Семинар DTTL

IV Международный научный семинар «Digital Technologies for Teaching and Learning (DTTL)».

Направления работы семинара

•  цифровые ресурсы для преподавания и обучения;
•  онтологии для электронного образования;
•  интеллектуальные обучающие системы;
•  новое программное обеспечение для преподавания и обучения;
•  математические модели обучения;
•  цифровые образовательные платформы;
•  модели и алгоритмы анализа данных в обучении;
•  связанные данные для образовательного процесса.

Подача заявок на семинар « Digital Technologies for Teaching and Learning »:

•  Рабочий язык семинара DTTL – английский, русский.
•  Все работы проходят процедуру слепого рецензирования.
•  К участию принимаются оригинальные, ранее не опубликованные работы объемом от 11 страниц.
• Порядок подачи изложен в соответствующем разделе.

Труды

Мы планируем выпустить материалы семинара «Digital Technologies for Teaching and Learning (DTTL)» в виде отдельного тома, который будет отправлен в электронную библиотеку материалов семинара.

Важные даты

Подача аннотаций: 11 марта 2024 года. 

Подача статей: 11-30 марта

Уведомление о принятии: 11-15 марта 2024 года. 

Программа IV Международного научного семинара «Digital Technologies for Teaching and Learning (DTTL)»

27 апреля 2024, Казанский федеральный университет, ул. Кремлевская, 35, ауд. 109, научная библиотека

Ссылка для онлайн участников http://s.kpfu.ru/1wW

12.00 – 15.10

Аннотации докладов участников семинара DTTL

Белковский Вадим Андреевич (Красноярск)

Криптовалюты и блокчейн как атрибуты новой экономики

В статье дана оценка перспектив для использования криптовалюты, а также рынок капитализации криптовалюты и ее влияние на развитие мировой финансовой системы. Проводится анализ опыта юридического регулирования криптовалют в зарубежных странах. Цель исследования: изучить возможности и перспективы использования криптовалюты в России. Метод исследования: в этой работе, наряду с эмпирическими методами исследования, были применяются теоретические методы, которые включали анализ и синтез полученной информации.. Исследование показало, что важным фактором в развитии криптовалюты является наличие законодательства в области циркуляции криптовалюты и ее правового статуса, в связи с которым в ходе работы были разработаны отдельные законодательные поправки в отношении регулирования криптовалют. В частности, приведены определения их автора криптовалют и обмена криптовалютами, которые можно использовать при подготовке и принятии законов, регулирующих цифровые активы.

Гафурова Полина Олеговна (Казань)

МЕТОД УПРАВЛЕНИЯ УЧЕБНЫМИ И НАУЧНЫМИ ДОКУМЕНТАМИ НА ОСНОВЕ ОНТОЛОГИЧЕСКОГО ПОДХОДА

Рассмотрены вопросы автоматической валидации структуры научных документов. Под валидацией понимается проверка структуры научного документа в соответствии с форматом, а также основные неточности в документе. Структура научных и учебных документов исследуется в соответствии с онтологиями научных документов. Предложены методы анализа структуры документа на основе выделенных особенностей научных и ученых документов. Разработан метод валидации документов, в частности научных статей. На основе этого метода реализован сервис валидации научных документов. Предложен сервис, который указывает неточности в структуре документа, а также предлагает варианты исправления данного документа. Проведена аппробация методов на коллекции статей журнала «Электронные библиотеки». Проведены оценки этого метода. Предполагается интегрировать разработанный сервис в цифровую библиотеку Lobachevskii-DML.

Гизатуллин Булат Тимурович, Невзорова Ольга Авенировна (Казань)

Сравнительный анализ методов тематического моделирования математических документов

Тематическое моделирование текстов математических документов является важной задачей, как для различных исследований, так и для прикладных систем, например, систем поиска, рекомендаций или текстового анализа. Существует множество методов выделения тематик, результаты которых часто могут отличаться. В данной работе проводится сравнительный анализ различных методов тематического моделирования на текстовых данных документов коллекции математических научных статей. Среди исследованных методов – латентное размещение Дирихле (LDA), неотрицательная матричная факторизация (NMF), а также подход, основанный на использовании эмбеддингов документов, полученных с помощью языковой модели, основанной на нейросетевой архитектуре Transformer. Тексты коллекции были подвергнуты стандартной предобработке данных, включая лемматизацию и удаление стоп-слов. Для методов тематического моделирования были подобраны оптимальные на расчетной сетке гиперпараметры. На результатах работы моделей тематического моделирования были посчитаны метрики когерентности, а также проведен анализ получившихся тематик.

Дорженковская Полина Константиновна, Медведева Ольга Анатольевна (Казань)

Разработка системы обучения навыкам языка жестов для глухонемых с использованием нейронной сети

Современный мир, благодаря передовым технологиям, стремительно развивается, но некоторые общественные группы, включая слабослышащих, остаются в отстающих условиях. Недоступность сурдопереводчиков в некоторых медицинских учреждениях, банках, государственных организациях, аэропортах и других местах усложняет их повседневную жизнь и может привести к непониманию или даже опасным ситуациям. Разработка систем распознавания языка жестов (SLR) может значительно облегчить коммуникацию для слабослышащих. Создание приложений для изучения языка жестов или внедрение функций в приложения для видеокоммуникаций поможет им лучше взаимодействовать с окружающим миром. В данной работе разработано клиент-серверное приложение с использованием Python и Django для обучения языку жестов. Оно объединяет передовые технологии программирования и машинного обучения. Приложение включает системы авторизации и аутентификации для безопасности данных, администратор может создавать тесты и обогащать контент, а пользователи могут проходить тесты в различных форматах, включая использование камеры в реальном времени. Это приложение не только учебный инструмент, но и инновационное средство, способствующее взаимопониманию в обществе. Оно помогает людям с разными потребностями расширить свои возможности в общении и самореализации, улучшая их качество жизни.

Медведева Ольга Анатольевна, Хаматянов Марсель Ильгизович (Казань)

Исследование производительности высоконагруженных систем на основе фреймворка Spring

Целью данного исследования является анализ подходов к разработке высоконагруженных систем с использованием фреймворка Spring. В частности, мы сосредотачиваемся на сравнительном анализе традиционного подхода к программированию, реактивного программирования и использования виртуальных потоков в контексте их влияния на нагрузочную устойчивость приложений, разработанных с использованием Spring и микросервисной архитектуры. Этот анализ позволит выявить сильные и слабые стороны каждого подхода и определить наилучшие практики для разработки высоконагруженных систем на основе фреймворка Spring. В рамках данного исследования осуществлена разработка микросервисного приложения с использованием двух различных подходов: традиционного и реактивного программирования с применением фреймворка Spring. Оба варианта приложения спроектированы с учетом современных требований к высоконагруженным системам, таким как масштабируемость, отказоустойчивость и высокая отзывчивость. В ходе разработки каждого варианта микросервисного приложения уделено внимание архитектурным особенностям соответствующего подхода. Традиционное приложение соответствует стандартной модели запрос-ответ, а реактивное приложение включает в себя асинхронные и неблокирующие компоненты для обеспечения лучшей отзывчивости при обработке запросов. Проведены нагрузочные тесты, которые позволяют оценить, какой из подходов лучше соответствует требованиям высоконагруженных систем.

Миннегалиева Чулпан Бакиевна, Морозова Ольга Дмитриевна, Кашапов Ильнур Илхамович​ (Казань)

Анализ результатов выполнения обучающимися тестовых заданий открытого типа

Включение в тесты заданий открытого типа повышает объективность контроля знаний. В настоящее время разносторонне исследуется проблема автоматической оценки ответов обучающихся, сформулированных в свободной форме. Однако учебный материал каждой дисциплины имеет свои особенности и специфику. В работе проанализированы ответы свободного изложения, полученные от студентов во время тестирований, зачётов и экзаменов в ходе изучения основ компьютерной графики. Рассмотрены методы, связанные с анализом ключевых слов, с применением методов классификации и языковых моделей. Анализ ключевых слов может быть одним из этапов проверки, этот подход рекомендуется применять для вопросов, подразумевающих короткие ответы с терминами. Языковые модели позволяют выполнить предварительную оценку ответов, состоящих из одного или нескольких предложений. Для приемлемой точности методов классификации необходимо достаточное количество ответов в базе. Повысить точность автоматической проверки коротких ответов позволит сочетание данных методов. Полученные результаты могут использоваться при предварительной проверке ответов студентов и являются базой для дальнейших исследований. 

Минуллин Дмитрий Артурович, Гафаров Фаиль Мубакарович (Казань)

Сравнительный анализ методов интерпретации нейронных сетей в образовательной аналитике

Целью данной работы является исследование, которое затрагивает важную и актуальную проблему досрочного отчисления студентов из российских университетов. Основываясь на данных об учебной активности, успеваемости и других характеристиках студентов, разрабатывается модель прогнозирования. В основе этой модели лежат искусственные нейронные сети, которые позволяют с высокой точностью определить студентов, находящихся в зоне риска досрочного отчисления в конкретном учебном заведении. В данной работе акцент делается на использовании методов интерпретации нейронных сетей, таких как Integrated Gradients, SHAP, DeepLIFT и других. Эти методы позволяют более глубоко понять, как работают искусственные нейронные сети, какие факторы оказывают наибольшее влияние на прогнозы нейронной сети, и делают возможным более точное и объективное прогнозирование академической успеваемости студентов. Исследование подчеркивает важность применения современных методов анализа данных и интерпретации результатов, полученных с помощью искусственных нейронных сетей. Результаты исследования позволяют получить новые знания о влиянии различных факторов на этот процесс. Это в свою очередь дает возможность разработать более эффективные стратегии поддержки студентов и предотвратить их досрочное выбытие.

Пархоменко Владимир Андреевич, Найденова Ксения Александровна, Мартирова Татьяна Александровна, Ефимов Артем Александрович, Щукин Александр Валентинович (Москва)

Результаты экспериментов по генерации эллиптических предложений в элементарных геометрических задачах

Липачев Евгний Константинович, Невзорова Ольга Авенировна, Шахова Ирина Сергеевна (Казань)

Отношение «Prerequisite» VS отношение «DefinedBy» в математических онтологиях

В статье рассматривается обогащение разрабатываемых онтологий математического знания OntoMathEdu  и OntoMathPro новыми отношениями. Онтология профессионального математического знания OntoMathPRO предназначена для классификации и систематизации математических понятий в важнейших областей математики. Образовательная математическая онтология OntoMathEdu системно представляет знания по учебному курсу «Планиметрия». Для того, чтобы математические онтологии могли быть использована в образовательных приложениях, таксономические отношения между концептами должны быть дополнены пререквизитными отношениями.  Пререквизитные отношения являются независимыми по отношению к таксономическим отношениям, и образуют независимую иерархию онтологии. Данные отношения отражают взаимосвязь концептов при  их изучении в актуальном образовательном процессе.  Другое важное отношение «DefinedBy» определяет взаимосвязи концептов при их определении, что особенно важно для формирования системных знаний в области математики. Уточнение семантических свойств рассматриваемых отношений позволит улучшить качество создания онтологий.

Николаев Константин Сергеевич (Казань)

К методу автоматического аннотирования математических понятий в образовательных текстах: учет структуры документа

Обогащение образовательных текстов семантическим содержимым (в частности, ссылками на понятия в тексте) способствует повышению эффективности усвоения материала обучающимися. Существующие методы семантической разметки образовательных текстов не учитывают структурные особенности таких документов, что приводит к избыточному распознаванию понятий.  В данной статье описано развитие метода автоматического аннотирования математических понятий в образовательных математических текстах путем добавления функционала для учета структуры образовательного документа. Основное назначение метода заключается в обработке образовательных материалов курса дистанционного образования «Технология решения планиметрических задач». Соблюдение единого шаблона при создании страниц курса позволяет применить анализ веб-разметки страниц и ключевых слов, примененных создателями курса. Основной задачей в данном процессе является определение типа ячейки таблицы, в которых находятся текстовые фрагменты образовательных материалов. В соответствии с рекомендациями создателей курса, определения необходимо выделять в ячейках, содержащих постановку задачи, а также в тех блоках, где указаны входные данные задачи. Определение типа ячеек таблиц производится с помощью анализа их атрибутов и поиска ключевых слов в их содержимом. Такое ограничение распознаваемых фрагментов текста позволит улучшить восприятие страниц курса учеником и повысить уровень усвоения учебного материала.

Прокопьев Николай Аркадиевич (Казань)

Лингвистические графы знаний портала «Тюркская морфема» как база знаний для создания инструментов обучения тюркским языкам

В статье представлены элементы графов знаний портала “Тюркская морфема”, которые представляют собой лингвистический ресурс для разработки учебных курсов по изучению тюркских языков. Сам интернет-портал «Тюркская морфема» – это web-сайт (modmorph.turklang.net), который включает набор различных сервисов на базе лингвистических ресурсов по тюркским языкам, и ориентирован на работу с тюркскими языками в разных аспектах: морфонологическом, морфологическом, синтаксическом, семантическом. Создание образовательной среды требует предметно-ориентированные графы знаний, для получения которых не подходят методы создания общих и открытых графов. В данной работе описываются лингвистические графы знаний, которые, с одной стороны, отображают потенциальные возможности тюркских языков, а с другой стороны, примеры реального использования в текстах на тюркских языках. Особенность этих графов знаний в том, что, с одной стороны, они содержат лингвистические единицы разного языкового уровня, а с другой стороны – концепты, соответствующие значениям этих лингвистических единиц, которые встроены в тезаурус концептов. Структура такого графа знаний позволяет формировать контент учебного курса, строить индивидуальную образовательную траекторию, а также формировать задания и средства автоматизированной их проверки в рамках контроля знаний при обучении тюркским языкам. Это дает возможность разрабатывать впоследствии, на основе этих графов, программы обучения с учетом структурно-функциональных особенностей тюркских языков, а также способствует реализации индивидуальных целей обучающихся.

Уймин Антон Григорьевич, Греков Владимир Сергеевич (Москва)

THE APPLICATION OF THE DOUGLAS-PEUCKER ALGORITHM IN ONLINE AUTHENTICATION ISSUES OF REMOTE WORK TOOLS DURING THE TRAINING OF SPECIALISTS IN THE HIGHER EDUCATION CODE 10.00.00

В условиях перехода образовательных систем на дистанционное обучение в 2019 году, а также развития тренда на удалённую работу, возникла острая потребность в разработке надежных технологий биометрической идентификации и аутентификации для верификации исполнителей работ (лабораторные и практические) в рамках получения высшего образования по УГСН 10.00.00. Наиболее популярными решениями являются прокторинг с использованием видеотрансляций и распознавание HID-устройств. В контексте ограниченных вычислительных, сетевых и временных ресурсов предпочтение отдаётся второму решению. Среди HID-устройств особый интерес представляют манипуляторы типа «мышь» в связи с тем, что они наиболее устойчивы к подделке и подмене в отличие от клавиатуроподобных устройств. Проблема заключается в необходимости оптимизации потока входных данных, которые, во-первых, могут повлиять на переобучение нейросети-ядра системы распознавания, а во-вторых, предъявляют завышенные требования к ширине пропускного канала сети. Для решения этой проблемы требуется эффективная предобработка данных жестов, чтобы упростить их траектории, сохранив при этом ключевые особенности жестов. В статье предложено использование алгоритма Дугласа-Пеккера для предварительной обработки данных траекторий жестов мыши. Этот алгоритм позволяет значительно уменьшить количество точек в траекториях, упрощая их при сохранении основной формы жестов. Данные с упрощенными траекториями затем используются для обучения нейронных сетей. Экспериментальная часть работы показала, что применение алгоритма Дугласа-Пеккера позволяет сократить количество точек в траекториях на 60%, что приводит к увеличению точности распознавания жестов с 70% до 82%. Такое упрощение данных способствует ускорению процесса обучения нейронных сетей и повышению их операционной эффективности. Исследование подтвердило эффективность использования алгоритма Дугласа-Пеккера для предварительной обработки данных в задачах распознавания жестов мыши. В статье предложены направления для дальнейших исследований, включая оптимизацию параметров алгоритма для различных типов жестов и исследование возможности его комбинирования с другими методами машинного обучения. Полученные результаты могут найти применение в разработке более интуитивно понятных и адаптивных пользовательских интерфейсов.

Шахова Ирина Сергеевна (Казань)

Автоматизация процессов нормоконтроля отчетной документации обучающихся: концепция программного решения

Отчетная документация является одним из оценочных средств, используемых для проверки освоения обучающимися высших учебных заведений ряда универсальных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций, отражающих способность осуществлять поиск, критический анализ и синтез информации, а также умение оформлять методические материалы и разрабатывать технические документы, связанные с профессиональной деятельностью. Оценка освоения соответствующих компетенций определяется по результатам анализа содержательной части текста отчета, требующего экспертности в предметной области, и контроля соответствия документов требованиям к оформлению, сопровождающегося набором стандартных проверок. Подобный нормоконтроль не предполагает вариативности в оценивании и имеет перспективы автоматизации. Внедрение программного решения, направленного на автоматизацию процессов нормоконтроля, позволит сократить временные затраты на проверку отчетной документации и формирование рекомендаций для обучающихся по исправлению обнаруженных несоответствий. В работе проанализированы наиболее часто встречающиеся ошибки оформления, проведена их классификация и составлена типология ошибок. Предложены методы обнаружения каждого из типов несоответствий требованиям к оформлению и описана концепция программного решения, включающего реализацию предложенных методов и интерфейсы взаимодействия с пользователями. Результаты проведенного исследования демонстрируют потенциал применения методов автоматизации для задач проверки отчетной документации студентов.