AN ANALYSIS OF THE POTENTIAL OF ARTIFICIAL INTELLIGENCE FOR SCHOOL EDUCATION

Информационные технологии внедряются почти во все структуры жизнедеятельности людей. Темп жизни становится значительно выше во всех важных для человека сферах

Использование искусственного интеллекта (ИИ) в XXI веке стало особенностью развития общества с целью улучшения качества и уровня жизни. ИИ охватил множество областей человеческой жизни, включая образование. По данным одного из ведущих институтов статистических исследований Российской Федерации и экономики, все больше студентов получают образование с использованием информационных технологий. В 2020-2021 гг. 68,4% высших учебных заведений, 49,9% общеобразовательных школ и 47,4% учебных заведений среднего профессионального образования имели доступ к высокоскоростному интернету (50 Мбит/с и выше)

Экстремальные условия существования заставляют человека искать новые и \ или ранее слабо востребованные ресурсы: естественные-биологические, физиологические и искусственные, созданные некогда им самим. Пандемия, как специфическая социальная реальность, вторглась в образовательный процесс: она вызвала потребность в дистанционном формате обучения Это обстоятельство значительно ускорило процесс интеграции AI-технологий (Artificial Intelligence – искусственный интеллект) в среду обучения и воспитания.

Будучи актуализированным особыми условиями существования человека в пандемию, ИИ сегодня занял «почётное» место среди информационных образовательных технологий и активно меняет образование. Сегодня можно сформировать «пакет» обучающих ситуаций, где ИИ влияет на эффективность и результативность образовательного процесса. Описание потенциала ИИ для школьного обучения составляет цель данной работы. Для этого в статье будут рассмотрены некоторые актуальные способы оптимизации учебного процесса с помощью ИИ.

Принципы предпринятого исследования сводятся к конкретности (рассматриваем ИИ с учетом обстоятельств изучаемой образовательной среды); объективности (изучаем те образовательные условия, которые имеют отношение к использованию отдельных информационных технологий); системности (описываем ИИ как часть сложного современного образовательного процесса).

О том, что родители практически каждого ребенка мечтают дать ему знания таким способом, чтобы он их усваивал, как это удобно его мозгу, пишут уже не менее пяти лет

ИИ в области компьютерных технологий предполагает создание таких интеллектуальных систем, которые ведут себя «по-человечески»; ИИ может определить лучший метод обучения студента или школьника, это поможет в выявлении обучающихся с ограниченными возможностями обучения и их устранения на начальном этапе их образования, получив навыки, применимые в реальном мире.

ИИ незаменим в адаптации обучения, содержания и темпа обучения применительно к конкретным потребностям каждого ребенка, то есть имеет важное значение в реализации идеи персонализированного обучения. Современная образовательная ситуация с точки зрения задач ее субъектов и возможностей ИИ в их решении представлена в таблице 1. 

Возможности применения ИИ в решении задач обозначены (+) в предложенной таблице. Исходя из рассмотренных вызовов образовательной системы, нами рассмотрены и проанализированы следующие форматы обучения и его компоненты в соответствии с возможностями эффективного использования искусственного интеллекта.

Прежде всего следует отметить, что применение искусственного интеллекта дает обучающимся различного возраста, уровня успеваемости, социального положения и достатка ряд важных преимуществ, каждое из которых может повысить качество обучения и улучшить результаты учебной деятельности.

1. Адаптивное обучение. ИИ здесь имеет значение в части мониторинга индивидуальных достижений учеников. Возможность применения ИИ может быть представлена следующим алгоритмом: «усвоил тему – пора писать контрольную работу, знания оставляют желать лучшего – система оповещает учителя о трудностях в понимании материала»

2. Персонализированное обучение. Представлено широким спектром образовательных программ, в которых методика и темп обучения зависят от потребностей обучающегося, его учебных интересов и предпочтений в дополнительном образовании. ИИ адаптирует образовательный процесс к индивидуальной скорости обучения каждого ученика и предлагает задания в режиме восходящей сложности. Такой подход связан с выбором комфортного режима обучения и темпа освоения материла. Такое описание уже можно встретить на сайтах акселератов зарубежных онлайн школ

3. Интервальное обучение. Это постоянное осмысленное повторение, раз за разом обучающее эффективно запоминать необходимый объем. При помощи ИИ можно определять, когда ученику требуется напомнить об информации, ИИ рекомендует её повторить. Знания, полученные поэтапно, с периодом на осмысление, имеют больше шансов стать устойчивыми, что делает закрепление пройденного материала эффективным. Так называемые «нативные ассистенты» могут напомнить школьнику прослушать важный для следующего урока материал в нужный момент. Пока такие программы используются в основном студентами («Alexa» от Amazon, «Марвин» от МТС).

4. Модерирование группового обучения. ИИ здесь используют для формирования группы учащихся одного уровня знаний

5. Интеллектуальные обучающие системы. «Программы-симулянты» поведения учителя. Они проверяют уровень знаний учеников, анализируют их ответы, дают отзывы и составляют персонализированные планы обучения

6. Автоматизированный контроль. Речь идет об объединении «больших данных», чтобы отслеживать посещаемость (очных, он-лайн и дистанционных) занятий и выполнение заданий учащимися. Об этом свидетельствуют российские и зарубежные эксперты на образовательном портале Diantec.ru

Важным для оптимизации процедуры проверки работ учащихся является проверка их программой: учитель уже не проверяет работы, а анализирует поставленные оценки с целью определения тем, которые вызывают у учеников наибольшие трудности.

Отдельного внимания заслуживает оценка знаний с помощью ИИ. В контексте проблемы формирования адекватной оценки знаний далее рассмотрим автоматическое оценивание и возможность устранения его необъективности.

Автоматическое оценивание. В этом случае говорим о системе автоматического оценивания на основе ИИ, где программы способны имитировать поведение учителей при проверке домашних заданий: даётся оценка знаний ученика, анализируется ответ, предлагается индивидуальная обратная связь и возможность создать план обучения с учётом индивидуальных особенностей. 

Устранение необъективности оценивания. Образовательная ситуация в части оценивания в основном сформирована на основе субъективизма. Таким образом уровень знаний учащихся может быть не оценен объективно, что не соответствует их реальному объему знаний. И в конечном итоге подвергается критике всех участников образовательного процесса. Оценивание же с помощью ИИ устраняет эту проблему и снимает часть нагрузки с учителей, позволяя им уделять больше времени взаимодействию с учениками. 

Аспект оценивания знаний учителем имеет отношение к развитию модели учителя – основополагающего принципа, на основе которого должны работать программы искусственного интеллекта. В школьной образовательной среде такое моделирование еще в самом начале своего пути.

Несмотря на все преимущества, система автоматического оценивания на основе искусственного интеллекта имеет и свои ограничения. Например, она ограничена в своих возможностях оценивания сложных и творческих заданий, требующих глубокого анализа и оценки. Кроме того, система может столкнуться с трудностями в понимании неправильно сформулированных ответов или ответов, написанных нестандартным способом.

Современные образовательные процессы, как и жизнь современного ученика, стали динамичнее, наиболее ускоренными. С переходом образования в онлайн возросла потребность в инструментах и сервисах для обучения через интернет.

Программы, разрабатываемые человеком и для человека на основе технологии машинного обучения и нейросетей под определенный набор целей – чат-боты (chatbots) – сделали онлайн-уроки еще доступнее, позволив обучаться в мессенджере собственного смартфона в перерыве между делами. Фактически чат-бот – это «автоматизированный и персонализированный чат между компьютерной системой и пользователем. Он решает как простые организационные вопросы, так и более сложные, превращаясь в полноценного «младшего» партнера менеджера программы или обучающегося»

Выделим следующие образовательные цели применительно к использованию ИИ:

1. Напоминание. Для эффективного «сообщения-напоминалки» очень важно выбрать правильное время доставки и не нарушить общий график работы обучающегося.

2. Оценка понимания. Понять, насколько хорошо учащиеся усвоили материал, можно с помощью чат-бота. В них легко реализовываются функции тестов и викторин.

3. Обратная связь. Сбор информации и алгоритмический анализ поведения учащихся для построения индивидуальных образовательных траекторий. Чат-боты в режиме реального времени без ограничений отвечают на типовые вопросы каждого ученика

4. Роботическое преподавание. Функцию чат-бота можно сравнить с работой круглосуточного тренера. Бот структурированно преподносит информацию по конкретному предмету и отвечают на специфические вопросы обучающихся.

5. Роботическое наставничество и роботическое тестирование. Алгоритмы распределения и контроля выполнения практических заданий, информационное сопровождение, в том числе пошаговые подсказки, наводящие вопросы и оценивание результата. Что касается тестирования, то в этом случае говорят о всевозможных автоматизированных системах проверки результатов обучения, которые состоят из набора параметров (в том числе адаптивных)

Основная характеристика процесса двустороннего общения человека с искусственным интеллектом в формате «вопрос-ответ» (речь идет о внедрении чат-ботов в онлайн-обучение) становится предметом различных научных дискуссий

Чат-боты имеют несколько преимуществ для обучения. Во-первых, они доступны круглосуточно, что позволяет учащимся получать информацию и помощь днем и ночью. Это особенно полезно для самостоятельно обучающихся. 

Во-вторых, чат-боты могут быть настроены на предоставление персонализированных учебных материалов, адаптированных под конкретные потребности и уровень знаний каждого ученика. Это создает эффективную среду для индивидуализации обучения.

Чат-боты, используемые для проведения тестирования и оценки знаний студентов, готовы отвечать на повторяющиеся общие вопросы, поступающие учителям ежедневно. Нейросети способны анализировать результаты ранее проведенных занятий, подбирать темы и материалы для следующих уроков, подсказывать преподавателям, программу каких занятий необходимо изменить.

Наконец, использование чат-ботов помогает формировать учебный интерес и может быть инструментом интерактивности занятия. Мотивация учащихся значительно возрастает с применением игрового подхода, в основе которого применение чат-ботов. Отдельные описания посвящены использованию чат-бота как информационной поддержки при преподавании отдельных дисциплин

Идея персонализированного, актуального и пролонгированного обучения с помощью чат-ботов становится все более верифицированной, так как речь идет об эффективности процесса обучения отдельно взятого обучающегося в связи с его личными целями и задачами. Потенциал чат-бота как важного инструмента обучения всё более очевиден.

Нами рассмотрены основные примеры применения искусственного интеллекта в процессе обучения в учреждении общего образования. Анализ ситуаций использования ИИ в практике организации учебного процесса и преподавания показывает, что сегодня системы ИИ достаточно широко внедряются в образование и способствуют гибкому выстраиванию учебного процесса. Использование ИИ является перспективным в различных форматах обучения, помогает в построении учебного графика и моментальной оценке результаты обучения в условиях персонализированного и адаптивного обучения, в организации обратной связи со всеми субъектами образовательного процесса, в качестве виртуального помощника для сбора данных и подбора материалов.

В реализации прогностической обучающей функции незаменимой является возможность ИИ устанавливать связи между разрозненными источниками данных. В результате выявляются учебные сферы, где требуется взаимодействие в режиме реального времени или дополнительная помощь. Большинство рассмотренных в статье характеристик образовательных процессов с участием ИИ имеет отношение к решению проблемы демократизации образования, в основе которой лежит идея максимального раскрытия способностей учащихся.