XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Цифровые амбассадоры науки: аватары учёных в образовательном пространстве

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Буренко В.А. 1

---

1МАОУ СОШ №19 им. Л.А. Попугаевой

Гвоздева А.А. 1

---

1МАОУ СОШ №19 им. Л.А. Попугаевой

Работа в формате PDF

86.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования

Современные школьники, выросшие в цифровой среде, привыкли к динамичному визуальному контенту. Однако изучение истории науки в школе до сих пор опирается преимущественно на статичные иллюстрации и текстовые описания. Психолого-педагогические исследования (Выготский Л.С., 1991; Рубинштейн С.Л., 2002) показывают, что эмоциональная окрашенность информации значительно повышает эффективность её запоминания. Статичный портрет учёного в учебнике не создаёт эмоциональной связи, что приводит к быстрому забыванию материала.

Парадокс заключается в том, что, располагая современными технологиями искусственного интеллекта, школа продолжает использовать устаревшие методы визуализации. Возникает противоречие между потребностью учащихся в живом, эмоционально окрашенном контенте и возможностями традиционных учебных материалов.

Проблема исследования: каким образом можно повысить эмоциональную вовлечённость учащихся при изучении истории науки, используя современные технологии искусственного интеллекта?

Объект исследования: процесс изучения истории науки в основной школе.

Предмет исследования: эффективность использования анимированных портретов (аватаров) учёных (https://disk.yandex.ru/d/CDtR3XbFu-t1Kg ) как средства повышения познавательной активности и запоминания учебного материала.

Гипотеза исследования: мы предполагаем, что использование коротких анимированных портретов учёных, созданных с помощью нейросетей, позволит повысить вовлечённость учащихся не менее чем на 30% и улучшить запоминание имён и открытий не менее чем на 20% по сравнению с традиционными статичными иллюстрациями.

Цель исследования: теоретически обосновать, разработать и экспериментально проверить эффективность методики использования анимированных портретов учёных в образовательном процессе.

Задачи исследования:

1. Провести анализ психолого-педагогической литературы по проблеме визуализации учебного материала.

2. Исследовать современные технологии анимации статичных изображений с помощью нейросетей и выбрать оптимальные инструменты.

3. Сформировать пилотную коллекцию портретов учёных и создать серию анимированных видеороликов (https://disk.yandex.ru/d/CDtR3XbFu-t1Kg.)

4. Разработать методику интеграции анимированных портретов в структуру урока.

5. Провести педагогический эксперимент с контрольной и экспериментальной группами для проверки выдвинутой гипотезы.

6. Обработать полученные данные и сформулировать выводы об эффективности предложенной методики.

Методы исследования:

Теоретические: анализ научной литературы по педагогике, психологии восприятия и информационным технологиям; синтез и обобщение полученной информации.

Эмпирические: педагогический эксперимент (сравнение контрольной и экспериментальной групп); анкетирование учащихся; наблюдение за ходом урока; хронометраж активности.

Статистические: количественная обработка данных анкетирования, расчёт относительных показателей, сравнительный анализ результатов.

Научная новизна исследования заключается в разработке и апробации доступной методики создания образовательного контента с помощью нейросетей, адаптированной для условий массовой школы без привлечения дорогостоящего оборудования.

Практическая значимость работы состоит в создании медиатеки анимированных портретов учёных и комплекта методических рекомендаций для учителей, готовых к использованию в образовательном процессе.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Проблема визуализации историко-научного материала в школьном образовании

Проблема наглядности в обучении имеет глубокие педагогические корни. Ещё Ян Амос Коменский в XVII веке сформулировал «золотое правило» дидактики: всё, что можно, предоставлять для восприятия чувствам [4, с. 45]. В XX веке исследования Л.С. Выготского показали, что знак и образ находятся в сложном взаимодействии, и эффективность обучения зависит от того, насколько удаётся соединить абстрактное мышление с конкретным восприятием [1, с. 112].

Современные исследования когнитивной психологии (Солсо Р., 2006) подтверждают, что информация, подкреплённая визуальным образом, запоминается в 1.5–2 раза лучше, чем текстовая. При этом особое значение имеет эмоциональная окраска образа: мимика, выражение глаз, динамика лица создают так называемый «эффект присутствия», активизирующий зеркальные нейроны мозга [6, с. 78].

Анализ школьных учебников (физика, химия, биология, математика, информатика) показывает, что в среднем на один параграф приходится 2–3 портрета учёных. Однако эти изображения используются исключительно как статичные иллюстрации, без включения в активную познавательную деятельность. Учителя, опрошенные в ходе предварительного этапа исследования (n=12), отмечают, что портреты в учебниках «не работают» — учащиеся не обращают на них внимания или быстро забывают, кто на них изображён.

Таким образом, существует объективная потребность в «оживлении» историко-научных образов, в создании таких визуальных средств, которые соединяли бы информационную насыщенность с эмоциональной выразительностью.

1.2. Анализ существующих технологий анимации портретов

Существующие подходы к визуализации личности учёного можно разделить на несколько групп:

1. Традиционные статичные изображения. Преимущества: простота использования, доступность. Недостатки: отсутствие динамики, низкая эмоциональная вовлечённость.

2. Документальные фильмы и видеолекции. Преимущества: высокая информативность, возможность показать учёного «в действии». Недостатки: большая длительность (5–40 минут), сложность встраивания в структуру урока, высокие требования к оборудованию.

3. 3D-реконструкции и аватары. Преимущества: высокая реалистичность, интерактивность. Недостатки: сложность и высокая стоимость создания (недели работы профессионалов), необходимость специального ПО.

4. Анимация статичных изображений с помощью нейросетей. Это относительно новое направление, появившееся в 2020–2023 годах. Оно позволяет создавать короткие (5–15 секунд) реалистичные ролики на основе одной фотографии, сохраняя черты лица и воспроизводя естественную мимику [5].

Сравнительный анализ технологий представлен в Приложении А (таблица 1). Как видно из таблицы, технология нейросетевой анимации оптимально сочетает доступность создания, минимальные требования к оборудованию и высокий эмоциональный потенциал, что делает её наиболее перспективной для массового школьного образования.

1.3. Обзор современных нейросетевых инструментов для создания аватаров

Для практической реализации проекта были протестированы различные инструменты:

Study24.ai — платформа, использованная как основной инструмент для генерации видео. Позволяет создавать анимированные портреты с естественной мимикой и движением.

Luma — дополнительный инструмент для генерации видео, применявшийся для создания части роликов.

Yandex SpeechKit — использовался для озвучивания, синтеза речи, соответствующей историческому контексту.

Яндекс Алиса (чат) — применялась для генерации текстовых описаний, сценариев анимации и биографических справок (в паре с Deepseek).

Deepseek — использовался для подготовки текстовых материалов, описаний эмоций и характера учёных.

D-ID — рассматривался, но в основном использовались Study24.ai и Luma как более подходящие по функционалу.

HeyGen, Stable Diffusion — анализировались, но не были выбраны для основного производства.

В ходе тестирования (ноябрь-декабрь 2024) по критериям: реалистичность (экспертная оценка по 5-балльной шкале), время генерации, стоимость, простота интерфейса — оптимальное сочетание показали платформы Study24.ai и Luma. Попытка использования Яндекс Алисы для генерации видео дала неудовлетворительные результаты (слишком короткая длительность роликов), поэтому от этого инструмента отказались. Подробные результаты сравнительного тестирования представлены в Приложении А (таблица 2).

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

2.1. Методика отбора и подготовки контента

На первом этапе был проведён контент-анализ учебников для 7–9 классов по физике, химии, биологии, математике и информатике (использованы учебники, рекомендованные Министерством просвещения РФ). Фиксировались все упоминания учёных и наличие их портретов. Всего было проанализировано 15 учебников, выявлено 156 упоминаний, относящихся к 71 учёному.

Для пилотного проекта отбирались учёные, соответствующие следующим критериям: частота упоминаний в учебниках не менее 3 раз; наличие портрета в высоком разрешении (не менее 1024×1024 пикселей); фронтальное или полупрофильное положение лица; хорошая сохранность изображения (отсутствие сильных повреждений, ретуши); репрезентативность для разных областей науки (физика, химия, информатика и др.).

В результате был сформирован список из 7 учёных для пилотного проекта (https://disk.yandex.ru/d/CDtR3XbFu-t1Kg ):

Для каждого учёного на основе анализа биографических данных и описаний современников с помощью языковых моделей (Яндекс Алиса, Deepseek) были определены ключевые эмоциональные характеристики. Эти характеристики легли в основу сценариев анимации.

2.2. Технологический процесс создания анимированных портретов

Создание роликов осуществлялось в несколько этапов:

1. Подготовка изображений: отобранные портреты обрабатывались в графическом редакторе (кадрирование, коррекция освещения, удаление мелких дефектов).

2. Подготовка текстовых сценариев: с помощью чат-интерфейсов Яндекс Алисы и Deepseek генерировались описания желаемой мимики, движений и эмоциональной окраски для каждого учёного. Например:

Для М.В. Ломоносова — энергичный взгляд, лёгкий поворот головы, уверенное выражение лица.

Для Алана Тьюринга — задумчивость, сосредоточенность, лёгкое движение бровей.

Для М. Склодовской-Кюри — спокойная уверенность, мягкий взгляд, обращённый к зрителю.

3. Озвучивание: с помощью Yandex SpeechKit синтезировались короткие голосовые фразы или создавалось интонационное сопровождение (длительностью 5–7 секунд), соответствующее историческому контексту.

4. Генерация видео: подготовленные изображения, сценарии и аудио загружались в платформы Study24.ai и Luma. Для каждого портрета задавались параметры анимации. Было создано 7 пилотных роликов (по одному на каждого учёного).

5. Экспертная оценка и отбраковка: попытка использования Яндекс Алисы для прямой генерации видео дала неудовлетворительные результаты — создаваемые ролики были слишком короткими (менее 3 секунд) и не позволяли передать нужную эмоциональную окраску. Поэтому от использования Алисы для видеогенерации отказались, сосредоточившись на Study24.ai и Luma.

6. Постобработка: готовые ролики выгружались в формате MP4, проверялось отсутствие визуальных артефактов (искажений, «плывущих» участков лица). Ролики, качество которых было оценено ниже 4 баллов по 5-балльной шкале (экспертная оценка трёх независимых наблюдателей), отправлялись на перегенерацию.

Всего было создано 7 роликов. Итоговое качество оценено как высокое (средняя оценка 4.7 балла). Ролики систематизированы в медиатеке с указанием метаданных (ФИО, годы жизни, область науки, ключевое открытие, ссылка для скачивания). Структура медиатеки представлена в Приложении Г.

2.3. Организация педагогического эксперимента и анализ результатов

Для проверки гипотезы был организован педагогический эксперимент, проведённый в феврале-марте 2025 года на базе МАОУ «СОШ №19 имени Л.А. Попугаевой».

Дизайн эксперимента:

Участники: учащиеся 8-х классов (две параллельные группы, всего 46 человек). Группа А (экспериментальная, 23 человека) и группа Б (контрольная, 23 человека). Успеваемость по предметам естественно-научного цикла в группах статистически не различалась (подтверждено анализом текущих оценок).

Материал: фрагменты уроков по темам, связанным с деятельностью учёных из пилотного списка (физика, химия, информатика).

Процедура: в экспериментальной группе при изучении тем использовались созданные анимированные портреты (по 2–3 ролика на каждом уроке). В контрольной группе использовались те же статичные портреты из учебника. Учитель, длительность объяснения и все прочие условия были идентичными.

Инструментарий:

1. Хронометраж визуального внимания (фиксировалось, сколько секунд учащиеся смотрели на экран/доску в момент демонстрации портретов).

2. Анкета с закрытыми вопросами для оценки эмоционального восприятия (по 5-балльной шкале) — сразу после урока (Приложение Г).

Результаты эксперимента:

1. Вовлечённость (визуальное внимание): среднее время фиксации взгляда на портрете в экспериментальной группе составило 6.1 секунд (при средней длительности ролика 7 секунд), в контрольной группе — 1.3 секунды на статичном изображении. Вовлечённость (по данному показателю) выросла в 4.7 раза.

2. Эмоциональное восприятие: средняя оценка по шкале «интересно/неинтересно» в экспериментальной группе — 4.8 балла, в контрольной — 2.9 балла. Разница статистически значима (U-критерий Манна-Уитни, p < 0.01).

3. Запоминание (отсроченное):

Через 24 часа: экспериментальная группа — 84% правильных ответов; контрольная группа — 62%. Разница — 22%.

Через 7 дней: экспериментальная группа — 76% правильных ответов; контрольная группа — 47%. Разница — 29%.

Полные таблицы результатов и диаграммы представлены в Приложении Ж.

Обсуждение результатов

Полученные данные полностью подтверждают выдвинутую гипотезу. Эффект от использования анимированных портретов оказался даже выше прогнозируемого. Особенно важно, что разница в запоминании увеличивается со временем (через неделю разница больше, чем через день — 29% против 22%). Это свидетельствует о том, что эмоционально окрашенный образ создаёт более прочный ассоциативный след в долговременной памяти, что согласуется с теоретическими положениями Л.С. Выготского об «эмоциональной памяти» [1].

Качественный анализ (комментарии учащихся, собранные в свободной форме) показал, что в экспериментальной группе школьники чаще воспринимали учёного как «реального человека», «живую личность», а не как абстрактный символ из учебника. Особый интерес вызвали портреты учёных в области информатики (Тьюринг, Лебедев, Беббидж), что может быть связано с профилем класса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения научно-исследовательской работы были решены все поставленные задачи и достигнута цель исследования.

Основные результаты:

1. Теоретический анализ позволил обосновать необходимость использования эмоционально окрашенных визуальных образов в обучении. Выявлено, что существующие технологии визуализации либо недостаточно вовлекают учащихся, либо слишком сложны для массовой школы.

2. Разработана и апробирована методика создания анимированных портретов учёных с использованием комплекса инструментов: языковые модели (Яндекс Алиса, Deepseek) для подготовки сценариев, Yandex SpeechKit для озвучивания, платформы Study24.ai и Luma для генерации видео. Создана медиатека из 7 анимированных портретов выдающихся учёных (М.В. Ломоносов, Д.И. Менделеев, М. Склодовская-Кюри, А.С. Попов, Алан Тьюринг, С.А. Лебедев, Чарльз Беббидж).

3. Проведён педагогический эксперимент, который полностью подтвердил выдвинутую гипотезу: использование анимированных портретов повышает визуальную вовлечённость учащихся почти в 5 раз (в 4.7 раза) по сравнению со статичными изображениями; эмоциональная оценка материала возрастает с 2.9 до 4.8 баллов по 5-балльной шкале; отсроченное запоминание (через 7 дней) улучшается на 29% (с 47% до 76% правильных ответов).

4. Разработаны методические рекомендации для учителей по интеграции коротких анимированных роликов в структуру урока (Приложение З), что обеспечивает практическую применимость результатов работы.

Рекомендации по внедрению: рекомендовать созданную медиатеку к использованию на уроках физики, химии, информатики в 8–9 классах; продолжить работу по расширению коллекции анимированных портретов, включив учёных из других областей (биология, история); рассмотреть возможность создания интерактивных викторин и квизов на основе анимированных портретов для организации внеурочной деятельности.

Перспективы дальнейшего исследования могут быть связаны с изучением влияния анимированных портретов на учащихся разных возрастных групп, а также с исследованием возможности добавления более развёрнутой синтезированной речи для создания полноценных мини-лекций.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Выготский, Л.С. Педагогическая психология / Под ред. В.В. Давыдова. — М.: Педагогика, 1991. — 480 с.

2. Рубинштейн, С.Л. Основы общей психологии. — СПб.: Питер, 2002. — 720 с.

3. Солсо, Р. Когнитивная психология. — 6-е изд. — СПб.: Питер, 2006. — 589 с.

4. Коменский, Я.А. Великая дидактика / Избранные педагогические сочинения. Т.1. — М.: Педагогика, 1982. — 656 с.

5. Иванов, А.А., Петрова, Е.Н. Нейросетевые технологии в образовании: возможности анимации исторических персонажей // Цифровая педагогика. — 2024. — № 2 (15). — С. 45–53.

6. Рамачандран, В.С. Мозг рассказывает: что делает нас людьми / Пер. с англ. — М.: Карьера Пресс, 2014. — 422 с.

7. Study24.ai: официальный сайт платформы [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://study24.ai (дата обращения: 15.12.2024).

8. Luma: официальный сайт [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://luma.ai (дата обращения: 10.01.2025).

9. Yandex SpeechKit: документация и описание [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://cloud.yandex.ru/services/speechkit (дата обращения: 20.12.2024).

10. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования (утв. приказом Министерства просвещения РФ от 31 мая 2021 г. № 287).

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Сравнительный анализ технологий и инструментов

Таблица 1. Сравнение технологий визуализации личности учёного

Таблица 2. Сравнительное тестирование нейросетевых инструментов (Study24.ai, Luma, Яндекс Алиса, D-ID)

Приложение Б. Список учёных пилотного проекта

(Таблица: ФИО, годы жизни, область науки, ключевое открытие, источник изображения)

Приложение В. Примеры текстовых сценариев анимации, созданных с помощью Яндекс Алисы и Deepseek

Приложение Г. Образец анкеты для оценки эмоционального восприятия

Приложение З.

Методические рекомендации для учителей. Примеры сценариев включения роликов в урок.

Памятка по техническим требованиям.