Применение технологий искусственного интеллекта в образовательных целях

Вопросы для обсуждения:

1. Значение технологий искусственного интеллекта в образовании.

2. Технологии искусственного интеллекта, направленные на новые способы восприятия.

3. Технологии искусственного интеллекта, направленные на новые способы действия.

Значение технологий искусственного интеллекта в образовании.

Технологии искусственного интеллекта (далее – ИИ) с каждым годом все глубже проникают в сферу образования. Они способны изменить привычные методы и способы обучения. Возможности ИИ улучшают образовательные процессы и заставляют переосмыслить подходы к обучению. 

Развитие генеративного ИИ и массовое распространение больших языковых моделей, наподобие ChatGPT, спровоцировало новую волну обсуждений роли этих технологий. В России пока уровень проникновения ИИ в сферу образования невысок. 

Основная цель внедрения технологий в образовательные процессы – повышение качества обучения, которое сложно измерить объективной системой показателей.

Технологии разными темпами проникали в сферу образования и до сих пор не меняли ее кардинально. Модель «учитель – ученик» существует с древних времен, когда только зарождались первые школы. Она не изменилась даже после появления в образовательных учреждениях компьютеров в 60-70-х годах прошлого века.

В XXI веке внедрение технологий в процесс обучения идет более активно, в первую очередь, это обусловлено широким распространением связи и интернета. Сильным стимулом стала пандемия коронавируса, которая заставила образовательные учреждения по всему миру перейти на дистанционный формат обучения.

Технологии ИИ обладают большим потенциалом для индустрии образования.

Возможность ИИ устанавливать связи между разрозненными источниками данных поможет обучающимся выявить те сферы, в которых им потребуется взаимодействие в режиме реального времени или дополнительная помощь. В результате ИИ позволят разработать индивидуальную образовательную траекторию для каждого обучающегося с учетом его сильных и слабых сторон, способностей и поставленных задач.

Прогнозная аналитика и машинное обучение также обладают значительным потенциалом для развития социальных и эмоциональных навыков, необходимых в процессе обучения, поскольку позволяют педагогам сделать учебный процесс персонализированным на основе анализа как качественных, так и количественных данных, чтобы содействовать обучающимся в овладении этими навыками. Кроме того, технологии позволяют учиться в любое время и в любом месте, тем самым способствуя демократизации образования и помогают максимально раскрыть свои способности обучающимся, которые не могут посещать учебные заведения.

Эффективное использование искусственного интеллекта, данных и аналитики, а также машинного обучения может позволить педагогам сделать процесс обучения более увлекательным за счет применения технологий для погружения в виртуальную среду. Появление этих захватывающих новых технологий повышает значимость роли учителя – технологии расширяют его возможности, но не могут заменить его.

Посредством анализа данных из всех доступных источников и генерации рекомендаций по созданию индивидуальных образовательных траекторий, ИИ позволяет педагогам существенно сократить временные затраты на изучение и сопоставление данных (эта задача становится практически невыполнимой, если данные непрерывно изменяются, а количество слагаемых успеха и различных источников, которые необходимо учитывать, велико).

Данные и аналитика также могут повышать эффективность командной работы в образовательной организации. Педагоги-предметники, руководители подразделений, методические службы, службы социального обеспечения и руководство могут координировать свои усилия, чтобы совместно создавать и реализовывать индивидуальные вспомогательные программы на основе общего набора показателей.

Для обучающихся, родители которых принимают активное участие в их образовании, более высока вероятность регулярного посещения занятий, хорошей адаптации к школе, занятий по программам углубленного изучения определенных предметов и достижения более высоких результатов в обучении. Кроме того, такие обучающиеся, как правило, более коммуникабельны и намного чаще продолжают обучение после окончания средней школы, поступая в вузы. Технологии ИИ способствует вовлечению родителей в обучение, позволяя им не просто наблюдать за успехами своего ребенка, но и становиться непосредственными участниками процесса.

Руководители учебных заведений несут ответственность за принятие решений, которые могут оказать влияние на каждого обучающегося и педагога. И если раньше считалось, что руководству образовательной организации достаточно было следить за успеваемостью, то сейчас признается, что подготовка обучающегося к жизни требует развития различных навыков и способностей, и все они должны быть неотъемлемой частью программы обучения.

Педагоги и администрация образовательных организаций должны оценивать не только такие основные факторы, как поведение и посещаемость, но и работу на занятии, настойчивость, оптимизм, уверенность в себе, критическое мышление и ряд других факторов, которые определяют успех в будущем. Без ИИ руководители учебных заведений не могут анализировать все эти разнородные факторы применительно к каждому обучающемуся или делать выводы, необходимые для своевременной поддержки.

При интеграции технологий ИИ в сферу образования необходимо сбалансировать потенциальные возможности и риски. Должна сохраниться центральная роль педагога в системе образования. Так как несовершеннолетние особенно уязвимы, то необходимо развивать их грамотность в области ИИ и способность к критическому анализу. Интеграция должна происходить при комплексном государственно-частном партнерстве и при взвешенной оценке воздействия.

Предлагается пять условий, на основе которых можно сбалансировать пользу и риски:

1) в разработке образовательного ИИ должны участвовать педагоги и лидеры индустрии, чтобы он отвечал разнообразным потребностям обучающихся;

2) необходимо обеспечить защиту информации, внедряя надежные протоколы конфиденциальности и безопасности;

3) инновационные модели финансирования обеспечат беспрерывное совершенствование алгоритмов, проведение независимых испытаний и оценок решений ИИ;

4) обучающиеся, педагоги и специалисты сферы образования должны проходить обучение по работе с ИИ, чтобы использовать его наиболее эффективно и безопасно;

5) принципы равенства и инклюзивности должны занимать центральное место при разработке программ, обеспечивающих широкое распространение грамотности в области ИИ.

По мнению ЮНЕСКО, сфера образования недостаточно готова к грамотной интеграции технологий ИИ. По данным опроса организации среди школ и университетов, только порядка 10% из них имеют стратегию или официальные политики использования генеративного ИИ.

В сентябре 2023 года ЮНЕСКО выпустило первое Глобальное руководство по использованию генеративного ИИ в образовании и научных исследованиях. Ключевое предложение – введение возрастного ценза в 13 лет на работу с программами ИИ. ЮНЕСКО призывает государства разработать нормативную базу применения ИИ в образовательных учреждениях.

В докладе АНО «Цифровая экономика» отмечается, что в России сфера образования находится на раннем этапе внедрения ИИ и отстает от приоритетных сегментов экономики. При этом у индустрии есть особая потребность в ИИ-инструментах. Авторы исследования подчеркивают, что использование ИИ в российском образовании соответствуют общемировым тенденциям. Эксперты доклада также подготовили рекомендации профильным федеральным и региональным органам власти и образовательным организациям по распространению ИИ. Они предлагают реализацию крупных инфраструктурных проектов для поддержки внедрения ИИ в государственное образование, поддержку отечественных разработок, обучение и помощь педагогам, адаптацию учебных программ и др.

В обзоре наиболее актуальных трендов развития образования эксперты Института образования НИУ ВШЭ, описывая возможные сценарии будущего индустрии, допускают масштабную диджитилизацию в привязке к технологиям ИИ. Также говорится о формировании глобальной образовательной цифровой инфраструктуры, с помощью которой может быть реализован принцип «образование через всю жизнь». Эксперты предполагают, что школы перейдут в цифровой формат. При этом неминуемо их роль снизится. Однако в ближайшее десятилетие этот вариант развития образования вряд ли будет реализован.

Использование искусственного интеллекта и иммерсивных технологий, таких как виртуальная и дополненная реальность, позволяет создавать учебные среды, в которых обучающиеся погружаются в интерактивные и живые образовательные ситуации. Это может улучшить понимание материала и сделать обучение более увлекательным. Появляются концепции образования на базе компьютерных игр (game-based-learning).

Роль учителя также эволюционирует в контексте этих изменений. От привычных методов передачи знаний педагоги становятся наставниками, организаторами и проводниками в мире информации.

Главная причина, по которой система образования требует внедрения технологий ИИ – новое цифровое поколение (digital natives). Речь идет о том, что сегодня дети, подростки и молодые люди уже интуитивно пользуются цифровыми технологиями, это понятный для них мир. Они уверенно стримят свою компьютерную игру, параллельно переписываясь в мессенджерах. Школьники уже сейчас используют умные колонки и нейросети для выполнения домашних заданий.

Таким образом, сфера образования консервативна и основана на традициях. Потому инновации приходят в образование не первыми, но зато апробированными. Особую роль в этом играют технологии ИИ, которые изменят обычные представления о методах преподавания. Уже сегодня мы наблюдаем переход от обучения по принципу «один ко многим» к персонализированному с применением искусственного интеллекта, адаптивных образовательных платформ и персонализированных образовательных программ.

Технологии искусственного интеллекта, направленные на новые способы восприятия.

Рассмотрим три технологии ИИ, связанные с новыми способами восприятия.

1. Когнитивные сервисы.

Когнитивные сервисы – это набор новых технологий, которые помогают разработчикам создавать приложения, способные видеть, слышать, говорить, понимать и даже начинают рассуждать логически. Они позволяют разработчикам, даже не обладающим непосредственными навыками или знаниями в области искусственного интеллекта или математического моделирования, добавлять в свои приложения такие функции, как распознавание эмоций и настроения, компьютерное зрение и распознавание речи, а также понимание естественного языка. Поскольку эти услуги разработчикам предоставляют крупные компании, такие как Microsoft, в виде наборов алгоритмов ИИ и интерфейсов прикладного программирования (API), при их помощи можно легко модернизировать уже существующие решения.

В коммерческом мире такие технологии уже начинают использоваться повсеместно. Компьютерное зрение и распознавание речи сейчас широко используются для снятия блокировки смартфона. Обработка естественных языков позволяет людям вести поиск в интернете, просто задавая вслух вопросы с использованием повседневных слов и фраз. Сервисы преобразования текста в речь и речи в текст можно использовать как для создания, так и для озвучивания документов и веб-страниц.

Все это имеет огромные последствия для образования. В частности, описанные выше технологии могут помочь устранить барьеры, препятствующие доступу к образованию обучающихся с ограниченными возможностями здоровья, а также способствовать демократизации образования.

Обучающимся, которым приходится сталкиваться с более серьезными учебными проблемами, поскольку их навыки чтения, письма и счета недостаточно развиты, технологии могут позволить осваивать сложный материал и одновременно развивать эти навыки, оставаясь включенными в образовательный процесс. Дополняя уже существующие технологии и сервисы на основе ИИ, новые технологии могут ускорить получение важной информации – педагог может просто озвучить ИИ вопрос, вместо того чтобы вводить подробный запрос с помощью клавиатуры или мыши.

2. Виртуальная, смешанная и дополненная реальность.

Виртуальная реальность полностью погружает пользователя в виртуальную среду, созданную компьютером. Хотя для ощущения виртуальной реальности обычно необходима гарнитура, которая либо подключена к внешнему компьютеру или игровой консоли, либо функционирует автономно, наиболее продвинутые технологии виртуальной реальности способны обеспечить свободу передвижения – пользователи могут перемещаться в цифровой среде, слышать звуки и использовать специальные ручные контроллеры для ориентации в пространстве и воспроизведения тактильных ощущений.

В дополненной реальности пользователи по-прежнему могут видеть реальный мир и взаимодействовать с ним, одновременно просматривая цифровой контент, доступ к которому обеспечивают специальные очки или гарнитуры, накладывающие цифровой контент на реальную среду.

Смешанная реальность объединяет виртуальные объекты с реальным миром и позволяет пользователю взаимодействовать и с теми, и с другим. Пользователь может не только просматривать цифровой контент, но и взаимодействовать с виртуальными объектами, которые находятся в реальной среде.

Учебный контент с применением виртуальной, дополненной и смешанной реальности может радикально изменить образование, делая обучение более захватывающим и увлекательным. С помощью виртуальной реальности обучающиеся способны отправиться из своего класса в любую точку мира и любой момент истории и познакомиться с ним в виртуальной среде.

Дополненная реальность позволяет обучающимся просматривать голографические инструкции или информацию, наложенную на физический объект, предоставляя им дополнительные сведения об этом объекте.

Смешанная реальность может использоваться, например, в подготовке медиков или инженеров, обеспечивая обучающимся возможность «проводить вскрытие» или «ремонтировать» машины, которые они рассматривают как голограммы в реальной среде, и позволяя сосредоточиться на практике, не ограничиваясь теорией.

Хотя эти новые технологии пока еще продолжают развиваться, скорость их развития возрастает экспоненциально, и некоторые специалисты в сфере образовательных технологий уже предсказывают, что в будущем недорогие версии таких технологий заменят учебники и выведут учебный процесс за пределы классной комнаты.

Искусственный интеллект позволит не только внедрять эти захватывающие новые технологии, но и анализировать их эффективность и  оптимизировать преимущества, которые они могут обеспечить как обучающимся, так и педагогам.

3. Интернет вещей и периферийные вычисления.

Под Интернетом вещей принято понимать сеть физических объектов («вещей»), в которые встроены датчики, программное обеспечение и иные технологии, позволяющие подключаться к другим устройствам и системам через интернет и обмениваться данными с ними без участия человека.

Устройства, относящиеся к Интернету вещей, могут быть простыми, как лампочка, которую можно включать и выключать удаленно, и сложными, как беспилотный автомобиль. Подключенных «вещей» уже больше, чем людей, и исследователи предсказывают, что к 2025 году число подобных устройств превысит 40 миллиардов.

Многие образовательные учреждения уже используют Интернет вещей, чтобы повысить эффективность управления своей инфраструктурой и снизить затраты на ее эксплуатацию, – от использования датчиков для управления отоплением и освещением в зависимости от фактической занятости классных комнат или зданий, что приводит к повышению энергоэффективности и сокращению эксплуатационных расходов, до использования удаленных камер и биометрии, чтобы сделать территорию учебного заведения более безопасной.

Периферийные вычисления – это архитектура информационных технологий, в которой данные обрабатываются на периферии («границе») сети, максимально близко к пользователю или источнику данных. Это означает, что нет необходимости отправлять данные для обработки или хранения в централизованное (облачное) хранилище, что снижает временные затраты на обработку данных и требования к пропускной способности. Ключевым преимуществом периферийных вычислений является возможность сократить время задержки, проще говоря, все происходит быстрее.

Технологии искусственного интеллекта, направленные на новые способы действия.

Технологии искусственного интеллекта, направленные на новые способы действий, включает метакогнитивный скаффолдинг и персонализированную оценку и аттестацию.

Термин «скаффолдинг» подразумевает оказание помощи обучающемуся сугубо по мере необходимости, с постепенным сокращением или минимизацией объема вмешательства педагога по мере повышения компетентности обучающегося.

Использование ИИ в образовании позволяет не только определять, когда и в чем обучающимся необходима помощь, но и следить за тем, когда стоит увеличить или уменьшить объем оказываемой обучающимся помощи в ходе образовательного процесса. Поскольку ресурсы и время педагога ограничены, это может существенно повысить способность образовательной организации эффективно и рационально удовлетворять потребности всех обучающихся, позволяя оптимизировать процесс обучения и увеличить количество тех, которые успешно оканчивает учебное заведение.

Инновационная среда обучения, хотя и имеет много преимуществ, также может создавать обучающимся новые проблемы. Необходимость активного группового обучения или обучения во взаимодействии с другими обучающимися, использования преимуществ новых методов и педагогических приемов, которые могут быть характерны для дистанционного обучения или «перевернутого класса», эффективного общения с помощью различных средств коммуникации – все это порождает повышенные требования к способности обучающегося самостоятельно решать проблемы и контролировать собственную учебную деятельность. Обучающимся потребуется помощь в планировании и подготовке к обучению, в контроле за осмыслением процесса обучения и в оценке результатов обучения по завершении учебного процесса.

ИИ может играть определенную роль в метакогнитивном скаффолдинге, позволяя обучающимся самим извлекать пользу из выводов, полученных в ходе их обучения. Обучающиеся все чаще становятся главными пользователями технологий и сервисов ИИ, а не просто субъектами данных, которые анализируют педагоги, администраторы и владельцы систем. Обучающийся, который лучше понимает, как он учится и как думает, имеет большую свободу действий и контроль над своим образованием, а также приобретает жизненно важные знания о себе, которые служат основой для непрерывного обучения.

Предоставляя возможность учиться в любое время и в любом месте, технологии помогают демократизировать образование и позволяют обучающимся, которые в настоящее время не могут посещать занятия в реальной образовательной организации, максимально полно раскрыть свой потенциал. Судя по достижениям в сфере использования образовательных технологий за последние десятилетия, ИИ способен претворить в жизнь идею персонализированного обучения, позволяя получать огромные объемы данных и формулировать выводы, которые можно использовать для разработки образовательной траектории, учитывающей индивидуальные потребности и таланты обучающегося.

Искусственный интеллект также будет играть важную роль в решении еще одной серьезной задачи, стоящей перед специалистами в области образовательных технологий – проведении персонализированной оценки достижений обучающихся.

Современные формы оценивания в образовательных организациях редко ориентированы на навыки, которые будут необходимы обучающимся для выхода на рынок труда. Тесты с несколькими вариантами ответов, промежуточные и итоговые экзамены могут служить для оценки некоторых навыков мышления высшего порядка, которые потребуются в XXI веке – способности вспомнить уже известное, сравнить, провести анализ и прийти к определенным умозаключениям. Однако традиционные формы оценивания мало пригодны для оценки общекультурных навыков, коммуникабельности, моральных характеристик, умения взаимодействовать, сотрудничать и эффективно работать в команде, которые имеют не меньшее значение для будущих работодателей и для способности выпускника жить и достигать профессиональных успехов в XXI веке.

В дополнение к стандартным тестам учреждения и системы образования уже вводят оценивание умения применять знания на практике, создание портфолио обучающихся, а также стандартизованные проекты и задания, требующие от обучающихся умения использовать полученные знания и навыки. Эти формы текущего и итогового контроля дают педагогам возможность предоставить обучающимся оперативную обратную связь, а не ретроспективную оценку знаний,  полученных  в  прошлом  (как  это  происходит,  например, в большинстве случаев на государственных экзаменах и аттестации). Однако на практическом уровне внедрение многочисленных параметров оценки обязательно приведет к значительному увеличению объема генерируемых данных, которые должны будут отслеживать и анализировать как педагоги, так и администраторы. И если предполагается, что эти данные должны обеспечивать точную и полезную обратную связь, отражающую успехи обучающегося, без ИИ обойтись будет сложно.

Кроме того, растет спрос на новые формы аттестации, которые позволяют получить более полное представление о способностях обучающихся, а также точнее представить, насколько широкий диапазон знаний и навыков они освоили и кем они стали в результате обучения. Многие учебные заведения и все большее число образовательных систем исследуют возможности использования микросертификатов для оценки комплексных и общих достижений в обучении, включая такие навыки XXI века, как критическое мышление, творческие и коммуникативные способности и предприимчивость. Чтобы обеспечить актуальность таких микросертификатов и помочь наладить более тесную связь с местным бизнес-сообществом, их часто разрабатывают совместно с работодателями и/или согласовывают с ними.

Однако разработка новой системы сертификатов – серьезная задача. На системном уровне для решения этой задачи потребуется время, участие множества заинтересованных сторон, длительный процесс консультаций. Кроме того, эта система повлияет на разработку учебных программ. Если предполагается, что новые сертификаты должны оставаться актуальными после их введения, важно постоянно анализировать их эффективность и применимость, демонстрировать результаты анализа и выводы с использованием информационных панелей в режиме реального времени, учитывая сферы интересов или специализацию каждой заинтересованной стороны.

Таким образом, глядя на новые разработки в области преподавания и обучения, а также в сфере технологий, становится ясно, что ИИ, использование данных, аналитики и машинного обучения внесут свой вклад в формирование основы образовательных практик и возможностей, которыми обучающиеся будут пользоваться в грядущем десятилетии.

Искусственный интеллект в образовании уже служит источником реальных преимуществ для обучающихся, педагогов, руководителей образовательных организаций, родителей, администраторов и провайдеров и в будущем послужит катализатором изменений.