Среда повсеместного мобильного обучения

В статье представлен исследовательский проект № 6610 «Исследование среды повсеместного мобильного обучения» аналитической ведомственной целевой программы “Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)”

Ключевые слова – мобильное обучение, мультиагентные системы, визуализация знаний, зоны доступа к цифровым ресурсам

Цель работы

Цель работы: Изучение вопросов внедрения в высшее образование мобильных устройств и программного обеспечения, позволяющего моделировать и изучать мультиагентные системы. Создание учебной среды на базе партнерской социальной сети, внутри которой происходит обмен опытом и совместная деятельность. Внедрение мобильных устройств и социальных сервисов в реальный учебный процесс, вовлечение студентов и аспирантов в создание и использование мультиагентных моделей.

Методология проведения работы

Методология проведения работы - изучение совместной сетевой деятельности на базе экспериментальных площадок.

Результаты работы

Результаты работы:

1. технологии и методы создания и поддержания площадок для совместной деятельности,
2. рекомендации по организации совместного повсеместного обучения,
3. материалы сетевых семинаров,
4. многоагантные модели и сетевые сервисы, используемые для совместного обучения.

Повсеместный компьютер

Концепция постепенного врастания компьютеров в деятельность, общение и размышление человека. Компьютер завоевывает все новые области применения и постепенно становится незаметным и практически невидимым - краткое название Ubicomp.Золли формулирует направление это направление следующим образом:

• Компьютер освоит все области использования, на которые он будет способен
• Мы не можем представить на что способен и на что будет способен компьютер по мере развития информационных технологий.

В числе пионеров видения концепции повсеместного компьютера - Алан Кей (интимный компьютер), Марк Вейзер, сформулировавший основные принципы повсеместного компьютера:

• скромный и незаметный помощник

Повсеместное обучение - естественное следствие

• Определение концепции юбикомпа в ВикиПедии
• http://homepage1.nifty.com/konomi/shinichi/ubicomp.html перечень материалов по теме повсеместного компьютера

Повсеместная инфраструктура, поддерживающая нашу постоянную и повсеместную связь с компьютерными сетями уже создана. Простые примеры:

1. Микроблогинг с мобильных телефонов. Многие сервисы позволяют своим пользователям отвечать на стандартный вопрос "Что Вы сейчас делаете", публикуя сообщения с мобильного телефона. Скрытое содержание сообщения: «Чем бы человек не был занят, где бы он ни находился, он постоянно остается в сети, связанным с другими людьми».
2. Мобильное планирование и управление. Сервисы, подобные календарю Google, позволяют планировать индивидуальную и коллективную деятельность. Можно настроить сервис таким образом, чтобы он присылал напоминания о предстоящем событии как сообщение электронной почты или как sms-сообщение. Скрытое содержание сообщения «Планирование деятельности повсеместно поддерживается электронными помощниками»

Повсеместное обучение = коннективизм

Появление в последние годы в образовательной практике недорогих мобильных устройств с возможностью подключения к беспроводной сети является одной из наиболее значительных тенденций повсеместного образования. Современные исследования показывают, что внедрение мобильных устройств в образование ведут к качественным изменениям образовательной практики [Klopfer].

Происходит переход от состояния с исключительным ресурсом - источником энергии, выходом к сети, источником знаний и т.д. к состоянию, когда узлы сети связаны между собой и ценность сети определяется числом связей.

Изменяется технология и правила подключения к сети. Размывается само понятие "точки доступа", "класса доступа в сеть Интернет", "Интернет-аудитории", в которой есть исключительные возможности для подключения к сети.

• Где у вас в ВУЗе, в библиотеке, в музее, школе или детском саду зона доступа к сети Интернет?
• Она у нас по всей территории и даже за границами территории.

Мобильные зоны мобильного доступа

В рамках работы в первом полугодии 2009 года в Нижнем Новгороде были созданы несколько экспериментальных зон, поддерживающих возможность мобильного повсеместного обучения. При этом

Общая схема для организации деятельности:

• Компьютер
• Проводная и беспроводная сеть различной топологии
• Программное обеспечение, которое поддерживает совместную сетевую деятельность
  • XAMPP
  • MediaWiki - коллективное редактирование статей
  • Elgg
  • WordPress
• Организация совместной сетевой деятельности

Изначально точка и зона мобильного доступа в сознании выглядела большой и неповоротливой. Создаем зону - достаточно напыщенное действие

• подключаемся к сети ВУЗа,
• раздаем доступ, с которого студенты могут входить на сервер НГПУ и работать с определенными выделенными ресурсами.
• регистрируем участников на общем сервере

Схема достаточно неповоротлива и слабым местом оказался сам сервер НГПУ - отключение электричества, невозможность связаться с администратором и т.д. - все это сделало коллективную работу крайне неудобной. Хочется простого - прийти в точку, где назначена встреча со студентами и начать работу. Изначально предполагается, что есть общий ресурс, к которому преподаватель дает доступ.

Мобильная среда обучения в НГПУ

Зона № 1 на базе Нижегородского государственного педагогического университета (НГПУ) студенты с мобильных нетбуков входят в сеть и работают над своими проектами. Индивидуальные работы студентов связаны со средой Scratch, картами знаний и статьями в MediaWiki. Общей средой для хранения результатов работы служит MediaWiki. Изначально планировалось, что вся деятельность будет основываться на общеуниверситетском сервере, но в связи со сбоями в его работе происходит создание нескольких вики-площадок на базе интернет-классов НГПУ.

• Создание зоны свободного доступа внутри и вокруг НГПУ – в этой зоне можно использовать возможности сетевой среды. Организация «зон доступа», которые будут служить пространством входа в виртуальную среду на базе компьютерных классов и в рамках модели «1 студент:1 мобильный компьютер».
• Создание виртуальной топологии университета, которая будет помогать студентам, преподавателям и другим работникам университета ориентироваться в возможностях сетевой среды.
• Информационное наполнение виртуальной среды. Формирование учебного контента на базе ВикиВики НГПУ. Интеграция учебного контента на базе курсов Moodle и контента, создаваемого пользователями на базе МедиаВики.

Биостанция нижегородского университета

Зона № 2 на базе биостанции Нижегородского государственного университета (ННГУ). Студенты биологи в ходе летней практики в июне – июле 2009 года используют нетбуки для хранения данных, доступа к учебным материалам, фотографирования объектов живой природы, коллективных проектов внутри медиавики. Проект продолжает стратегию объединения различных активностей вокруг общей викифицированной коллекции материалов.

Летняя школа

Зона № 3 на базе летней школы для старшеклассников в селе Старая Пустынь развивает идеи летней школы 2008 года по модели «1:1», которая основывалась на коллективном использовании школьной вики системы. Каждый ученик школы со своего ноутбука по беспроводной сети работал в MediaWiki и помещал в общей базе данных свои материалы. Вики-среда поддержала различные виды учебных активностей и позволила объединить в общем проекте различные типы данных.

Школьные экологические экспедиции, реализуемые в научной школе Старой Пустыни являюся основой летнего полевого практикума для ряда нижегородских школ. Разрабатывая направление цифровой экологии, Медиалаборатория НГПУ предлагает свою концепцию наполнения содержания деятельности учщихся. Учитываются и апробируются возможности современных цифровых и мобильных средств в исследовательской деятельности и коммуникациях.

Модель 1:1 (полевая спецификация). Каждый юный участник экспедиции на все время полевого практикума (7 дней, 10 дней) получает индивидуальный ноутбук OLPC XO. Модель школьного ноутбука OLPC XO оказалась наиболее оптимальной для использования в полевых условиях. OLPC XO при малом весе и габаритах, собран в надежном водонепроницаемом корпусе, имеет ресурс работы не менее 4 часов, поддерживает режим зарядки от солнечной портативной батареи. OLPC XO работает под опеационной ситемой Linux в графической оболочке Sugar. Спектр приложений, предустановленых на ноутбук, собран с учетом потребностей школьников и ориентирован на организацию сетевого взаимодействия. Сервисы сетевого взаимодействия устнавливаются на ноутбуках автоматически. Ноутбуки поддерживают режим работы в беспроводной меш-сети. Так образом, любая деятельность на ноутбуке может быть организована как совместная деятельность и эта особенность является наиболее привлекательным и отличительным аспектом применения данных устройств для организации творческой работы учащихся в группе.

Виртуальное пространство экспедиции. В помещении лаборатории полевого стационара установлен компьютер, выполняющий функцию сервера. Обращение к серверу осуществляется по беспроводной компьютерной сети WiFi посредством точек безпроводного доступа установленных на территории базы. Каждый компьютер, находящийся в индивидуальном пользовании участников экспедиции, может быть использован как терминал доступа к серверу. Необходимость в сервере отражает коллективную стратегию экспедиционной группы в отражении и накоплении научных результатов своих исследований. На серверной станции установлен комплект приложений (xamp), обеспечивающий возможность установки и запуска веб-приложений. В качестве основного «движка» на веб-сервере установлена среда Mediawiki. Это обеспечивает возможность колективного написания гипертекста всеми участниками экспедиции. Веб-сервер имеет подключение к Интернет. Сервис DinamicDNS позволяет адресовать внутренний сервер полевого стационара извне по адресу http://ecolab.blogsite.org

Каждый участник летней научной школы создает свою собственную собственную страничку на которой размещает записи индивидуального дневника - вики-блог. Ежедневно назначаются дежурные по сайту, задачей которых является патрулирование правок mediawiki и ведение хронологии лагерной жизни – полевого журнала. Каждый учащийся в ходе экспедиции ведет исследовательскую работу и размещает ее материалы на страничках mediawiki.

Школы Нижнего Новгорода

В рамках мониторинга хода проекта «Компьютер для школьника» был проведен анализ процесса создания среды мобильного обучения в школах 8, 37, 128 Нижнего Новгорода. В ходе проекта все учащиеся начальных классов получили портативные компьютеры Asus EEE PC, которые начали применяться их учителями в преподавании предметов начального цикла (математики, русского языка, окружающего мира).

Параллельно с освоением учащимися новых технологий начала развиваться информационная инфраструктура этих школ. Классы, в которых осуществляется преподавание в среде мобильного обучения, были оборудованы точками доступа к беспроводной сети wi-fi. В каждой школе был развернут файловый сервер для хранения учебных материалов и проектных работ учащихся.

Тенденции - собрались на мобильной платформе, сделали необходимую работу, получили результаты, освоили навыки и умения и закрыли ресурс. Сезонность веб-ресурсов.

---

Совместная деятельность в среде повсеместного обучения

Развитие Интернет технологий сегодня привело к формированию веб 2.0 - состояния сети, при котором пользователь компьютера становится не только читателем, но и автором. Джерард Фишер [4] пишет о происходящих в образовании изменениях, используя понятие метадизайна. В эпоху телевидения и Веб 1.0 разработчики учебной среды создавали и фильтровали учебные потоки, конечными потребителями которых были ученики. На современном этапе разработчики учебных систем и дизайнеры учебных сетей должны планировать деятельность таким образом, чтобы ученики могли не только знакомиться с содержанием, но и сами могли выступать в роли активных создателей информационного контента.

Типология сервисов

Среди многообразия способов классификации сервисов Веб 2.0 наиболее простой представляется пользовательская классификация, устроенная по принципу, что можно делать с помощью этого средства.

• Вики — сфера деятельности, в которой авторы работают над вики-страницами коллективных гипертекстов.
• Блоги — сфера деятельности, в которой отдельные авторы оставляют свои записи.
• Поисковая сфера, в которой участники ищут, сохраняют и классифицируют найденную информацию.
• Социальные сети — сфера деятельности, в которой люди устанавливают связи друг с другом и строят социальные сети.
• Диаграммы связей
• Логосфера — сфера деятельности, в которой авторы создают и обмениваются своими программами и их фрагментами.
• Облака сервисов, в которых участники используют все многообразие сервисов, собранных «под зонтиком» какой-то одной корпорации — Google, Яндекс, Yahoo.

Подробные типологии сервисов:

• Классификация сервисов при помощи графвиз

Типология сетевой деятельности

• Теоретические основания учебной сетевой деятельности

• Поиск информации
• Классификация объектов
• Создание и размещение объектов
• Создание текстов
  • Редактирование
  • Комментирование
  • Оценивание
• Географическое связывание

• Типология умений 21 века
• Сервисы и компетенции 21 века, граф

Средства визуализации совместной деятельности

При организации совместной деятельности и коллективной работой над созданием документов, статей или программ особое значение имеет представление и отслеживание общей работы.

Визуализация проектов в сети

Возможность посмотреть результаты работы по проекту, возможность посмотреть и оценить продукт – карту знаний, программу и т.п. без установки дополнительного программного обеспечения. Примеры такого встраивания готовых объектов в содержание веб-страниц можно наблюдать на сайтах Scratch – http://scratch.mit.edu и в группах NetLogo. В своих работах мы использовали эти же приемы для представления Scratch проектов и проектов NetLogo на своих сайтах. Примеры можно наблюдать на страницах поекта Letopisi – встраивание карт знаний FreeMind, на страницах проекта Виртуальная Пустынь – встраивание в текст статей моделей NetLogo. Использование многоагентной среды открывает перед преподавателями и студентами новые возможности для коммуникации. В этой среде участники учебного процесса не просто описывают события, но стремятся понять и смоделировать закономерности, лежащие в основе этих событий. Меняется язык, на котором происходит взаимодействие группы. От терминов описания событий преподаватель переходит к моделированию событий. Учащиеся от запоминания и повторения фактов переходят к самостоятельным экспериментам с многоагентными моделями. Возникают новые формы публикации учебных материалов. Современная сетевая литература позволяет ученику не только прочитать материал, но и играть и экспериментировать с различными параметрами модели и создавать на ее основе свои модели. Например, реализованная в рамках работы по проекту модель "Лидерство" доступна в сети на сайте Виртуальная Пустынь http://www.uic.nnov.ru/pustyn/netlogo/charism.html В ближайшее время будут запущены новые образовательные вики-проекты, на базе DekiWiki, которая позволяет встраивать в статьи Scratch-проекты.

Визуализация статистики

Наиболее простые данные для анализа дает изучение статистики посещаемости сайта. Надо отметить, что в последнее время статистика Google Analytics - http://www.google.com/analytics/ дает возможность увидеть тенденции развития сообщества и увидеть не только тех, кто просматривает сайт, но и ведет на нем конструктивную деятельность.

В качестве примера приведет анализ статистики посещаемости ресурса Letopisi.ru. Если мы рассмотрим статистику ежедневных посещений проекта, то цифры будут еще более оптимистичными. Цифры посещений росли в течение 2-х лет. Осенью 2008 года каждый день сайт посещало около 5 тысяч пользователей. Весной 2009 года посещаемость ежедневная посещаемость сайта выросла почти вдвое. Данные свидетельствуют только о том, что сайт достаточно популярен и у него много посетителей. Большинство посетителей являются пассивными зрителями, которые попадают на сайт случайно, блуждая в сети Интернет. Об этом свидетельствует анализ данных о посетителях, пришедших на 1-2 страницы сайта и оставшихся менее чем на одну минуту.

За полгода количество таких однократных и одноминутных посетителей выросло, как и общее число посетителей. Значительно больше, чем зрительская аудитория проекта нас интересует сетевое сообщество авторов, постоянно работающих на сайте, добавляющих новые материалы и редактирующих существующие статьи. Чтобы оценить численность этого сообщества мы использовали выборочные данные, в которых представлены участники, постоянно возвращающиеся на сайт и проводящие на нем не менее 5-ти минут. Осенью 2008 года более 500 авторов работало на сайте ежедневно. И это число весной 2009 года выросло незначительно. Постоянная группа авторов, работающая над развитием паутины сетевого соучастия, составляет около 10% от общей аудитории проекта.

Следующий способ визуализации статистики связан с использованием электронных таблиц Google для сбора информации из открытых источников. Статистика всех проектов открыта, и мы можем наблюдать динамику развития всех сообществ, использующих вики-технологию. Способ наблюдения за взаимосвязанностью гипертекста и устойчивостью сетевого сообщества, исходя из распределения обратных ссылок, может быть использован для различных вики-проектов. Кроме этого способа мы использует и анализ более простых параметров, которые так же позволяют судить о степени связанности гипертекста и устойчивости сообщества Мы выбрали следующие параметры:

• Количество страниц - общее число страниц, которые содержаться в базе данных. Сюда входят страницы участников и их производные, шаблоны
• Количество полноценных статей, в которых есть ссылки на другие статьи
• Количество участники
• Количество загруженных в базу данных файлов - это все графические файлы, которые загружены участниками в МедиаВики.

В качестве значимых параметров, позволяющих судить о связанности гипертекста, можно использовать следующие:

1. Отношение количества статей к числу зарегистрированных авторов. Это достаточно нейтральный параметр. Как показывают данные из нескольких сообществ, количество зарегистрированных участников и количество статей - достаточно близкие цифры. По ряду серверов участников даже больше. Т.е. есть участники, которые зарегистрировались и не написали ни одной статьи. Такое положение дел достаточно часто встречается в сетевых сообществах, поскольку обычное распределение соответствует цифрам 1:10:90 – 1% участников организует деятельность, 9 – 10 % активно участвуют и 90% наблюдают за деятельностью, не принимая участия.
2. Отношение количества загруженных файлов к числу статей. Рост этого отношения сообщает об угрозе сообществу – участники начинают перегружать свои статьи фотографиями и схемами. Иногда рост числа загруженных файлов означает, что участники начинают использовать ресурсы сообщества в своих личных целях для хранения собственных документов, музыкальных и видеофайлов. По большинству образовательных вик количество загруженных файлов превышает число статей и это должно служить предупреждением об опасности.
3. Отношения числа редактирований к числу статей. Чем выше это отношение, тем чаще происходит редактирования статей, тем выше активнее совместная деятельность и совместное обсуждение материалов. По всем образовательным сообществам общее число редактирований превосходит количество статей. Для некоторых сообществ отношение составляет 7:1 (wiki.iteach.ru) и даже 12:1 (Вики Хабаровского края).

Визуализация связей между узлами сети

Феномен формирования сети за счет предпочтительного присоединения новых узлов к наиболее популярным узлам сети может быть продемонстрирован и на материалах самой летописи. Если мы рассмотрим частоту правок статей «Летописи», то увидим распределение соответствующее безмаштабной сети. Огромное количество статей с небольшим количеством правок и очень небольшое число популярных узлов.

Тот же феномен предпочтительного присоединения к популярным узлам сети может быть продемонстрирован при сравнении числа обратных ссылок (backlinks), которые характеризуют каждую статью коллективного гипертекста. Распределение обратных ссылок внутри гипертекста носит крайне неравномерный характер, свойственный безмаштабной сети – большинство статей связаны с очень не большим числом других документов и только небольшое количество статей действительно популярны и с ними связано множество других документов.

Используя записи и связи, существующие внутри базы данных коллективного гипертекста, мы можем анализировать вклад отдельных участников, динамику роста страниц, вклад отдельных категорий и т.д. Самое главное – мы можем вовлекать студентов в реальную сетевую исследовательскую деятельность. Для организации такой деятельности достаточно воспользоваться данными, которые предоставлены на специальных страницах MediaWiki.

Сетевая деятельность участников, такие действия как установление связей между статьями, добавление меток-категорий и другие, могут быть отслежены и проанализированы без организации групповых опросов. Всякое действие участников внутри паутины соучастия есть исследовательский материал, который может быть проанализирован и представлен. Представление материалов, объектов и действий внутри исследовательской среды происходит автоматически.

Принципиальный момент состоит в том, что мы рассматриваем сеть не только в качестве транспортной среды, которая дает возможность доступа к удаленному ресурсу-узлу, но в качестве полноценной исследовательской среды, где мы можем исследовать связи между объектами-узлами. На этапе формирования групп в сети возникает «сетевой эффект», для описания которого был предложен закон Рида «эффективность и ценность формируемой сети пропорциональна 2 в степени N, где N — число узлов в сети».

Эта закономерность подчеркивает особенность современных социальных сетей. Ценность структуры, в которой все дочерние узлы связаны только с центральным узлом, определяется числом узлов. Эта структура характерна для централизованной сети распространения данных (радио, телевидение). Если же узлы связаны между собой, то ценность такой сетевой структуры по мере появления новых узлов растет экспоненциально. Ценность социальных сетей определяется не столько содержанием, которое передается по каналам сети от узла к узлу, сколько связями между узлами.

Например, когда мы добавляем человека в перечень своих друзей на сервисе Flickr.com мы делаем это потому что его фотографии нас интересуют и мы собираемся их в будущем отслеживать и просматривать. Круги друзей, которые образуются в ходе наших взаимных выборов, соответствуют схеме наших отношений внутри сообщества. Сервис http://marumushi.com/apps/flickrgraph/ Когда мы обмениваемся сообщениями внутри Twitter, то мы обращаемся с теми, кто нам действительно интересен. Чем чаще мы обращаемся к человеку, тем большее значение для нас имеет этот канал обмена информацией. Сервис http://twitter.mailana.com использует данные twitter и на основе общения людей, выстраивает картину их отношений.

Внутри социальной сети FaceBook люди устанавливают дружеские отношения и объединяются в группы. Сервис TouchGraph на основании этих данных выстраивает картину отношений. При помощи социальных сервисов мы можем изучать не только отношения между людьми, но популярность отдельных терминов внутри выбранной группы. Мы можем собрать использовать для сбора различные сервисы. Самым простое решение задачи выглядит как сбор множества потоков внутри сервиса FriendFeed. Сервис позволяет собирать данные с более 50-ти различных типов сетевых публикаций. После того как данные объединены в общем потоке мы можем Пример такого решения приведен в комнате "Учителя Intel Россия" http://friendfeed.com/rooms/inteltru

Использование категорий помогает соавторам отслеживать деятельность друг друга и объединять свои усилия в рамках общей темы. В Вики разметка страниц при помощи категорий приобретает исключительно важное значение, поскольку она еще и становится одним из основных механизмов навигации. В связи с этим встает вопрос о необходимости нахождения разумного баланса между субъективным характером тегов и необходимостью вносить некую системность и упорядоченность в достаточно аморфную структуру Вики среды. По мере развития проекта число категорий меток, которыми участники помечают свои статьи и изображения, росло пропорционально поступающему в энциклопедию материалу. Перечень категорий, существующих внутри Летописи в настоящее время, может быть представлен графически в виде облака тегов. Размер категорий представленных в облаке тегов на рисунке 20 зависит от количества вложенных тегов.

Заключение

Современные сетевые сервисы - вики, блоги, сервисы совместного редактирования, пользовательские галереи и коллекции видео позволяют выстроить учебный процесс в духе умений и качеств 21 века. Учебные средства веб 2.0 становятся неотъемлемой составляющей при построении сред мобильного обучения, а учащиеся, приобретая навыки использования их на уроке, смогут перенести их в свою жизнь и работу и после окончания школы.

Литература

1. Патаракин Е.Д., Конструирование учебной среды из множества личных кирпичиков Высшее образование в России, №8 2008 г.
2. Klopfler E. (2008). Augmented Learning Research and Design of Mobile Educational Games, MIT Press: 2008
3. The Necessary Revolution. How Individuals And Organizations Are Working Together to Create a Sustainable World Written by Peter M. Senge, Bryan Smith, Nina KruschwitzAuthor, Joe Laur and Sara Schley
4. G. Fischer, 2005. "Distances and diversity: Sources for social creativity," Proceedings of Fifth Conference on Creativity & Cognition (London), pp. 128–136; and at http://l3d.cs.colorado.edu/~gerhard/papers/creativity-cognition-2005.pdf.
5. Fischer, G., & Konomi, S. (2007). Innovative socio-technical environments in support of distributed intelligence and lifelong learning. Journal of Computer Assisted Learning, 23(4), 338 - 350.
6. Siemence G. Knowing Knowledge, Publisher: Lulu.com (November 21, 2006) ISBN-10: 1430302305, http://www.knowingknowledge.com/book.php
7. The Ecology of Games: Connecting Youth, Games, and Learning: - The MIT Press 2008 http://www.mitpressjournals.org/toc/dmal/-/3
8. Cope B. Kalantzis M. (2006) Ubiquitous Learning: - University of Chicago 2006