کاربردهای هوش مصنوعی در آموزش

میگنا- امروزه همه جا سخن از هوش مصنوعی و کاربردهای شگفت و باورنکردنی آن است.
هوش مصنوعی یا Artificial Intelligence که به اختصار با عنوان AI از آن یاد می‌شود، هر روز در زندگی ما نقش پررنگ‌تری به خود می‌گیرد.
اصطلاح هوش مصنوعی (Artificial Intelligence) در سال 1956 برای نخستین بار مطرح گردید، ولی AI امروزه به لطف افزایش حجم داده ها، الگوریتم های پیشرفته و بهبود توان و حافظه کامپیوترها رواج بیشتری یافته است.

شروع توسعه این فناوری به سال‌ها قبل باز می‌گردد یعنی زمانی که در دهه ۵۰ میلادی، دارتموث (Dartmouth) یکی از قدیمی‌ترین دانشگاه‌های آمریکا، یک پروژه تحقیقاتی تابستانی را به هوش مصنوعی اختصاص داد.
«آلن تورینگ» نیز یکی دیگر از دانشمندانی است که در این زمینه فعالیت‌های مهمی داشته است و ما در بخش بعدی، به آن می‌پردازیم.

هوش مصنوعی چیست؟
قبل از هر چیز باید توجه داشت که ما حتی نمی‌توانیم خودِ «هوش» را به درستی تعریف کنیم، بنابراین به دنبال تعریف روشن و مشخصی از «هوش مصنوعی» نباشید زیرا در این خصوص، میان کارشناسان و صاحب‌نظران اختلافات بسیاری وجود دارد.
اجمالاً اصطلاح هوش مصنوعی برای اشاره به سیستم‌هایی به کار می‌رود که هدف از آنها «تقلید و شبیه‌سازی هوش انسانی و رفتارهای مرتبط با آن» است.
این هدف گاهی اوقات با الگوریتم‌های ساده محقق می‌شود و گاهی اوقات نیز فقط با الگوریتم‌های فوق‌العاده پیچیده می‌توان به آن دست یافت.

هوش مصنوعی (AI) امکان یادگیری از تجربیات، تطبیق یافتن با ورودیهای جدید و انجام وظایف مانند انسان را برای ماشین‌ها فراهم می آورد. بیشتر مثال‌های AI که امروز درباره آنها می‌شنوید (از کامپیوترهایی که شطرنج بازی می کنند تا خودروهای خودراننده) اتکای زیادی بر یادگیری عمیق و پردازش زبان طبیعی دارند. با استفاده از این تکنولوژیها، کامپیوترها را می توان برای اجرای ماموریتهای ویژه از طریق پردازش حجم بالایی از داده ها و تشخیص الگوها در داده ها آموزش داد.

تاریخچه هوش مصنوعی
از آلن تورینگ (Alan Turing) به عنوان پدر هوش مصنوعی یاد می‌شود.
این ریاضی‌دان، دانشمند رایانه، فیلسوف و رمزنگار بزرگ انگلیسی، با کمک آزمایش تورینگ، سهم مؤثری در زمینه هوش مصنوعی ارائه کرد: آیا می‌توان روزی گفت «ماشین هوشیار است و می‌تواند فکر کند؟»
آزمون تورینگ یکی از رایج‌ترین روش‌های ارزیابی هوشمندی ماشین است.
این آزمون در سال ۱۹۵۱ توسط آلن تورینگ پیشنهاد شده است.
در آزمون تورینگ، فردی با دو کاربر که یکی ماشین هوشمند است و دیگری انسان، به صحبت می‌پردازد و اگر نتواند تشخیص دهد که کدام یک از مخاطبین وی رایانه است، می‌توان نتیجه گرفت که ماشین در انجام این آزمون موفق بوده است.

زیرشاخه‌های هوش مصنوعی
هوش مصنوعی زیرشاخه‌های بسیاری دارد که امروزه اهمیت آنها بیش از پیش مشخص شده است.
از جمله این زیرشاخه‌ها می‌توان به هفت مورد زیر اشاره کرد:
۱- یادگیری ماشین (Machine Learning) که یک از شاخه‌های وسیع و پرکاربرد هوش مصنوعی است و هدف آن، بخشیدن توانایی یادگیری به رایانه‌هاست.
۲- پردازش زبان طبیعی (Natural Language Processing) که به تعامل رایانه و زبان انسان می‌پردازد.
۳- بینایی ماشین (Machine Vision)به معنای فناوری و روش‌های مورد استفاده برای بهبود شناسایی و تحلیل بهتر مبتنی بر تصویر به طور خودکار.
۴-پردازش تصویر (Image Processing) که یکی از شاخه‌های مدرن و پرتنوع هوش مصنوعی به شمار می‌رود.
۵- رباتیک (Robotics) که چند رشته مختلف از جمله مهندسی مکانیک، مهندسی برق و علوم رایانه را شامل می‌شود.
۶- یادگیری عمیق یا ژرف (Deep learning) که خود یک زیرشاخه از یادگیری ماشین به شمار می‌رود و به مجموعه‌ای از الگوریتم‌ها گفته می‌شود که فراداده یا Metadata را به عنوان ورودی جذب کرده و پس از انجام محاسبات گوناگون، داده‌هایی را به عنوان خروجی برمی‌گرداند.
«استخراج خودکار» ویژگی منحصر به فرد این شیوه است.
۷- سیستم‌های خبره (Expert System): یک سیستم رایانه‌ای که می‌تواند توانایی تصمیم‌گیری یک انسان خبره و متخصص را شبیه سازی کند.

کاربردهای هوش مصنوعی
امروزه کاربردهای هوش مصنوعی چنان گسترده و فراگیر شده است که بسیاری از این کاربردها دیگر با نام هوش مصنوعی شناخته نمی‌شوند و نام تخصصی خود را دارند.

تأثیر هوش مصنوعی را اکنون می‌توان در همه جهات و نقاط زندگی مردم دید.
آیفونی که قادر به تشخیص اعضای خانه است یا تلویزیونی که نور صفحه نمایش دلخواه را با تعداد افراد تنظیم می‌کند، همه و همه کاربردهای هوش مصنوعی هستند.

مثال دیگر، جستجوی خودکار گوگل است که از الگوریتم‌ها و متدهای پیچیده هوش مصنوعی استفاده می‌کند، تا پس از انجام یک عملیات پرهزینه و البته بسیار سریع، نتایج مرتبط را به شما نشان دهد.

ماشین‌های خودکنترل و ربات‌های پرنده نیز دو نمونه بارز و موفق از این نوع کاربردها هستند.

یکی دیگر از شاهکارهای هوش مصنوعی که اخیراً توسط گوگل رونمایی شده، دوپلکس (Duplex) نام دارد که مصداق بارزی از پیشرفت هوش مصنوعی است.
این ربات قادر است به صورت مستقل تماس تلفنی برقرار کند، به طوری که طرف مقابل قادر به شناسایی صدا نبوده و متوجه نشود که مخاطب یک ربات است، نه انسان.

کاربردهای مختلف هوش مصنوعی
همه صنایع نیاز فراوانی به قابلیتهای AI دارند، به طور خاص سیستمهای پاسخ دادن به سوالات که در مشاوره حقوقی، جستجوی حقوق انحصاری (پتنت)، هشداردهی مخاطرات و تحقیقات پزشکی قابل استفاده هستند.

دیگر کاربردهای AI عبارتند از:
سلامت
 ابزارهای AI می توانند قرائتهای اشعه ایکس و پزشکی شخصی سازی شده را فراهم بیاورند. دستیارهای مراقبت از سلامت شخصی می توانند به عنوان مربیان زندگی عمل نموده و به شما یادآوری کنند که قرصهایتان را بخورید، ورزش کنید یا تغذیه سالمتری داشته باشید.

تولید
 AI می تواند داده های IoT کارخانه را آنالیز کند چرا که از تجهیزات متصل شده تا پیشبینی بار و تقاضای مورد انتظار با استفاده از شبکه های مکرر، که نوع خاصی از شبکه یادگیری عمیق مورد استفاده با داده های توالیبندی شده است، امتداد می یابد.

خرده فروشی
AI قابلیتهای خرید مجازیی را فراهم می آورد که به مشتری مشاوره اختصاصی ارائه می کنند و درباره گزینه های مختلف خرید با وی بحث می کنند. تکنولوژیهای چیدمان سایت و مدیریت سهام نیز با AI بهبود خواهند یافت.

ورزش
AI برای ثبت تصاویر بازیهای کامپیوتری و ارائه گزارشهایی درباره نحوه سازماندهی بهتر بازی، از جمله موقعیتهای میدانی و استراتژی، به مربیان استفاده می شود.


چالش‌‎های احتمالی استفاده از دستگاه‌های هوشمند
آیا هوش مصنوعی می‌تواند خطرساز باشد؟ اگر پاسخ مثبت است، چگونه؟
بسیاری از محققان بر این باورند که هوش مصنوعی نمی‌تواند احساسات انسانی از قبیل عشق یا نفرت را بروز دهد و به همین دلیل یک ماشین و ابزار هوشمند قادر نیست خیرخواهانه و یا تبهکارانه عمل کند.
البته این عقیده، مخالفان سرسخت بسیاری هم دارد که اشاره به استدلالات آنها در این نوشتار مختصر ممکن نیست.
به هر حال در خصوص خطراتی که ممکن است از هوش مصنوعی سر بزند، پژوهشگران دو سناریو را مطرح می‌نمایند:

۱. وقتی هوش مصنوعی برای انجام یک کار ویرانگر برنامه‌ریزی می‌شود.
مثلاً امروزه اخباری از هوشمند شدن تسلیحات نظامی به گوش می‌رسد.
حال تصور کنید اگر این ابزارهای مخرب، به دست یک فرد نااهل بیافتد ممکن است یک کشتار جمعی واقعی رخ بدهد.
علاوه بر این احتمال بروز یک مسابقه تسلیحاتی را نباید از نظر دور داشت؛ به نمایش گذاشتن دقت و عملکرد بالای اسلحه‌های مرگبار که چه بسا این رقابت تنگاتنگ و بسیار خطرناک به بروز جنگ‌های بین‌المللی منجر شود.
احتمال این که انسان‌ها نتوانند چنین کابوس وحشتناکی را تحت کنترل خود در آورند زیاد است.

 
۲. سناریوی دوم که قدری پیچیده‌تر است، به این مفهوم اشاره می‌کند که ابزارهای هوش مصنوعی را برای انجام کاری مفید برنامه‌ریزی کنیم ولی این ابزار، از شیوه‌های مخرب و نامعقول برای رسیدن به هدف مورد نظر استفاده کنند.
مثلاً ممکن است شما چند سال آینده، از دستگاه هوشمند خود بخواهید که با بیشترین سرعت ممکن، شما را به فرودگاه برساند.
آن موجود دیجیتال هم پس از محاسبات خود، استفاده از هلیکوپتر را توصیه می‌کند!
سوار شدن بر یک هلیکوپتر، پرواز در آسمان شلوغ یک شهر، احتمال برخورد با دیگران و مشکل یافتن جای پارک (!) هم بخش‌های بعدی این ماجرای عجیب و غریب را تشکیل می‌دهد.
شاید بی‌جهت نیست که افراد سرشناسی همچون استفان هاوکینگ، ایلان ماسک، استیو وازنیک و بیل گیتس به دیده توام با شک و نگرانی به هوش مصنوعی می‌نگرند.
واقعیت این است: هوش مصنوعی این پتانسیل را دارد که از هر انسانی باهوش‌تر شود و در آن صورت، ما هیچ راه مطمئنی برای پیش‌بینی رفتار آن نخواهیم داشت.

چند سال دیگر؟
حال این سوال پیش می‌آید که به راستی ما چند سال تا رسیدن به ابزارهای کاملاً هوشمند که دارای هوش بسیار فوق‌العاده هستند (Superintelligence) فاصله داریم؟
در این خصوص طی پژوهش‌های مختلف، نظرات کارشناسان برتر هوش مصنوعی پرسیده شده است.
برخی از آنها معتقدند ما در سال ۲۰۴۵ یعنی ۲۷ سال دیگر به این هدف می‌رسیم.

گروهی دیگر معتقدند در حال حاضر هوش مصنوعی دوران کودکی خود را سپری می‌کند و انسان‌ها تا دستیبابی به این هدف باید بسیار صبورتر باشد؛ صد سال یا حتی بیشتر.

انبوه پرسش‌های بی‌پاسخ
در سال‌های اخیر هوش مصنوعی و فناوری‌های وابسته به آن، زمینه‌ساز طرح پرسش‌های مختلفی شده‌اند.
در واقع در این خصوص سوالات زیادی وجود دارد که فعلاً جواب روشنی برای آنها متصور نیست:
• آیا می‌توان هوش مصنوعی را به گونه‌ای توسعه داد که از کنترل انسان‌ها خارج نشود؟
• آیا در آینده قرار است ربات‌ها و دستگاه‌های هوشمند، همکار انسان‌ها شوند یا رقیب آنها؟
• خطرناک‌ترین سناریو در خصوص قدرت گرفتن هوش مصنوعی طی سال‌های آتی چیست؟
• هوش مصنوعی قرار است کدامیک از مشکلات ما را حل کند و آیا این فناوری مشکل‌ساز هم خواهد بود یا خیر؟
• چالش‌‎های اخلاقی هوش مصنوعی تا چه حد جدی است؟
• وضعیت حقوقی ربات‌های هوشمند به چه صورت است؟
• به عنوان مثال، اگر یک انسان توسط ربات به قتل برسد، مجرم کیست و چه فرد یا چیزی باید مجازات شود: آیا عامل هوشمند باید در برابر این رفتارش مسئول باشد؟ یا انگشت اتهام به سوی برنامه‌نویس دراز می‌شود؟
• در مرحله بعدی ما به مبحث «مجازات» می‌رسیم: اگر یک سامانه هوشمند مرتکب خطایی شود، چه کسی یا چه چیزی باید تاوان آن را پس بدهد؟ و چه نوع مجازاتی باید اعمال شود؟
در حال حاضر هیچ پاسخ روشن و دقیقی برای این سوالات وجود ندارد.


کاربردهای هوش مصنوعی در آموزش
در ادامه قصد داریم شیوه‌های استفاده از هوش مصنوعی در حوزه آموزش را بررسی کنیم.
 

اصولاً هوش مصنوعی در بسیاری از علوم و صنایع کاربرد دارد و این فناوری به علت امکان درک کردن، استدلال و همچنین یادگیری، به یکی از هیجان‌انگیزترین مباحث دنیای علم و تکنولوژی تبدیل شده است.

همان طور که می‌دانید، هوش مصنوعی در چند سال اخیر شاهد پیشرفت‌های خارق‌العاده‌ای بوده است و همین موضوع باعث شده که استفاده از این فناوری در صنعت آموزش بیش از پیش مورد توجه دست‌اندرکاران قرار گیرد.

هر چند هوش مصنوعی دارای جنبه‌های مختلفی است که می‌تواند شیوه یادگیری ما را تغییر دهد ولی این تنها یادگیرنده‌ها نیستند که قادرند از مزایای هوش مصنوعی بهره‌مند شوند بلکه اساتید نیز از این علم مدرن استفاده‌های فراوانی می‌برند.

پیش‌بینی‌های اخیر eSchool News نشان می‌دهد که تا سال ۲۰۲۱ کاربردهای هوش مصنوعی در حوزه آموزش، با ۴۷٫۵ درصد رشد همراه خواهد بود، و می‌دانید که تا سال ۲۰۲۱ فاصله چندانی نداریم؛ فقط سه سال دیگر.

متخصصان هوش مصنوعی اعلام کرده‌اند که این فناوری می‌تواند در چند زمینه مهم به اساتید و دانشجویان کمک کند که در ادامه به هشت مورد آنها اشاره می‌شود:

۱ .استفاده در دروس فنی و چارچوب‌دار
بسیاری از دروس هستند که یک روند مشخص و چارچوب‌داری را طی می‌کنند و برای تدریس آنها نیاز به مسائل روانی و غیرفنی وجود ندارد.
در این دروس سامانه‌های هوش مصنوعی می‌توانند به خوبی از پس تدریس بربیایند.
به این ترتیب می‌توان از اساتید بیشتر برای آموزش مسائلی نظیر برنامه‌ریزی، مدیریت و رهبری پروژه، خلاقیت و کار گروهی استفاده کرد.

۲ .پاسخ دادن به سوالات دانشجویان
هوش مصنوعی در دوره‌های آنلاین نقشی حیاتی دارد و دانشجویان می‌توانند پاسخ سوالات خود را به جای استاد از یک سامانه هوش مصنوعی دریافت کنند.
در واقع این سامانه به عنوان کمک‌استاد، مشکلات دانشجویان را حل می‌کند و به این ترتیب نیاز به حضور استاد در جلسه برای مدت طولانی وجود نخواهد داشت.
این موضوع علاوه بر کاهش هزینه می‌تواند در کیفیت و دقت آموزش موثر باشد.

۳ .تصحیح اوراق امتحانی
یکی از مهمترین چالش‌های اساتید تصحیح اوراق امتحانی است.
بسیاری معتقدند با توجه به تشریحی و تحلیلی بودن اکثر امتحانات صرفاً اساتید قادرند برگه‌ها را تصحیح کنند اما امروزه می‌توان به سامانه‌های هوش مصنوعی نیز این موضوع را آموزش داد تا بتوانند به پاسخ‌های ناقص، تا حدودی درست و تحلیل‌های متنوع، نیز به خوبی نمره بدهند.
 

۴ .کارآیی بالا
استفاده از ربات‌های هوشمند در آموزش ایده خوبی است زیرا اولاً یک ربات دچار خستگی و بی‌خوابی نمی‌شود و ثانیاً هزینه نگهداری ربات به مراتب کمتر از هزینه‌های آموزش یک معلم است.

۵ .تسریع روند کارهای اداری
سرعت بخشیدن به کارهای اداری مربوط به آموزش، باعث می‌شود کادر آموزشی، زمان و تمرکز خود را به مسائل مهمتر که همانا جوهره‌ی آموزش است معطوف سازد و این خود مزیت بزرگی به شمار می‌رود.

۶ .امکان ارائه آموزش تطبیق‌پذیر
یکی از مهمترین مزیت‌های استفاده از هوش مصنوعی در فرایند آموزش، امکان ارائه آموزش تطبیق‌پذیر (Adaptive Learning) است.
آموزش تطبیق‌پذیر یعنی این که هر دانشجو بر اساس مدل یادگیری و دیگر شرایط و توانایی‌هایش – از قبیل دانش قبلی، توانایی درک مطلب، ضریب هوشی و غیره – می‌تواند مفاد آموزشی مورد نیازش را تحویل بگیرد.
در حال حاضر چنین امکانی در کلاس‌های عمومی وجود ندارد ولی در آموزش الکترونیکی و هوشمندانه، می‌توان چنین کاری را انجام داد.
این سیستم‌ها حتی می‌توانند دانش‎آموزان و اساتید را در انتخاب منابع لازم برای دوره آموزشی یاری کنند.

۷. شخصی‌سازی
در شرایط پیشرفته‌تر، ابزار هوش مصنوعی می‌تواند بازخورد دقیقی از تک تک دانش آموزان بگیرد.
به این معنا که پس از ارائه و اتمام درس در کلاس، هوش مصنوعی می‌تواند به وسیله الگوریتم‌های پیچیده خود، رفتار و حالات چهره دانشجو را در نظر بگیرد و دریابد که آیا وی مطالب را به طور کامل یاد گرفته است یا خیر.
اگر دانشجو تمام یا برخی مطالب را فرا نگرفته باشد، سیستم هوشمند با ارائه هشدار به معلم، موضوع را به اطلاع او می‌رساند تا وی مطالب را به شیوه و زبانی دیگر تکرار نماید تا اشکالات فرد برطرف گردد.

در واقع تکنولوژی‌های «یادگیری ماشین» که در هوش مصنوعی تعبیه شده، به گونه‌ای عمل می‌کند که می‌تواند به طور مستقیم با فرد فرد دانش آموزان ارتباط برقرار کنند و نکته جالب اینجاست که در این فرایند به مداخله انسانی نیاز نیست.
چنین قابلیت ارزشمندی را می‌توان برای آموزش دادن موضوعات مختلفی همچون ریاضیات، زبان‌های خارجی، فیزیک، حقوق و پزشکی به کار برد.

۸ .ربات‌های آموزش دهنده
پژوهشگران در سراسر دنیا به دنبال این تربیت ربات‌های هوشمندی هستند که می‌توانند در آموزش نیز دستی داشته باشند.
ربات‌های مجهز به هوش مصنوعی قادرند مهارت‌های پایه را به یادگیرنده‌ها آموزش بدهند تا اساتید بر موضوعات پیچیده و مهمتر متمرکز شوند و خود را از پرداختن به مسائل کم اهمیت‌تر آسوده سازند.

جنبه‌های منفی
با همه این تفاصیل نباید از جنبه‌های منفی استفاده از ربات‌ها در سیستم آموزشی غافل شد.
به عنوان مثال، یک ربات قادر به برخورد اجتماعی مانند یک انسان نیست.
آنها نمی‌توانند به مشکلات اجتماعی دانش‌آموزان گوش بدهند و یا از پس حل مسائل آنها برآیند.
این امر به ویژه برای دانش‌آموزان سال‌های اول که نقش رفتارهای اجتماعی و اخلاقی مهمتر از آموزش‌های درسی است، شدت و اهمیت بیشتری دارد.

جمع‌بندی
طبق پیش‌بینی کارشناسان، هوش مصنوعی در آینده به بخش مهمی از صنعت آموزش تبدیل خواهد شد.
جایی که در آن، دانش‌آموزان، اساتید و مدیران مراکز آموزشی همگی از مزایای این سیستم‌های هوشمند و شخصی شده بهره‌مند خواهند گشت.
به طور خلاصه، هوش مصنوعی و فناوری‌های وابسته به آن می‌تواند فرایند آموزش را هم برای یادگیرنده و هم برای یاددهنده بهینه سازد.

منابع:
ResearchAndMarkets.com
EdTechMagazine.com
eSchoolNews.com
Forbes.com
lesswrong.com
androidpit.com
futureoflife.org
wikipedia.org
meta4u.com
nodud.com