Как используется компьютер в образовании

Обновлено: 04.07.2024

Использование компьютерных технологий в учебно-педагогическом процессе представляет, по мнению специалистов, качественно новый этап в теории и практике педагогики. Умея работать с необходимыми в повседневной жизни информационными и вычислительными системами, базами данных и электронными таблицами, персональными компьютерами и информационными сетями, человек информационного общества приобретает не только инструменты деятельности, но и новое видение мира.

Мультимедийные технологии и компьютеризация обучения

«Мультимедиа» - в переводе с английского «многие среды». Мультимедиа – бурно развивающаяся область информатики, отличительными ее чертами являются:

1. Интеграция информации, порожденной различными источниками. Мультимедиа технология позволяет одновременно использовать различные способы представления информации: числа, текст, графику, анимацию, видео и звук.

2. Мультимедиа - средства по природе своей интерактивны, т.е. и зритель и слушатель мультимедиа- продуктов не остается пассивным, а участвует активно в процессе восприятия.

Каждый урок должен быть интересен и понятен обучающемуся. Использование новых информационных технологий в процессе обучения позволяет добиться качественно высокого уровня эффективности уроков, позволяет значительно расширить возможности активизации деятельности обучающихся, способствует повышению динамизма, ведет к формированию положительного отношения к изучаемому материалу.

Данный опыт может быть применен всеми педагогами на уроках различных типов. Эффективность применения новых информационных технологий в учебно-воспитательном процессе зависит не только от качества и дидактических возможностей аппаратных и программных средств, но и от мастерства педагога, его компетентности и готовности к практическому их применению в процессе преподавания.

Компьютеризация обучения позволит эффективно использовать следующие важнейшие преимущества новых информационных технологий:

возможность построения такой системы образования, которая обеспечит каждому обучающемуся собственную траекторию самообучения;
эффективная организация познавательной деятельности обучаемых;
учебный процесс на базе информационных технологий предусматривает дифференциацию и индивидуализацию обучения;
позволяет реализовать личностно- ориентированный подход к деятельности обучающегося;
возможность организации процесса познания, поддерживающего деятельностный подход к учебному процессу.

Использование информационных технологий в процессе обучения требует от учителя больших усилий, высокой степени профессиональной компетентности, а именно информационных, аналитических, прогностических и проективных умений на этапе его подготовки и организационных и мобилизационных умений на этапе педагогической реализации.

Развитие цифровых технологий поставило перед образованием задачу в сравнительно короткий срок воспитать и вооружить обучающихся такими знаниями, чтобы он мог занять достойное место в обществе и приносить ему минимальную пользу. Одним из важнейших направлений решения этой проблемы является интенсификация учебного процесса, т. е. разработка и внедрение таких форм и методов обучения, которые предусматривали бы целенаправленное развитие мыслительных способностей обучающихся, развитие у них интереса к учебной работе, самостоятельности и творчества.

Вследствие этого возникает необходимость постоянно совершенствовать структуру учебного процесса, его методы и организационные формы, вносить элементы новизны в способы и ход выполнения учебных задач.

Повышение активности обучающихся, формирование положительной мотивации к учению, развитие способности к активной практической деятельности достигается использованием новых информационных технологий на уроках.

Принципы построения урока с использованием информационных

Конструирование урока с использованием информационных технологий требует соблюдения определенных дидактических принципов и научно-методических положений, сформулированных в общей дидактике, и которые наполняются новым содержанием при использовании информационных технологий.

Наиболее важным является принцип системности. Проектируемый урок должен рассматриваться как элемент общей системы обучения. Именно с этих позиций определяются цель и задачи урока. На первый план выходят связи, которые реализуют изначальную заданную (преимущественно стандартом профессионального образования) целевую функцию – фактические требования к знаниям, умениям и навыкам.

С учетом принципа развития в проектируемый урок должна закладываться возможность постоянного расширения и обновления его системы задач (развивающих, обучающих, воспитательных) и средств достижения.

Актуальность принципа информативности объясняется рядом факторов. С точки зрения информатики как науки, изучающей законы и принципы поиска, сбора, хранения, обработки, преобразования, распределения и использования информации, использование средств новых информационных технологий (НИТ) в учебном процессе принципиально изменило подход к оценке информационных умений педагога, которые до недавнего времени преимущественно связывали со способностью транслировать информацию обучаемым.

На сегодняшний день уровень информационных умений определяется возможностями использования компьютера в качестве источника. При этом информация должна оцениваться исходя из общих дидактических принципов научности и доступности ее представления, адаптивности к индивидуальным возможностям обучаемого.

Следующий принцип – принцип индивидуализации – базируется на педагогической закономерности, согласно которой в педагогическом процессе достигается тем большая эффективность в развитии личности, чем более эффективно осуществляется индивидуализация деятельности обучающихся в процессе обучения.

Этапы конструирования урока

Можно выделить следующие этапы конструирования урока с использованием информационных технологий.

Концептуальный. На данном этапе определяется дидактическая цель с ориентацией на достижение результатов:- формирование, закрепление, обобщение или совершенствование знаний; формирование умений; контроль усвоения.

Аргументируется необходимость использования средств НИТ в образовательном процессе. К основным причинам можно отнести:

дефицит источников учебного материала;
возможность представления в мультимедийной форме уникальных информационных материалов (схем, примеров документов, бланков, фотографий)
визуализация изучаемых явлений, процессов и взаимосвязей между объектами;
формирование навыков и умений информационно-поисковой деятельности.

Технологический . На данном этапе педагог прогнозирует эффективность использования данного ресурса при проведении различного рода занятий, определяет методику их проведения и проектирует основные виды деятельности с данными ресурсами в учебном процессе:

Проводится многофакторный анализ и отбор образовательных электронных ресурсов.
Выбирается форма урока: урок – презентация, практикум, тематический проект и т.д.
Проводится анализ и выделяются основные структурные элементы урока, осуществляется выбор способов взаимодействия различных компонентов (преподаватель – обучающийся – ОЭР - учебный материал), их функциональные взаимосвязи на каждом из этапов урока.

Именно на этом этапе преподаватель определяет необходимое аппаратное и программное обеспечение (локальная сеть, компьютер, программные средства, мультимедийный проектор, организационная техника).

Операциональный . На данном этапе проводится детализация функций, которые можно возложить на средства ИКТ, способы их реализации; осуществляется поэтапное планирование урока. Определяется:

цель;
длительность этапа;
форма организации деятельности обучающихся;
функции преподавателя и основные виды его деятельности на данном этапе;
форма промежуточного контроля.

Формы урока с использованием информационных технологий:

презентации,
исследования,
виртуальные экскурсии,
практикумы,
тематические проекты,
мультимедиа-энциклопедии,
уроки с использованием компьютерных дисков,
компьютерное тестирование.

Уроки с применением программы-презентации .

Большой интерес вызывают уроки-презентации, обладающие широким спектром демонстрационных возможностей.

При проведении таких уроков целесообразнее воспользоваться мультимедийным аппаратом. Преподаватель в данном случае является диспетчером, распределяющим временные ресурсы урока.

При отсутствии мультимедийного аппарата урок – презентации можно проводить в кабинете информационных технологий, где презентация устанавливается на каждое рабочее место. Диспетчером является ответственный обучающийся, который строго выполняет все требования преподавателя. Неэффективность данного способа заключается в том, что может нарушиться синхронность в работе обучающихся. Но с другой стороны, обучающийся может в любое дополнительное время воспользоваться кабинетом для повторения, закрепления данного материала.

Обучение - многогранный процесс, и контроль знаний- лишь одна из его сторон. Компьютерному тестированию в процессе работы над контролем знаний отводится ведущая роль. Можно выделить следующие положительные стороны при использовании компьютерного тестирования:

постоянный индивидуальный объективный контроль качества знаний на каждом этапе обучения;
индивидуализация обучения, в том числе индивидуальный темп обучения;
учет исходного уровня подготовленности учащихся;
оперативный сбор и анализ данных о результативности обучения.

Однако, составление тестовых заданий затрудняет работу преподавателя из-за отсутствия простых и нетрудоемких методик.

Деятельность педагога должна быть направлена на развитие потребности у учащихся расширять и углублять свои знания, умения и навыки в интересующей области; активизировать познавательные интересы и творческую деятельность; получать эмоциональное удовлетворение, побуждающее к длительным занятиям интересующим видом деятельности. Развитие умений целеполагания, анализа, сопоставления формирует у школьников готовность к профессиональному самоопределению.

Учитывая все изложенное, можно с уверенностью сказать, что при использовании в процессе обучения компьютерных технологий и возможностей повышается эффективность и качество процесса обучения; изменяется роль преподавателя: из первичного источника знаний он превращается в один из ресурсов, выступает в роли помощника; применение компьютерных программ и уроков-презентаций на занятиях позволяет добиться качественно более высокого уровня наглядности, эмоционального фона, значительно расширяет возможности развития познавательного интереса учащихся, что, в конечном счете, способствует их профессиональному росту.

За последние годы компьютер превратился из громоздкой машины, понятной только узкому кругу специалистов, в незаменимого помощника каждого человека. С появлением в конце XX века первых персональных компьютеров, а затем и сети Интернет, обычные люди получили доступ к большому объему информации. Все это делает компьютерное образование для детей обязательным в наши дни.

Компьютер – многофункциональное устройство, поэтому его необходимо использовать не только в рамках уроков информатики, но и в целях повышения качества учебно-воспитательного процесса во всех учебных заведениях, а также для расширения средств и методов подачи информации (визуальное, аудиальное, интерактивное).

Современные дети рано начинают проявлять интерес к компьютеру, легко осваивают его. Сегодня существует много простых обучающих игр, которые помогают закреплять основные знания, способствуют развитию ребенка, расширяют его кругозор. Задача родителей и педагогов – поощрять ребенка использовать компьютер в познавательных и обучающих целях, помогать ему, чтобы уже к школьному возрасту владение компьютером естественным образом вписалось в учебный процесс.

Б. Спок писал: «Человек действительно обогащается знаниями только тогда, когда эти знания для него что-то значат. Одна из задач школы – преподавать предметы в такой интересной и живой форме, чтобы ребенку самому захотелось изучить их и запомнить».

В этом и может помочь компьютер. Созданы специальные обучающие программы и web-сайты, где дети могут в игровой форме освоить алфавит, счет, геометрические фигуры, научиться различать цвета и многому другому. Кроме того, с помощью компьютера педагог и сам может создавать разнообразные обучающие материалы для детей. Например, видеоролики с помощью программ редактирования видео, информационные плакаты, освоив некоторые уроки фотошоп для начинающих, ну и, конечно же, компьютерные презентации – без них вообще сложно себе представить современного педагога.

Разнообразный компьютерный мир с его яркими, живыми образами, цветами и музыкой является привлекательным для ребенка, ему хочется поближе познакомиться с ним, начать играть. А как показывает педагогический опыт А.С Макаренко: «Игра имеет важное значение в жизни ребенка, то же, какое у взрослого имеет деятельность, работа, служба. Каков ребенок в игре, таков он будет в работе, когда вырастет». Так, через игру, рождается мотивационная готовность детей к освоению нового.

Очевидно, что компьютер более эффективен по сравнению с традиционными методами обучения детей дошкольного и младшего школьного возраста.

ИКТ в работе учителя

Компьютеры, а с ними и новейшие информационно-компьютерные технологии, всё более интенсивно вторгаются в нашу повседневную жизнь. Сегодня каждому образованному человеку, а уж тем более учителю необходимы хотя бы элементарные знания, умения и навыки работы на ПК. Учитель просто обязан быть информационно компетентным, без этого современное образование просто уже невозможно себе представить.

Использование в учебном процессе компьютера помогает оптимизировать и интенсифицировать учебный процесс, повысить интерес школьников к изучаемому предмету, воплотить идеи развивающего обучения, повысить темп урока, увеличить объём самостоятельной работы. Кроме того, новые информационные технологии способствуют развитию интеллектуальной и творческой одарённости учащихся, развивают логическое мышление, культуру умственного труда, формируют навыки самостоятельной работы, существенно влияют на мотивационную сферу учебного процесса.

Компьютер является оперативным средством наглядности в обучении, помогает при отработке практических умений учащихся, в ходе организации и проведения опроса и контроля школьников, в контроле и оценке домашних заданий, при работе с таблицами, графиками, схемами и т.д.

Наглядность, которую обеспечивает компьютер, особенно важна для младших школьников, так как у них ведущим является наглядно-образное и наглядно-действенное мышление. Технические средства обучения, проекционное оборудование, мультимедиа системы позволяют одновременно задействовать все каналы, воспринимающие учебную информацию (визуальный, аудиальный, кинетический), что значительно повышает качество усвоения учебного материала. Знания, полученные с помощью экранно-звуковых образов, в дальнейшем позволяют перейти к более высоким ступеням познания – понятиям и теоретическим выводам.

Учитель на уроке с использованием ПК выполняет функцию консультанта и организатора всего урока. Компьютер во время урока не заменяет учителя или учебник, но в корне изменяет характер педагогической деятельности. Он обеспечивает преподавателя новыми средствами обучения, позволяющими решать даже такие проблемы, которые ранее оставались нерешёнными.

На сегодня мы уже имеем значительный список всевозможных обучающих программ. Многие из них имеют некоторые недостатки, но сам факт их многочисленного существования говорит о том, что они востребованы и, несомненно, представляют собой определённую ценность.

Учитель может использовать на уроке несколько видов компьютерных программ:

Учебные (наставнические). Чаще всего используются для объяснения нового материала, для максимально полного и успешного его усвоения.
Программы-тренажёры. Применяются, когда теоретический материал обучаемым уже известен для формирования и закрепления навыков и умений учащихся, а также для их самоподготовки.
Контролирующие программы. Обеспечивают контроль уровня знаний и умений учеников. Эти программы разработаны в виде разнообразных проверочных заданий, в том числе и в тестовой форме.
Демонстрационные программы. Программы для наглядной демонстрации учебного материала описательного характера, разных наглядных пособий (картин, фотографий, видеофрагментов).
Информационно-справочные программы. Выводят необходимую информацию при подключении к образовательным ресурсам сети Интернет.
Мультимедиа-учебники. Представляют собой комплексные программы, сочетающие в себе большинство возможностей перечисленных выше видов программ.

Между тем информационно-компьютерные технологии продолжают стремительно развиваться. И, вероятно, уже не за горами тот день, когда голосовые команды, используемые сегодня при управлении сотовыми телефонами или системой «умный дом», будут использоваться в учебном процессе. Учитель сможет подавать голосовые команды на компьютер, и, находясь в любой точке класса, управлять информацией, выводимой на экран.

Таким образом, информационно-компьютерные технологии существенно повышают эффективность образовательного процесса, решая задачи, стоящие перед образовательным учреждением, по всестороннему развитию творчески свободной личности.

На основании вышеперечисленного можно сделать следующие выводы: применение компьютера позволяет повысить интеллектуальный уровень детей, раскрыть их творческий потенциал, развить интерес к окружающему миру через игровой процесс. При правильном применении компьютер способствует всестороннему развитию ребенка и повышает его интерес к обучению.

Современные компьютерные технологии предоставляют огромные возможности для развития процесса образования. Ещё К.Д. Ушинский заметил: «Детская природа требует наглядности». Сейчас это уже не схемы, таблицы и картинки, а более близкая детской природе игра, пусть даже и научно-познавательная.

Основная цель использования ИКТ - стимулирование учебно-познавательной активности каждого ученика через вовлечение в творческую деятельность. Основной целью применения информационных технологий - повышение результативности обучения посредством активизации познавательной деятельности, повышение интеллектуального развития учащихся, эффективности образовательного процесса и качества образования.

Задачи использования ИКТ в начальной школе.

Активизация познавательной деятельности учащихся с помощью современных электронных учебных материалов, предназначенных для использования на уроках в начальной школе; развитие мотивации к обучению; развитие информационного мышления школьников, формирование информационно-коммуникативных компетенций; развитие навыков самообразования и самоконтроля у младших школьников; повышение уровня комфортности обучения; снижение дидактических затруднений учащихся; повышение активности и инициативности на уроке и во внеурочной деятельности.

Система образования не может отставать от тех требований, которые диктует современное общество, а общество переживает период бурной информатизации. Компьютеризация школы – это актуальнейшая проблема образования на данном этапе. Это понимают сейчас все учителя, и я не исключение.

Внедрение информационных технологий в образовательный процесс способствует достижению основной цели модернизации образования – улучшению качества обучения, увеличению доступности образования, обеспечению гармоничного развития личности, ориентирующейся в информационном пространстве, приобщенной к информационно-коммуникационным возможностям современных технологий. Использование информационных технологий в учебном процессе начальной школы позволяет не только модернизировать его, повысить эффективность, мотивировать учащихся, но и дифференцировать процесс с учётом индивидуальных особенностей каждого ученика.

Мы стоим на пороге эпохи неограниченного развития и повсеместного распространения компьютеров, которые становятся интеллектуальным орудием и партнёром практически во всех сферах жизни и деятельности человека. Сегодня, когда информация становится стратегическим ресурсом развития общества, а знания – предметом относительным, так как быстро устаревают, становится очевидным, что современное образование – это непрерывный процесс.

Сегодня в традиционную схему «учитель – ученик - учебник» вводится новое звено – компьютер, а в школьное сознание – компьютерное обучение.

Для начальной школы это означает смену приоритетов в расстановке целей образования: одним из результатов обучения и воспитания в школе первой ступени должна стать.

1.готовность детей к овладению современными компьютерными технологиями.

2.способность актуализировать полученную с их помощью информацию для дальнейшего самообразования.

Внедрение в практику работы школ ИКТ – технологий является одним из приоритетных направлений модернизации, позволяющих не только повысить качество обучения, но и способствующих развитию информационной компетентности, раскрытию интеллектуально-творческого потенциала личности ученика.

Главными составляющими информационной компетентности ученика являются:

- умение правильно отбирать источники информации;

- умение находить и преобразовывать информацию из различных источников;

- владение конкретными навыками по использованию технических устройств;

Использование ИКТ в учебно-воспитательном процессе позволяет:

- активизировать познавательную деятельность учащихся на уроке и во внеурочное время;

- сохранять устойчивый интерес к предмету;

- моделировать и визуализировать сложные процессы и явления, рассматриваемые на уроках по разным предметам;

- учащимся заниматься самостоятельным поиском, подбором и анализом необходимой информации в сети Интернет;

- развивать креативные способности, формировать общую и информационную культуру у учащихся.

Главными преимуществами применения ИКТ являются:

*Возможность осуществлять дифференцированный подход к учащимся разного уровня готовности к обучению.

*Использование визуального, аудиовизуального и видео сопровождения на уроке.

*Сохранение высокого темпа урока, занятия.

*Обеспечение эффективной обратной связи между педагогом и учениками.

*Осуществление оперативного и объективного контроля УУД учащихся.

*Достижение высокого качества усвоения материала учащимися.

Сегодня компьютерные технологии можно считать тем новым способом передачи знаний, который соответствует качественно новому содержанию обучения и развития ребенка. Этот способ позволяет ребенку с интересом учиться, находить источники информации, воспитывает самостоятельность и ответственность при получении новых знаний, развивает дисциплину интеллектуальной деятельности.

Одной из активных форм педагогических технологий, которые развивают высокую мотивацию к учебно-познавательной деятельности и способствуют формированию информационной компетентности учащихся, являются проектные технологии. Совместная деятельность по работе над электронным проектом демонстрирует широкие возможности сотрудничества, в ходе которого учащиеся распределяют роли, помогающие всесторонне проявлять компетентность личности.

Преимущества использования в учебном процессе мультимедиа ресурсов:

- наглядность при объявлении темы, при рассмотрении фотографий;

- быстрая проверка самостоятельных заданий учащихся в опорных конспектах: формул, схем, выводов;

- решение задач и просмотр результата;

- позволяет сэкономить время учителя для подготовки и проведения данного опыта на уроке.

- реальный опыт провести невозможно, а анимация показывает, как на самом деле будут вести себя рассматриваемые объекты.

4. Тест на компьютере:

- даёт возможность быстро проверить знания учащихся, полученные на нескольких предыдущих и данном уроках;

- позволяет увидеть учителю степень усвоения материала и умение проверять полученные знания для решения качественных задач;

- сразу же сделать работу над ошибками.

5. Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем.

Все эти преимущества использования ИКТ в учебном процессе в сочетании с рассказом учителя позволяют развивать внимание и визуальное мышление – способность представлять образы и управлять ими в воображении. А визуальное (образное теоретическое) мышление является основой понимания.

Таким образом, использование ИКТ - технологий на уроках и во внеурочной деятельности позволяет оптимизировать учебно-воспитательный процесс, вовлечь в него учеников как субъектов образовательного процесса, развивать творчество, самостоятельность и критичность мышления.

Использование компьютерных технологий в обучении позволяет дифференцировать учебную деятельность на занятиях, активизирует познавательный интерес обучающихся, развивает их творческие способности, стимулирует умственную деятельность.

-75%

В области образования в настоящее время специалистами активно исследуется и широко обсуждается вопрос о способах оптимальной поддержки обучающихся во время процесса обучения. Многогранность проблемы эффективного персонализированного обучения вместе с глубиной вопросов о работе познания обуславливает текущие позиции образовательных институтов и положение образовательных систем (весьма плачевное).

Каким образом можно обеспечить эффективную поддержку обучающихся?

Первое, что приходит на ум и кажется более-менее очевидным для участвующих в обсуждении (а также наблюдающих), — результат обучения наиболее существенный в том случае, если программа обучения и контент направлены на специфические нужды обучающегося. Просто, но проблема обучения «не тому» оказывается актуальной во все времена. Интересно, кстати, в скольких местах конкретно конкретно вам, читающему(ей) сейчас этот пост уже приходилось забывать то, чему учили в школе / предыдущем месте, и переучиваться.

Второе — для наиболее оптимальной поддержки попыток обучающегося к познанию крайне важна подходящая сложность контента: не слишком просто, но и не чересчур сложно. Так, чтобы соблюдался баланс между вовлеченностью и усталостью, сохраняющий мотивацию к обучению. Выражаясь более научно: для успешного обучения важно поддерживать когнитивную нагрузку (cognitive load) обучающегося в рамках оптимального для конкретного ученика интервала.

Как достичь такой персонализации?

Традиционным способом оптимизировать когнитивную нагрузку является адаптация сложности обучающего контента к индивидуальным компетенциям обучающегося.

Как работает адаптивность образовательных сервисов сейчас?

Рис. 2. Принципиальное устройство адаптивных систем обучения, основанных на моделировании поведения ученика, представлениях об области знания и адаптационной моделью, связывающей их. Подробнее об этом — в источнике.

Если задуматься, становится понятным, что подобные «поведенческие» параметры в основе персонализации — это в большей степени «непрямые» измерения, поэтому и точность, обеспечиваемая данным подходом, зачастую оказывается крайне невысокой.

Так, например, большое количество ошибок при прохождении тестирования, допускаемое учеником подряд, запросто может быть вызвано не самим тестом, его сложностью, но неспецифическими процессами, такими как потеря концентрации, вовлеченности, психофизиологическим состоянием или эмоциональными реакциями во время выполнения заданий.

Может ли новая технология прийти на помощь?

В обучение вовлечен ряд нейрокогнитивных процессов, таких как, например, память, восприятие, внимание и др., которые лежат в основе познания и, по сути, отвечают за результат образовательной деятельности. Поэтому прямой доступ к информации об этих процессах (например, их мониторинг), а также возможность управления ими способны дать новые инструменты в персонализированном обучении и вывести образовательные практики на принципиально новый уровень.

Информация о когнитивных процессах спрятана, конечно, в активности головного мозга. Довольно глубоко и завуалированно, однако все же может быть найдена и извлечена из записанных нейрофизиологических показателей.

Рис. 3. Записанная электрическая активность головного мозга с датчиков, расположенных на разных участках головы. Где-то здесь информация о протекающих когнитивных процессах.

Как добраться до спрятанной в активности мозга информации и когнитивных процессах?

С появлением и развитием интерфейсов «мозг — компьютер» — устройств, напрямую связывающих головной мозг человека и компьютер (а значит — мозг и любое устройство интернета вещей), позволяющих транслировать сигналы мозга в контрольные сигналы физических или информационных устройств, — а также с развитием методов анализа сложных данных проявляется новая технология, которая дает возможность извлекать и использовать информацию о происходящих индивидуальных нейрокогнитивных процессах в обучении и построении обучающих окружений.

Рис. 4. Модель интерфейса «мозг — компьютер», которым мало кто согласится пользоваться (ввиду его инвазивности: электрод вводится прямо в ткань мозга). Подробнее — в источнике.

Доступ к мозговой активности может обеспечиваться разными способами. Среди прочих электроэнцефалография (ЭЭГ) — наиболее широко распространенный метод измерения активности головного мозга. Сигналы считываются с помощью электродов, расположенных в отдельных разных частях на поверхности головы (неинвазивно, не как на рисунке выше), усиливаются и передаются на компьютер. На рисунке ниже приведен пример системы, которая позволяет записывать слабые электрические сигналы, идущие от головного мозга с поверхности головы.

Рис. 5. Лабораторное устройство считывания биоэлектрических сигналов мозга (cлева) и его нелабораторный «аналог», разработанный одной молодой российской компанией, совмещенный с VR-шлемом (справа). Розовым на картинке подсвечены электроды.

Многие из вас наверняка видели подобные экстравагантно выглядящие шапочки с массой проводов, идущих от разных мест и подключаемых к коробке с энцефалографом. Однако не все знают, что в настоящее время активно развивается направление, связанное с переходом от таких девайсов к user-friendly консьюмерским эверидэй-интерфейсам, и многие зарубежные, а также и российские компании занимаются разработкой удобных для использования широкой аудиторией устройств для измерения активности головного мозга.

Вернемся к сигналам мозга. Насколько они сильны? Что и как с ними можно делать?

Сырые сигналы с сенсоров шумны, сложны, нестационарны и имеют большую размерность. Поэтому они проходят процесс первичной обработки — препроцессинга, включающего фильтрацию, после чего становятся пригодными для экстрагирования отдельных компонентов, которые могут в дальнейшем использоваться в качестве контрольных сигналов. Для обработки показаний датчиков используются различные методы машинного обучения. Такие методы обычно требуют определенного количества данных для тренировки алгоритмов: прошедших препроцессинг, подвергнутых ручной разметке для понимания того, где что написано, и возможности отнесения к тому или иному классу по специализированным меткам.

Основываясь на этих данных и соответствующих метках, алгоритмы учатся находить паттерны в считываемой новой информации и классифицировать их, а также строить предиктивные модели, позволяющие предсказывать, к какому классу будут принадлежать новые точки данных.

Рис. 6. Классификация сигналов без использования современных компьютерных методов.

С контролем и выделением паттернов понятно. Как это использовать в образовании?

Традиционные BCI (Brain-computer interfaces) дают возможность коммуницировать с компьютером или контролировать его с помощью использования активности мозга, разделенной алгоритмами на несколько классов. Более поздние модификации нейроинтерфейсов позволяют так же эффективно экстрагировать некоторую информацию о самом пользователе (конечно, при его согласии, и — внимание! — это не чтение мыслей), оценивать его/ее ментальные состояния (напр., когнитивную нагрузку, эмоциональное состояние, уровень внимания / бдительность).

Таким образом, с помощью BCI и компьютера становится возможно осуществлять мониторинг и обратную связь с представлением информации о функционировании головного мозга, полезной для пользователя. Кроме этого, поскольку нейроинтерфейсы позволяют оценивать когнитивные процессы, в том числе в реальном времени, использование ИМК способно осуществить более хитрое и точное (по сравнению с непрямыми методами, лежащими в основе традиционных систем адаптивного обучения) неявное отслеживание состояния учащегося и тем самым способствовать лучшей адаптации учебного контента для повышения успешности образовательного процесса.

Многие исследования, направленные на измерение когнитивной нагрузки, сделанные разными группами ученых, неоднократно демонстрировали, как количество когнитивной нагрузки может быть измерено с помощью ЭЭГ.

Рис. 7. Эксперимент компании BrainCo в китайской школе. Прибор, отслеживающий концентрацию ученика на учебе. Китай активно интересуется эффективностью обучения.

Эта тема заслуживает отдельного обзора. Здесь скажу только, что основными параметрами для ЭЭГ-фидбэка обычно являются изменения амплитуд, связанных с событиями потенциалов или специфическими колебаниями (ритмами), фиксируемые — например как изменение мощности сигналов в определенных частотных диапазонах при решении арифметических задач — при повышении внимания (концентрации) или, наоборот, релаксации.

Подобные эффекты рабочей нагрузки, экстрагируемые и классифицируемые в ЭЭГ, могут обнаруживаться с помощью BCI и использоваться для адаптации учебной среды.

Так вот она — технология? Давайте использовать?

— Ну, так, да. Давайте попробуем.

Текущие достижения областей искусственного интеллекта, обучения с подкреплением с использованием нейрональных сигналов вместе с технологиями мозг-компьютерных интерфейсов способны обеспечить лучшее понимание функционирования головного мозга учащегося, а также использовать индивидуальные показатели при построении адаптивных иммерсионных компьютерных сред для эффективного персонализированного обучения.

Применение нейрокомпьютерных интерфейсов, активно развивающихся в настоящее время, имеет потенциал вывести персонализированное обучение на новый уровень, повысив качество, эффективность процесса образования и удовольствие от него, значительно улучшив традиционные подходы адаптивного обучения.

Конечно, не каждый нейроинтерфейс в действительности позволяет сделать то, о чем написано выше, однако девайсы, которые действительно работают, уже активно появляются на рынке.

Расскажите в комментариях, если хотели бы опробовать такие устройства на себе.

Читайте также: