В статье рассматривается взаимосвязь обучения анализу больших данных и машинному обучению школьников и развития их критического мышления; влияние обучения на уровень критического мышления школьников. Актуальность исследования обусловлена растущей значимостью навыков работы с данными и аналитического мышления в современном мире. В статье анализируются существующие исследования данной тематики и обсуждаются возможные решения и ожидаемые результаты исследования, перспективы дальнейших исследований в данной области.
Ключевые слова: критическое мышление, машинное обучение, данные, развитие, анализ.
Keywords: critical thinking, machine learning, data, development, analysis.
Введение
В современном мире информация является важнейшим ресурсом, и навыки работы с данными становятся необходимыми для успешной профессиональной деятельности в самых разных областях. Анализ больших данных и машинное обучение — ключевые технологии, которые позволяют эффективно обрабатывать и интерпретировать большие объемы информации, выявлять скрытые закономерности и делать прогнозы. Возможное введение этих дисциплин в школьное образование представляет собой важный шаг в подготовке учащихся к будущим вызовам и возможностям, а также дает дополнительную возможность повысить уровень аналитического и критического мышления, которое является неотъемлемым навыком будущих специалистов.
Актуальность исследования
Развитие критического мышления у школьников — одна из ключевых задач современной системы образования. Критическое мышление позволяет учащимся анализировать информацию, делать обоснованные выводы и принимать взвешенные решения. Включение анализа больших данных и машинного обучения в учебный процесс может способствовать развитию этих навыков, так как требует от учащихся умения работать с данными, критически оценивать информацию и использовать аналитические инструменты.
Развитие искусственного интеллекта (ИИ) является одним из ключевых направлений технологического прогресса и экономического роста в современном мире. В указе Президента Российской Федерации «О развитии искусственного интеллекта в Российской Федерации» [1] подчеркивается стратегическая важность ИИ для повышения конкурентоспособности российской экономики, обеспечения национальной безопасности и улучшения качества жизни граждан. Развитие ИИ является приоритетным направлением государственной политики. Это подтверждается планами по созданию условий для ускоренного внедрения ИИ в различные отрасли экономики и социальной сферы, что требует наличия высококвалифицированных специалистов. В связи с этим, актуальность изучения и освоения технологий ИИ, в том числе нейронных сетей, становится особенно значимой. Нехватка квалифицированных специалистов и современных учебных материалов на русском языке является одной из значимых проблем, препятствующих реализации данной стратегии. В указе подчёркивается, что дефицит кадров в области ИИ может серьезно замедлить технологическое и экономическое развитие страны.
Таким образом, актуальность исследования и разработки новых образовательных программ и учебных материалов на русском языке обусловлена необходимостью подготовки высококвалифицированных специалистов, способных обеспечить успешное развитие технологий ИИ в России и их широкое внедрение в различные отрасли экономики и социальной сферы.
Гипотеза исследования:изучение анализа больших данных и машинного обучения способствует развитию критического мышления у школьников, улучшая их аналитические и когнитивные способности.
Критическое мышление представляет собой процесс активного и целенаправленного анализа, оценки и синтеза информации с целью принятия обоснованных решений [5]. Этот процесс включает в себя следующие компоненты:
— Умение формулировать проблемы и задачи.
— Анализ и оценка аргументов и доказательств.
— Интерпретация данных и информации.
— Сравнение различных точек зрения.
— Принятие решений на основе логики и фактов.
Развитие критического мышления у школьников является одной из ключевых задач образования, так как оно позволяет учащимся быть независимыми, аналитически мыслящими и способными к решению сложных задач.
Анализ больших данных и машинное обучение — это современные технологии, которые позволяют эффективно работать с большими объемами информации и делать прогнозы на основе данных. Эти технологии находят широкое применение в различных сферах, от бизнеса и медицины до науки и образования.
Включение этих дисциплин в школьную программу является важным шагом для подготовки учащихся к современным вызовам. Однако на данный момент существует ограниченное количество учебных программ и методик, направленных на преподавание анализа больших данных и машинного обучения в школе. Большинство существующих программ сосредоточено на обучении базовым навыкам программирования и работы с данными, тогда как более продвинутые темы остаются за рамками школьного образования.
Анализ существующих исследований показывает, что обучение анализу больших данных и машинному обучению положительно влияет на развитие критического мышления у школьников. В частности, исследования показывают, что учащиеся, проходящие обучение этим дисциплинам, демонстрируют улучшенные навыки анализа и оценки информации, способность формулировать и решать сложные проблемы, а также критически оценивать аргументы и доказательства.
В рамках изучения данного вопроса о влиянии процесса изучения науки о данных на развитие критического и аналитического мышления у школьников, был изучен ряд уже проведенных исследований (в том числе иностранных), касающихся точных наук, но не конкретно науки о данных и её ответвлений, так как это исследование уникально. Тем не менее, рассматривая результаты исследований влияния процесса изучения таких наук как математика и информатика на развитие критического мышления обучающихся, дает почти полное представление о предполагаемых результатах исследования.
В научной статье «A critical issue: assessing the critical thinking skills and dispositions of undergraduate health science students» [2] описано исследование, которое проводилось среди студентов медицинских специальностей. Результаты показали, что те студенты, которые прошли обучение с акцентом на анализ данных (в курсе которых были дисциплины с уклоном в математику и информатику), продемонстрировали значительное улучшение аналитических навыков, способности к интерпретации и аргументации. Такие выводы подтверждают эффективность включения дисциплин по типу «Анализ данных» или «Наука о данных» в образовательные программы, способствуя развитию этих важных навыков у обучающихся.
В статье «Развитие критического мышления в процессе обучения информатике» [3] рассмотрены методы и подходы к развитию критического мышления у школьников в процессе изучения информатики. В статье подчеркивается важность интеграции наук о данных (в данном случае информатики) в учебные программы по информатике, а также приводятся примеры конкретных методик и технологий, способствующих развитию этих навыков у учащихся. В статье упомянуты как эффективные различные приемы и методики, такие как проектная деятельность, работа с кейсами и использование интерактивных технологий, которые помогают учащимся развивать критическое мышление. Автор считает проектную деятельность и работу с кейсами эффективными методиками. Учитывая, что обучение машинному обучению студентов в учебном курсе различных университетов включает в себя обучение на реальных кейсах — задачах, решив которые при помощи науки о данных, обучающийся получает возможность ощутить реальную работы людей данной профессии, можно сделать вывод, что данные методики в рамках точных наук являются эффективными и полезными. Эти подходы способствуют более глубокому пониманию учащимися учебного материала и развивают навыки, необходимые для успешной учебной и профессиональной деятельности в будущем.
Сравнение результатов некоторых других различных исследований позволяет сделать вывод о том, что обучение анализу больших данных и машинному обучению способствует развитию следующих аспектов критического мышления:
— Способность формулировать проблемы и задачи.
— Умение анализировать и оценивать аргументы и доказательства.
— Навыки интерпретации данных и информации.
— Способность принимать обоснованные решения на основе логики и фактов.
Практическое самостоятельное личное исследование влияния обучения анализу больших данных и машинному обучению на развитие критического мышления у школьников не проводилось, но эффективнее всего выглядит экспериментальное исследование. В выборку могли бы войти учащиеся 9–11 класса, участвующие в тестовых дополнительных занятиях по анализу больших данных и машинному обучению. По результатам практического исследования будет выявлено, полезен ли курс анализа данных и машинного обучения, в частности, для школьников и их умственных способностей.
Ожидаемые результаты
Ожидается, что сравнение уровней критического мышления у учащихся до и после прохождения курса покажет значительное улучшение. Ожидается, что учащиеся, прошедшие курс, продемонстрируют более высокие результаты в следующих аспектах критического мышления:
— Умение формулировать и анализировать проблемы.
— Способность критически оценивать аргументы и доказательства.
— Навыки интерпретации данных и информации.
Также ожидается, что результаты исследования подтвердят гипотезу о том, что обучение анализу больших данных и машинному обучению способствует развитию критического мышления у школьников. Предполагается, что этот эффект можно будет объяснить тем, что работа с данными требует от учащихся применения логики, анализа и синтеза информации, что, в свою очередь, развивает их критическое мышление.
Предполагается, что результаты исследования будут согласовываться с предыдущими исследованиями, которые также показывали положительное влияние аналитических дисциплин на развитие критического мышления. Однако наше исследование впервые сосредоточится на анализе больших данных и машинном обучении, что является новым и актуальным направлением.
Основными ограничениями исследования могут стать небольшая выборка и ограниченное количество учебных занятий. В дальнейшем необходимо будет провести более масштабные исследования с участием большего числа школ и учащихся.
Для успешного внедрения анализа больших данных и машинного обучения в школьную программу рекомендуется разработка специализированных учебных материалов и методических рекомендаций для преподавателей. Также важно будет проводить регулярные тренинги и курсы повышения квалификации для учителей.
Дальнейшие исследования могут быть направлены на изучение влияния различных форматов обучения (кружки, факультативы, летние школы) на развитие критического мышления. Также важно будет исследовать долгосрочные эффекты обучения и его влияние на выбор карьерных путей учащихся.
Литература:
- Указ Президента Российской Федерации от 10 октября 2019 года № 490 (в редакции от 15 февраля 2024 года) «О развитии искусственного интеллекта в Российской Федерации» [Электронный ресурс]. — Ресурс доступа: http://www.coal.sbras.ru/wp-content/uploads/2024/02/Указ-Президента-РФ-от-10.10.2019-№ -490-ред.-от-15.02.2024_О-разв.-искусст.-интеллекта-в-РФ.pdf — (дата обращения: 20.06.2024)
- «A critical issue: assessing the critical thinking skills and dispositions of undergraduate health science students» [Электронный ресурс]. — Ресурс доступа: https://link.springer.com/article/10.1007/s44217–023–00044-z (дата обращения: 16.06.2024).
- «Развитие критического мышления в процессе обучения информатике» [Электронный ресурс]. — Ресурс доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/razvitie-kriticheskogo-myshleniya-v-protsesse-obucheniya-informatike (дата обращения: 10.06.2024).
- «Развитие критического мышления учащихся» [Электронный ресурс]. — Ресурс доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/razvitie-kriticheskogo-myshleniya-uchaschihsya (дата обращения: 10.06.2024).
- «Что такое критическое мышление и зачем его развивать» [Электронный ресурс]. — Ресурс доступа: https://education.yandex.ru/journal/chto-takoe-kriticheskoe-myshlenie-i-zachem-ego-razvivat (дата обращения: 01.06.2024).
