Использование инструментов искусственного интеллекта на уроках математики

В статье автор исследует различные инструменты ИИ, которые можно применять на уроках математики. Целью работы является представление программ ИИ, которые позволяют учителю упростить процесс подготовки уроков и направить свой ресурс на повышение своей компетенции, а также анализ и обобщение результатов усвоения материала и подготовку школьников к олимпиадам.

Ключевые слова: математика, искусственный интеллект, учитель математики, ученик, инструменты ИИ.

В контексте современной цифровой среды актуальной является тема внедрения искусственного интеллекта (ИИ). Внедрение ИИ позволит значительно оптимизировать и улучшить процесс обучения. Искусственный интеллект способен заменить задачи, требующие интеллектуальных способностей человека. Ключевой технологией ИИ являются нейросети.

Учитель математики ежедневно сталкивается с большим количеством рутинной работы. Многие технологии ИИ созданы для упрощения и оптимизации работы учителя, поэтому сначала мы отметим преимущества использования нейросетей в преподавании математики:

1. Возможность персонализированного обучения: использование ИИ способствует внедрению индивидуальных образовательных программ для каждого ученика с учетом уровня знаний, способностей и темпа обучения. Каждая тема может быть разработана на нескольких уровнях. Сначала с помощью платформы «Цифровой учитель» можно пройти диагностический тест, позволяющий определить уровень владения предметом и задания, необходимые для самостоятельной работы. Учителю математики данный тест позволит обобщить общее представление о трудностях каждого ученика, необходимом уровне подачи материала и сложностях при его усвоении.
2. После диагностики требуется разработка адаптивных уроков, в которых учитывается анализ усвоения материала каждым учеником, поэтому ИИ может предложить им уроки и задания, соответствующие их потребностям. Данная задача позволит решить проблему разной успеваемости у обучающихся, проанализирует результаты их деятельности.

Такие программы, как DreamBox или Knewton, позволяют собрать данные о том, сколько времени ученики решают ту или иную задачу, какой именно пример вызывает наибольшие трудности, на каком этапе возникают сложности у каждого ученика. Данные материалы обобщаются при анализе каждого ученика, их можно обобщить и проанализировать для подготовки к уроку, объяснения нового материала на разборе предыдущих ошибок. Кроме этого, ИИ способен предлагать ученику подобные варианты с заданиями для понимания и закрепления изученного. В итоге, ученики могут проработать сложные задания, повторно решить примеры, а учитель получить обобщенные отчет о работе всего класса и индивидуальным показателям каждого ученика. Учитель обобщает эти сведения при подготовке контрольных работ и итоговых рекомендаций.

3. ИИ способен оптимизировать ежедневные действия учителя, освобождая от написания ежедневного написания конспектов уроков [4, с. 71]. Это необходимо при составлении интегрированных уроков. Здесь учитель может задать определенные параметры, решить задачу на русском и английском языке, адаптировать решение задачи для другой культуры. ИИ не только подберет задания, но и аудио- и видеоматериалы, которые позволят заинтересовать обучающихся.

Исследователи Н. И. Морозова и Е. А. Ракова выделяют следующие возможности использования нейросетей на уроках математики:

1. Распознавание образов геометрических фигур с определением их параметров для расчета площадей и периметров. Это необходимо в старших классах для различения краев и контуров, углов и линий, нахождения пропорций и симметрии. Данные программы помогают в решении задач, распознавании лиц, медицинской диагностике. Геометрия с использованием ИИ также интересна и при выборе профессии будущих специалистов.
2. Обобщение аналитических данных при работе с поиском закономерностей при изучении математических концепций. В число подобных задач могут войти задания из сборников по углубленному курсу для подготовки к олимпиадам и экзаменам в вуз: нестандартные текстовые задачи, рациональные и иррациональные уравнения и неравенства и др. [2, с. 95]. Здесь учитель может определить будущих талантливых математиков для подготовки к Олимпиадам.
3. Создание интерактивных заданий для решения математических задач всех уровней с целью повышения мотивации к обучению и уровня вовлеченности в урок. Некоторые игровые задания не только позволяют по-новому посмотреть на материал обучения, но также является помощником учителю при подготовке интересного и современного урока.
4. Автоматическое создание задач всех уровней для того, чтобы ученики смогли проверить свои знания. Здесь учитель может не беспокоиться при проведении контрольных работ, программа ИИ увидит переписанные материалы, обращения из интернета.
5. Автоматическое распознавание рукописного текста, что значительно облегчит учителю проверку тетрадей. Такое нововведение позволит учителю сократить время на проверку тетрадей и направить его на повышение своей категории, улучшении профессиональных успехов, внедрению новых конспектов.
6. Создание готового урока согласно ФГОС с возможностью интегрированных занятий: математика и английский, математика и литература [3, с. 563]. Готовые уроки также помогают учителю направить свои ресурсы на анализ полученных материалов и выявление обобщенного портрета класса, выделение талантливых учеников, которые способны представлять школу на Олимпиадах.

Кроме этого, при подготовке домашних заданий по математике может быть использована программа Merlin AI, позволяющая объяснить понятия, помочь посчитать примеры. В этой программе можно создать и распространить миниатюрные видео с построением функций и графиков с возможностью изменения параметров, улучшить качество работы над школьным проектом, предложить новые направления развития, создать уникальные тексты, а также помочь в подготовке к ЕГЭ [5, с. 128].

В приложении Wolfram|Alpha можно не только посмотреть решение задач, но и понять, почему получился именно этот ответ. Таким образом, приложение Wolfram|Alpha является индивидуальным репетитором для учеников, не имеющих возможность попросить помощи в подготовке домашнего задания. Кнопка «показать шаги» помогает учителю разбить решение задачи на этапы, не усложняя механизм пути к ответу. Приложение Socratic или MATHia позволяют школьникам проанализировать выполненное домашнее задание, предоставить пошаговое разъяснение решения каждой задачи и дать подсказку, где именно допущена ошибка [1, с. 564]. Это репетитор, который онлайн может помочь обучающимся в старших классах самостоятельно понимать материал, разбирать трудности в понимании абстрактных концепций.

В работе П. В. Четырбок и М. А. Шостак анализируются возможности использования ИИ при дистанционном обучении математики. Исследователи предлагают применять программу Stepik, позволяющую анализировать уровень знаний каждого обучающегося и возможности решения задач разного уровня. Создание адаптивных тестов направлено на определение скорости усвоения материала и возможности решения логических задач [6, с. 70].

Таким образом, современные нейросети позволяют учителю сократить время на подготовку конспектов и проверку тетрадей и направить его на развитие своих профессиональных качеств, индивидуальную помощь каждому ученику, составление обобщенного портрета класса, а также улучшение преподавания отдельных тем. Таким образом, современные нейросети — это творческие коллеги, репетиторы и помощники, позволяющие улучшить и найти новые материалы к каждому уроку.

1. Бабурчина А. И. Использование ИИ в преподавании математики для школьников среднего и старшего звена // Международный научный журнал «Вестник науки». — Сентябрь, 2024. — Т. 5. — № 9 (78). — С. 553–579.

2. Математика. Сборник задач по углублённому курсу: учебно-методическое пособие / Б. А. Будак [и др.]; под ред. М. В. Федотова. — 3-е изд. (эл.). — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. — 329 с.

3. Морозова Н. И., Ракова Е. А. Использование элементов искусственного интеллекта на уроках математики // Устойчивое развитие социально-экономических процессов в условиях цифровой трансформации современного общества: Сборник научных статей по материалам Международной научно-практической конференции. Ставрополь, 2024. — С. 562–566.

4. Павлинская В. Э. Использование искусственного интеллекта на уроках математики // Научный альманах. — 2023. — № 10–1 (108). — С. 71–72.

5. Черепанова К. Г., Новикова О. В., Мореншильдт И. К. Место и роль искусственного интеллекта на уроках математики // Молодой ученый: международный научный журнал. — 2023. — № 45 (492). — С. 127–128.

6. Четырбок П. В., Шостак М. А. Возможности использования искусственного интеллекта для дистанционного обучения на уроках математики // Математический талант и математическое образование: материалы IV Всероссийской научно-практической конференции. Майкоп, 2023. — С. 69–72.