System and activity approach to learning artificial intelligence in basic school

Full Text

Постановка проблемы. Реализация приоритетных направлений модернизации системы образования в соответствии с приоритетными задачами нашей страны невозможно без активно развивающихся технологий искусственного интеллекта (ИИ) как части современных информационных технологий. Сегодня технологии искусственного интеллекта обретают особую актуальность в связи с обновлением самой технологии, ее возможностями для образовательного процесса и высокими требованиями к информационно-технологической культуре школьников. Однако до сих пор в школьном курсе информатики, в том числе и основной школы, обучению этой технологии и ее фундаментальным основам не уделяется достаточного внимания. Причиной тому не только отсутствие нормативного обеспечения обучения искусственному интеллекту в общеобразовательном курсе информатики, но и недостаточное содержательное и методическое обеспечение подготовки учащихся, в том числе в основной школе, в области искусственного интеллекта. Для разрешения выявленной проблемы необходимо определить системообразующие знания и умения в области искусственного интеллекта, адаптировать содержание учебного материала для учащихся основной школы, определить принципы обучения элементам искусственного интеллекта учащихся основной школы, условия их реализации, а также виды деятельности учащихся, позволяющие целенаправленно формировать у них умение учиться и готовность к непрерывному образованию вообще и в области искусственного интеллекта в частности. Методы исследования. Проанализированы нормативные документы, такие как указ президента о приоритетных задачах развития государства[19], национальный проект о развитии образовании[20] и национальная программа о развитии цифровой экономики[21], а также стандарт основного общего образования. Изучен и систематизирован отечественный и мировой методический опыт педагогов в области обучения элементам искусственного интеллекта учащихся, в том числе основной школы, с целью выявления методологических и методических походов к такому обучению. Выполнен анализ содержательной и логической корректности [1] предлагаемых теми или иными авторами рассуждений, умозаключений и выводов. Рефлексия в контексте понимания [2] подходов, принципов и возможностей обучения учащихся основной школы основам ИИ, начиная с 5 класса. Результаты и обсуждение. На первом этапе исследования проанализирован и обобщен существующий опыт в области обучения школьников искусственному интеллекту в отечественной и зарубежной системе образования. Все ведущие страны мира единодушны во мнении, что для успешного освоения учащимися, в том числе основной школы, элементов ИИ самым важным является подготовка в области программирования [3; 4]. В некоторых странах предлагается внедрить обучение программированию в различные школьные предметы для более основательного рассмотрения его возможностей и демонстрации практико-ориентированной применимости [5]. Обучение в области искусственного интеллекта в российском школьном образовании началось еще в прошлом столетии, но именно сегодня оно особенно актуально из-за новых требований к информационным компетенциям школьников на основе системообразующих знаний в области информатики, включая информационные технологии [6], а также значимости и перспектив развития самой технологии ИИ [7]. Так, в конце 2020 г. президент обратил внимание на необходимость расширения подготовки в области искусственного интеллекта, начиная со школьного уровня образования, в связи с чем были выработаны поручения по совершенствованию преподавания учебных предметов в общеобразовательных организациях путем установления их приоритета при формировании учебного плана и корректировки содержания образовательных программ[22]. Сегодня ИИ в школах страны чаще всего изучается в старших классах, например в рамках предпрофессиональной подготовки учащихся ИТ-классов. При этом обучение основывается на теоретической базе работы с информацией современными средствами организации информационных процессов и ориентируется на выбор языков, поддерживающих структурное и объектно-ориентированное программирование [8]. Кроме того, проведенное ранее исследование позволило предложить основные подходы к обучению школьников [9], концептуальные основы и содержание обучения в области искусственного интеллекта [10; 11]. Пилотная апробация разработанных учебно-методических материалов [12] показала эффективность их применения при обучении основам ИИ учащихся 9-11 классов. В то же время очевидна необходимость дальнейшего исследования, связанного со снижением возраста школьников, начинающих обучение элементам ИИ, отбором содержания обучения и его адаптацией для учащихся 5-6 классов, решением методологических вопросов такого обучения. Второй этап исследования был связан с выявлением методического подхода, позволяющего эффективно обучать в области ИИ учащихся основной школы, начиная с 5 класса. Анализ сложившейся в отечественной педагогике практики, методический опыт предшественников, требования к образовательным результатам учащихся в условиях информатизации общества и образования, необходимость усиления деятельностной компоненты процесса обучения школьников позволили сделать вывод о значимости и возможности использования при обучении учащихся основной школы в области искусственного интеллекта системно-деятельностного подхода, предполагающего организацию обучения, основанную на активной, разносторонней и самостоятельной познавательной деятельности учащегося. В настоящее время системно-деятельностный подход положен в основу реализации стандартов основного общего образования. В его рамках обучение рассматривается не как трансляция учителем знаний учащимся, а как сотрудничество (совместная деятельность) учителя с учащимися. Учащиеся являются не пассивными «приемниками» информации, а активными участниками учебно-познавательного процесса. Основным результатом такого процесса обучения является развитие личности ребенка, а основной задачей - создание условий для самостоятельного открытия и формирования учащимся новых знаний и умений [13]. На третьем этапе исследования выявлялись особенности обучения учащихся основной школы элементам ИИ в контексте системно-деятельностного подхода. Принципиальной становится позиция: знания учащегося - результат его собственных поисков. Во главу угла ставиться значимость и необходимость организации учителем самостоятельной поисковой познавательной деятельности школьников. Вместо простой передачи информации от учителя к ученику и отработки определенных умений учениками в соответствии с заданным учителем образцом приоритетом становится научить учащегося учиться, то есть учащийся должен уметь не только ставить перед собой учебную цель, но и проектировать траекторию ее достижения, обязательно оценивая достигнутый результат. Целесообразно разрабатывать задания, которые предполагают интегрированные способы деятельности учащихся основной школы, приведенные в таблице. Разнообразные задания, в том числе представленные в электронном виде, позволяют организовать активную познавательную деятельность учащихся основной школы, формировать личный опыт учебно-познавательной деятельности. Виды деятельности в контексте системно-деятельностного подхода № Источник получения информации Виды деятельности учащихся 1. Термин Заполнение пропусков в тексте недостающими терминами и понятиями. Формулирование характеристик, свойств и определений теми или иными терминам и понятиями 2. Классификация Представление объектов (признаков, процессов, свойств и т. п.) в виде классификаций. Выделение оснований той или иной классификации. Приведение примеров к рассматриваемой классификации. Выделение классификационной единицы 3. Учебный текст Представление заданного (рассматриваемого) текста в графическом виде (схема, таблица и т. п.). Нахождение ошибки в тексте, неточности в схеме 4. Объект Сравнение или сопоставление объектов изучения для выявления сходств или различий. Выделение признаков, критериев, оснований для сравнения объектов 5. Процесс, явление Описание характеристик (свойств) процессов по аналогии с ранее изученными. Описание характеристик (свойств) процесса по заданному плану 6. Изучаемый материал Составление конспекта (плана) изучаемого параграфа (дополнительного материала) 7. Связь Выявление связей между объектами изучения в предложенном учебном материале 8. Результат Оценивание собственного ответа, собственной деятельности и полученного результата. Оценивание ответа одноклассников, их деятельности, полученного ими результата Types of activities in the context of the system-activity approach No. Source of information School pupils’ activities 1. Term Filling in gaps in the text with missing terms and concepts. Formulation of characteristics, properties and definitions of certain terms and concepts 2. Classification Representation of objects (signs, processes, properties, etc.) in the form of classifications. Highlighting the grounds for a particular classification. Bringing examples to the considered classification. Allocation of a classification unit 3. Educational text Presentation of a given (considered) text in a graphical form (diagram, table, etc.). Finding errors in the text, inaccuracies in the scheme 4. Object Comparison or comparison of objects of study to identify similarities or differences. Allocation of signs, criteria, grounds for comparing objects 5. Process, phenomenon Description of characteristics (properties) of processes by analogy with those previously studied. Description of the characteristics (properties) of the process according to a given plan 6. Studied material Drawing up a synopsis (plan) of the studied paragraph (additional material) 7. Connection Revealing connections between objects of study in the proposed educational material 8. Result Assessment of own answer, own activity and the obtained result. Evaluation of the answer of classmates, their activities, the result they received Основываясь на вышеизложенной концепции системно-деятельностного подхода, выделим принципы обучения элементам искусственного интеллекта учащихся основной школы: - обучение через овладение знаниями - усвоение знаний происходит через теоретическое содержание обучения; - от абстрактного к конкретному - обучение строится через использование содержательных абстракций, обобщений и теоретических понятий; - взаимосвязь знаний и действий - знание зарождается в действии и является его результатом, а затем выступает ориентировочной основой осуществления действия при решении выявленной проблемы и т. д.; - воспроизведение обретения знания - в процессе учебно-познавательной деятельности в сокращенной форме должен быть воспроизведен исторический процесс зарождения и развития знаний [14]; - разнообразие в деятельности - при обучении необходимо овладевать знаниями и умениями в разнообразной деятельности при решении разнообразных задач; - развитие самостоятельности - самостоятельно осуществлять учебно-познавательную деятельность, включая постановку цели, поиск способов достижения, выбор средства, контроль и оценивание процесса и результатов деятельности; - формирование личностно-значимого знания - обучение происходит в контексте интересов и жизненного опыта учащегося, перенесение содержания обучения на решение жизненных задач в повседневной жизни. Опишем условия реализации выделенных принципов обучения элементам искусственного интеллекта учащихся основной школы в контексте системно-деятельностного подхода. Во-первых, для реализации принципа «обучение через овладение знаниями» необходимо обязательное наличие теоретического учебного материала, изложенного системно, структурно, лаконично, логично и последовательно. Во-вторых, для реализации принципа «от абстрактного к конкретному» следует сопровождать процесс обучения схематичным и формализованным представлением учебного материала, который затем раскрывать на конкретных и разнообразных примерах. В-третьих, для реализации принципа «взаимосвязь знаний и действий» рекомендуется не представлять новые знания в готовом виде, а организовывать процесс самостоятельной деятельности учащихся, когда они их открывают сами, опираясь на ранее изученное, осмысливая учебную проблему [15]. В-четвертых, для реализации принципа «воспроизведение обретения знания» необходимо, чтобы в процессе обучения происходило открытие нового для учащихся знания через эвристическую беседу, направленную на воспроизведение исторического процесса зарождения и развития знаний, благодаря последовательности четко продуманных учителем учебно-познавательных задач (вопросов, упражнений, заданий и т. п.), которые подводят учащихся к решению поставленной проблемы. В-пятых, для реализации принципа «разнообразие в деятельности» необходимо использовать различные источники информации и организовывать сотрудничество учащихся в различных формах (индивидуальная, групповая, коллективная, парная работа), предусматривать различные виды деятельности. В-шестых, для реализации принципа «развитие самостоятельности» следует организовывать обучение в совместной деятельности учителя и учащихся, совместной командной работе одноклассников, основанной на сотрудничестве и взаимопонимании. Учителю необходимо не столько наглядно и доступно объяснять учебный материал, сколько организовывать самостоятельную работу так, чтобы учащиеся самостоятельно находили решения поставленной проблемы и объясняли способы ее решения, планировали соответствующую деятельность и осуществляли ее контроль и рефлексию [15]. В-седьмых, для реализации принципа «формирование личностно-значимого знания» необходимо предлагать учащимся задания, вызывающие у них эмоциональный отклик, позволяющие привлечь их жизненный опыт, затрагивающие их интересы, что позволит формировать устойчивую познавательную мотивацию школьника, потребность учиться всю жизнь. Заключение. Владение технологиями ИИ на основе системообразующих знаний в области информатики положительно влияет на уровень информационной культуры учащихся основной школы, которую в соответствии с требованиями информационного общества необходимо формировать как минимум уже в основной школе. Результаты проведенного исследования позволили обосновать возможность и целесообразность применения системно-деятельностного подхода к обучению элементам искусственного интеллекта учащихся основной школы, начиная с 5 класса. В процессе исследования были выявлены особенности применения системно-деятельностного подхода к обучению учащихся основной школы, описаны принципы обучения школьников и условия их реализации, выделены виды деятельности учащихся в контексте системно-деятельностного подхода. Дальнейшее исследование должно быть направлено на отбор содержания обучения элементам ИИ и его адаптации для учащихся 5-6 классов. При формировании содержания, в том числе понятийного аппарата, необходимо учитывать возрастные особенности школьников, межпредметные связи информатики, а также реализовывать ее внутрипредметные связи. Необходимо обеспечить преемственность с ранее разработанным содержанием для учащихся 9-11 классов. Сформированные знания и умения учащихся 5-6 классов в процессе обучения элементам ИИ необходимо развивать и углублять на следующих этапах обучения как в рамках основной школы, так и в процессе предпрофессиональной подготовки старшеклассников.

About the authors

Irina V. Levchenko

Moscow City University

Author for correspondence.
Email: levchenkoiv@mgpu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1388-4269

Doctor of Pedagogical Sciences, Full Professor, Professor, Department of Informatics, Management and Technology

28 Sheremetyevskaya St, Moscow, 127521, Russian Federation

Albina R. Sadykova

Moscow City University

Email: sadykovaar@mgpu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1413-200X

Doctor of Pedagogical Sciences, Associate Professor, Professor, Department of Informatics, Management and Technology

28 Sheremetyevskaya St, Moscow, 127521, Russian Federation

References

Supplementary files