Педагогика

Сейчас педагогику рассматривают как науку и практику обучения и воспитания человека на всех этапах его личностного и профессионального развития.

Обучение - специально организованный, целенаправленный и управляемый процесс взаимодействия учителей и учеников, направленный на усвоение знаний, умений и навыков, формирование мировоззрения, развитие умственных сил и потенциальных возможностей обучаемых, выработка и закрепление  навыков самообразования в соответствии с поставленными целями. Обучение пробуждает и удовлетворяет познавательную активность человека путем его приобщения  к общим и профессиональным знаниям, способам их получения, сохранения и применения в личной практике. Обучение целенаправленно влияет на развитие информационно-операционной сферы человека [1].

Педагогика — одна из социальных наук, которая исследует и процесс воспитания человека, то есть ее предметом является воспитание, процесс целенаправленного формирования личности: как из ребёнка, существа почти исключительно биологического, формируется личность — существо социальное, сознательно относящееся к окружающему миру и преобразующее этот мир. Этот процесс протекает по свойственным ему законам, то есть в нём проявляются устойчивые, неизбежные связи между отдельными частями, определенные изменения влекут за собой соответствующие результаты. И эти закономерности выявляет и изучает педагогика [2].

В целом, объектом педагогики выступают те явления действительности, которые обуславливают развитие человеческого индивида в процессе целенаправленной деятельности общества – образования. Предмет педагогики – это образование как реальный целостный педагогический процесс, целенаправленно организуемый в социальных институтах (семье, образовательных и культурно воспитательных учреждениях) [3].

Педагогика и другие науки

Педагогическая сфера знаний является составной частью человековедения и не может развиваться изолированно от других наук о человеке, которых сейчас насчитывается  около 130.  Современная педагогика, как общественная наука, тесно связана с такими науками как философия, психология, история, этика, эстетика, кибернетика, социология и др.   

Систематизируя современные науки, российский ученый В.М.Кедров, предложил модель взаимосвязей между группами наук (рис. 1). Для подтверждения идеи подобной взаимосвязи целесообразно процитировать мысль известного украинского педагога А.И.Каминского: «Такая модель, в которой психолого-педагогические науки размещены в центре, отображает объективный характер взаимосвязей между разными группами наук.  Ведь научные исследования в той или иной сфере являются результатом деятельности человека.   Поэтому познание человека, его обучение и воспитание – приоритетное направление в общественно-экономическом развитии.  От него зависят успехи во всех сферах жизнедеятельности человека». В соответствии  с современной философией образования Человек становится центром научной картины мира, следовательно, проблема формирования личности требует осмысления всеми науками [4].

Автоматизированные обучающие системы – роботы в педагогике

Новые возможности перед педагогикой открывает кибернетика как наука о закономерностях процессов управления и передачи информации. Педагогика рассматривает процесс обучения как управляемый процесс, который можно (и  необходимо) не только планировать, но и проектировать, опираясь на законы кибернетики. Использование научных знаний кибернетики в последние годы  дало возможность применять в учебном процессе модели дистанционного образования, методы программированного обучения, методы контроля и самоконтроля знаний при помощи компьютерных технологий, реализовывать эффективную прямую и обратную связь между учеником и учителем. 

Рисунок 1 –Модель взаимосвязей между группами наук

Сегодня для решения педагогических задач широко используются информационные технологии документалистики, принятия решений, коммуникации, которые требуют соответствующих технических средств. Каждое новое поколение информационных технологий обучения и соответствующих технических средств и систем обучения человека становится все более интеллектуальным.

Современные технологии позволяют организовывать обучение на основе автоматизированных обучающих систем. Автоматизированные обучающие системы (АОС) представляют собой программно-технические информационно-вычислительные комплексы, включающие в себя методическую, учебную и организационную поддержку процесса обучения, проводимого на базе информационных технологий.

АОС позволяет  предъявлять новую информацию обучаемому для усвоения навыков и умений, промежуточного и итогового тестирования (экзаменования) и располагает надежной системой помощи  как по самой обучающей программе, так и по изучаемому предмету.

АОС  обладает:

- возможностью настройки к обучаемому (его уровню знаний, скорости и пути продвижения по изучаемому материалу и т.д.),

- развитой системой сбора и обработки статистической информации о каждом обучаемом, группе и потоке обучаемых (в том числе накапливает информацию о часто встречающихся ошибках при работе с обучающей системой и ошибках обучаемых по изучаемой теме или дисциплине).

К основным достоинствам АОС относятся:

- возможность использования преимуществ индивидуального обучения;

-   интенсификация обучения (более прочное усвоение материала, больший объем знаний, меньшее время на  усвоение знаний);

- возможность индивидуальной адаптации курса обучения к потребностям обучаемых или условиям обучения;

-  возможность использования и тиражирования передового опыта;

-  повышение доступности образования;

-  обучение навыкам самостоятельной работы;

-  разгрузка преподавателя от ряда рутинных, повторяющихся действий (чтение материалов, проверки контрольных работ и т.д.);

- возможность использования в рамках дистанционного обучения, переобучения и повышения квалификации.

АОС можно характеризовать как робот, который применяется в педагогике.  Так как по определению: ро́бот  это автоматическое устройство с антропоморфным действием, которое частично или полностью заменяет человека при выполнении работ в опасных для жизни условиях, при относительной недоступности объекта или для другого использования,  например обучения.

Таким образом, уже произошло зарождение, а сейчас развиваются  «роботы – преподаватели для людей». То есть, без роботов инновационное развитие процессов обучения в обществе не представляется возможным. С дугой стороны, то же можно сказать и о науке, промышленности, сельском хозяйстве, биологии, медицине, космонавтике и др.  За роботами будущее.

 Развитие роботов, робототехника

 Современные роботы третьего поколения относятся к роботам с искусственным интеллектом. Они создают условия для полной замены человека в области квалифицированного труда, обладают способностью к обучению и адаптации в процессе решения производственных задач. Эти роботы способны понимать язык и вести диалог с человеком, формировать в себе модель внешней среды с той или иной степенью детализации, распознавать и анализировать сложные ситуации, формировать понятия, планировать поведение, строить программные движения исполнительной системы и осуществлять их надежную отработку.

С 2005 года один из научных роботов, ADAM, самостоятельно занимается научными исследованиями в области биохимии. Изначально научных роботов планировалось использовать в качестве дешевой научной рабочей силы для выполнения рутинных работ и операций. Но, благодаря развитию вычислительной техники и программного обеспечения роботы-ученые уже в состоянии делать предположения, выдвигать свои собственные гипотезы и выполнять научные эксперименты без участия людей.

В данный момент ведется разработка прототипа второго робота-ученого, названного EVE. В отличие от своего предшественника, ADAMа, новый робот EVE будет являться высокоинтеллектуальной самообучаемой системой, которая в ходе проведения научных исследований будет учитывать все результаты и ошибки выполненных ранее исследований. После монтажа робота EVE и проведения окончательных проверок и испытаний, эти два робота, ADAM и EVE начнут совместную научную работу в ходе которой будут выявлены все положительные и отрицательные стороны двух различных методик и подходов, использованных при разработке роботов и алгоритмов их функционирования.

Так какие же преимущества могут иметь роботы-ученые по сравнению с людьми-учеными. Помимо всех отличительных черт роботов и других автоматических устройств, таких как неутомимость, постоянная способность к непрерывной работе, эти роботы лишены некоторых отрицательных человеческих факторов. Среди этих факторов на первом месте стоят факторы человеческой несовместимости, научной несовместимости, роботам чуждо чувство лидерства, которое в человеческом случае зачастую препятствует обмену информацией, они не могут лгать и преднамеренно или непреднамеренно искажать достоверные факты.

В целом проектированием, производством и эксплуатацией роботов занимается робототехника, которая является одним из важнейших направлений научно-технического прогресса по проблемам механики, новых технологий  и искусственного интеллекта.

Робототехника - вызвана к жизни необходимостью освоения новых сфер и областей деятельности человека, а также потребностью широкой автоматизации современного производства, направленной на резкое повышение его эффективности. Использование автоматических программируемых устройств - роботов - в исследовании космоса и океанских глубин, а с 60-х гг. нашего столетия и в производственной сфере, быстрый прогресс в области создания и использования роботов в последние годы обусловили необходимость интеграции научных знаний ряда смежных фундаментальных и технических дисциплин в этом едином научно-техническом направлении - робототехнике.

Исследовательские и производственные роботы - реальность сегодняшнего дня. Естественно, требуется соответствующая подготовка инженерных кадров. В ряде технических вузов стран имеются робототехнические специальности и специализации, а также включенные в учебные планы механических и машиностроительных специальностей такие дисциплины, как "Основы робототехники", "Промышленная робототехника", "Основы автоматизации машин и робототехника" и др.

 Сообщества и социализация роботов

Важными, в нашем случае,  являются идеи обосновывающие необходимость в ближайшем будущем существования не только роботов, но и их сообществ. Например, заброшенное на Марс сообщество роботов сначала сделает из подручных материалов множество собственных копий, а потом вместе они возведут любые нужные конструкции. Этот процесс может начаться с одного робота и, затем, будет бурно развиваться колонизация планет и астероидов в Солнечной системе [5].

Исследование, проведенное по заказу правительства Великобритании, предсказывает, что в ближайшие 50 лет роботы могут потребовать для себя тех же прав, что и люди.

Европейская сеть исследований робототехники (ERRN) также занялась разработкой норм использования роботов. И в черновике европейских правил говорится, что в 21 веке человечество впервые столкнется с проявлением чужого разума - с роботами. И это событие повлечет разнообразные проблемы этического, социального и экономического свойства. Организация планирует установить этические нормы, описывающие роли и функции роботов.

Доктор естественных наук Штутгартского университета Сергей Кернбах (Германия) охарактеризовал одно из основных направлений современной робототехники именно как социализацию роботов. Философы уже сломали немало копий, споря о том, что понимать под этим термином. Но на деле все сводится к весьма простым вещам - роботы со временем перестают быть бездушными механизмами, занимающимися исключительно сборкой машин и другим общественно полезным трудом. Они придут в каждый дом, чтобы стать реальными помощниками человека (садовниками, нянями, медсестрами и т.д.). Для этого роботам надо воспринимать человеческие эмоции, иметь располагающую к себе внешность, людям же необходимо научиться сосуществовать с роботами. Это колоссальный пласт работы! Ксенофобия все еще сильна в нашем обществе, и преодолеть ее весьма сложно. Именно поэтому в создании роботов принимают участие не только специалисты в области робототехники, но и этологи, социологи, психологи, разрабатывающие дружелюбный интерфейс человек-робот.

Мы также уверенно движемся к объединению механических и биологических систем, апофеозом чего станет появление существ, показанных в совершенно великолепном фильме "Аватар”.

Важна коллективная робототехника, поскольку, как показывают исследования, группа роботов всегда  имеет преимущества перед индивидуумами.

Все больше специалистов говорят, что с развитием робототехники человечество переживет технологическую революцию. В странах Западной Европы и США в робототехнику вкладываются громадные средства, сопоставимые с бюджетом космической отрасли.

В настоящее время в рамках Европейского союза 400 миллионов евро в год выделяется на создание и развитие когнитивных систем и робототехники. Еще порядка 55 миллионов дается на разработку коллективных систем, 45 миллионов вкладывает в разработку всевозможных роботов Швейцария, у которой имеется собственная национальная программа по робототехнике.

После 2013 года в ЕС заработают две большие программы по робототехнике, сходные по масштабам с программой полета на Луну. Ежегодно в течение 10 лет в отрасль будет вкладываться 100 миллионов евро. Таким образом, робототехника как наука получит около 1 миллиарда евро, вместе же с прикладными отраслями - еще больше, порядка 3 миллиардов. Есть надежда, что подобные инвестиции не только обеспечат прорыв в робототехнике, но и позволят роботам занять лидирующее положение на рынке. Наиболее вероятными представляются: создание робота-компаньона, призванного облегчить жизнь пожилых граждан; разработка симулятора работы мозга, что поможет не только создать максимально дружелюбный интерфейс для общения с роботами, но и разобраться с болезнями мозга у людей. Впрочем, не исключено, что на первое место выйдет "универсальный конструктор” - самособирающиеся и саморазбирающиеся микро- и нанороботы.

Эволюция неостановима, даже если это эволюция роботов.

Педагогика роботов  и ее связь с другими науками

Как и в человеческом обществе среди роботов должны распространяться оперативные и долговременные  знания. Это дает возможность говорить уже о  зарождении и развитии «роботов (впрочем,  и людей) – преподавателей для роботов», а значит о - «педагогике роботов».

Поэтому познание роботов, их обучение и воспитание, в том числе самими роботами, – становится важным направлением в развитии будущего общества людей и роботов.

Авторы предлагают новую модель взаимосвязей педагогики людей и педагогики роботов  (рис.2) с группами наук.  Из этой модели вытекает связь педагогики роботов не только с педагогикой людей, общественными (опосредованная связь), естественными и техническими науками, как в модели В.М. Кедрова, но и связь обеих педагогик с гипотетическими науками о сообществах роботов, связь общественных наук и наук о сообществах роботов.

Таким образом, педагогика роботов - это научное направление, предметом которого является процесс формирования индивидуальных качеств робота, обосновано относящегося к окружающему миру и преобразующего мир в собственных интересах и интересах людей.

В предлагаемую модель (рис.2) входят науки о сообществах роботов. Это необходимо  для того, чтобы подчеркнуть важность исследований проблемы сознания роботов. Один из аспектов этой проблемы – самый существенный – заключается в том, что сознание, будучи функцией сложно организованного мозга, вне социальной среды ни возникнуть, ни существовать, ни рассматриваться не может. Вычислительные машины, компьютеры уже сейчас переступают важный порог за которым они кажутся людям разумными. Эволюция роботов только начинается, эволюция людей продолжается.

Американский ученый К. Саган отметил. «Мозг инопланетян вероятно будет иметь несколько или даже много различных надстроек… Между этими компонентами может существовать некоторая напряженность во взаимодействии – так же как она существует у нас <людей>, хотя признаками успешной, процветающей цивилизации может быть именно возможность достигнуть продолжительного мира между различными частями мозга. Инопланетяне почти наверняка расширили свои внесоматические знания, используя для этого разумные машины.  Но, думается, весьма вероятно, что, в конце концов,  наш разум и наши машины и их разум и машины хорошо поймут друг друга [6].» Эти слова интересно подтверждают связи между общественными науками и науками о сообществах роботов.

По мнению Н.Амосова, робот – это разум плюс органы чувств и движения. Можно в будущем ожидать огромного разнообразия роботов, еще большего, чем разнообразия организмов. В частности, роботы изменят состояние обучения и воспитания детей, медицины, управления в любых сферах, регулирования психики и внедрятся во все области науки. Робот неизбежно превратится в личность, как только у него будет воспроизведена самоорганизация. Можно не сомневаться,  что люди овладеют биосинтезом и смогут воспроизвести биологические системы в их естественном виде. Однако развитие искусственного разума, наверное, не пойдет по этому пути. Человек имеет в своем распоряжении больше возможностей для создания новых сложных систем и, едва ли будет пытаться повторить природу, тем более что она не совершенна. Вполне мыслима такая фабрика искусственных организмов – от простых роботов до сложнейших интеллектов, - которая сможет обойтись без помощи людей. Она не только обеспечит серийное производство, но и неограниченную «изменчивость», конструирование все новых видов с новыми качествами

Рисунок 2 – Модель взаимосвязей «Педагогики роботов» с группами наук

Н.Амосов предложил классификацию видов разума в зависимости от объема информации, сложности программ ее переработки и числа иерархических этажей моделей:

1. Автомат с жесткими программами выделения и переработки информации без обучения, с ограниченными возможностями рецепторов и наборов моделей.

2. Автомат с обучением, который имеет программу формирования новых моделей на базе готовых – врожденных.

3. Автомат с программами человека. Степень разумности этих «автоматов» может быть различной в зависимости от объема знаний, уровня сознания и способности к творчеству. То есть,  все сводится к объему, уровню и особенностям переработки информации, количеству моделей, их изменениям и взаимодействию.

4. Системой более разумной, чем человек является общество, ограниченные организованные общественные системы. Специфические качества общества, как высшей системы появятся, когда будет создан искусственный разум – мозг общества, способный  к собственным программам переработки информации: восприятию воздействия и созданию моделей, действиям и сознанию [7].

Педагогика роботов ставит новые проблемы, для решения которых должны сотрудничать философы и математики, писатели-фантасты и биологи, инженеры и лингвисты, химики, медики, педагоги. По новому начинают звучать старые вопросы жизни и смерти.

Известна интересная задача создания  робота - кибернетического двойника человека. Возможно, кибернетический двойник позволит перескочить через пропасть непознанного  в области изучения моделей человеческого поведения  и таким образом предполагает возможность создать копию, не познав до конца оригинала. Слушать и разговаривать, читать и писать, понимать человеческую речь…  Но ведь мало  создать робота – его нужно и обучать. Человека учат в школе и хотя этот процесс шлифуется и изменяется на протяжении столетий, он сейчас далек от совершенства. Возможно, обучение роботов будет совершенствоваться успешнее, чем школьное обучение человека [8].

Академик А.Колмогоров  подчеркивал, что  человек является сложной материальной системой, но системой конечной сложности и ограниченного совершенства и поэтому доступной имитации роботом. Люди должны испытывать огромное удовлетворение тем фактом, что такие сложные и прекрасные вещи как роботы могут быть созданы человеком, который еще  совсем недавно  находил простую арифметику  чем-то непонятным и возвышенным.  

 Задачи педагогики роботов

 Основными задачами педагогики роботов, по мнению авторов, являются изучение, моделирование  и исследование проблем:

- истории роботов;

- целевых функций их реализации и тестирования;

- концепций и способов самовоспроизведения;

- средств и методов жизнеобеспечения и коммуникации;

- формирования индивидуальности робота;

- возможностей интеллекта робота;

- принятия решений;

- средств и методов адаптации к окружающей среде;

- приобретения знаний;

- содержания обучения и самообучения;

- методов и средств обучения;

- проблем научного познания и творчества;

- жизненного цикла;

- стимулирования в робототехнике;

- этики роботов;

- иерархии роботов;

- взаимоотношений роботов и личности;

- сообществ роботов и их взаимоотношений;

- взаимоотношений сообществ людей и сообществ роботов;

- цивилизации роботов. 

Как уже отмечалось выше, указанные задачи, этот колоссальный пласт работы занимают и должны занимать  специалистов  различных направлений.

По нашему мнению,  особенно такие специалисты как инженеры-педагоги способны перенести знания по инженерной деятельности и по педагогике (обучение, воспитание, управление образованием) в идеи, концепции, знания, практику  нового научного направления – в педагогику роботов.

Подготовка инженеров-педагогов осуществляется в таких учебных заведениях: Российский государственный профессионально-педагогический университет, Нижегородский государственный педагогический университет, Украинская инженерно-педагогическая академия, Крымский инженерно-педагогический университет и др. [9].

Техническая и психолого-педагогическая  подготовка инженеров-педагогов должна быть необходимой и достаточной не только для организации и осуществления подготовки работников-людей и педагогов-людей, но и для подготовки работников-роботов  и педагогов-роботов  на уровне требований общества и перспектив его развития.

Роботы в шахте

Рассмотрим примеры текущих задач предложенного нового научного направления «педагогика роботов».

Стахановский учебно-научный институт горных и образовательных технологий Украинской инженерно-педагогической академии изучает проблемы использования роботов в горном деле.

Цехов-автоматов и автоматизированных заводов, выпускающих продукцию, к которой в процессе производства не прикасается рука человека, становится все больше и больше. А вот шахты без людей в забое пока еще нет, но проекты таких шахт уже созданы.

Какие же общие, характерные черты у шахт завтрашнего дня? Это, прежде всего, максимальная забота об улучшении и облегчении условий труда шахтеров, ликвидация тяжелого физического труда, в том числе и неквалифицированного труда. Вот почему подземных рабочих на шахтах будущего заменят автоматически действующие машины и роботы.

И, пожалуй, самое важное, к чему издавна стремились шахтеры: благодаря тому, что выемка угля из лавы будет производиться без людей, увеличится безопасность при добыче угля. Без людей осуществятся и транспортировка добытого в забоях угля, и управление кровлей.

Новые идеи и новые разработки конструкторов угольных машин все больше приближают нас к тому дню, когда на шахтах появятся роботы, полностью автоматизирующие все процессы добычи и транспортировки угля. Прообразы таких роботов сегодня уже реально существуют. А-3 и АК-3 — такие названия получили эти агрегаты. Они прошли всестороннюю проверку и отлично зарекомендовали себя. На шахте «Чертинской-Южной» агрегат АК-3 добыл за сутки 1904 тонны угля, установив мировой рекорд добычи из крутых пластов. Подсчитано, что он может заменить работу восьми очистных участков шахты с численностью в 450 человек.

Чтобы механизмы в лавах действовали безотказно и самостоятельно, им необходимо придать устройства, которые автоматически направляли бы их по угольному пласту в строго заданном направлении. Отдельные элементы такой автоматики уже созданы. Среди них — прибор для автоматического управления проходческим комбайном.

Известно также, что обстановка в забое меняется буквально каждую минуту: то изменится угол наклона пласта, то прорвется из подземных источников вода или произойдет обвал. И чтобы робот мог хорошо ориентироваться в сложной ситуации, ему нужен телеглаз. Для этого конструкторы предпочитают использовать световоды, ведь аппаратура, в том числе и телевизионная, в традиционном исполнени

Собирать информацию и управлять всем процессом добычи угля будет микро ЭВМ, вынесенная из опасной зоны в штрек. Связь же агрегата с компьютером, находящимся на поверхности шахты, будет также осуществляться с помощью световодов.

Идет работа и над созданием специальных роботов для вспомогательных операций: транспортировки, погрузки и разгрузки угля.

Работа спасателей в шахте обычно замедляется разными препятствиями вроде ядовитых газов, грозящих вот-вот взорваться, затопленных тоннелей, нестабильных стен и потолков шахт, которые в любую секунду могут обвалиться и лишь усугубить положение. Все эти трудности мешают во время проведения операций по спасению, но теперь на помощь может прийти Gemini-Scout Mine Rescue Robot, созданный в американской лаборатории Sandia National Laboratories, в штате Нью-Мексико. С помощью Gemini-Scout поисковые группы смогут быстро начать работу по спасению пострадавших в шахтах, причем с наименьшим риском, как для жертв, так и для спасателей. Более того, робот предоставит им едва ли не более важный инструмент для спасения — информацию о состоянии людей под завалом, и о том, что собой представляет сама шахта после катастрофы.

При габаритах в 120 см в длину и около 60 см в высоту Gemini-Scout способен преодолевать затопленные участки шахт (до полуметра глубиной), переползать груды камней, в общем, отправиться на разведку и доставить спасателям информацию. Он оснащен датчиками газа, термовидеокамерой для определения местонахождения людей под землей, а также вращающейся камерой, которая поднимается над платформой и позволяет рассмотреть помещения и оценить ситуацию как бы глазами робота.

Gemini-Scout также может  передавать людям в шахте пищу, дыхательные аппараты, лекарства и даже радио и игровые консоли – для того, чтобы отвлечь их и помочь скоротать время до прихода спасателей. Кроме этого, механизм и сам способен тащить взрослого человека, если в этом есть большая необходимость, его мощности хватает для выполнения такой работы.

В настоящее время роботы строго запрограммированы на выполнение определенной задачи. Однако переход к автономным системам роботов предполагает адекватное реагирование на окружающую обстановку и самостоятельное выполнение поставленных задач. Для этого они должны будут полагаться на собственное сенсорное восприятие. Исходя из этих соображений, группа ученых из Мюнхенского технологического университета, Германия, оснастила нового подводного робота искусственным сенсорным «органом», позволяющим ориентироваться в мутной воде.

Опираясь на приведенные примеры использования роботов в шахтах, считаем, что актуальными являются исследования, например, таких проблем педагогики роботов:

- истории  использования;

- целевых функций и их реализации;

- возможностей интеллекта робота;

- средств и методов адаптации к окружающей среде;

- приобретения знаний;

- содержания обучения и самообучения;

- методов и средств обучения и др.

Выводы

Предложено ввести  научное направление «педагогика роботов». Сформулировано определение и обоснована связь этого направления  с группами наук по аналогии с традиционной педагогикой. Описаны общие  нынешние и перспективные задачи возможных исследований. Приведены примеры проблем педагогики роботов  для роботов, применяемых в горном деле.

Использованные источники