Роль искусственного интеллекта в обучении школьников математике

Введение. Математика является важной дисциплиной школьной программы. В ходе ее освоения у обучающихся развивается аналитическое мышление, формируется умение решать сложные проблемные задачи. При этом, многие школьники, изучающие данный предмет, испытывают трудности с понима- нием математических понятий, теорий, методов исследования. Это оказывает негативное влияние на мотивацию к изучению математики, а также на академическую успеваемость обучающихся.

Методика преподавания рассматриваемой дисциплины формировалась на протяжении столетий, на-

РОЛЬ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

В ОБУЧЕНИИ ШКОЛЬНИКОВ МАТЕМАТИКЕ коплен ценный педагогический опыт. Однако традиционные методы на современном этапе не всегда эффективны в удовлетворении индивидуальных потребностей обучающихся. Преподаватель в условиях ограниченного времени и большого количества учеников не в состоянии учесть индивидуальные потребности всех подопечных. Каждый обучающийся имеет определенный уровень знаний, темп усвоения учебного материала, который может не совпадать с тем, что предлагается на уроке.

Стремительное развитие цифровых технологий требует новых подходов в обучении математике, способствующих повышению качества преподавания и персонализации образовательного процесса. Так, отечественные и зарубежные исследователи рассматривают использование искусственного интеллекта (далее – ИИ) как средство повышения эффективности образовательного процесса, создания более персонализированных и гибких условий для каждого обучающегося. А.И. Бабурчина отмечает возможности ИИ в кардинальном изменении преподавания математики в среднем и старшем звене общеобразовательной школы [2]. Б.Е. Стариченко, П.Г. Безбородова, Е.А. Софрыгина, Г.М. Шоева акцентируют внимание на ИИ как инструменте активизации деятельности педагога и обучающегося. Рассматриваются различные варианты организации учебной деятельности с использование ИИ [7].

И. Бекчанов отмечает важную роль ИИ в персонализации образования с учетом индивидуальных особенностей обучающихся, их уровня и темпа обучения [10]. В работе Д. Панкебан, Х. Уинкауэ рассматривается использование ИИ при разработке методик преподавания, оценке результатов обучения, мониторинге качества образования и др. [11].

Ряд исследователей (Н.Б. Карбачинская и Е.Е. Хари-това; С. Акгюн и К. Гринхоу; Е.В. Гулынина и А.Д. Омарова и др.) отмечает необходимость интеграции ИИ в обучение таким образом, чтобы освоение математики не стало поверхностным, а позволяло развивать критическое мышление и глубокое понимание предмета [3; 4; 9].

Анализ научной литературы позволяет обосновать актуальность статьи , определяющуюся наличием противоречия между необходимостью поиска новых персонализированных подходов в обучении математике современных школьников и отсутствием эффективных методов удовлетворения индивидуальных потребностей обучающихся с учетом уровня знаний каждого и темпов усвоения учебного материала. В условиях стремительного развития цифровых технологий исследователи рассматривают использование ИИ как ключевое направление для решения многих образовательных задач. В этих условиях необходимо научно обоснованное понимание вызовов и возможностей, связанных с применением ИИ в разви-

Тюменский индустриальный университет

тии мотивации школьников к изучению математики, а также повышении их академической успеваемости.

Цель статьи: описать роль ИИ в обучении современных школьников математике.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели было проведено теоретическое исследование, основанное на анализе научной литературы по проблеме интеграции ИИ в обучение современных школьников математике и синтезе полученной информации. Также проанализированы существующие образовательные технологии и платформы, основанные на применении ИИ, для определения возникающих вызовов и возможностей.

Результаты исследования. ИИ произвел революцию в сфере образования, обеспечив персонализацию процесса обучения. А.В. Анненкова в своей работе акцентирует внимание на способности ИИ объединять различные подходы в образовании и трансформировать модели обучения с учетом меняющихся условий [1]. А.И. Бабурчина отмечает, что использование ИИ в образовательном процессе способствует более индивидуальному и гибкому обучению школьников. ИИ позволяет выбирать темп обучения и уровень сложности учебных заданий. При этом автор указывает на необходимость сбалансированного сочетания современных технологий с традиционными методами обучения [2].

Исследователи Е.В. Гулынина и А.Д. Омарова, рассматривая использование ИИ в преподавании математики обучающихся средних и старших классов, отмечают возможности организации более индивидуального обучения, направленного на развитие умения критически мыслить [3]. Н.Б. Карбачинская, Е.Е. Харитонова в качестве одной из проблем использования ИИ в обучении современных школьников называют необходимость осознанного применения сетевых инструментов. ИИ должен стать средством познания и работы, глубокого понимания предмета, а не бездумного использования [3].

В.А. Колесников, В.Р. Гурьянова, А.А. Миндигулова отмечают, что ИИ способствует повышению квалификации педагога, помогает решению множества задач (разработка заданий, проведение тестирований, ведение отчетности и др.) [5; 6]. При этом, необходимо учитывать и существующие риски, определяющие потенциальные ограничения, возникающие при использовании ИИ. К таковым можно отнести различные возможности доступа организаций к информационным технологиям и необходимость более глубоких знаний в области взаимодействия с ИИ ресурсами [6].

Таким образом, использование ИИ обеспечивает большие возможности в области обучения математике. Образовательный процесс становиться более индивидуальным и гибким, школьники могут сами выбирать темп обучения и уровень сложности учебного материала. Также ИИ помогает педагогу в решении множества рутинных вопросов. Одновременно с этим, существует цифровой разрыв, который оказывает влияние на доступность технологий ИИ.

Существуют разнообразные инструменты на основе ИИ, которые могут использоваться в преподавании математики. В качестве примера рассмотрим возможности ряда образовательных платформ.

«01Математика» – российская образовательная система нового поколения. Основана на технологиях ИИ, графа знаний и адаптивного обучения. Данная платформа осуществляет адаптивное обучение в четырех областях:

• •    работа с числами и обозначениями;

• •    детализация принципа решения;

• •    учет знаний конкретного ученика;

• •    динамическая персональная траектория.

В системе осуществляется генерирование индивидуальных траекторий обучения на основе анализа выполненных заданий и допущенных ошибок. ИИ распознает рукописный ввод, математические формулы и выражения любой сложности, интерактивные графики и 3D-модели. На основе выполнения заданий обучающимися формируется статистика успешности и пути исправления допущенных ошибок в реальном времени. Ученикам предлагается индивидуальная траектория обучения на основе имеющихся достижений и ошибок. Также они получают возможность пользоваться разнообразными ресурсами: справочными и игровыми материалами, видеоуроками [1].

«СлонУм» – еще один пример образовательной платформы. К ее достоинствам относится наличие онлайн-тренажеров, видеоуроков для обучающихся, конспектов занятий для педагогов, тестов и заданий. Уроки и тренировочные задания основаны на использовании действующих общеобразовательных программ [5].

«Точка Знаний» – образовательная платформа, представляющая собой персонального тьютора, который осуществляет сопровождение обучения, помогает контролировать выполнение заданий и удерживать необходимый темп обучения [7].

«Тетрика» – онлайн-школа, в которой ИИ решает следующие задачи:

• •    помощь учителю в сборе и анализе данный о результатах проведенных занятий, предоставление тем для дальнейшего обучения, подбор учебного материала для уроков;

• •    анализ индивидуальных потребностей обучающихся – в ходе обучения может задаваться конкретная цель (например, определенное количество баллов по Единому государственному экзамену, подготовка к олимпиадам), с учетом которой ИИ подбирает определенные задания, подсказывает преподавателю темы дополнительных занятий для закрепления; • подбор преподавателя на основе анализа данных об учениках и учителях (учитываются личностные характеристики обучающегося и педагога) [8].

На бесплатных онлайн платформах «Яндекс Учебник», «ЯКласс» ИИ-ассистенты помогают в подборе материала к занятиям, разборе решения сложных заданий. Также собирается статистика по выполнению упражнений, изучаемые курсы отображаются в личном кабинете. Система использует анализ данных в реальном времени для изменения сложности задач, а также для создания наиболее эффективных путей обучения. Учителя также могут воспользоваться инструментами для профессионального развития.

Рассмотренные ресурсы обеспечивают развитие навыков решения математических задач, предлагая эффективную персонализированную поддержку для разных категорий обучающихся. Вместе с этим данные образовательные платформы не универсальны. Некоторые из них в большей степени ориентированы на обучающихся начальной и средней школы. Ряд платформ использует инструменты ИИ для коррекции образовательных траекторий с помощью метрик отслеживания результатов в реальном времени, другие – с помощью интерактивных функций и механизмов обратной связи способствуют улучшению показателей усвоения материала и успеваемости школьников, но требуют активного участия преподавателя, что влияет на их потенциал масштабируемости.

Таким образом, образовательные инструменты на основе ИИ имеют сильные и слабые стороны, но успех их применения зависит от того, насколько материал соответствует потребностям обучающихся, их способности сохранять интерес. Использование ИИ открывает новые перспективы в обучении математике. Образовательные платформы предоставляют каждому ученику опыт освоения предмета в соответствии с его потребностями, диапазоном способностей и возможностей.

РОЛЬ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В ОБУЧЕНИИ ШКОЛЬНИКОВ МАТЕМАТИКЕ

Вывод. Анализ исследований показал, что технологии ИИ имеют значительный потенциал в повышении качества преподавания математики. Помимо мгновенной обратной связи и более персонализированного подхода, образовательные платформы, с использованием ИИ, предоставляют более совершенные инструменты обучения. Оценка уровня освоения материала с помощью ИИ позволяет педагогам более оперативно выявлять пробелы в знаниях обучающихся. Индивидуальный подход стимулирует активность школьников, благодаря соответствию их потребностям и уровню сформированности навыков. Несмотря на значительный потенциал

ИИ-технологий в преподавании математики, существуют проблемы и ограничения, которые необходимо учитывать для достижения позитивных результатов для всех субъектов образовательной системы. Это вопросы обеспечения этических и правовых норм, необходимость специальной подготовки педагогов, разные возможности доступа к ИИ-технологиям определенных групп обучающихся и др. В целом, существует необходимость дальнейших исследований возможностей и ограничений использования ИИ для преподавания математики с целью оптимизации образовательного процесса и поиска путей преодоления возникающих трудностей.