Индустрия 5.0: концепция развития инженерного образования на основе применения нейро-цифровых, образовательных экосистем

Академик РАН В.Л. Квинт и профессор С.Д. Бодрунова [1] дают следующее определение шестого технологического уклада «шестой технологический уклад – формирующийся в настоящее время комплекс технологий, включающий нано-, био-, информационные и когнитивные технологии, отличительной чертой которого является конвергенция технологий и формирование гибридных технологий при интегрирующей роли информационных технологий (цифровизация, искусственный интеллект, обработка больших массивов информации)».

EDN RAOJUM

В работе [1] рассмотрено понятие «нооно-мика - неэкономическая общественная форма хозяйственной деятельности людей, нацеленная на удовлетворение ноопотребностей (в первую очередь - потребностей в развитии личности человека) на основе развития ноопроизводства, т. е. такого производства, которое осуществляется при выходе человека из непосредственной трудовой деятельности («безлюдное производство») и управлении техносферой как внешней по отношению к человеку сферой реализации потенциала человеческого познания». Как показали исследования [2], следующим этапом развития нооно-мики, как киберсоциальной системы Индустрии 5.0 [3,4], является создание нейро-цифровой модели глобальной трансформации общества [5], опеределяющей движения к нообществу [6,7] и нейросфере [2]. Нейро-цифровая модель глобальной трансформации общества, разработанная на основе архитектуры и принципов системной тетрады киберсоциальных экосистем [8], а также нейро-цифрового инструментария стратегического целеполагания и планирования Индустрии

• 5.0, позволит обеспечить прорывные направления технологических изменений, на основе применения знаниеинтенсивных технологий, нейро-цифрового интеллекта и стратегированных киберсо-циальных, в том числе метаэкосистем, новой формации. Важной особенностью нейро-цифровой модели глобальной трансформации общества станет, необходимость кардинальной трансформации существующих систем традиционного образования, неспособных обеспечить освоение рассмотренных в работе [9] «навыков будущего», на основе перехода к принципиально новым цифровым образовательным, в том числе нейро-цифровым, образовательным экосистемам нового поколения [8]. В работе [10] представлено развитие фундаментальной модели цифровой образовательной среды и создаваемых на ее основе пулов цифровых платформ [11.12], на основе технологии создания нейро-цифровой образовательной экосистемы Индустрия 5.0 (на примере БФУ им. И. Канта) рис.1.

  

  Рисунок 1 - Технология создания нейро-цифровой, образовательной экосистемы Индустрия 5.0 (на примере БФУ им. И. Канта) [12].

  
  

Представленная в работе [12] модель нейро-цифровой, образовательной экосистемы Индустрия 5.0, как условие для обеспечения прорывного развития региональных экономик РФ, представляет собой метакогнитивный компонент киберсоциальной системы [11,13], включающий следующие базовые уровни:

• -    операционный (управление процессами когнитивного генезиса знаний [11]; управление цифровым и нейро-цифровым пространством данных; базами, кубами и нейро-хранилищами данных и знаний [14]);

• -    технологический (преобразование и нейро-цифровую трансформацию информации, данных и знаний [11]).

• -    социализирующий - (организация кибер-социального взаимодействия индивидумов в нейро-цифровой экосистеме [13]);

• -    научно-образовательный - (организация нейро-цифровой, образовательной и научно-исследовательской синергетической среды [11]);

• -    инновационно-производственный - (организация нейро-цифровой, научно-производственной среды, обеспечивающей генерацию новых знаний в меж, мульти и трансдисциплинарных областях для решения сложных производственных задач в различных сферах деятельности [11]).

Модель нейро-цифровой, образовательной экосистемы Индустрии 5.0 как среды проек- тирования и реализации индивидуальных (мета-когнитивных) образовательных маршрутов обучающихся, обладает специфическими функциями. Как показали исследования [2,11,12], функциональные возможности модели нейро-цифровой, образовательной экосистемы Индустрии 5.0 отражают фундаментальные условия для «саморегуляции, самоорганизации, стимулирования, проектирования, адаптации, интеграции, развития каждого обучающегося [10]», а также позволяют сформулировать и реализовать модель ме-такогнитивных компетенций [9], включая: мета когнитивные жесткие профессиональные компетенции [9], связанные с развитием «навыков будущего» в области применения знаниеинтенсивных технологий; мульти дисциплинарные мягкие компетенции, связанные с развитием креативности, развивающие системное, дивергентное, ме-такогнитивное и другие виды мышление и т. д. Как показали исследования [11], реализация модели метакогнитивных компетенций в области инженерного образования, на основе развития представленной в работе [10] технологии проектирования персонифицированных образовательных маршрутов студентов в цифровой образовательной системе, приводит к необходимости создания основ нейро-цифровой модели и технологии проектирования метакогнитивного, индивидуального образовательного маршрута студента в нейро-цифровой образовательной экосистеме.

Таким образом, целью данного исследования является создание и первичная апробация нейро-цифровой модели и технологии проектирования метакогнитивных образовательных маршрутов студентов в области инженерного образования в нейро-цифровой образовательной экосистеме.

• 1.    Основы создания нейро-цифровой

• 2.    Прикладное внедрение моделей и технологий проектирования метакогни-тивных образовательных маршрутов в нейро-цифровой образовательной экосистеме.

  В работе [17] рассмотрена экосистема Starbase, представляющая собой принципиально

  

  Рисунок 7 – Архитектура системной тетрады киберсоциальных экосистем экосистемы Starbase [5] .

  
  

модели и технология проектирования метакогнитивных образовательных маршрутов студентов в нейро-цифровой образовательной экосистеме

На рис.2. представлен нейро-цифровой инструментарий проектирования метакогнитив-ных образовательных маршрутов студентов в нейро-цифровой образовательной экосистеме, реализованный на основе применения: методов гибридного вычислительного интеллекта [2,12]; методологии и технологии решения сложных задач методами функциональных гибридных интеллектуальных систем [15], - на основе которого разработана нейро-цифровая модель и технология проектирования индивидуального образовательного маршрута студента в нейро-цифровой образовательной экосистеме (рис3).

Предложенная на рис.3 нейро-цифровая модель и технология проектирования метакогнитив-ного образовательного маршрута студента в цифровой образовательной экосистеме, основана на применении понятия когнитивного гиперцикла [16], реализованного на основе прикладных моделей нейро-цифрового интеллекта [16] (рис.4).

Рисунок 2 - Нейро-цифровой инструментарий проектирования метакогнитивных образовательных маршрутов студентов в нейро-цифровой образовательной экосистеме . [5].

Таким образом, как показано в работе [16], в результате генезиса когнитивных вычислений (рис.4), «происходит сопряжение мыслительной структуры человека с мыслительной структурой искусственного интеллекта и формирование нелинейных когнитивных связей, обладающих уникальными синергетическими свойствами и поддающихся формальному описанию и реализации посредством суперискусственного интеллекта, на основе компьютерной модели мозга человека». В результате, в процессе реализации модели мета-когнитивных компетенций инженерного образования, на основе выполнения центральной мета-

• когнитивной процедуры m7 ↑ (рис.3) генезиса знаний, формируется переход нейро-цифровой системы в процессе когнитивных вычислений, как результат многошагового синтеза целей и в конечном итоге формирования окончательной системно-целевой структуры метакогнитивного образовательного маршрута студента в нейро-цифровой образовательной экосистеме.

Как показано в работе [12] в процессе проектирования метакогнитивного образовательного маршрута студента в нейро-цифровой образовательной экосистеме происходит «cопряжение мыслительной структуры человека с мыслитель- компьютерной модели мозга человека».

ной структурой искусственного интеллекта», в

результате которых синтезируется модель когнитивного фрейма стратегируемого обьекта образовательной экосистемы, на основе когнитивных

•• вычислительных процедур m1 - m6 (рис.3)». В результате, в том числе на основе применения биокибернетической системы нейрофизиологического мышления [12] и 5D виртуального погружения, создаются условия для «саморегуляции, самоорганизации, стимулирования, проектирования, адаптации, интеграции, развития каждого обучающегося [10]», а также развития системного, дивергентного, метакогнитивного и других видов мышление обучающихся. Как показано в работе [5] «основная идея заключается в возмож- ности интеграции, на основе применения мета когнитивного визионариума, систем виртуальной константной реальности, создаваемой на основе когнитивных фреймов, активно применяемых в настоящее время и доказавшей свою эффективность при моделировании сложных систем, и интуитивной виртуальной реальности (реальности предвиденья, позволяющей увидеть в процессе решения задачи скрытые причинно-следственные связи и обьекты), получаемой на основе применения супер искусственного интеллекта, на основе

Искусственный        Озера знаний на

систем, ненропакетов и кластеров, состоящих из: нейронных сетей, нейроморфных процессоров, квантовых вычислительных комплексов, нейро-цифровых шин данных и т.д. [2].

Рисунок 3 - Нейро-цифровая модель и технология проектирования метакогнитивного образовательного маршрута студента в нейро-цифровой образовательной экосистеме

Рисунок 4 - Когнитивный гиперцикл структурнофункциональной модели проектирования мета-когнитивного образовательного маршрута студента в нейро-цифровой образовательной экосистеме

В работе [3] рассмотрена концептуальная модель интеллектуальной («умной») экосистемы на основе кибер-социо-технокогнитивного мультимодального гиперпространства (метаэкосистемы) в условиях Индустрии 5.0 [3], на основе которой авторами была разработана концептуальная мо-

дель интеллектуального (нейро-цифрового) образовательного пространства Индустрия 5.0, представленная на рис.6.

В работе [3], в рамках создания модели мета-когнитивных компетенций в области инженерного образования, были реализованы следую- щие уровни модальности:

«"#1 Мета уровень" – определяющий знания и метакомпетенции оперирования объектами в сознании или в физической реальности. В первую очередь, различные способы познания и творче- ства, включая логико-когнитивный, эмоциональ- ный, физический и др. интеллекты («множествен- ный интеллект»);

"#2 Уровень контекстной модальности" – узко- тия и др.».

(например, знание анатомии и хирургических техник для хирурга), особые физические навыки или особые социальные навыки;

"#3 Уровень кросс-контекстной модальности" – знания и метакомпетенции, которые могут применяться в большем количестве сфер социально- экономической и индивидуальной деятельности;

"#4 Уровень экзистенциальной модальности" – фундаментальные метакомпетенции, определяющие суть поведения человека в жизни, его восприятие ситуаций и его характер, включая компетен- ции, которые определяют силу воли, здоровье, эмоциональную саморегуляцию, способности к самопознанию и самоанализу, навыки саморазви- профессиональные знания и метакомпетенции

Рисунок 5 - Концептуальная модель интеллектуальной («умной») экосистемы на основе кибер-социо-тех-нокогнитивного мультимодального гиперпространства (метаэкосистемы) в условиях Индустрия 5.0 [3].

Рисунок 6 - Концептуальная модель интеллектуального (нейро-цифрового) образовательного пространства Индустрия 5.0

• 1.    Инфраструктура когнитивного производства (включая элементы Индустрии 4.0 и Индустрии 5.0) компании SpaceX, представлена в работе [5].

• 2.    Нейро-цифровая среда коллективного интеллекта, представлена в работах [5,11].

• 3.    Кибер социальная система "глобального архитектурного мышления" компании SpaceX, представлена в работе [5].

• 4.    Нейро-цифровой инструментарий стратегического целеполагания и планирования, представлена в работе [5].

На рис. 8. представлена киберсоциальная система "глобального архитектурного мышления" компании SpaceX [5], реализованная на основе нейро-цифрового инструментария проектирования метакогнитивных образовательных маршрутов студентов в нейро-цифровой образовательной экосистеме (рис.2), позволившая:

• 1.    Реализовать принципиально новый итеративный, промышленный подход развертывания когнитивного производства компании SpaceX, представленный в работе [5].

• 2.    Реализовать на базе университета Стенфорд (Stanford, США), в рамках индустриального партнерства с компанией SpaceX, перспективную, прикладную модель проектирования метакогни-тивных образовательных маршрутов в нейро-цифровой образовательной экосистеме (рис.8).

новый вид экосистемы для разработки и производства ракетно-космической техники нового поколения.

На рис.7. представлена, рассмотренная в работе [16], архитектура киберсоциальной экосистемы компании SpaceX (экосистема Starbase), включающая в себя следующий комплекс элементов, подробно рассмотренный в [16]:

Представленные на рис. 8 и 9, киберсоци-альная система "глобального архитектурного мышления" компании SpaceX и перспективная, прикладная модель проектирования метакогни-тивных образовательных маршрутов в нейро-цифровой образовательной экосистеме легли в основу успешно создаваемой на базе университета Стенфорд (Stanford, США) модели глобальной образовательной экосистемы будущего (рис.10), а также ряда методологических и прикладных инструментарий данной экосистемы, таких как [18]: зеркало с биокогнитивной обратной связью; решение проблемы «синдром утёнка»; метакогнитивные, междисциплинарные пространства; паспорт компетенций.; модель многопрофильных центров.

Рисунок 8 - Киберсоциальная система "глобального архитектурного мышления" компании SpaceX [5].

Инструменты биологической обраткой связи для коллективного самоуправления

ПРОЦЕСС ОБУЧЕНИЯ ИНДИВИДА

/способное™ «правого полушария»)

мировоззрение, языки» модели мышления

Прсект/задача/ р ын км участнике в коллектиЕное управление анергией и ресурсами сообщества виртуальные персональные ассистенты /тьюторы индивидуальные портативные устройства биологической обратном связи

Хранилища знаний/ глобал тлые образовательные онламн-плат-формы

Социальные сети (включая менторские сети) и игровые вселенные с виртуальной / дополненном реальностью

Рисунок 9 - Перспективная, прикладная модель проектирования метакогнитивных образовательных маршрутов в нейро-цифровой образовательной экосистеме

Заключение

Системы образования, построенные по лекалам прошлого столетия, сегодня больше перестают соответствовать требованиям времени. Прорывное развитие принципиально новых, знаниеинтенсивных технологий в экономике и промышленности, технологий искусственного и гибридного вычислительного интеллекта в информационной сфере, прорывных технологий генной инженерии и т.д., обеспечивающих опережающее «наступление» будущего нейро-цифровой модели глобальной трансформации общества, адаптационные и консервирующие модели образования не просто неэффективны они несут колоссальную опасность для нашего будущего, делая нас неготовыми к новым мета технологичным вызовам будущего. Как показали исследования, в рамках таких изменений необходимо развитие принципиально новых подходов в области инженерного образования, на основе перехода к принципиально новым цифровым, в том числе нейро-цифровым, образовательным экосистемам нового поколения, позволяющим развивать новые методологические подходы и методы интеллектуальных образовательных пространств, а также прикладные, нейро-цифровые технологии и инструментарии проектирования индивидуальных образовательных маршрутов студентов в нейро-цифровой образовательной экосистеме [18].

Рисунок 10 – Модель глобальной образовательной экосистемы будущего университета Стэнфорд

Представленные в рамках данного исследования методы, модели и прикладные инструментарии, позволяют, на следующем этапе исследований, поставить задачу и непосредственно перейти к теоретико-методологическому обоснованию и разработке единой концепции проектирования мета когнитивных образовательных маршрутов студентов в нейро-цифровой инженернообразовательной экосистемы.