Hlavným cieľom navrhovaného projektu je zefektívnenie a skvalitnenie výučby predmetov s matematickým obsahom na dvoch významných technických univerzitách s využitím nových technológií, metód a foriem výučby.
Hlavná inovácia spočíva v automatizácii edukačného procesu v predmetoch s matematickým obsahom s využitím aktraktívnych informačných technológií a v implementácii nového prístupu k riadeniu vzdelávania na báze "hybrid learning".
"Hard skills" moduly (moduly s matematickým obsahom):
Modul A: Lineárna algebra;
Modul B: Funkcia jednej reálnej premennej a jej diferenciálny počet;
Modul C: Integrálny počet funkcie jednej reálnej premennej;
Modul D: Analytická geometria;
Modul E: Funkcia dvoch reálnych premenných a jej diferenciálny počet;
Modul F: Integrálny počet funkcie dvoch premenných;
Modul G: Diferenciálne rovnice;
Modul H: Nekonečné rady
Modul I: Aplikácie matematiky;
Modul J: Štatistika a pravdepodobnosť;
Modul K: Teória grafov;
Modul L: Matematické modelovanie;
Modul M: Numerické metódy;
Modul 0: Prípravný modul ku štúdiu vysokoškolskej matematiky;
"Soft skills" moduly:
Modul S1: Typografický systéme TeX/LaTeX;
Modul S2: Textové a tabuľkové procesory;
Modul S3: Multimediálne a prezentačné prostriedky.
1. Aktualizovať elektronický obsah modulov A-I.
2. Vybudovanie kompletných elektronických učebných materiálov pre moduly J, K, L, M a modul 0.
2.1. Definovanie obsahu a rozsahu jednotlivých modulov a ich nadväznosť.
2.2. Vytvorenie komplexných elektronických učebných textov.
2.3. Vytvorenie interaktívnych videoprednášok.
2.4. Vytvorenie série testov a kvízov, ktoré nadväzujú na interaktívne videoprednášky a v prípade potreby ponúkajú študentom opakované pozretie si príslušných častí.
2.5. Vytvorenie šablón pre samostatné poznámky pre študentov v rámci domácej prípravy, resp. počas prezenčnej výučby.
2.6. Vytvorenie série testov pre priebežné hodnotenie a systému na automatizáciu hodnotenia študentov
2.7. Vytvorenie série pracovných listov pre jednotlivé moduly. Pracovné listy budú obsahovať riešené príklady a úlohy na samostatné riešenie.
2.8. Vytvorenie zbierok riešených aj neriešených príkladov, ktoré by umožňovali študentom komentovať riešenia a klásť otázky po zaregistrovaní sa do systému.
2.9. Vytvorenie inštruktážnych videí s riešenými príkladmi v softvéri (napr. MATLAB).
2.10. Vytvorenie online učebných textov pre výučbu jednotlivých modulov v softvéri (napr. v MATLABe).
2.11. Vytvorenie vizualizácií vybraných matematických pojmov (MATLAB, GeoGebra).
3. Vytvorenie obsahu troch modulov "Soft skills" na zlepšenie práce študentov so systémom Moodle, s výpočtovým prostredným MATLAB a s typografickými systémami na prípravu elektronických vedecko-technických dokumentov (najmä na prípravu a dokumentovanie mikroprojektov).
3.1. Stanovenie požiadaviek a definovanie obsahu a rozsahu modulov.
3.2. Vytvorenie elektronických materiálov pre moduly S1-S3.
3.3. Vytvorenie šablón pre mikroprojekty.
3.4. Vytvorenie zásad a pravidiel pre tvorbu elektronických vedecko-technických dokumentov.
3.5. Vytvorenie zásad a pravidiel pre prezentáciu vedecko-technických zistení.
3.6. Vytvorenie zásad a pravidiel pre prezentovanie vedecko-technických zistení.
4. Vytvorenie metódy "hybrid learning" a jej nasadenie do edukačného procesu.
4.1. Vytvorenie metódy hybrid learning a popis podmienok jej uceleného nasadenia do edukačného procesu.
4.2. Vytvorenie súboru podmienok, procesov a spätnoväzbových vzťahov, ktoré zabezpečujú funkčnosť systému na automatizáciu procesu samovzdelávania študentov.
4.3. Implementácia systému na podporu samovzdelávania do Moodle na TUKE a STU.
4.4. Vytvorenie metodiky pre prácu študentov so systémom na samovzdelávanie.
4.5. Stanovenie rozsahu, frekvencie a spôsobov individuálneho priebežného hodnotenia študentov.
4.6. Vytvorenie metodiky rozdeľovania študentov do tímov na mikroprojekty.
4.7. Nasadenie metodiky SCRUM na riadenie mikroprojektov jednotlivými tímami študentov.
4.8. Vytvorenie metodiky pre hodnotenie tímových mikroprojektov.
4.9. Vytvorenie metodiky pre záverečné hodnotenie študentov.
5. Implementácia umelej inteligencie (AI) do výučby v úlohe študenta, v úlohe tútora, v úlohe študenta ako súčasť tímu.
5.1. Implementácia umelej inteligencie ("AI – agent") v úlohe asistenta ("AI – asistent"). "AI- agent" bude v pozadí monitorovať aktivity a odpovede študentov počas ich práce na riešení úloh v systéme Moodle a MATLAB. A riadiť následné kroky študentov v závislosti od ich priebežných čiastkových úspechov alebo neúspechov.
5.2. Implementácia "AI – agent" v úlohe člena tímu ("AI – študent"). "AI-agent" bude spolupracovať s reálnymi členmi tímu na vypracovaní správneho postupu riešenia úloh a získavania správnych výsledkov riešenia. Cieľom zapojenia AI študenta do práce tímu je podpora napredovania tímu ako celku.
5.3. Implementácia "AI – agent" v úlohe študent. "AI-agent" bude nezávislý virtuálny študent ako súčasť študijnej skupiny, ktorého úlohou bude absolvovať štúdium podobne ako skutoční študenti. Cieľom vytvorenia takýchto študentov je automatizácia a overovanie zrozumiteľnosti a správností formulácií testovacích úloh a ich výsledkov.
6. Didaktický výskum v oblasti využitia AI ako podporného prostriedku a pomocného nástroja na zlepšenie procesu vzdelávania a dosahovanie vyššej úrovne vedomostí študentov s využitím atraktívnych moderných technológií.
Viaceré aspekty tohto projektu od automatizácie cez rozsiahly multimediálny rozsah až po využitie "AI – agentov" si vyžadujú experimentálne overenie a preto nemôžu byť nasadené (nainštalované) do stabilného systému MOODLE na TUKE a STU. Preto je nevyhnutné vytvoriť vlastný server na prevádzkovanie najnovších verzií systému MOODLE a experimentálnych plug-in k nemu, na uchovávanie a poskytovanie multimediálneho obsahu s využitím automatizácie, spätnej väzby, nainštalovanie a prevádzkovanie agentov AI s príslušnými API kľúčmi. Okrem toho na tomto serveri budú nainštalované podporné prostriedky pre symbolické výpočty a vizualizáciu (Maxima, GeoGebra, atď.).
Vytvorenie metódy "hybrid learning" a jej nasadenie do edukačného procesu má za cieľ odstrániť alebo aspoň zmierniť tieto problémy a pomôcť študentom dosiahnuť takú úroveň matematických vedomostí a zručností, ktorá je potrebná pre nimi zvolené študijné programy technického zamerania. Preto v rámci didaktického výskumu budú skúmané nasledujúce aspekty:
7. Dobudovanie špecializovanej učebne pre výučbu matematiky s podporou prostriedkov IKT.