EDexpert / №0 Весна 2017
ТЕНДЕНЦИИ

ОЦИФРОВАННЫЙ ВЕК
Стэнфордский университет собрал ведущих ученых из нескольких институтов в 100-летний проект по исследованию ИИ
В 2014 г. Стэнфордский университет пригласил ведущих ученых из нескольких институтов, чтобы начать 100-летний проект по исследованию искусственного интеллекта (The One Hundred Year Study on Artificial Intelligence). Проект призван ответить, каким образом ИИ оказывает влияние на все аспекты человеческой жизни — на отдельных людей, сообщества и общество в целом — с точки зрения науки, разработки и внедрения компьютерных систем с ИИ.

Каждые пять лет Постоянный комитет исследования будет формировать Исследовательскую комиссию, чтобы проверять прогресс ИИ за годы после отчета последней комиссии, изучать достижения и описывать технические и социальные вызовы и возможности, которые могут возникнуть, в том числе в сфере этики и экономики.

В сентябре 2016 г. участники проекта выпустили первый доклад, в котором объясняют, как ИИ уже изменил мир за последние 15 лет, и дают прогнозы на будущее. EDexpert публикует выдержки из отчета, посвященные влиянию ИИ на развитие сферы образования.



За последние 15 лет произошли значительные сдвиги в использовании искусственного интеллекта в образовании. Области его применения очень широки — он используется как учащимися, так и педагогами в школьных и университетских программах. И хотя для качественного образования всегда будет необходимо живое участие педагогов, ИИ обещает улучшить качество обучения на всех уровнях, особенно во внедрении индивидуального подхода в глобальных масштабах.

Довольно долго роботы являются популярными обучающими устройствами. Например, комплекты «Лего» (Lego Mindstorms) разработаны совместно с медиалабораторией Массачусетского университета США (MIT Media Lab) еще в 1980-х. Тем не менее процесс внедрения технологий ИИ в школах и университетах происходит медленно, в основном из-за недостатка финансирования и убедительности фактической базы, доказывающей, что он помогает студентам в достижении учебных целей. В следующие 15 лет в типичном североамериканском городе использование «умных воспитателей» и других ИИ-технологий для помощи учителям на уроках и дома, похоже, значительно расширится.

ОБУЧАЮЩИЕ РОБОТЫ

Сегодня для использования в школе доступны наиболее сложные и универсальные комплексы от ряда компаний, создающих роботов с новой сенсорной системой, программируемой на разных языках.

§ Ozobot — робот, который обучает программированию и дедуктивному мышлению в процессе его настройки на танцевальный или игровой режим, основываясь на образцах цветового кодирования.

§ Cubelents помогает учить детей логическому мышлению посредством компоновки блоков для вычисления, действия или чувствования в зависимости от настройки различных соединений.

§ Функции робота Dash and Dot от компании Wonder Workshop охватывают широкий диапазон возможностей программирования. Дети 8 лет и старше могут создавать простые алгоритмы, используя визуальный язык программирования Blockly, или приложения для iOS и Android, применяя язык C или Java.

§ PLEO rb — робот-питомец, который помогает детям изучать биологию, когда они обучают робота реагировать на различные аспекты окружающего мира.

Несмотря на то, что все это очень забавно и увлекательно, для широкого распространения таких комплексов необходимы убедительные доказательства их влияния на улучшение успеваемости студентов.

СИСТЕМЫ РЕПЕТИТОРСТВА (ITS) И ОНЛАЙН-ОБУЧЕНИЕ

ITS разработана в исследовательской лаборатории на основе проектов (например, Why2-Atlas), которые поддерживали диалог между машиной и человеком. Быстрый переход системы ITS от лабораторных испытаний к использованию в реальности удивляет и радует. Скачиваемое ПО и онлайн-системы (Carnegie Speech или Duolingo) обеспечивают обучение иностранному языку с помощью системы автоматического распознавания речи (Automatic Speech Recognition) и техники обработки естественного языка (NLP) для обнаружения ошибок в речи и помощи в их исправлении. Системы репетиторства («Когнитивный репетитор Карнеги», Carnegie Cognitive Tutor) использовался в колледжах и старших классах США для помощи студентам в изучении математики.

Другие ITS были разработаны для обучения географии, медицинской диагностике, компьютерной грамотности и программированию, генетике и химии. Когнитивные воспитатели используют ПО для имитации роли настоящего наставника, давая, например, подсказки, когда студент застревает над математической задачкой. Основываясь на том, какая требуется подсказка и каков был ответ, когнитивный репетитор формирует отдачу в соответствии с контекстом.

В системе высшего образования приложения усложняются. ITS под названием Sherlock начали использовать при обучении техников ВВС США диагностике проблем в электрических системах самолетов. Институт информационных наук Университета Южной Калифорнии разработал усовершенствованные учебные модули, базирующиеся на аватаре, чтобы тренировать поведение военных чиновников в мультикультурной среде перед их отправкой за границу. Новые алгоритмы для индивидуальных уроков («Бейзианский мониторинг знаний», Bayesian Knowledge Tracing) делают возможной персонализацию качественного обучения и решают задачу его последовательности.

Самым удивительным стал бурный рост числа массовых открытых онлайн-курсов (MOOCs) и других моделей онлайн-обучения на всех уровнях, включая использование таких инструментов, как «Википедия» и «Академия Хана» (Khan Academy). Это удивляет, как и использование современных систем управления обучением, в которые встроены синхронные и асинхронные образовательные и адаптивные инструменты обучения.

С конца 1990-х такие компании, как Educational Testing Service и Pearson, разрабатывают инструменты автоматической оценки эссе студентов при стандартных тестированиях. Большинство популярных MOOCs, включая созданные на базе EdX, Corsera и Udacity, применяют технологии NLP, машинного обучения и краудсорсинга для оценки коротких тестов, эссе и программных заданий. Количество систем онлайн-образования, которые поддерживают профессиональное образование на уровне выпускников вузов и обучение на протяжении всей жизни, тоже быстро увеличивается. У таких систем большие перспективы, так как необходимость взаимодействия лицом к лицу не столь важна для работающих профессионалов и их переквалификации. Они первыми начнут их активно применять, как только технологии будут протестированы и одобрены.

Можно утверждать, что ИИ — это секретный соус, позволяющий педагогам и инструкторам, в особенности в высшем образовании, умножить размер классов в несколько десятков тысяч раз. Для непрерывного тестирования большого количества учеников также возможно автоматическое генерирование вопросов, предназначенных для оценки словарного запаса («кто?», «что?», «когда?», «где?», «почему?»), а также использование таких электронных ресурсов, как WordNet и «Википедия».

ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ АНАЛИТИКА

Объемы данных, собранные с глобальных обучающих систем, начиная от MOOCs до «Академии Хана» и включая меньшие онлайн-программы, способствовали быстрому росту сферы образовательной аналитики. Онлайн-курсы хороши не только для повсеместного распространения, они являются естественными механизмами для сбора данных, что будет способствовать научным открытиям и повышению качества образования в больших масштабах. Такие организации, как Общество исследований в образовательной аналитике (SOLAR), появление и развитие таких мероприятий, как Конференция по образовательной аналитике и базам знаний и конференция «Обучение в масштабе» (L@S), отражают этот тренд. Это сообщество применяет глубокое изучение, обработку естественного языка и другие методы ИИ для анализа вовлеченности студентов, их поведения и результатов.

Текущие проекты направлены на моделирование общих заблуждений учащихся, предугадывание типичных ошибок студентов и обеспечение обратной связи с учащимся в реальном времени, что тесно связано с результатами обучения. Недавняя работа была посвящена пониманию когнитивных процессов у людей, вовлеченных в осмысление, написание, приобретение знаний, запоминание и применение этих знаний в образовательной практике, путем разработки и тестирования образовательных технологий.

ВЫЗОВЫ И ВОЗМОЖНОСТИ

В наше время можно ожидать все более изощренного использования технологий ИИ в школах, колледжах и университетах. В следующие 15 лет не исключено, что технологии ИИ с лучшими системами взаимодействия будут ассистировать преподавателям как в школе, так и дома. Исследовательская комиссия ожидает, что будут разработаны более общие и сложные сценарии виртуальной реальности для различных предметных дисциплин. Некоторые шаги в этом направлении предпринимаются уже сейчас — идет расширение сотрудничества между исследователями ИИ и специалистами в области гуманитарных и социальных наук. Примерами могут послужить проект Стэндфордского университета Galileo Correspondence Project и проект Колумбийского университета The Making and Knowing Project. Эти междисциплинарные проекты формируют опыт работы с историческими документами вместе с использованием виртуальной реальности (VR) для изучения интерактивных археологических сайтов. Методы VR уже используются в естественных науках (биология, анатомия, геология и астрономия), чтобы позволить учащимся контактировать со средами и объектами, с которыми сложно взаимодействовать в реальном мире. Воссоздание прошлых и выдуманных миров станет столь же популярным для сферы искусства и науки.

Техники ИИ все больше будут размывать грань между формальным обучением в классе и самообразованием. Адаптивные системы обучения станут основной частью учебного процесса в системе высшего образования из-за необходимости сдерживать расходы на обслуживание большего числа учащихся, позволяя им быстрее «передвигаться» в школьной системе.

Хотя формальное образование не исчезнет, Исследовательская комиссия уверена, что MOOCs и другие формы онлайн-образования станут частью обучения на всех уровнях, начиная со школьной системы до вузов в смешанной форме классного обучения. Это развитие облегчит индивидуальную настройку обучения, при которой студенты смогут учиться в своем темпе, используя максимально им подходящие образовательные техники. Системы онлайн-образования будут учиться одновременно со студентами, тем самым поддерживая быстрый прогресс. В свою очередь, образовательная аналитика ускорит разработку инструментов персонализированного обучения.

Текущий переход от книг в твердом переплете к цифровым аудиоматериалам и текстам, похоже, также станет распространенным явлением. Цифровые устройства для чтения тоже «поумнеют», предоставляя студентам свободный доступ к дополнительной информации о предмете по мере его изучения. Технология машинного перевода, в свою очередь, упростит перевод учебных материалов на другие языки с достаточной степенью точности. Услуги по переводам учебников, которые сейчас выполняются только живыми переводчиками, будут с возрастающей степенью включать автоматические методы повышения скорости и упорядоченности их услуг для школьной системы.

Системы онлайн-образования также расширят возможности повышения уровня знаний и навыков для взрослых и работающих профессионалов.

СОЦИАЛЬНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ

В странах, где доступ к образованию для широких масс затруднен, онлайн-образование даст позитивный эффект. Онлайн-ресурсы облегчат работу фондов, поддерживающих международные образовательные программы, обеспечивая их инструментами и относительно простыми в использовании приложениями. Например, есть огромное количество образовательных приложений, разработанных под iPad, многие из которых бесплатны.

К негативным аспектам можно отнести то, что уже сейчас существует сильный тренд среди учащихся к ограничению социальных контактов в пользу онлайн-общения и проведения большей части времени в онлайн-программах в ущерб социализации. Если образование тоже будет все активнее перетекать в онлайн-сферу, то как отразится на социальном развитии подрастающего поколения нехватка регулярного живого контакта со сверстниками? Некоторые технологии, как было доказано, дают и побочные неврологические эффекты (Ученые исследовали, как зависимость от GPS может привести к изменениям гиппокампа (часть лимбической системы головного мозга. — Прим. пер.). Kim Tingley, The Secrets of the Wave Pilots,"The New York Times, March 17, 2016). С другой стороны, дети-аутисты уже извлекли пользу от взаимодействия с системами ИИ («Для Siri с любовью: как Apple Siri стала лучшим другом для одного мальчика с аутизмом». Judith Newman, To Siri, With Love: How One Boy With Autism Became BFF With Apple's Siri, The New York Times, October 17, 2014.).


Фото с сайта: www.tacomalibrary.org

Ozobot — робот размером с мячик для гольфа. Ребенок фломастером на белом листе бумаги рисует линию, а робот по ней следует. Чтобы характер движения изменялся, линию можно разукрашивать. Наблюдая за поведением небольшой машинки, дети понимают «ход мыслей» робота: как он едет, почему повернул. Также, кроме автономного режима, Ozobot поддерживает и внешнее управление. Для этого в специальном мобильном приложении ребенок должен написать небольшую программу, и робот ее выполнит.

«Академия Хана» (англ. Khan Academy) — некоммерческая образовательная организация, созданная в 2006 г. выпускником MIT и Гарварда Салманом Ханом. Цель академии — «предоставление высококачественного образования каждому, всюду». Сайт академии дает доступ к собранию бесплатных микролекций (более 4200), посвященных разным сферам науки, искусства и права. Проект поддерживается при помощи пожертвований. Лекции представлены на английском языке, действует проект по их переводу на другие языки, поддерживаемый волонтерами.
(с) Издательство журнала EDexpert, 2017
Made on
Tilda