Cercetători români din Diaspora colaborează cu experți și profesori de liceu din România la introducerea Inteligenței Artificiale ca disciplină la liceu
Viorica Pătrăucean
– despre mișcarea pentru învățarea automată, inteligența artificială
în școlile din România
Inteligența artificială (IA) a cunoscut o dezvoltare fulminantă în ultimii ani, mai mulți experți estimând că este posibil să avem sisteme cu inteligență la nivel uman înainte de sfârșitul acestui deceniu. Acest lucru va avea un impact major asupra tuturor domeniilor de activitate, aducând schimbări semnificative în felul în care ne facem meseria, felul în care comunicăm cu cei din jur, felul în care accesăm servicii de sănătate și educație și altele.
O echipă de cercetători de la DeepMind de origine română (Viorica Pătrăucean, Răzvan Pașcanu, Doina Precup) a început încă din 2018 să colaboreze cu experți din România în crearea de programe educaționale în IA pentru a întări comunitatea locala de IA și pentru a face România o țară competitivă la nivel european și internațional în acest domeniu. Printre inițiative se numără organizarea în fiecare an a unei școli de vară pe tema IA (EEML) în România sau într-o țară est-europeană (5 ediții organizate până în prezent), precum și organizarea de evenimente dedicate comunității, cum ar fi Romanian AI Days, care se află la a 3-a ediție.
Un alt proiect important dezvoltat de echipă a ajuns la maturitate anul acesta, și anume crearea unui curs de liceu de introducere în Inteligența Artificială și învățare automată. Cercetătorii de la DeepMind au colaborat cu alți experți din Diaspora și din România, de la Bitdefender (Elena Burceanu, Iulia Duță, Emanuela Haller), University of Cambridge și cu profesori de liceu din România pentru a crea un material de curs ce conține noțiuni de bază de IA prezentate într-o formă accesibilă la nivel de liceu. Astfel, elevii au șansa de a descoperi domeniul și de a decide dacă doresc să aprofundeze domeniul prin studii superioare. În caz contrar, elevii vor fi acumulat noțiuni de cultură generală folositoare în viața de zi cu zi. În același timp, noțiunile de inteligență artificială și învățare automată sunt utile și pentru a exemplifica aplicarea în practică a unor concepte de matematică, creând astfel sinergii între diferitele discipline STEM studiate la liceu.
Materialul de curs este disponibil gratuit sub forma unei platforme online interactive www.pyml.ro (construită cu contribuția dr. ing. Tudor Ionuț CEO L&S Infomat). Platforma detaliază conținuturile științifice, inclusiv exemple practice, și oferă acces la un interpretor Python pentru editarea, executarea și depanarea scripturilor, precum și acces la acceleratoare grafice pe mașini virtuale prin intermediul Google Colab. Avantajul folosirii Google Colab constă în faptul că nu necesită nicio configurare prealabilă, fiind suficient doar un cont Gmail, și permite crearea și partajarea de documente care conțin: secvențe de cod ce rulează în timp real, reprezentări vizuale și text. Astfel, parcurgerea cursului este ușor de urmat de către un elev care are bagajul minim de cunoștințe de programare și un aparat matematic la nivelul claselor X-XI. Cursul începe cu bazele programării în limbajul Python utilizat frecvent de programatorii profesioniști din toată lumea.
Concomitent cu elaborarea cursului, echipa a lucrat și la crearea unei programe școlare gândită pentru predarea la clasele XI-XII în școlile unde există interes pentru informatica aplicată. Programa este astfel structurată încât noua disciplină să poată fi predată în timpul unui an școlar, o oră pe săptămână. Acum programa este oficializată de către Ministerul Educației și poate fi abordată liber în orice liceu fie opțional, fie extracurricular.
Proiectul nu se oprește aici. Echipa a creat un program de mentorat online pentru a îndruma profesorii care vor să abordeze disciplina la clasă, atât pe aspecte științifice, cât și metodice de predare. În acest efort, echipa se bucură și de sprijinul Universității București și Universității Politehnica București care, prin studenți și profesori implicați, vor construi, împreună cu elevii și profesorii de liceu, proiecte practice care vor ajuta la o mai bună înțelegere a noii discipline. În acest fel, se vizează crearea unei comunități de elevi, profesori, studenți, cercetători și experți din IT&C, unde membrii pasionați de domeniu pot găsi îndrumare și pot contribui la dezvoltarea de sisteme inteligente.
Profesoarele de liceu implicate în crearea cursului și a programei au dat deja startul la studiul IA în liceul unde își desfășoară activitatea, Colegiul Național „Mircea cel Bătrân“, Rm.-Vâlcea. Cu ajutorul unor foști elevi ai liceului, au organizat competiția MachineLearning@CNMB, cu scopul de a ajuta elevii să înțeleagă cum se aplică învățarea automată în practică, prin implementarea unui model IA capabil să efectueze predicții ce ar putea rezolva o problemă din lumea reală, cum ar fi generarea imaginilor, detecția obiectelor, recunoaștere facială, recunoaștere vocală, traducerea automată a textului, asistenți inteligenți, chatbots, jocuri, explorarea spațiului, artă digitală. Faptul că elevii de liceu sunt interesați de acest subiect a fost demonstrat de numărul mare de participanți înscriși: 19 echipe ce au cuprins 63 de elevi.
Așadar, interesul elevilor de liceu pentru IA este evident, iar cererea de specialiști în domeniu este mare. Este important ca școala să țină pasul cu dorința de dezvoltare a elevilor și cu cererea de talent din industrie. Introducerea unei noi discipline orientată spre informatica aplicată în Inteligența Artificială deschide drumul unui proces de modernizare a conținutului educațional și de diversificare a competențelor digitale cu care un elev absolvă liceul. Astfel, tinerii vor fi mai bine pregătiți să se integreze într-o societate tot mai digitalizată.
Miana Arișanu
– despre programa ML, elaborarea ei, conținuturi, mod de abordare
Programa școlară „Introducere în învățarea automată (machine learning)“ reprezintă o ofertă curriculară de disciplină opțională pentru învățământul liceal aprobată prin ordinul nr. 4049 din 14.06.2022.
Conținuturile științifice au fost atent selectate astfel încât să fie în concordanță cu nivelul de cunoștințe și de înțelegere al elevilor de clasa a XI-a, necesitând cunoștințe minime de programare. Prin urmare, această disciplină opțională se adresează cu precădere elevilor de la filiera teoretică, profil real, clasele XI-XII.
Punctul forte al demersului de a studia machine learning la liceu este, fără îndoială platforma suport pyml.ro. Aceasta este o platformă online, cu acces liber, ce detaliază conținuturile științifice, inclusiv exemple practice, și oferă acces la un interpretor Python pentru editarea, executarea și depanarea scripturilor, precum și acces la acceleratoare grafice pe mașini virtuale prin intermediul Google Colab.
Google Colaboratory sau Colab nu necesită nicio configurare prealabilă, fiind suficient doar un cont Gmail, și permite crearea și partajarea de documente care conțin secvențe de cod care rulează în timp real, reprezentări vizuale și text.
Un alt mod de a utiliza platforma pyml.ro este la clasele de matematică-informatică, intensiv informatică, prin abordarea programării orientate către obiect în Python, cu aplicații în machine learning.
Pentru a înțelege machine learning este nevoie de lucrul pe proiecte, individual sau în echipă, cu teme practice inspirate din viața cotidiană, care să stimuleze creativitatea elevilor și să le faciliteze aplicarea cunoștințelor în diverse domenii.
Antonia Haller
– despre un eveniment special din școală și posibilitatea continuării de proiecte atractive legate de noua disciplină
⇐ Care este contextul?
Faptul că Inteligența Artificială (IA) este prezentă în viețile noastre, zi de zi, nu mai poate fi contestat: de la asistenții inteligenți ai telefoanelor mobile, care recunosc comenzile vocale – Google Assistant, Alexa sau Siri –, până la sugestiile de cumpărături ale magazinelor online sau până la complexele mașini autonome. De asemenea, nu putem contesta nici curiozitatea specifică oricărui copil, indiferent de vârstă. Faptul că există, începând cu anul școlar 2022-2023, o programă aprobată de Ministerul Educației nu poate fi decât un mare pas înainte, deoarece expunerea timpurie a elevilor la acest subiect (IA și învățare automată) aduce plusvaloare în modelarea modului în care elevii de liceu învață și creează.
În ultimii ani, în majoritatea țărilor, a existat un mare interes către inițierea în IA și ML (Machine Learning) a elevilor de liceu, acest domeniu nemaifiind unul dedicat exclusiv mediului universitar și studenților. Numărul elevilor de liceu care își doresc să beneficieze de noi programe școlare concepute pentru a avea o experiență practică folosind inteligența artificială este din ce în ce mai mare: o simplă căutare pe internet ne va aduce în prim-plan școli de vară, cursuri sau competiții special concepute pentru elevii de liceu.
⇐ Ce am făcut?
Pornind de la toate cele de mai sus, în liceul nostru (Colegiul Național „Mircea cel Bătrân“, Rm.-Vâlcea) am demarat la începutul acestui an școlar o competiție (MachineLearning@CNMB). Scopul competiției a fost acela de a ajuta elevii să înțeleagă cum se aplică învățarea automată în practică, prin implementarea unui model ML capabil să efectueze predicții ce ar putea rezolva o problemă din lumea reală.
Elevii de liceu au fost provocați să învețe despre învățarea automată folosind platforma pyml.ro. Pe lângă sarcinile precise de dezvoltare a modelelor ML, au mai inițiat și un proiect de cercetare în care au evidențiat cum este folosită învățarea automată în diverse domenii. Au fost propuse următoarele domenii pentru cercetare: educație, sănătate, generarea imaginilor, detecția obiectelor, recunoaștere facială, recunoaștere vocală, traducerea automată a textului, vehicule autonome (transport), servicii financiare (bancare și investiții), asistenți inteligenți, chatbots, agricultură, securitate cibernetică, jocuri, explorarea spațiului, energie regenerabilă, artă digitală, aviație, apărare. Jurizarea proiectelor a fost realizată de foști elevi ai liceului nostru, în prezent specialiști IT. Faptul că elevii de liceu sunt interesați de acest subiect a fost demonstrat în cazul nostru de numărul mare de participanți înscriși: 19 echipe ce au cuprins 63 de elevi din liceul nostru.
⇐ Ce facem mai departe?
Interesul elevilor de liceu pentru ML este evident, iar cererea de specialiști în domeniu este mare. Școala trebuie să țină pasul cu dorința de dezvoltare a elevilor, cu pregătirea și formarea acestora pentru viitor. Fie că alegem să studiem după programe școlare noi discipline opționale, fie că dezvoltăm în școli cluburi și rețele de studiu sau inițiem competiții, scopul este de a inspira următoarea generație de lideri și de a furniza tinerilor cunoștințele, abilitățile și gândirea etică necesare pentru a satisface nevoia tot mai mare de talente și pentru a funcționa într-o lume din ce în ce mai interesată de inteligența artificială.
Emil Onea
Impactul proiectului Inteligența artificială în curriculum la liceu
La ideea grupului de la DeepMind Google UK un grup de profesori și specialiși a lucrat și lucrează la o strategie de introducere a informaticii practice materializată în învățarea automată (Machine Learning) ca parte a ceea ce numim Inteligență Artificială. Conținutul era deja elaborat în engleză, apoi echipa și colaboratori externi au lucrat la traducere și adaptare, astfel încât să fim cât mai aproape de profesorii și de elevii de liceu din România. Excepțională contribuția echipei DeepMind și pentru realizarea cursului online pe platforma www.pyml.ro cu contribuția dr. ing. Tudor Ionuț CEO L&S Infomat. Platforma oferă un suport special pentru învățare interactivă. Elevii sau profesorii pot construi mici aplicații care rulează instant. Parcurgerea cursului este simplă, ușor de urmat de către un elev care are bagajul minim de cunoștințe de programare și un aparat matematic la nivelul claselor X-XI. Cursul începe cu bazele programării în limbajul Python utilizat frecvent de programatorii profesioniști din toată lumea.
Concomitent cu elaborarea cursului s-a trecut și la elaborarea unei programe școlare gândită pentru predarea la clasele XI-XII în școlile unde există interes pentru informatica aplicată. Programa este astfel structurată încât noua disciplină să poată fi predată în timpul unui an școlar, o oră pe săptămână. Acum programa este oficializată de către Ministerul Educației și poate fi abordată liber în orice liceu fie opțional, fie extracurricular. Menționăm că programa a fost elaborată de o echipă formată din dr. Viorica Pătrăucean, dr. Răzvan Pașcanu de la DeepMind UK, ajutați de profesorii Antonia Haller și dr. Miana Arișanu, Rm.-Vâlcea, Emil Onea, Focșani.
Am făcut sondaje în rândul colegilor profesori și am constat că există interes, fie pentru predare în acest an școlar, fie în anul școlar viitor. Deocamdată vor fi 17 licee din țară care vor aborda oficial cursul și credem că anul școlar viitor numărul va ajunge la peste 75. Urmează imediat un curs de pregătire condus de specialiști ce lucrează la compania Bitdefender.
De asemenea, se află în construcție o comunitate de elevi și profesori care vor fi îndrumați permanent asupra detaliilor științifice, tehnice, metodice de predare.
Pasul istoric de introducere a unei noi discipline orientată spre informatica aplicată în Inteligența Artificială deschide drumul unui proces de modernizare a conținutului educațional și de diversificare a competențelor digitale cu care un elev absolvă liceul. De asemenea, acest demers stimulează mințile creative și performante din liceele noastre.
În demersul nostru suntem și vom fi sprijiniți de Universitatea București și Universitatea Politehnica București care, prin studenți și profesori implicați, vor construi, împreună cu elevii și profesorii, proiecte practice care vor ajuta la o bună înțelegere a noii discipline. Nu vor lipsi specialiștii din zona IT&C, profesorii mentori care au deja cunoștințe în domeniu. Comunitatea noastră va crește astfel încât să putem să adaptăm conținuturi de bază și pentru elevii din gimnaziu. Scopul nostru este să familiarizăm elevii cu noțiuni fundamentale, să-i provocăm pe cei mai buni să programeze cu scopul creării de mașini inteligente.
dr. Viorica Pătrăucean – cercetător la DeepMind – Google UK
dr. Răzvan Pașcanu – cercetător la DeepMind – Google UK
dr. Miana Arișanu – profesor la Colegiul Național „Mircea cel Bătrân“, Rm.-Vâlcea
prof. Antonia Haller – profesor la Colegiul Național „Mircea cel Bătrân“, Rm.-Vâlcea
prof. Emil ONEA – director executiv la Asociația Uniunea Profesorilor de Informatică din România
Articol integral publicat în Tribuna Învățământului nr. 34 – octombrie 2022
