Возможности искусственного интеллекта в совершенствовании информационного образовательного пространства регионов России

Москва 
РИОР

КОЛЛЕКТИВНАЯ МОНОГРАФИЯ

Под редакцией профессора С.О. Крамарова
Под редакцией профессора С.О. Крамарова

Н А У Ч Н А Я  М Ы С Л Ь

ВОЗМОЖНОСТИ 

ИСКУССТВЕННОГО  

ИНТЕЛЛЕКТА  

В СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ 

ИНФОРМАЦИОННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО 

ПРОСТРАНСТВА РЕГИОНОВ РОССИИ

УДК  37+ 004.8 
ББК  74.04 
 
В64

А в т о р с к и й  к о л л е к т и в :
Арапова Е.А. (2.4), Бочаров А.А. (1.4), Вострокнутов И.Е. (2.3), Гребенюк Е.В. 
(1.4), Григорьев И.С. (2.3), Григорьев С.Г. (1.2), Джариев И.Э. (1.3), Козлов О.А. 
(2.1), Крамаров С.О. (1.1, 1.3, 1.4), Лукьянова Г.В. (2.4), Магеррамов И.М. (1.1), 
Максименко В.С. (2.2), Мартынов Д.В. (1.2), Митясова О.Ю. (1.4), Пегушин В.М. (2.2), Петров Е.А. (1.3), Попов О.Р. (1.3), Потопахина О.Н. (2.2), 
Романов Р.М. (2.2)., Русаков А.А. (2.5), Саврасова Ю.В. (2.2), Сарьян В.К. (2.5), 
Сахарова Л.В. (2.4), Усатый Р.С. (2.4), Холодов В.А. (2.2), Храмов В.В. (1.1, 1.5)

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1

ISBN 978-5-369-02104-0

В64  
Возможности искусственного интеллекта в совершенствовании 
информационного образовательного пространства регионов России : 
коллективная монография / Под ред. С.О. Крамарова. — М.: РИОР, 
2022. — 140 с. (Научная мысль). — DOI: https://doi.org/10.29039/02104-0

ISBN 978-5-369-02104-0

Монография написана коллективом авторов по результатам работы 

тематической площадки «Возможности искусственного интеллекта в совершенствовании информационного образовательного пространства 
регионов России» в рамках XX Всероссийской конференции и XXX 
Всероссийской школы-семинара «Интеграция университетов России 
в мировое образовательное и научное пространство с учетом региональных особенностей», а также на основе регулярных совещаний в рамках 
виртуальной лаборатории по исследованию искусственного интеллекта 
и робототехники. Дискуссия проводилась в формате, совмещенном с совещанием Южного отделения межрегиональной общественной организации «Академия информатизации образования» (ЮО АИО). Обсуждение 
было посвящено вопросам применения современных информационных 
технологий, программных средств, искусственного интеллекта, цифровизации в образовательных организациях при осуществлении образовательной деятельности и воспитательного процесса. 

Предлагаемые материалы могут быть полезны специалистам управ
ления системы образования России и ее регионов, сотрудникам федеральных и региональных органов власти и управления, а также региональным объединениям академической мобильности.

УДК 37+004.8 
ББК 74.04

© Коллектив авторов

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие редакторов ................................................................................5

1.  СОВРЕМЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ,  

ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА И ЭЛЕМЕНТЫ ИСКУССТВЕННОГО  
ИНТЕЛЛЕКТА ДЛЯ ЦИФРОВИЗАЦИИ СОВРЕМЕННОГО ОБРАЗОВАНИЯ ......7

1.1. Человеко-машинный комплекс на базе гибридного  
интеллекта для развития международных связей ................................7
1.2. Параметры классификации антропоморфных роботов —  
ассистентов преподавателей в условиях санкций  .............................17

1.3. Подготовка параметров моделирования динамики  
формирования сетей, построенных на основе международных  
библиографических баз данных ........................................................22
1.4. Цифровая научно-образовательная среда (ЦНОС)  
и инструменты для ее адаптации к индивидуальным свойствам  
обучаемых ......................................................................................31
1.5. Когнитивная модель геоинформационного пространства:  
образовательные аспекты  ...............................................................36

2.  ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ  

В ОБЕСПЕЧЕНИИ ОБРАЗОВАНИЯ В ПЕРИОД  
ВЫХОДА РОССИИ ИЗ БОЛОНСКОГО ПРОЦЕССА .......................................48

2.1. Организационно-методическое обеспечение смешанного  
обучения в общеобразовательных организациях ................................48
2.2. Использование цифровизации в образовательных  
организациях в воспитательном процессе и адаптации  
детей ДНР и ЛНР в системе российского образования  
из опыта работы Неклиновского района ............................................60
2.3. Дидактические возможности современных научных  
и графических калькуляторов для математического  
и естественно-научного образования ................................................67

2.4. Разработка программного комплекса для оценки  
финансово-экономического состояния отрасли на основе  
методов интеллектуального анализа данных (ИАД) ...........................82
2.5. Необходимость реноваций системы управления  
образовательными учреждениями РФ в условиях  
выхода из Болонского соглашения..................................................119

Сведения об авторах ..................................................................................135

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРОВ

В монографии рассматриваются особенности моделирования 

систем поддержки управления образовательными процессами 
в многоуровневой системе образования с применением современных информационных технологий, включая роботов-ассистентов, 
в том числе и на основе когнитивного подхода. Основная цель проведенных авторами исследований — сформулировать необходимость и актуальность исследований в области гибридного человеко-машинного интеллекта для системы образования. 

Важным аспектом такого подхода является гибкость методик 

обучения в условиях многоязычного, в том числе международного 
обучения. В монографии предлагаются варианты применения нечетких когнитивных карт и их реализации в качестве программного инструмента для управления автоматизированным обучением. 
Показано в том числе, как можно учитывать НЕ-факторы, имеющие место в образовательном процессе, результаты статического 
и сценарного моделирования, возможности их применения при 
формировании индивидуальных траекторий обучения, включая 
многосложность современных информационно-образовательных 
технологий с использованием теории перколяций и др.

Использование новых информационно-коммуникационных 

технологий является начальным условием для дальнейшего развития цифровой педагогики. 

Цифровизация системы образования методически опирается на 

новые образовательные стандарты, используя современный компетентностный подход, необходимым инструментом которого является создание учебных материалов, а также использование современных инструментарием для эффективной доставки контента. 
Преподавательский состав начинает активно применять цифровые 
технологии, облегчающие работу. Изменения в образовании, связанные с цифровизацией образования, приводят к глубоким изменениям и на рынке труда. Это является поводом для дальнейшей 

реорганизации образовательного процесса. Электронные библиотечные ресурсы всех вузов мира, а также учебные материалы лучших преподавателей стали доступны для всех обучающихся. В ближайшие годы будут разработаны и внедрены такие системы автоматического перевода текстов и речи с любого языка. Подобные 
действия приведут к серьезной перестройке образовательного процесса, изменению роли педагога, который в дальнейшем не будет 
объяснять тот или иной материал, а будет помогать найти расположение этого материала в информационных системах и правильно 
понять его.

Сказанное выше определяет необходимость быстрого внедрения 

современной цифровой базы образовательного процесса информационно-образовательной среды (ИОС). 

Вместе с тем современные условия влияния внешних санкций 

на систему образования России определили и быстрое принятие 
решений о выходе России из Болонского процесса, который существенно разрушил исторически сложившуюся эффективную систему образования России.

1.  СОВРЕМЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, 

ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА И ЭЛЕМЕНТЫ  
ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА ДЛЯ ЦИФРОВИЗАЦИИ 
СОВРЕМЕННОГО ОБРАЗОВАНИЯ

1.1. Человеко-машинный комплекс на базе гибридного 

интеллекта для развития международных связей

Крамаров С.О., Храмов В.В., Магеррамов И.М.

Введение
Особенности моделирования системы поддержки управления 

образовательным процессом с применением робота-ассистента на 
основе когнитивного подхода является одним из направлений международных исследований для применения роботов в системах 
образования различного уровня. В последние годы, в условиях глобальной цифровизации, процесс принятия решений все в большей 
степени предполагает использование гибридного интеллекта, характеризуемого тесной взаимосвязью человека и искусственного 
интеллекта, робота. 

В современном образовании очень важно применять достиже
ния цифровой эпохи, где образовательная система, в силу своей 
специфики, консервативна. С одной стороны, это благо, так как 
обеспечивается преемственность педагогических традиций, с другой стороны, «нельзя не учитывать социальную реальность, в которой живет и будет жить современное поколение. В методах и системе образования органично должны сочетаться традиционные 
принципы обучения и новые технологии» [1]. 

Для исследования возможностей применения на практике экзем
пляр робота был передан на кафедру информатики и прикладной 

математики МГПУ. Он способен проводить проверку остаточных 
знаний, выводить на экран изображение с проектора, давать и проверять задания и др. Учитывая имеющиеся наработки в распознавании сцен системами технического зрения [2], а также воспринимая 
учебный процесс как System of Systems [3], можно существенно повысить интеллектуальные возможности такого робота по ассистированию преподавателю. У робота уже есть функция распознавания 
лиц и голоса, а следовательно, он сможет не только проводить перекличку в классе [3], но и выявлять психоэмоциональные особенности каждого студента для корректирования траектории обучения. 
В данном исследовании показана возможность применения гибридного человеко-машинного интеллекта для образования. Важным 
аспектом такого подхода представляется гибкость методики обучения в условиях многоязычного, в том числе международного обучения. При этом необходимо учитывать НЕ-факторы, имеющие место 
в образовательном процессе, результаты статического и сценарного 
моделирования, возможности их применения для формирования 
индивидуальных траекторий обучения. 

Перспективы применения роботов  
в качестве ассистентов преподавателя
Применение роботов в образовательном процессе может заклю
чаться в том числе в осуществлении визуального контроля процесса обучения (при этом в реализации системы технического зрения 
могут использоваться разработки, связанные с построением триангуляции Делоне и распознаванием изображений на гексагональной 
растровой решетке). Оцениваются движения, переговоры студента 
и то, какие приложения/окна открыты на экране компьютера.

Этим функции роботов не ограничиваются. Одной из перспек
тив является возможность проведения занятий в мультиязыковой 
среде, когда робот может дублировать информацию от преподавателя на всех необходимых языках, используемых в группе студентов. И наоборот, он может выступать в качестве переводчика информации со стороны студента, причем может дублироваться не 
только голосовая информации, но и графическая.

Информационный образ роботов-ассистентов преподавателя 

включает в себя наиболее полный набор характеристик, позволяющих описать исследуемый объект, в данном случае — антропоморфные роботы-ассистенты (АРА). 

Рассмотрим возможность использования метода анализа иерар
хий (МАИ) Т. Саати [4] для формирования группы необходимых 

свойств (характеристик) перспективного АРА для типового вуза. 
Отметим также, что вариант реализации МАИ может быть реализован в программной системе «СППР Выбор» [5], которая и была 
использована в данном исследовании.

Средний уровень иерархии представлен как раз перечнем пара
метров, которыми должны обладать антропоморфные роботы. Перечислим их:

–  стоимость;
–  габариты (рост, масса);
–  органы чувств (зрение, слух);
–  голос и динамик;
–  движение и ориентация (датчики, позволяющие роботу пе
редвигаться, наличие сервоприводов);

–  интеллект (программное обеспечение, степень обученности 

и обучаемости);

–  Bluetooth-модуль для управления роботом с помощью смарт
фона.

Выбор наиболее важных характеристик архитектуры роботов 

для их использования в образовательном процессе позволит обеспечить формирование необходимого «уровня теоретических, 
практических знаний, привитие навыков и приемов практического применения полученных знаний при обучении в образовательных учреждениях» [6].

Рассмотрим некоторые перспективы применения антропомор
фных роботов в качестве ассистентов преподавателей. Одна из перспектив связана с оценкой исходного уровня знаний студентов 
и его динамики уровня с учетом положительного и отрицательного 
влияния коммуникации. Имеются в виду качество и скорость выполнения заданий, формирование новых идей в процессе самостоятельной работы.

Антропоморфные роботы в образовательном процессе приоб
ретают роль важных элементов для дидактических материалов 
и могут способствовать повышению качества обучения и заинтересованности (в частности, на уроках информатики, робототехники и технологии). Остальные учебные дисциплины не предполагают использование любой робототехники в связи с ограничениями, 
накладываемыми образовательными стандартами, программой 
обучения, возможностями учителей-предметников. Однако ситуация может поменяться, если обратить внимание на потенциальные возможности и сценарии участия антропоморфного робота 
в образовательном процессе.

Разработанная ранее группой авторов из Брянского ГТУ под 

руководством А. Г. Подвесовского программная система «Игла» 
применялась довольно успешно [4, 5, 7–9]. Однако в рамках этих 
исследований пока не исследовались вопросы использования в качестве субъекта робототехнической системы с гибридным интеллектом. Рассмотрим вариант нечетких когнитивных карт (НКК) 
для робототехнической системы (РТС) поддержки обучения. 

Постановка задачи управления обучающей  
робототехнической системы с помощью НКК
Пусть G(F, W) — НКК, где F = {fi} — множество концептов (фак
торов): 
1,
i
n
=
, а W = [wij] — матрица смежности, причем, wij ∈ [–1, 1];

Φ = {ϕi} — шкалы факторов: 
1,
i
n
=
, задаваемые в виде отображения;

ϕi : zik → xik, где zik — k-е лингвистическое значение фактора fi, 

zik ∈ Z, Z — упорядоченное множество лингвистических значений, 
xik ∈ [0, 1]. 

X(0) = (x1(0), …, xn(0)), xi (0), ∀i — вектор начальных значений 

всех факторов. 

Тогда слабоструктурированной ситуацией в учебном процессе 

будем называть кортеж 〈G(F, W), Φ, X(0))〉.

Найти множество управляющих (Fin ⊆ F) и множество целевых 

(Fout ⊆ F) факторов. 

Основные факторы «определяются как субъективно-эксперт
ным путем, так и с помощью метода анализа иерархий Т. Саати» [7]. 
При этом наборы как управляющих, так и целевых факторов открыты (не фиксированы). 

Экспертным путем «определяется множество управляющих 

факторов. Управляющими считаются факторы, для которых эксперт предполагает наличие ресурсов управления R, заданных вектором ограничений R = (r1, …, rm), где ri ∈ [0, 1] — максимально 
возможное значение i-го фактора ресурса. Ограничения на ресурсы 
позволяют определить для каждого фактора максимально возможные приращения значений факторов в виде векторов допустимых 
приращений факторов» [4]:

max
in
P
 = (p1, …, pm), pi = ri – xi (0), 

где pi ∈ [–1, 1], i = 1, …, m, xi (0) — начальное значение фактора. 

Рассмотрим реализацию когнитивного подхода к разработке 

стратегии управления ситуацией в учебном процессе с применением РТС подробнее.