Россия
УДК 37 Народное образование. Воспитание. Обучение. Организация досуга
Аннотация – настоящая статья освещает возможности применения современных цифровых технологий в педагогической деятельности на примере цифровых двойников. Изменение номенклатуры научной педагогической специальности влияет на подходы к осуществлению исследований. При этом образование должно ориентироваться на тренды и возможности, предлагаемые обществу научно-техническим прогрессом. В этих условиях моделирование, как один из основных методов научного познания обладает достаточным потенциалом для апробации цифровых инноваций. Предлагаемая к изучения цифровая технология активно применяется в промышленности и в анализе поведения социальных систем. Цифровой двойник – цифровая копия живой или неживой физической сущности. Гипотеза статьи предполагает, что педагогическая модель будет являться имитационной, а ее цифровая копия – онтологической. Тогда на основании онтологической модели мы определяем элементы системы, задаем ей математические параметры и переводим ее в машинный язык, пролонгируем модель во времени и пространстве и получаем результат. Представлена и описана форма проектирования цифрового двойника педагогической модели. Базой для построения гипотезы послужили исследования в сфере математического моделирования и синергетики. Новый подход к педагогическому моделированию может послужить основой для совершенствования профессионального образования и проектирования будущей профессиональной деятельности обучающихся.
Цифровые технологии, цифровизация, цифровой двойник, моделирование, педагогическая модель, профессиональное образование
Актуальность. Активное внедрение новых цифровых технологий в общественную жизнь порождает новые задачи социального и технологического развития. Глобализация, выступая в качестве тренда сегодняшнего дня, стирает границы между различными социальными системами. Общество под воздействием объективных процессов предъявляет все больше требований к системе государственного управления, а развитие информационных ресурсов создает дополнительные конкурентные возможности хозяйствующим субъектам. Воздействие «новой цифровой реальности» диктует необходимость перевода сферы профессионального образования на качественно новый уровень. Образование, выполняя заказ рынка труда, в качестве дополнительного ресурса для совершенствования использует инновационные методы организации управления и инструменты, повышающие эффективность функционирования различных сфер жизнедеятельности общества. Это создает возможность использовать в педагогической деятельности современные цифровые технологии, применяемые в производящем секторе экономики.
Проблема исследования. Обратимся к опыту О.А. Фиофановой [13], осуществившей детальный анализ цифровых инструментов, преобразующих образовательные системы. Автор выделяет два ключевых аспекта научной задачи анализа на основе больших данных: инфраструктурно-технологический и компетентностный. Следует согласиться с выводом
О.А. Фиофановой относительно интенсивного развития различных цифровых сервисов и наличия нормативно-правовых контуров применения цифровых технологий в образовании, но при этом недостаточном совершенствовании методов «доказательного управления и развития методологии», основанных на больших данных.
Наиболее распространенными цифровыми технологиями, адаптированными под педагогические задачи, большинство исследователей считают: дистанционное обучение, облачные технологии, дополненную и виртуальную реальность [6, 14]. В меньшей степени уделяется внимание таким технологиям, как: система распределенного реестра и блокчейн, анализ больших данных, искусственный интеллект [12] (см.: рисунок 1).
Рисунок 1 – Цифровые технологии в образовании
Особое место в возможности применения цифровых технологий для образовательных целей занимает цифровой двойник. Промышленность и государственное управление за непродолжительный период времени накопили опыт по использованию технологии Digital Twins. Образование же лишь начинает проходить этот путь.
Методы. На основании отечественного и зарубежного опыта развития цифровых технологий была сформулирована гипотеза применения цифровых двойников, позволяющая проектировать педагогический процесс, а также анализировать поведение выстроенной педагогической среды. Основой для технологической составляющей были выбраны информационные решения, применяемые в промышленном производстве и реальном секторе экономики. В качестве основы для гипотезы послужили методы математического моделирования [12], а также гипотеза кодирования информации, заложенной в мыслительных процессах, на основе теории синергетики и самоорганизации [9].
Результаты исследования. Несмотря на наличие большого количества трудов по возможности использования различных цифровых технологий в педагогическом процессе и образовании в целом, возможность создания «цифровых двойников» в настоящий момент рассматривается даже не как перспективная теория, а скорее как гипотетическая возможность [4].
В соответствии с ГОСТ под цифровым двойником понимается «Система, состоящая из цифровой модели изделия и двусторонних информационных связей с изделием (при наличии изделия) и (или) его составными частями». [2]. По нашему мнению, предложенное
В.Е. Романовской определение цифрового двойника в большей степени отражает возможность его применения для решения педагогических задач. Итак, «цифровой двойник – это математическая модель, состоящая из матрицы целевых показателей, отражающих требования к объекту и ресурсные ограничения при его построении. Объем данных, используемый при построении двойника, отражает поведение реального объекта на всех стадиях жизненного цикла. При этом изменения, вносимые в параметры объекта, позволяют оптимизировать работу системы и существенно снизить возможные издержки». [11, с. 210].
Построение цифрового двойника в промышленности обусловлено наличием четырех основных составляющих [10]:
- информация о происходящих процессах;
- инженерная информация о предполагаемой модели;
- информация по эксплуатации модели (технический инструментарий для сбора и обработки информации);
- информация об операциях в реальном времени (способ передачи информации от реального объекта к виртуальному).
На первый взгляд подобная трактовка никак не связана с педагогикой, однако следует вспомнить о том, что является объектом познания педагогической науки и специализированной методологии научного исследования, присущей педагогике.
В качестве информации о проекте и моделируемом процессе в промышленности выступает проектируемый материальный объект, его физические параметры и материальный состав. В педагогике подобным параметром может являться: социум, образовательная среда и личность (мировоззрение, эмоции, качественные характеристики, мышление и т.д.) обучающегося [5].
Инженерная информация отражает параметры элементов модели: структуру, функции, содержание. Подобная характеристика информационного параметра схожа с типологией, по которой осуществляется педагогическое моделирование [8], с одним лишь условием, что модель должна отражать как структуру, так и функции с содержанием. Отсюда следует, что существующие собственно педагогические модели в цифровых двойниках будут являться инженерной информацией о предполагаемом педагогическом проекте, либо отражать действующую педагогическую систему.
Сведения по эксплуатации модели это способ обработки информации математическими методами, т.е. «оцифровка параметров модели». Данный элемент предполагает специализированные технологии.
Если математически задать параметры физической системы большого труда не составляет, то передать данные о социальной системе, либо
о мыслительных процессах личности – задача куда более масштабная. Труды отечественных исследователей в области синергетики и самоорганизации [9] могут послужить определенной основой для выделения математических параметров элементов педагогической системы.
Наиболее сложным будет являться выполнение требований по передаче информации об операциях в реальном времени. Фокус проблемы заключается в том, что между физическим объектом и его цифровым аналогом в качестве оператора будет выступать человек, и многое будет зависеть от субъективного фактора личности.
Таким образом, цифровой двойник педагогической модели будет представлен в виде следующих параметров (см. рисунок 2): параметры субъектов образовательного процесса; структура, функции и содержание модели; математический аппарат, преобразующий информацию; время и преобразуемые данные.
Практическая значимость применения цифровых двойников заключается в двух основных возможностях: онтологическая цифровая модель будет отражать поведение реальной педагогической системы и прогнозировать возможные кризисы и дефекты; цифровая модель, как имитация существующих реальных процессов, может стать новым методом научного исследования при проектировании образовательного процесса.
Рисунок 2 – Структура цифрового двойника педагогической модели
Обсуждение результатов исследования. В обозримом будущем логика построения исследования в педагогических науках будет ориентироваться на цифровизацию и инноватику [3], что, в свою очередь, может дать дополнительный импульс к исследованию возможности построения цифровых двойников в образовании. Помимо возможности применения рассматриваемой технологии в качестве метода научного познания, допустимо использовать ее потенциал и ресурсы при решении фрагментарных образовательных задач. К примеру, ведомственная система подготовки кадров может внедрять технологию цифровых двойников для проектирования социального поведения с целью совершенствования профилактической работы по предотвращению деструктивного и девиантного поведения граждан.
Выводы. Проведенный краткий анализ приводит к выводу, что гипотеза о возможности использования инструмента цифрового моделирования педагогических процессов подтверждается наличием требующихся для реализации технологии элементов. Цифровой двойник позволяет осуществить полный анализ всех факторов, влияющих на качество педагогического процесса. Несмотря на то, что рассматриваемая технология в образовании в настоящий момент является лишь гипотетической возможностью, цифровой двойник способен повысить качество образовательного процесса, нивелируя негативные последствия различных факторов воздействия. Сопровождение воспитательного процесса цифровой имитацией помогает определить скрытые проблемы, что впоследствии позитивно скажется на качестве формирования мировоззрения личности обучающегося. Важнейшим условием создания цифрового двойника педагогического процесса является грамотное определение всех параметров педагогической модели, а также качественное агрегирование, анализ и визуализация информации, передающей параметры системы.
Основой для развития научной мысли в сфере технологизации профессионального образования может послужить технологический фронтир отечественной и международной инженерной мысли, который за почти тридцатилетний период накопления опыта по использованию «интеллектуальных помощников» породил различные цифровые платформы, позволяющие оптимизировать производственные циклы и работу всей производственной системы.
Построение цифровых реплик педагогических моделей гармонично вписывается в новый паспорт научной специальности 5.8.7 Методология и технология профессионального образования [1], предоставляя возможность исследователям использовать современные цифровые ресурсы в условиях цифровой трансформации профессионального образования. Дальнейшее развитие педагогической мысли может быть связано в том числе и с построением «цифровых онтологических моделей» процесса обучения и воспитания личности, как специфического метода научного познания в педагогике.
1. Приказ Министерства науки и высшего образования РФ от 24 февраля 2021 г. № 118 "Об утверждении номенклатуры научных специальностей, по которым присуждаются ученые степени, и внесении изменения в Положение о совете по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук, утвержденное приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 10 ноября 2017 г. № 1093" // Режим доступа: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/400450248/
2. ГОСТ Р 57700.37-2021 «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения».
3. Ванягина, М. Р. Новый паспорт научной педагогической специальности по методологии и технологии профессионального образования / М. Р. Ванягина, В. Е. Ванягин // Вестник Санкт-Петербургского военного института войск национальной гвардии. - 2021. - № 3(16). - С. 3-8.
4. Вихман, В. В. "Цифровые двойники" в образовании: перспективы и реальность / В. В. Вихман, М. В. Ромм // Высшее образование в России. - 2021. - Т. 30. - № 2. - С. 22-32. - DOIhttps://doi.org/10.31992/0869-3617-2021-30-2-22-32.
5. Евсеева, И. Г. Содержательно-функциональная модель формирования творческого мышления у курсантов образовательных организаций МВД России / И. Г. Евсеева // Вестник экономической безопасности. - 2018. - № 3. - С. 231-234.
6. Евсеева, И. Г. Формирование курсантами - будущими социальными педагогами компетенции в области различных информационных ресурсов и технологий / И. Г. Евсеева, И. В. Ульянова // Вестник экономической безопасности. - 2017. - № 4. - С. 225-229.
7. Козырева, О. А. Моделирование как социально-педагогический феномен : курс занятий для учителей, педагогов средней и высшей школы, слушателей ИПК и ФПК, студентов и аспирантов / О. А. Козырева ; Федеральное агентство по образованию, Кузбасская государственная педагогическая академия. - Новокузнецк : Кузбасская государственная педагогическая академия, 2007. - 627 с. - ISBN 978-5-85117-226-3.
8. Лодатко, Е. А. Типология педагогических моделей / Е. А. Лодатко // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. Серия: Педагогика, психология. - 2014. - № 1(16). - С. 126-128.
9. Милованов, В. П. Синергетика и самоорганизация : общ. и социал. психология / В. П. Милованов. - Москва : URSS, 2005. - 204 с. - ISBN 5-484-00078-5.
10. Образование, как способ создания навыков в экономике знаний на примере технологий BIM в эпоху цифровых близнецов и цифровой педагогики (EDTECH) / О. Н. Покусаев, В. П. Куприяновский, А. А. Климов [и др.] // International Journal of Open Information Technologies. - 2021. - Т. 9. - № 6. - С. 78-105.
11. Романовская, В. Е. "Цифровой двойник" как основа цифрового проектирования и моделирования / В. Е. Романовская // Цифровые технологии в экономике и промышленности (ЭКОПРОМ-2019) : Сборник трудов национальной научно-практической конференции с международным участием, Санкт-Петербург, 22-23 ноября 2019 года / Под редакцией А.В. Бабкина. - Санкт-Петербург: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2019. - С. 208-214. - DOIhttps://doi.org/10.18720/IEP/2019.5/27.
12. Сибирев, В. В. От структурно-когнитивной модели кризиса в педагогических системах к формальной идеализации математической модели / В. В. Сибирев, А. Р. Сибирева // Поволжский педагогический поиск. - 2020. - № 4(34). - С. 86-92. - DOIhttps://doi.org/10.33065/2307-1052-2020-4-34-86-92.
13. Фиофанова, О. А. Анализ современного состояния исследований в области управления образованием на основании данных / О. А. Фиофанова // Ценности и смыслы. - 2020. - № 1(65). - С. 71-83. - DOIhttps://doi.org/10.24411/2071-6427-2020-10005.
14. Цифровые технологии в образовательном пространстве / О. И. Ваганова, А. В. Гладков, Е. Ю. Коновалова, И. Р. Воронина // Балтийский гуманитарный журнал. - 2020. - Т. 9. - № 2(31). - С. 53-56. - DOIhttps://doi.org/10.26140/bgz3-2020-0902-0012.
