ИИ поможет разработать индивидуальные траектории обучения для школьников

Ученые БФУ им. И. Канта разработали систему искусственного интеллекта, которая анализирует данные об успеваемости обучающегося и отслеживает, какие темы даются ученику лучше или хуже, каких образовательных навыков ему не хватает и какие задания вызывают стресс. Автоматизированная система обрабатывает информацию и может дать рекомендации учителю, родителю и самому школьнику. Это поможет улучшить успеваемость любого ученика и научит его использовать в учебе свои сильные стороны. Результаты исследования, поддержанного программой «Приоритет-2030» Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта, опубликованы в журнале Информатика и образование.

В школе у учителя не всегда есть возможность уделить внимание каждому ученику, если у него что-то не получается. Часто школьники сталкиваются с трудностями в решении какого-то задания или определенного типа заданий — тогда они должны проработать эту тему с родителями или репетиторами, либо вынуждены оставить ее неусвоенной. Данную проблему может решить внедрение в образовательный процесс систем на базе искусственного интеллекта (ИИ). Такой алгоритм даст быструю обратную связь учителю о том, насколько усвоен материал, покажет родителю полную картину успеваемости ученика и его состояние, а школьнику предоставит возможность отработать тему в индивидуальном порядке.

Ученые из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград) разработали алгоритм искусственного интеллекта, который на основе специализированных психологических тестов составляет психологический портрет ученика, в котором учитывается тип темперамента, уровень IQ, тип нервной системы и особый показатель, предложенный авторами исследования и сокращенно названный ЭКОФ. К ЭКОФ — элементарным когнитивно-образовательным функциям, — в частности, относятся память, фокусирование внимания и концентрация, а также визуальный поиск. Практически любое задание можно разложить на такие простейшие когнитивные функции.

Зная, что у ученика развито хорошо, а что хуже, можно натренироваться и таким образом повысить успеваемость. Система дает рекомендации ученику, как ему можно улучшить отстающую ЭКОФ, а именно советует определенные виды внеурочной деятельности: участие в кружках, секциях, дополнительных занятиях. Например, известно, что шахматы тренируют память и способность фокусировать внимание, а регулярные занятия спортом улучшают визуальный поиск и внимание.

Кроме того, ИИ сможет с помощью смарт-часов анализировать физиологические показатели ученика во время урока: отслеживать пульс, дыхание, движение глаз и время реакции. Это позволит сделать вывод о стрессовом состоянии ученика и о причинах его возникновения. Авторы предлагают раз в полгода в образовательных учреждениях проводить тестирование с применением ЭЭГ — электроэнцефалографии, — то есть исследовать активность мозга школьников. Во время прохождения ЭЭГ ученику будут давать специальный тест на развитие ЭКОФ, а также на те темы, которые он изучал, и анализировать работу памяти, эффективность усвоения информации, частоту ошибок.

Собрав всю эту информацию и проанализировав ее, система выдаст индивидуальные рекомендации ученику и родителю, а также покажет преподавателю картину усвоения информации у всего класса и сформулирует рекомендации, какие темы стоит повторить или объяснить по-другому.

Обучением системы, чтобы она могла самостоятельно анализировать результаты ЭЭГ, давать подробные рекомендации и интегрироваться в образовательную программу, занимается «Инскултех».

Потенциал применения модели очень широкий. Она может быть использована в школах, институтах, на программах профессиональной подготовки или в процессе обучения для новой должности в ходе карьерного пути. Такая образовательная модель с использованием искусственного интеллекта универсальна и не зависит ни от возраста обучающегося, ни от того, какие именно знания он должен получить.

С 2023 года модель начала экспериментально применяться в лицее №23 в Калининграде и в Балтийском федеральном университете имени Иммануила Канта. Также модель была применена в ряде московских школ при поддержке «Инскултех».

Пилотной площадкой в Москве стала школа-лаборатория «Новый взгляд». Пока эксперимент проходит в ограниченном формате: состояние учащихся непосредственно на занятии не исследуется, зато раз в полгода они проходят ЭЭГ. Во время ЭЭГ они должны решать набор тестов для оценки психологического портрета и ЭКОФ, и в это время их когнитивные процессы исследуются и обрабатываются искусственным интеллектом. Первые рекомендации родители участников исследования получат в сентябре 2023 года.

«Мы провели наш эксперимент с учениками третьих-пятых классов, будем двигаться дальше к старшим классам. Наш план – проверить предложенную модель на всех возрастных группах, включая студентов университета. Дальше мы хотим распространить эту идею и на дополнительное образование. Мы мечтаем о том, чтобы нашу систему начали в будущем использовать во всех школах России. На наш взгляд, это было бы очень полезно в целом для повышения уровня образования. Конечно, это не быстрый процесс. Сначала нужно отработать систему на разных образовательных площадках, что мы сейчас и делаем в коллаборации с нашим партнером “Инскултех”, расширяться, а потом можно будет говорить о всероссийских перспективах», — рассказал исполнитель проекта, доктор физико-математических наук Семен Куркин, ведущий научный сотрудник Центра нейротехнологий и машинного обучения.