Искусственный интеллект в K-12: правильное сочетание для обучения или плохая идея?
В прошлом году официальные лица школьного округа Монтур в западной Пенсильвании обратились к директору группы Синди Манчини с идеей: как насчет использования искусственного интеллекта для обучения музыке?
Манчини был настроен скептически.
«Как только я услышала об ИИ, у меня началась паника», — сказала она. «Все, о чем я думал, были эти сумасшедшие роботы, которые могут думать сами за себя».
Роботов не было. Просто веб-приложение, которое использует искусственный интеллект для создания оригинальных инструментальных треков из библиотеки предварительно записанных сэмплов после того, как пользователь выберет несколько параметров.
Оснащенные Chromebook, ученики Манчини могли программировать настроение и жанр, управлять темпом или тональностью, отключать секции и переключать наборы инструментов с помощью нескольких щелчков мыши. И вот так моментально получается оригинальное изделие.
Программа искусственного интеллекта, предназначенная для использования всеми, кому нужны дешевые фоновые мелодии для медиаконтента, позволила Манчини преподавать так, как раньше было невозможно: студенты факультативного курса, которые не играют на инструментах и не читают ноты, теперь создавали свои собственные композиции.Для студентов с музыкальными наклонностями, по словам Манчини, программное обеспечение позволяло еще глубже объединить компьютер и человека — они создавали трек и играли поверх него, комбинируя сгенерированные искусственным интеллектом ритмы с живыми инструментами.
«Для меня музыка — это эмоциональный опыт. Я знаю, что вкладываю в свое исполнение и преподавание музыки. Чтобы эта эмоция вышла из алгоритма, я сначала не мог уложиться в голове. Как компьютер может воспроизвести это?» она сказала. «Но может. Я новообращенный».
«Не ваши традиционные данные A, B, C»
В то время как Монтур принимает технологию искусственного интеллекта с полноценными медвежьими объятиями, большинство школьных округов этого не делают — по крайней мере, пока. Некоторые балуются приложениями. Другие вообще не используют ИИ.
И все же другие педагоги не могут сказать, используют ли их округа ИИ, часто потому, что они недостаточно знакомы с технологией, чтобы распознать ее.
Изменится ли это с общенациональным экспериментом по дистанционному обучению, который произошел этой весной, еще неизвестно.
Однако ясно одно: школьные бюджеты будут опустошены экономическим натиском, вызванным вирусом, а районы, испытывающие нехватку денег, могут отложить приобретение технологий, помимо устройств и точек доступа, которые нужны учащимся для выхода в Интернет, поскольку они расставляют приоритеты по предметам первой необходимости. . Все еще остаются серьезные вопросы о конфиденциальности, предвзятости данных и о том, насколько эффективны решения ИИ для образования.
Район Монтур с 3000 учащимися в пригороде Питтсбурга использует ИИ в классе и за его пределами.
В округе преподают курсы, посвященные искусственному интеллекту, от этики до робототехники. Он сотрудничает с университетами и технологическими компаниями, работающими над передовыми технологиями искусственного интеллекта. Есть даже автономный робот высотой 4 фута, квадратная машина, похожая на картотечный шкаф на колесах, который перемещается по коридорам своей начальной школы, доставляя посылки.
А в серверной ИТ-инфраструктуре округа есть информационные панели и программы, основанные на искусственном интеллекте, которые предоставляют преподавателям данные о каждом учащемся в режиме реального времени, создавая показатели, которые отслеживают прогресс и даже прогнозируют будущие успехи.
«Когда мы вернемся в школу в следующем году после коронавируса, у нас будут данные о каждом ребенке из их опыта удаленного обучения», — сказал Джастин Аглио, директор по академическим достижениям и инновациям округа в Монтуре. «И не ваши традиционные данные A, B, C».
«Сейчас даже не на нашем радаре»
Районы, которые и без того пытаются не отставать, могут также уклоняться от инструментов ИИ в ближайшем будущем, пока учителя и сотрудники приспосабливаются к новой цифровой экосистеме, которая уже раздвигает границы для многих.
«Сейчас это даже не входит в наши планы», — сказал Эндрю Макдэниел, директор средней школы Саутвуда в центральной Индиане, когда его спросили, рассматривает ли он возможность внедрения в классы некоторых из самых простых форм ИИ, таких как голосовые устройства Alexa. «Многие учителя смотрят на то, что, как они знают, сейчас работает, и придерживаются этого. Они не собираются возиться со всем, что выходит за рамки этого».
Однако голосовые устройства, такие как Alexa, Siri и Google Home, все чаще используются в качестве помощников в классах. Школы обращаются к умным термостатам, чтобы сэкономить деньги на затратах на электроэнергию, и используют программы искусственного интеллекта для мониторинга своих компьютерных сетей. ИИ помогает школьным округам выявлять учащихся, которые рискуют бросить учебу, а репетиторы по математике и автоматизированные системы оценки эссе, которые использовались десятилетиями, теперь оснащены более совершенным программным обеспечением ИИ, чем в прошлом.
Однако до недавнего времени большинство этих инструментов полагались на более простые алгоритмы искусственного интеллекта, работающие на основе заданных правил и условий.
Но появляется новая эра образовательных инструментов на основе ИИ, использующих методы машинного обучения для обнаружения закономерностей и выявления взаимосвязей, которые не являются частью их первоначального программирования.Эти системы постоянно извлекают уроки из данных, собранных каждый раз, когда они используются, и более точно отражают человеческий интеллект.
Поставщики образовательных технологий предлагают передовые статистические инструменты искусственного интеллекта как способ обеспечить более персонализированное обучение, адаптируя учебный план к сильным и слабым сторонам учащегося. Исследователи говорят, что маловероятно, что продвинутый ИИ изменит образование K-12, но он может оказать положительное влияние в таких областях, как адаптивное обучение, автоматическая оценка эссе и обратная связь, изучение языка и интерактивные механизмы рекомендаций по учебным программам.
Большинство стартапов, внедряющих образовательные решения с этим типом ИИ, еще не в состоянии предложить свои продукты в массовом масштабе в Соединенных Штатах. Это связано с тем, что высокоточные передовые системы искусственного интеллекта требуют доступа к огромным наборам данных для заполнения и обучения алгоритма машинного обучения для получения надежных прогнозов. Эти алгоритмы также должны иметь доступ к высококачественным данным, чтобы избежать усиления расовых, гендерных и других предубеждений.
Cozmo the Robot: отслеживание эмоций
Билл Салак, технический директор Brainly, генератора контента на основе искусственного интеллекта и помощника по выполнению домашних заданий, использующего машинное обучение, сказал, что его компания традиционно работала напрямую со студентами, а не с округами. Однако теперь Brainly погружается в более продвинутые статистические модели для своего ИИ, чтобы обеспечить еще более глубокую персонализацию, и планирует в конечном итоге начать создавать продукты, которые можно было бы использовать в классе.
Салак сказал, что все поставщики технологий на основе ИИ сталкиваются с трудностями, потому что школьные округа постоянно недофинансируются, и если они собираются тратить деньги на технический инструмент, «должно быть доказано, что он эффективен и способствует достижению академических целей».
«Системы образования отдают приоритет вещам, которые помогут им достичь своих целей, и не многие результаты связаны с обучением с использованием новых технологий», — сказал он.«Даже если учитель может видеть в чем-то огромную ценность, в конце концов, этот учитель должен иметь определенный процент своих детей, отвечающих определенным стандартам компетентности».
Эйприл ДеДженнаро, преподаватель программы для одаренных в начальной школе Peeples Elementary в Фейетвилле, штат Джорджия, не понаслышке знает, каково это, когда окружные администраторы соглашаются с идеей использования инструментов технологий искусственного интеллекта, но не подкрепляют это обязательство финансированием.
ДеДженнаро руководит лабораторией, в которой учащиеся занимаются робототехникой, а ее четвероклассники используют робота на основе искусственного интеллекта под названием Cozmo. В форме мини-бульдозера, который может поместиться на вашей ладони, Cozmo использует распознавание лиц и так называемый «двигатель эмоций», что позволяет ему реагировать на различные ситуации с человеческим характером, показывая диапазон эмоций, от счастья или грусти до скуки. и сварливый. Из-за закрытия школ из-за COVID-19 роботы с искусственным интеллектом в настоящее время не используются.
Но при нормальных обстоятельствах до четырех студентов могут использовать одного из роботов одновременно с iPad, кодируя его для выполнения различных задач. ДеДженнаро сказала, что по 150 долларов за штуку роботы представляют собой недорогое вложение, но ей пришлось найти собственное финансирование для всех семи роботов Cozmo в ее классе.
ДеДженнаро собрала деньги в Интернете, убедив родителей скинуться на покупку роботов. Она также дала понять тем, кто ее знает: «На Рождество, в качестве подарка на конец года или всякий раз, когда вы хотите купить подарок миссис D, купите робота».
«Школьным округам могут нравиться вещи, — сказал ДеДженнаро, — но это не значит, что они будут их финансировать».
Личный помощник одного учителя: Alexa
В объединенном школьном округе Сэддл-Маунтин в Аризоне в этом году вступила в силу новая политика, позволяющая учителям старших классов использовать Alexa или Google Home, после того как группа должностных лиц и учителей округа посетила несколько школ STEM в районе Феникса и увидела, что устройства используется на уроках.
Джоэл Виссер, специалист по интеграции технологий в округе с 2300 учащимися, сказал, что «учителя ушли впечатленными», и некоторые из них решили включить устройства в свою повседневную деятельность в классе. Однако район не заплатил за устройства. Вместо этого учителя должны были приносить свои собственные, и Виссер сказал, что не ожидает, что это изменится.
Один учитель истории использует свою Alexa в качестве мини-помощника: он напоминает ему, когда возвращать документы ученикам, отвечает на вопросы учеников и учителей, предлагает игру-викторину в стиле Jeopardy или даже играет музыку из периода времени, который изучает класс, чтобы добавить атмосфера на уроке.
«Для него это действительно просто личный помощник, помощник. Зрение у него не очень. У него 46-дюймовый компьютерный монитор, и он не быстро печатает», — сказал Виссер. «Возможность разговаривать с устройством намного эффективнее для него, поэтому он не проводит время за клавиатурой, печатая слова «древнегреческая музыка»».
Поначалу все не приветствовали устройства. Директор по технологиям округа, например, «колебался», потому что Alexa собиралась подключиться к сети округа, и он не собирался иметь над ней полный контроль, сказал Виссер.
Динамики с голосовым управлением также находятся в центре постоянных дебатов о конфиденциальности, поскольку они могут записывать разговоры. Виссер сказал, что до сих пор не было никакого возражения со стороны родителей, и разговоры в классе не записывались.
«Как это влияет на результаты тестов»
Кристина Гарднер-МакКьюн, директор Engaging Learning Labs в Университете Флориды, сказала, что родители, студенты и учителя обеспокоены тем, какие данные устройство Alexa собирает в классе и «что оно делает в сети округа». пока там». Хотя функцию записи на Alexa можно отключить, Гарднер-МакКьюн сказал, что некоторые районы не хотят иметь с ними ничего общего.
«Многие округа не разрешают использовать эти устройства в классе, хотя они могут иметь некоторые образовательные цели», — сказал Гарднер-МакКьюн, который также является сопредседателем руководящего комитета Инициативы AI для K-12, национальной рабочей группы. учителей и экспертов по ИИ сосредоточились на том, чтобы начать дискуссию о том, как включить обучение ИИ в школьные программы.
По ее словам, потребуется больше времени и больше времени на использование устройств ИИ и технических инструментов в классах, прежде чем округа станут более комфортно использовать их в более широком масштабе. И необходимы дополнительные исследования, демонстрирующие преимущества передовых систем ИИ, прежде чем школьные округа захотят за них платить: «Для крупных школьных округов, — сказал Гарднер-МакКьюн, — все будет сводиться к тому, как это повлияет на результаты тестов».
Вернувшись в район Монтур, директор группы и учитель Манчини сказала, что ее опасения по поводу музыкальной программы ИИ исчезли, когда она ознакомилась с веб-приложением и поняла, что «робота не будет посреди моей комнаты». Одно из ее любимых упражнений в классе с использованием музыкальной программы искусственного интеллекта заключалось в том, чтобы отключить фоновую музыку в видеоклипе — например, в сцене, где корабль тонет в «Титанике», — и позволить учащимся изменить общую атмосферу, добавив свою собственную музыку.
«Музыкальное образование традиционно преподавалось одним способом. Мы играем на инструментах, поем или изучаем теорию музыки. Это так далеко от традиционного, и я рада, что сделала это, потому что мне было очень весело, когда я этим занялась», — сказала она. «Как учителя, мы просто должны не бояться технологий».
