В статье оцениваются методы машинного обучения для задачи прогнозирования когнитивной нагрузки обучающихся в средах электронного обучения с использованием данных отслеживания взгляда. Основная цель исследования – адаптивное вмешательство в реальном времени для предотвращения когнитивной перегрузки и повышения вовлеченности обучающихся в процесс обучения. В исследовании рассматриваются методы контролируемого обучения, такие как машины опорных векторов (SVM), случайный лес (Random Forest) и логистическая регрессия (Logistic Regression), с использованием симулированных данных отслеживания взгляда обучающихся. Проблема и цели исследования четко определены и сопровождаются всесторонним обзором литературы, в котором рассматривается теория когнитивной нагрузки, отслеживание взгляда и методы машинного обучения в образовательных контекстах. Методология сосредоточена на разработке и обучении моделей с использованием k-кратной перекрестной валидации для обеспечения надежности. Результаты исследования показывают, что Random Forest является самым эффективным методом, демонстрирующим способность улавливать сложные закономерности прогнозирования. Ключевой вклад данного исследования заключается в новом применении интеллектуальных методов для прогнозирования когнитивной нагрузки на основе данных отслеживания взгляда, что повышает прогностические возможности методов машинного обучения. Исследование подчеркивает важность реализации этих методов в реальном времени и проверки на реальных данных обучающихся, а также необходимость решения этических вопросов, связанных с использованием данных отслеживания взгляда в образовательных учреждениях.
Идентификаторы и классификаторы
Электронное обучение произвело огромную революцию в сфере образования, сделав широкодоступными учебные материалы и курсы. Одной из важнейших задач в этом цифровом процессе является поддержание вовлеченности учащихся и регулирование когнитивной нагрузки [1].
Список литературы
1. Appel T., Sevcenko N., Wortha F., Tsarava K., Moeller K., Ninaus M., Kasneci E., Gerjets P. Predicting Cognitive Load in an Emergency Simulation Based on Behavioral and Physiological Measures. In: 2019 International Conference on Multimodal Interaction (ICMI ‘19). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 2019. Pp. 154–163. DOI: https://doi.org/10.1145/3340555.3353735
2. Makransky G., Petersen G.B. The Cognitive Affective Model of Immersive Learning (CAMIL): A Theoretical Research-Based Model of Learning in Immersive Virtual Reality // Educational Psychology Review. 2021. Vol. 33. P. 937–958. DOI: https://doi.org/10.1007/s10648-020-09586-2
3. Chen O., Kalyuga S. Exploring factors influencing the effectiveness of explicit instruction first and problem-solving first approaches // European Journal of Psychology of Education. 2019. Vol. 35. No. 3. P. 607–624. DOI: https://doi.org/10.1007/s10212-019-00445-5
4. Fang Chen, Jianlong Zhou, Yang Wang, Kun Yu, Syed Z. Arshad, Ahmad Khawaji, Dan Conway. Eye-Based Measures // Robust Multimodal Cognitive Load Measurement. Series: Human-Computer Interaction. Springer, Cham, 2016. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-31700-7_4
5. Барабанщиков В.А., Жегалло А.В. Методы регистрации движений глаз: теория и практика // Психологическая наука и образование www.psyedu.ru. 2010. № 5. С. 240–254. EDN NBQWYX.
6. Sweller J. Cognitive load theory: Psychology of Learning and Motivation // Academic Press. 2011. Vol. 55. P. 37–76. DOI: 10.1016/B978-0-12-387691-1.00002-8
7. Moreno R., Mayer R.E. A coherence effect in multimedia learning: The case for minimizing irrelevant sounds in the design of multimedia instructional messages // Journal of Educational Psychology. 2000. Vol. 92. No. 1. P. 117–125. DOI: https://doi.org/10.1037/0022-0663.92.1.117
8. Chen O., Castro-Alonso J.C., Paas F., Sweller J. Extending cognitive load theory to incorporate working memory resource depletion: Evidence from the spacing effect // Educational Psychology Review. 2018. Vol. 30. P. 483–501. DOI: 10.1007/s10648-017-9426-2
9. Šola H.M., Qureshi F.H., Khawaja S. AI Eye-Tracking Technology: A New Era in Managing Cognitive Loads for Online Learners. Education Sciences. 2024. Vol. 14. No. 9. Article no. 933. DOI: https://doi. org/10.3390/educsci14090933
10. Mayer R. The future of multimedia learning // Journal of Applied Instructional Design. 2022. Vol. 10. No. 4. DOI: https://doi.org/10.59668/423.10349
11. Petersen G.B., Petkakis G., Makransky G. A study of how immersion and interactivity drive VR learning // Computers & Education. 2022. Vol. 179. Article no. 104429. DOI: https://doi. org/10.1016/j.compedu.2021.104429
12. De Jong T. Cognitive load theory, educational research, and instructional design: Some food for thought // Instructional science. 2010. Vol. 38. No. 2. P. 105–134. DOI: https://doi.org/10.1007/ s11251-009-9110-0
13. Hart S.G., Stavelan L.E. Development of NASA-TLX (Task Load Index): Results of empirical and theoretical research // Advances in Psychology. 1988. Vol. 52. P. 139–183. DOI: https://doi. org/10.1016/s0166-4115(08)62386-9
14. Zhou F., Yang X.J., De Winter J.C. Using eye-tracking data to predict situation awareness in real time during takeover transitions in conditionally automated driving // IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 2022. Vol. 23. No. 3. Pp. 2284–2295. DOI: 10.1109/TITS.2021.3069776
15. Solhjoo S., Haigney M.C., McBee E., Van Merrienboer J.J.G., Schuwirth L., Artino A.R., Battista A., Ratcliffe T.A., Lee H.D., Durning S.J. Heart Rate and Heart Rate Variability Correlate with Clinical Reasoning Performance and Self-Reported Measures of Cognitive Load // Scientific Reports. 2019. Vol. 9. Article no. 14668. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-50280-3
16. Iqbal M.U., Srinivasan B., Srinivasa R. Fusion of EEG and Eye-Tracking Based Metrics for Characterizing the Cognitive State of Control Room Operators // Computers & Chemical Engineering. 2024. Vol. 181. Article no. 108526. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2023.108526
17. Xie J., Wang L., Webster P., Yao Y., Sun J., Wang S., Zhou H. A two-stream end-to-end deep learning network for recognizing atypical visual attention in autism spectrum disorder // arXiv.org. 2019. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.1911.11393
18. Ajayi I.H., Avksentyeva E. Machine Learning Methods for Predicting Cognitive Load in eLearning Environments using Eye Tracking Data // Pakistan Journal of Life and Social Sciences. 2024. Vol. 22. No. 2. P. 19926–19937. DOI: https://doi.org/10.57239/PJLSS-2024-22.2.001458
19. Li X., Xu H., Zhang J., Chang H. Deep reinforcement learning for adaptive learning systems // Journal of Educational and Behavioral Statistics. 2022. Vol. 48. No. 2. P. 220–243. DOI: https://doi. org/10.3102/10769986221129847
20. Janet B., Joshua Arul Kumar R, Mitra A., Titus S. Education data analysis using ensemble models // 2022 4th International Conference on Smart Systems and Inventive Technology (ICSSIT) Tirunelveli, India, January 20–22, 2022. Pp. 1612–1617. DOI: 10.1109/ICSSIT53264.2022.9716453
21. Zawacki-Richter O., Marín V.I., Bond M., Gouverneur F. Systematic review of research on artificial intelligence applications in higher education // International Journal of Educational Technology in Higher Education. 2019. Vol. 16. No. 1. DOI: https://doi.org/10.1186/s41239-019-0171-0
22. Martin F., Chen Y., Moor, R.L., Westine C.D. Systematic review of adaptive learning research designs, context, strategies, and technologies from 2009 to 2018 // Educational Technology Research and Development. 2020. Vol. 68. No. 4. P. 1903–1929. DOI: https://doi.org/10.1007/s11423-020-09793-2
Выпуск
Другие статьи выпуска
Индустрия 4.0 стремится к полной цифровизации производственных процессов, и беспроводные технологии играют в этом важную роль. Однако для различных областей применения, таких, например, как умные склады, где роботы контролируют и выполняют все задачи, современные стандарты и запатентованные решения должны соответствовать строгим отраслевым требованиям. Одной из ключевых задач исследований в этой области является разработка беспроводных систем, которые могут передавать короткие пакеты данных в многопользовательских средах. Однако существующие предложения и модели промышленных каналов не всегда могут удовлетворить эти требования. В качестве возможного решения авторы предлагают оптимизировать стандарт IEEE 802.11ax. Благодаря использованию OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) эта оптимизация может создать высокопроизводительную систему для умных складов. В данной статье представлена беспроводная система для интеллектуальных складов, разработанная на основе стандарта IEEE 802.11ax. Система включает в себя оптимизацию на двух уровнях: MAC и PHY.
В статье рассматривается использование алгоритмов машинного обучения для обнаружения аномалий на основе набора данных CICIDS2017, который был специально разработан для имитации реальных сценариев сетевых атак. Особое внимание уделено трем популярным алгоритмам: логистической регрессии, случайному лесу и нейронным сетям. Эти алгоритмы были выбраны благодаря своей способности эффективно обрабатывать большие объемы данных и выявлять сложные паттерны. В рамках статьи проведена серия экспериментов, в которых будут варьироваться объем обучающих данных и оцениваться производительность моделей как на чистых, так и на зашумленных данных. Результаты данного исследования помогут понять, как различные алгоритмы реагируют на изменения в объеме данных и качество входной информации, что является важным аспектом для разработки эффективных систем кибербезопасности.
Статья посвящена анализу основных исторических этапов становления и перспектив развития средств отечественной вычислительной техники. Отмечена роль и заслуги ученых и конструкторов в создании первых и последующих образцов отечественных ЭВМ – от простейших до суперкомпьютеров. Кратко рассмотрены вопросы построения суперкомпьютеров экзафлопсной производительности на аппаратно-программной платформе «Эльбрус». Материал статьи распространяется на широкий круг проблем и может быть полезен для специалистов, интересующихся вопросами истории создания средств вычислительной техники в плане ее практического применения.
В рамках данного исследования разработан новый метод борьбы с артефактами псевдопреобразования Вигнера – Вилля – перекрестными членами, названный WGEP и основанный на EMD PWVD. Проведены экспериментальные исследования и сравнение с другим способом сглаживания, определены достоинства и недостатки.
Мошенничество с банковскими картами является распространенной и усугубляющейся проблемой в финансовом секторе, требующей инновационных решений для точного и эффективного обнаружения. Традиционные методы обнаружения мошенничества, во многих случаях эффективны, но сегодня они сталкиваются с масштабируемостью и сложностью современных схем мошенничества. Недавние достижения в области квантовых вычислений открыли новые пути для решения этих проблем. В статье представлен квантовый анализ потоков транзакций (QTF A) – инновационная квантовая методология для улучшения обнаружения мошенничества с банковскими картами. QTFA использует принципы квантовой механики, такие как суперпозиция, запутанность и квантовая оптимизация, для моделирования и анализа потоков транзакций в квантовой сети. Представляя транзакции как квантовые состояния, а их отношения как запутанности, QTFA обеспечивает точное обнаружение аномалий с помощью квантовых измерений. Экспериментальные результаты показывают, что QTFA превосходит классические методы машинного обучения, такие как случайные леса и опорные векторные машины (SVM), достигая 98-процентной точности (accuracy), 10-процентного снижения ложных срабатываний и улучшенной полноты (recall). В статье также рассматривается интеграция QTFA в реальные системы, подчеркивается ее потенциал для революционных изменений в обнаружении мошенничества, а также определяются текущие ограничения и направления будущих исследований.
В статье описывается пример применения системы календарного планирования и контроля MS Project как комплекса программных средств, реализующих математический метод сетевого планирования и управления при прикладном решении задачи прогнозирования своевременности мероприятий рекламационной работы.
В статье предложен подход к прогнозированию видимости космического мусора в космическом пространстве, учитывающий реальное положение Солнца, Земли и искусственного спутника земли, приведен пример расчетов.
В статье описывается один из подходов к оцениванию надежности программного обеспечения специальных организационно-технических систем для своевременного выполнения установленных техническим заданием функций в заранее указанных условиях эксплуатации.
В статье предложены некоторые критерии выбора конфигураций перестраиваемой информационно-вычислительной структуры мобильного объекта, которые учитывают анализ условий функционирования аппаратуры, состояние системы, априорный и остаточный ресурс ее элементов, прогнозирование деградации с учетом воздействующих факторов, исходя из сценария ее функционирования, а также значимость решаемых задач. Кратко приведено их обоснование и сравнительный анализ, отмечены более предпочтительные. Необходимость поддержания информационно-вычислительной структуры мобильного объекта в оптимальном с позиций обеспечения его целевых задач состоянии ставит проблему оперативного управления параметрами функционирования информационно-вычислительной структуры. Решение задачи конфигурирования мобильного объекта с учетом состояния информационно-вычислительной структуры и параметров внешней среды сводится к отысканию оптимальной в смысле некоторого критерия конфигурации. Прогностический характер оценок качества функционирования системы связан с факторами неопределенности управления ею при последующих реконфигурациях и ведет к неоднозначности построения соответствующего критерия.
В исследовании представлена интегрированная среда безопасности, которая предлагает интеллектуальное обнаружение угроз и автоматизированные механизмы реагирования для учебных платформ на базе Moodle. В ходе исследования изучено более 160 уникальных вредоносных IP-адресов, которые продемонстрировали изощренные шаблоны атак: 59,8 % атак – неудачные попытки входа в систему, 40,2 % – атаки несанкционированного доступа. Предлагаемая система успешно обнаружила и заблокировала 19 IP-адресов с высоким риском, перехватила 32 критические попытки SQL-инъекции и предотвратила 67 атак методом перебора. Менее чем за секунду удавалось обнаружить угрозы с точностью до 94,3 %. Представленная интегрированная среда безопасности демонстрирует значительные улучшения по обнаружению угроз по сравнению с традиционными мерами безопасности.
Обеспечение требуемого уровня профессиональной подготовки специалистов, обучающихся в высших учебных заведениях, предусматривает проведение оценки качества образовательного процесса с использованием информации, содержащей государственную тайну. В связи с этим необходимо учитывать характерные особенности проведения такой оценки. В статье рассмотрены вопросы применения показателя конфиденциальности при оценке качества образовательного процесса.
В связи с прошедшей пандемией и введенными против России санкциями для выявления основных тенденций развития туриндустрии требуется разработка математической модели внутреннего туризма с помощью доказательных методов. К их числу относится статистический анализ, используемый в российской и зарубежной литературе для оценки проблем индустрии туризма. Особенность представленной работы заключается в том, что статистический анализ туристического потока проведен по направлению «Камчатка», тем самым заполняется пробел в статистических исследованиях тенденций развития туризма в этом регионе. Целью данного исследования является применение существующих математических инструментов и выделение минимального набора показателей, вносящих основной вклад в изменение внутреннего туристического потока за достаточно продолжительный период времени – 2008–2023 годы. В качестве определяющих параметров рассмотрены: численность населения, среднедушевой доход, средняя цена одного путешествия по территории России, средняя цена одного зарубежного путешествия, внутренний туристический поток за предыдущий период. На основании результатов вычислений и обзора научных публикаций показано, что методы статистического анализа позволяют выделить набор характерных параметров и построить прогноз числа путешествующих через турфирмы россиян на ближайшие годы. Применяемые в исследовании методы могут быть использованы для анализа других показателей туристической отрасли России: безопасности, доступности, транспортных возможностей. Представленная работа лежит в русле приоритетных направлений развития отечественного туристического бизнеса, связанных с внедрением современных цифровых технологий.
Издательство
- Издательство
- РосНОУ
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 105005, г Москва, Басманный р-н, ул Радио, д 22
- Юр. адрес
- 105005, г Москва, Басманный р-н, ул Радио, д 22
- ФИО
- Зернов Владимир Алексеевич (РЕКТОР)
- Контактный телефон
- +7 (___) _______
- Сайт
- https://rosnou.ru/