Svätý grál vzdelávania: vyriešiť 2-sigma problém #42
Prekliatie Baumolovou chorobou nákladov, zoberú roboti prácu učiteľom?; vieme, čo funguje, nevieme, ako to zabezpečiť pre všetkých.
Každé odvetvie má svoj svätý grál. Vo vzdelávaní ho v roku 1984 zadefinoval Benjamin Bloom ako „2-sigma problém“. V experimentálnej štúdii ukázal, že učenie formou tútoringu, kedy sa jeden učiteľ venuje jednému žiakovi, vedie k extrémne výborným výsledkom. V štatistickom jazyku - k zlepšeniu o dve štandardné odchýlky. Teda dokážete priemerného žiaka posunúť na takú úroveň, že je lepší ako 98 % žiakov.
Dnes, o desaťročia výskumu neskôr, už vieme, že tútoring je skutočne jedna z najefektívnejších metód vzdelávania. A to napriek tomu, že nedosahuje vždy magické zlepšenia o 2 štandardné odchýlky. Už neriešime, či tutoring funguje, ale ako ho rozšíriť medzi širokú populáciu. To je svätý grál vzdelávania.
Baumolova choroba
V 70. rokoch popísal ekonóm William Baumol nákladovú chorobu. Môžu ňou ochorieť sektory, v ktorých nerastie produktivita práce rovnakým tepom, ako vo zvyšku ekonomiky. Ale zároveň musia v tom sektore vyplácať vyššie mzdy, pretože konkurencia na trhu práce to vyžaduje. Najčastejšie touto chorobou trpia rôzne odvetvia služieb, napríklad vzdelávanie.
Vzdelať jedného človeka stálo pred rokom, desiatimi aj sto rokmi približne podobný počet človekohodín. Porovnajte to napríklad s ľudskou prácou potrebnou na obživu jedného človeka. Tá klesla dramaticky. Dôvod, prečo školstvo nedokáže v produktivite držať krok s ostatnými sektormi, je absencia technológií, ktoré by šetrili čas a námahu ľudí. Inak ich nazývame aj roboti.
Nie je pravda, že by ich nikto nikdy v školstve neskúšal zapriahnuť. O technologickej revolúcii vo vzdelávaní sa veľa rozprávalo, keď prišlo rádio, neskôr televízia, následne keď boli VHS kazety v každej domácnosti a naposledy sa veľké nádeje vkladali do internetu a masových online bezplatných kurzov (tzv. MOOC).
Dôvodom tohto neúspechu technológií nie sú len všetky nedostatky centrálne riadeného školstva, zle nastavených motivácií a absencia spätnej väzby. To je síce smrtiaci kokteil pre akékoľvek inovatívne prístupy, ale aj samotné podkladové technológie mali svoje nedostatky. Predovšetkým nedokázali doručiť pre vzdelávanie dva kľúčové faktory: interakciu a individualizáciu. Rádio, televízia, kazety a internetové kurzy spravidla ponúkali len pasívny a plošný vzdelávací zážitok.
Dnes skupina vedcov z oblasti kognitivínych vied, IT a umelej inteligencie vkladá nádeje do novej technológie. Tá má priniesť benefity Bloomoho zlatého grálu v podobe tútoringu a zároveň vyliečiť Baumolovo prekliatie nákladovej choroby. Tou technológiou majú byť digitálni tútori.
Evolúcia digitálnych tútorov
Digitálny tútor je počítačový program, ktorý žiakovi simuluje interakciu s ľudským tútorom. Najčastejšie má tri základné komponenty: obsah výučby (čo učiť), pedagogický modul (ako to učiť) a model žiaka (čo už vie). A vďaka nim dokáže prispôsobovať vzdelávanie úrovni a postupu žiaka, dávať mu spätnú väzbu a overovať si, či všetkému správne porozumel. Jednoducho prináša automatizovanú interakciu a individualizáciu. Je to robot-učiteľ.
Digitálni tútori prešli doteraz dvoma vývojovými štádiami. Prví digitálni tútori vedeli podať vysvetlenie látky, položiť otázku a následne skontrolovať odpoveď. Tieto činnosti do nejakej miery aj prispôsobovali úrovni vedomostí žiakov a vedeli poskyskytovať spätnú väzbu a nápovedy. Dialo sa tak však len na úrovni celých otázok a vzdelávacich celkov. Takýto digitálni tútori vznikali od 70. rokov a zvykli sa nazývať Computer Aided Instruction (ďalej CAI). Dosahované výsledky sa pohybovali na úrovni 0,3 sigma, teda ďaleko od efektívnosti ľudských tútorov.
Ich architekti dnes vidia hlavné nedostatky CAI v príliš veľkých skokoch a nedostatočnom rozdelení spätnej väzby na menšie celky. Riešenie zložitejších úloh spravidla od žiakov vyžaduje veľa mentálnych krokov, a teda je veľa priestoru na nepochopenie, zlé pochopenie alebo pomýlenie sa. Ak žiak dostane len veľmi zjednodušenú spätnú väzbu na konci úlohy, nevie spoľahlivo identifikovať, kde spravil chybu. Takéto skokové úlohy obsahujú v žargóne kognitívnych vedcov veľa „elementov interaktivity“. Teda veľa položiek a krokov riešenia, ktoré musí študent držať v hlave – v limitovanej pracovnej pamäti, aby dokázal vyriešiť úlohu.
Tento problém mala riešiť druhá generácia digitálnych tútorov - tzv. Inteligent Tutoring Systems (ďalej ITS). Tie už umožňujú študentom viesť dialóg v prirodzenom jazyku a rozdeľujú riešenie úloh a spätnú väzbu na postupné kroky. Práve táto postupnosť je klúčová. Výtvára rozsiahlejší priestor na interakciu medzi digitálnym tútorom a žiakom, ktorý tak dostáva spätnú väzbu častejšie a je vyzývaný na aktívne, opakované a hlavne samostatné aplikovanie vedomostí v nových kontextoch. Teda ITS už nedáva feedback len k odpovediam, ale k samotnému procesu rozmýšľania žiakov.
Takto vzrastá pravdepodobnosť, že ak žiak spraví chybu alebo niečo zle pochopí, bude hneď vedieť identifikovať, kde je problém a vlastnou aktivitou túto chybu napraviť. Práve toto naprávanie chýb žiakmi samotnými na základe spätnej väzby je tým klúčový momentom učenia sa. Podľa kognitívnych vedcov sa práve vtedy vedomosti prepájajú s inými existujúcimi vedomosťami, presúvajú sa z krátkodobej pamäti do dlhodobej a v mozgu žiakov tak vznikajú celé vedomostné schémy.
Meta-štúdie hovoria, že efekt ITS sa pohybuje na úrovni 0,8 až 1 sigma. Čo je vo vzdelávacích vedách považované za obrovský pozitívny efekt. A autori knihy Artificial Inteligence Education z roku 2019 tvrdia, že výsledky ITS sa už pohybujú na úrovni výsledkov ľudských tútorov.
Jeden príklad digitálneho tútora za všetky
Armáda má vo vývoji inovácií dve výhody: nikto sa až tak nepozerá na náklady, ale zato existuje pomerne silný tlak na praktické a funkčné výsledky (teda pokiaľ nejde o armádu v Rusku). Okolo roku 2009 dostala americká agentúra pre vojenský výskum (DARPA) za úlohu vytvoriť inteligentný vzdelávací systém pre vojenské potreby. A prišla s Digitálnym tútorom pre IT odborníkov v americkom námorníctve (NAVY).
Najväčšia časť niekoľkomiliónového rozpočtu na Digitálneho tútora bola použitá na nájdenie a zaplatenie top odborníkov v rôznych IT oblastiach. Kandidáti najskôr prechádzali rozsiahlym testovaním a cvičným tútorovaním, kde prezentovali svoje schopnosti učiť. A následne 24 vybraných odborníkov pripravilo nové tútorovacie kurzy trvajúce 16 týždňov, ktoré aj skutočne niekoľkokrát odučili. Celý priebeh ich tútorovania bol nahratý a stal sa základom pre programátorov a kognitívnych vedcov, ktorí spolu pracovali na Digitálnom tútorovi. Každý segment v každej oblasti Digitálneho tútora následne prechádzal sériami testovaní, vyhodnocovania a upravovania na skutočných žiakoch. Z tohto skratkovitého opisu by malo byť zrejmé, že išlo o dlhý, náročný a hlavne nákladný proces.
Technika vzdelávania zvolená pre Digitálneho tútora vychádza z úvodných explicitných inštrukcií a následného opakovaného riešenia autentických problémov. Teda sa tu spája tradičná technika priamych inštrukcií a progresívna metóda objavovania a riešenia problémov. Do toho prinášal Digitálny Tútor:
Frekventované a hlboké dialógy s žiakmi
Kontinuálne diagnostikovanie a hodnotenie individuálneho učenia sa a progresu
Požiadavku reflektovať a zamýšľať sa nad naučenými konceptmi
Autentické a situáčné riešenie problémov
Vďaka tomu tí lepší študenti nemali možnosť zaspať na vavrínoch a tí horší sa nikde nezasekli. Teda Digitálny tútor dokázal zladiť náročnosť materiálov a zručnosti študentov. To je problém, ktorý veľmi dobre poznajú a riešia napríklad vývojári počítačových hier. Nie je nič horšie ako príliš ľahká a nudná hra, alebo naopak, príliš ťažká a deprimujúca hra. Samotní pozorovatelia experimentov s Digitálnym tútorom tvrdili, že u študentov videli „rovnaký druh koncentrácie, ponorenia sa a flowu, ktoré sú charakteristické pre interaktívne počítačové hry“. A nakoniec, ak nastal nejaký neriešiteľný problém alebo error, tak „na vyučovaní“ bol prítomný aj ľudský mentor, ktorý mohol pomôcť.
Po 16 týždňoch učenia sa s Digitálnym tútorom nastúpili absolventi na dvojtýždňové hĺbkové preskúšavanie. Toho sa zúčastnila aj kontrolná skupina absolventov tradičného vzdelávania pod hlavičkou NAVY, ktoré trvalo 35 týždňov. Plus sa k nim pridali ako benchmark kvality aj experti s desaťročnou praxou v americkom námorníctve.
Absolventi, ktorí prešli cez klávesnicu Digitálneho tútora, dosiahli výrazne lepšie výsledky vo všetkých troch druhoch praktických cvičení a taktiež v štvorhodinovom vedomostnom teste. Najväčším šokom však bolo, že prekonali aj expertov (!). To nečakali ani najväčší optimisti. Jedinou výnimkou, kde absolventi Digitálneho tútora nedominovali, boli cvičenia zamerané na IT bezpečnosť. Pričom táto výnimka dokonalo potvrdila pravidlo (efektivitu Digitálneho tútora). IT bezpečnosť bol totižto jediný segment, na ktorý sa pri tvorbe Digitálneho tútora nepodarilo zohnať ľudského experta, a preto bol odučený len ako klasická lekcia.
SmartBooks
Väčšina ITS sa vyvíja a testuje v USA. Ak si teda chcete niečo podobné vyskúšať, musíte siahnuť po anglicky hovoriacich robotoch s pravdepodobne mierne odlišnými kurikulami, než sú tie naše. V slovenských podmienkach sa k robotovi-učiteľovi aspoň do určitej miery približuje aplikácia SmartBooks. Ako napovedá názov, ide o niečo ako inteligentnú učebnicu, ktorá vysvetľuje, precvičuje a testuje. Obsahuje určitú formu interaktivity a aj individualizácie, aj keď ešte ani zďaleka nemôžeme hovoriť o skutočnom digitálnom tútorovaní. Teda SmartBooks určite nenahradí učiteľa, ale môže mu pomôcť – je to taký robot-asistent. Každopádne, najväčšou výhodou je, že ide o niečo, čo si môžu vyskúšať vaše deti/súrodenci/žiaci tu a teraz.
Techno-realizmus
Toto bol veľmi technologicko-optimistický text. Som si istý, že nejednému z vás napadlo množstvo „ale veď...“, ktoré by schladili nadšenie z týchto úvah. A máte pravdu. V minulosti bolo vo vzdelávaní niekoľko období a technológií, ktoré sľubovali revolúciu. Dnes by sa už dala napísať celá učebnica dejepisu o budúcnosti vzdelávania. A bola by pomerne technologicky-pesimistická. Prečo je také ťažké prísť s niečím revolučným vo vzdelávaní? Čo si o tom myslíte? Prediskutujeme v novej skupine.
Róbert Chovanculiak
Pre plný zážitok z tohto newslettera sa pridajte k podporovateľom. Podporíte tým moju prácu a získate prístup do súkromnej skupiny. Ďakujem.
Ak nechcete zmeškať žiadnu novinku zo sveta pokroku bez povolenia, môžete ma sledovať na sociálnych sieťach: