Профессор инженерии из Австралии модернизирует учебный процесс

Может показаться, что искусственный интеллект — это прерогатива гуру хай-тека, работающих в сверхсекретных учреждениях. Однако инженер и профессор Дэвид Келлерман за прошедшие три года разработал для своих студентов в Австралии новую учебную платформу на основе искусственного интеллекта, которая может коренным образом повлиять на высшее образование во всем мире.

С четвертого класса средней школы Келлерман знал, что станет инженером-проектировщиком. В возрасте 37 лет, спустя десять лет после получения докторской степени по вычислительной механике, он заинтересовался преподаванием и в настоящее время работает старшим преподавателем на факультете механики и машиностроения в Университете Нового Южного Уэльса в Сиднее — одном из крупнейших университетов мира, насчитывающем свыше 65 тыс. студентов. Дэвид проводит занятия с группами по 500 студентов, каждому из которых нужно уделить внимание.

Дэвид решил объединить студенческий поток в одну команду для совместной работы независимо от местонахождения и личных обстоятельств ее участников. Он создал платформу, включающую практически все продукты Microsoft, с уникальными возможностями для обучения: специальный бот отвечает на вопросы студентов, находит и высылает видеозаписи лекций, а панель мониторинга Power BI сравнивает ответы студентов на экзаменах и помогает сформировать индивидуальные программы подготовки к тестам на основе текущей успеваемости.

«Больше всего мне нравится точка зрения профессора Келлермана: «В нашем распоряжении есть все мировые технологии. Почему бы нам ими не воспользоваться?» — говорит Дэниел Вонг, младший преподаватель курса профессора Келлермана по инженерному делу. — Университет Нового Южного Уэльса всегда придерживался традиционного подхода к применению технологий в образовании. Профессор Келлерман стал инициатором перемен».

Когда Келлерман начал изучать машиностроение в Университете Нового Южного Уэльса в 2000 году, преподаватели записывали материал вручную и выводили изображение на стену с помощью проектора. Студенты вели записи в бумажных тетрадях, а задачи брали из учебников, которые им приходилось покупать. Невозможно было обойтись без живого взаимодействия и физического присутствия на занятиях — студенты должны были находиться в аудитории, чтобы записывать лекции и участвовать в семинарах. И это была единственная возможность получить помощь в процессе обучения.

«Учебное сообщество было способом выживания, но не в положительном смысле, — вспоминает профессор Келлерман. — Для того чтобы выжить, приходилось сотрудничать».

Когда он начинал преподавать, в самом разгаре была первая волна цифровизации образования. Вместо покупки учебников студенты могли скачивать их в цифровом виде, велась аудио- и видеозапись лекций для последующего просмотра. Но по сути ничего не изменилось. Студенты по-прежнему оставались пассивными получателями информации.

Однако контингент студентов стал совсем другим. Некоторым приходилось заботиться о детях и престарелых родителях дома или работать, поэтому они могли учиться только в очно-заочном формате. Некоторые студенты страдали аутистическими расстройствами, нарушениями зрения и слуха или имели другие ограничения по здоровью. Считая студентов своими коллегами и учитывая их различия, профессор Келлерман стремился обеспечить всех равными возможностями для получения качественного образования в среде, которая поможет им подготовиться к научному сотрудничеству и получить профессиональные навыки, необходимые для успеха в профессии.

«Сейчас задача заключается в том, чтобы модернизировать учебную систему с тем, чтобы она стимулировала творческий подход, а не просто получение знаний, — говорит он. — Три года назад я пришел в аудиторию, где находилось 550 студентов, и решал задачи на листке бумаги, демонстрируя их на экране с помощью проектора. Это было неудобно, особенно для отсутствующих студентов. Поэтому в тот же день я отправился в магазин Microsoft и купил ноутбук Surface с поддержкой рукописного ввода, чтобы все мои студенты могли видеть материалы занятий. Я также постарался, насколько возможно, свести весь учебный процесс в единую систему, которая будет полезна для всех».

В качестве внешнего интерфейса для новой образовательной системы было выбрано пространство Microsoft Teams, ссылка на которое была отправлена всем студентам. В течение минуты в групповой чат посыпались мемы от студентов, а за последующие недели количество участников увеличилось в десять раз. Студенты начали отвечать на вопросы друг друга, не рассчитывая только на помощь ассистентов (кураторов). Опрос студентов показал стремительный рост степени удовлетворенности занятиями до 99% по сравнению с обычным уровнем в 75%.

«Лучший способ повысить мотивацию к учебе — это создание сообщества, в котором люди учатся вместе, — говорит Келлерман. — Группы подразумевают вовлеченность, которая сопровождается активным общением».

Бриско Керфорд работал ассистентом профессора Келлермана во время пилотного семестра в 2017 году, когда канал Teams впервые использовался на курсе «Введение в теорию упругости». Он сказал, что его «слегка раздражала» мысль об абсолютно новой учебной платформе, но система оказалась столь логичной и была настолько быстро принята студентами, что она помогла ему упростить и повысить эффективность своей работы.

«Эта система была удобной, доступной и, что самое важное, простой в использовании», — сказал Керфорд.

«Каждый учебный ассистент курирует не менее ста студентов, поэтому раньше некоторые вопросы студентов неизбежно оставались без ответов и это тормозило их участие в учебном процессе», — говорит Майкл Линг, один из помощников профессора Келлермана на протяжении последних нескольких лет. По словам Линга, профессор «крайне внимателен к своим студентам» и не мог с этим мириться.

Специальный бот, разработанный Келлерманом в сотрудничестве с партнером Microsoft, компанией Antares Solutions, обрабатывает вопросы студентов в канале Teams и при отсутствии ответа на предыдущие аналогичные запросы немедленно пересылает уведомление о вопросе учебному ассистенту, к которому прикреплен студент.

«Студентам приятно знать, что кураторы видят их вопросы, и они рады получить ответ, — говорит Аннабель Бернс, в прошлом студентка профессора Келлермана и ассистент профессора в настоящее время. — Кураторам гораздо удобнее получать уведомления вместо того, чтобы постоянно просматривать форум в поисках вопросов. При получении уведомления можно быстро ответить на вопрос и помочь студентам получить нужную информацию».

Келлерман также начал маркировать все учебные материалы с помощью QR-кодов и использовать службу когнитивного фотопоиска. Таким образом, бот, отвечающий на вопросы, может распознать проблему, с которой столкнулся студент, по изображениям, которые он загрузил в пространство Teams, даже без ввода текста вопроса. Затем бот находит запись лекции в Microsoft Stream и отправляет студенту видеозаписи с соответствующей отметкой времени и другие полезные материалы даже из предыдущих курсов, которые он изучал ранее.

Келлерман говорит, что он использует «все, что предлагает компания Microsoft», демонстрируя глубокое понимание и знание ее продуктов.

«Файлы хранятся в OneDrive, для записи лекций я использую Stream, во время лекций вместо традиционной классной доски я предпочитаю рукописный ввод в записной книжке OneNote для занятий. Благодаря совместному доступу и синхронизации, когда я пишу у себя «X», студенты видят «X» на любом устройстве, которое они в данный момент используют, — говорит он. — Все эти системы работают на платформе Azure. Их интеграция позволяет получать данные и телеметрические показатели для последующего анализа, моделирования и изучения с помощью службы машинного обучения Azure. С помощью искусственного интеллекта и специального бота для ответа на вопросы мы смогли интегрировать все процессы взаимодействия, обучения и использования ресурсов. Этот бот может подключаться ко всем службам с помощью API-интерфейса Graph, а также получать доступ к службам Azure Cognitive Services и информации о людях в Microsoft Dynamics 365».

Келлерман разработал учебную платформу самостоятельно, с привлечением сотрудников университета. В процессе он также общался с разработчиками и менеджерами различных продуктов Microsoft, чтобы рассказать им о своем «крутом проекте» в Австралии.

Недавно он получил приглашение в офис Microsoft в Редмонде (Вашингтон), где у него была возможность в течение месяца работать с сотрудниками Microsoft и продемонстрировать демоверсию своей платформы в Лас-Вегасе на ежегодной конференции Microsoft Inspire для партнеров. В Редмонде он подчеркнул важность интегрированных решений для высшего образования, предложил свои идеи по улучшению продуктов и отметил, что Microsoft с ее обширным пакетом программных продуктов обладает редкой возможностью решать «важнейшие задачи», с которыми сталкивается высшая школа.

«Сокращение отсева студентов, создание условий для людей с инвалидностью, совместная работа и взаимодействие, индивидуальный подход к обучению, цифровизация экзаменов, возможность работы в любом месте (на территории университета и за ее пределами), организация обучения через Интернет — все высшие учебные заведения работают над решением этих задач», — сказал профессор Келлерман.

«Некоторые университеты подобны монопрофильным городам, в которых студенты проводят четыре года своей жизни, — сказал он. — Вы больше нигде не встретите такую экосистему. Учеба в университете является поворотным моментом в жизни, определяющим дальнейшую судьбу, и здесь цифровые технологии и искусственный интеллект обладают прекрасной возможностью помочь студентам влиться в эту жизнь с максимальной поддержкой, вдохновением, знаниями и общением, которые мы можем им обеспечить».

Линг охарактеризовал Келлермана как «упорного» и готового к экспериментам с новыми технологиями, его уверенность и энергичность, а также решительность сослужили ему хорошую службу во многих ситуациях.

«Я же инженер, я сам справлюсь», — сказал он видеооператору, когда тот попытался помочь ему с неисправным микрофоном во время одного из недавних интервью.

Платформа, которую он создал, также предназначена для работы в различных условиях. Келлерман не стремится извлечь из своего проекта коммерческую выгоду — он полагает, что эта платформа должна быть бесплатной и иметь открытый исходный код, что позволит применять ее для всех образовательных дисциплин.

«Мой отец был инженером-проектировщиком, а моя мать — художницей, поэтому в детстве я сочетал творчество с аналитическим подходом, — сказал Келлерман. — Инженеры очень креативны и привыкли мыслить абстрактно. Мы можем создавать теоретические модели, не отражающие реальность».

«Программист из меня никудышный, я никогда не обучался работе с технологиями искусственного интеллекта и облачных вычислений… И все же я стараюсь быть хорошим инженером и хочу создать хорошую систему, которая решает поставленную задачу. Для этого я полностью переосмыслил образовательный процесс и использую искусственный интеллект, чтобы дополнить человеческие возможности и повысить эффективность нашего взаимодействия».

Заглавное фото: Скотт Эклунд /Red Box Pictures.

Нижнее фото: Брайан Смейл.