Практическое применение ИИ в образовании на примерах

(Источник: Kandinsky 3.1 (@kandinsky21_bot))

По итогам участия в ежегодном новогоднем семинаре фонда "Траектория" для учителей астрономии и физики заинтересовался темой применения ИИ для создания интерактивных онлайн-лабораторий и визуализаций для образовательных целей.
Эта тема подробно рассматривалась на лекции "Искусственный интеллект" эксперта Александра Фенина.
В качестве задания преподавателям предлагалось используя различные генеративные нейросети, доступные бесплатно онлайн, подготовить серию заданий по выбранной теме, а затем создать интерактивные визуализации, или веб-приложения для демонстрации различных физических процессов или астрономических явлений без необходимости написания кода.
Как оказалось, применение ИИ для подготовки полезных образовательных материалов и виртуальных наглядных пособий - это совсем несложно и при правильном подходе - очень полезно.

Проблема применения ИИ педагогами

Хотя в настоящее время тема применения ИИ в различных сферах жизнедеятельности бурно развивается и набирает популярность, педагоги (и не только они) воспринимают ее, как минимум, с опаской.
Многие вообще сторонятся ИИ, полагая, что это слишком сложная тема, и "я уже стар(а) для этого" ("страх чистого листа"). Будучи знакомыми с основами машинного обучения и нейросетей, преподаватели еще более глубоко осознают, что тема эта очень и очень сложная в реализации (если это создавать самому, либо иметь необходимость вносить изменения в существующий код).
Попробовав хотя бы раз ставшие уже реальностью общедоступные генеративные нейросети для создания иллюстраций к урокам, педагоги могли обратить внимание, насколько несовершенны пока эти инструменты и их "творения". Кажется сложно ИИ создать иллюстрацию, отвечающую базовым требованиям реалистичности, от наличия нужного количества пальцев на руках людей, до правильных теней у спутников планет и самого их расположения в соответствии с законами природы.
Многим не до конца понятны возможности ИИ - на что он в действительности способен либо совсем не умеет делать.


(Источник: https://www.visualcapitalist.com/how-smart-is-chatgpt/)

На самом деле, надо не останавливаться на неудачах, учиться объяснять ИИ простым языком, что от них требуется и что в итоге получилось не так.
Также многим непонятно когда и куда подключить ИИ в образовательный процесс, легитимно ли это или "плохой тон".
Важно осознать, что современные "высокоразвитые" нейросети типа ChatGPT сделали общение человека с ИИ максимально естественным и простым, не требующим каких-то особых знаний и навыков. Уже сегодня нейросети превратились в мощный инструмент, которым легко пользоваться. Перешагнуть через "фобию ИИ", разобраться в правилах и методах их использования - первый шаг к превращению нейросетей в ежедневные инструменты.
Конечно, не стоит злоупотреблять возможностями использования ИИ, как например, в случае генерации диплома при помощи ChatGPT. Но сгенерировать, к примеру, несколько заданий и практических работ по теме урока ИИ вполне способен, если его правильно попросить.
Вообще говоря, важно понять, что ИИ призван помочь в ускорении решения некоторых рутинных задач, а не замене человека-творца.
Да, нейросети пока еще только учатся, не заменят преподавателей и вряд ли заменят художников и фотографов, но при правильном подходе уже могут заменить иллюстраторов. Оказывается, в некоторых случаях они уже могут заменить и программистов. Это касается создания несложных интерактивных веб-приложений, такие как образовательные симуляции процессов и явлений.


(Источник: https://ditchthattextbook.com/ai/)

Некоторые направления применения ИИ в образовании

Вообще, можно привести несколько направлений применения ИИ в образовании, таких как:
Более сложный источник информации, чем поисковик.
Источник множества интересных примеров.
Ремикс работ студентов.
Генератор отзывов на работы студентов.
Генератор заданий для студентов.
Создание чат-бота, организации с ним дебатов, получения советов.
Компиляция (резюме) текстов.
Использование для понимания больших, трудных для решения проблем и задач.
Написание планов уроков.
Получения отзывов от ИИ для улучшения продукта/решения.
Создание персонализированных учебных планов.
Создание вопросов для дискуссий.
Создание иллюстраций для уроков.
Создание интерактивных визуализаций процессов и явлений, наглядных пособий, лабораторий для практических занятий учащихся.

"Онлайн-лаборатории" для образования

К вопросу об интерактивных онлайн-лабораториях. Как оказалось, в настоящее время в Интернет доступны несколько бесплатных сервисов, предоставляющих уже готовые онлайн-лаборатории и интерактивные наглядные пособия для образования. Некоторые, возможно, были созданы с использованием ИИ.
Наиболее популярным и рекомендуемым среди таких ресурсов является проект "PHET interactive simulations". Он предоставляет на бесплатной основе множество интерактивных симуляций ("онлайн-лабораторий") по самым различным предметам и областям знаний - от химии до астрономии.



Интерактивные симуляции можно и нужно использовать для демонстрации и объяснения на уроке законов природы, выполнения лабораторных работ, а также практических домашних заданий для учащихся.
Однако, ресурс не содержит все нужные "лаборатории" и симуляции по темам курса. В этом случае, оказывается, на помощь может прийти ИИ. Он уже умеет создавать код приложений на популярных языках и скриптах, если его об этом правильно попросить...

Практические примеры применения ИИ в образовании.

Один из простых практических примеров применения ИИ в образовании, разбиравшийся на семинаре - генерация практических заданий для учащихся при помощи общедоступных нейросерей.
Нам для этого доступны такие российские нейросети, как GigaChat от Сбера или китайский Deepseek.
Чтобы нейросеть сгенерировала несколько практических заданий для учащихся, нужно сперва обозначить роль нейросети (она будет представлять собой педагога по указанному предмету с большим практическим опытом), а затем четко сформулировать тему и требования к заданиям простым языком.
Вот простой пример запроса к нейросети GigaChat: "Ты — преподаватель астрономии, обладатель высших учительских премий за креативный подход к образованию. Составь несколько практических заданий по курсу астрономии, помогающих лучше понять тему "время и календарь".



Почти в реальном времени нейросеть сгенерирует на него такой ответ:

"Вот несколько идей для практических заданий по теме "Время и календарь":
1. Создание солнечного календаря
Задание: Используя данные о движении Солнца по эклиптике (видимое движение Солнца относительно звезд), рассчитайте продолжительность каждого месяца в солнечном календаре.
Цели: Понять связь между движением Земли вокруг Солнца и структурой современного григорианского календаря.
Материалы: Астрономические таблицы с данными о положении Солнца, доступ к онлайн-калькуляторам движения небесных тел.
2. Определение времени по Солнцу
Задание: Постройте модель солнечных часов (гномон) и используйте её для определения местного времени в разные дни года.
Цели: Изучить принцип работы солнечных часов и понять разницу между истинным солнечным временем и средним солнечным временем.
Материалы: Деревянные палочки, картон, компас, часы.
3. Наблюдение за восходами и закатами
Задание: В течение одной недели записывайте время восхода и заката солнца каждый день. Затем проанализируйте полученные данные и сделайте выводы о том, как меняется продолжительность дня в зависимости от сезона.
Цели: Убедиться в связи продолжительности светового дня с положением Земли на орбите вокруг Солнца.
Материалы: Часы, дневник наблюдений, доступ к интернету для проверки данных.
...
Эти задания помогут студентам не только углубить свои знания по астрономическим основам, но и развить навыки наблюдения, анализа и моделирования, что важно для понимания взаимосвязанных процессов во Вселенной."

Если задания не совсем по теме или не устраивает их содержание, можно написать следующим запросом, какую конкретную тему хотелось бы раскрыть и что не устраивает в текущем ответе - уточнить и скорректировать предыдущий запрос.
Так, в несколько итераций можно получить от нейросети результат, который Вас будет устраивать.

Второй пример, рассмотренный в рамках семинара - создание собственных интерактивных веб-симуляций с помощью ИИ.
Для этого, помимо общедоступного GigaChat, возможно использовать бесплатное зеркало лучших платных мировых моделей (Gemini Flash 2, GPT 4o, Claude Sonnet 3.5) - сервис RuArena, который изначально создан для сравнения эффективности современных моделей нейросетей.
В двух вкладках интерфейса сервиса можно использовать либо случайно выбранные нейросети ("Арена (анонимно)" ), либо выбранные пользователем ("Арена (сравнение)").
Первый вариант допускает неограниченное число запросов без регистрации, тогда как второй будет ограничен несколькими уточняющими запросами. Также в отличие от GigaChat сервис имеет один минус - сгенерированный ИИ код может быть "обрезанным" - не представленным полностью.
В качестве примера можно, например, попробовать создать симуляцию вращения планет солнечной системы.
Для этого нужно написать примерно такой запрос и ввести его в строку консоли в нижней части окна сервиса:

"Вы - профессиональный астроном и веб-программист. Создайте на HTML/CSS/JS интерактивную симуляцию вращения планет солнечной системы вокруг солнца с учетом законов Кеплера, параметров орбит планет и их массы. Солнце и планеты должны быть подписаны и иметь правильные относительные размеры. Данные о массах и параметрах орбит планет можно взят по этому адресу: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B0"



В двух окнах разными нейросетями будут сгенерированы свои варианты кода, которые можно проверить и сравнить, чтобы выбрать более рабочий.
Для проверки будет полезным сервис Codepen, позволяющий вставлять код HTML/CSS/JS в отельные окна и тут же увидеть веб-приложение в работе.
Перейдите в раздел онлайн-IDE "Pen" и введите по частям сгенерированный нейросетью код в нужные окна.
Обычно, сначала в ответе ИИ идет код HTML, потом CSS и Java. Справа вверху от окна кода сервиса RuArena есть кнопка копирования его в буфер обмена.
Если код не работает, либо работает неправильно, можно в консоли нейросети сказать ей об этом напрямую.
Например:

"К сожалению, планеты не вращаются вокруг солнца, а вращение слишком быстрое. Можно скорректировать код и иметь возможность регулировать скорость вращения?"

В итоге, через несколько итераций можно получить от ИИ вполне рабочий код интерактивной симуляции с нужными Вам регуляторами.
Чтобы симуляция была доступна в любое время по ссылке, нужно пройти процедуру регистрации на сайте https://codepen.io/, иначе просто придется каждый раз вводить в окне заранее сохраненный в оффлайне код симуляции. Пример сгенерированной таким образом симуляции по моим запросам можно посмотреть по этой ссылке.



Можно назвать это "заготовкой" для Вашей улучшенной симуляции, если есть желание это сделать собственными силами при знании основ вебпрограммирования. Если же таковых не имеется, можно продолжать уточнять запросы и добиться от нейросети такой функциональности интерактивной симуляции, которая Вам нужна.

Подводя итоги

На самом деле, возможности ИИ по генерации интерактивных симуляций и других вспомогательных материалов для образовательных (да и иных) целей не ограничены. Приведенные примеры - лишь "затравка" для педагогов попробовать применить этот мощнейший инструмент, созданный человеком, в образовательном процессе.
Конечно, в настоящее время ИИ не включает в себя опыт всех профессионалов в различных областях и не заменит их полностью, но дает возможность обратиться к их "виртуальным ассистентам" за неимением собственных навыков, знаний, возможностей, либо для экономии времени.
Благодарю фонд Траектория за познавательный лекторий и практическое введение в тему применения ИИ в образовании!
Надеюсь, что эта статья поможет педагогам "подружиться" с ИИ и задействовать его для облегчения своего нелегкого, но архиполезного и благородного труда.