О чём думает программист? И зачем на головы слушателям «Специалиста» надели обручи

«Лаборатория знаний» совместно с УЦ «Специалист» провели исследование эффективности обучающих программ с помощью нейроинтерфейсов. На протяжении всего курса активность мозга слушателей сопоставляли с программой обучения для выявления наиболее и наименее успешных методик преподавания, степени усвоения информации, сложности программы для восприятия.

17 января «Лаборатория знаний» совместно с УЦ «Специалист» запустила эксперимент по определению «слабых мест» в образовательной программе.

Цель эксперимента – с помощью сервиса Neuro Angel, разработанного командой «Лаборатории знаний», отследить показатели концентрации, увлеченности, эмоциональной и когнитивной нагрузки слушателей в процессе обучения на курсе «PostgreSQL: Уровень 2. Продвинутые возможности» и использовать полученные данные для улучшения структуры и содержания курса.

На основе этих показателей удалось понять, какие задачи у слушателей требуют наибольшей сосредоточенности, от решения каких задач они получают удовольствие, в какие моменты им проще воспринимать новую информацию, а в какие – сложнее.

Эти данные позволили улучшить содержание практической части курса.

Наконец, по активности мозга слушателей удалось определить, когда слушатели утомлены и более не могут с пользой для себя воспринимать новую информацию и надо организовать перерыв.

По окончанию эксперимента каждый слушатель получил наглядный график работы своего мозга во время занятия, и вместе с преподавателем нашел, какую часть материала нужно усилить.

Что такое нейроинтерфейсы и могут ли они читать мысли

Нейроинтерфейс (или интерфейс «мозг – компьютер») – это устройство для обмена информацией между мозгом и внешним устройством. Нейроинтерфейс или нейрообруч оборудован сенсорными датчиками, которые получают и распознают сигналы мозговой активности.

На практике нейроинтерфейсы не могут прочитать мысли человека, они регистрируют изменения в собственной электрической активности мозга, которая возникает при передаче импульсов между нервными клетками. Сам метод измерения – ЭЭГ, электроэнцефалография – безопасен и широко применяется в медицине.

Как нейроинтерфейсы могут помочь в обучении

Раньше казалось, что отследить активность головного мозга человека при решении конкретных задач в процессе обучения – это нечто из области научной фантастики. Сейчас нейронаука, используя последние достижения цифровых технологий, стремительно развивается в направлении проектирования и применения нейроинтерфейсов. Нейроинтерфейсы уже применяются для обучения пилотов, для связи между сотрудниками космических станций, для реабилитации и адаптации людей с ограниченными возможностями здоровья. Применение нейроинтерфейсов в области образования также имеет ощутимый потенциал.

В 2019 году к списку компетенций международного движения WorldSkills, на который ориентируются практики образования по всему миру, добавили компетенцию «Проектирование нейроинтерфейсов», отметив тем самым, что использование нейроинтерфейсов в обучении – это один из магистральных образовательных трендов, который определит облик сферы образования в ближайшем будущем. Создаются новые специальности в вузах, посвященные проектированию и применению нейроинтерфейсов, открываются образовательные мастерские и лаборатории.

«Применение нейроинтерфейсных технологий и в целом человекомашинных систем в индустрии образования — это важнейший тренд ближайших 10 лет, — считает Александр Семенов, исполнительный директор Отраслевого союза «Нейронет». Нами как отраслевой организацией зафиксировано достаточное количество научных работ, патентов и других результатов интеллектуальной деятельности, поэтому мы видим в перспективе, что российские команды, в частности «Лаборатория знаний», смогут на этой почве добиться существенных успехов.

Что для этого нужно? Помимо технологий, ИТ-задела, который уже есть, нужно активно работать с представителями индустрии образования: это различные образовательные агрегаторы, платформы, которые предоставляют курсы учащимся, и, конечно же, учебные заведения».

Какие данные собирает нейроинтерфейс и что с ними делать

Нейрообруч регистрирует энцефалограмму, сервис Neuro Angel позволяет эти данные собрать и интерпретировать по целому ряду ключевых для обучения метрик: концентрация, увлеченность, эмоциональная нагрузка (стресс) и когнитивная нагрузка. Эти данные можно использовать для аудита программы обучения: скорректировать время освоения курса, длительность его прохождения по группе обучающихся, оценить результаты прохождения курса, отследить запоминаемость пройденной программы.

Такие данные можно применить и для отслеживания собственной продуктивности, чтобы в дальнейшем на этой основе построить индивидуальную образовательную траекторию, или для таск-менеджмента в рамках профессиональной деятельности.

Результаты эксперимента

Совместный эксперимент проводился с 17 января по 14 февраля. Всего в рамках курса прошло 5 занятий, на протяжении которых фиксировались измерения мозговой активности слушателей. Это позволило отследить усваиваемость всех тем и учебных модулей. Также такие длительные измерения обеспечили чистоту эксперимента: помогли отделить изменения в энцефалограмме, связанные с естественными биоритмами, от изменений, связанных с восприятием преподаваемого материала.

Преподаватель группы Золотов Антон Владимирович поделился своими впечатлениями непосредственно после завершения эксперимента: «Было интересно посмотреть на подтверждение своих предположений показателями на графиках. На вводной части, которая проходит в разговорном жанре, показатели интереса слушателей значительно ниже, при организационных моментах – самый большой спад интереса. На практической части сразу можно отметить резкий рост интереса и вовлеченности. Простая гипотеза, но посмотреть на её подтверждение было очень полезно для начала, для понимания, что да, это работает и это применимо. Проведению занятий обручи никак не мешают, наоборот, они скорее вызвали интерес у других слушателей и преподавателей к нашей группе».

После обработки результатов эксперимента «Лабораторией знаний» был сгенерирован 300-страничный отчёт с подробной расшифровкой групповой динамики и рекомендациями по улучшению курса.

Контент курса «PostgreSQL: Уровень 2. Продвинутые возможности» было отмечен хорошими показателями по ритму нагрузки и отдыха, позволяя слушателям переключаться с простых тем на сложные и обратно.

Слушателям относительно легко давались ответы на вопросы преподавателя, но в некоторых случаях их реакция отличалась от ожидаемой. Так, например, ближе к концу одного из занятий преподавателем была запланирован разбор относительно простой темы «Управление циклами и ветвлением». Однако слушатели неожиданно отреагировали на эту тему затруднением в освоении материала, что дало повод к переосмыслению этой части занятия.

Слушателям с большим трудом давалось чтение документации в ходе разбора синтаксиса по языку PostgreSQL с экрана преподавателя, поэтому «Лаборатория знаний» рекомендовала сменить форму подачи материала для этой части курса.

Интересно, что если вопрос задавал один из слушателей, то у остальных повышалась когнитивная нагрузка, то есть им становилось сложнее следить за ходом обсуждения.

Преподаватель курса Антон Владимирович высказал такую гипотезу: «Возможно, это явилось следствием различного уровня предшествующей подготовки слушателей. Я планирую перестроить часть модулей курса так, чтобы обеспечить, с одной стороны, простоту и понятность материала для менее подготовленных слушателей, с другой – достаточный уровень сложности для «продвинутых». В целом, мне показалось интересной «неодинаковость» реакции слушателей на тот или иной материал. Это дало хорошую пищу для размышления».

Как и ожидал преподаватель, по итогу теория в среднем воспринималась слушателями курса с меньшим энтузиазмом, чем разбор практических примеров.

На протяжении курса когнитивная нагрузка слушателей очень хорошо коррелировала с их увлечённостью, что означает высокую мотивацию слушателей и их интерес к решению сложных задач.

Антон Владимирович подытоживает результаты эксперимента с преподавательской точки зрения: «Мы выявили периоды немотивированного снижения концентрации внимания слушателей и степени их увлеченности. Полагаю, что этого можно избежать, если сделать подачу материала в таких проблемных местах менее монотонной и подготовить более наглядные примеры для демонстрации излагаемого материала. Эти же меры, вместе с подготовкой визуальных материалов, позволят снизить когнитивную нагрузку у слушателей, обеспечить им больший комфорт на занятиях и лучшее усвоение материала. Объем полученного материала в отчете большой и для его полного осмысления потребуется немало времени, но сами результаты эксперимента – графики, расшифровки – очень наглядны и позволяют сделать ряд заключений сразу же».

Преподаватели других направлений учебного Центра «Специалист» уже выразили интерес к результатам эксперимента: данные, полученные с помощью технологии Neuro Angel, можно применить не только в контексте направления программирования и баз данных, но и в стеке курсов по soft skills, по офисным программам и многих других.