AIEd – искусственный интеллект в образовании сегодня, тенденции и будущее. Рассматриваются технологии, компетенции учащихся и преподавателей, примеры использования ИИ в образовании, проекты и стартапы

1. AIEd – искусственный
интеллект в образовании
сегодня, тенденции
и будущее
Платонов В.Н., ст.н.с. Институт общей
физики им.А.М.Прохорова РАН
Сапунов Г.В., сооснователь Intento

2. http://blogs.edweek.org/edweek/on_innovation/2017/10/10_really_hard_decisions_coming_our_way.html
ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ
Компьютерный код, программа, который
демонстрирует некоторую форму интеллекта,
обучения и решение проблем (искусственный общий
интеллектом, полный ИИ, суперинтеллект).
МАШИННОЕ ОБУЧЕНИЕ
Подмножество искусственного интеллекта, которое
использует алгоритмы обучения из данных (для
поиска шаблонов в данных), а затем делает
определение или предсказание (использует эти
шаблоны для прогнозирования).
НЕЙРОННЫЕ СЕТИ
Подмножество машинного обучения, названное по
аналогии с нейронными связями человеческого мозга.
Но в отличие от мозга, нейронные сети имеют
отдельные слои, которые направляют потоки данных.
Существовали с первых дней ИИ, но были
вычислительно затратные до разработки графических
процессоров, популяризированные Nvidia.
ГЛУБОКОЕ ОБУЧЕНИЕ
в Google в 2012 году Эндрю Нг поставил «глубокий» в
словосочетание глубокое обучение путем добавления
слоев нейронных сетей, а затем запуская массивные
количества данных через систему для ее обучения.

3. Возможности AI

4. Распознавание
• Изображения: распознавание и детекция объектов, сегментация
изображений, классификация действий на видео
• Звук: распознавание речевых команд, определение эмоций,
идентификация и аутентификация
• Текст: определение темы, авторства, эмоциональной
окрашенности, выделение сущностей
• Временные ряды: детекция событий, определение аномалий
• Управление: управление роботом, игры
• Мультимодальные применения: распознавание речи по звуку и
видео (движения губ)

5. Детекция объектов

6. Человеческое качество оценивается в ~5.1% ошибки (0.051)
Lex Fridman slides: https://selfdrivingcars.mit.edu/
Точность распознавания на ImageNet

7. Пример: ответы на вопросы по тексту
SQuAD: 100,000+ Questions for Machine Comprehension of Text, https://arxiv.org/abs/1606.05250
https://rajpurkar.github.io/SQuAD-explorer/
http://u.cs.biu.ac.il/~yogo/squad-vs-human.pdf

8. Трансформация/трансляция
• Изображения: стилизация, очистка изображений, повышение
разрешения, оцветнение, устранение фона или объектов
• Звук: стилизация, улучшение звука
• Текст: машинный перевод, суммаризация текста
• Мультимодальные применения: распознавание слитной речи и
надиктовка/транскрипция текста, синтез речи, описание
изображений текстом

9. Пример: Убирание фона
https://towardsdatascience.com/background-removal-with-deep-learning-c4f2104b3157

10. Пример: Описание картинок
http://arxiv.org/abs/1411.4555 “Show and Tell: A Neural Image Caption Generator”

11. More hacking: NeuralTalk and Walk

12. Генеративные модели
• Изображения: генерация картинок на заданную тему (лица,
интерьеры)
• Звук: генерация музыки и речи
• Текст: генерация текстов (отзывы, заголовки, описания), генерация
формул (молекулы)
• Мультимодальные применения: генерация картинки по тексту

13. Пример: Генерация лиц
Progressive Growing of GANs for Improved Quality, Stability, and Variation,
https://github.com/tkarras/progressive_growing_of_gans
https://www.youtube.com/watch?v=XOxxPcy5Gr4

14. https://arxiv.org/abs/1708.08151 Automated Crowdturfing Attacks and Defenses in Online Review Systems
Пример: Генерация отзывов

15. Пример: картинка по тексту
AttnGAN: Fine-Grained Text to Image Generation with
Attentional Generative Adversarial Networks, https://arxiv.org/abs/1711.10485

16. Планирование и оптимизация
• Оптимизация тяжёлых задач, где полный перебор невозможен:
составление расписаний, оптимизация логистики,
• Оптимизация и управление сложными системами: поиск более
эффективных архитектур нейросетей, оптимизация настроек
оборудования
• Поиск решений: эвристики и “интуиция” в играх (шахматы, го,
покер)

17. Пример: Управление датацентром
“We’ve managed to reduce the amount of energy we use for cooling by up to 40 percent.”
https://deepmind.com/blog/deepmind-ai-reduces-google-data-centre-cooling-bill-40/

18. Технологии и польза
Нет недостатка технологий, есть дефицит творческого
воображения.
(в первом приближении; на самом деле некоторых технологий
ощутимо не хватает)

19. Пример: DeepFakes
https://thenextweb.com/artificial-intelligence/2018/02/21/deepfakes-algorithm-nails-donald-trump-in-most-convincing-fake-yet/

20. Слабые места ИИ
У нейросетей (ныне самый популярный, но далеко не
единственный метод ИИ) есть несколько существенных проблем:
- трудность интерпретации модели и объяснения результата
- невозможность логического вывода
- подверженность атакам и “иллюзии” (adversarial examples)
Другие методы ИИ (например, модели на основе онтологий или
некоторые другие методы машинного обучения) могут решать эти
задачи, но не являются панацеей и везде способны достигнуть
сопоставимого с нейросетями качества.

21. Слабые места ИИ
Много успехов в “узких ИИ”, мало успеха в “общем ИИ”
Одна из главных проблем: отсутствие “здравого смысла”.

22. Пример: Создание панорамы
https://www.engadget.com/2018/01/23/photo-stitch-ai-fail-the-big-picture/

24. AI в образовании

25. Содержание
• Искусственный интеллект в образовании (Трансформация
участников и требуемых навыков)
• Повестка дня и тенденции ИИ в образовании
• ИИ стартапы в образовании

26. AI в образовании
• ТЬЮТОРСТВО
• ОЦЕНИВАНИЕ ПРИ ПОМОЩИ ИИ
• ПРОКТОРИНГ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИИ
• ПОДДЕРЖКА УЧАЩИХСЯ
• РЕКОМЕНДАЦИИ
• НАЙМ И РАЗВИТИЕ
• ПЛАНИРОВАНИЕ УЧЕБЫ
• ПОДДЕРЖКА ИНФРАСТУКТУРЫ
• ТРАНСПОРТ

27. Роботы заменят учителей в 2027 году
http://www.anthonyseldon.co.uk/
Sir Anthony Seldon is a political
historian and commentator on British
political leadership as well as on
education and contemporary Britain.
He is also Vice-Chancellor of
the University of Buckingham.
Sir Anthony Seldon, Sept 2017

28. 10 больших проблем ИИ
• УВЕЛИЧЕНИЕ БЕЗРАБОТИЦЫ
• УВЕЛИЧЕНИЕ НЕРАВЕНСТВА ДОХОДОВ
• ПОТЕРЯ КОНФИДЕНЦИАЛЬНОСТИ
• АЛГОРИТМИЧЕСКАЯ ПРЕДВЗЯТОСТЬ
• ДОСТУПНОСТЬ НЕ ДЛЯ ВСЕХ
• МАШИННАЯ ЭТИКА
• ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ВОЕННЫХ ЦЕЛЯХ
• СУБЪЕКТНОСТЬ КАК ЧЕЛОВЕКА
• ИЗМЕНЕНИЕ ГЕНА ЧЕЛОВЕКА
• ПЛОХОЙ ИИ

29. Оценка опасностей применения ИИ в
образовании
• Измерение неправильных вещей - не являются ли такими же
педагоги?
• Обнаружение плохих способов обучения
• Приоритизация адаптивности по отношению к качеству
• Эффект замещения с целью повышения эффективности
https://www.tonybates.ca/2018/03/02/assessing-the-dangers-of-ai-applications-in-education/

30. Что означает ИИ для школьного образования?
• Изменение характера рабочих мест для учащихся как будущих
работников
• Изменение характера участия гражданина в обществе -
коммуникативные навыки
• ИИ продвигает персонализированный подход в обучении

31. Что могут компьютеры
• Измерение успеваемости
• Поиск и устранение пробелов в обучении
• Поиск и устранение пробелов в преподавании
• Сделать учителей еще более продуктивными и эффективными
• ИИ может также стать посредником в совместном обучении

32. Чего компьютеры пока не могут
• что движет поведением и решениями сегодня, нелегко захватить в
область данных, которые нужно заложить в алгоритм.
• отбирать информацию, чтобы помочь инструментам ИИ улучшить свои
результаты
• преподавание является одной из тех профессий с высоким хаосом,
короткой продолжительностью отклика, когда люди не будут заменены
искусственными объектами в ближайшее время (RAND)
• Образование остается социальным опытом
• Нет пока самосознания или метакогнитивного регулирования, и ему
также не хватает пока сочувствия

33. Навыки 21 века для учащихся
• Умение общаться с голосовым чатботом, искусственным интеллектом
• Социальное и эмоциональное обучение
• Привычка к cложности
• Обучение ценностям
• Самообучающие стратегии
• Элон Маск: людям нужно будет стать киборгами, чтобы быть актуальными в эпоху
ИИ - «слияние биологического интеллекта и машинного интеллекта».
• Себастьян Трун (Google X) AI превратит людей в «сверхчеловеческих работников»,
способных делать больше с помощью технологий, чем без него.
• Эндрю Нг: «Это звучит наивно, но я хочу, чтобы мы построили новое общество,
управляемое ИИ»

34. Профессиональные навыки временны – навыки межличностного общения постоянные

35. Необходимые навыки для педагогов в эпоху ИИ
Вот навыки, чтобы начать оттачивать сегодня, которые дают педагогам
преимущество перед ИИ.
• Умение создавать идеи (креативность)
• Умение рассказывать (сторителлинг)
• Навык непрерывного совершенствования
• Если мы исключим учителей, студенты будут искать в других местах
образцы для подражания - возможно, у медиа, возможно, у своих
сверстников, возможно, у искусственного интеллекта.
• Быть для учащихся моделью культуры, которую мы предвидим и
желаем.
http://www.gettingsmart.com/2017/12/3-necessary-skills-for-educators-in-the-era-of-a-i/

36. Как подготовиться к будущему школам?-
приоритетный функционал
• Расширенные задачи
• Переносимые профили учащегося
• Системы, основанные на компетентности
• Системы руководства и рекомендации для учащихся
• Гибкие системы (agile)

37. Повестка дня по ИИ в образовании
• Они стремятся выполнять множество ролей (курирование
контента, консультирование, оценивание и т. д.)
• Вопросы, вызывающие обеспокоенность: алгоритмы черного
ящика, данные не полностью отражают обучение и могут
привести к предвзятым результатам и процессам
• ИИ и боты будут работать с учителями, а не заменять их
• ИИ может освободить время для учителей, чтобы
сосредоточиться на главных вопросах обучения
• ИИ педагогика

38. Персонализированное обучение (ПО)
• Адаптивное обучение в МООК дает некоторое улучшение результатов,
но не процента завершения курсов.
• ПО это не продукт — это набор стратегий
• Множественное определение ПО (15 измерений Ван дер Арк)
• Summit CZI - 130 школ, 1100 преподавателей и 20 000 учащихся.
• Закрытие некоторых AltSchool
• Хайп > исследование, ПО плохо для учителей и учащихся, Большая
технология + большие данные = большие проблемы
• Knewton -> издательский бизнес
• Digital Promise объявил Dynamic Learning Project ( Google) для low-
income middle schools

39. Горизонт в школьном образовании до
времени принятия: от четырех до пяти лет
> Искусственный интеллект
> Интернет вещей
https://www.nmc.org/publication/nmccosn-horizon-report-2017-k-12-edition/

40. Из тенденций Гартнера (3 из 10 имеют
отношение к ИИ)
1) Принципы искусственного интеллекта
• Использование «больших данных» и совместимости данных
• Более широкое использование цифровых ресурсов и смешанных методов обучения
• Образовательные игры.
2) Интеллектуальные приложения и аналитика
• ИИ, взаимодействующий с человеческим интеллектом, предпочтениями и настроения,
включая мотивационные настроения.
• Механизмы рекомендации
3) Интеллектуальные вещи
• визуальное и тактильное представление абстрактных понятий
• Интеллектуальное лабораторное оборудование
• Вспомогательные устройства и среда

41. Технологии в образовании
•Большие данные
•Адаптивное обучение
•Учебная аналитика
•Автоматизированное наполнение каталогов,
маркетплейсов
•Рекомендательные системы
•Цифровые близнецы

42. Чатбот «Pounce» университета Джорджия
• использует искусственный интеллект, чтобы соответствовать
запросу поступающих студентов с одним из 2000 подготовленных
ответов (число растет)- если в системе нет соответствующего
ответа, сообщение отправляется сотруднику, который отвечает
вручную.
• Эффект – рост на 20% поступающих студентов

43. IBM Watson Classroom
Когнитивный партнер, не заменяет а помогает учителю
• Учитель -> Watson: данные - оценки, записи посещаемости,
письменные отчеты, интересы учащихся и предпочтения
• Watson -> Учитель: связь качества результата с подходом учителя,
корректирует следующую рекомендацию, профиль учащегося,
планирование и выбор контента

44. Китайские ИИ роботы, участвующих в
математическом экзамене Гаокао
• AI-MATHS - программа Министерства науки и технологий Китая
• Aidam - Haster Learner Technology, Xuebajun

45. RealizeIt http://realizeitlearning.com/
Интеллектуальная адаптивная платформа как
сервис (PaaS)
Функции:
• Поглощение контента
• Построение учебной программы
• Создание шаблонов оценки
• Дифференциация подхода
• Встроенная аналитика

46. Fishtree https://www.fishtree.com/ $3M
финансового капитала
Цель - решения задач масштабирования
персонализированного обучения.
Функции:
• Автоматизация создания ресурсов,
• Автоматическое выравнивание контента для целей обучения или
компетенций и адаптируется к профилю обучения и пробелам в
знаниях каждого ученика.
• Аналитика для улучшения результатов обучения
• Данные и предупреждения в реальном времени

47. L2TOR http://www.l2tor.eu/ - проект
Европейского Союза (1.01.2016 – 31.12.2018)
Разработка социального ИИ-робота, помогающего дошкольникам
развивать языковые навыки (2-ой язык).
• преподаванию английского языка как L2 для носителей
голландского, немецкого и турецкого языков
• преподаванию голландского и немецкого языков как L2 для
детей-иммигрантов.

48. Cтартапы EdTech
Классификация стартапов по Navitas ventures GLOBAL EDTECH LANDSCAPE
3.0 MAPS 26 CLUSTERS
• Create
• Manage
• Discover
• Connect
• Experience
• Learn
• Credential
• Advance

49. Create
Metacog https://metacog.com/ $3.6M
• Платформа аналитики глубокого обучения PaaS, для обработки данных и улучшения учебного опыта, для
автоматического улучшения технической готовности, готовности к колледжу и карьерной готовности,
• Разработка трудно измеряемых и сложных навыков 21 века решения проблем .
• Невидимая интегрированная оценка: автоматически оценивает открытые рабочие задания
• Прямая оценка моделей обучения на основе компетентности.
Fishtree https://www.fishtree.com/ $3M
• Адаптивная технология обучения, чтобы сделать учебные среды более персонализированными и привлекательными.
• Доступ к лучшим ресурсам в режиме реального времени.
• Отслеживание хода обучения через мощную аналитику.
• для K-12, высшего образования и корпоративного развития.
Volley Labs http://volley.com/ $2.3M
• преобразует учебники и задания в учебные навыки на своей веб-платформе. Делает разработку, обучение и
управление знаниями более доступными, умными и привлекательными.
• Адаптивное обучение автоматически устраняет проблемы и улучшает учебные программы для увеличения ROI.

50. Manage
Magpie Education https://magpie.education/ $416K
• Платформа, которая включает в себя планирование уроков,
распланированные учебные программы; адаптированные учебные
траектории и тренинги (CPD), чтобы обеспечить вдохновляющие уроки
STEM. Помогает учителям точно оценивать успеваемость учащихся для
улучшения результатов обучения.
Schoolrunner http://home.schoolrunner.org/ $2М
• Студенческая система данных, которая позволяет преподавателям
отслеживать академические качества, посещаемость, поведение и
стандарты.

51. Discover
AdmitHub https://www.admithub.com/ $3,8M
• Компания ИИ чатботов-советников позволяет студентам задавать вопросы и получать ответы через
текст, электронную почту и Facebook Messenger. Вопросы могут варьироваться от общих тем
колледжа, таких как финансовая помощь и экзамены, до запросов, характерных для данной школы.
BridgeU https://bridge-u.com/ $8,4M
• анализирует данные из университетов и курсов по всему миру.
• интеллектуальные инструменты предоставляющие современные рекомендации для соответствия
социальным, профессиональным и академическим предпочтениям, подходящим для студентов с
идеальным университетом.
Symbolab https://www.symbolab.com/ $1M
• Инструмент для обучения математике, который помогает пользователям находить математические
темы, практику и учиться от средней школы до колледжа. Алгоритмы машинного обучения понимают
контекст и смысл запросов, помогающих студентам.
Delphia https://delphia.com/ $120K
• инструменты AI, для принятия сложных решений - выбор колледжа. Опросник из 40 вопросов и дает
результаты о школах и программах, которые наилучшим образом «пригодны» для учащегося.

52. Connect
Jellynote https://www.jellynote.com/ru/ $3.2M
• место для общения музыкантов друг с другом при совместном
использовании аккорды, связки, ноты и видеоконтента. Компания
предлагает 400 000 песен, которые можно изучать и воспроизводить
через ноты, классы и учебные пособия.
Grammarly www.grammarly.com $110 M
• Программа проверки грамматики, чтобы помочь учащимся, писателям
и людям, которые хотят произвести хорошее впечатление в постах
социальных сетей или письмах в электронной почте.
• «Использование искусственного интеллекта, чтобы помочь людям с
сутью и содержанием того, что они пишут» Grammarly

53. Experience(Ознакомление, базовые
знания)
Elemental Path http://www.elementalpath.com/ $4M
• Улучшение способа обучения детей, улучшая то, как они играют.
• умные игрушки CogniToys - для детей, чтобы задействовать их в речевой
коммуникации в режиме реального времени.
Osmo https://www.playosmo.com/, $38.5M
• Фирменный рефлексивный искусственный интеллект.
• Позволяет любому объекту - ручке и бумаге - взаимодействовать с
цифровым устройством вне экрана
Edwin https://edwin.ai/
• Edwin - преподаватель английского языка, управляемый ИИ через Facebook
Messenger. Задает ряд вопросов для понимания уровня владения языком и
времени планирования использования инструмента.

54. Experience(Ознакомление, базовые
знания)
Ponddy Education Inc. http://Ponddy.ai $6М ,
• эффективные решений для обучения языку на протяжении всей жизни,
индивидуально персонализированных для различных возрастных
групп и профессий по всему миру,первоначально сосредоточившись на
китайском.
• Система обучения знаниям Affinity. Запатентованная технология ИИ
может обрабатывать любой контент в интерактивных модулях
обучения, которые взаимосвязаны с сетями релевантных слов,
символов и корней. Позволяет быстрее понимать и приобретать язык.
Liulishuo http://www.liulishuo.com/, $100M
• LingoChamp, оснащенный передовыми в мире технологиями AI и NLP,
предлагает персонализированный и адаптивный языковой опыт.

55. Learn
Packback http://www.packback.co $8.2M
• является «обучающей платформой Q & A (Вопросов и ответов), основанной на патенте ИИ для количественной
оценки и улучшения навыков критического мышления у студентов колледжей.
Querium Corporation http://querium.com/ $4.5M
• Математические, инженерные, технологические и естественнонаучные приложения. Платформа помогает
подготовить студентов к старшей школе, колледжу и жизни за пределами колледжа. Основываясь на знаниях
учителей мастер-классов, технология помогает студентам в их трудных вопросах в режиме 24 × 7. Отчеты для
инструкторов о видах ошибок учеников для оптимизации использования времени в классе.
CENTURY Tech http://www.century.tech/ $ 2,18M
• Персонализированная обучающая платформа, сочетая поведенческую науку, большие данные и ИИ для
увеличения результатов каждого отдельного учащегося.
• Отслеживает прогресс в режиме реального времени, чтобы обеспечить вмешательство Умный раскладчик плана
урока и отслеживает ход каждого ученика
Vipkid https://t.vipkid.com.cn/ $325M
• Онлайн-репетиторская компания, поставщик услуг на английском языке ставит задачу использования
искусственного интеллекта , чтобы создать «персонализированные пути обучения для каждого ребенка»

56. Learn
Yixue Education http://www.classba.cn $41M
• Предоставления индивидуальных учебных программ с использованием адаптивного
обучения.
• Для каждой темы система предлагает упражнения с различными уровнями и короткие
видеоролики учителей, объясняющие эту тему.
Snapask http://snapask.co/ $6,8M
• Компания «персонализированного обучения», с применением методов искусственного
интеллекта для своих образовательных сервисов по запросу
Blue Canoe Learning http://www.bluecanoelearning.com/ $1.4M
• запатентованная технология распознавания речи и машинного обучения, учащиеся
получают персонализированную обратную связь на своем устном английском языке,
который уникально эффективен.

57. СПАСИБО