Статья посвящена описанию разработки онлайн-платформы, объединяющей различный функционал в области электронного образования. Основной целью нашей работы является создания единой платформы, которая сможет удовлетворить потребности как учителей, так и учеников в эффективном обучении и обмене информацией.
Ключевые слова: видеоконференция, дистанционное обучение, образование, онлайн-платформа, сервисы, технологии в образовании, учеба, цифровое образование, цифровое программное обеспечение, цифровой формат.
Буквально 10–15 лет назад использование компьютера в учебе было редкостью, учителя обладали крайне скромными навыками работы с цифровым ПО, а ученики и вовсе пользовались лишь учебниками и своими знаниями для решения задач. К счастью, мир не стоит на месте и уже сейчас школа способна полностью перевести образование в цифровой формат, используя самые разнообразные сервисы и платформы, в этом и кроется главный недостаток современной системы электронного образования — множество сайтов, сервисов, программ и приложений: от электронного дневника, до системы видеоконференцсвязи.
В рамках работы проводилось исследование конкурентов и целевой аудитории, а также разработка концепции внедрения проекта с привлечением партнеров и заинтересованных лиц. Особое внимание уделяется вопросам безопасности и защиты данных пользователей, в том числе применению криптографии и смешанного шифрования. В итоге, внедрение онлайн-платформы позволит значительно упростить процесс обучения и повысить его эффективность, а также улучшить взаимодействие между учителями и учениками, что в свою очередь должно привести к более высоким результатам в обучении.
Современные образовательные платформы стали все более популярными среди учащихся и преподавателей, особенно в свете пандемии COVID-19, когда онлайн-образование стало обязательным для многих. Однако, несмотря на то, что эти платформы предлагают много преимуществ, таких как удобство и доступность, они также имеют свои недостатки.
Например, сервисы для образования имеют ряд проблем, связанных с отсутствием единой организации, сложностями в использовании, ошибками, уязвимостями в безопасности. В связи с этим, создание платформы, которая объединила бы в себе возможности нескольких приложений и сервисов для проведения дистанционных уроков, выполнения контрольных и тестовых работ, мониторинга оценок и учета тем, которым ученик должен уделять больше внимания, является актуальной задачей.
Также, одним из основных недостатков современных решений является уязвимость к кибер-атакам. В основном, именно образовательные платформы (как и системы бизнеса) хранят большое количество личной информации, включая данные об учащихся, их логины и пароли, а также данные о занятиях и материалах. Эта информация может стать целью атак кибер-преступников, использующих её для кражи личности, мошенничества и многих других преступлений. Поэтому безопасность хранения и передачи данных является критически важным аспектом для образовательных платформ.
Целью данной работы является:
– Разработка удобной в использовании безопасной мобильной и веб-платформы для образования, которая объединит в себе все необходимые функции и имеет возможность анализировать данные для мониторинга прогресса учеников и улучшения процесса обучения.
Для достижения поставленной цели в рамках данной работы были поставлены и решены следующие задачи:
– Изучение требований пользователей — учителей и учеников, анализ конкурентов и определение недостатков и проблем в существующих решениях.
– Разработка функциональных и нефункциональных требований к платформе.
– Проектирование архитектуры и дизайна платформы, с учетом полученных требований.
– Интеграция необходимых микросервисов (видеоконференции, решение тестов и контрольных работ).
– Разработка алгоритмов анализа данных и мониторинга прогресса учеников (в том числе с помощью машинного обучения).
– Разработка алгоритмов шифрования для защиты данных учеников и учителей.
– Тестирование и отладка платформы, с учетом пользовательских требований и обратной связи.
Гипотеза исследования заключается в анализе существующих платформ и создании своей на основе проведенных исследований. Создание такого вида сервиса требует искусства, умения понимать пользовательские требования и переводить их в эффективный проект. В целом, проектирование и разработка инновационного сервиса в образовании является творческим процессом, который требует комплексного подхода и глубокого понимания потребностей пользователей.
Социологическое исследование
В ходе исследовательской деятельности, направленной на анализ рынка образовательных систем на данный момента, была проведена серия трех социологических опросов с целью систематизированного анализа и получения объективных данных об отношении наших будущих пользователей к цифровизации образования. Среди респондентов (в общем, около 400 человек, жители Тюменской области) мы выделили три основные группы: учителя и преподаватели, учащиеся и студенты, родители и представители обучающихся. Каждый этап опроса был структурирован, что обеспечило выявление аспектов отношения и предпочтений респондентов, взаимодействующих с образовательными сервисами. Основными темами опросов стали «Отношение опрашиваемых к процессам цифровизации в сфере образования» и «Восприятие опрашиваемыми использования искусственного интеллекта в образовательных целях». Каждый опрос был спроектирован в соответствии с вышеуказанными темами для точного выявления мнений, оценок и позиций респондентов.
Рис. 1. Отношение опрашиваемых к цифровизации образования
Рис. 2. Отношение респондентов к ИИ в образовании
Рис. 3. Использование цифровых платформ в образовании
На основе представленных выше результатов исследования можно сделать вывод, что с течением времени и под влиянием глобальной пандемии COVID-19 наблюдается значительный рост интереса и доверия к современным технологиям в образовании, включая искусственный интеллект, среди обучающихся и педагогов. Этот тренд может также быть обусловлен расширением доступности технологических ресурсов (в том числе популярных интерфейсных оболочек нейронных сетей) и распространением новых возможностей, которые они предоставляют, а также изменением роли технологий в условиях современного подхода к образованию в Российской Федерации.
Для более эффективного внедрения образовательных технологий мы также выполнили анализ международного опыта цифровизации образования. После изучения подходов европейских и американских учебных заведений, где цифровизация образования проходила мягче, мы пришли к некоторым выводам. Например, хорошей практикой является проведение лекций и мероприятий для всех пользователей платформы, как это делает Кампус GitHub Education [1], объединяющий студентов и учебные материалы со всего мира. А одним из наиболее эффективных примеров использования цифровых технологий в обучении является система “Flipped Class” (Перевернутый Класс), когда ученики сами изучают материал дома, а после закрепляют его с учителем. Такая практика применяется в Эдинбургском университете [2], такой подход позволяет не только упростить подход для учителя, но и составить индивидуальную учебную траекторию для ученика.
Техническая часть
Основной задачей при создании технической части стал выбор оптимального технологического стека, который сможет обеспечить работоспособность и масштабируемость нашего сервиса.
Поэтому в качестве Front-end-web фреймворков используются React и Next, позволяющие взаимодействовать с контентом на веб-странице благодаря хукам, заменяющим классы и Объектно Ориентированное Программирование.
Мобильное приложение использует язык программирования Dart и его фреймворк Flutter, разработанные компанией Google. Эта технология включают в себя Google-Material-UI и IOS-Cupertino, стайлгайды, позволяющие использовать гибридно-нативный подход к разработке мобильных приложений под Android и IOS, следовательно, разработчик может применять одну и ту же бизнес-логику для обеих платформ.
Клиентские части взаимодействуют с серверной через протокол HTTP (в случае нашего приложения это HTTPS), используя публичный API, базирующийся на web-сервере Django, и протокол гибридного шифрования данных [3 c. 102] (он сочетает в себе преимущества симметричного шифрования с помощью 256-битного ключа (высокую скорость и простоту), и асимметричного шифрования с помощью 4096-битного открытого ключа (надёжность и масштабируемость)), а также передают данные через SocketIO (и протокол WebRTC для видеоконференцсвязи).
Для хранения данных пользователей мы выбрали управляемый сервис базы данных MongoDB, предоставляемый платформой Yandex Cloud. MongoDB — это документо-ориентированная NoSQL база данных, которая позволяет эффективно хранить и организовывать информацию в формате JSON-подобных документов. MongoDB обеспечивает стабильную работу с изменяющейся структурой данных, это позволяет эффективнее масштабировать хранение и обработку информации.
По нашим расчётам, учитель тратит в среднем 1080 часов в одном учебном году на работу с электронным журналом (заполнение, дублирование оценок, выставление домашних заданий), чтобы помочь учителю и начать формирование учебной траектории учащегося мы разработали несколько концепций внедрения искусственного интеллекта на платформу. Наша базовая модель машинного представляет собой архитектуру Matrix Factorization. Matrix Factorization — это метод коллаборативной фильтрации, который разлагает матрицу оценок пользователей и предметов на две более низкоранговые матрицы, это позволяет получить фичи (features — признаки) пользователей и предметов. Помимо этого, мы проектируем ещё некоторые модели машинного обучения. Например, систему подбора образовательного контента для урока с использованием алгоритма деревьев решений (регрессионное дерево) или автоматическую проверку письменных работ с использованием кодировщика Transformer и необходимого учителю полносвязного выходного слоя нейронов (для базовой оценки) или декодера Transformer (для развернутой оценки работы) [4 c. 417]. В дальнейшем мы посвятим отдельную статью внедрению искусственного интеллекта в образовательную среду.
Работа над бизнес-составляющей проекта
Для финансового обеспечения проекта, учета возможных рисков и повышения конкурентоспособности производится бизнес-планирование и разработка стратегии монетизации сервиса. Основная целевая аудитория платформы — обучающиеся, педагоги, родители обучающихся. Финансовый план, разработанный на первые пять лет внедрения предполагает, что проект выйдет на точку безубыточности в течении 3-го года реализации. Монетизация проекта в первые два года осуществляется за счет контекстной и баннерной рекламы, которая будет размещена на сайте и непосредственно в мобильном приложении. Начиная с третьего года функционал будет расширяться: появятся собственные образовательные курсы, направленные на углубленное изучения предметов, подготовку к экзаменам и олимпиадам; начнет действовать система подписок, подписка будет расширять базовый функционал платформы, появится возможность занятий с репетитором и, соответственно, подписка для репетиторов, которые хотят размещать объявления о своих услугах и платные курсы на нашей платформе.
Средства на реализацию проекта в первые два года (до точки безубыточности) мы планируем получать, участвуя в грантовых конкурсах и бизнес-акселераторах.
В дальнейшем, мы будем масштабировать платформу, расширяя ее функционал, учитывая пожелания и потребности пользователей.
Литература:
- Кампус GitHub / [Электронный ресурс] URL: https://education.github.com
- Сайт Эдинбургского Университета / [Электронный ресурс] URL: https://www.ed.ac.uk
- Daniel G. Graham — Ethical Hacking: A Hands-on Introduction to Breaking In — M.: No Starch Press, 2021
- Francois Chollet — Deep Learning with Python — M.: Manning, 2021
