Робототехника — одновременно и наука, и предмет, и метод обучения



В статье автор раскрывает понятие термина и анализирует возможности использования робототехники как одного из методов инновационного преподавания различных дисциплин.

Ключевые слова: робототехника, образование, нейронные сети.

Раньше мы думали, что только люди могут делать целую кучу вещей: играть в шахматы, управлять транспортным потоком, сочинять музыку, создавать произведения искусства, писать истории и т. д. Сегодня у нас есть искусственный интеллект, который способен делать все это, и эти системы искусственного интеллекта совершенствуются с экспоненциальной скоростью.

Рассмотрим систему Google Deep Dream, которая может создавать произведения искусства. Это программа, которая настраивает изображение, чтобы стимулировать возможности распознавания образов глубокой нейронной сети. Запустив программу распознавания образов в обратном направлении, Deep Dream смогла генерировать фантасмагорические пагоды, психоделических собак, растения инопланетного вида и так далее — изображения, которые выглядели навязчивыми и галлюцинаторными и немало сбивали с толку, когда мы понимаем, что ни один человек не программировал эти системы для создания произведений искусства, и мы слабо представляли, как работает система делал это.

У нас также есть системы глубокого обучения для сочинения музыки. AIVA (Виртуальный художник с искусственным интеллектом) — это система, которая сочиняет музыку для фильмов. Недавно группа выпустила свой первый альбом “Genesis” и официально стала первой A. i., получившей статус композитора во всем мире. Он даже был зарегистрирован в обществе защиты авторских прав Франции и Люксембурга (SACEM), и его работа защищена авторским правом от его собственного имени. Музыка, сочиненная Айвой, просто не может быть идентифицирована как созданная нечеловеческим разумом. Заглавный трек с альбома возвышенный и глубоко трогательный. Трудно поверить, что «нечеловек» мог создать нечто настолько мощное и эмоционально трогательное. Вы должны услышать это, чтобы поверить в это. И как только вы это сделаете, это потрясет вас до глубины души.

В Китае Baidu является крупнейшей поисковой системой. Их Baidu A. i. composer теперь использует крупнейшую в мире нейронную сеть для создания оригинальной музыки, вдохновленной искусством. Используя программное обеспечение для распознавания изображений, система сканирует различные художественные изображения и идентифицирует различные элементы картины: объекты, цвета, обстановку и т. д. Анализируя теги, которые люди использовали для каждой картины, система также может связать тон и настроение с каждой картиной. Затем система глубокого обучения Baidu подключается к базе данных музыкальных композиций, которые разделены на музыкальные единицы и детализированы в зависимости от настроения и эмоций, которые они вызывают. Затем система A. i. composer переосмысливает элементы изображения в виде серии нот, объединяет музыкальные фрагменты в зависимости от настроения изображения и в конечном итоге создает уникальную и оригинальную мелодию.

Итак, главный вопрос — срочный и насущный вопрос, на который должны ответить те из нас, кто работает в сфере образования, заключается в следующем: если Искусственный интеллект настроен делать все эти замечательные вещи, которые, как мы привыкли думать, могут только люди, тогда какова цель образования и на чем должны сосредоточиться школы из будущего быть? А как насчет роботов?

Что такое робототехника?

Очень просто, робототехника — это отрасль искусственного интеллекта, которая занимается практическим использованием роботов. Анализируя, что такое образовательная робототехника, в первую очередь следует знать, что слово «робот» восходит к 1921 году, когда чешский писатель Карел Чапек ввел термин для своего романа R. U. R. (Универсальные роботы Россум) [1].

Это отрасль технологии, в которой происходит слияние инженерии, вычислительной техники, математики и естественных наук. Автору научной фантастики Айзеку Азимову приписывают первое использование слова «робототехника» в рассказе 1940 года

Как это изменит способ обучения учеников?

— Робототехника в настоящее время является информационной технологией, и, как и все информационные технологии, она растет экспоненциальными темпами.

— Робототехника является важной частью образования STEAM, которому уже уделяется большое внимание во многих прогрессивных школах.

— Новый акцент на робототехнике и STEAM поможет воспитать студентов, склонных к творческим инновациям.

— По мере того, как мир становится все более цифровым, кодирование и программирование (которые являются неотъемлемой частью робототехники) будут все чаще становиться ключевыми элементами того, что изучают студенты.

— Робототехника также помогает привнести элемент игры в обучение.

— Движение создателей является неотъемлемой частью продвижения инноваций в школах. Робототехника играет жизненно важную роль в движении создателей, позволяя студентам учиться в сотрудничестве и сосредоточившись на решении практических проблем, стоящих перед человеческим обществом.

— Медиа-лаборатория Массачусетского технологического института рассматривает кодирование как новую грамотность. От студентов все чаще будут ожидать, что они будут создавать и проектировать, используя навыки программирования.

Что мы должны ожидать увидеть в школах в ближайшем будущем?

— Повышенное внимание к кодированию и программированию

— Больше лабораторий STEM/STEAM

— Акцент на производственных пространствах

— Меньше внимания уделяйте предметному содержанию и больше внимания решению реальных проблем.

— Повышенный акцент на кодировании для 3D-принтеров

— Робототехника в ближайшем будущем станет такой же важной и повсеместной, как ИКТ в последние годы.

— Учителя будут сосредоточены на повышении квалификации самих себя (даже учителей, не являющихся STEM).

В каких предметах робототехника будет наиболее полезна?

— Особенно по предметам STEM (с удивительно юного возраста — возможно, даже у студентов начальной ступени).

— Но в зависимости от креативности и воображения учителя и плана урока, он может быть использован также в области искусства и гуманитарных наук.

Робототехнику можно использовать двумя способами:

1) как самостоятельный предмет

2) как инструмент для преподавания других предметов

Как робототехника может помочь этим детям с особыми потребностями?

Введение элемента игры полезно при работе с учащимися с особыми потребностями. Такие ресурсы, как наборы Lego Mindstorm, делают обучение увлекательным, но также учат студентов критическому мышлению, совместной работе, решению проблем и творчеству.

Повлияет ли это на то, как дети взаимодействуют, и потенциально помешает общению?

Нельзя ожидать, что студенты будущего будут общаться так, как мы это делаем сегодня. Трудно однозначно сказать, так или иначе, будет ли робототехника способствовать социальным коммуникациям или препятствовать им.

Но мы можем с уверенностью сказать, что дети будущего будут общаться по-другому (как и все поколения по сравнению со своими предшественниками: поколение после изобретения папирусов отличалось от поколения, читавшего книги, которое, в свою очередь, отличалось от поколения, читавшего с помощью компакт-дисков, Kindles, планшетов и мобильные телефоны.)

Как будет развиваться робототехника с течением времени — в ближайшие 10 лет или около того?

— Робототехника и искусственный интеллект будут все больше дополнять друг друга.

— Постоянно растущее число рабочих мест будет передано ИИ или автоматизировано роботами.

— Это не будет тот случай, когда мы будем против них. Люди будут когнитивно синхронизироваться со своими роботами, чтобы сформировать человечество 2.0

— Новая компания Илона Маска NeuraLink стремится создать прямой интерфейс между людьми и компьютерами [2]. Это потенциально может иметь огромные последствия для будущего нашего вида.

— Рэй Курцвейл, основатель Университета Сингулярности и директор инженерного отдела Google, предсказывает, что в ближайшее десятилетие мы будем обладать вычислительной мощностью, в триллионы раз превышающей мощность человеческого мозга [3]. Эта вычислительная мощность в сочетании с искусственным интеллектом и робототехникой изменит человеческое общество так, как мы пока не можем себе представить. (Точно так же, как создатели Интернета не могли себе представить мир YouTube, Facebook, Twitter и вездесущего Wi-Fi).

Станет ли робототехника неотъемлемой частью дальнейшего обучения?

— Обучение робототехнике сыграет важную роль в продвижении инноваций.

— Робототехника в сочетании с виртуальной и дополненной реальностью будет играть все возрастающую роль во всех отраслях промышленности, особенно в образовании, медицине, военном деле и освоении космоса.

— Робототехника связана с критическим мышлением, сотрудничеством и решением проблем — важными навыками 21 века, которые будут применимы ко всем отраслям промышленности.

Вычислительное мышление

Проще говоря, вычислительное мышление — это мыслительные процессы, участвующие в формулировании проблемы и генерировании ряда решений таким образом, чтобы они были понятны людям или компьютерам.

Развитие знаний и склонностей, необходимых для понимания и создания с помощью вычислительного мышления, в настоящее время является императивом 21-го века. С триллионами сетевых микрочипов, преобразующих нашу жизнь, образование никогда не было более важным для нашего будущего. Сегодняшним студентам нужно нечто большее, чем просто “кодировать” на уроках; им необходимо постоянно использовать вычислительное мышление, чтобы вдохновлять любопытство, воображение, игру, изобретательство и созидание.

Продвигаясь вперед в XXI веке, нам недостаточно научить детей программировать. Мы должны сосредоточиться на процессе мышления, лежащем в основе кодирования, который будет иметь широкомасштабные последствия и далеко идущее воздействие на все аспекты жизни и общества.

Краеугольные камни вычислительного мышления:

В своей самой базовой форме вычислительное мышление представляет собой итеративный процесс, основанный на трех этапах: формулировка проблемы (абстракция); Выражение решения (автоматизация); Выполнение и оценка решения (анализ).

Вычислительное мышление используется для создания программ; однако оно также может быть использовано для решения целого ряда проблем в разных дисциплинах. Однако, прежде чем мы будем использовать компьютеры для решения проблемы, мы должны понять саму проблему и определить способы, с помощью которых она может быть решена. Методы вычислительного мышления помогают в решении этих задач.

Для этого обычно считается, что вычислительное мышление состоит из четырех краеугольных камней:

1. Декомпозиция: разбиение сложной проблемы или системы на более мелкие, более управляемые части.
2. Абстракция: сосредоточение внимания на важной информации; игнорирование несущественных деталей.
3. Распознавание образов: поиск сходства между проблемами и внутри них
4. Алгоритмы: Разработка пошагового решения проблемы.

Важно, чтобы учащимся предоставлялась возможность оттачивать свои навыки вычислительного мышления даже за пределами урока информатики или ИКТ. Один из способов сделать это — пересмотреть учебную программу и определить возможности для привития вычислительных навыков.

Литература:

1. Vibornov S. A. Educational robotics and its implementation in the educational process //Galaxy International Interdisciplinary Research Journal. — 2022. — Т. 10. — №. 10. — С. 140–146.
2. Сироткина И. Е. Чипирование, протезирование, киборгизация: комментарии к проекту Илона Маска Neuralink. — 2021.
3. Курцвейл Р. Эволюция разума, или Бесконечные возможности человеческого мозга, основанные на распознавании образов. — Litres, 2018.