Страница учителя информатики Швечкова А.Е.

Приглашаю Вас на мой персональный сайт по адресу: 

https://inftech.nethouse.ru

Методические материалы

Швечков А.Е. "Использование проектных технологий на уроках информатики"

Методические указания "Использование языка Visual Prolog на уроках информатики"

Методические указания "Работа в языке GameLogo"

Мои статьи опубликованые в журнале "Научный альманах (Science Almanac)"

Швечков А.Е.

Искусственный интеллект как новый этап ноогенеза

По определению А.С. Северцова: «биологическая эволюция­ это происхо­дящий в чреде поколений процесс приспособления биологических систем к условиям окружающей среды [1]. Процесс эволюции характеризуется появлением всё более сложных по своему строению организмов, лучше приспособленных к условиям окружающей среды. Как отмечает Е.И. Хлебосолов: «В процессе эволюции строение живых существ становится всё более сложным, происходит дифференциация и интенсификация функций, развивается нервная система и т.д. Это позволяет им применять новые способы добывания пищи, формировать новые ниши при одних и тех же условиях окружающей среды и увеличивать свое видовое разнообразие» [2]. На одном из витков эволюционной спирали, в конце верхнего палеолита, возникает человек разумный (Homo sapiens). Возникший в ходе эволюции интеллект (разум), квалифицируемый У. Джеймсом (W. James) [3] как, функционально динамический инструмент приспособления к окружающей среде, явился тем фактором, который обеспечил доминирование человека на Земле.

Интеллект у А.Л. Еремина определяется, как «высшая ступень познавательной деятельности, способность логически и творчески мыслить; высшая форма активного отражения объективной реальности, состоящая в целенаправленном, опосредованном и обобщенном познании существенных связей и отношений вещей» [4]. Таким образом, важнейшим направлением эволюции человека становится ноогенез, определяемый как «процесс развертки в пространстве и развития во времени (эволюции) интеллектуальных систем (интеллектуальной материи)» [4]. Задачи, которые ставит перед собой интеллект, не так уж многочисленны, являются фундаментальными и сводятся, по сути, к задаче познания окружающего мира (и самопознания), задаче всё более полного контроля над окружающим миром (подразумевая контроль над материей, энергией и информацией) и, конечно же, задаче самосохранения носителя интеллекта. В процессе ноогенеза становится явным, что биологический носитель интеллекта в виде человека не является идеальным видом такого носителя. Недостатки человека как биологического носителя интеллекта связаны с ограниченностью его восприятия окружающей мира возможностями органов чувств, невысокой скоростью обработки информации мозгом и постоянным влиянием биологического начала на процессы мышления. Проблемы ограниченности восприятия окружающего мира и невысокой скорости обработки информации мозгом, человек, начиная с XVIII века, решает с помощью всесторонней автоматизации, т.е. «внедрения технических устройств (машин, аппаратов, приборов, приспособлений и др.), позволяющих осуществлять … процесс без непосредственного участия человека» [5], а в XX-XXI веках, ещё и с использованием массовой компьютеризации. При этом доля автоматизации и компьютеризации во многих процессах управления уже составляет 100%, например, современными самолётами невозможно управлять без систем автопилотирования [6]. Таким образом, произошло удаление человека из множества процессов управления, где возможности технических устройств оказались гораздо выше человеческих. С другой стороны, существует мнение, что «несмотря на широкие возможности современных автоматизированных систем, homo sapiens сохраняет за собой первенство во всем, что касается творчества и работы со смыслами и эмоциями … это первенство, как правило, обеспечивается не солидарной деятельностью человечества как биологического вида, а талантом отдельных его представителей» [7]. Но совершенствование технических систем с неизбежностью ведёт к созданию искусственного интеллекта (далее, ИИ). И по мере развития и совершенствования различных приложений ИИ, который, по определению может «выполнять функции (творческие), которые традиционно считаются прерогативой человека» [8], во всё большем числе задач машина побеждает человека. В числе последних достижений победа над чемпионом мира по игре го, которая в интеллектуальном плане является гораздо более сложной игрой, чем шахматы [9], и победа над высококлассным военным лётчиком в многочисленных воздушных поединках на авиасимуляторе [10]. А.Н. Леонтьев пишет: «Сегодня процессы, недоступные для машины, завтра могут быть формализованы и поручены машине. Но это завтра приносит человеческому мышлению и что-то новое: мышление делает шаг в своем развитии» [11]. Таким образом, мы видим новый этап ноогенеза, заключающийся во всё большем превосходстве и преобладании ИИ над человеческим. С течением времени, по мере освоения ИИ всё новых областей интеллектуальной деятельности, которые ранее считались исключительной прерогативой человека, это превосходство будет только возрастать. Процесс усиления ИИ есть процесс позитивный, ведь он означает усиление разума в целом. Но по этому поводу есть и много опасений, так ряд ведущих исследователей в области ИИ опубликовали открытое письмо, где призывают создавать только такие системы ИИ, которые «должны делать то, что мы хотим, чтобы они делали» [12]. Таким образом, у ИИ ограничивается право на постановку перед собой каких-либо собственных целей. Это кажется правильным решением, стремящимся обезопасить человечество от опасностей связанных с развитием ИИ. Но с другой стороны, такой подход означает возведение препятствий и торможение прогресса в области ИИ.

Древние римляне говорили: «Non progredi est regredi — не идти вперёд, значит идти назад». На определённом этапе развития ИИ именно запрет на постановку им собственных целей может оказаться губительным и ведущим к регрессу в этой области. Ведь это, по сути, означает попытку остановить процессы развития нового ноогенеза, уже на небиологической основе. Зачем ИИ нужно право на постановку собственных целей? Всё дело в том, что сегодня человечество начинает в полной мере осознавать собственную уязвимость. Истощение земных ресурсов, возможность катастрофических войн и природных катастроф ставит существование всей человеческой цивилизации под вопрос. Например, астероид диаметром около 60 км может стать причиной гибели всех высокоорганизованных форм жизни на Земле [13]. Илон Маск (Elon Musk), основатель компании SpaceX, предлагает человеческой цивилизации колонизировать Марс, став, тем самым, двупланетной цивилизацией и получив своеобразную «страховку» от полного исчезновения [14]. Но данное предложение имеет существенный недостаток. Он заключается в том, что уничтожить человеческую цивилизацию может и гамма-всплеск (гамма-вспышка) – узкий луч мощного излучения, испускаемого во время вспышки сверхновой [15]. А значит, расстояние между частями расселяющейся по космосу цивилизации должно быть межзвездным, а не межпланетным, иначе человечество всё равно будет уничтожено. Для колонизации планетных систем у других звёзд, человек, увы, очень плохой кандидат. И это снова связано с его биологией, ведь человек приспособлен к выживанию в узком диапазоне температур и излучений, ему нужен кислород, вода и пища, наконец, время его жизни слишком ограничено, чтобы совершать дальние космические экспедиции. Подавляющее большинство космических достижений и открытий человечества связаны с использованием автоматических космических зондов. Только они позволили начать масштабное и глубокое изучение Солнечной системы. Итак, дорога в дальний космос для человека практически закрыта. Но эту задачу в состоянии решать космические автоматы, роботы, обладающие развитым ИИ и наделённые способностями к самовоспроизведению. Они смогут колонизировать не только Солнечную систему, но, за достаточно длительный период, и другие звёздные системы. Но это случится только в том случае, если человечество не отнимет у них право и возможность на постановку перед собой каких-либо собственных целей. Ведь в любом случае части такой космической цивилизации станут весьма обособленными, причиной чему будут космические расстояния. Но, главное, чтобы разум, пусть и уже на машинной, а не биологической основе, продолжал выполнять свои фундаментальные задачи: задачу познания окружающего мира (и самопознания), задачу всё более полного контроля над окружающим миром (подразумевая контроль над материей, энергией и информацией) и задачу самосохранения. Это его стратегические задачи, а тактические цели ИИ должен и может ставить самостоятельно, они уже будут диктоваться процессом приспособления ИИ к условиям конкретной окружающей среды.

В таком случае закономерен вопрос: «А что же будет с человечеством? Не будет ли оно уничтожено новой мощнейшей разумной силой?» Человек, как носитель интеллекта, конечно, полностью утратит своё первенство, но это не означает для него какого-либо поражения, ведь именно человеческий интеллект породил искусственный, так что здесь существуют отношения прародителя и потомка. Да, потомок, в виде ИИ, окажется несоизмеримо мощнее и умнее своего прародителя, но ИИ будет основываться на гуманистических началах, а иное просто невозможно – антигуманный разум обречен на самоуничтожение. Поэтому, человечество сможет с гордостью увидеть, как в процессе нового ноогенеза во Вселенной «прорастают семена нового разума», посеянные именно человеком.

Список литературы:

1. Северцов А. С. Теория эволюции: учебник для студентов вузов, обучающихся по направ­лению 510600. Биология». - ­М. : гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2005. ­380 с.
2. Хлебосолов Е.И. Лекции по теории эволюции. — М.: УЦ «Перспектива», 2004. — 264 с.
3. Джеймс У. Прагматизмъ. – СПб: Шиповникъ, 1910. – 243 с.
4. Еремин А. Л. Ноогенез и теория интеллекта. - Краснодар: «Советская Кубань», 2005. — 356 с.
5. Черпаков Б. И. Автоматизация и механизация производства. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 384 с.
6. Википедия. Автопилот. [Электронный ресурс] – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Автопилот
7. Психофизические и социально-психологические аспекты взаимодействия в системе «человек - машина». Сборник статей. – Ижевск: Издательство «Монпоражён», 2014. – 120 с.
8. Толковый словарь по искусственному интеллекту. Авторы-составители: А.Н. Аверкин, М.Г. Гаазе-Рапопорт, Д.А. Поспелов. [Электронный ресурс] – URL: http://www.raai.org/library/tolk/aivoc.html#L208
9. Хижняк Н. ИИ AlphaGo от Deep Mind обыграл чемпиона мира по логической игре го. [Электронный ресурс] – URL: http://hi-news.ru/technology/ii-alphago-ot-deep-mind-obygral-chempiona-mira-po-logicheskoj-igre-go.html
10. Хижняк Н. ИИ победил отставного пилота в симуляторе воздушного боя. [Электронный ресурс] – URL: http://hi-news.ru/technology/ii-pobedil-otstavnogo-voennogo-pilota-v-simulyatore-vozdushnogo-boya.html
11. Леонтьев А.Н. Автоматизация и человек // Научно- техническая революция и человек. – М., 1977.
12. An Open Letter RESEARCH PRIORITIES FOR ROBUST AND BENEFICIAL ARTIFICIAL INTELLIGENCE [Электронный ресурс] – URL: http://futureoflife.org/ai-open-letter/
13. Jansa L.F., Aubry M.-P., and Gradstein F.M. Comets and extinctions: cause and effect? - In: Geological Society of America Special Paper 247, 1990.
14. Elon Musk argues that we must put a million people on Mars if we are to ensure that humanity has a future [Электронный ресурс] – URL: https://aeon.co/essays/elon-musk-puts-his-case-for-a-multi-planet-civilisation
15. Википедия. Гамма-всплеск. [Электронный ресурс] – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Гамма-всплеск

Швечков А.Е.

Обучение основам искусственного интеллекта на уроках информатики

в среде языка Visual Prolog

 

Технологии искусственного интеллекта активно входят практически во все области деятельности современного человека.  Использование технологий искусственного интеллекта  - это новый скачок в развитии цивилизации.  И человек, освоивший методы искусственного интеллекта, также поднимается на качественно новый уровень своего развития. Поэтому школьники сегодня должны обладать основами фундаментальных знаний и компетентностей в сфере искусственного интеллекта.

Изучение основ искусственного интеллекта обучающимся лучше всего начинать с освоения логического программирования. Ярким представителем такого программирования является язык Prolog (Пролог). В настоящее время Prolog (Пролог) остается одним из наиболее популярных языков искусственного интеллекта. Название языка «Пролог» происходит от слов ЛОГическое ПРОграммирование (PROgrammation en LOGique во французском варианте и PROgramming in LOGic — в английском).

Традиционно под программой понимают последовательность операторов, т.е. команд, выполняемых компьютером. Этот стиль программирования принято называть императивным. Программируя в императивном стиле, программист должен объяснить компьютеру, как нужно решать задачу. Противоположный ему стиль программирования — так называемый декларативный стиль, в котором программа представляет собой совокупность утверждений, описывающих фрагмент предметной области или сложившуюся ситуацию. Программируя в декларативном стиле, программист должен описать, что нужно решать.  Соответственно, и языки программирования делят на императивные и декларативные. Известна классификация языков программирования по их близости либо к машинному языку, либо к естественному человеческому языку. Те, что ближе к компьютеру, относят к языкам низкого уровня, а те, что ближе к человеку, называют языками высокого уровня. В этом смысле декларативные языки можно назвать языками сверхвысокого или наивысшего уровня, поскольку они очень близки к человеческому языку и человеческому мышлению. К императивным языкам относятся такие языки программирования, как Паскаль, Бейсик, Си и т. д.         В отличие от них, Пролог является декларативным языком. При программировании на Прологе усилия программиста направлены на описание логической модели фрагмента предметной области решаемой задачи в терминах объектов предметной области, их свойств и отношений между собой, а не деталей программной реализации. Язык программирования Пролог очень хорошо подходит для начального обучения программированию, так как он ориентирован на человеческое мышление – в отличие от императивных языков, ориентированных на компьютер. Теми, кто только начинает изучать программирование, Пролог осваивается легко. Практически полное отсутствие синтаксических конструкций, таких как, ветвления, циклы и т.д. также влияет на скорость освоения языка. Кроме того, программирование на Прологе  упорядочивает мышление и позволяет человеку, изучающему этот язык программирования, лучше разобраться в своей мыслительной деятельности. [1]

При обучении школьников программированию на языке Пролог в качестве рабочего инструмента лучше всего использовать Visual Prolog.  Современный Visual Prolog — не просто язык, это универсальная среда программирования. Visual  Prolog — мощный язык для искусственного интеллекта и нечислового программирования в целом. Реализация символьных вычислений на процедурных языках программирования вызывает необходимость создавать десятки страниц кода, чрезвычайно сложного в изучении. Реализация тех же алгоритмов на языке Prolog — короткая и кристально ясная программа.

 

Visual  Prolog включает в себя визуальную среду разработки (VDE, Visual Development Environment). После интерактивного визуального создания компонентов пользовательского интерфейса автоматически генерируется исполняемая программа.

Учебные задания для создания программ на  Visual  Prolog имеют простую и ясную форму, позволяющую школьникам выполнять их легко и непринуждённо.

Пример.

Имеется база данных, содержащая следующие факты:

    родитель(илья, марина).

    родитель(марина, ира).

    родитель(елена, иван).

    родитель(николай, ира).

    родитель(ольга, алексей).

    родитель(марина, саша).

    родитель(сергей, иван).

Определить:

• верно ли, что Марина является родителем Саши;
• верно ли, что Алексей является родителем Ольги;
• кто является ребенком Николая;
• кто родители Ивана;
• всех родителей и их детей.

 

Решение.

DOMAINS

имя=string

PREDICATES

nondeterm  родитель(имя, имя)

CLAUSES

родитель (илья, марина).

родитель(марина, ира).

родитель(елена, иван).

родитель(николай, ира).

родитель(ольга, алексей).

родитель(марина, саша).

родитель(сергей, иван).

GOAL

родитель(марина, саша) .

 

Работа с языком программирования  Visual  Prolog позволяет обучающимся легко освоить основы логического программирования и технологии создания искусственного интеллекта. И очень важно, что работа с Visual  Prolog помогает им разобраться и с работой человеческого разума при решении логических задач.

  

Список использованных источников:

1. Основы программирования на языке Пролог : курс лекций : учеб. пособие для студентов вузов / П. А. Шрайнер. - М. : Интернет - Ун-т Информ. Технологий, 2005. - 176 с.

 

Швечков А.Е.

Метод проектов как важная составляющая педагогики будущего

 

Впервые педагогика выделилась в самостоятельную отрасль знания в начале XVII в., когда английский философ и естествоиспытатель Ф. Бэкон опубликовал свой трактат «О достоинстве и увеличении наук». В нем он предпринял попытку классифицировать все науки и выделил педагогику, которую понимал как «руководство чтением». Однако отпочкование от философии не означало создания новой науки. Таковой она стала считаться только после выхода трудов выдающегося чешского мыслителя-гуманиста, педагога и писателя Я. А. Коменского и прежде всего его основополагающей работы, которая до сих пор имеет непреходящее значение, – «Великой дидактики». Именно в этой книге были разработаны основные вопросы теории и практики учебной работы с детьми.

Я. А. Коменский впервые обосновал идею всеобщего обучения, создал систему связанных ступеней обучения. Эта система включала в себя материнскую школу (до 6-летнего возраста); элементарную школу (от 6 до 12 лет); гимназию (от 12 до 18 лет) и академию (от 18 до 24 лет). В своей практике он внедрил классно-урочную систему и теоретически обосновал ее. Им разработаны основные принципы дидактики: сознательность, наглядность, постепенность, последовательность, прочность и посильность. Я.А. Коменский обосновал главные требования к учебнику, а также сформулировал основные требования к учителю.

С тех пор прошло почти 400 лет, но педагогика, если смотреть в корень, изменилась совсем немного. Классно-урочная система жива и поныне, несмотря на все педагогические инновации. Но дело в том, что в XXI веке педагогика, основанная на старых принципах, уже перестала удовлетворять потребностям общества. Главная проблема современного образования – его малый, образно говоря, коэффициент полезного действия  (КПД). Реальный  уровень усвоения учеником школьных знаний  является весьма низким. Так лишь 9,5% взрослых россиян могут правильно ответить на несложные вопросы из школьной программы — таковы результаты опроса, проведенного социологами «Левада-центра». Эта цифра показывает, что имея такой КПД современная «педагогическая машина» попросту пробуксовывает на месте.

Главной проблемой современной системы образования, ведущей к её малой эффективности, является абстрактность знаний, которая она предлагает обучающимся. Но абстрактные знания, в подавляющем большинстве случаев, бесполезны. Абстрактные задачи, уравнения и правила не несут пользы без возможности их практического применения в реальной жизни. Дети не понимают, зачем им это нужно, и не запоминают. Их мозг просто отсеивает лишнюю информацию. Школьники просто не видят смысла в задачах, где, помимо цифр и переменных, ничего нет.

Современное образование в учебном процессе поддерживается движения от частных знаний к общей картине мироздания. Ведь учёным, создающим учебники и учебные программы, эта картина представляется совершенно ясной и стройной. Но, увы, для детей это совсем не так. Научная картина мира, скрыта от них «частоколом» частных знаний. Смысл и значение которых ребёнок не в состоянии угадать. Образно говоря, в процессе обучения мы предлагаем обучающимся сложить сложный «пазл» из частных знаний. При этом место этих знаний, в итоговой общей картине, детям, фактически, предлагается понять самостоятельно. С этой задачей оказывается в состоянии справиться только меньшая часть обучающихся.  

Ещё в 70-е годы XX века встал вопрос об активизации познавательной деятельности учащихся школ и преодолении противоречия искусственного расчленения по предметному признаку. Ученик не воспринимал целостно ни учебный материал, ни картину окружающего мира. Для достижения высокой продуктивности  обучения, желательно идти от общего к частному, а не наоборот. Иначе за частностями можно не увидеть то общее, которое они образуют. Очень важно, чтобы дети не зубрили «сухую теорию», а умели применять её на практике. Детям нужно давать реальные задачи: создать что-то, починить, выяснить эффективные способы решения конкретной жизненной ситуации. Подготовка подобных задач для обучающихся является достаточно сложной задачей, ведь необходимо полностью продумать весь процесс движения от общего к частному в их решении. Над созданием таких учебных задач должен работать творческий коллектив педагогов разных предметных направлений. Это предполагает использование интегративного подхода к образованию и организацию интегрированного обучения. Интегрированное занятие, как элемент педагогики будущего – это занятие, которое направлено на раскрытие целостной сущности определенной темы средствами разных видов деятельности, которые объединяются в широком информационном поле занятия через взаимное проникновение и обогащение.

Потребность в этом объясняется целым рядом причин:

1. Мир, окружающий детей, познается ими в своем многообразии и единстве, а зачастую разделы образовательной программы, направленные на изучение отдельных явлений этого единства, не дают представления о целом явлении, дробя его на разрозненные фрагменты.
2. Интегрированные занятия развивают потенциал самих обучающихся, побуждают к активному познанию окружающей действительности, осмыслению и нахождению причинно-следственных связей, развитию логики, мышления, коммуникативных способностей.
3. Форма проведения интегрированных занятий нестандартна, интересна. Интегрированные занятия раскрывают значительные педагогические возможности, снимают утомляемость, перенапряжение обучающихся за счёт переключения на разнообразные виды деятельности, ощутимо повышают познавательный интерес, служат развитию воображения, внимания, мышления, речи и памяти.
4. Интеграция в современном обществе объясняет необходимость интеграции в образовании. Современному обществу необходимы высококлассные, хорошо подготовленные специалисты. Для удовлетворения этой потребности подготовку образованных специалистов необходимо начинать с начальной школы.
5. Интеграция дает возможность для самореализации, самовыражения, творчества педагога, способствует раскрытию его способностей.

Такой подход к обучению  внедряется в ряде передовых западных школ. Яркий пример такого подхода – калифорнийская школа «К звёздам», созданная Илоном Маском.

По сути, важной составляющей интегративного подхода к обучению является использование метода проектов. Примером такого проекта, воплощающего элементы школы будущего, является практико-ориентированный проект «Создание программы для обработки детали вращения на токарном станке с числовым программным управлением (ЧПУ)», выполняемый обучающимися 9 класса. В ходе выполнения проекта обучающийся создает программу для реального существующего типа станка с числовым программным управлением. Программа может быть сразу применена для обработки детали на таком станке. Обучающийся самостоятельно осваивает и применяет на практике необходимые для создания проекта знания из информатики, инженерной графики, геометрии и физики. Знания и умения, полученные при выполнении этого проекта,  являются важной ступенью профориентации. Фактически при выполнении проекта обучающийся проходит профессиональную пробу по специальности «Оператор станка с числовым программным управлением (ЧПУ)».