Реализация планировщика учебных треков Learnee с применением генетических алгоритмов

В данной работе проанализирована потребность в средствах организации процесса самостоятельного обучения, структурированы результаты проведенных глубинных интервью с респондентами, а также описан пользовательский интерфейс и сформулирован базовый алгоритм планировщика учебного плана на базе классического общепринятого контента, уже используемого в установившемся учебном процессе.

1.     ВВЕДЕНИЕ

В условиях отсутствия культуры стабильных учебников по базовым учебным курсам - студентам и людям, вынужденным самостоятельно готовиться к экзаменам крайне затруднительно ориентироваться в том, насколько качественно учебники, доступные на рынке, связаны между собой. То же самое касается прочих типов контента: хроникальные видеозаписи лекций, статьи, аудиозаписи, методические пособия, по которым нужно ориентировать учащихся - часто подаются в хаотичном порядке без логических связей между собой. Трудность выбора из большого количества материалов именно тех элементов, которые задействованы в действующем курсе ставит вопрос о создании сервиса, способного предоставить преподавателю инструменты для структурирования, а студенту - дать возможность планово проходить материалы в условиях автономии без вовлечения преподавателя в организационный процесс. Сервис создаётся для людей, занимающихся самообучением, преподавателей высших учебных заведений и их студентов для того, чтобы оптимизировать процесс самостоятельной работы путем формирования общедоступного учебного плана, представленного в виде трека (хронологической последовательности потребления контента) и сформировать четкое понимание учебного процесса по предоставленным материалам. Текущие LMS (Learning Management System) решения служат скорее вспомогательным инструментом, а не самодостаточным сервисом, не требующим вовлеченности преподавателя. LMS не предоставляет таймлайн как единый понятный продукт, содержимое которого адаптируется в зависимости от результатов успеваемости студента.

Актуальность данной темы обусловлена её востребованностью, выявленной путем опросов нескольких целевых выборок из студентов разной степени успеваемости и преподавателей, а также отсутствием удобной сущности, задающей хронологический порядок потребления учебного материала.

В данной работе, путем создания подобного приложения, решается одна из актуальных задач организации самостоятельной деятельности студента либо вольного слушателя, находящегося вне учебного заведения и не имеющего возможности непосредственно получать обратную связь со стороны преподавателя.

2.        ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРВИЧНЫЙ АНАЛИЗ

В данном разделе будут подробно рассмотрены и описаны результаты проведенных опросов, определение и обоснование области решаемых проблем.

2.1     Глубокое интервью

Глубокое интервью - метод сбора информации посредством беседы с респондентом по заранее подготовленному списку вопросов. Эта беседа очень похожа на традиционное журналистское интервью - пространную беседу по какой-нибудь теме с целью выявления отношения интервьюируемого, его личного мнения по какой-то проблеме [1]. Роль интервьюера в данном случае заключается в том, чтобы помочь опрашиваемому респонденту самому сфокусировать свои мысли путем задания ему открытых вопросов, выявляя проблематику из его рассуждений. [2]

Преимуществом такого подхода является возможность открыть новые доменные области в изучаемой проблематике путем интервьюирования с минимальным необходимым воздействием людей, которые имеют непосредственное отношение к решаемой задаче (в нашем случае это студенты и преподаватели), а также детализация существующих доменных областей.

В нашем случае существовало несколько гипотез, которые было необходимо проверить и выявить возникновение затруднений у нескольких ролей потенциальных пользователей сервиса.

Был проведен опрос 22 респондентов из трех различных категорий:

•  8 - студенты с хорошей успеваемостью по учебе и/или имеющие успехи в научной деятельности;

•   7 - студенты со средней успеваемостью и/или имеющие проблемы с понятийным аппаратом;

•   7 - преподаватели из фундаментальных и прикладных областей высших учебных заведений либо практикующие репетиторство.

2.2     Анкета и процесс интервью

Было составлено две различные анкеты для студентов и для преподавателей со следующими группами вопросов:

Анкета №1 (студенты):

Анкета №2 (преподаватели):

Также были выдвинуты гипотезы для проверки анкетами:

Опросы проводились под диктофонную запись с последующим анализом записанной информации.

2.3      Результаты интервью

По результатам проведенного исследования были сделаны следующие выводы для трех сегментов:

Успешные студенты, высокая успеваемость и социальная активность, уже работают или делают собственные проекты, самостоятельны, Москва:

• Выявлена потребность в авторитетных источниках - людях, поддерживающей среде.

• У большинства нет времени на подробное изучение предметной области, а навыки нужны срочно.

• Выявлена сложность в том, чтобы найти нужную информацию: либо она только на бумаге, либо только за рубежом, либо стоит дорого для студента. Необходимость фокуса на актуальном материале.

• Выявлена необходимость самостоятельно структурировать информацию.

Неуспешные студенты и студенты со средней успеваемостью, низкая потребность в саморазвитии, неопределенность в выбранной профессии, Москва:

•         Выявлена низкая мотивация по различным причинам, неопределенность на момент поступления, непонимание смысла части изучаемых курсов и их практической пользы. Также низкая мотивация обусловлена откровенно низким качеством обучения в большинстве случаев.

•         Определен набор проблем с недоступностью материалов и сложностью их изложения. Зафиксированы слабое понимание связности между преподаваемыми курсами и сложность в фильтрации излишней информации и умении фокусироваться на сути изложения.

•         Отсутствие качественной поддержки и обратной связи со стороны преподавателей и кураторов.

Преподаватели, стремление к увеличению эффективности образовательного процесса путем внедрения интерактивных технологий (семинары вместо лекций и т.п.), Москва:

•         Выявлены затруднения с мотивацией студентов - дисциплина вводится как производное

•         Также выявлена сложность с определением общего уровня студентов в аудитории

•         Также сложно оценивать причины провалов в прогрессе студентов в процессе обучения

Выявлена общая деталь: важность мотивации в процессе обучения и необходимость качественных, методически выверенных учебных материалов для обеспечения легкости освоения, отсутствие структуры и последовательности изложения в подаваемых учебных материалах и предлагаемых для решения задачах. Зачастую - отсутствие фундаментальных деталей, о которых студент не имеет представления и тем не менее необходимых для усвоения материала. В качестве примера - попытка изучать основы программирования на динамиче- ски-типизированном языке программирования Python без понимания основ ООП и опыта программирования на процедурном языке, в силу чего для учащегося остаются непонятыми критические сообщения об ошибках, выдаваемые интерпретатором только в runtime, набор частных случаев (магические методы, неявное приведение к булевому значению, изменяемые значения по умолчанию для аргументов и т.д.) и объектный интерфейс, который имеет большинство сущностей языка.

2.4      Определение проблемы

По итогам проведенных интервью был сделан вывод, что и у студентов и у преподавателей есть нужда в инструменте, который бы позволил структурировать ежедневную рутинную деятельность, т.к. неуспевающим студентам довольно легко потерять контекст повествования преподавателя во время занятия (либо они могут заболеть и пропустить часть занятий) и отстать от остальной группы, а у преподавателей нет эффективного инструмента для того, чтобы отслеживать качество конспектов и концентрацию внимания всех учащихся. Также и у людей, которые вынуждены самостоятельно изучать материал по разного рода причинам (например, подготовка к экзаменам GMAT или GRE) - нет эффективных инструментов для быстрой организации обучения по именно тем материалам, которые нужны для курса, сейчас у людей много времени уходит на изучение куррикулума и самостоятельное планирование, при этом часто без четкого осознания, какие материалы каким должны предшествовать и какие задачи после прочтения каких материалов надо решать для закрепления и в каком количестве. Поэтому было принято решение создать инструмент, который позволяет преподавателю составить учебный план, состоящий из заданий с указанием для каждого из них временных промежутков, в которые должен быть изучен теоретический материал либо решена задача. По сути — это планировщик учебной деятельности студента, воспринимаемый преподавателями как сервис для составления домашних заданий, а учащимися - как сервис для оптимизации навигации по учебному материалу и фиксирования текущего статуса по их изучению.

3. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

Проект получил поддержку в рамках конкурса “УМНИК” Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере в 2016 году. Реализация была проведена согласно календарному плану, в первой части которого предусматривалась реализация самого сервиса, а во второй части - реализация алгоритма планировщика задач для формирования учебного трека исходя из свободного времени учащегося.

В первой части был реализован сам сервис, разработана таксономия элементов, которые автор курса может добавлять в учебный трек, механизм добавления элементов, их редактирования и удаления, механизм подписки на аккаунты внутри системы, механизм уведомлений, а также информационный чат-бот для перенаправления уведомлений с сайта на мобильный клиент приложения Telegram (рис. 3.1).