Poniższy tekst "Sztuczna inteligencja wkracza do szkół: jak uczyć się o AI i z pomocą AI" opisuje zmiany czekające polskie szkolnictwo.
Artykuł stanowi również wskazówkę i zachętę dla środowiska tworzącego Zintegrowany System Kwalifikacji – w tym firm z branży IT zajmujących się sztuczną inteligencją – by podjęły działania nad opisem kwalifikacji wspierających nauczycieli w dostosowaniu się do nadchodzącej nowej rzeczywistości szkolnej.
Sztuczna inteligencja wkracza do szkół: jak uczyć się o AI i z pomocą AI
Jedną z misji szkoły jest intelektualny rozwój uczniów, których obecnie w coraz większym stopniu otaczają urządzenia i przejawy sztucznej inteligencji (AI, ang. artificial intelligence). Dzieje się tak, gdy programują roboty, grają w przeróżne gry, korzystają z map czy translatora Google. Obserwują także poza szkołą roboty zastępujące ludzi (np. na liniach montujących samochody) oraz wiele innych urządzeń, maszyn i przedmiotów codziennego użytku przejawiających pewne cechy kojarzone z inteligencją człowieka.
Głównym celem tej publikacji jest przybliżenie AI kręgom edukacyjnym oraz zwrócenie uwagi i dostarczenie argumentów, że nadszedł już czas, by sztuczna inteligencja jawnie pojawiła się w szkole. Ze względu na ścisły związek AI z metodami komputerowymi i informatyką, środowisko edukacji informatycznej proponuje, by AI stała się modułem kształcenia informatycznego (zajęć z informatyki), ale także integrowała się z innymi przedmiotami.
Sztuczna inteligencja z lotu ptaka... nad szkołą
Tradycyjną rolą edukacji jest przygotowanie uczniów na przyszłość. Przyszłość zaś jawi się dziś jako nieustanne zmiany w środowiskach uczenia się i pracy, które są coraz bardziej wypełnione technologią zmierzającą do zastępowania rutynowych prac przez zautomatyzowane procedury i urządzenia. Przejmują one z czasem wiele funkcji człowieka, tradycyjnie rozumianych jako działania wymagające inteligencji. Pojawiają się nowe zawody korzystające w coraz większym stopniu z technologii, w tym z inteligentnych rozwiązań, jak roboty automatyzujące nie tylko rutynowe prace. Niezbędna więc będzie umiejętność współpracy z nimi.
Podobnie jak to miało miejsce z każdą wcześniejszą technologią, przewiduje się, że AI może być skutecznym narzędziem w edukacji, które odciąży nauczycieli od rutynowych zadań (sprawdzania obecności, oceniania) i będzie wsparciem w pracy z uczniami. Uczniom zaś dostarczy bardziej efektywnych i dostosowanych do ich sylwetek metod uczenia się. Mogłyby to być interaktywne samouczki adaptacyjne tworzące zindywidualizowane środowiska uczenia się i wykorzystujące interfejs człowiek–komputer. Monitorowałyby pracę ucznia, dobierały odpowiednie zadania i przekazywały uczniom pełne informacje zwrotne. Połączenie takich indywidualnych samouczków w system klasowy mogłoby być początkiem zmiany roli nauczycieli. Należy jednak pamiętać o wiecznych obawach nauczycieli, że jakakolwiek technologia wnoszona do szkoły może w rezultacie zmniejszyć ich rolę i w końcu ich wyeliminować – mają tego przykłady na innych zautomatyzowanych stanowiskach pracy. Rola nauczycieli będzie jednak musiała być dostosowana do środowisk, w których będą się uczyć uczniowie wspierani przez AI. Podobnie więc jak z innymi technologiami, AI sama będzie wymagała edukacyjnego wsparcia. [...]
Zarzuty wobec AI, w szczególności wobec uczenia maszynowego skłaniają do głębokiego rozważenia miejsca i sposobu wykorzystania rozwiązań AI w uczeniu się i w systemie edukacji. Wydaje się, że przynajmniej na tym etapie nie należy całkowicie oddawać pola rozwiązaniom AI, a przyjąć raczej rozwiązania „mieszane”, stanowiące proponowaną przez Prensky’ego symbiozę tradycyjnego myślenia ze sztuczną inteligencją wspieraną uczeniem maszynowym. Na sztuczną inteligencję w edukacji należy zatem spojrzeć z pozycji „sztuczna inteligencja i człowiek”, a nie „sztuczna inteligencja kontra człowiek”, czyli zastanowić się, w jaki sposób człowiek może wykorzystać AI dla własnych celów: indywidualnie – w uczeniu się, jak również w edukacji i w szkole – do organizacji procesu kształcenia.
Zastosowania AI w edukacji obejmują dwa obszary:
AI w klasie – kluczowym zagadnieniem jest to, jak przybliżyć AI uczniom, co uczeń powinien wiedzieć na temat sztucznej inteligencji, a także jak korzystać z rozwiązań AI w nauczaniu i uczeniu się;
AI w szkole – transformacja funkcjonowania szkoły jako instytucji w zakresie oceniania postępów uczniów, organizacji zajęć i funkcjonowania szkoły, jak również formy i trybu zajęć. […]
Sztuczna inteligencja w klasie
Edukacja od najmłodszych lat powinna kształcić umiejętność rozumienia AI i komunikowania się z systemami wykorzystującymi metody/algorytmy AI. Właściwe odczytywanie oraz interpretacja efektów działania sztucznej inteligencji jest warunkiem odpowiedniego i bezpiecznego korzystania z jej rozwiązań. Już dzisiaj powszechne stają się rozwiązania bezobsługowe (kasy, samochody). Użytkownik powinien rozumieć, jak działają, a przez to mieć zaufanie do ich bezpiecznego i bezawaryjnego działania. Z drugiej strony ważne jest także poznanie, jak takie systemy powinny być i są budowane, by lepiej zrozumieć ich działanie. Wiele z tych elementów już można przekazywać uczniom w szkole.
W niedalekiej przyszłości dotychczasowa znajomość technologii i jej praktycznych aspektów będzie musiała zostać poszerzona o podstawową wiedzę na temat AI. Już teraz należy zacząć przygotowywać uczniów od najmłodszych lat do korzystania z rozwiązań AI i poruszania się w świecie „napędzanym” AI, jednocześnie uczulając ich na aspekty etyczne i społeczne. AI ma możliwość zmiany form i organizacji nauczania i uczenia. Stanie się tak np., gdy w edukacji językowej zaczną być wykorzystywane aplikacje do rozpoznawania i przetwarzania języka naturalnego. Ta ekspansja sztucznej inteligencji wymaga uwzględnienia w podstawie programowej informatyki zapisów dotyczących AI. Ich realizacji powinno towarzyszyć wyprzedzająco zaopatrzenie szkół w odpowiednie urządzenia i oprogramowanie, a zwłaszcza przygotowanie i wsparcie nauczycieli.
Wybrane propozycje zajęć
Przytaczamy tutaj wybrane przykłady wykorzystania AI w różnych sferach aktywności człowieka, które mogą się stać przedmiotem zajęć przybliżających AI i angażujących uczniów do aktywnego poznawania możliwości AI.
- Roboty
Roboty to dzisiaj najpopularniejsze zabawki edukacyjne, wypełniające sale lekcyjne począwszy od przedszkoli, przez nauczanie wczesnoszkolne (klasy 1–3), po starsze klasy niemal do końca szkoły ponadpodstawowej. Bardziej zaawansowane ich konstrukcje są wykorzystywane i samodzielnie budowane w technikach, jako realizacja zapisów podstawy programowej informatyki: "Uczeń: [...] projektuje, tworzy i testuje oprogramowanie sterujące robotem lub innym obiektem na ekranie lub w rzeczywistości”. Stosowane roboty są wyposażone w różnorodne czujniki do rozpoznawania otoczenia, operują dźwiękiem oraz światłami, na ogół są programowalne w różnych językach, jak Scratch, Blockly, Python. Bardziej zaawansowane roboty, jak humanoidy, pozostają poza finansowym zasięgiem szkoły.
- Gry z komputerem
Ciekawą opowieścią dla uczniów może być historia prób zautomatyzowania gry w szachy, co przyciągało najtęższe umysły matematyczne. [...] Nie wchodząc w szczegóły tego, jak gra komputer, można zaproponować uczniom rozgrywanie partii szachów z komputerem na stronie www.chess.com/pl. W Internecie jest dostępnych wiele innych gier, które można polecić uczniom jako materiał do dyskusji, na ile komputer w tych grach wykazuje się inteligencją.
- Translator Google
Komputerowy tłumacz jest znakomitym narzędziem przy posługiwaniu się językiem obcym, nie tylko w poprawnym jego stosowaniu, ale także przy kształceniu umiejętności korygowania (debugowania) tekstów. Uczniowie mogą także posługiwać się tym programem, pracując z tekstami źródłowymi w innych językach, nie znając ich.
Posługiwanie się translatorem Google może być świetną okazją, wręcz lekcją, by uświadomić uczniom, że rozwiązania AI mogą być niedoskonałe w swojej inteligencji. Należy więc każde tłumaczenie zweryfikować i często poprawić. Na ogół ten program ma problem z idiomami, nie mówiąc o przysłowiach. Nauczył się już, że„it’s raining cats and dogs” to po polsku „leje jak z cebra”, ale zapytany o przekład „raining cats and dogs” podaje „deszcz kotów i psów”, nie domyślając się naszej pomyłki. Nie kojarzy też, że „east or west home the best” to „wszędzie dobrze, ale w domu najlepiej”. Uczy się jednak, przyjmując poprawki i sugestie użytkowników. Przekładów raczej nie da się zalgorytmizować w pełni, nawet metodami sieci neuronowych, te bywają bowiem unikatowe. Trzeba go wytrenować na przekładach słów lub większych fragmentów o kulturowych odcieniach.
Dostępnych jest wiele programów tłumaczących nie tylko teksty drukowane, ale również odręczne pismo, strony internetowe, wypowiedzi słowne i inne formy przekazu.
- Mapy Google
To kolejny serwis wykorzystujący uczenie maszynowe. Ta aplikacja i inne o podobnym przeznaczeniu są podstawą przy planowaniu i kierowaniu pojazdami z funkcją autonomicznego kierowcy. Często stosujemy takie systemy, żeby podpowiadały nam kolejne ruchy na drodze: jedź prosto czy skręć w prawo. Dodatkowo pokazany jest w nich przebieg całej trasy, przybliżony czas przejazdu, niektóre znaki drogowe (np. ograniczenie prędkości). […] Ciekawym ćwiczeniem z tym systemem może być przeprowadzenie przez uczniów eksperymentu, polegającego na weryfikacji parametrów ich różnych dróg z domu do szkoły różnymi środkami komunikacji: na piechotę, idąc po drodze po koleżankę, na rowerze, tramwajem, autobusem, rodzinnym samochodem.
Uczenie maszynowe
Uczniowie już teraz mogą być partnerami w tworzeniu rozwiązań AI, posługując się uczeniem maszynowym. Najprostsze przykłady takich możliwości oferuje środowisko code.org. Jest to zbiór łamigłówek „Sztuczna inteligencja dla oceanów” code.org/oceans. Podczas interaktywnej zabawy uczniowie uczą robota A.I., jak odróżniać ryby od zanieczyszczeń, aby robot usuwał śmieci z oceanów. Łamigłówkom towarzyszą filmy, z których uczniowie dowiadują się, co to jest AI, na czym polega uczenie maszynowe oraz co to są dane treningowe. Jednocześnie poznają, jak sztuczna inteligencja może być wykorzystywana do rozwiązywania rzeczywistych problemów na świecie. Te łamigłówki są przystępne nawet dla przedszkolaków. Rozwiązując je, dzieci mają okazję zrobić pierwsze kroki w poznawaniu metod i zastosowań AI.
Sztuczna inteligencja w rękach nauczyciela, w szkole
Ze względu na stale rosnącą obecność AI w naszym otoczeniu, powinniśmy określić miejsce dla AI w edukacji i jej wkład, jak również rolę tradycyjnej edukacji w środowisku wypełnianym przez AI. Przydatna może być też wiedza o korzyściach użycia AI w administrowaniu procesem edukacji. Nie mniej ważne są kwestie etyczne, np. odnoszące się do celu i zakresu wykorzystywania danych zbieranych przez AI.
Odżywają stare wątpliwości, czy tym razem rozwiązania AI nie zastąpią nauczyciela, jeśli nie w pełni, to w jakim możliwym zakresie. Co wtedy z odpowiedzialnością za wyniki kształcenia, kompetencje uczniów, ich wychowanie? Generalnie, jeśli AI w wielu obszarach zmierza do zastępowania lub przynajmniej wyręczania człowieka, to edukacja musi przemyśleć, jakie kompetencje powinien posiadać człowiek w środowisku rozwiązań AI.
Jak zawsze, i jest to powtarzane przy każdej nowej technologii czy metodzie kształcenia, zapewnia się, że jej celem jest poprawa warunków i sposobów uczenia się oraz osiągnięcie przez uczniów lepszych wyników. Nauczycielom zaś mówi się, że celem technologii nie jest zastąpienie ich tą technologią. Nauczyciele są jednak świadomi, że każda nowa technologia to nowe obowiązki, nie tylko związane z koniecznością dokształcenia się, ale także z codziennymi obowiązkami w klasie i poza nią. AI nie będzie tutaj wyjątkiem, a wręcz wydaje się, że będzie wymagać od nauczycieli znacznie większego przygotowania warsztatowego. I nie dotyczy to tylko nauczycieli informatyki, którzy będą przybliżali uczniom, jak działa AI, ale wszystkich nauczycieli, gdy nadzorowane/prowadzone przez nich zajęcia będą przebiegały w środowisku rozwiązań AI. Nie ma jeszcze żadnych badań na dużą skalę, pokazujących korzyści ze środowisk uczenia się wspartych AI.
Największe szanse w zastosowaniach AI w edukacji upatruje się w systemach adaptacyjnego (maszynowego) uczenia się, które dostosowują metody i materiały nauczania i uczenia się do możliwości i potrzeb każdego indywidualnego uczącego się. […] Taki system może być stosowany w klasie, jak również w przypadkach indywidualnych tutorów. […] Inną popularną dziedziną takich systemów są języki obce. Osobisty tutor jest zwykle systemem otwartym w tym sensie, że umożliwia dialog z uczącym się, zadawanie pytań i dyskusję, weryfikację rozwiązań i dynamiczną pomoc. W każdym przypadku stosowania takiego systemu uczy się on na danych związanych ze środowiskiem, w którym jest stosowany.
Systemy adaptacyjne mają wiele zalet, głównie dla uczących się – umożliwiają uczniom spersonalizowane, elastyczne i angażujące uczenie się. Wspierać mogą również współpracę, pracę w grupach, świetnie nadają się do pracy metodą projektów. Jeśli chodzi o nauczycieli, takie systemy mogą być katalizatorem zmian ich roli w nauczaniu. Wymaga to jednak znacznych przygotowań do posługiwania się takimi systemami. Nauczyciel powinien znać i rozumieć rolę takiego systemu, poznać interpretację danych i wyników, jakie dostarcza, umieć formułować odpowiednie pytania do systemu, a także współpracować z asystentem takiego systemu, będącym jego integralną częścią (inteligencją). Obecnie droga do takich systemów w klasie wydaje się długa: stworzenie systemu, przygotowanie nauczyciela, nauczenie systemu na danych z klasy, wreszcie zajęcia z klasą. Tę drogę może wydłużyć niezbędna rozbudowa środowisk AI w szkołach, co w tym momencie wydaje się mało realne, chociaż rezygnacja z systemu klasowo-lekcyjnego i szkoły niewiele skróci tę drogę. Rzeczywisty postęp mogłyby przyspieszyć wyniki badań prognostycznych, które określałyby mapę drogową szkół do stopniowego nasycania technologią AI.
Nie mniej ważne niż aspekty techniczne i logistyczne są kwestie etyczne stosowania sztucznej inteligencji w edukacji. Możemy mieć wątpliwości co do przejrzystość działania systemów AI, rozumienia podejmowanych przez nich decyzji, przewidywalności, możliwość ich audytu, czyli kontroli oraz nadzoru nad ich działaniem. Po stronie nauczyciela jest zaś odpowiedzialność za wyniki kształcenia. A jeśli taki system z jakichś powodów zacznie źle działać, z powodu błędów w „algorytmie” lub umyślnego działania? Takie przypadki już się zdarzały. Jednym z ważniejszych problemów jest również ochrona danych osobowych nauczycieli i osób uczących się oraz prawo dostępu do nich i ich wykorzystania. Jest jeszcze wiele innych problemów, z którymi przyjdzie się zmierzyć AI w swej ekspansji w obszarze edukacji, na przykład zapewnienie równych szans wszystkim uczącym się, w szkole i poza nią.
Zagrożenia
Wraz ze wzrostem wpływu rozwiązań AI na codzienne życie jednostek, społeczności i całych społeczeństw, coraz poważniejsze stają się kwestie etyczne, prawne i społeczne. Skomentujemy tutaj kilka medialnych informacji związanych z AI dotyczących jej wpływu i jej postrzegania.
Na pierwszej stronie jednej z broszur Google (Graw with Google) można przeczytać, że „Google dokłada wszelkich starań, aby wszyscy czerpali korzyści z możliwości, jakie stwarza nowa technologia (ang. Google is committed to making sure everyone benefits from the opportunities created by new technology). A na ostatniej stronie tej broszury czytamy, że „Zawsze nas inspiruje, kiedy widzimy, co ludzie robią, gdy mają dostęp do technologii” (ang. We are always inspired to see what people do when they have access to technology). Google jest więc zainteresowany podglądaniem nas (see what people do) i to go inspiruje do działania (We are always inspired)! Podglądani na ogół nie są świadomi tego podglądania (czytaj – korzystania z danych, które pozostawiają w sieci, nie zawsze świadomie) i nie wiedzą, do czego zostaną wykorzystane te dane.
Można mieć wątpliwości, czy każde rozwiązanie z zakresu AI jest rzeczywiście przejawem inteligencji. Czy jest tym bot wytworzony przez osobę, która nie grzeszy inteligencją? Kto ma to ocenić? Maszyna? Samo posłużenie się inteligentnym narzędziem nie gwarantuje tego samego w finalnym wytworze. A w odniesieniu do edukacji – jak można ocenić metodyczną poprawność tutora AI, po wynikach uczniów? A może tutora AI będzie oceniał wizytator AI?
Autonomiczny samochód Ubera zabił już pieszego w Arizonie – system pokładowy zbyt dużo czasu spędził na analizie „obiektu”, który „widział” przed sobą, zamiast natychmiast zatrzymać się. Kto ponosi odpowiedzialność za taki wypadek? Właściciel (może nim być wypożyczalnia), pasażerowie, konstruktor, a może programista?
Nie będziemy dalej mnożyć przykładów na niekorzyść AI. Edukacja ma na szczęście dobrze określone cele, których realizacja ma wskazać uczniowi pożytki z AI w bliższym i dalszym otoczeniu i właściwe sposoby korzystania z niej. Ma również zwrócić uwagę na aspekty etyczne i społeczne oraz na zagrożenia. Polem ekspansji AI, może w jeszcze większym stopniu niż w edukacji, jest niemal każdy aspekt współczesności. Można mieć tylko nadzieję, że postawa uczniów wyniesiona ze szkoły skieruje ich zainteresowania na właściwe tory wykorzystania współczesnej technologii w coraz większym stopniu „naszpikowanej” rozwiązaniami AI i przeważy w tym ich ludzka inteligencja i wrażliwość. […]
Po uwzględnieniu związku AI z informatyką, sztuczna inteligencja powinna integrować się z innymi przedmiotami
Uczniowie obecnie niemal na co dzień stykają się z urządzeniami, których efekty działań mogą odbierać jako przejawy inteligencji. […] Środowisko edukacji informatycznej proponuje, by po uwzględnieniu związku AI z komputerami i informatyką, odpowiedni moduł AI wszedł w zakres kształcenia informatycznego (zajęć z informatyki), a ponadto by integrował się z innymi przedmiotami. Strukturę takiego modułu zaczerpnięto z energicznie rozwijanych propozycji amerykańskich, jednak jego wdrożenie będzie wymagać uwzględnienia obowiązującej podstawy programowej z informatyki i innych przedmiotów. Tę propozycję rozwiązań programowych uzupełniono przykładami środowisk, w których uczniowie już teraz mogą rozwijać znajomość AI, jak również zwracać uwagę na istotne aspekty społeczne związane z ekspansją AI.
Prof. dra hab. Macieja M. Sysło
Artykuł jest tylko częścią szerszej publikacji dotyczącej AI. Całość można przeczytać w poniższej publikacji (tekst rozpoczyna się na str. 74).
 |
Znajdź swoją kwalifikację z branży IT, która dostępna jest w Zintegrowanym Rejestrze Kwalifikacji (poniżej kilka z nich):
Zarządzanie cyberbezpieczeństwem — specjalista
Zarządzanie niezawodnością i cyberbezpieczeństwem w zakresie urządzeń oraz technologii w przemyśle