Интеграция нейронных сетей и Wolfram Alpha в подготовке учителей математики: опыт и перспективы для Казахстана

Международные исследования (PISA) показывают, что использование цифровых математических инструментов повышает результаты учащихся на 10-12%. По данным ЮНЕСКО, 73% студентов отмечают рост интереса к обучению при использовании ИКТ. Отечественные исследования также подтверждают необходимость внедрения адаптивных технологий в подготовку педагогов. Таким образом, мировая практика демонстрирует эффективность цифровых инструментов, что актуализирует их применение в Казахстане.

Систематическое изучение литературы, посвящённой применению искусственного интеллекта в педагогике, позволило нам выявить ключевые тенденции и определить актуальные направления интеграции цифровых технологий в образовательный процесс.

На основе полученных теоретических и эмпирических данных была проведена экспериментальная апробация разработанной образовательной платформы, ориентированной на подготовку будущих учителей математики и интегрирующей интеллектуальные возможности Wolfram Alpha и методы нейронных сетей.

Разработанная образовательная платформа представляет собой интеллектуальную цифровую среду обучения, направленную на формирование профессиональных, методических и аналитических компетенций будущих учителей математики. Она будет создана авторским коллективом проекта в рамках научно-исследовательской работы и предназначена для использования в системе высшего педагогического образования.

Ключевая идея платформы заключается в объединении вычислительных возможностей Wolfram Alpha с адаптивными механизмами нейронных сетей, что позволяет реализовать персонализированный, исследовательски ориентированный и практико-ориентированный подход к обучению математике и методике её преподавания.

Структурные компоненты платформы

Платформа включает следующие функциональные модули.

Учебно-теоретический модуль содержит теоретические материалы по математическим дисциплинам, методические рекомендации по преподаванию математики, примеры решения задач с поэтапным анализом.

Интеллектуальный вычислительный модуль (на основе Wolfram Alpha) обес­печивает автоматическую проверку математических вычислений; визуализацию графиков, функций, моделей, анализ альтернативных способов решения задач, демонстрацию математических закономерностей и связей.

Адаптивный модуль на основе нейронных сетей реализует анализ учебной активности обучающихся, выявление типичных ошибок и пробелов в знаниях, индивидуальную настройку уровня сложности заданий, рекомендации по дальнейшему обучению.

Практико-ориентированный модуль включает профессионально направленные задания, методические кейсы, задания по разработке фрагментов уроков, моделирование педагогических ситуаций.

Модуль мониторинга и аналитики позволяет отслеживать динамику учебных достижений, анализировать результаты обучения, формировать отчеты для преподавателей и исследователей.

Для оценки эффективности платформы использовался сравнительный анализ контрольной и экспериментальной групп студентов педагогического направления, что обеспечило возможность выявления различий в результатах обучения при традиционном и инновационном подходах. В качестве инструментов оценки применялись стандартизированные тесты, анкетные опросы и интервью, а также комплексный анализ профессиональных навыков и уровня уверенности студентов в использовании современных технологий, что позволило получить многогранное представление о влиянии цифровых инструментов на качество педагогической подготовки.

В ходе оценки анализировалась сформированность следующих профессиональных навыков: умение применять цифровые математические инструменты при решении и объяснении задач; способность интерпретировать результаты, полученные с помощью Wolfram Alpha; навыки проектирования учебных заданий с использованием элементов искусственного интеллекта; умение анализировать типичные ошибки обучающихся и корректировать образовательную траекторию.

В анкетных опросах

студенты отмечали повышение уверенности в использовании цифровых и интеллектуальных технологий на уроках математики, рост мотивации к изучению предмета и осознание практической значимости ИИ-инструментов в педагогической деятельности.

Интервью показали, что большинство участников экспериментальной группы связывают использование платформы с развитием аналитического мышления, методической гибкости и готовности к внедрению инновационных технологий в будущей профессиональной практике.

Результаты исследования подтвердили эффективность интеграции цифровых инструментов в процесс подготовки будущих учителей математики. Использование Wolfram Alpha продемонстрировало значительное влияние на академическую успеваемость студентов, обеспечив её рост в среднем на 15-20% по сравнению с традиционными методами обучения.

Разработанная образовательная платформа была ориентирована преимущественно на изучение профильных математических дисциплин в системе высшего педагогического образования, включая высшую математику, математический анализ, линейную алгебру, аналитическую геометрию и элементы методики преподавания математики; при этом

полученные цифровые и методические компетенции имеют междисциплинарный характер и могут быть использованы студентами при освоении других предметов образовательного цикла подготовки будущих учителей математики.

Дополнительно применение нейронных сетей позволило выявлять индивидуальные пробелы в знаниях обучающихся и адаптировать учебный план в соответствии с их потребностями, что способствовало формированию персонализированных траекторий обучения. Экспериментальная группа студентов, работавшая с образовательной платформой, показала более высокий уровень профессиональной готовности к применению цифровых технологий в педагогической практике, чем контрольная группа, обучавшаяся по традиционной программе.

Эти результаты свидетельствуют о том, что интеграция Wolfram Alpha и нейронных сетей в образовательный процесс не только повышает академическую успеваемость, но и формирует у будущих педагогов устойчивые навыки использования современных технологий в профессиональной деятельности.

Таким образом, нами доказана эффективность интеграции Wolfram Alpha и нейронных сетей в подготовку учителей математики. Новизна нашего исследования заключается в создании образовательной платформы, адаптированной к условиям Казахстана.

Ограничением является необходимость масштабирования эксперимента и учета региональных особенностей.

Для масштабирования требуется расширение выборки за счёт включения нескольких педагогических вузов и региональных образовательных организаций, увеличение продолжительности экспериментального обучения, а также стандартизация диагностических инструментов оценки результатов. Кроме того, необходимо подготовить преподавателей к использованию платформы и обеспечить методическое сопровождение внедрения.

При учёте региональных особенностей следует принимать во внимание различия в уровне цифровой инфраструктуры образовательных учреждений, доступе к интернет-ресурсам, уровне цифровой грамотности преподавателей и студентов, языковую специфику (казахский и русский языки обучения), а также особенности учебных планов и регионального контекста подготовки педагогических кадров.

Интеграция нейронных сетей и цифровых инструментов, таких как Wolfram Alpha, в образовательный процесс демонстрирует значительный потенциал для повышения качества подготовки будущих учителей математики.

Повышение качества подготовки проявляется в углублении предметных знаний по математике за счёт наглядной визуализации и анализа сложных математических объектов и процессов; развитии умений применять цифровые и интеллектуальные технологии для решения учебных и профессиональных задач; формировании методических компетенций, связанных с проектированием уроков математики с использованием ИИ-инструментов; развитии аналитического и исследовательского мышления, а также повышении уверенности будущих учителей в использовании современных образовательных технологий в педагогической практике.

Использование данных технологий способствует развитию навыков персонализированного обучения, позволяя адаптировать учебные программы к индивидуальным потребностям студентов, а также стимулирует рост интереса к изучению сложных математических концепций за счёт визуализации и интерактивности. Полученные результаты подтверждают целесообразность дальнейшего внедрения разработанной платформы в систему педагогического образования Республики Казахстан.

В перспективе её использование может быть расширено и коммерциализировано, что обеспечит укрепление научно-технического потенциала образовательных учреждений, повышение конкурентоспособности национального образовательного сектора и подготовку педагогов, готовых к работе в условиях быстро меняющегося цифрового мира.

Рима АБДУАЛИЕВА,

PhD, Жетысуский университет имени И. Жансугурова

---

АННОТАЦИЯ

Использование нейронных сетей и цифровых инструментов, таких как Wolfram Alpha, в обучении, способствует персонализации учебного процесса, повышению успеваемости студентов и развитию профессиональных компетенций будущих учителей. Экспериментальная платформа, создаваемая в Жетысуском университете имени Ильяса Жансугурова и интегрирующая Wolfram Alpha и нейронные сети, апробируется на студентах педагогического направления. Ожидаемые результаты включают повышение качества подготовки педагогов, рост интереса к обучению и укрепление конкурентоспособности образовательного сектора.