employee
, Russian Federation
UDK 37 Народное образование. Воспитание. Обучение. Организация досуга
The article deals with the possibilities of using modern digital technologies in pedagogical activity on the example of digital twins. The change in the nomenclature of the scientific pedagogical specialty affects the approaches to the implementation of research. At the same time, education should be guided by trends and opportunities offered to society by scientific and technological progress. The digital technology proposed for study is actively used in industry and in the analysis of the behavior of social systems. A digital twin is a digital copy of a living or inanimate physical entity. In the hypothesis under consideration, the pedagogical model will be imitative, and its digital copy will be ontological. Based on the ontological model, we formulate the elements of the system, set mathematical parameters for it and translate it into machine language, prolong the model in time and space and get the result. The form of designing a digital twin of a pedagogical model is presented and described. Research in the field of mathematical modeling and synergetics served as the basis for building a hypothesis. A new approach to pedagogical modeling can serve as a basis for improving vocational education and designing the future professional activities of students.
Digital technologies, digitalization, digital twin, simulation, pedagogical model, professional education
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. Prikaz Ministerstva nauki i vysshego obrazovaniya RF ot 24 fevralya 2021 g. № 118 "Ob utverzhdenii nomenklatury nauchnyh special'nostey, po kotorym prisuzhdayutsya uchenye stepeni, i vnesenii izmeneniya v Polozhenie o sovete po zaschite dissertaciy na soiskanie uchenoy stepeni kandidata nauk, na soiskanie uchenoy stepeni doktora nauk, utverzhdennoe prikazom Ministerstva obrazovaniya i nauki Rossiyskoy Federacii ot 10 noyabrya 2017 g. № 1093" [Order of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation dated February 24, 2021 No. 118 "On approval of the nomenclature of scientific specialties for which academic degrees are awarded, and Amendments to the Regulations on the Council for the Defense of Dissertations for the Degree of Candidate of Sciences, for the degree of Doctor of Sciences, approved by Order of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation dated November 10, 2017 No. 1093" ] // Rezhim dostupa: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/400450248/ in Russia
2. GOST R 57700.37–2021 «Komp'yuternye modeli i modelirovanie. Cifrovye dvoyniki izdeliy. Obschie polozheniya».in Russia [GOST R 57700.37-2021 "Computer models and modeling. Digital twins of products. General provisions"]
3. Vanyagina, M. R. Novyy pasport nauchnoy pedagogicheskoy special'nosti po metodologii i tehnologii professional'nogo obrazovaniya / M. R. Vanyagina, V. E. Vanyagin // Vestnik Sankt-Peterburgskogo voennogo instituta voysk nacional'noy gvardii.[Bulletin of the St. Petersburg Military Institute of the National Guard Troops] – 2021. – № 3(16). – p. 3-8. in Russia
4. Vihman, V. V. "Cifrovye dvoyniki" v obrazovanii: perspektivy i real'nost' / V. V. Vihman, M. V. Romm // Vysshee obrazovanie v Rossii.[Higher education in Russia] – 2021. – T. 30. – № 2. – pp. 22-32. – DOI 10.31992/0869-3617-2021-30-2-22-32. in Russia
5. Evseeva, I. G. Soderzhatel'no-funkcional'naya model' formirovaniya tvorcheskogo myshleniya u kursantov obrazovatel'nyh organizaciy MVD Rossii / I. G. Evseeva // Vestnik ekonomicheskoy bezopasnosti.[Bulletin of Economic Security] – 2018. – № 3. – p. 231-234.in Russia
6. Evseeva, I. G. Formirovanie kursantami – buduschimi social'nymi pedagogami kompetencii v oblasti razlichnyh informacionnyh resursov i tehnologiy / I. G. Evseeva, I. V. Ul'yanova // Vestnik ekonomicheskoy bezopasnosti.[Bulletin of Economic Security] – 2017. – № 4. – pp. 225-229.in Russia
7. Kozyreva, O. A. Modelirovanie kak social'no-pedagogicheskiy fenomen : kurs zanyatiy dlya uchiteley, pedagogov sredney i vysshey shkoly, slushateley IPK i FPK, studentov i aspirantov [Modeling as a socio-pedagogical phenomenon : a course of classes for teachers, teachers of secondary and higher schools, students of IPK and FPC, students and postgraduates ] / O. A. Kozyreva ; Federal'noe agentstvo po obrazovaniyu, Kuzbasskaya gosudarstvennaya pedagogicheskaya akademiya. – Novokuzneck : Kuzbasskaya gosudarstvennaya pedagogicheskaya akademiya, 2007. – 627 p. – ISBN 978-5-85117-226-3. in Russia
8. Lodatko, E. A. Tipologiya pedagogicheskih modeley / E. A. Lodatko // Vektor nauki Tol'yattinskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Pedagogika, psihologiya. [Vector of Science of Togliatti State University. Series: Pedagogy, psychology] – 2014. – № 1(16). – pp. 126-128. in Russia
9. Milovanov, V. P. Sinergetika i samoorganizaciya : obsch. i social. psihologiya [Synergetics and self-organization : total. and social. psychology] / V. P. Milovanov. – Moskva : URSS Publ, 2005. – 204 p. – ISBN 5-484-00078-5. in Russia
10. Obrazovanie, kak sposob sozdaniya navykov v ekonomike znaniy na primere tehnologiy BIM v epohu cifrovyh bliznecov i cifrovoy pedagogiki (EDTECH) / O. N. Pokusaev, V. P. Kupriyanovskiy, A. A. Klimov [i dr.] // International Journal of Open Information Technologies.[International Journal of Open Information Technologies] – 2021. – T. 9. – № 6. – pp. 78-105. in Russia
11. Romanovskaya, V. E. "Cifrovoy dvoynik" kak osnova cifrovogo proektirovaniya i modelirovaniya / V. E. Romanovskaya // Cifrovye tehnologii v ekonomike i promyshlennosti (EKOPROM-2019) : Sbornik trudov nacional'noy nauchno-prakticheskoy konferencii s mezhdunarodnym uchastiem [Digital technologies in economics and industry (ECOPROM-2019) : Proceedings of the National scientific and practical conference with international participation], Sankt-Peterburg, 22–23 noyabrya 2019 goda / Pod redakciey A.V. Babkina. – Sankt-Peterburg: POLITEH-PRESS Publ, 2019. – pp. 208-214. – DOI 10.18720/IEP/2019.5/27. in Russia
12. Sibirev, V. V. Ot strukturno-kognitivnoy modeli krizisa v pedagogicheskih sistemah k formal'noy idealizacii matematicheskoy modeli / V. V. Sibirev, A. R. Sibireva // Povolzhskiy pedagogicheskiy poisk.[Volga Pedagogical Search] – 2020. – № 4(34). – pp. 86-92. – DOI 10.33065/2307-1052-2020-4-34-86-92. in Russia
13. Fiofanova, O. A. Analiz sovremennogo sostoyaniya issledovaniy v oblasti upravleniya obrazovaniem na osnovanii dannyh / O. A. Fiofanova // Cennosti i smysly.[Values and meanings.] – 2020. – № 1(65). – pp. 71-83. – DOI 10.24411/2071-6427-2020-10005. in Russia
14. Cifrovye tehnologii v obrazovatel'nom prostranstve / O. I. Vaganova, A. V. Gladkov, E. Yu. Konovalova, I. R. Voronina // Baltiyskiy gumanitarnyy zhurnal.[Baltic Humanitarian Journal] – 2020. – T. 9. – № 2(31). – pp. 53-56. – DOI 10.26140/bgz3-2020-0902-0012. in Russia
