Двумя ногами в будущем. Как цифровизация помогает ТПУ опережать время

Что такое цифровизация в образовании, почему она не ограничивается онлайн-курсами и занятиями в Zoom, и зачем учреждениям высшего образования опережать прогресс?

Поговорили об этом с проректором по цифровизации Томского политехнического университета Александром Фадеевым.

На сегодняшний день в вузовском сообществе нет конкретного определения цифровизации. Чаще всего под ней понимают несколько направлений. Первое включает всё, что связано с цифровыми образовательными технологиями — дистант, онлайн-курсы, видеоконференции и многое другое, что получило актуальность с пандемией коронавируса. Многие вузы включают именно это в свою стратегию цифровизации.

— У ТПУ здесь огромный задел. Кроме традиционных вещей, таких как видеоконференцсвязь и онлайн-курсы, мы используем виртуальные симуляторы, лабораторные работы, системы тренажёров и очень много ищем решений, которые позволяют обучающимся не только слушать теорию, но и приобретать навыки, — говорит Александр Фадеев.

Второе направление вузовской цифровизации роднит университеты и предприятия, для которых они готовят кадры. Речь идет о применении локальных сервисов автоматизации бизнес-процессов. Каждый вуз, как правило, разрабатывает собственные решения, которые будут отвечать именно его потребностям.

— Казалось бы, образование — оно у всех одинаковое, а нет, — объясняет Фадеев. — Существуют традиции университета, устоявшиеся подходы, отношение к образованию. До сих пор нет ярких случаев, когда бы готовые технические решения, автоматизирующие бизнес-процессы, могли быть перенесены с одного университета на другой. Еще 20-25 лет назад некоторые локальные решения были практически во всех университетах (например, система планирования учебного процесса, известная под названием «шахтинские планы») — но тогда в вузах всё было очень похоже. Сегодня такой подход не работает. Существуют решения на базе 1С, но их адаптация требует космических усилий, равносильных созданию с нуля.

В ходе этого процесса университет превращается в огромную платформу, вроде «Госуслуг», на которую нанизано множество сервисов. Предполагается, что таким образом обеспечивается прозрачность процессов, быстрота доступа к информации. Чаще всего на этом направлении понятие вузовской цифровизации заканчивается. Однако можно пойти дальше, к персонализации обучения.

К сожалению, достичь идеала пока никому не удалось, однако работы в этом направлении ведут многие университеты.

Четвертый компонент цифрового университета — использование сквозных цифровых технологий (например, ИИ или распределенные ресстры) для управления вузом. С их помощью формируется модель вуза, которая описывает идеальный процесс обучения, все системы университета. В ней собираются все возможные данные — сколько работал каждый компьютер в корпусе, сколько раз прокрутилась «вертушка» общежития, сколько студентов ходят на лекции и другие. На основе этих данных система сама принимает решения.

«Например, у нас в университете 8,5 тысяч компьютеров в корпусах. Управлять таким огромным количеством тяжело. Сегодня мы занимаемся анализом — сколько часов каждый компьютер работает. Три компьютерных класса находятся рядом в корпусе. В каждом из них компьютеры работают, допустим, по два часа в день — это хорошо или плохо? Это ужасно, — отвечает Александр Фадеев. — Через пять лет компьютер устареет морально, а фактически он отработал за это время всего один год. То есть, вместо трех компьютерных классов нужен один, который бы эксплуатировался с утра до вечера, а через пять лет мы бы спокойно заменили компьютеры. Эту экономику человеку увидеть тяжело, а система ИИ это делает с легкостью. Вот в чем прелесть этих систем: они обрабатывают огромное количество данных и помогают нам принимать управленческие решения.

В Россию идея цифрового университета пришла вместе с Национальной технологической инициативой где-то в 2014 году. Этот проект спровоцировал большие подвижки в области автоматизации многих процессов. В частности, именно благодаря НТИ начала разрабатываться цифровая экономика РФ. Отчасти все это связано с происходящей Четвертой промышленной революцией и началом использования больших данных для принятия решений. В связи с этим вузы также должны были адаптироваться и готовить кадры, которые могли бы работать в новой цифровой реальности.

— Мы уже должны быть вовлечены в эти процессы, понимать, как устроены предприятия нового уклада, какие там принципы, разделение труда, — отмечает Александр Фадеев. — Университеты — это тоже предприятия, у них одним из продуктов является выпускник и его знания. Но если вузы не перестроятся на цифровые рельсы, возможно, мы, как и предприятия, которые не перешли в свое время на промышленный уклад, просто умрем.

Разговоры о цифровизации вузов летом прошлого года стали звучать чаще. На образовательном интенсиве «Остров 10-22» в Сколково этой теме была посвящена целая образовательная программа, где эксперты определяли, что же такое цифровой университет. Пандемия ускорила процесс цифровизации вузов в связи с суровой необходимостью. Университеты, которые и ранее задумывались о системах автоматизации и онлайн-образовании, перенесли резкий переход на удаленку гораздо легче.

— Конечно, большинство университетов применяют онлайн-технологии. Одни вузы разрабатывают новые методики, другие внедряют готовые технологии, — рассказывает Александр Фадеев. — Локальные системы автоматизации тоже в университетах много лет существуют — у кого-то меньше, у кого-то больше. У нас в Политехе уже больше 10 лет существует система комплексной автоматизации. За это время мы накопили такое количество данных, что сегодня, подключая на них же новые сквозные цифровые технологии, начинаем принимать интересные решения, которые раньше были бы просто невозможны.

Так, в Политехе уже анализируют накопленные данные об успеваемости студентов и могут оценивать траектории движения обучающихся. Тех, кто идет по приблизительно одной «тропинке», объединяют в кластеры — кто-то очевидно стремится к успеху, а кто-то ступил на «скользкую дорожку».

— Мы проводили исследование среди студентов второго курса: какие у них оценки по какому предмету, а потом смотрели — отчислили их или нет. Оказалось, что в конце второго курса можно сказать, отчислят студента или нет, с точностью 97%, — отмечает Александр Фадеев. — Я думаю, мы скоро сможем и в конце первого курса такой прогноз сделать и работать с такими студентами при помощи психологов и тьюторов. Часто со студентом нужно просто поговорить, разобраться, и большую часть этих ребят можно спасти без особых усилий.

По словам проректора, похожие инструменты можно применять и к данным, которые собирают среды электронного обучения. Они фиксируют вход студента на курс, когда он начала слушать лекцию, когда закончил, сколько раз пытался сдать тест.

— Анализируя траекторию поведения, можно делать выводы о студентах, — отмечает Александр Фадеев. — В начале семестра студент старается сдать всё раньше других, раньше просматривает лекции, а к концу семестра уходит в должники. То есть студент деградирует в течение семестра, это видно. Если мы научим машину выявлять таких деградирующих студентов, то просто в середине семестра можем ему автоматически направить хотя бы SMS, в мессенджеры написать: «Привет, у тебя проблемы, если ты сейчас не начнешь учиться, тебя отчислят с вероятностью вот такой». Прошла неделя, не сработало, информация переходит к тьюторам: «Есть пять студентов, которые не хотят учиться. Надо разобраться, что у них». Это новое поколение решений, которые раньше без цифры невозможно было принимать. На наш взгляд, это и есть суть цифрового университета, если мы говорим об образовательном процессе.

В Томском политехе цифровизация стартовала задолго до того, как это стало мейнстримом. Началось все с электронных журналов, призванных сделать систему более упорядоченной и централизованной. Системы онлайн-образования в ТПУ изначально разрабатывали под заочников, которых на пике у вуза было более 9 тысяч. Изначально для рассылки заданий и получения работ обучающихся использовали целую почтовую службу. С появлением интернета систему оптимизировали, снабдив существующие сервисы интернет-оснасткой. И только в последние шесть лет фокус электронного образования сместился на студентов-очников.

— Если с заочкой мы вынуждены были заниматься от безысходности, нам нужно было как-то организовать коммуникацию между студентом и преподавателем, то потом мы увидели, что электронное обучение приходит в дополнение традиционным технологиям. Она имеет свои плюсы, свои минусы, просто еще одна технология, — рассказывает Александр Фадеев.

Одно из главных преимуществ онлайн-обучения перед традиционным — асинхронность. Преподаватель готовит лекции и задания, а студент подключается тогда, когда ему удобно — вечером или в выходные. Кроме того, обучающиеся могут легко повторить пройденный материал, вернуться к лекциям, чтобы освежить свои знания перед зачетом или экзаменом.

В политехе стремятся к тому, чтобы 100% всех курсов вуза были доступны в онлайн-формате. На сегодняшний день в ТПУ все дисциплины 1-2 годов обучения можно пройти, сидя за компьютером. Для этого в вузе работают с преподавателями. Их обучают и помогают создавать из их занятий полноценные онлайн-курсы. В целом, на их создание уходит от полугода до года — сюда входят как записи видео с преподавателем из студии, так и разработка иллюстративных материалов. Речь идет не только о создании иллюстраций, но полноценных 3D-моделей. Помимо преподавателей над курсами трудится целый штат сотрудников. В связи с этим стоимость подготовки образовательных материалов иногда выходит весьма существенной — до 1,5 млн рублей. При этом в год в ТПУ выпускают около 200 онлайн-курсов.

«Пандемия показала, что те, у кого есть онлайн-курсы, даже не заметили перехода на дистант. Конечно, мы потеряли доступ к лабораториям, для нас это критически важно, к установкам, роботам, микроскопам, химикатам. Но во всем остальном, у кого был онлайн-курс, студенты как учились, так продолжили учиться, все было доступно», — рассказала Александр Фадеев.

ТПУ — вуз инженерный, здесь очень важна практика. Поэтому цифровизация в Политехе коснулась и лабораторий. В онлайн-формат здесь перевели более 250 лабораторных установок, чтобы студенты могли проводить простые опыты. Конечно, полноценной заменой практических занятий это назвать нельзя, однако, побывав на цифровых «лабах», студенты более свободно ориентируются в лабораториях реальных.

Еще одна цифровая «фишка» ТПУ — создание сред виртуальной реальности. В одной из них студенты могут пройтись по огромному геологическому полигону — точной копии полигона в 100 га в Хакасии, где они могут выполнять задания, изучать выходы пород и сталкиваться с ожидающими их в реальности трудностями. Например, упасть или намочить ноги, получив штрафные баллы. Прогулявшиеся по виртуальной Хакасии студенты тратят в семь раз меньше времени на подготовку к «боевым» условиям. Они знают технику безопасности, умеют пользоваться инструментами, легко находят необходимые выработки. Обучающиеся получают все необходимые навыки, которые нужно лишь закрепить на практике.

В другой виртуальной среде студенты могут посетить учебный ядерный реактор Политеха, заглянуть в активную зону, понажимать на кнопочки, не боясь, что что-то может пойти не так. И все это они делают в знакомой среде. При создании виртуальной реальности используются популярные в геймдеве игровые движки (в частности Unity), с которым большинство студентов знакомятся, когда играют в различные компьютерные игры.

А не так давно в ТПУ запустили новый тренажер по математике для системы Moodle. Он основан на дополнительном плагине STACK, который позволяет генерировать бесконечное количество математических задач, дает персонализированную обратную связь студенту, отлавливая ошибки и и выдавая рекомендации.

— Программа сама понимает многое, например, что при перестановке слагаемых сумма не меняется. И не надо писать ответ, как раньше, буква в букву. Каждому студенту генерируются собственные задания — например, интегральные выражения одни, но у каждого свои числа, — рассказывает Александр Фадеев. — Если он не понимает, как работает интеграл, он не сможет списать, потому что у его друга-отличника будут другие цифры.

Томский политехнический университет готовит системных инженеров, которые умеют мыслить и понимают, как устроен бизнес, в который они придут работать.

— Политех всегда готовил инженеров с широкими знаниями. Поэтому мы первые два года тратим просто космические часы на базовую физику, химию, математику, чтобы человек понимал, как мир устроен системно, — объясняет Александр Фадеев. — А цифра, это способ сделать эти процессы совершенными, экономически выгодными, доступными, прозрачными, гибкими.

Текст: Егор Хворенков
Фото: Серафима Кузина

Подписывайтесь на наш телеграм-канал «Томский Обзор».