Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
Теория и практика использования робототехники в образовательном процессе
Руслякова Екатерина Евгеньевна - канд. психол. наук, доцент.
Пустовойтова Ольга Васильевна - канд. филол. наук, доцент
Киселёва Юлия Павловна - студент.
Яковлева Лариса Анатольевна - канд. пед. наук, доцент.
Магнитогорск
Аннотация
робот образовательный студент компетенция
В данной статье рассмотрены теоретический и практический аспекты проблемы использования робототехники в системе высшего образования. Описывается современная тенденция включения в образовательный процесс робототехники как одного из эффективных инструментов формирования у студентов профессиональных компетенций, а также психологической готовности к освоению образовательных программ любого уровня в контексте современного постиндустриального мира. Представлено психолого-педагогическое исследование, в котором изучалась организация проектной работы со студентами 4--5-х курсов с использованием робота-помощника. Практическое исследование было посвящено восприятию антропоморфных роботов у студентов при непосредственном контакте со статичным роботом. Проанализированы возможности использования робототехники в вузах при подготовке студентов не только технических, но и гуманитарных направлений. На основе анализа полученных данных можно заключить, что робототехника является помощником для педагога и мотиватором для студентов. Взаимодействие с антропоморфным роботом повышает общий эмоциональный фон студентов, активирует их познавательные процессы.
Ключевые слова: робототехника в образовании, прюектна,я работа, антропоморфный робот, учебный процесс, эмоциональное состояние, познавательная активность, мотивация
Annotation
Theory and Practice of Using Robotics in Educational Process
Ekaterina E. Ruslyakova - Cand. Sci. (Psychology), Assoc. Prof., Olga V. Pustovoitova - Cand. Sci. (Psychology), Assoc. Prof. Julia P. Kiseleva - student Larisa A. Yakovleva - Cand. Sci. (Education), Assoc. Prof. Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia
This article discusses the problem of using robotics in higher education, highlights the theoretical and practical aspects of the problem. The article describes the current trend of the inclusion of robotics in the educational process as one of the effective tools for the formation of students' professional competencies, psychological readiness to implement educational programs at any level in the modern post-industrial world. The authors present psychological and pedagogical research, in which the organization of project work with fourth-grade and fifth-grade students was studied using a robot-assistant. Practical research was devoted to the perception of anthropomorphic robots by students. They studied a number of disciplines in direct contact with a static robot. The authors analyzed the possibility of using robotics in educational process while preparation of students majoring both in engineering and pedagogy. The results of this research support the idea that robots can be assistants for a teacher and motivators for students. Interaction between robot and students enhances their general emotional background, activates cognitive processes and learning in general.
Keywords: robotics in education, anthropomorphic robot, educational process, professional competences, emotional state, cognitive activity, motivation
Введение
Канадский филолог и философ Маршал Маклюэн, получивший широкую известность как исследователь воздействия электронных средств связи на человека и общество, в книге «Война и мир в глобальной деревне» рассказывает об этапах развития цивилизации [1]. Он выдвигает тезис о том, что появление новых цифровых технологий изменяет психическую структуру человека, сенсорное восприятие окружающей среды.
Автор опасается, что такой процесс восприятия не является естественным для человека и похож на самоампутацию части его психофизиологических возможностей, которая приведёт к душевной боли и культурной ущербности, хандре. Новые технологии со временем станут продолжением человеческого тела и его нервной системы в прямом и переносном смысле. Попытка восстановить утраченную возможность напрямую воспринимать мир естественным образом приводит к сопротивлению и конфликту, войне. Поэтому будут стимулироваться новые электронные разработки, которые, естественно, будут внедрены в человеческую среду.
Постиндустриальное (информационное общество) - новый этап в развитии человечества. Особенность переживаемого периода - технически опосредованный открытый мгновенный доступ к получению и передаче больших объёмов информации, освоенных знаний. Быстрые удалённые коммуникации через информационные сети существенно изменили социальные взаимоотношения и характер взаимодействия людей. Возникает необходимость адаптировать методы образования и развития к этим условиям. Чем раньше мы начнём использовать в педагогическом процессе робототехнику, андроидные технологии, тем легче обучающимся будет воспринимать и использовать возможности цифрового мира. Такого рода обучение возможно лишь при участии педагогов и преподавателей, обладающих соответствующими компетенциями. Выделяют восемь ключевых компетенций, необходимых для подготовки профессионально востребованных в цифровую эпоху сотрудников: способность обрабатывать большие массивы информации; умение удовлетворять потребность в саморазвитии; умение предвидеть, прогнозировать и определять наиболее перспективные или превентивные действия; способность к творчеству; гибкость и адаптивность; исследовательская компетенция; способность к динамическому развитию и инновационному росту; коммуникативная компетенция; управленческая компетенция [2]. Высшее образование должно быть ориентированно на подготовку высококвалифицированных кадров, владеющих компетенциями активных пользователей электронных и робототехнических систем.
Робот в вузе
Современное образование не может игнорировать и тем более сопротивляться компьютерной эпохе. Несмотря на традиционную консервативность, образовательной системе необходимо учитывать социальную реальность, в которой будет жить современное поколение. В методах и системе образования должны присутствовать новые технологии, их необходимо органично сочетать с традиционными принципами обучения и воспитания, дополняя образовательный процесс. Электронные доски и дневники, сенсорные панели, информационные и коммуникационные сети, робототехнологии - всё то, что ещё десяток лет назад казалось фантастикой, для нынешних студентов является естественной средой обитания. В недалёком будущем, вероятно, роботы будут нашими помощниками, частью повседневной жизни, собеседниками, активно взаимодействующими с человеком и решающими за него рутинные монотонные задачи, помогая раскрывать человеческий потенциал.
Тяга к роботизации, автоматизации и искусственному интеллекту обусловлена желанием двигаться к совершенству и развитию, но нужно предвидеть риски, готовиться их минимизировать и по возможности избегать. Сочетание научных социально-психологических и робототехнических решений в изучении умных машин нам представляется актуальным и востребованным. В зависимости от своего функционала и программы роботы могут использоваться в разных целях. Уже сейчас не единичны случаи применения антропоморфных роботов-спасателей, роботов-манипуляторов, роботов-преподавателей, роботов-футболистов, и пр. Функциональные возможности искусственных когнитивных систем постоянно увеличиваются, «мыслительный процесс» больше не принадлежит только живым организмам. Развиваются когнитивные науки, концепции, теории, принципы и новые модели когнитивных систем с восприятием, обучением, человеческим интерфейсом. В робототехнических лабораториях создаются передовые автономные машины и роботы, способствующие взаимодействию «человек - машина» со сложными когнитивными системами. Робототехническая экосистема предоставляет широкие возможности развития социально-информационных связей с синергийным эффектом. С каждым годом робототехника и роботы будут всё больше применяться в образовательном процессе. В этом плане можно выделить пять направлений, которые реализуются уже сегодня.
1. Робототехника - элемент игрового обучения, при этом обучение становится увлекательным процессом. При использовании деталей конструктора для сборки и программирования роботов учащиеся одновременно развивают мышление, творческое воображение и играют. В техническом вузе эта технология используется для освоения следующих учебных дисциплин: «Введение в робототехнику», «Основы робототехники», «Промышленные манипуляторы», «Мобильные робототехнические системы», для изучения алгоритмов, принципов работы робототехники и выработки навыков решения прикладных инженерных задач. В МГТУ им. Г.И. Носова есть детский технопарк «Кванториум», где внедрено четыре квантума, один из них - «Робоквантум» - это проектирование и сборка робототехнических систем [3].
2. Робот-посредник. В процессе обучения случаются ситуации, когда учащийся по каким-либо причинам не может посещать занятия со всей группой, и тогда у него может развиться психосоциальная дезадаптация. В этом случае помочь ему можно с помощью мобильного робота-посредника См.: Институт робототехники Университета Иннополис. Университет 2019. URL: 1ш^://итversity.innopolis.ru/research/robotics/. Он передвигается по образовательному учреждению, присутствует на уроках и передаёт информацию больному. Студент сам управляет роботом-посредником с компьютера и, не нарушая врачебный режим, оставаясь дома или в больнице, продолжает быть активным участником образовательного процесса. Интерактивный дизайн робота-посредника компенсирует недостаток социального взаимодействия, что положительно сказывается не только на развитии личности студента, но и на его самочувствии. Благоприятный психоэмоциональный фон, ощущение присутствия улучшают состояние здоровья, сокращают время реабилитации больного студента.
3. Робот телеприсутствия - посредник в дистанционном обучении, заменитель преподавателя при использовании дистанционных технологий, его назначение - продвижение новых методов удалённого образования [4]. Раньше для преодоления расстояния использовались телеконференции. Особенность человеческого мозга состоит в том, что более эффективное восприятие возникает при достаточной пространственной ориентации. Преподаватель может находиться в любом месте, а робот - в учебной аудитории. Его камеры и датчики - глаза и уши для преподавателя. Они считывают сигналы и посылают ответ в виде изображения и звуковой речи на планшеты, ноутбуки, телефоны студентов. В отдельных случаях робот может справляться без человека и вести занятие самостоятельно согласно заложенной в него программе. Такой способ интерактивного обучения позволяет повысить качество образования, ведь лучшие преподаватели смогут вести занятия в любом образовательном учреждении, при этом находясь на значительном расстоянии.
Не существует робота, способного думать как человек, искусственный интеллект пока ещё далёк от этого. Робот выполняет команды, которые задаёт учитель согласно техническим возможностям. В прошлом веке учитель и библиотека были единственными источниками знаний. Современные студенты имеют лёгкий доступ к электронным библиотекам, каждый из них может иметь в своём распоряжении электронные книги. Однако профессия преподавателя всегда будет актуальной, с появлением робототехники может измениться лишь его роль. Чтобы воспитать личность, человека должен учить человек. Образование - это не только объём знаний, но и умение применять профессиональные знания в общении с людьми. Даже у самого лучшего робота материалы ограничены базой данных, и он не может ответить на многие вопросы.
1. Робот-тьютор для инклюзивного образования. С одной стороны, робот не живой, а с другой - двигается и способен реагировать на действия студента [5; 6]. Здесь робот полезен как проводник, помощник, посредник между преподавателями и студентом с особыми образовательными потребностями или ограниченными возможностями здоровья. Робот-тьютор помогает усваивать профессиональные навыки студентам с психическими или физическими нарушениями, инвалидностью, сочетая обучение с динамическими или расслабляющими оздоровительными паузами для снятия эмоционального напряжения и усталости. Робот способен проводить диагностику самочувствия и физического состояния студента и даже может оказывать реальную психотерапевтическую помощь, проводить психологическую коррекцию и реабилитацию, снижать эмоциональный стресс, повышать у студента желание и возможность взаимодействия с миром в процессе обучения. Большинство использующихся сегодня роботов обладают статичностью, не владеют мимикой, невербальными средствами коммуникации, что может пугать или раздражать аутистов и студентов с психоневрологической симптоматикой. Реальный или виртуальный человекоподобный, антропоморфный робот-тьютор может выполнить роль идеального учителя-тьютора и наставника. Он терпелив и устойчив, способен компенсировать умственные или физические недостатки студента-инвалида или студента с ограниченными возможностями здоровья [7], эффективно способствуя обучению и социализации студентов с ограниченными возможностями здоровья.
2. Робот-мотиватор. На занятиях по таким дисциплинам, как «Дефектология», «Специальная психология», «Коррекционная психология», «Коррекционная педагогика с основами специальной психологии», «Психологическое сопровождение детей с ОВЗ» и др., студентам МГТУ им. Г.И. Носова демонстрируются возможности небольшого робота под названием «Стёпа» для коррекции первичных и вторичных психических нарушений у детей с ОВЗ [8]. Подобные занятия не только развивают профессиональные компетенции студентов, но и способствуют активизации их мотивационной и познавательной деятельности, обеспечивают эмоциональную вовлечённость в процессе восприятия учебных дисциплин и окружающего мира в целом, помогают формировать практические навыки.
Эмпирическое исследование
Долгое время среди учёных бытовало мнение о том, что современные технические средства и информационные технологии вызывают когнитивную и эмоциональную технофобию [9]. Наше исследование было посвящено восприятию студентами антропоморфных роботов при непосредственном контакте с ними. В нашем случае использовался человекоподобный статичный робот «Фёдор», созданный Магнитогорским научно-производственным объединением «Андроидная техника», занимающимся разработкой и производством человекоподобной робототехники. По своему интерфейсу антропоморфные роботы легче встраиваются в наш мир, отличаются высокой производительностью и динамическими характеристиками, наличием зрения и встроенным ПК на базе процессора Intel.