Актуальные тренды нейросетей в образовании

Нейронные сети, вдохновленные работой человеческого мозга, представляют собой алгоритмы машинного обучения, способные распознавать сложные паттерны и делать прогнозы на основе больших объемов данных. С момента своего появления в середине XX века нейросети значительно эволюционировали, особенно с развитием глубокого обучения и увеличением вычислительных мощностей. Это позволило им достичь впечатляющих результатов в различных областях, включая образование.

Согласно отчёту Research and Markets [1, 2], мировой рынок образовательных технологий, основанных на искусственном интеллекте, достигнет $20 миллиардов к 2027 году. Исследование EdTechXGlobal показало, что использование адаптивных обучающих систем повышает успеваемость студентов на 30% [3].

Рассмотрим существующие нейросети и особенности их использования:

• 1.    GPT-4 от OpenAI – наверное, самая популярная нейросет, предназначенная для обработки естественного языка, способная генерировать текст, переводить языки, создавать творческий контент и отвечать на вопросы. В образовании используется для создания обучающих материалов, ответов на вопросы студентов и помощи в написании эссе.

• 2.    AlphaGo от DeepMind – используется для применения искусственного интеллекта в играх и обучении стратегическому мышлению. Она известна победой над чемпионом мира по игре го. В образовательных целях используется для обучения стратегии и принятия решений, а также для развития критического мышления у студентов.

• 3.    Siri от Apple и Alexa от Amazon – на основе этой нейросети можно построить голосовые помощники студентам, которые помогают получать информацию, устанавливать напоминания и даже изучать новые языки посредством интерактивных диалогов.

• 4.    Turnitin – применяется для проверки работ на плагиат для анализа текстов и выявления плагиата, а также для предоставления рекомендаций по улучшению стиля и структуры текста.

• 5.    Knewton – платформа, использующая нейросети для создания персонализированных учебных траекторий, адаптируя контент под уровень знаний и стиль обучения каждого студента.

Нейросети уже используют в различных образовательных процессах, например:

• 1.    Персонализированное обучение: нейросети анализируют данные об учебной деятельности студентов и адаптируют мате-

• риалы под индивидуальные потребности каждого учащегося.

• 2.    Интеллектуальные обучающие системы: создаются системы, способные отвечать на вопросы студентов, предоставлять пояснения и давать рекомендации по улучшению знаний.

• 3.    Анализ учебных данных: нейросети обрабатывают большие объемы данных для выявления тенденций в обучении и оптимизации учебных программ.

• 4.    Обработка естественного языка: создаются чат-боты и виртуальные помощники, которые взаимодействуют со студентами на естественном языке, отвечая на вопросы и помогая с заданиями.

• 5.    Автоматическое оценивание: системы на основе нейросетей автоматически оценивают работы студентов, предоставляя мгновенную обратную связь.

• 6.    Генерация тестов и заданий: нейросети могут автоматически создавать тесты и упражнения, адаптированные к уровню знаний студентов. Они анализируют текущий прогресс и подбирают подходящие вопросы, чтобы закрепить изученные темы и проверить усвоение материала. Это позволяет преподавателям экономить время на подготовке материалов и делает процесс обучения более эффективным, поскольку вопросы точно соответствуют потребностям учащегося.

• 7.    Обратная связь и рекомендации по улучшению: нейросети могут предоставлять не только оценку, но и рекомендации по улучшению, анализируя ошибки и предлагая дополнительные материалы для изучения слабых мест.

К примерам удачного использования нейросетей также можно отнести следующие программные решения:

• -    Платформа для изучения языков Duolingo использует нейросети для адаптации уровня сложности заданий и их последовательности [4]. Система анализирует ответы пользователей и предлагает упражнения, которые лучше всего подходят для закрепления знаний. Это позволяет улучшить языковые навыки и повысить вовлечённость пользователей.

• -    Платформа Khan Academy предоставляет персонализированные рекомендации по обучению [5], используя нейросети для анализа достижений учеников. Благодаря этому, Khan Academy позволяет учащимся продвигаться

по своему собственному маршруту обучения, не завися от общего расписания.

• -    Coursera и EdX используют нейросетевые алгоритмы [4, 5] для автоматизации оценки домашних заданий и тестов. Это позволяет масштабировать курсы для тысяч студентов одновременно, не снижая качества обратной связи и делая высшее образование доступным для широких масс.

Для того, чтобы использовать нейросети в образовательных процессах, необходимо правильно задавать вопросы к ней. Такие запросы называются промптами. Когда мы формулируем запрос к нейросети, важно понимать, что точность и конкретность играют решающую роль. Например, для получения развернутого ответа желательно четко обозначить модель задачу, указать роль, контекст и даже структуру ответа. Чем яснее мы формулируем, что нам нужно, тем качественнее и точнее ответ от модели.

Вначале необходимо ясно описать задачу. Например, если нужно написать эссе на определенную тему, то вместо общей формулировки, типа «Напиши эссе», стоит уточнить, что ожидается эссе на тему будущего нейросетей в образовании, описывающее перспективы их использования в обучении, личностном развитии и диагностики знаний. Так модель быстрее поймёт, в каком направлении двигаться.

Также помогает уточнение роли, например, «Эксперт в области педагогики», «Аналитик данных» или даже «Писатель научной фантастики», если нужно получить текст в определенном стиле. Это позволяет модели лучше настроиться на предоставление информации в нужном формате и стиле.

Контекст, данные и структура также играют ключевую роль. В идеале стоит указать, какую информацию модель должна учитывать: «основные достижения последних лет в ИИ», «данные об адаптивном обучении». Это позволяет получить результат, который максимально соответствует вашим ожиданиям. Структура ответа, например, «сначала общие сведения, затем примеры и выводы», дает модели чёткое представление о том, как организовать ответ.

Рассмотрим конкретные примеры запросов, связанных с образовательными задачами. Все примеры приведены с использованием нейросети ChatGPT 4o. Они иллюстрируют, как правильно сформулированный промпт может эффективно работать с нейросетевой моделью для решения задач в образовании, а неудачный запрос, наоборот, приводит к неточным результатам.

Задача 1: Автоматическая проверка письменных работ

Неудачный промпт: «Проверь сочинение на ошибки».

Такой запрос недостаточно конкретен, и модель может не понять, какие именно ошибки нужно искать – орфографические, стилистические, логические или фактические. Ито- гом может стать недостаточно точный анализ, где будут упущены важные детали.

Удачный промпт: «Проверь сочинение учащегося 10 класса на тему «Влияние компьютерных технологий на человека» на орфографические, грамматические и стилистические ошибки. Обрати внимание на связность текста и логичность аргументации».

В этом запросе чётко указано, что именно нужно проверять (орфография, грамматика, стиль), а также обозначены дополнительные аспекты (связность текста и логика). Такой запрос позволяет получить более содержательный анализ, который действительно поможет улучшить текст.

Сочинение «Влияние комльютерн... ^ PDF

Проверь сочинение учащегося 10 класса на тему "Влияние компьютерных технологий на человека" на орфографические, грамматические и стилистические ошибки. Обрати внимание на связность текста и логичность аргументации:

Текст написан в целом грамотно, но есть несколько аспектов, на которые стоит обратить внимание для улучшения связности и логичности изложения.

Исправления и рекомендации:

• 1.    Орфография и пунктуация:

• • Следует исправить «электронные книги, фотоаппараты и т.д., Пожалуй...» на «электронные книги, фотоаппараты и т.д. Пожалуй...», убрав лишнюю запятую.

• - Также рекомендую в начале предложений не использовать «и т.д.» — лучше заменять конкретными примерами.

• 2.    Стилистика и связность:

• •    Используйте более плавные переходы между аргументами. Например, после упоминания о Wi-Fi можно сделать связку с дальнейшим описанием удобства в работе и в быту.

• •    Фраза «Эти устройства стали важной частью нашей жизни» выглядит повторением начала сочинения. Можно заменить на: «Они стали неотъемлемой частью повседневной жизни».

• ■    Предложение «Такая электроника, как пылесос, стиральная машина, микроволновая печь... облегчила жизнь моей маме» можно заменить на более универсальную формулировку, чтобы не ограничивать идею примерами бытовой техники.

• 3.    Логика и аргументация:

• -    Аргументацию можно улучшить, добавив конкретные примеры преимуществ и недостатков компьютерных технологий, таких как влияние на здоровье, зависимость от гаджетов, влияние на социальные навыки. Например, после высказывания «технический прогресс сделал нашу жизнь более интересной» можно рассмотреть и обратную сторону, добавив больше объективности.

• -    Заключение выглядит несколько поверхностным. Можно развить его, сделав вывод о значении технологий и подчеркнув важность баланса между их использованием и сохранением традиционных способов общения и отдыха.

• 4.    Грамматические ошибки:

• ■ Использование формы «совершенствуется уже существующие» корректнее изменить на «совершенствуются уже существующие».

Текст логичен, но нуждается в усилении аргументации, более плавных переходах между идеями и в отдельных стилистических ул ф 1ениях.

Рис. 1. Результат генерации удачного промпта задачи №1

Задача 2: Генерация тестов и заданий

Неудачный промпт: «Создай тест по теме «Закон Ома и электрические цепи»».

Этот запрос может быть воспринят нейросетью двусмысленно, так как не уточнены ни тема, ни уровень сложности, ни формат теста. Модель может создать вопросы, которые не будут соответствовать уровню знаний учеников или не покроют весь изученный материал.

Удачный промпт: «Создай тест для учеников 9 класса по теме «Закон Ома и электрические цепи». Включи 5 вопросов с выбором ответа, 3 вопроса на краткий ответ и 2 задачи с расчётами, требующие подробного решения».

Здесь запрос включает конкретные требования к теме, уровню, формату и числу вопросов, что позволяет модели создать тест, который будет точнее соответствовать потребностям учебной программы.

Создай тест для учеников 9 класса по теме "Закон Ома и электрические цепи*. Включи 5 вопросов с выбором ответа, 3 вопроса на краткий ответ и 2 задачи с расчетами, требующие подробного решения

® Тест по геме "Закон Ома и электрические цепи*'

Вопросы с выбором ответа

• 1.    Какова единица измерения сопротивления?

• ■    а) Вольт

• •    Ь) Ампер

• •    с) Ом

• •    d) Ватт

• 2.    Если напряжение в цепи увеличится в 2 раза, а сопротивление останется неизменным, что произойдёт с током в цепи?

• ■    а) Уменьшится в 2 раза

• ■    Ь) Увеличится в 2 раза

• •    с) Останется без изменений

• •    d) Увеличится в 4 раза

• 3.    Какой из перечисленных приборов используется для измерения силы тока?

• ■    а) Вольтметр

• •    Ь) Омметр

• •    с) Амперметр

• •    d) Ваттметр

• 4.    Какое из следующих утверждений верно?

• •    а) Напряжение всегда пропорционально сопротивлению

• •    Ь) Сила тока всегда пропорциональна напряжению

• •    с) Сопротивление всегда пропорционально току

• •    d) Ток всегда больше напряжения

• 5.    Чему равен ток в цепи, если напряжение составляет 12 В, а сопротивление — 4 Ом?

• ■    а) ЗА

• ■    Ь) 0.33 А

• . с) 8 А
• . d)48A

• 6.    Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

• 7.    Какие факторы влияют на сопротивление проводника?

• 8.    Что произойдёт с сопротивлением металлического проводника, если его нагреть?

• 9.    Задача 1

• 10.    Задача 2

Вопросы на краткий ответ

Задачи с расчётами

В цепи с сопротивлением Я = 10 Q и напряжением U = 20 В найдите силу тока, протекающего через цепь. Запишите решение задачи и укажите, какой формулой вы пользовались.

В цепи включены два резистора: Bi = 6 О и Rj = 4 П. Если напряжение на всей цепи составляет 30 В, найдите силу тока в цепи и напряжение на каждом резисторе, предполагая, что резисторы соединены последовательно.

Рис. 2. Результат генерации удачного промпта задачи №2

Таким образом, можно сделать вывод, что нейросети значительно повышают эффективность образовательного процесса благодаря адаптивному контенту и мгновенной обратной связи. Адаптация контента позволяет создавать персонализированные учебные программы, которые автоматически подстраиваются под нужды и уровень знаний каждого студента. Это не только улучшает восприятие материала, но и делает обучение более эффективным, поскольку позволяет фокусироваться на актуальных для студента темах, избегая излишне сложных или, наоборот, слишком простых задач.

Мгновенная обратная связь, обеспечиваемая интеллектуальными системами на основе нейросетей, также имеет решающее значение. Студенты получают результаты и рекомендации сразу после выполнения задания, что помогает им сразу же выявлять и исправлять ошибки. Такая оперативная обратная связь предотвращает накопление пробелов в знаниях и позволяет быстрее продвигаться по программе.

Нейросети также играют важную роль в доступности образования. Они делают учебные материалы более доступными для людей с ограниченными возможностями, адаптируя формат и подачу информации в зависимости от индивидуальных потребностей. Например, технологии распознавания речи и синтезатора текста в аудио поддерживают учащихся с нарушениями зрения, а системы распознавания жестов и распознавания речи - людей с нарушениями слуха и речи. Это делает образовательный процесс инклюзивным, расширяя доступ к знаниям для всех категорий студентов.

Для студентов из удалённых и малонаселённых регионов использование нейросетей в онлайн-образовательных платформах становится настоящим прорывом. Системы, такие как Coursera и Khan Academy, позволяют получать качественное образование вне зависимости от географического положения, давая доступ к лекциям и материалам мировых университетов и образовательных центров. Это устраняет барьеры для обучения и способствует росту глобального уровня знаний и умений.

Кроме того, нейросети способствуют распространению знаний на разных языках. Ав- томатические системы перевода и адаптации контента делают образовательные ресурсы доступными для носителей разных языков, что устраняет языковой барьер и способствует более равномерному распространению знаний по всему миру.

Экономически использование нейросетей также имеет свои преимущества. Автоматизация таких задач, как проверка домашних заданий, генерация тестов и создание учебных материалов, помогает снижать затраты на образовательные услуги. Это позволяет учреждениям предлагать курсы по более доступной цене, расширяя возможности обучения для экономически неблагополучных студентов. Наконец, онлайн-обучение, поддерживаемое нейросетями, предоставляет студентам гибкость: они могут учиться в удобное время и месте, что особенно важно для тех, кто совмещает учёбу с работой или другими обязательствами.

Также необходимо выделить возможные риски и ограничения при внедрении нейросетей в образование

• -    Технические ограничения: не все учреждения имеют доступ к необходимым технологиям и инфраструктуре. Поэтому существуют риски усиления цифрового разрыва между разными социально-экономическими группами, а преподаватели могут не иметь достаточной квалификации для эффективного использования новых технологий.

• -    Этические вопросы: сбор и анализ данных студентов вызывает вопросы конфиденциальности и безопасности.

• -    Зависимость от технологий: чрезмерное полагание на технологии может снизить развитие критического мышления и социальных навыков.

• -    Ограничения технологий: нейросети могут ошибаться или быть предвзятыми, если обучены на некорректных данных.

В будущем ожидается дальнейшая интеграция нейросетей с виртуальной и дополненной реальностью, что позволит создать более интерактивные и погружающие образовательные среды. Развитие технологий объяснимого ИИ (Explainable AI) поможет сделать работу нейросетей более прозрачной и понятной для пользователей, повышая доверие к технологиям [6].

Нейросети предлагают огромный потенциал для трансформации образования, делая его более персонализированным, эффективным и доступным. Однако важно учитывать и пре- одолевать возможные риски и ограничения чтобы обеспечить справедливое и этичное использование этих технологий.