Научный журнал
Научное обозрение. Фундаментальные и прикладные исследования

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В ОБРАЗОВАНИИ

Иванько А.Ф. 1 Иванько М.А. 1 Котова К.Д. 1
1 Московский политехнический университет
Искусственный интеллект незаметно появился в жизни человека. Сегодня никого не удивить голосовым помощником в телефоне, умной колонкой, приложениями, которые находят продукт по фото, и беспилотными машинами. В неком роде искусственный интеллект стал вездесущим во многих аспектах повседневной жизни – от интеллектуальных датчиков в современных смартфонах, которые помогают делать фотографии до функций автоматической парковки. Хоть искусственный интеллект и стал применяться в различных сферах человеческой деятельности, существует еще большое количество различных отраслей и вариантов его использования. Одним из таких является система образования. Как же может измениться процесс обучения благодаря искусственному интеллекту? Данная технология может автоматизировать некоторые процессы, являющиеся неотъемлемой частью обучения, например, выставление оценок. Также сбор и анализ данных, полученных искусственным интеллектом, поможет адаптировать учебные программы под нужды учащегося, а преподавателям позволит получать незамедлительный отклик по поводу образовательной программы от студентов. Нельзя забывать и расширении возможностей получения необходимых навыков, повышении квалификации из любой точки мира. Системы, работающие на основе искусственного интеллекта, способны увеличить перечень онлайн-курсов и уменьшить значимость удаленности ученика непосредственно от места проведения занятия.
искусственный интеллект
образование
алиса
ibm watson
индивидуальное обучение
дистанционное обучение
1. Искусственный интеллект. // Википедия – свободная энциклопедия. 5 апреля 2019.; URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Искусственный_интеллект (дата обращения: 1.05.2019).
2. IBM Watson. // Википедия – свободная энциклопедия. 4 апреля 2019.; URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/IBM_Watson (дата обращения: 11.05.2019).
3. Искусственный интеллект, сильный и не очень. // Хабр. 15 апреля 2016.; URL: https://habr.com/ru/post/393071/ (дата обращения: 13.05.2019).
4. MyTestPro. //Компьютерное тестирование знаний и компьютерные педагогические тесты.; URL: http://mytest.klyaksa.net/ (дата обращения: 15.05.2019) .
5. Как система слежения за продуктивностью работы автоматически увольняет сотрудников Amazon. // Хабр. 2 мая 2019.; URL: https://habr.com/ru/post/450324/ (дата обращения: 17.05.2019).
6. Как искусственный интеллект может применяться в образовании?. //Хайп. 26 декабря 2018.; URL:https://hype.ru/@id2544/kak-iskusstvennyy-intellekt-mozhet-primenyatsya-v-obrazovanii-l33yteq4 (дата обращения: 20.05.2019).
7. How Is AI Used In Education -- Real World Examples Of Today And A Peek Into The Future. //Forbes. 25 июля 2018.; URL: https://www.forbes.com/sites/bernardmarr/2018/07/25/how-is-ai-used-in-education-real-world-examples-of-today-and-a-peek-into-the-future/#68caaa42586e (дата обращения: 25.05.2019).
8. Иванько А.Ф., Иванько М.А., Котова К.Д. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЖИЗНИ ОБЫЧНОГО ЧЕЛОВЕКА // Научное обозрение. Фундаментальные и прикладные исследования. – 2019. – № 1.;

Введение.

За последние несколько лет каждый человек так или иначе соприкасался с искусственным интеллектом, например, пытаясь найти товар по фото или спрашивая у Алисы погоду на сегодня. Конечно, общаясь с Алисой мало кто задумывается над тем, чем же она является, и что вообще из себя представляет искусственный интеллект, существует ли какое-то применение искусственного интеллекта в различных сферах человеческой деятельности. Многие слышали о беспилотных автомобилях и умном зрении, которое, например, способно определить предмет на фото, но как можно интегрировать искусственный интеллект в систему образования?

Цель исследования.

Целью исследования данной статьи являются ответы на следующий вопросы. Что такое искусственный интеллект? Какие виды искусственного интеллекта существуют на данный момент? Также целью является попытка определить и выявить надобность использования искусственного интеллект в образовании, изменение системы образования и обозначить различные способы применения информационных систем, основанных на искусственном интеллекте.

Методы исследования.

Анализ основных теоретических понятий и синтез практических результатов на примере сферы образования.

Для начала необходимо разобраться в том, что же такое искусственный интеллект. Искусственный интеллект (ИИ; англ. artificial intelligence, AI) — свойство интеллектуальных систем выполнять творческие функции, которые традиционно считаются прерогативой человека; наука и технология создания интеллектуальных машин, особенно интеллектуальных компьютерных программ [1].

Многие ошибочно представляют электронный разум из фантастических фильмов, но понятие интеллект не тождественно разуму. Интеллект представляет собой в первую очередь умение решать различного рода задачи, опционально подбирать те или иные методы решения. Разум же является более абстрактным понятием и пока не существует в информатике как таковой, однако под разумом иногда подразумевают «сильный искусственный интеллект».

Итак, на данный момент существует слабый ИИ, например переводчик с английского на русский, который заменяет одни слова другими, не осознавая смысла фразы. Предполагается, что сильный ИИ будет способен понимать смысл переводимого предложения, и уже исходя из этого выдавать результат.

Как же можно проверить «человечность» ИИ?

Прохождение теста Тьюринга является одним из критериев сильного ИИ. Данный тест представляет собой анонимное общение, в процессе которого собеседник пытается определить с кем же он говорит, с компьютером или машиной. Проблема состоит в том, что сколько не запоминай ответы, которые люди дают на те или иные вопросы, всегда найдется ситуация, где «механический» ответ будет нелепым и неуместным.

Например, вышедший в 2018 году голосовой помощник Алиса от Яндекса имеет множество записанных фраз и может иногда поддержать короткую беседу, но зачастую в процессе общения в определенный момент Алиса отвечает невпопад. Другой известный пример – чат-бот от компании Microsoft Тэй. С Тэй можно было пообщаться в социальной сети Twitter, но уже через один день общения бот стал агрессивным. Причиной тому стало неумение машины понимать контекст и смысл фраз, а лишь их запоминать.

Приблизится к сильному ИИ попыталась компания IBM. В 2010 году они презентовали суперкомпьютер IBM Watson, оснащенный вопросно-ответной системой искусственного интеллекта, созданный группой исследователей под руководством Дэвида Феруччи. Основная задача суперкомпьютера — понимать вопросы, сформулированные на естественном языке, и находить на них ответы в базе данных [2].

IBM Watson в 2011 году поучаствовал в Jeopardy! – американском аналоге «Своей игры», победив двух рекордсменов данной телепередачи. Необходимо отметить, что суперкомпьютер не был подключен к интернету, хотя большая его часть в размере четырех гигабайт была закачана заранее. Также вопросы задавались без какого-либо уточнения, поэтому компьютеру не всегда удавалось найти правильный ответ. Понимал ли Watson суть вопросов? К сожалению, нет. [3]

Так в чем же была суть данной игры? Суперкомпьютер обладал обширным каталогом информации, но не всегда мог «понять» смысл, люди же всего осознавали суть вопроса, но не могли вспомнить ответ.

Поэтому IBM Watson нельзя отнести к сильному ИИ, поскольку он встречается с главной проблемой естественных языков – множество трактовок одного и тоже же слова в зависимости от контекста. Но если обозначить более узкую тему беседы, то Watson довольно успешно справляется со своими задачами. Например, имея обширную базу данных диагнозов, курсов лечения, компьютер способен показать себя хорошим врачом. Но это не значит, что нужно забыть живых врачей, скорее Watson играет роль советника, у которого врач может проконсультироваться.

Итак, современный искусственный интеллект может выступать консультантом в строго определенных темах, отвечать на заранее прописанные команды, обрабатывать различного рода информацию и искать похожее в интернете.

Данные функции позволили начать попытки интеграции ИИ во многие сферы жизни человека, образование не исключение.

С каждым годом процесс получения знаний становится более технологичным. При этом возрастает фактор удобства, как и персонализация обучающих программ. С помощью различных умных девайсов и компьютеров процесс обучения значительно изменился, стал доступнее. Даже присутствие на занятиях больше не является обязательным, пока у студента есть выход в интернет.

Какие изменения привнес ИИ в систему образования?

В ближайшие десять лет нельзя будет встретить учителя–робота повсеместно, но уже сейчас существует множество проектов, использующих ИИ, которые направлены на помощь как студентам, так и преподавателям. Рассмотрим некоторые из них.

ИИ может автоматизировать некоторые процессы.

Зачастую преподаватели тратят много времени на оценивание домашних заданий, тестов, контрольных работ, хотя могли бы заниматься своей профессиональной деятельностью, общаться со студентами, готовиться к занятиям.

Конечно, искусственный интеллект не может оценивать как человек, но вполне возможно автоматизировать проверку различных заданий с кратким ответом, тестов с абсолютно любым количеством правильных ответов. Подобные программы используются почти в каждом учебном заведении, зачастую даже студенты, школьники принимают непосредственное участие в написании таких программ. Например, MyTestXPro - система программ для создания и проведения компьютерного тестирования, сбора и анализа результатов. [4]

Однако проверку творческих зданий – эссе, сочинений пока не удается осуществить на должном уровне, но в ближайшие несколько лет и данное программное обеспечение войдет в оборот и будет использоваться повсеместно.

Также вполне возможно осуществить «проверку на честность». Преподавателям больше не нужно будет следить за учениками во время важных тестов, контрольных, экзаменов, поскольку ИИ способен следить за каждым учеником, что уменьшает шанс списывания до минимальных показателей. Так, в компании Amazon на складах установлена система, которая отслеживает действия рабочих. Система фиксирует время, когда сотрудник не занят выполнением своих обязанностей на рабочем месте, что дает понять, как часто он делает паузы на работе и сколько они продолжаются. Система может уволить человека по достижению определенного лимита, но это решение можно оспорить с администратором. [5]

Конечно, данная система несовершенна, поскольку не учитывает человеческий фактор, и требует доработок, но данную технологию вполне возможно адаптировать и использовать во время сдачи государственных экзаменов.

Индивидуальное обучение.

На любом этапе обучения – от детского сада до выпускного ключевым применением искусственного интеллекта является повышение уровня индивидуального обучения. Частично это уже происходит благодаря растущему числу адаптивных обучающих программ, игр и программного обеспечения. Эти системы отвечают потребностям учащегося, уделяют больше внимания определенным темам, повторяют неусвоенный материал и, как правило, помогают учащимся работать в своем темпе, не оглядываясь на других.

Индивидуальное обучение позволит учащимся с разными способностями работать вместе в одном классе, пока учителя смогут способствовать обучению и оказывать помощь и поддержку в случае необходимости.

Адаптивное обучение уже оказало огромное влияние на образование по всей Америке, особенно через такие программы, как Академия Хана, и по мере развития ИИ в ближайшие десятилетия подобные адаптивные программы будут только улучшаться и расширяться.

Улучшение образовательной программы.

Преподаватели могут не всегда знать о пробелах в своих лекциях и учебных материалах, которые могут оставить учеников в замешательстве. Искусственный интеллект предлагает решение этой проблемы. Например, Coursera – крупный провайдер открытых онлайн-курсов, уже применяет следующий способ на практике. Когда большое количество учеников отправляет неправильный ответ на домашнее задание, система предупреждает об этом учителя и дает будущим учащимся специальное сообщение, в котором содержатся подсказки.

Этот тип системы помогает дополнить программы пояснениями, которые могут помочь студентам в затруднительных местах. Студенты получают немедленную обратную связь вместо того, чтобы ждать ответа от профессора. Например, В Технологическом институте Джорджии в качестве помощника преподавателя выступал чат-бот, который достаточно четко и быстро отвечал на вопросы студентов. [6]

Поддержка от ИИ.

Некоторые учебные программы, основанные на искусственном интеллекте, уже существуют и могут помочь студентам в изучении основ математики, письма и других предметов.

Эти программы могут обучать студентов основам того или иного предмета, но все же не способны привить учащемуся творческое мышление, в чем незаменимы настоящие учителя. Тем не менее, нельзя исключать того, что преподаватели-ИИ смогут делать такие вещи в будущем. С быстрым темпом технического прогресса, который отмечен в последние несколько десятилетий, передовые системы обучения вскоре перестанут быть несбыточной мечтой.

Программы, управляемые ИИ, могут предоставить студентам и преподавателям полезную обратную связь.

ИИ может не только помочь преподавателям и студентам создавать курсы, которые адаптированы к их потребностям, но также может обеспечить обратную связь о курсе в целом. Некоторые школы, особенно с онлайн-курсами, используют системы ИИ для отслеживания успеваемости учащихся и оповещения преподавателей о возможных проблемах.

Эти виды систем позволяют студентам получить немедленную подсказку, а профессорам найти области, где они могут добавить необходимые пояснения. Однако такого рода программы не просто предлагают советы по отдельным курсам. Ведутся разработки систем, которые могут помочь студентам выбрать специальности на основе тех областей, где они преуспевают и не испытывают затруднений с осваиванием нового материала, что может привести к созданию университетов и школ нового уровня.

Обучение из любой точки мира.

ИИ может расширить количество интернет-курсов. Технология приносит радикальные изменения, облегчая изучение любого курса из любой точки земного шара и в любое время. Система образования, имеющая поддержку ИИ, может предоставить студентам осваивание даже фундаментальных навыков. С большим количеством изобретений будет более широкий спектр курсов, доступных в интернете, и студенты будут учиться, где бы они ни находились.

Данные, собранные ИИ, могут изменить набор учащихся в учебное заведение.

Интеллектуальный сбор данных, работающий на интеллектуальных компьютерных системах, уже вносит изменения в то, как колледжи взаимодействуют с потенциальными и текущими студентами. Такие компьютерные системы помогают в выборе лучших образовательных программ для каждого студента, что делает процесс обучения более адаптированным к потребностям и целям студентов.

Повышения Эффективности.

ИИ открывает новые возможности для повышения эффективности. Например, градостроители могли бы использовать его для минимизации пробок и повышения безопасности пешеходов. Аналогичным образом школы могут определить соответствующие методы улучшения функционирования учебного заведения. ИИ может также использоваться при сборе сложных данных, что позволит операционному отделу создавать различные прогнозы. Это, в свою очередь, позволит правильно планировать будущее, например, распределять места во время школьных мероприятий или заказывать еду в местных кафе, столовых. То есть, школы могут избежать многих потерь, вызванных чрезмерным заказом, тем самым уменьшая затраты. Благодаря повышению эффективности, применение искусственного интеллекта в образовании может окупить себя в весьма короткий срок. Дело в том, что новые технологии требуют расходов. Но со временем эти затраты становятся незначительными. Технологии со временем дешевеют, как и оборудование и программное обеспечение.

Результаты исследования и их обсуждение.

Системы интеллектуального анализа данных уже играют неотъемлемую роль в современной картине высшего образования, но искусственный интеллект может еще больше изменить систему образования[8]. В некоторых школах уже реализуются инициативы по предоставлению учащимся обучения с использованием ИИ, которое может облегчить переход между разными ступенями образования. Процесс выбора университета вполне может стать похожим выбор фильмов, сериалов из рекомендаций, как на Netflix или Okko, где рекомендации основаны на предпочтениях и уже просмотренных шоу, кино, мультфильмов.

Заключение.

Исследование, опубликованное в eSchool News, показывает, что к 2021 году применение ИИ в образовании и обучении будет увеличено на 47,5%. [7] Влияние этой технологии будет ощущаться на всех этапах обучения – от детского сада до высших учебных заведений. Данная система создаст адаптивные методы обучения с возможностью регулирования различных аспектов для улучшения учебного процесса как для учащегося, так и для преподавателей. Вскоре проверка любого рода заданий, даже творческих, больше не будет входить в обязанности преподавателя, вместо этого он будет получать подробный отчет об успехах, проблемах и затраченном времени по каждому студенту.

Уровень учебных программ возрастет, что будет достигаться благодаря незамедлительной обратной связи от учеников и возможностью немедленного редактирования курсов и внесения пояснений. Также внедрение систем, основанных на ИИ, затронут не только процесс обучения, но и смогут упростить организационные моменты и смогут помочь с распределением бюджета, основываясь на собранных данных и отчетах. Искусственный интеллект сможет информировать студентов о том, каковы их успехи, и как они влияют на достижение поставленных целей.

Как же будут выглядеть школы через десять лет? Время покажет.


Библиографическая ссылка

Иванько А.Ф., Иванько М.А., Котова К.Д. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В ОБРАЗОВАНИИ // Научное обозрение. Фундаментальные и прикладные исследования. – 2019. – № 4.;
URL: http://scientificreview.ru/ru/article/view?id=67 (дата обращения: 20.02.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074