В России существует распространенная сеть курсов и кружков по робототехнике Например, московское отделение компании IBM в феврале 2019 г. запустило программу «Искусственный интеллект для школьников», в рамках которой учащиеся знакомятся с устройством роботов, возможностями машинного обучения и нейронных сетей. На этих занятиях школьники учатся применять знания физики, математики, информатики и биологии для понимания перспектив развития ИИ, что поможет им в будущем освоить новые профессии. URL: https://mel.fm/blog/lena- glazkova/58479-iskusstvenny-intellekt-detyam-pochemu-eto-vazhno/ (дата обращения: 22.05.2019)., преимущественно в системе дополнительного образования [14], а также издается и постоянно обновляется учебная литература по предмету (см., например, серию учебных пособий по робототехнике Д.Г. Копосова [5]).
Практические познания школьников о поисковых системах, обучающих компьютерных программах, технологиях компьютерного зрения, распознавании образов и речи, музыкальных и речевых синтезаторах, электронных переводчиках, интернете вещей и других виртуальных игрушках находятся, как правило, на бытовом, пользовательском уровне, а теоретический багаж в этих областях ограничивается сведениями о том -- и это объяснимо, -- что в подобные игрушки заложены алгоритмы управления, которые запускают процессы их работы в автоматическом режиме Нельзя не согласиться с мнением, что эти разработки относятся не к области ИИ, а к области так называемой искусственной комбинаторики, или псевдоискусственного интеллекта. URL: https://neuronus.com/stat/1341-iskusstvennyj-intellekt-kontseptsiya-razvitiya-i-vnedreniya- iskusstvennogo-intellekta-iskusstvennoj-analitiki.html (дата обращения: 22.05.2019)..
Тогда как при систематическом обучении, в основу которого положена ориентация на усвоение фундаментальных теоретических представлений и выработку практических решений, изучение основ и потенциала ИИ может быть предусмотрено в рамках как обязательных школьных предметов, так и элективных курсов. Это даст возможность познакомить учащихся с различными вариантами решения научно-технологических и гуманитарных проблем, получаемыми с помощью инструментов ИИ, то есть подготовить их к более детальному изучению технологий ИИ на ступени высшего образования, направлений и научных школ в этой области, что может быть востребовано в будущей профессиональной сфере.
Не лучше обстоят дела у наших зарубежных коллег. На основании детального обзора современных тенденций развития школьной информатики в России и в странах ближнего и дальнего зарубежья, сделанного автором самой популярной линейки учебников информатики для средней школы Л.Л. Босовой [3], можно прийти к заключению о том, что вопросам ИИ не уделяется должного внимания ни в школах наших ближайших соседей, ни в школах наших западных или восточных партнеров.
В обзоре [3] удалось найти две темы, в той или иной степени близкие к аспектам ИИ, -- интеллектуальный анализ данных и отчасти взаимодействие человека и компьютера, которые включены в круг задач ежегодного международного онлайн-конкурса по информатике Bebras (с литовского -- бобер), проводимого с 2013 г. для всех ступеней школьного образования по информатике и охватывающего учащихся из более полусотни стран мира. Специалисты считают, что содержательные области, в рамках которых страны-участницы могут предлагать конкурсные задания, отражают «консолидированный взгляд международного профессионального сообщества на то, каким должно быть современное образование школьников в области информатики и информационных технологий» [3: с. 29]. Из представленной тематики заданий, очевидно, что ИИ в будущем содержании школьного образования по информатике места пока не отведено. Тем не менее единичные сдвиги в этой области все же можно наблюдать. Вот лишь несколько примеров. В октябре 2018 г. одна из средних школ округа Монтур в штате Пенсильвания на северо-востоке США (David E. Williams Middle School. URL: https://davidewilliams.montourschools.com/) объявила о начале реализации программы по ИИ для учащихся средней школы. После обсуждения вопросов «Почему в средней школе?», «Зачем учить?», «Как учить?» и многих других в программу были включены следующие разделы: этика ИИ, автономные робототехнические системы, информатика интеллектуальных систем и музыкальные интеллектуальные системы (URL: https://www.gettingsmart. com/2019/01/an-inside-look-americas-first-public-school-ai-program/) До этого момента бытовало мнение, что детям достаточно заниматься только робототехникой и знать о том, что существуют автономно управляемые автомобили (URL: https:// www.youtube.com/watch?v=k1CBN-z1-mg (дата обращения: 22.05.2019). Робототехника как предмет школьной программы в течение ряда лет довольно успешно реализуется на начальной ступени в индийских школах, тогда как другие ветви ИИ индийским школьникам предстоит освоить в рамках элективного курса в ближайшее время в средней и старшей школе. Причем руководству школ предстоит решать самому, насколько выполнимой является подобная задача для их образовательного учреждения, поскольку считанное число.
В начале 2019 г. Центральный совет по среднему образованию Индии (CBSE -- Central Board of Secondary Education) одобрил план введения предметов по ИИ в учебную программу для 8, 9 и 10-х классов в более 20 000 средних школ и поручил соответствующим органам разработать решения по созданию необходимой инфраструктуры образовательных организаций (URL: https:// www.analyticsindiamag.com/ai-enters-indian-classrooms-schools-integrating-ai-in-curriculum-after-cbses-approval/). Программа была апробирована в одной из средних школ страны -- Heritage Experiential Learning School округа Гургаон в штате Харьяна, расположенном на севере страны.
В средних школах Китая -- одной из самых продвинутых стран мира в области изучения и внедрения ИИ -- со следующего учебного года предусматривается введение уроков по ИИ. Они будут проводиться по выбору учебной организации, учащихся и их родителей -- в рамках школьной программы или на факультативных занятиях. Проблема учебно-методического сопровождения курса решена издательством Восточно-китайского педагогического университета, выпустившим десятитомную линейку учебников по ИИ. Система была апробирована в средних школах Шанхая и показала позитивные сдвиги в освоении учащимися знаний и идеологии ИИ в рамках курса «Базовые знания по ИИ», для которого было создано первое в стране одноименное учебное пособие (URL: http://russian.people.com.cn/n3/2018/1128/c31521-9522703.html).
Очевидно, что проблема обучения основам ИИ в средней школе осознается в большинстве стран мира, однако не везде имеются ресурсы для ее решения: обоснованное содержание предметной области «Искусственный интеллект», программы обучения, материально-технологическое оснащение школ, квалифицированные педагоги, учебники и учебные пособия.
Цель настоящего исследования -- выработать рекомендации относительно целесообразности включения в один из курсов для средней школы (информатики или технологии) отдельных аспектов ИИ, доступных для понимания учащимися и представляющих для них определенный интерес -- актуальный или отложенный. Для этого предлагается провести анализ основных содержательных линий, относящихся к области ИИ, рассмотреть их представленность в научной и учебной зарубежной и отечественной литературе, оценить необходимость и возможность изложения аналогичных материалов в учебниках для профильных классов средней школы.
Обзор учебной и научной литературы по искусственному интеллекту. Кроме упомянутой выше линейки учебников технологии Д.Г. Копосова для 5-8-х классов системы основного общего образования «Робототехника» [5-8] в настоящее время существует единственный учебник информатики углубленного уровня для профильных 11-х классов И.А. Калинина и Н.Н. Са-мылкиной [4], в котором есть глава «Интеллектуальные алгоритмы и искусственный интеллект». Она состоит из пяти параграфов:
§ 9. Интеллект и его моделирование (Задачи ИИ. Тест Тьюринга. Интеллектуальные системы);
§ 10. Алгебра логики (Логические операции. Законы алгебры логики);
§ 11. Знания и их представление (Онтологии и их классификации. Модели знаний);
§ 12. Экспертные системы (Состав экспертных систем. Нечеткая логика);
§ 13. Самообучающиеся технические системы (Алгоритм APRIORI, Алгоритм CART) [4: c. 95-128].
Индийские школы имеют достаточные кадровые и материально-технологические ресурсы для реализации подобных программ, включающих создание простейших автоматизированных систем, изучение интернета вещей и больших данных.
Тщательно отобранный с содержательной и методической точки зрения, качественный и изложенный в доступной и соразмерной форме контент, включающий наиболее актуальные вопросы из области ИИ, делает этот учебник самым востребованным на сегодняшний день пособием для углубленного изучения информатики учащимися старшей школы.
К сожалению, нам не удалось отыскать ни в предметной области «Информатика», ни в предметной области «Технология» другие учебники или учебные пособия уровня средней школы, содержащие в каком-либо объеме информацию по ИИ, что еще раз поднимает вопрос о необходимости создания учебников для специализированного курса «Инженерные технологии» для профильных 10-11-х классов [9: с. 37], в которые можно было бы включить специальные разделы по ИИ, или отдельного учебника по ИИ. Эта задача представляется выполнимой, поскольку существует достаточно учебной литературы для студентов вузов, специалистов в области ИИ и педагогов, из которой можно было бы почерпнуть исходный материал для создания подобного курса, изложив информацию об ИИ с учетом знаний учащихся старших классов средней школы в области математики и информатики.
Среди отечественных учебников для вузов и научных публикаций можно назвать несколько наиболее удачных изданий. Прежде всего, это учебник «Основы искусственного интеллекта» Е.В. Боровской и Н.А. Давыдовой [2]. Первая глава книги знакомит читателей с содержанием научно-технологической области ИИ и направлениями ее развития; вводит понятия «данные» и «знания», описывает представление знаний в интеллектуальных системах; приводит материалы об экспертных системах (ЭС): их структуру, представление знаний в ЭС, особенности разработки и классификации ЭС, инструментальные средства и технологии разработки ЭС. Вторая глава посвящена методологии логического программирования -- императивного, объектно-ориентированного, функционального, логического, нейросетевого, программирования в ограничениях и программирования на языке Prolog. Третья глава предлагает информацию о нейронных сетях -- их структуре, применении и обучении. Четкая структурированность книги по главам, разделам и параграфам, емкие, простые заголовки и взаимосвязь между единицами учебной информации облегчают навигацию и усвоение учебного материала, что позволяет рекомендовать ее в качестве модели, образца будущего учебника по ИИ для средней школы.
В монографии А.В. Остроуха и Н.В. Сурковой «Системы искусственного интеллекта» [11] изложены концептуальные основы и методы представления знаний в системах ИИ, а также рассмотрены тенденции развития подобных систем. Книга охватывает следующие разделы:
Системы ИИ в инженерии знаний.
Методы представления знаний и решения задач в интеллектуальных системах.
Применение систем ИИ в профессиональной деятельности.
Технологии экспертных систем.
Нейросетевые технологии.
Интеллектуальные информационные системы и технологии на автомобильном транспорте (как пример применения ИИ в экономике).
Авторы рекомендуют книгу продвинутым специалистам в области ИИ, поэтому она может заинтересовать читателя своим нестандартным подходом и глубоким взглядом на проблемы ИИ. Тем не менее и учитель средней школы найдет в пособии полезную для своих учеников информацию, которую он сможет адаптировать к необходимому уровню их подготовки.
Заслуживает внимания учебник Л.Н. Ясницкого для высшей школы «Интеллектуальные системы» [16], в который также включена информация по основным направлениям ИИ: модели представления знаний, экспертные системы, классические и неклассические нейронные сети, их возможности и сферы применения, обучение нейронных сетей, прошлое, настоящее и будущее ИИ и интеллектуальных систем. Одна из глав учебника посвящена компьютерному творчеству -- в музыкальной сфере, поэзии и науке. В ней представлен материал, необычный для учебных изданий, но который может быть с интересом воспринят учащимися.
«Лекции по искусственному интеллекту», прочитанные академиком Г.С. Осиповым для студентов технических вузов [10], помимо широко освещенных в других источниках разделов по ИИ, включают методы моделирования рассуждений, планирования и моделирования целенаправленного поведения, автоматизации приобретения знаний, некоторые идеи машинного обучения и реляционно-ситуационный метод анализа текстов. Широта тематики, предложенная автором, позволяет учителю выбрать те аспекты изучаемой темы, которые будут наиболее полно способствовать актуализации знаний учащихся.
Для тех читателей, которые не прочь пофилософствовать на темы ИИ, можно рекомендовать монографию А.С. Потапова «Искусственный интеллект и универсальное мышление» [12]. Автор придерживается междисциплинарного направления в развитии ИИ с опорой на исследования из области гуманитарных дисциплин -- психологии, лингвистики, нейрофизиологии, философии, что необходимо для понимания проблем ИИ, если ставится задача создать с его помощью прообраз человеческого мозга. Особенно актуален такой подход, называемый антропологическим, для глубокого понимания методов поиска решения, представления знаний, машинного обучения и самоорганизующихся систем -- наиболее прорывных в настоящее время направлений работы ИИ. Ценность данного издания -- его доступность широкому кругу читателей.