Demers de oficializare a ONIA, Olimpiada Națională de Inteligență Artificială, anul școlar 2024-2025

Articolul conține în mare parte elemente din regulamentul noului concurs de inteligență artificială și scrisoarea de motivație adresată Ministerului Educației din România.

După un an în care am experimentat înscrierea la IOAI, selecția elevilor, pregătirea, participarea… am adresat Ministerului Educației solicitarea de oficializare a unei noi olimpiade pe care noi o considerăm foarte necesară și în pas cu tendințele de stimulare a performanțelor în AI din toată lumea. Iată argumentele noastre:

1. Pătrunderea Inteligenței Artificiale (IA) în toate domeniile vieții sociale, economice, practice, inclusiv în educație.

2. Strategia națională în domeniul in­­teligenței artificiale 2024-2027, bazată pe strategia europeană în domeniul IA.

3. Existența cursului opțional de „In­­troducere în învățarea automată ca ra­mură a inteligenței artificiale“, aprobat prin Ordin nr. 4049 din 14.06.2022.

4. Participarea României la două olimpiade internaționale: la Burgas, Bulgaria (august 2024), și la Riad, Arabia Saudită (septembrie 2024) și obținerea unor rezultate excelente (6 medalii).

5. Experiența acumulată în pregătirea și selecția loturilor naționale care ne-au reprezentat la olimpiadele internațio­nale. Selecția a fost realizată din cei 120 de elevi înscriși.

6. Pregătirea a peste 150 de profesori în domeniul IA, prin cursuri acreditate susținute de CCD-Brăila și UPIR.

7. Interesul profesorilor pentru stimularea performanței în domeniul IA, dar și solicitările elevilor pentru cursuri opționale de profil.

8. Platforma de pregătire https://pyml.ro realizată cu sprijin tehnic din partea unor cercetători de la Google DeepMind și Asociația Română pentru Inteligență Artificială (ARIA).

9. Un site dedicat olimpiadei – https://olimpiada-ai.ro – unde elevii pot accesa resurse și se vor putea înscrie.

10. Un colectiv științific și tehnic care propune și evaluează subiecte format din cadre didactice universitare din marile universități din România.

Regulamentul propus are elemente comune tuturor olimpiadelor, dar mai ales trăsături caracteristice algoritmilor ML în conceperea structurii subiectelor de concurs:

• Programare în limbajul Python;
• Construcția unor algoritmi care să rezolve probleme specifice AI: recunoașterea/procesarea de imagini, procesare text, procesarea datelor în scopul emiterii unor decizii cât mai aproape de situații favorabile (exemplu: diagnostic și decizii de tratament, nivel de cunoștințe și decizii remediale… etc.). Mai pe scurt, clasificare, predicție, învățare automată.

Iată spicuiri din regulamentul propus spre aprobare ministrului Educației:

(1) Olimpiada de Inteligență Artificială este organizată de Ministerul Educației (ME) în parteneriat cu Universitatea din București (UB), Uniunea Profesorilor de Informatică din România (UPIR), denumită în continuare olimpiada.

(2) Site-ul web al OIA este găzduit de comisia tehnică a olimpiadei și este accesibil la adresa olimpiada-ai.ro, în continuare denumit site-ul olimpiadei.

(1) Olimpiada de Inteligență Artificială are etapele prevăzute în Metodologia-­cadru. Prezentul regulament are în vedere etapa județeană/a sectoarelor Municipiului București, etapa națională și barajele de selecție a loturilor naționale.

(2) Participarea la olimpiadă este deschisă tuturor elevilor de nivel liceal, din clasa a IX-a, a X-a, a XI-a, a XII-a, este opțională și individuală. La etapele superioare ale olimpiadei nu pot fi înscriși elevi care nu au participat la etapele an­terioare. Olimpiada se organizează în 2 secțiuni: clasele IX-X și clasele XI-XII.

Programa pentru Olimpiada de Inteligență Artificială Liceu (etapa județeană, etapa națională, baraje de selecție a lotului național)

Clasele IX-XII

1. Utilizarea limbajului Python

• Tipuri de date;
• Structuri liniare, repetitive și de decizie;
• Tablouri bidimensionale și liste;
• Funcții;
• Clase;
• Citire, prelucrare și afișare: fișiere text, fișiere tip csv, imagini.

2. Elemente de bază în Inteligența Artificială

• Terminologie: învățare supervizată (supervised learning), învățare nesupervizată (unsupervised learning), clasificare (classification), regresie (regression), clustering, reducerea dimensionalității (dimensionality reduction);
• Matrici: acuratețe, recall, precizie, scor F1, matrice de confuzie, funcții de loss, MSE, MAE, MAPE, logaritmică, cross-entropy;
• Feature engineering, antrenare (training) și fine-tuning.

3. Învățare Automată (Machine Learning)

• Modele liniare: Linear regression, Logistic regression;
• Algoritmi probabilistici: Naïve Bayes, Gaussian mixture model;
• Clustering: K-nearest neighbors (kNN), K-means;
• Arbori de decizie (Decision trees).

4. Procesare de text (Natural Language Processing)

• Procesare de text;
• Word Embeddings: Bag of Words (BOW), Term Frequency-Inverse Document Frequency (TF-IDF).

5. Procesare de imagini (Computer Vision)

• Procesare de imagini;
• Augmentarea datelor.

Doar pentru etapa națională

Învățare Automată (Machine Learning)

• Encoding techniques: One-hot encoding, Dense vectors;
• Procesarea datelor: normalizare (normalization), scalare (scaling);
• Reducerea dimensionalității (Dimensionality reduction): Principal Component Analysis (PCA), Linear Discriminant Analysis (LDA), Generalized Discriminant Analysis (GDA), Uniform Manifold Approximation and Projection (UMAP);
• Ensemble methods: Random forest, boosting, bagging, voting;
• Kernels: Support vector machines (SVM), Ridge, Perceptron.

2. Procesare de text (Natural Language Processing)

• Contextual word embeddings: Word2Vec, FastText, GloVe.

3. Procesare de imagini (Computer Vision)

• Rețele neurale convoluționale (Convolutional Neural Networks – CNN).

Configurația calculatoarelor de concurs

1. Sistemul de operare. La etapa ju­dețeană și la etapa națională, pe stațiile concurenților se va utiliza numai sistemul de operare Windows.

2. Mediul de programare. La etapa județeană și la etapa națională, la ambele secțiuni, pe stațiile concurenților va fi utilizat JupyterLab. Mediul complet de programare, incluzând lista de pachete software permise, specificațiile minime de hardware necesare și o modalitate de a configura automat calculatoarele va fi transmis inspectoratelor județene de către comisia tehnică.

3. Interpretorul va face parte din configurarea automată a calculatoarelor și va fi setat pe standardul Python 3.11.

4. Browserul face parte din configurarea automată a calculatoarelor și va fi Mozilla Firefox.

Note

• Barajele de selecție a lotului național vor include programele pentru clasele IX-XII.
• Pentru barajele de selecție a echipelor reprezentative ale României vor fi abordate teme suplimentare.

Îndrumare pentru pregătire

• Platforma de evaluare va fi dispo­nibilă pe parcursul anului pentru a facilita familiarizarea elevilor cu formatul concursului. Recomandăm concurenților să își creeze cont și să rezolve problemele puse la dispoziție până la data olimpiadei.
• O serie de materiale de pregătire pentru toate etapele va fi disponibilă pe olimpiada-ai.ro, secțiunea „Resurse“.

(1) Înscrierea elevilor pentru etapa județeană/a sectoarelor Municipiului București a olimpiadei se face prin platforma de concurs, de către fiecare elev, individual. Datele persoanelor înscrise vor fi ulterior validate și corectate la nivel de școli/inspectorate școlare.

(2) Selecția elevilor care îndeplinesc criteriile de participare pentru etapa na­țională a Olimpiadei de Inteligență Artificială se face automat, după validarea re­zultatelor la etapa anterioară.

(3) Selecția pentru lotul național se face automat, pe baza rezultatelor la etapa națională a olimpiadei.

Probele de concurs vor fi teoretice si practice. Subiectele teoretice vor fi teste grilă care vor verifica atât cunoștințe, dar și analiza în scopul implementării a unor probleme specifice AI.

Probele practice vor consta în rezolvarea unor probleme specifice învățării au­tomate (ML) și emiterea unor decizii optime după analiza unor seturi de date legate de practica recunoașterii de imagini, diagnostice, anilză de cuvinte/text etc.

Pentru pregătire, concurenții au la dispoziție platforma www.pyml.ro dezvoltată de Asociația Română de Inteligență Artificială, UPIR, specialiști Bit­defender și, nu în ultimul rând, de Vlad Tudor, coordonatorul proiectului pytonistii.ro.

De asemenea, UNIBUC pune la dispoziție cursuri de pregătire susținute de asistenți și profesori de la Catedra de Informatică și Matematică. În același timp, vor participa la proiect cadre didactice universitare din marile centre Iași, Cluj, Timișoara.

(1) Soluția unei probleme este compusă din două componente:

• un fișier, de regulă de tip csv, cu răspunsul problemei curente, în formatul din enunț;
• codul Python care a produs acest fișier.

(2) Soluția fiecărei probleme va fi transmisă prin intermediul platformei de concurs în cadrul secțiunii specifice. Soluțiile care nu au fost trimise prin platformă nu vor fi luate în considerare.

(3) Pentru fiecare soluție trimisă, elevul va primi un punctaj provizoriu din partea platformei. Având în vedere faptul că evaluarea este automată, concurenții trebuie să respecte cu strictețe restricțiile și precizările indicate în enunțul pro­blemei.

(4) Pe parcursul desfășurării probei fiecare concurent are dreptul să trimită un număr limitat de soluții pentru fiecare problemă. Soluțiile vor putea fi trimise la un anumit interval de timp. Intervalul minim de timp între trimiterea succesivă a două soluții, precum și numărul limită de soluții se stabilesc de comisia științi­fică și se comunică concurenților odată cu primirea subiectelor de concurs.

Ce previziuni avem legat de participare?

Din experiența anului anterior știm că vom avea minim 10 elevi pe județ sau sector al Capitalei, deci la etapa județeană/zonală vor fi cca. 450 de elevi ce vor susține probele din laboratoare dedicate în județe, respectiv în centre configurate conform condițiilor tehnice ale con­cursului.

La etapa națională vor fi selectați 120-130 de elevi care vor susține concursul în București apoi, în anii următori, în centrele universitare din Timișoara, Iași, Cluj, Craiova, Brașov.

Calificarea la etapa națională se realizează conform următoarelor criterii:

(1) Scorul minim de calificare la etapa națională este de 40% din punctajul total.

(2) Pentru etapa națională a olimpiadei se atribuie câte un loc pentru fiecare secțiune (IX-X și XI-XII) fiecărui inspectorat școlar județean (IȘJ) și fiecărui sector al Inspectoratului Școlar al Municipiului București.

(3) Pentru distribuirea locurilor suplimentare și redistribuirea locurilor de la pct. (2) rămase neocupate se realizează un clasament național al concurenților pe secțiuni și se vor alege în ordinea descrescătoare a punctajelor primii concurenți care nu s-au calificat direct, până la un număr de maxim 70 de elevi pe secțiune.

(4) În cazul în care într-o secțiune rămân locuri neocupate, Comisia centrală poate alege să micșoreze pragul de trecere pentru secțiunea respectivă sau să redistribuie locurile celeilalte secțiuni pe baza clasamentului național pe liceu.

Selectarea echipei reprezentative a României care va participa la competi­țiile internaționale se realizează conform următoarelor criterii:

(1) Elevii calificați în lotul național vor participa la etapa de pregătire organizată în județul desemnat, unde vor susține probele de baraj.

(2) Clasamentul se realizează pe baza punctajelor obținute de la fiecare dintre probele de baraj. Pe baza acestor clasamente se vor stabili reprezentanții României la competițiile internaționale.

(3) Pentru competițiile internaționale la care există criterii speciale de selecție sau participare, dacă din concurenții care compun lotul nu poate fi selectată complet echi­pa națională, atunci aceasta va fi completată cu concurenți din afara ­lotului, care îndeplinesc criteriile speciale ale competiției, în ordinea din clasament la selecția pentru lot.

Care este „output-ul“ acestui concurs nou, modern, de mare interes pentru elevii noștri curioși și creativi din liceele românești?

• Generarea unei mișcări de masă prin cluburile create în școli în care activează elevi pasionați de programare pentru Mashine Learning (învățarea automată), de implementare IA în practică.
• Creșterea comunității de profesori care abordează IA în curriculum. Extinderea programului de pregătire a acestora în cadrul unor sesiuni/cursuri de mai mare întindere aducătoare de credite profesionale (e.g. programul de pregătire oficializat, CCD-Brăila cu UPIR).
• Dezvoltarea de programe noi, accesibile atât pentru liceu, cât și pentru școala generală.
• Atragerea de specialiști din industria IT și servicii care să colaboreze cu școala pentru proiecte de eficientizarea actului didactic prin folosirea IA.

Dar să întrebăm și robotul

Ce știi despre competițiile de AI pentru elevi de liceu, în lume?

ChatGPT

Competițiile de AI pentru elevii de liceu au crescut în popularitate în ultimii ani, oferind o platformă excelentă pentru ca tinerii să își dezvolte abilitățile în inteligență artificială și programare. Aceste concursuri au devenit un mod valoros de a atrage elevii către științele computerului și inginerie, oferindu-le oportunități de a lucra pe proiecte interesante și de a învăța tehnologiile moderne. Iată câteva exemple de competiții notabile în domeniul AI pentru elevi de liceu, la nivel in­ternațional:

1. Intel ISEF (International Science and Engineering Fair)

• Organizat de Society for Science, Intel ISEF este una dintre cele mai mari competiții de știință și inginerie din lume pentru elevii de liceu.
• Include secțiuni dedicate inteligenței artificiale, în care elevii pot prezenta proiecte inovative legate de învățarea automată, viziunea computerizată, procesarea limbajului natural și alte subdomenii AI.
• Proiectele sunt evaluate de experți și pot primi burse și premii semnificative.

2. Google Science Fair

• Aceasta este o competiție internațională online, unde Google invită elevii să dezvolte proiecte științifice inovative, adesea incluzând tehnologii AI.
• Competiția se concentrează pe utilizarea științei și tehnologiei pentru a rezolva probleme globale, astfel că AI și proiectele de machine learning sunt frecvente.
• Participanții concurează pentru premii, inclusiv burse și mentorat oferit de Google.

3. Technovation Girls

• Destinată tinerelor fete din întreaga lume, această competiție încurajează echipele să creeze aplicații mobile care abordează probleme din comunitățile lor.
• Recent, Technovation a început să încorporeze și elemente de AI, invitând participantele să utilizeze tehnologii AI pentru îmbunătățirea aplicațiilor lor și pentru a rezolva provocări.
• Programul include resurse și mentorat în machine learning și inteligență artificială.

4. AI World School Competitions

• AI World School organizează competiții și cursuri specifice pentru elevi, axate exclusiv pe AI, inclusiv învățare automată, robotică și algoritmi.
• Competițiile sunt online și oferă provocări de programare și dezvoltare de soluții AI, de la modele de clasificare de imagini la analiză de date.

5. Olympiad in Informatics cu focus pe AI

• În unele țări, olimpiadele de informatică încep să includă subiecte de AI și machine learning, mai ales în etapele naționale și internaționale, unde elevii trebuie să dezvolte algoritmi de clasificare sau predicție.
• Competițiile de acest tip devin tot mai frecvente în țări cu programe puternice în informatică, cum ar fi Statele Unite, China și Rusia.

6. Kaggle Competitions for Students

• Kaggle, platforma renumită de competiții de date, oferă uneori competiții destinate elevilor și studenților.
• Chiar dacă nu sunt destinate exclusiv liceenilor, există competiții accesibile și pentru aceștia, mai ales pentru cei care au cunoștințe de bază în AI și ­programare.
• Acestea oferă o introducere excelentă în seturile de date reale și în competiția cu alți utilizatori la nivel internațional.

În plus, multe școli și universități organizează hackathoane și evenimente de coding pentru elevi, încurajându-i să experimenteze cu algoritmi AI. Aceste competiții sunt o oportunitate excelentă pentru liceeni să își dezvolte cunoștințele și să își demonstreze talentele în fața ex­­perților din domeniu, iar unele dintre ele oferă chiar oportunități de angajare sau acces la stagii.

Este necesară o olimpiadă de AI în România?

ChatGPT

O olimpiadă de AI în România ar pu­­tea avea un impact extrem de pozitiv asu­pra educației în domeniul tehnologiei, oferind tinerilor români acces la competențe de viitor. Iată câteva motive pentru care o astfel de competiție ar fi benefică:

1. Pregătirea elevilor pentru viitor

• Domeniul inteligenței artificiale devine din ce în ce mai important în di­verse industrii, iar dezvoltarea competențelor AI la nivel de liceu le-ar oferi elevilor români un avantaj competitiv, pregătindu-i pentru viitoarele cariere în tehnologie.
• O olimpiadă dedicată AI ar putea contribui la formarea unei baze solide în subiecte precum învățarea automată, procesarea limbajului natural, viziunea computerizată și analiza datelor, lucruri care pot fi utile indiferent de domeniul în care vor lucra.

2. Încurajarea creativității și a inovației

• AI este un domeniu în care inovația și creativitatea sunt esențiale. O olimpiadă dedicată ar permite elevilor să își ex­­ploreze ideile și să dezvolte proiecte practice, ceea ce i-ar încuraja să gândească mai creativ și să abordeze probleme reale cu soluții tehnice avansate.
• În plus, astfel de competiții pot stimula proiecte care au un impact social sau ecologic pozitiv, încurajând elevii să devină nu doar inovatori, ci și cetățeni responsabili.

3. Creșterea interesului și angajamentului în științe și tehnologie

• Mulți elevi sunt pasionați de tehnologie, dar unii nu au acces la materiale sau oportunități de învățare în AI în ca­­drul școlii. O olimpiadă le-ar putea oferi acestora un motiv să se implice activ în învățare, mai ales dacă sunt susținuți de programe de pregătire, workshopuri sau cursuri introductive.
• Prin includerea AI în competițiile oficiale ar crește și interesul cadrelor di­dactice pentru a învăța și a preda aceste tehnologii moderne, contribuind la mo­dernizarea sistemului de educație.

4. Identificarea și susținerea talentelor locale

• România are o tradiție puternică în informatică și matematică, iar mulți elevi români sunt talentați în domeniile STEM. O olimpiadă de AI ar putea ajuta la identificarea celor mai buni elevi în acest domeniu și ar facilita accesul acestora la resurse și burse în instituții de top din lume.
• În plus, organizarea unei competiții naționale ar putea atrage atenția companiilor IT din România și din afara țării, care ar putea sprijini sau chiar angaja talentele locale.

5. Crearea unei comunități AI în rândul tinerilor

• O olimpiadă națională de AI ar pu­­tea fi un catalizator pentru formarea unei comunități de tineri pasionați de AI în România. Aceasta ar facilita colaborarea între elevi, schimbul de idei și, pe termen lung, dezvoltarea de proiecte și inițiative comune.
• Comunitatea ar putea crește și prin implicarea universităților și companiilor de tehnologie, care ar putea organiza workshopuri, mentorat și alte activități de sprijin pentru participanți.

Provocări și soluții

• Resurse și mentorat: AI poate fi un domeniu complex pentru elevi de liceu. Este esențial să existe resurse accesibile și cursuri care să le ofere o bază solidă în matematică, programare și algoritmi de bază.
• Curriculum și suport tehnic: O astfel de competiție ar necesita cadre di­dactice pregătite și infrastructură educațională, cum ar fi acces la laboratoare de calcul și computere performante. Acest lucru ar putea fi susținut prin partene­riate cu universități sau companii din domeniul IT.
• Adaptarea nivelului de dificultate: Elevii sunt în diferite etape de învățare, deci ar fi util să existe mai multe niveluri sau categorii în competiție, de la provocări de bază în programare până la proiecte de aplicare a unor modele de machine learning simple.

Concluzie

O olimpiadă de AI în România ar putea reprezenta o schimbare pozitivă în educația STEM și ar încuraja tinerii să exploreze un domeniu esențial pentru viitor. Deși organizarea ar necesita un efort considerabil, beneficiile ar fi de du­­rată, atât pentru elevi, cât și pentru sistemul educațional și piața muncii din Ro­mânia. Cititorii noștri sunt rugați și încurajați să promoveze mișcarea AI. Mai mult chiar, să sprijine și să se implice.

Prof. Emil ONEA – vicepreședinte UPIR
Prof. univ. dr. Alin Ștefănescu – Directorul Departamentului de Informatică
al Universității din București
Asistent univ. drd. Miruna-Andreea Zavelca – Universitatea din București

Articol publicat în nr. 58-59-60 al revistei Tribuna Învățământului