EVOLUTION OF AUDIENCE RESPONSE SYSTEM IN EDUCATION: CURRENT STATE, TENDENCIES AND PERSPECTIVES

Новиков В.В.¹, Сорокин Д.С.²

¹ ORCID: 0000-0001-5317-2103, аспирант, Университет ИТМО (Санкт-Петербург),² ORCID: 0000-0003-3092-1794 аспирант, Университет ИТМО

РАЗВИТИЕ ОПРОСНЫХ СИСТЕМ В ОБРАЗОВАНИИ: ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ, ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Аннотация

В статье представлено описание опросных систем в образовании как образовательной технологии и как программно-аппаратного комплекса. Рассматриваются существующие типы опросных систем в образовании: на базе технологий инфракрасной и радиочастотной передачи данных, SMS, веб-ориентированные и смешанные опросные системы. По результатам проведенного краткого обзора производится их разделение на две условные группы: «классические» и «современные», при этом, несмотря на положительный опыт применения «классических» систем, отмечаются их недостатки, которые решаются «современными». Рассматриваются текущие тенденции в сфере электронного обучения и их влияния на развитие опросных систем: развитие мобильных технологий передачи данных и «облачной» обработки данных; принцип «Bring Your Own Device» (BYOD); накопление, обработка и интеллектуальный анализ образовательных данных (EDM). Относя к «современным» веб-ориентированные системы, на основе существующих тенденций в электронном обучении дается обоснование актуальности их разработки и внедрения в настоящий момент, а также приводятся существующие решения,  имеющиеся на зарубежном рынке образовательного программного обеспечения. Статья завершается разработкой требований к «современным» опросным системам и отмечается, что в настоящий  момент существующие веб-ориентированные опросные системы не удовлетворяют этим требованиям.

Ключевые слова: опросные системы в образовании, современные опросные системы, веб-ориентированные опросные системы.

Novikov V.V.¹, Sorokin D.S.²,

¹ ORCID: 0000-0001-5317-2103, postgraduate student, ITMO University (Russia, Saint-Petersburg),² ORCID: 0000-0003-3092-1794, postgraduate student, ITMO University

EVOLUTION OF AUDIENCE RESPONSE SYSTEM IN EDUCATION: CURRENT STATE, TENDENCIES AND PERSPECTIVES

Abstract

The article presented audience response systems (ARS) in education as instructional technology and as hardware and software system. Overviewed existing types of  ARS: infrared and radio frequency based, SMS, web-based systems and hybrid. After short review they were divided into two groups: “classic” and “modern”. Despite positive experience of “classic” systems they have some limitations which solved by “modern” systems. Was made a review of current e-learning tendencies and influence them to development of ARS: mobile technologies and cloud computing; “Bring Your Own Devices”  principle; educational data mining. Based on e-learning tendencies and fact that web-based ARS is a kind of “modern” systems it was proved the relevance of development and usage this type of system in educational process. Last section of the article describes requirement of “modern” systems and notes that are no satisfying web-based ARS now.

Keywords: audience response systems in education; modern audience response systems; web-based response systems.

Введение

В течение последних 15 лет в системе образования (преимущественно западного) наблюдается рост интереса к применению опросных систем (ОС, audience response system) в рамках очных занятий. Опросные системы представляют собой программно-аппаратный комплекс, позволяющий обеспечить взаимодействие студентов с преподавателем посредством проведения опросов, при этом студент отправляет сообщения (в различных формах) при помощи специального устройства – кликера  (clickers). Применение таких систем повышает степень интерактивности занятий за счет: а) наличия обратной связи класса с преподавателем; б) обработки полученных сообщений и их автоматизированной или автоматической оценкой, обеспечивающих корректировку плана занятия в режиме реального времени. Опросным системам в образовании посвящено много научных статьей, в том числе рассматривающих влияния на различные аспекты образовательного процесса: вовлечение студентов в занятие и повышение их внимания [1], [2], [3] и [4]; учебные показатели [3], [5]; качество обучения [1], [3]; интерактивность занятия [6], [8], [9] и  [10].

«Классические» реализации опросных систем состоят из трех компонентов: передатчиков сигналов в виде пульта управления – кликера; приемника сигналов и обработчика поступившей информации; презентационной техники для демонстрации опроса и визуализации его результатов. В статьях [10], [11] и [12] отмечается проблема дороговизны приобретения и установки таких систем, как для университетов, так и для студентов, а сложность эксплуатации приводит к проблемам их низкой масштабируемости и мобильности. В то же время наметившиеся тенденции в области электронного обучения, например, такие как сбор, обработка, анализ статистических образовательных данных и концепция применения собственных электронных (и в первую очередь портативных) устройств студентов в процессе обучения – Bring Your Own Devices (BYOD), приводят к моральному и технологическому устареванию «классических» опросных систем.

Вышеописанные проблемы могут быть решены за счет перехода к «современным» веб-ориентированным опросным системам с применением мобильных технологий. Стоит отметить, что такой переход уже начался и представлен на рынке рядом продуктов зарубежных компаний (iClicker, Socrative, Bing Pulse, Top Hat), однако, как будет показано дальше, они не является полностью удовлетворительным в рамках понимания «современной» опросной системы.

1. Обзор существующих типов опросных систем

Прототипы первых опросных систем (ОС) были реализованы еще в шестидесятых годах прошлого века [7], однако, техническое воплощение этих систем на тот момент не позволило в полной мере раскрыть их потенциал с точки зрения образовательной технологии. В 90-ых годах прошлого века вновь наблюдается интерес к ОС, а в последние годы наметилась тенденция в смене технологической платформы при реализации систем. Переход от так называемых «классических» ОС к веб-ориентированным уже начался, и в ближайшие годы может стать массовой и востребованной образовательной технологией не только за рубежом, но и в России.

Рынок ОС в образовательном секторе в настоящий момент представлен несколькими компаниями, предлагающие различные типы решений. В зависимости от типа решения, ОС может быть, как физически встроена в инфраструктуру образовательного учреждения, путем установки соответствующего аппаратного и программного обеспечения, так и являться «облачной», т.е. реализуемой по модели Software as a Service (SaaS), таким образом, предоставляя доступ к ОС посредством веб-интерфейса.

Технически любая ОС является программно-аппаратным комплексом, состоящим из трех компонент:

1. Передатчик сообщения (кликер, clicker).
2. Приемник и обработчик сообщения.
3. Презентационное программное обеспечение.

Тип ОС определяют в первую очередь способ и/или среда передачи сообщения. Их можно разделить следующим образом:

1. ОС на базе технологий инфракрасной передачи данных (ИК ОС, IR ARS)
2. ОС на базе технологий радиопередачи данных (РОС, RF ARS).
3. ОС на базе текстовых сообщений сотовой связи (SMS) (SMS ОС, SMSRS)
4. Веб-ориентированные (ВОС, Web-based ARS).
5. Смешанные (СОС, Hybrid ARS).

В виду длительной истории использования в сфере образования первых трех типов ОС, далее в статье они будут именоваться классическими ОС.

Отличие ИК ОС и РОС заключается в способе передачи сообщения участника опроса кликером к приемнику: в случае ИК ОС передача осуществляется инфракрасным лучом направленным непосредственно на приемник; для РОС передача осуществляется при помощи радиосигналов. В зависимости от производителя ОС, кликеры (рисунок 1) могут быть оснащены различным количеством кнопок для ввода ответа (от ответов закрытого типа «да/нет», до ответов открытого типа), LCD дисплеями для вывода формулировки текущего опроса, оповещения о корректности ответа, вывода служебной информации и т.д.

Рисунок 1 – примеры кликеров

Презентационное ПО используется для решения следующих задач при проведении опросов:

1. Оповещения участников опроса о начале/смене/завершении опроса.
2. Демонстрации формулировки опроса.
3. Демонстрации результатов опроса: процентное соотношение вариантов ответов; список полученных ответов и т.д.

Управление ходом и отображение результатов проведения опроса осуществляется при помощи компьютера, с предустановленным презентационным ПО, и подключенным к нему проектором. Обычно презентационное ПО встраивается (как плагин) в уже существующие программные средства, установленные на компьютере, например в MS PowerPoint. По исторически сложившимся причинам РОС, в настоящее время, является наиболее распространенным типом ОС.

В SMS ОС в качестве кликеров используются устройства сотовой связи и сообщения передаются текстовыми сообщениями (SMS) на заранее определенный организатором опроса номер. Получение информации о ходе опроса производится при помощи web-сервиса. В таких ОС приемник и обработчик сообщения выносятся непосредственно за пределы класса, поэтому для проведения опроса организаторам достаточно презентационной техники с соответствующим ПО, а участникам – мобильных телефонов.

При этом стоимость эксплуатации таких систем оказывается намного ниже ИК ОС или РОС по причине:

• отсутствия необходимости установки и обслуживания специального оборудования для приема сообщений;
• отсутствия необходимости покупки кликеров.

Последние несколько лет активно набирают популярность ВОС, что обусловлено несколькими причинами: во-первых, развитие сети Интернет, мобильной связи, и их инфраструктуры, а также доступность для конечного пользователя; во-вторых, увеличение производительности и уменьшение стоимости, а, следовательно, и доступность для конечного пользователя вычислительной техники, в первую очередь портативной (мобильные устройства); в-третьих, развитие web-технологий.

Технически ВОС является SaaS, сообщения передаются по сети Интернет по протоколу HTTP/HTTPS. Приемником и обработчиком сообщений является удаленный веб-сервер, а получение информации о ходе опроса, так же как и в SMS ОС, производится посредством веб-сервиса. Кликером в таком типе ОС является собственное портативное устройство участника (ноутбук, смартфон или планшет) с установленным ПО или доступом к веб-сервису через веб-браузер. В некоторой степени ВОС идеологически является продолжением SMS ОС, развивая концепцию Bring Your Own Device (BYOD) – принеси свое устройство, идея которой подразумевает использование собственных устройств студентов в образовательном процессе [13], [14], [15].

В настоящий момент ВОС является наиболее перспективным типом ОС по следующим причинам:

1. Низкая стоимость установки и эксплуатации системы для образовательного учреждения. Низкая стоимость пользования ОС участниками опроса (студентами).
2. Относительная простота встраивания системы в инфраструктуру образовательного учреждения.
3. Простота модификации и масштабирования ОС.
4. Широкие возможности интерактивности и визуализации для кликеров, как портативных устройств. В частности, возможность замены презентационной части классических ОС (проектор и презентация) средствами портативных устройств.
5. Активное развитие мобильных технологий и средств передачи данных.

СОС включают в себя как классические ОС, так и веб-ориентированные, тем самым поддерживая проведения опросов одновременно с использованием разных способов передачи сообщений. Такие системы представлены на рынке компаниями, которые уже перешли или находятся в процессе перехода к веб-ориентированным  ОС, но осуществляют поддержку клиентов с классическими ОС.

Современные тенденции применения информационных технологий в образовании

Несмотря на более полувековую историю развития информационных технологий в образовании, эта сфера является все еще молодой и в настоящий момент отмечается ее интенсивный рост. С развитием сети Интернет, вычислительной техники, инструментальных средств разработки и программного обеспечения, мобильных технологий, сами по себе являются причинами такого роста, однако здесь следует отметить и тот факт, что доступность технологий стала существенно выше, и сейчас можно говорить о массовости их применения.

Одним из следствий доступности информационных технологий стало явление под названием BYOD (Bring Your Own Device), подразумевающая использование портативных устройств, являющиеся частной собственностью человека, для доступа к электронной инфраструктуре той или иной организации, членом которой он является. Это явление охватило многие сферы, в том числе и образовательную, чему свидетельствуют многие статьи по теме, как зарубежных, так и отечественных авторов [13], [14] и [16]. Организационно-техническая сторона вопроса освещалась в некоторых исследованиях и опросах [16], [14] и [17], которые показывают готовность студентов использовать собственные портативные устройства (речь идет преимущественно о смартфонах и планшетах) в образовательных целях.

Массовое применение информационных технологий, использование Интернет ресурсов, веб-сервисов и пр., привело к потребности обрабатывать все возрастающий объем генерируемых пользователями данных. Стали актуальными задачи сбора, накопления и обработки образовательных статистических данных. С недавних пор, в сфере образования появился термин интеллектуальный анализ образовательных данных (ИОАД, от англ. Educational data mining, EDM) [18], [19] и [20]. Можно сказать, что ИАОД заключается в применении методов интеллектуального анализа данных (Data Mining), машинного обучения и математической статистики к данным, которые “генерируются” образовательной средой. Общепринятое определение понятия EDM приведено на сайте сообщества http://www.educationaldatamining.org: “ИАОД является новой дисциплиной, сконцентрированной на разработке методов для изучения уникальных типов данных, поступающих из образовательной среды, и использовании этих методов для лучшего понимания обучающихся и методов, которыми они обучаются”.

ИАОД это новая и развивающаяся дисциплина, в рамках которой применяются математические и педагогические методы и подходы для понимания того, как обучающиеся учатся и в каких условиях они это делают. При этом к образовательным данным относятся не только различные виды взаимодействий обучающихся с педагогическими программными средствами, но также и административные данные, демографические данные, данные о личностных качествах и данные о взаимодействии обучающихся между собой. Как было отмечено, ИАОД сравнительное новое направление исследований.

Как было отмечено ранее, в самом общем виде ИАОД применяется для улучшения образовательного процесса и в последние годы появилось большое число исследований, в которых конкретизируются назначения применения. Так, авторы статьи [20] предложили рассматривать назначение применения ИАОД в зависимости от точки зрения конечного пользователя, выделяя четыре вида конечных пользователей: обучающиеся, преподаватели, административные работники и исследователи. Для каждой из этих групп характерны свои задачи, которые могут решаться с помощью ИАОД. Существует множество задач, в которых методы статистики, машинного обучения и извлечения знаний полезны для всех участников образовательного процесса.

В контексте ИАОД ОС становится дополнительным инструментом “генерации” образовательных данных, которые могут  быть использованы при решении таких задач образовательного процесса, как:

• классификации обучающихся по заранее выделенным признакам;
• прогнозирования успеваемости студентов;
• моделирования знаний студента или формирования модели студента (например, определения характеристик обучения, таких как, скорость прогресса, скорость обучения, результативность и т.д.) и дальнейшего применения этой модели в адаптивных обучающих системах.

Таким образом, отмечаются три важные тенденции современных информационных технологий в образовании, в контексте разработки и применения ОС:

1. Использование сети Интернет, для предоставления образовательного контента и доступа к программному обеспечению по модели распространения SaaS (Software as a Service).
2. Концепция BYOD (Bring Your Own Device) подразумевающая использование собственных портативных устройств студентов в образовательном процессе, например, для получения доступа к учебным материалам или к электронной инфраструктуре университета.
3. Сбор, накопление и статистическая обработка образовательных данных (EDM).

Переход от классических опросных систем к современным

Основываясь на проведенном обзоре научных исследований по теме применения ОС в образовании, обзоре существующих на рынке ОС и существующих тенденциях в сфере образовательных информационных технологий, можно сделать несколько значимых выводов.

Во-первых, ОС зарекомендовали себя в сфере образования, о чем свидетельствуют многочисленные положительные результаты исследований (обзоры представлены в статьях [21], [22]). Эффективность их внедрения в учебный процесс связаны с такими факторами как: наличие мгновенной обратной связи учащихся с преподавателем; возможность быстрого оценивания понимания учебного материала каждым студентом; вовлечение студентов в учебный процесс и их мотивация; использование информационных технологий.

Вторым выводом является то, что, несмотря на положительные результаты внедрения ОС в учебный процесс, исследователи отмечают недостатки технической реализации и сложности применения КОС и прогнозируют переход к ВОС. Наблюдение за развитием рынка ОС за рубежом подтверждает состоятельность этих прогнозов существующими ВОС (например, Socrative, Top Hat, iClicker).

Однако, и в третьих,  функциональность «неклассических» ОС пока что не в полной мере соответствует общим тенденциям развития образовательных информационных технологий и возникающим требованиям. Как отмечается в статьях, [23], [24] и [25], существует сложность применения ОС связанная с необходимостью разработки опросов фактически с нуля. И хотя как КОС, так и ВОС позволяют загружать и выгружать готовые опросы, перспектива видится в организации именно многопользовательского режима работы, позволяющего разным преподавателям обмениваться опросами и редактировать их содержимое. Это, в свою очередь, приводит к повторяемости при проведении опросов, и такая ОС становится источником образовательных статистических данных, причем ожидается их нелинейный рост. Сами данные подлежат обработке и анализу, с целью повышения качества учебного процесса, как одной из задач ОС уже как образовательной технологии.

Текущий переход от «классических» ОС к существующим формам ВОС видится промежуточным этапом, а с учетом потребностей преподавателей, развития мобильных технологий и существующими тенденциями электронного обучения должен привести к современной ОС.

Резюмируя вышесказанное, современная ОС должна удовлетворять следующим критериям:

1. Веб-ориентированная ОС: уход от аппаратной зависимости при проведении опросов – установки специальных приемников и передатчиков в классах, как это было в классических ОС, и предоставление вместо этого SaaS конечному пользователю посредством сети Интернет.
2. Соответствие принципу BYOD.
3. Поддержка многопользовательского режима работы преподавателей в рамках создания и редактирования опросов.
4. Наличие средств накопления и статистической обработки образовательных данных, полученных по результатам проведения опросов.

Литература

1.      Caldwell J.E. Clickers in the large classroom: Current research and best-practice tips // Life Sciences Education. – 2007.– Т. 6. № 1. – С. 9-20.

2.      Bergtrom G. Clicker sets as learning objects // Interdisciplinary Journal of Knowledge and Learning Objects. – 2006.– Т. 2. № 1. – С. 105-110.

3.      Preszler R.W., Dawe A., Shuster C.B., Shuster M. Assessment of the effects of student response systems on student learning and attitudes over a broad range of biology courses // CBE-Life Sciences Education. – American Society for Cell Biology, – 2007.– Т. 6. № 1. – С. 29–41.

4.      Simpson V. O.M. Electronic voting systems for lectures then and now: A comparison of research and practice // Australasian Journal of Educational Technology. – 2007.– Т. 23. № 2. – С. 187–208.

5.      Kaleta R., Joosten T. Student response systems: A University of Wisconsin system study of clickers // EDUCAUSE Research Bulletin. – 2007. № 10. – С. 1-12.

6.      Siau K., Sheng H., Nah F. Use of classroom response system to enhance classroom interactivity // IEEE Transactions on Education. – IEEE, – 2006.– Т. 49. № 3. – С. 398–403.

7.      Cline K.S. Classroom voting in mathematics // Mathematics Teacher. – National Council of Teachers of Mathematics, – 2006.– Т. 100. № 2. – С. 100–104.

8.      Abate L. E., Gomes A., Linton A. Engaging students in active learning: Use of a blog and audience response system // Medical reference services quarterly. – Taylor & Francis Group 2011.– Т. 30. № 1. – С. 12-18.

9.      Cain J., Black E.P., Rohr J. An audience response system strategy to improve student motivation, attention, and feedback // American Journal of Pharmaceutical Education. – American Association of Colleges of Pharmacy, – 2009.– Т. 73. № 2.

10.  Kathy K. Clickers in the Classroom // TechTrends. – Springer US, – 2009.– Т. 53. № 1. – С. 74-77.

11.  Salemi M.K. Clickenomics: Using a classroom response system to increase student engagement in a large-enrollment principles of economics course // Journal of Economic Education. – Taylor & Francis Group, – 2009.– Т. 40. № 4. – С. 385-404.

12.  Abrahamson L. A brief history of networked classrooms: Effects, cases, pedagogy, and implications // В кн.: Audience response systems in higher education / ред. Banks D.A. Information Science Publishing, 2006. С. 1-25.

13.  Fortson K. Creating device-neutral assignments for BYOD classes // THE Journal (Technological Horizons In Education). – 1105 Media, Inc., – 2013.– Т. 40. № 2.

14.  Голицына И.Н., Половникова Н.Л. Мобильное обучение как новая технология в образовании // Образовательные технологии и общество. – Казанский национальный исследовательский технологический университет, – 2011. № 1. – С. 241-252.

15.  Nykvist S.S. Proceedings of the 2nd International STEM in Education Conference // The trials and tribulations of a BYOD science classroom. 2012. С. 331-334.

16.  Молоканова Ю.П. Готовность и мотивированность студентов вуза к применению электронных образовательных ресурсов в процессе обучения // Вестник МГОУ. Серия «Педагогика». – М.: Издательство МГОУ, – 2012. № 2. – С. 22-28.

17.  Peters K. m-Learning: Positioning educators for a mobile, connected future // The International Review of Research in Open and Distance Learning. – 2007.– Т. 8. № 2.

18.  Baker R.S.J. Data mining for education // International Encyclopedia of Education. – Oxford, UK: Elsevier, – 2010.– Т. 7. – С. 112-118.

19.  Romero C., Ventura S. Educational data mining: a review of the state of the art // IEEE Transaction on Systems. – IEEE 2010.– Т. 40. № 6. – С. 601-618.

20.  Romero C., Ventura S. Data mining in education // Wiley Interdisciplinary Reviews: Data Mining and Knowledge Discovery. – John Wiley & Sons, Inc., – 2013.– Т. 3. № 1. – С. 12-27.

21.  Kay R.H.; LeSage A. Examining the benefits and challenges of using audience response systems: A review of the literature // Computers & Education. – Pergamon, – Nov 2009.– Т. 53. № 3. – С. 819-827.

22.  Keough S.M. Clickers in the Classroom: A Review and a Replication // Journal of Management Education. – SAGE Publications, – Aug 2011.– Т. 26. № 1.

23.  Beatty I.D., Gerace W.J., Leonard W.J., Dufresne R.J. Designing effective questions for classroom response system teaching // American Journal of Physics. – American Association of Physics Teachers, – 2006.– Т. 74. № 1. – С. 31–39.

24.  Boyle J. Eight years of asking questions // В кн.: Audience response systems in higher education / ред. (Ed.) D.A.B. Hershey, PA: Information Science Publishing, 2006. С. 289–304.

25.  Freeman M., Bell A., Comerton-Forder C., Pickering J., Blayney P. Factors affecting educational innovation with in class electronic response systems // Australasian Journal of Educational Technology. – 2007.– Т. 23. № 2. – С. 149–170.

26.  Pelton L.F., Pelton T. Selected and constructed response systems in mathematics // В кн.: Audience response systems in higher education / ред. (Ed.) D.A.B. Hershey, PA: Information Science Publishing, 2006. С. 175–186.

References

14. Golicyna I.N., Polovnikova N.L. Mobil'noe obuchenie kak novaja tehnologija v obrazovanii // Obrazovatel'nye tehnologii i obshhestvo. – Kazanskij nacional'nyj issledovatel'skij tehnologicheskij universitet, – 2011. № 1. – S. 241-252.
15. Molokanova Ju.P. Gotovnost' i motivirovannost' studentov vuza k primeneniju jelektronnyh obrazovatel'nyh resursov v processe obuchenija // Vestnik MGOU. Serija «Pedagogika». – M.: Izdatel'stvo MGOU, – 2012. № 2. – S. 22-28.