Избранные вопросы цифровой трансформации образования. Том 2
Цифровая трансформация образования: ключевые вопросы и перспективы
Второй том монографии "Избранные вопросы цифровой трансформации образования" под редакцией Ю.В. Вайнштейна, В.В. Гриншкуна и М.В. Носкова представляет собой сборник актуальных исследований, посвященных влиянию цифровых технологий на образовательный процесс. Монография, предназначенная для педагогов-исследователей, аспирантов и студентов, рассматривает широкий спектр вопросов, от общих тенденций цифровизации до конкретных методик и инструментов.
Актуальные проблемы цифровой трансформации
Авторы анализируют текущие вызовы цифровой трансформации, включая влияние ИТ на образовательные практики, методологию смарт-подхода, особенности формирования содержания образования в цифровых условиях, подготовку кадров цифровой экономики, а также профессиональные компетенции преподавателей вузов в цифровой образовательной среде. Отдельное внимание уделяется использованию смартфонов в учебном процессе и оценке эффективности применения информационно-коммуникационных технологий в высшем образовании.
Искусственный интеллект в образовании
Значительное место в монографии отведено вопросам применения искусственного интеллекта (ИИ) в образовании. Рассматриваются различные аспекты, включая интеграцию элементов ИИ в школьные курсы информатики, анализ эмпирических данных об использовании ИИ в высшем образовании, использование генеративных нейросетей для создания учебных материалов, применение цифровых интеллектуальных персонажей для изучения педагогики, а также анализ педагогических экспериментов по применению ИИ в персонифицированном обучении математике.
Оценка и прогнозирование успешности обучения
В монографии представлены исследования, посвященные оценке и прогнозированию успешности обучения на основе образовательных данных. Рассматриваются различные методы, включая использование меры Кульбака-Лейблера в накопительной системе оценивания, применение многомерного тестирования для оценки остаточного уровня сформированности компетенций, анализ устойчивости студенческих стратегий обучения, выделенных на основе цифрового следа, анализ и прогнозирование академической успеваемости в интерпретируемой среде машинного обучения, а также применение графовой модели учебного плана образовательной программы в задачах анализа образовательных данных.
Воспитательный потенциал информационных технологий
Авторы рассматривают вопросы формирования традиционных семейных ценностей у обучающихся в условиях цифровой трансформации образования, ценности цифровой образовательной среды в контексте задач профессионального воспитания будущих учителей, а также решение задач этического воспитания школьников при изучении основ искусственного интеллекта.
Текст подготовлен языковой моделью и может содержать неточности.
- ВО - Магистратура
- 44.04.01: Педагогическое образование
- 44.04.02: Психолого-педагогическое образование
- 44.04.04: Профессиональное обучение (по отраслям)
- Аспирантура
- 44.06.01: Образование и педагогические науки
ИЗБРАННЫЕ ВОПРОСЫ ЦИФРОВОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ ТОМ 2 Под редакцией Ю.В. Вайнштейн, В.В. Гриншкуна, М.В. Носкова МОНОГРАФИЯ Москва ИНФРА-М 2025
УДК 37.013+001.895(075.4) ББК 74.0:65.291.551 И32 И32 Избранные вопросы цифровой трансформации образования : монография : Том 2 / под ред. Ю.В. Вайнштейн, В.В. Гриншкуна, М.В. Носкова. — Москва : ИНФРА-М, 2025. — 242 с. — (Научная мысль). ISBN 978-5-16-020830-5 (print) ISBN 978-5-16-113506-8 (online) Монография посвящена актуальным проблемам исследований в области цифровой трансформации образования. Рассмотрены направления, связанные с поиском общего пути развития образования в условиях цифровой трансформации, с применением искусственного интеллекта в образовании, оценкой и прогнозированием успешности обучения, развитием воспитательного потенциала информационных технологий. Является продолжением монографии «Избранные вопросы цифровой трансформации образования», подготовленной редакторской группой в 2024 году. Предназначена для педагогов-исследователей, аспирантов, студентов с целью ориентации их на новые актуальные исследования, а также для преподавателей образовательных и научно-исследовательских организаций, интересующихся вопросами применения информационных технологий в образовании. УДК 37.013+001.895(075.4) ББК 74.0:65.291.551 ISBN 978-5-16-020830-5 (print) ISBN 978-5-16-113506-8 (online) © Коллектив авторов, 2025 © Сибирский федеральный университет, 2025 Р е ц е н з е н т ы: Сафонов К.В., доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой прикладной математики Сибирского государственного университета науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнёва; Шершнева В.А., доктор педагогических наук, профессор, профессор кафедры прикладной математики и анализа данных института космических и информационных технологий Сибирского федрального универистета
СОДЕРЖАНИЕ АВТОРСКИЙ КОЛЛЕКТИВ .................................................................................. 5 ВМЕСТО ВВЕДЕНИЯ .............................................................................................. 9 К шестидесятилетию пророчества Суппеса: когда оно сбудется .......................... 9 ГЛАВА 1. АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЦИФРОВОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ .............................................................................................. 22 1.1. Паттерны технологий в образовании: как ИТ формируют образовательные практики ....................................................................................... 22 1.2. Методология смарт-подхода в контексте современных вызовов цифровой трансформации образования .................................................................. 30 1.3. Особенности формирования содержания образования в условиях цифровой трансформации ........................................................................................ 42 1.4. Профессиональные компетенции преподавателя вуза в сфере деятельности в цифровой образовательной среде ................................................. 52 1.5. Подготовка кадров цифровой экономики в среднем и высшем профессиональном образовании .............................................................................. 63 1.6. Использование смартфонов для учебной работы: в чем разница между школами? Результаты многоуровневого латентного анализа классов ................ 73 1.7. Оценка эффективности применения информационно-коммуникационных технологий в системе высшего образования Китая ............................................... 82 ГЛАВА 2. ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ В ОБРАЗОВАНИИ ........... 91 2.1. Элементы искусственного интеллекта в курсе информатики основной школы ......................................................................................................................... 91 2.2. Интеграция технологий искусственного интеллекта в высшее образование: анализ эмпирических данных ......................................................... 101 2.3. Использование генеративных нейросетей в создании педагогом учебных материалов ............................................................................................................... 111 2.4. Цифровые интеллектуальные персонажи для изучения педагогики .......... 121 2.5. К постановке проблемы использования технологий искусственного интеллекта в методической системе персонифицированного обучения математике в университете: анализ педагогического эксперимента ................. 140 ГЛАВА 3. ОЦЕНКА И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УСПЕШНОСТИ ОБУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ДАННЫХ .................. 152 3.1. Использование меры Кульбака-Лейблера в накопительной системе оценивания ............................................................................................................... 152
3.2. Применение многомерного тестирования для оценки остаточного уровня сформированности компетенций .............................................................. 167 3.3. Устойчивость студенческих стратегий обучения, выделенных на основе цифрового следа ..................................................................................... 177 3.4. Анализ и прогнозирование академической успеваемости в интерпретируемой среде машинного обучения ................................................ 188 3.5. Применение графовой модели учебного плана образовательной программы в задачах анализа образовательных данных (в задачах анализа уровня сформированности компетенций) ............................................................ 197 ГЛАВА 4. ВОСПИТАТЕЛЬНЫЙ ФУНКЦИОНАЛ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ........................................................ 213 4.1. Формирование традиционных семейных ценностей у обучающихся в условиях цифровой трансформации образования ............................................ 213 4.2. Ценности цифровой образовательной среды в контексте задач профессионального воспитания будущих учителей ............................................ 223 4.3. Решение задач этического воспитания школьников при изучении основ искусственного интеллекта ......................................................................... 233
АВТОРСКИЙ КОЛЛЕКТИВ АЛЯБЫШЕВА Юлия Анатольевна – кандидат педагогических наук, доцент, доцент кафедры информатики, Институт математики и информационных технологий, Алтайский государственный университет. БАРХАТОВА Дарья Александровна – кандидат педагогических наук, доцент кафедры информатики и информационных технологий в образовании, Красноярский государственный педагогический университет им. В.П. Астафьева. БЛЕЙХЕР Оксана Владимировна – кандидат философских наук, доцент, доцент научно-образовательного центра математики, Национальный исследовательский университет ИТМО. БОРОНЕНКО Татьяна Алексеевна – доктор педагогических наук, профессор, заведующий кафедрой информатики и информационных систем, Ленинградский государственный университет имени А.С. Пушкина. БОСОВА Анна Юрьевна – старший преподаватель кафедры математики и информатики в начальной школе, Московский педагогический государственный университет. БОСОВА Людмила Леонидовна – академик РАО, доктор педагогических наук, профессор, профессор кафедры теории и методики обучения математике и информатике, Институт математики и информатики, Московский педагогический государственный университет. ВЕРЯЕВ Анатолий Алексеевич – доктор педагогических наук, профессор, профессор кафедры информационных технологий, Алтайский государственный педагогический университет. ГРИНШКУН Вадим Валерьевич – академик РАО, доктор педагогических наук, профессор, профессор департамента информатизации образования, Институт цифрового образования, Московский городской педагогический университет. ГУСЯТНИКОВ Виктор Николаевич – доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры прикладных информационных технологий, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. ДВОРЕЦКАЯ Ирина Владимировна – кандидат наук об образовании (PhD in Education), научный сотрудник лаборатории цифровой трансформации образования, Институт Образования, НИУ Высшая школа экономики. ЗЫКОВА Татьяна Викторовна – кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры прикладной математики и анализа данных, Институт космических и информационных технологий, Сибирский федеральный университет.
КАЮКОВА Инна Викторовна – аспирант кафедры прикладных информационных технологий, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. КВАШКО Людмила Павловна – кандидат педагогических наук, доцент, доцент кафедры высшей математики, Приморский институт железнодорожного транспорта, Дальневосточный государственный университет путей сообщения. КОТОВА Елена Евгеньевна – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры автоматики и процессов управления, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина); кафедра клинической психологии ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет Минздрава России. КУПРИЯНОВ Роман Борисович – начальник управления информационных технологий и сервисов, Московский городской педагогический университет. КУСТИЦКАЯ Татьяна Алексеевна – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры прикладной математики и анализа данных, Институт космических и информационных технологий, Сибирский федеральный университет. ЛОЗЫЧЕНКО Юлия Эдуардовна – аспирант, Алтайский государственный педагогический университет. ЛОМАСКО Павел Сергеевич – кандидат педагогических наук, доцент, доцент кафедры информатики и информационных технологий в образовании, заведующий лабораторией педагогического дизайна и виртуальной реальности, Красноярский государственный педагогический университет им. В.П. Астафьева. НОСКОВА Татьяна Николаевна – доктор педагогических наук, профессор, заведующий кафедрой цифрового образования, Российский государственный педагогический университет имени А.И. Герцена. ОШЛАКОВА Полина Алексеевна – магистр, Сибирский федеральный университет. ПАК Николай Инсебович – доктор педагогических наук, профессор, заведующий кафедрой информатики и информационных технологий в образовании, Красноярский государственный педагогический университет им. В.П. Астафьева. ПАТАРАКИН Евгений Дмитриевич – доктор педагогических наук, доцент, профессор департамента информатики, управления и технологий, Институт цифрового образования, Московский городской педагогический университет; профессор департамента образовательных программ, Институт Образования, НИУ ВШЭ.
ПИСАРЕВ Андрей Сергеевич – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры автоматики и процессов управления, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина). РЕБКО Ольга Васильевна – аспирант, Марийский государственный университет. СЕМЕНОВ Алексей Львович – академик РАН, академик РАО, профессор, д-р физико-математических наук, заведующий кафедрой математической логики и теории алгоритмов, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. СНЕГУРОВА Виктория Игоревна – доктор педагогических наук, доцент, профессор кафедры методики обучения математике и информатике, Российский государственный педагогический университет имени А.И. Герцена. СОКОЛОВА Татьяна Николаевна – кандидат экономических наук, доцент, доцент кафедры информационного права и цифровых технологий, Саратовская государственная юридическая академия. СУВОРОВА Татьяна Николаевна – доктор педагогических наук, доцент, заведующий лабораторией развития цифровой образовательной среды Центра развития образования, Российская академия образования. СУЛЕЙМАНОВ Руслан Сулейманович – кандидат технических наук, проректор, курирующий вопросы цифровой трансформации, Московский городской педагогический университет. ТОКТАРОВА Вера Ивановна – доктор педагогических наук, профессор, профессор кафедры прикладной математики и информатики, Марийский государственный университет. УВАРОВ Александр Юрьевич – доктор педагогических наук, профессор, ведущий научный сотрудник, Институт кибернетики и образовательной информатики им. А.И. Берга, ФИЦ «Информатика и управление» РАН. ФЕДОСОВ Александр Юрьевич – доктор педагогических наук, доцент, профессор кафедры информационных технологий, искусственного интеллекта и общественно-социальных технологий цифрового общества, Российский государственный социальный университет. ФЕДОТОВА Вера Сергеевна – кандидат педагогических наук, доцент, доцент кафедры информатики и информационных систем, Ленинградский государственный университет имени А.С. Пушкина. ХЕННЕР Евгений Карлович – член-корреспондент РАО, доктор физикоматематических наук, профессор, профессор Института компьютерных наук и технологий, Пермский государственный национальный исследовательский университет.
ЦИБУЛЬСКИЙ Геннадий Михайлович – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры систем искусственного интеллекта, Институт космических и информационных технологий, Сибирский федеральный университет ШИБУТ Ирина Петровна – старший преподаватель кафедры технологий коммуникации, Белорусский государственный университет. ЮЙЦИН СУН – магистр, Белорусский государственный университет. ЯКОВЛЕВА Ольга Валерьевна – кандидат педагогических наук, доцент, доцент кафедры цифрового образования, Российский государственный педагогический университет имени А.И. Герцена.
ВМЕСТО ВВЕДЕНИЯ К шестидесятилетию пророчества Суппеса: когда оно сбудется А.Ю. Уваров Цифровые технологии в обучении: прошлые ожидания и реальность Более полувека назад в статье, которая была опубликована в специальном выпуске журнала «Scientific American», посвященном ведущимся в те годы экспериментам (рис. 1) и перспективам применения компьютеров для автоматизации обучения, один из пионеров внедрения цифровых технологий (ЦТ) в образование Патрик Суппес писал: «…Пройдет не так уж много лет, и каждый из миллионов школьников получит такого же отзывчивого и обладающего такими же энциклопедическими знаниями наставника, как Аристотель, – завидная привилегия, которой некогда обладал Александр, сын Филиппа Македонского» [1]. Рисунок 1 – Первые опыты использования ЭВМ в обучении [1] На волне этого оптимизма ширились исследования в области программированного обучения, разрабатывались автоматизированные обучающие системы. В 1976 году система PLATO IV поддерживала работу с 950 терминалами и предоставляла доступ к более чем 3500 контактным часам учебных курсов [2]. Однако эта и другие подобные разработки не оказали заметного влияния на работу образовательной системы. Появление персональных компьютеров породило по всему миру новые надежды на скорое обновление образования. Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 28 марта 1985 года «О мерах по обеспечению
компьютерной грамотности учащихся средних учебных заведений и широкого внедрения электронно-вычислительной техники в учебный процесс [3] запустило процесс компьютеризации образования в нашей стране. Однако, несмотря на масштабные усилия по оснащению системы образования цифровыми технологиями, широкое внедрение электронно-вычислительной техники не повлияло на организацию и методы учебной работы, на ее результативность. Два десятилетия назад развитие интернета побудило визионера, физика и известного специалиста в области информатики Дэнни Хиллиса заявить о приближающейся трансформации образования: «...Представьте себе, какого автоматизированного наставника можно создать, используя современные технологии. Во-первых, представьте себе, что он может накапливать данные о вас в течение долгого времени. Как хороший учитель, он знает, что вы уже освоили и что готовы изучать. Он знает, какие способы объяснения материала подходят вам более всего. Он имеет доступ к базе данных, которая содержит все накопленные в мире знания. Эти знания сгруппированы вокруг понятий и способов их освоения. База данных содержит конкретные знания о том, как понятия связаны между собой, кто считает их верными и почему, для чего их можно использовать. Я буду называть эту базу данных в Интернете сетью знаний» [4]. На волне нового энтузиазма внедрение ЦТ в образование продолжалось: разрабатывались цифровые образовательные ресурсы, школы оснащали компьютерами, подключали их к Интернету, однако эти масштабные усилия не оказали заметного влияния на результаты образовательной работы. Проведенное десятилетие спустя широкомасштабное международное исследование PISA, показало, что уровень оснащённости школ компьютерами слабо связан с результативностью учебной работы, а использование ЦТ ведёт к повышению успеваемости учащихся лишь в определённых контекстах [5]. Цифровые интеллектуальные инструменты: новые надежды Дебют ChatGPT в 2022 году и последующий взрывной рост разработок на базе генеративных предварительно обученных трансформеров (GPT) привлек внимание широкой общественности, включая педагогов, к перспективам использования методов искусственного интеллекта и постоянных на их основе интеллектуальных инструментов (ИИ) в обучении. Развернулись работы по доставке ИИ в массовую школу, по созданию интеллектуальных обучающих систем (ITS), которые вновь обещают помочь в повышении результативности обучения. По сообщению гарвардских педагогов, контролируемое исследование по сопоставлению результатов обучения студентов с использованием репетитора на базе ИИ и работы в классе с использованием современных активных методов обучения продемонстрировало преимущество использования репетитора. Примечательно, что ИИ-репетитор был разработан с использованием тех же методических решений, что и занятия в классе. «Мы обнаружили, что студенты, которые использовали ИИ-репетитор, усваивают более чем вдвое больше и за меньшее. Они также более мотивированны и