Тобиас Рот и его коллеги провели небольшое исследование, в ходе которого сделали выводы, что научно-образовательный виртуальный помощник (ВП) должен иметь возможность персонализации подачи материала, включая замену ВП на использование текстово-графических учебных материалов. Также ВП должен иметь возможность говорить и, возможно, обладать комическим аватаром [1].
По мнению Тобиаса Рота, учебная система с использованием ВП, должна быть многоуровневой. На базовом уровне должны располагаться текстово-графические гибкие интерактивные учебные материалы, включая тексты, рисунки, учебные фильмы, уравнения и виртуальные упражнения, а также система обеспечения гибкой последовательной траектории подачи учебных материалов и проведения тестов. На следующем уровне должен располагаться ВП. Его задачей является «оживление» информации базового уровня и дополнение ее своими возможностями. ВП должен обеспечивать вводную часть учебного процесса, объяснять и демонстрировать учебный материал, осуществлять помощь в общении и обратную связь, высказывать замечания, персонализировать подачу учебного материала, давать оценку знаниям и навыкам учащихся [1].
Для развития подобных образовательных ВП могут представлять интерес сервисы создания цифровых диалоговых аватаров известных личностей из мира науки и искусства. В процессе обучения учащиеся могут общаться с ними на темы, свойственные изображаемым личностям. Например, при прохождении теории относительности студенты смогут задать свои вопросы Альберту Эйнштейну, точнее его аватару, о его всемирно известной теории. Если создать множество подобных аватаров известных личностей, каждый из которых может общаться на свойственные только ему темы, то можно объединить их таким образом, чтобы они общались, в том числе, между собой, представляя разные точки зрения и отвечая на разные вопросы. Так, если один из них «не знает» ответа, он переадресует вопрос аватару той известной личности, который «знает» ответ. Такой диалог способен усилить интерес студентов к предмету и, возможно, его усвоение.
ВП позволяет сделать учебный процесс не только интересным, но и гибким. В случае дистанционного обучения это создает возможность адаптировать учебный материал под каждого учащегося. То есть, в зависимости от исходных знаний, скорости и степени освоения учебного материала, ВП может координировать образовательный процесс. Подобная реализация потребует корректировки всего образовательного процесса. Это связано с тем, что, применяя индивидуальные планы для каждого учащегося образовательной организации, индивидуальными будут и сроки обучения, и сроки проверки знаний.
Иную цель ВП будет иметь при использовании на очных групповых занятиях. Здесь основной задачей ВП становится индивидуальный подход к каждому учащемуся для того, чтобы в установленное время урока все учащиеся максимально освоили запланированные учебные материалы. В случае отставания от учебной программы, учащийся может наверстать ее с помощью внеклассных занятий с ВП. В случае групповых заданий во время урока, ВП может координировать действия учащихся внутри групп.
Перед очными групповыми занятиями можно использовать ВП в интерактивных обучающих виртуальных упражнениях, являющиеся аналогами практических упражнений в реальном мире. Виртуальные упражнения позволяют подготовить учащегося к выполнению аналогичных практических упражнений в реальной обстановке. Учащиеся могут многократно использовать виртуальные упражнения и ВП для закрепления знаний. Подобный подход позволяет сократить длительность практических занятий и износ используемого на них оборудования. Это уменьшает операционные расходы учебных организаций. Однако, виртуальные упражнения лишь дополняют практические упражнения в процессе обучения, тем более, если приобретаемая компетенция требует владения навыками [1]. Например, обучение управлению транспортными средствами может проходить частично в виртуальном формате. Однако, виртуальные упражнения лишь моделируют ситуации управления, чтобы научиться управлять всей гаммой эмоций при управлении настоящим транспортным средством в реальной обстановке, требуется использовать настоящее транспортное средство в реальной обстановке под руководством инструктора [2]. Поэтому, учебный процесс должен включать практические упражнения обязательно под руководством преподавателя или ВП в реальной обстановке.
Практические учебные занятия, а также научная деятельность, часто осуществляются в лабораториях. Условно назовем ВП, используемые при этом виртуальными лабораторными помощниками (ВЛП). Йонас Остержост с коллегами построили экспериментальный ВЛП с применением доступных средств среды Интернета вещей и интегрировали его с лабораторными инструментами [3]. Использованные при этом решения были как коммерческими, так и с открытым исходным кодом. В качестве основы ВЛП было выбрано создание навыка Alexa [4]. Ключевыми элементами архитектуры стали: сотрудники лаборатории, УВП, облачные голосовые службы, мастер навыков и тени устройств, сервисы на локальном сервере и лабораторные приборы. Подробнее они описаны в таблице 1. Использование «умных колонок» в качестве УВП привело к усилению какофонии в лаборатории. Для снижения какофонии ученые предлажили использовать наушники со встроенными ВП. В результате исследования Остержост и его коллеги сделали вывод о большом потенциале использования ВЛП для управления лабораторными приборами и извлечения из них экспериментальных данных [3].
Локация | Элементы системы | Описание |
---|---|---|
Лаборатория | Сотрудники лаборатории | Дает определенную речевую команду. |
УВП | Распознает и передает речевую команду в голосовые службы. Воспроизводит ответ навыка. | |
Облачные сервисы | Голосовые службы | Обрабатывает речевые команды от УВП и вызывает сопоставленное намерение навыка. Отправляет в УВП ответ от навыка. |
Мастер навыков | Изменяет тени устройств на основе речевой команды. Формирует ответ для УВП. | |
Тени устройств | Хранит параметры устройств и их изменения. | |
Локальные сервисы | Сервер устройств | Распознает изменения тени устройств, поступающие от облачных сервисов, и на их основе отправляет команды лабораторным приборам. Изменяет тени устройств на основе данных о параметрах, полученных от лабораторных приборов. |
Лаборатория | Лабораторные приборы | Выполняют команды, поступающие с сервера устройств, и передают свои параметры на сервер устройств. |
Помимо образовательных ВП и ВЛП, значительным потенциалом обладают ВП в сфере культуры, в том числе в музейно-выставочной и просветительской деятельности. Музейно-выставочная деятельность включает в себя музейные экспозиции и художественные выставки. На них ВП может заменить гида. На выставках в рамках отраслевой конгрессно-выставочной деятельности ВП может частично заменить специалистов по работе с клиентами, традиционно работающих на выставочных стендах своих организаций. Специалисты музейно-выставочной и конгрессно-выставочной деятельности постепенно осваивают проведение онлайн-мероприятий и выставок. Этому во многом способствовала пандемия, начавшаяся в 2020 году [5]. И в онлайн и в офлайн версиях экспозиций может быть полезным ВП, рассказывающий об экспонируемых объектах и отвечающий на вопросы о них [6].
Сальваторе Куомо с коллегами реализовали музейного ВП в музее Кастель Нуово в Неаполе. ВП был построен на базе одноплатного компьютера с микрофоном и динамиком. Программная реализация осуществлялась с использованием языка программирования JIProlog, БД WordNet и интерпретатора диалогов ELIZA. ВП располагался на стене рядом с музейным экспонатом. По мнению авторов, ВП работал очень хорошо и его ответы удовлетворили посетителей музея. Подтверждением успеха проекта, авторы считают большое количество вопросов, которые задавали посетители музейному ВП [6].
Для реализации ВП в музейном и выставочном пространстве есть ряд сложных вопросов. Например, какова точная математическая модель посетителя? А также, что представляет собой выставочный экспонат и как система может связать между собой несколько экспонатов [7]? Эти же вопросы возникают при применении ВП в просветительской деятельности в области культуры и искусства.
Летом 2020 года стартовал экспериментальный проект создания и эксплуатации просветительского [8] ВП в сфере искусства. Его продолжительность составила более полугода. Целью эксперимента было определение эффективности применения подобного ВП. В процессе реализации проекта было решено несколько задач. В том числе, выбор оптимальной архитектуры ВП, создание и эксплуатация ВП.
В начале проекта требовалось выбрать оптимальную архитектуру ВП. Методом экспертной оценки был проведен анализ доступных вариантов реализации проекта. Оценка производилась по шкале от 0 до 10, где 10 – лучший вариант. Результаты анализа представлены в таблице 2. В результате проведенного анализа для реализации были выбраны навык Алисы и редактор диалогов Aimylogic.
Технологии | Сложность | Стоимость | Ранг | ||||
Тип ВП | Редактор диалогов | Размещение | Созд. | Экспл. | Созд. | Экспл. | |
Самописный ВП | С помощью кода | Аренда сервера | 1 | 2 | 5 | 6 | 3,5 |
Созданный под заказ ВП | С помощью кода | Облако | 5 | 1 | 1 | 5 | 2,8 |
Навык Алисы от Яндекса | Aimylogic | Облако | 9 | 8 | 10 | 10 | 9,4 |
Действие Google Assistant | Dialogflow | Облако | 7 | 7 | 10 | 7 | 8,2 |
Веса | 0,3 | 0,15 | 0,4 | 0,15 | 1 |
Следующим этапом проекта стало создание навыка Алисы. Созданный навык предполагал использование текстово-кнопочного и голосового интерфейса базы знаний (БЗ) в сфере искусства. Была выбрана простая диалоговая логика. Конечный пользователь выбирает тему и ВП рассказывает о ней. Рассказ украшен художественными произведениями и иллюстрациями, появляющимися в чате в начале и иногда в середине рассказа. Рассказ ВП разделен на небольшие части. После каждой такой части ВП спрашивает пользователя, хочет ли он продолжения рассказа. Если конечный пользователь не хочет продолжения рассказа, ему предоставляется выбор. Можно перейти на страницу сайта, где подробно описана выбранная тема. Также можно вернуться к выбору темы или завершить диалог.
В процессе создания навыка выявлена особенность размещения данных в БЗ. При переносе монолитного длинного просветительского текста в БЗ, требуется делить текст на короткие логически завершенные блоки. Причем, первый блок должен быть максимально коротким, информативным и раскрывающим суть темы. Последующие текстовые блоки могут быть большей длины, их основная задача заключается в более подробном раскрытии темы. Подзаголовки текстов требуется опускать, так как в голосовом интерфейсе их сложно интерпретировать.
Разработка навыка заняла около 100 человек/часов при отсутствии опыта. Наиболее узким местом процесса разработки было создание JavaScript-подобных скриптов. Ошибки и неточности в них приводили к сбоям всего ВП. При этом, сложным был поиск источника ошибки.
Себестоимость создания экспериментального навыка Алисы равнялась затратам на оплату труда разработчиков. То есть, при ежемесячной зарплате занятых не проекте разработчиков в размере 100 тысяч рублей, 5-и дневной рабочей неделе и 8-и часовом рабочем дне, себестоимость разработки составила 62,5 тысяч рублей. При выбранной конфигурации ВП и конструктора диалогов эксплуатационные расходы равнялись нулю.
Проанализированы промежуточные еженедельные результаты проекта и сделаны выводы. Во-первых, после вывода навыка в эксплуатацию число его конечных пользователей постепенно росло и через четыре месяца навык вошел в тройку лидеров в своем сегменте навыков Алисы. Навык заслужил 27 оценок пользователей, большинство из которых равны 1 или 5 по 5-и бальной шкале. Рейтинг навыка составил 2,9. Один из пользователей высказал пожелание добавить пошаговые иллюстрации. Вывод первый. Просветительской ВП в области искусства востребован, но предложенная реализация требует доработки.
Во-вторых, количество посетителей навыка Алиса и количество посетителей аналогичного по содержанию сайта имеют сильную обратную зависимость с коэффициентом линейной корреляции равным -0.7662, при условии, что ВП и сайт ссылаются друг на друга и из-за этого их аудитория пересекается. Увеличение количества посетители сайта приводит к уменьшению количества посетителей аналогичного по содержанию навыка Алисы. При этом, разброс значений количества посетители навыка Алисы увеличивается, и они становятся менее предсказуемы. Второй вывод. ВП и сайт, предоставляющие доступ к схожей информации, являются продуктами-заменителями. Второй вывод проекта проиллюстрирован на рисунках 1 и 2.
В-третьих, количество посетителей навыка Алисы и доход от показа рекламы в навыке имеют сильную прямую зависимость с коэффициентом линейной корреляции равным 0.7662. Увеличение количества посетителей приводит к увеличению дохода от рекламы. При этом, с ростом дохода темп прироста и разброс значений количества посетителей снижаются и становятся более предсказуемыми. Вывод третий. Если интерес провайдера навыка Алисы заключается в доходе от показа рекламы, то нужно обеспечить рост количества посетителей навыка. Третий вывод проекта проиллюстрирован на рисунках 3 и 4.
В-четвертых, количество посетителей навыка Алисы и тех из них, кто использует Яндекс Станции, имеют сильную прямую зависимость с коэффициентом линейной корреляции равным 0.9313. При увеличении количества посетителей навыка Алисы, количество тех из них, кто использует Яндекс Станции, увеличивается, постепенно замедляя темп прироста. При этом, начиная с 76.9696 пользователей навыка Алисы, разброс значений количества пользователей Яндекс Станций активно увеличивается и становится менее предсказуемы. Четвертый вывод. Так как Яндекс Станции имеют только голосовой интерфейс и количество их пользователей коррелирует с количеством пользователей навыка Алисы, то можно сделать вывод о популярности голосовых интерфейсов у части пользователей просветительских ВП в сфере искусства. Четвертый вывод проиллюстрирован на рисунках 5 и 6.
В-пятых, созданная конфигурация навыка приводит иногда к ошибкам времени ожидания (свыше 3 секунд в 0,4355% запросов) и ошибкам валидации (в 0.226% запросов). Суммарное количество ошибок имеет тенденцию к росту, но пока находится в пределах 2,2% от общего количества запросов. Пятый вывод. В процессе эксплуатации функционирование навыка может приводить к ошибкам, но их количество будет находится в пределах значений допустимых для функционирования ВП. Пятый вывод подкреплен графиком на рисунке 7.
В-шестых, разработка навыка Алисы с применением Aimylogic является бюджетным вариантом создания ВП для любой организации. Руководитель небольшой организации или сотрудник отдела маркетинга более крупной организации, имеющие базовые навыки программирования, за месяц могут создать для своей организации ВП на базе навыка Алисы. Шестой вывод. Большинство организаций, испытывающих потребность в ВП, способны внедрить его у себя с небольшими затратами.
Резюмируя вышесказанное о данном проекте, можно прийти к выводу: ВП является востребованным, эффективным и доступным инструментом просвещения в области искусства, а также взаимодействия с базами знаний в данной области жизнедеятельности человека. Это же можно сказать и об использовании ВП в науке, образовании и культуре. В данных сферах ВП технологически пригодны для использования. Люди, задействованные в этих сферах жизнедеятельности, постоянно находятся в поиске чего-то нового и потому более других открыты к восприятию новых технологий, в том числе ВП. Не смотря на технологическую и социальную позитивную для ВП среду, в части случаев экономически целесообразнее использовать традиционные услуги, являющиеся аналогами ВП. Выгода от использования ВП проявляется тогда, когда в ВП используются бесплатные или относительно дешевые сервисы, услуги и ИС. Однако, эта выгода может сводится к нулю при использовании ВП в науке и образовании из-за международных санкций, так как наука и образование могут быть использованы в конкурентном соперничестве между странами. Менее подвластны этим волнениям ВП в сфере культуры и искусства, так как эти сферы жизнедеятельности не являются системообразующими для экономики стран. Результаты анализа эффективности применения ВП в науке, образовании, культуре и искусстве представлены в таблице 3.
Точка зрения | Политика | Экономика | Социум | Технологии | Итого |
Применения ВП в науке, образовании, культуре и искусстве (итог) | нет | эффективно | эффективно | эффективно | нет |
Учебные системы | нет | эффективно | эффективно | эффективно | нет |
Интерактивные виртуальные упражнения | нет | эффективно | эффективно | эффективно | нет |
Лабораторная деятельность | нет | эффективно | эффективно | эффективно | нет |
Музейная, выставочная деятельность | эффективно | эффективно | эффективно | эффективно | эффективно |
Просвещение в искусстве | эффективно | эффективно | эффективно | эффективно | эффективно |
Список использованных источников:
- Learning in virtual physics laboratories assisted by a pedagogical agent [Журнал] / авт. Roth Tobias [и др.]. — Birkenfeld : Journal of Physics: Conference Series, 2019 г.. — 1223.
- Страх в управлении автомобилем. Помогает или мешает? Как побороть страх? [В Интернете] / авт. Горбачев Михаил // Extrim Drive. — Экстрим Драйв, 2012 г.. — март 2012 г.. — https://www.extrimdrive.ru/program/theory_online.php?id=23037&rolik=4.
- Introducing a Virtual Assistant to the Lab: A Voice User Interface for the Intuitive Control of Laboratory Instruments [Журнал] / авт. Austerjost Jonas [и др.]. — Hannover : Society for Laboratory Automation and Screening, 2018 г..
- What is the Alexa Skills Kit? [В Интернете] / авт. Amazon // Amazon. — Amazon, 2021 г.. — март 2021 г.. — https://developer.amazon.com/en-US/docs/alexa/ask-overviews/what-is-the-alexa-skills-kit.html.
- Выставочная отрасль восстановится в новом качестве [В Интернете] / авт. Баталова Алена // RG.RU. — RG.RU, 28 апр. 2020 г.. — март 2021 г.. — https://rg.ru/2020/04/28/vystavochnaia-otrasl-vosstanovitsia-v-novom-kachestve.html.
- A virtual assistant in cultural heritage scenarios [Журнал] / авт. Cuomo Salvatore [и др.]. — Naples : John Wiley & Sons, Ltd, 2019 г..
- A Virtual Assistant for Natural Interactions in Museums [Журнал] / авт. Duguleană Mihai [и др.]. — Romania : Sustainability, 2020 г.. — 12.
- Законопроект № 1057895-7 О внесении изменений в Федеральный закон «Об образовании в Российской Федерации» (в части введения просветительской деятельности) [В Интернете] / авт. Государственная Дума Федерального Собрания Российской Федерации // СОЗД ГАС «Законотворчество». — Государственная Дума Федерального Собрания Российской Федерации, 11 03 2021 г.. — 03 2021 г.. — https://sozd.duma.gov.ru/download/DBE92D63-ACF3-4CB6-9214-497D0ADC489F.