуществляется за счет цифровой компетентности педагогов, обеспечиваемой знаниями и навыками эффективного использования образовательных инструментов в конкретной цифровой среде для решения профессиональных задач (например, прокторинг, интерпретация результатов анкетирования, автоматизация проверки домашних заданий, обеспечение обратной связи в режиме реального времени). Педагоги могут разрабатывать проекты с применением ИИ (чат-бот и др.), также преподавать курсы по искусственному интеллекту, демонстрируя свои знания и навыки в этой области, готовность к постоянному обучению в области ИИ [5]. Следует отметить, что с помощью ИИ можно решить некоторые бюрократические проблемы: улучшить управление документацией, упростить и автоматизировать процедуры или облегчить доступ к информации для студентов и преподавателей. Педагогам следует иметь четкое представление о теоретических и практических основах искусственного интеллекта, что предполагает знание таких методов, как машинное обучение, обработка естественного языка и нейронные сети. Понимание основ ИИ обеспечивает прочный фундамент для разработки и использования инструментов, следовательно, педагогам важно развивать навыки анализа данных и интерпретации результатов, полученных с помощью инструментов ИИ.

Таким образом, под цифровой компетентностью педагогов понимается интегративное личностное образование, основанное на знании возможностей электронных носителей, умении грамотно работать с информацией, использовать возможности современных технологий для результативных коммуникаций, необходимых для работы в цифровой среде и с цифровыми продуктами.

М. В. Токарева указывает на то, что «цифровая компетентность» как термин еще продолжает исследоваться и потому четкого научного определения на данный момент не имеет [6]. С уверенностью можно сказать о повышении необходимости развития у педагогов вуза навыков работы с современными компьютерными технологиями – в большинстве случаев это и составляет проблему развития цифровой компетентности у специалистов.

Анализ понятия «цифровая компетентность», в основе которого заложены интерес, понимание и готовность личности использовать цифровые технологии, решение с их помощью задач профессиональной деятельности, позволил выделить структуру, представленную на рис. 1.

При формировании цифровой компетентности рассматривается блок базовых, универсальных, общетехнических, а также специальных компетенций, обладание которыми требует усиленной подготовки соответствующим навыкам как на этапе подготовки в вузах, так и в процессе профессиональной переподготовки. Огромное значение имеют гибкие навыки (командообразование, проектная деятельность и др.), в процессе овладения которыми наибольшая роль отводится «сквозным технологиям», таким как робототехника, машинное обучение, искусственный интеллект, включая глубокое обучение и нейронные сети. Именно навыки владения данными технологиями, интеграция новых технологий в уже сложившиеся обучающие практики являются одними из критических и этических навыков при подготовке современного специалиста и обеспечивают залог успеха в цифровом образовательном мире.

На основании вышесказанного необходимо определить требования к педагогам, работающим с ИИ, тем самым обозначив состав цифровой компетентности (рис. 2).

На основании представленных требований педагогам следует развивать навыки критического мышления в отношении ИИ и уметь рефлексивно оценивать этические и социальные последствия его использования, такие как конфиденциальность данных и алгоритмическая дискриминация. Глубокое понимание этических последствий использования решений ИИ поможет педагогам принимать эффективные решения при использовании ИИ. Педагоги могут активно участвовать в IT-сообществах, связанных с ИИ, посещать конференции по теме ИИ, участвовать в форумах и вносить свой вклад в проекты с открытым исходным кодом, связанным с ИИ.

Профессиональное развитие педагогов связано с их непрерывным обучением, которое необходимо для использования новых образовательных возможностей, предоставляемых ИИ:

– знать ресурсы в сфере ИИ: какие инструменты существуют, советы по написанию инструкций, этические аспекты их использования;

– проводить мероприятия, в которых ИИ используется для решения проблемы его применения в практической деятельности;

– осуществлять критическую оценку ответов, генерируемых ИИ, для понимания его возможностей и ограничений.

Одной из главных проблем генеративного ИИ в образовательной сфере является развитие технологий быстрыми темпами. Постоянно появляются новые инструменты для решения различных задач: чат-боты, помощники по программированию или инструменты для генерации изображений, аудио и видео [7].

При выборе конкретного инструмента или услуги важно оценить такие аспекты, как функциональность, стоимость, интеграция с образовательной платформой центра и защита данных. Важно отметить, что некоторые решения, принимаемые на уровне всего образовательного центра, могут иметь большее значение, чем в рамках конкретного предмета.

Генеративные модели ИИ могут совершать множество ошибок, например неправильно интерпретировать полученный запрос, «выдумывать» данные, давать необъективные ответы или неправильно применять выражения. По этой причине студенты должны быть осведомлены о необходимости проверки ответов, генерируемых ИИ. Поэтому педагоги должны просматривать текст, созданный с помощью данной технологии, а не полностью делегировать обучающимся критические процессы, например оценку.

Чтобы эффективно использовать генеративный ИИ педагогом, нужно понимать инструкции и информацию, необходимую для генерации ответа. Выбор инструкций и базы знаний имеет важное значение для обеспечения успеха. Также необходимо гарантировать, что данные, передаваемые ИИ, не будут использоваться для других целей: следует избегать отправки конфиденциального, частного и защищенного авторским правом контента в системы ИИ [8].

Многие инструменты ИИ требуют финансовых затрат, кроме того, за дополнительную плату некоторые инструменты можно адаптировать к конкретным условиям или проблемам. Поэтому в определенных контекстах стоимость некоторых инструментов или услуг может быть высокой. С другой стороны, в случае с бесплатными услугами нужно понимать, что выигрывают компании, разрешающие их использование. Во многих случаях компании оставляют за собой право использовать данные, применяемые для других моделей ИИ. Инструменты генеративного ИИ доступны каждому, не требуют технических знаний и во многих случаях бесплатны. Это означает, что студенты могут выполнять действия, которые сложно реализовывать в контролируемой среде. Хотя существуют сервисы для обнаружения текстов, сгенерированных ИИ, они не являются на 100 % эффективными. Педагогам важно понимать стратегии контроля за работой студентов: тесты в контролируемой среде, интервью со студентами или мероприятия, где использование ИИ не влияет на обучение [9].

В настоящее время существует множество инструментов в сфере ИИ, среди которых можно рассмотреть следующие (таблица) [10].

Несмотря на разнообразие инструментов ИИ для педагогов, важно отметить, что большинство из них труднодоступно ввиду отсутствия поддержки русского языка на многих качественных сервисах, также недостаточно знаний английского языка многими педагогами, без которого работа со многими инструментами ИИ невозможна.

В перспективе ожидается появление достойных отечественных ИИ-инструментов для педагогов. Так, Уральский федеральный университет имени Б. Н. Ельцина развивает проект по созданию чат-бота для коммуникации студентов, преподавателей и представителей административно-управленческого персонала вуза. В Томском государственном университете разработана система ИИ для выстраивания индивидуальной траектории обучения. Московский физико-технический институт использует технологии ИИ при создании внутренних онлайн-курсов для студентов, а также анализа их успеваемости. В Финансовом университете при Правительстве РФ в учебные аудитории внедрили систему анализа видеонаблюдения, которая контролирует уровень вовлеченности студентов на занятиях. Кемеровский государственный университет использует ИИ для анализа статистических данных и прогнозирования успеваемости студентов. При выявлении групп риска со студентами проводится работа, что уже позволило снизить процент отчисляемых студентов и повысить уровень успеваемости [3].

Для определения влияния цифровой компетентности педагогов вуза в сфере ИИ на результаты их профессиональной деятельности был проведен эксперимент, в котором приняли участие две группы студентов педагогического профиля, осваивавших дисциплину «Основы проектной деятельности» под руководством разных педагогов. В первой группе педагог при обучении студентов применял ИИ-инструменты, во второй группе студенты не применяли ИИ-инструменты.

Студенты первой группы разрабатывали проекты с использованием ChatGPT – инструмента, способствующего формировать творческое мышление и генерировать инновационные идеи [11]. ChatGPT работает на основе сложных алгоритмов и нейронных сетей, которые позволяют понимать и интерпретировать запросы пользователей. С помощью ChatGPT студенты разрабатывали и реализовывали такие коллаборативные проекты, как создание собственного чат-бота или разработка интерактивной игры, где данный инструмент играл определенную роль. В ходе работы над проектами будущие педагоги вырабатывали творческие решения, планировали и разрабатывали контент, создавали небольшие программы или скрипты, чтобы взаимодействовать с ChatGPT, предоставлять инструкции и задавать вопросы. Использование ChatGPT дало возможность студентам работать в интерактивной среде, где они могли самостоятельно исследовать и экспериментировать. Приведем в пример профориентационный проект «Твоя общага», направленный на помощь обучающимся и нестандартную подготовку к экзамену по обществознанию. С помощью нейросети СhatGPT bot студенты:

– загрузили актуальные учебные материалы в виде PDF с помощью плагина, в этом случае в рамках одного диалога можно постоянно обращаться к целому учебнику или методичке;

– составили учебный план, для этого в промпте для учебного плана сформулировали цель, задачи, контекст и детали, а также роль преподавателя;

– разобрали учебные материалы – отправили в чат уроки с онлайн-курса, а затем попросили помощи в сложных темах (диалог в ChatGPT превращается в своеобразную базу знаний);

– составили задания для самопроверки – попросили нейросеть не просто прочитать и изучить учебные материалы, но и придумать задачи для повторения. Пример промпта: Составь [количество] вопросов для самопроверки на тему / на основе раздела [ваша тема] из отправленной тебе главы.

По итогам освоения дисциплины студенты прошли тестирование, соответствующее 10-балльной шкале (рис. 3). Средний балл в первой группе составил 8,73, во второй – 7,79. Важно отметить, что студенты экспериментальной группы при подготовке к тестированию имели возможность не только ознакомиться с визуальной информацией (в презентациях), но и возможность участия в работе с ИИ-системами для создания собственных презентаций по теме. Кроме того, система освоения дисциплины с помощью ИИ-инструментов, подготовленная преподавателем, оказалась эффективной при создании оптимальных условий для запоминания студентами необходимой информации для прохождения тестирования, тогда как педагог второй группы не разрабатывал собственной системы, руководствуясь лишь учебным планом. В этом заметно проявление положительного влияния использованных преподавателем первой группы ИИ-инструментов, опирающихся на когнитивистику при проектировании и планировании учебного процесса. Имеет значение и более высокий уровень знания английского языка преподавателем первой группы, причем во многом обусловленный его самообучением в ходе освоения систем ИИ. В процессе тестирования студентам было необходимо соотнести этапы работы над проектом с содержанием деятельности, определить результаты осуществления проекта, выбрать непосредственное решение реальной прикладной задачи, получение социально значимого результата, критерии успешности продукта и т. д.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что цифровая компетентность педагога вуза является существенным фактором эффективности его деятельности, отражаемой на результатах учебной деятельности студентов [12].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, искусственный интеллект способен произвести революцию в сфере образования, расширяя возможности педагогов и обогащая опыт обучения обучающихся. Инструменты ИИ становятся незаменимыми в учебных аудиториях, помогая облегчить административную нагрузку, создавая иммерсивную среду обучения и предлагая персональные образовательные планы. Быстрый рост использования ИИ в образовании является свидетельством его потенциала, превращающего процессы преподавания и обучения в более эффективный, увлекательный и адаптированный опыт. В данном исследовании был проведен аналитический обзор некоторых ИИ-инструментов для педагогов, рассмотрены их образовательные возможности. Экспериментальным методом доказано, что в современных условиях сформированность цифровой компетентности педагога вуза является необходимым условием его успешной и эффективной преподавательской деятельности.