"Нейросети и коммуникации"

Открытый урок

на тему:

«Нейронные сети и коммуникации»

Подготовила и провела:

Мукаилова М.Д

Ноябрь, 2020 г.

1. Цели и задачи урока. План урока Цель урока:

Сформировать у учеников представления о технологии нейронных сетей, принципах ее работы, способах применения на основе актуальных и интересных примеров. Важно показать, как нейросети влияют на нашу повседневную жизнь, а также профориентировать и мотивировать учащихся к приобретению знаний, умений и навыков в этой сфере.

Задачи урока:

1. Обсудить понятие «нейронные сети» и актуальность темы.

2. Разобрать примеры применения нейронных сетей в современном мире.

3. Изучить видеоролик, рассказывающий о работе нейронных сетей и профессиях, связанных с данной сферой.

4. В онлайн-тренажере пройти набор заданий, связанных с темой урока.

5. Обсудить полученный опыт, сформулировать выводы.

Подготовка к уроку:

• пройти самостоятельно тренажер для соответствующего возраста на одном из компьютеров, которые будут использоваться учениками;

• посмотреть видеоролики по теме «нейросети и коммуникации» для 1–4 и 5–11 классов;

• сохранить на компьютер видеоролики по теме «нейросети и коммуникации» для 1–4 и 5–11 классов с сайта урокцифры.рф и ролики промежуточной рефлексии из заданий тренажера;

• подготовить класс в соответствии с организационной информацией (Приложение 1);

1. Анонс занятия (5 мин)

Подведите детей к теме урока «Нейросети и коммуникации».

«Добрый день! Сегодняшний урок проводится в рамках акции «Урок цифры» и посвящён теме «Нейросети и коммуникации». Что такое нейронные сети? Как вы думаете?»

Сформулируйте цель урока: познакомиться с понятием

«нейронные сети», их устройством, сферами использования и профессиями, связанными с ними.

«Мы познакомимся с понятием нейронные сети, узнаем про принцип их работы, а также о том как нейросети улучшают нашу жизнь. Познакомимся с новыми профессиями, связанными с нейронными сетями».

Обсудите с учениками, где мы сталкиваемся с нейронными сетями. Дайте определение нейронным сетям:

Для 1–7 классов:

«Нейронные сети (нейросети) — это компьютерная программа, которая имитирует работу головного мозга, и способна решать сложные задачи, ранее недоступные для компьютеров».

Для 8–11 классов:

«Нейронные сети (нейросети) — это технология, которая имитирует работу сети нейронов в головном мозге, и используется для решения сложных задач, требующих аналитические вычисления.

1. Просмотр вводных видео (10 мин)

Просмотрите вместе с детьми вводные видео по темам

«Нейросети и коммуникации».

1. Обсуждение нового материала (5 мин)

Обсудите с детьми просмотренное видео, ответьте на вопросы, которые появлялись по ходу просмотра.

Обсудите:

«Почему нейронные сети стала так популярна в последнее время?»

«Как вы думаете, в каких сферах можно применить нейронные сети?»

Для 5–11 классов:

«Какие профессии, связанные с нейронными сетями уже есть и какие могут появиться в будущем?»

1. Работа за компьютером (20 мин)

Презентуйте тренажер, сформулируйте задачу на этап: в рамках урока невозможно провести работу с реальными нейронными сетями, поэтому на простых примерах мы познакомимся с принципом работы и примерами использования нейронных сетей.

Продемонстрируйте порядок запуска тренажера.

1. Рефлексия (5 мин)

Зафиксируйте результат урока. Задайте ученикам вопросы:

«Какая информация была для вас новой?», «Как устроены нейронные сети?», «Приведите пример использования нейронных сетей из повседневной жизни?»

1. Особенности проведения урока.

   1. Возрастные различия.

В начале каждого урока предлагается совместно посмотреть и обсудить видеоролик по теме урока. Ролик снят в двух версиях — для 1–4 и 5–11 классов.

Тренажер для 1–4 классов состоит из двух заданий. После прохождения заданий ученикам предлагается посмотреть анимированный ролик с обобщением пройденного материала.

1. «Обучение нейросети» — ученики попробуют себя в роли специалиста по обучению нейросети — подбирают оптимальный способ общения между героями. Для этого они анализируют исходные данные, известные о героях и подбирают наилучший способ коммуникации. Так, мы показываем, что нейросети можно научить решать аналитические задачи, только в реальности процесс обучения проходит на большой выборке данных.

2. «Рекомендательная система друзей» — в социальных сетях есть функция рекомендации новых друзей. В игровой форме знакомим учеников с этой механикой. Школьник выступает в роли нейронной сети, которая анализирует анкеты пользователей, находит в них общие интересы и объединяет пользователей друг с другом.

Обратите внимание, если ученики вашего класса недостаточно хорошо читают, вы можете помочь им выполнить задание. Прочитайте задание ученикам, проведите совместное обсуждение и выберите верный вариант.

Тренажер для 5–7 классов состоит из двух заданий. После прохождения заданий ученикам предлагается посмотреть анимированный ролик с обобщением пройденного материала.

1. «Распознавание лица» — ученики узнают, что в основе популярных технологий проецирования масок лежат нейросети, которые

привязывают маску к чертам лица. В игровой форме рассказываем школьникам, что нейросети способны распознавать черты лица, и важным этапом разработки такой нейросети является ее обучение. В первой части задания ученики обучают нейросеть распознавать черты лица. Во второй части задания — ученики создают свою собственную маску и, используя нейросеть, тестируют ее на себе при помощи веб-камеры. Если веб-камеры нет, то ученики тестируют маску на подготовленном манекене.

1. «Рекомендательная система новостей» — функция рекомендации контента пользователям используется во многих сферах: социальные сети, видеохостинг, новостные агрегаторы, интернет-магазины. В основе этой технологии лежат нейросети. В игровой форме рассказываем ученикам про рекомендательную систему, которая подбирает персональную ленту новостей, опираясь на разные вводные данные: интересы, историю просмотра, поведение других пользователей со схожими интересами. В первом уровне, анализируем интересы трех героев, находим общие темы. Во втором уровне, зная историю просмотра двух героев, подбираем новости, которые понравятся третьему герою.

Тренажёр для 8–11 классов состоит из одного задания, которое

включает в себя 5 уровней. После прохождения заданий, ученикам предлагается посмотреть анимированный ролик с обобщением пройденного материала.

1. «Нейросети и разработка приложений» — в интерактивном форме знакомим учеников с процессом разработки мобильных приложений, а также рассказываем, как нейросети способны помогать на разных этапах разработки. Также ученики узнают про

разные профессии, связанные с этой сферой. При помощи задания школьники пройдут все этапы разработки: аналитика и исследование, разработка дизайна, разработка технической части, тестирование и размещение приложения в магазине. Задание показывает, что в будущем разработка приложений будет занимать меньше времени, нейросети заберут все рутинные процессы на себя.

4.2 Оценка активности ученика

Обратите внимание, что за прохождение тренажеров можно поставить оценку. Для этого предупредите учеников, что будете оценивать их активность. Чтобы заработать оценку, нужно пройти задание тренажера и поделиться результатом на странице VK (в конце каждого тренажера есть соответствующая кнопка). Если у вас есть ссылка на страницу школьника, тогда достаточно проверить, разместил ли ученик на странице публикацию с результатом прохождения задания.

Если у вас и вашего ученика нет возможности что-то размещать на странице VK, тогда вы можете попросить ученика отправить вам на почту принтскрин последнего уровня тренажера с итоговым результатом (набранными баллами).

Приложение 1. Технические требования

Рекомендуемая конфигурация ПК учеников для работы в тренажере:

1. Процессор Intel Core.

2. ОЗУ 4Gb.

3. Монитор с разрешением от 1024х768 до 1920х1080.

4. OS:

• Windows 7 и новее,

• macOS 10.13 High Sierra и новее,

• iOS 10 и новее,

• Android 4.4 и новее.

1. Доступ в Интернет: не менее 10 Mbit/s.

2. Браузер:

• Google Chrome 60 и новее,

• Safari 11 и новее (за исключением Safari for Windows),

• Opera 44 и новее,

• Яндекс.Браузер 17.4 и новее.

При использовании мониторов минимального разрешения необходимо применять функцию масштабирования браузера: (Ctrl + «-», Ctrl + «стрелка вниз»).

Вне зависимости от используемой конфигурации рекомендуется до урока открыть и пройти тренажер на компьютере ученика для проверки совместимости.

В случае невозможности использования тренажера в формате онлайн, необходимо провести урок по сценарию методических рекомендаций по проведению урока без Интернета (методические рекомендации находятся на сайте «Урока цифры»).

Приложение 3. Решения для задания 1–4 класса «Обучение нейросети»

В ходе выполнения задания, школьники примерят на себя роль специалиста по обучению нейросети. Задание заключается в том, чтобы подобрать наилучший способ коммуникации между героями с учетом их технических возможностей. Процесс решения задания:

• познакомиться с ситуацией, в которую попали герои (рис. 1);

• изучить анкеты героев (рис. 2);

выбрать подходящий способ связи путем перетаскивания

Приложение 4. Решения для задания 1–4 класса «Рекомендательная система друзей»

Выполняя это задание, школьники познакомятся с одним из примеров работы нейронных сетей в рекомендательных системах. Задание заключается в том, чтобы найти пользователей с общими интересами. Всего таких интересов 12, а счетчик в верхней части экрана поможет понять, все ли интересы найдены. Процесс решения задания:

• посмотреть интересы героев, указанные в анкетах в виде иконок (рис. 1);

• объединить героев из верхней и нижней строки с общими интересами (рис. 2);

• поделиться результатом при помощи кнопки «Поделиться».

Приложение 5. Решения для задания 5–7 класса «Распознавание лица»

Задание состоит из двух уровней. В ходе выполнения заданий, ученики в игровой форме научатся распознавать черты лица человека, а также создадут собственную маску и примерят ее на себя. Процесс решения задания:

• распознать все черты лица из списка (рис. 1);

• создать маску при помощи конструктора (рис. 2);

• протестировать маску на себе (рис. 3);

• поделиться результатом при помощи кнопки «Поделиться».

Первый уровень заключается в том, чтобы научить нейросеть распознавать черты лица — для этого нужно отметить следующие точки на лице: левый и правый глаз, левая и правая бровь, нос, губы.

Приложение 2. Профессии в области нейронных сетей

ИТ-медик

Врач с хорошим знанием информационных технологий, который будет использовать нейросети для диагностики заболеваний. Врач будет собирать исходные данные у пациентов и вносить их в нейросеть. Нейросеть будет проводить анализ этих данных и рекомендовать пациентам лучший способ лечения с учетом их индивидуальных особенностей.

Разметчик данных

Человек этой профессии будет заниматься разметкой данных, тем самым подготавливая их для обучения нейросети разным задачам. Например, мы хотим обучить нейросети определять, в каких видео на YouTube появляются кошки. Для этого нужно провести большую монотонную работу, в которой специалист будет делать пометки: «вот это кошка», «нет, это собака» и т. д. Эта профессия будет пользоваться большим спросом: данных для анализа большое количество, легкий порог входа, возможность работать удаленно.

Нейробиолог

Это специалист, который исследует, как работает человеческий мозг, чтобы применить эти знания для совершенствования и разработки новые нейронных сетей. Также нейробиолог должен обладать навыками математического моделирования, которое лежит в основе любой нейронной сети.

Нейролингвист

Нейролингвист изучает, как работает мозг с речевым аппаратом. Как сейчас известно, не существует какого-то одного конкретного мозгового центра, который бы отвечал за все процессы в этой области. Даже при чтении задействуется практически весь мозг. В рамках профессии можно исследовать системы языка и механизмы работы мозга с речью в самых разных аспектах, например, для совершенствования интеллектуальных голосовых помощников.

Коммуникатор

С распространением нейросети растет спрос на

специалистов-гуманитариев, который способны понятно и лаконично сформулировать задачу техническим специалистам. Коммуникатор должен хорошо ориентироваться в работе нейронных сетей, и одновременно разбираться в устройстве бизнеса, чтобы четко формулировать задачи для технических специалистов без возможности двойственной интерпретации.

Клинический биоинформатик

Биоинформатика — это изучение процессов, связанных с организмом человека, с помощью компьютерного моделирования. В случае нестандартного течения болезни клинический биоинформатик строит компьютерную модель биохимических процессов болезни, чтобы понять первопричины заболевания, выявляет нарушения на клеточном и субклеточном уровнях.

Конструктор персональной медиасреды

На основе больших данных специалист будет обучать нейросети, которые будут рекомендовать музыкальные треки, видеоролики, публикации и другие медиа, наиболее подходящие человеку. По мере развития технологии, нейросети научатся ориентироваться не только на интересы и вкус пользователя, а также на его самочувствие и другие контексты. Пользователю понадобится меньше усилий для поиска интересного контента.

ИТ-проповедник

Обучение людей новым технологиям, убеждение их в том, что цифровой мир несёт им благо, а не зло, привлечение их на свою сторону

• это задача, которая будет становиться все важнее по мере того, как диджитализация будет проникать в привычный нам мир вещей. Задачи для такого специалиста две: обучение людей новым технологиям, помощь им в приобретении новых навыков, а также снятие зачастую иррациональных страхов перед цифровым миром.

Специалист по обучению нейронных сетей

Задача специалиста по обучению нейронных сетей — автоматизировать те процессы, где невозможно прописать четкий алгоритм действия, принять решение и получить требуемый результат на

основе некоторого набора больших данных. Например, создать программу, которая самостоятельно будет определять, какую рекламу и в какой момент необходимо показывать пользователю в зависимости от его действий.

Нейросетевой коуч

Это специалист, которые будет решать комплексную задачу обучения нейронных сетей в узкоспециализированной сфере. Например, нужно повысить успеваемость учащихся в университете по предмету. Нейронная сеть может найти решение проблемы, но ей необходимо изучить структурированный набор данных. Нейросетевые коучи составят такой набор данных и проведут тестовые сравнения. Затем они, в процессе изучения искусственным интеллектом информации, выберут наиболее корректные наборы данных. Это необходимо, чтобы повысить качество работы алгоритмов.

Режиссер впечатлений

Уже сейчас современные нейросети научились генерировать изображения не отличимые от реальных. В будущем они научатся генерировать целые фильмы, для производства которых раньше требовались миллиарды долларов. Режиссер впечатлений будет создавать разнообразные образы, на основе которых нейросеть будет генерировать персонализированный контент для каждого человека.

Приложение 6. Решения для задания 5–7 класса «Рекомендательная система новостей»

Выполняя задание, школьники познакомятся с одним из примеров работы нейронных сетей в рекомендательных системах. Задание состоит из двух уровней. В начале мы показываем, что нейросеть анализирует интересы пользователей (рис. 1). Далее, зная эти интересы, мы можем подобрать интересные новости для героя (рис. 2). Процесс решения задания:

Уровень 1:

• изучить анкеты героев;

• найти три общих интереса между анкетами (рис. 1). Уровень 2:

• изучить новостную ленту;

• выбрать новости, которые понравятся Запятыне (рис. 2).

Правильный ответ для первого уровня: животные, спорт, настольные игры (рис. 1).

Приложение 7. Решения для задания 8–11 класса «Нейросети и разработка приложений»

В ходе задания участники смогут попробовать себя в роли разработчика мобильных приложений и пройти все этапы разработки: исследование и анализ, создание дизайна, разработка, тестирование и публикация. Каждый этап это один уровень тренажера:

1. Провести исследование аудитории и выбрать самый популярный интерес, который станет темой приложения (рис. 1).

2. Создать дизайн приложения, выбрав функции, которые понадобятся в приложении (рис. 2).

3. Написать код для приложения на основе функций, которые были добавлены на этапе дизайна (рис. 3).

4. Протестировать функции приложения (рис. 4).

5. Заполнить анкету приложения для публикации в магазине приложений (рис. 5).

Первый уровень. Школьники выступают в роли аналитика, которому нужно провести анализ и исследование аудитории. Для этого нужно выбрать в фильтре слева: возраст, пол и город. В центре находится список интересов, демонстрирующий статистику популярных интересов относительно выбранной аудитории. Ученик выбирает самый популярный интерес — это будет темой приложения (рис. 1).