Цифровая среда вуза в предметной подготовке педагогов профессионального обучения: искусственный интеллект и геймификация

Актуальность темы исследования обусловлена необходимостью повышения качества высшего педагогического образования в Российский Федерации. Согласно ФГОС ВО для бакалавриата по направлению «Образование и педагогические науки», современный педагог обязан владеть целым рядом профессиональных компетенций, среди которых немаловажное значение имеют цифровые компетенции: «умение использовать ресурсы ИКТ в педагогической деятельности; владение педагогом расширенными приемами и методами самостоятельной подготовки учебно-методических и дидактических материалов; способность планировать и организовать учебный процесс с использованием ИКТ; вла- дение методикой и содержанием обучения; способность разработки и внедрения в образовательный процесс инноваций» [16]. Если рассматривать цифровую компетентность как единую систему навыков и знаний, то с точки зрения педагогической практики ее необходимо постоянно дополнять новыми педагогическими технологиями.

Иными словами, цифровая компетентность педагога включает в себя внедрение в педагогический процесс таких современных технологий, как искусственный интеллект (далее – ИИ) и геймификация как разновидность технологии искусственного интеллекта. Как наиболее обобщающая категория под искусственным интеллектом понимается «технология, позволяющая системе, машине или компьютеру выполнять задачи, требующие разумного мышления, то есть имитировать поведение человека для постепенного обучения с использованием полученной информации и решения конкретных вопросов» [3, с. 238].

Еще одно распространенное определение гласит, что «искусственный интеллект – это отрасль компьютерных наук, которая фокусируется на разработке программ и машин, демонстрирующих возможности, подобные человеческим» [19, с. 32]. Образовательные возможности искусственного интеллекта очень обширны – от обеспечения инклюзивного образования до онлайн-взаимодействия с преподавателем и студентами. Существует множество различных типов искусственного интеллекта, но машинное обучение является наиболее развитым и используемым его подмножеством. Модель машинного обучения – это набор алгоритмов, ориентированных на какую-либо одну задачу. Такие алгоритмы снабжаются структурированными данными, которые они используют для выполнения нужной задачи. Такие программы учатся на вводных данных путем повторения и совершают бесчисленное количество ошибок. По прошествии некоторого времени «программа учится получать желаемый результат, и на этом этап тестирования заканчивается» [5, с. 99].

Говоря о корреляции между искусственным интеллектом и геймификацией, необходимо отметить, что принципы геймификации на самом деле используются для улучшения алгоритмов ИИ. В то же время машинное обучение как подмножество технологий искусственного интеллекта также можно использовать для разработки лучших практик геймификации для конкретной задачи. Например, ИИ может оценивать результаты на основе введенных данных и использовать их для создания новых переменных для улучшения результатов геймификации.

Как одна из разновидностей технологий ИИ, геймификация представляет собой процесс внедрения игровых элементов к любым другим модулям, не имеющим игрового контекста. Значимость геймификации в образовательном процессе обусловлена тем, что она «повышает степень вовлеченности студентов, поскольку в геймификации сложные задачи представлены в увлекательной форме, что снижает тревожность у студентов при их выполнении» [7, с. 102]. Геймификацию также можно использовать и для решения дидактических задач, реализуемых через игровые принципы.

На практике комбинация машинного обучения и геймификации очень сложна, но не невозможна: уже существует ряд эмпирических исследований, которые подтверждают эффективность их применения для педагогической деятельности [6, с. 39]. При этом было выявлено, что одна из самых больших проблем с геймификацией заключается в том, что нет долгосрочной согласованности с конечной целью пользователей. Поэтому машинное обучение можно использовать для персонализации геймификации в учебном процессе, чтобы поддерживать высокий уровень вовлеченности студентов в рамках их профессионального обучения.

В то же время существует потенциал использования ИИ для прогнозирования поведения студентов в будущем на протяжении всей задачи геймификации в рамках процесса профессионального обучения педагогов. С помощью этих прогнозов можно скорректировать геймификацию и повысить мотивацию обучающихся.

Таким образом, педагогическое профессиональное образование является именно той сферой, где геймификация наиболее востребована для персонализации обучения, создания более качественного учебного контента, автоматизации задач в рамках курсов, помощи в репетиторстве, вовлечения учащихся, оценки результатов обучения и т. д. Цели, функциональные возможности и применение этих двух технологий в образовании дополняют друг друга, поэтому ИИ можно использовать для персонализированной геймификации и создания курсов, соответствующих образовательной программе, которая позволит сформировать требуемый уровень цифровой компетенций у будущих педагогов в рамках их профессионального образования.

Цель настоящей статьи заключается в обобщении теоретико-методологических подходов к применению геймификации в высшем образовании для обучения будущих педагогов.

Задачи исследования заключаются в следующем:

• 1.    Изучить теоретические основы применения ИИ и геймификации в учебном процессе педагогического университета.

• 2.    Проанализировать основные подходы к применению искусственного интеллекта и геймификации в предметной подготовке будущих педагогов профессионального обучения.

• 3.    Определить преимущества и недостатки применения ИИ и геймификации в учебном процессе педагогического университета.

Новизна заключается в обосновании системного подхода к применению искусственного интеллекта и геймификации в цифровой среде современного российского высшего педагогического образования для повышения эффективности профессионального обучения будущих педагогов.

Обзор литературы

Историография изучаемой проблематики состоит из работ отечественных и зарубежных исследователей. В частности, базовые теоретические аспекты по применению искусственного интеллекта и геймификации в образовательном процессе были проанализированы в работах Ю.И. Богатыревой, А.М. Николаевой [1], И.С. Граховой, И.М. Захаровой [2], Е.К. Герасимовой, Н.В. Гавриловской, Е.В. Соболевой, Т.Н. Суворовой [4], Т.С. Комаровой [6], Н.А. Коровниковой [7], И.О. Котляровой [8] и др. Данные исследования ценны теми теоретическими обобщениями и научными выводами, которые касаются возможностей применения геймификации и искусственного интеллекта в процессе профессионального обучения будущих педагогов-предметников.

Потенциал и основные направления применения ИИ для формирования цифровых компетенций педагогов в определенной предметной области представлены в трудах таких исследователей, как Э.А. Ислямова [3], В.С. Катькало [5], И.А. Паршутин, Д.В. Деулин [9], Е.Ю. Пономарева [10], В.Б. Попова [11] и др. В работах этих исследователей даны авторские методики по применению ИИ и геймификации в учебном процессе педагогического университета при подготовке учителей-предметников.

Методические аспекты и апробация некоторых педагогических условий применения ИИ и геймификации для формирования цифровой компетентности у будущих учителей рассмотрены в работах таких авторов, как Ю.А. Рубан [12], Н.В. Скачкова [13], Л.З. Тархан, Э.А. Ислямова [14], В.В. Тропникова [15] и др. В частности, в исследованиях С.С. Чагина [17] и Т.С. Шумейко [18] предложены раз- личные трактовки терминологии, связанной с профессиональным образованием будущих педагогов.

Эмпирические исследования в сфере синтеза ИИ и геймификации для повышения качества профессионального педагогического образования представлены в основном зарубежной историографией и включает работы таких авторов, как O. Арнольд, K. Янтке [19], C. Беззина, A. Дингли, A. Пфайффер [20], Да Ян Тан, Чин Вэй Чеа [21], И. Факрези, Х. Хельми, Х. Дарвин [22], Э.А. Джексон [23] и др. В данных исследованиях представлены эмпирические разработки геймифицированно-го приложения онлайн-обучения с поддержкой искусственного интеллекта для улучшения восприятия студентами предметного обучения в вузе.

В то же время, несмотря на довольно обширный научный дискурс последних лет, существует объективная необходимость включения в учебные планы элементов геймификации для повышения эффективности профессиональной подготовки будущих преподавателей, что можно сделать на основе обобщения и систематизации накопленных научных трактовок и подходов к применению ИИ и геймификации в ходе профессиональной подготовки студентов педагогических вузов.

Материалы и методы

В основе методологии исследования лежит системный подход. В качестве методов исследования были использованы общенаучные (анализ, синтез, индукция, дедукция) и специальные методы: историографический анализ научной литературы по теме исследования; методы фактографического и компаративного анализа. Также был проведен описательный анализ возможностей использования искусственного интеллекта и геймификации в предметной подготовке будущих педагогов профессионального обучения. На основе полученных данных определена востребованность ИИ и геймификации как элементов цифровой среды педагогического вуза.

Результаты

По итогу изучения теоретических основ применения ИИ и геймификации в учебном процессе педагогического университета были систематизированы основные концепции внедрения геймификации в образовательный процесс.

Основные подходы к применению искусственного интеллекта и геймификации в предметной подготовке будущих педагогов профессионального обучения. В современной научной литературе можно условно выделить несколько направлений, в которых исследователи считают необходимым применение геймификации и ИИ как дидактических инструментов:

• 1.    Вовлечение и мотивация. В рамках данного подхода исследователи предлагают применять геймификацию для проектной работы студентов педагогического вуза. Геймификация привносит азарт и мотивацию в процесс обучения, превращая учебный процесс в увлекательный опыт [8, с. 69].

• 2.    Отслеживание прогресса в формировании цифровой компетентности будущих педагогов. Геймификация обеспечивает четкий алгоритм для отслеживания такого прогресса. Достижения, значки и списки лидеров обеспечивают мгновенную обратную связь, позволяя учащимся оценивать свой прогресс и постоянно стремиться к самосовершенствованию [9, с. 177].

• 3.    Навыки решения проблем в учебной и профессиональной деятельности (в будущем). Геймификация как разновидность технологии на базе ИИ позволяет студентам развивать навыки решения проблем, так как мотивация и интерес к обучению способствуют формированию критического и аналитического мышления, к творческому подходу в учебной и профессиональной сферах [10, с. 289].

• 4.    Повышение самооценки студентов-аутсайдеров. Прохождение этапов игры или получение игровых виртуальных наград вселяет чувство выполненного долга, повышает самооценку и дает студентам возможность взять на себя ответственность за свое обучение и развитие в условиях профессионального обучения [11, с. 37].

• 5.    Разработка индивидуальных траекторий обучения. Искусственный интеллект использует данные и автоматизацию для персонализации процесса обучения и выработки оптимальных стратегий учебного процесса для профессионального образования будущих педагогов [12, с. 64]. Искусственный интеллект анализирует сильные и слабые стороны отдельных людей, персонализируя контент и предлагая конкретные модули или ресурсы. Такой индивидуальный подход оптимизирует процесс обучения будущих педагогов-предметников.

• 6.    Эффективная доставка контента: чат-боты и виртуальные помощники на основе искусственного интеллекта доставляют информацию в небольших, легко усваиваемых форматах. Это улучшает понимание и гарантирует, что студенты максимально эффективно используют свое учебное время [13, с. 29].

• 7.    Непрерывный контроль результатов. ИИ обеспечивает непрерывный мониторинг, выявляя те предметные области, в которых студенты нуждаются в дополнительной поддержке, и соответствующим образом адаптируя стратегии обучения [14, с. 33].

• 8.    Предиктивная аналитика, позволяющая прогнозировать результативность учебного процесса относительно его конечных целей. Данный подход к использованию ИИ в обучении будущих педагогов позволяет заблаговременно устранять пробелы в навыках и разрабатывать стратегию для формирования профессиональной компетентности учителя [15, с. 88].

Некоторые исследователи отмечают, что в рамках обучения будущих педагогов необходим синтез ИИ и геймификации, поскольку «это динамичный дуэт, от которого может зависеть успех обучения и развития в проектах трансформации» [22, с. 104]. Синтез этих технологий превращает сложный учебный процесс «в захватывающее путешествие личностного роста и вовлеченного, глубоко мотивированного обучения» [23, с. 98].

Судя по представленным выше подходам к применению искусственного интеллекта, которые существуют в современной историографии, педагогика российской высшей школы развивается в сторону высокотехнологичных изменений, поскольку игровые элементы и искусственный интеллект постепенно трансформируют сам процесс обучения. Более того, растущие возможности искусственного интеллекта могут повысить эффективность гей-мифицированного обучения за счет интеллектуальной персонализации при одновременном внедрении алгоритмов непрерывного мониторинга результатов овладения профессиональными компетенциями.

Преимущества и ограничения применения ИИ и геймификации в образовательном процессе педагогического университета. В качестве преимуществ применения ИИ и геймификации в предметной подготовке будущих педагогов профессионального обучения можно выделить следующие аспекты:

• 1.    Интеграция игровых и соревновательных взаимодействий в учебную среду уже

• 2.    Интеллектуальные системы позволяют обучать студентов процедурным навыкам, используя интерактивные игровые миры, не лекции или учебники, а определенный сценарий обучения, гораздо более привлекательный для многих студентов. По мере того, как обучение на ошибках стимулирует вовлеченность и соревновательность студентов, ИИ может предоставлять обратную связь, чтобы обучающиеся могли продуктивно решать свои задачи. Скрытые оценки эффективности обучения также встраиваются динамически в процесс обучения, чтобы свести к минимуму восприятие формальных оценок, в то же время давая представление об успеваемости студентов на основе данных. Проблемные области, требующие дальнейшего изучения, могут быть легко выявлены, скорректированы и дополнены необходимыми знаниями и навыками. Например, многопользовательские симуляции, основанные на новых технологиях, таких как VR/AR (виртуальная и дополненная реальность), могут быть использованы для преобразования совместной работы студентов и взаимного обучения [18, с. 88]. Общая виртуальная среда максимизирует вовлеченность студентов и способствует удержанию информации, активизируя совместное решение проблем. Постоянные достижения в области ис-

• кусственного интеллекта прокладывают путь к фотореалистичным цифровым возможностям, направляющим действие [19, с. 27].

способствует более активному участию студентов педагогического вуза, чем традиционные форматы лекций и семинаров [21, с. 111]. По мнению исследователей, адаптивные механизмы обучения на основе искусственного интеллекта могут адаптировать игровой опыт, чтобы поддерживать вовлеченность и мотивацию учащихся [20, с. 28]. Постоянно адаптируясь к поведению студентов, обучающие игры на основе искусственного интеллекта могут отслеживать прогресс обучения и корректировать уровни сложности в режиме реального времени.

Основное ограничение применения ИИ и геймификации в процессе обучения студентов педагогического вуза заключается в том, что пока не решены полностью этические вопросы использования ИИ и геймификации. Некоторые исследователи указывают на вероятность геймифицирования образования, перекоса в развлекательную сторону всего педагогического процесса [17, c. 29]. В процессе применения ИИ необходима определенная стандартизация учебных планов и обеспечения согласованной политики в педагогическом вузе. Существуют также этические соображения, связанные с конфиденциальностью данных и согласием студентов при отслеживании их поведения в игровом процессе, показателей производительности и т. д.

Заключение

Проведенное обзорное исследование позволяет сформулировать следующие выводы:

• 1.    Геймификация и искусственный интеллект позволяют сделать процесс обучения более адаптивным, захватывающим и полезным, а синтез этих технологий раскрывает огромный потенциал для вовлечения будущих педагогов в обучение таким образом, чтобы более эффективно формировать профессиональные навыки у будущих педагогов.

• 2.    Главные преимущества ИИ и геймификации в сфере высшего образования и конкретно в педагогическом вузе заключаются в реализации индивидуального подхода в ходе предметной подготовки будущих педагогов профессионального обучения. Основной недостаток применения геймификации в образовательном процессе вуза – это отсутствие проработанности этической стороны ИИ-техно-логий в профессиональном обучении будущих педагогов.