Вся программа 7 класса · 3.10. Искусственный интеллект и наука
Для нового материала есть десятки вариантов. Одни нужно рассчитать, другие испытать. Если модель быстро отсеивает варианты, можно ли убрать лабораторию и сразу выпускать продукт?
Учителю: подготовка и план на 45 минут
Подготовьте: экран или распечатки, тетради, ручки; калькулятор по необходимости. Все таблицы, тексты и ключи находятся в статье и PDF. Ключи открывайте после самостоятельной попытки; ученические листы печатайте отдельно от раздела учителя.
Вариант без регистрации: работайте по готовым материалам и учебным журналам на экране или бумаге. Ученики не создают аккаунтов и не передают личных данных. Учебная имитация позволяет проверить рассуждение, но не заменяет настоящий эксперимент с сервисом.
| Время | Этап | Результат |
|---|---|---|
| 0–5 | Проблемная ситуация | Первое решение и основания |
| 5–14 | Теория и разобранный пример | Понятия, доказательства и ограничения |
| 14–25 | Практика 1 | Проверяемый результат по критериям |
| 25–33 | Практика 2 | Перенос в новые условия |
| 33–40 | Обсуждение | Аргумент, возражение, общее решение |
| 40–45 | Индивидуальная проверка | Самостоятельный ответ и сверка |
Что собрать: результаты двух практик, основания вывода и индивидуальную проверку. Минуты включают чтение, обсуждение и запись; раздел соответствия программе предназначен учителю вне этих 45 минут. При 0–1 балле в проверке вернитесь к разобранному примеру; при 2–3 уточните пропущенное звено; при 4 предложите новый случай. Критерии нужны для обратной связи, не задают обязательную школьную отметку.
01. Проблемная ситуация
Для нового материала есть десятки вариантов. Одни нужно рассчитать, другие испытать. Если модель быстро отсеивает варианты, можно ли убрать лабораторию и сразу выпускать продукт?
0–5 минут: минуту прочитайте ситуацию, за две запишите своё решение и основание, за две сравните с соседом и сформулируйте вопрос проверки.
02. Объяснение и разобранный пример
5–14 минут: 4 минуты — понятия; 3 — совместный разбор; 2 — проверка ограничений примера.
Исследование проходит путь от вопроса и данных к кандидатам, проверке и внедрению. ИИ может искать закономерности, прогнозировать свойства и ранжировать варианты, чтобы исследователь проверял перспективные раньше. Он не добавляет измеренные свойства к ещё не испытанному материалу. Отбор уменьшает число дальнейших вычислений/опытов; валидация устанавливает, насколько полученный прогноз согласуется с выбранной проверкой.
Реальный пример: работа GNoME (Merchant и соавторы, Nature,29 ноября 2023) использует графовые сети для отбора кандидатных кристаллических структур и расчёты DFT для проверки предсказаний. DFT — вычислительный метод физики, не лабораторное изготовление каждой структуры. В статье отдельно описаны сопоставления с экспериментально реализованными структурами. Нельзя заменить эту последовательность утверждением «модель изготовила все материалы».
Российский пример — лаборатория ИИ для разработки материалов Сколтеха: её официальная страница описывает вычислительные модели межатомного взаимодействия и прогноз структуры молекулярных кристаллов. Это конкретные исследовательские задачи, не гарантия готового коммерческого продукта. На уроке мы не воспроизводим системы: считаем учебный отбор, отделённый от реальных публикаций.
Разобранный пример. Учебная лаборатория может испытать 4 кандидата. Все 8 испытаний заняли бы по 10 минут:80. Модельный отбор занял 5 минут, затем 4 опыта 40: вместе 45. В этой упрощённой смете экономия 35 минут. Не учтены обучение модели и настройка; если отбор пропустил полезный вариант, время сэкономлено ценой потери результата.
03. Практика 1: Разложите исследование по этапам
| Карточка | Что происходит |
|---|---|
| А | Выбраны свойства нужного материала и условия применения |
| Б | Собраны прежние структуры и результаты расчётов |
| В | Модель ранжирует новые кандидаты |
| Г | Для отобранных проведены независимые физические расчёты |
| Д | Часть кандидатов изготовлена и измерена в лаборатории |
| Е | Прототип испытывается в реальных условиях и дорабатывается |
Карточки являются общей учебной схемой. Они не утверждают, что все шаги одной конкретной публикации уже завершены.
- За 2 минуты восстановите порядок и назовите продукт каждого этапа.
- За 4 минуты укажите, где ИИ помогает и кто проверяет результат.
- За 3 минуты отделите прогноз, вычислительную проверку, эксперимент и внедрение.
- За 2 минуты найдите утверждение о готовом продукте, которое нельзя сделать только после В.
Форма результата: Карта процесса «этап → ИИ → человек → доказательство».
Критерии: По 1: порядок/продукты; роли; четыре вида результата; граница вывода послеВ. Всего 4.
Ответ, объяснение и критерии для учителя
А→Б→В→Г→Д→Е. Продукты: требования, данные, ранжированный список, расчётные оценки, измерения, прототип/отчёт испытаний. ИИ особенно помогает Б/В и анализу Г, но исследователи задают цель и проверяют. После В нет подтверждения изготовления, всех свойств и промышленной пригодности. Г не равна Д, Д не гарантирует Е.
Оценка: По 1: порядок/продукты; роли; четыре вида результата; граница вывода послеВ. Всего 4.
04. Практика 2: Посчитайте пользу и цену отбора
| Кандидат | Модель выбрала | Учебный итог испытания |
|---|---|---|
| 1 | Да | Подходит |
| 2 | Да | Не подходит |
| 3 | Да | Подходит |
| 4 | Да | Не подходит |
| 5 | Нет | Подходит |
| 6 | Нет | Не подходит |
| 7 | Нет | Не подходит |
| 8 | Нет | Не подходит |
Для учебного разбора после решения открыты результаты всех восьми опытов. Один опыт 10 минут; отбор 5 минут. Среди подходящих 3 кандидата. Результаты не относятся к GNoME.
- За 2 минуты найдите найденные и пропущенные подходящие варианты.
- За 3 минуты вычислите время полного/сокращённого пути и экономию.
- За 2 минуты оцените долю подходящих среди выбранных и долю найденных среди всех подходящих.
- За 1 минуту предложите контроль невыбранных и ограничение сметы.
Форма результата: Расчёт сметы и решение о следующей проверке отбора.
Критерии: По 1: найденные/пропуск; времена; обе доли; контроль и ограничение. Всего 4.
Ответ, объяснение и критерии для учителя
Выбраны подходящие 1/3, пропущен 5. Полный путь 80, сокращённый 45, экономия 35. Среди выбранных 2/4=50%; среди всех подходящих 2/3≈66,7%. Это разные доли. Можно выборочно проверять невыбранные и анализировать пропуск. Реальные расходы обучения/оборудования здесь не учтены. Экономия не доказывает сохранение всех полезных кандидатов.
Оценка: По 1: найденные/пропуск; времена; обе доли; контроль и ограничение. Всего 4.
05. Обсуждение: аргумент и возражение
33–40 минут. Тезис: «Ускорение исследования равно завершённому внедрению». За 2 минуты покажите пользу 35 минут; за 3 возразите пропуском 5 и стадиейЕ; за 2 уточните, какой результат можно обещать.
Ориентир для обсуждения
Ускорен один этап в учебной смете. Нужно оценить пропуски и дальнейшие испытания. Исследовательский кандидат, экспериментально проверенный образец и промышленный продукт — разные результаты.
06. Индивидуальная проверка понимания
Отбор 7 минут, проверка 3 кандидатов по 8; полная проверка 6 кандидатов по 8. Сколько времени сэкономлено? Что нужно узнать о невыбранных и почему нельзя обещать готовый продукт?
40–45 минут: 3 минуты — самостоятельная запись; 1 — сверка по ключу и исправление другим цветом; 1 — сдача ответа и общий вывод.
Ключ и критерии индивидуальной проверки
Полная 48, отбор+проверка 31, экономия 17. Нужна оценка пропущенных подходящих. После отдельных испытаний остаются свойства и условия внедрения. По 1 за 48,31/17, контроль пропуска, границу внедрения.
07. Связь с исходной программой
Пункт программы → действие → проверяемый результат
| Пункт программы | Действие ученика | Что проверяет учитель |
|---|---|---|
| ИИ и новые технологии | Разбирает этапы отбора/расчёта/эксперимента | Не смешивает прогноз с изготовлением |
| Российские практические задачи | Читает карточку лаборатории Сколтеха | Называет конкретную задачу без выдуманного продукта |
| Оценка и аргументы | Считает пользу и потери учебного отбора | Обосновывает проверку невыбранного |
Матрица относится к результатам данного урока. Другие существенные результаты модуля раскрываются в остальных уроках по опубликованному плану.
Источники и права на материалы
Основа содержания и результатов — исходная программа класса. Поурочное название и учебные случаи — авторская методическая развёртка, не дословные названия модулей программы. Числовые наборы, реплики условных помощников и ситуации специально подготовлены для урока. Исторические карточки пересказывают указанные документы; это не дословные цитаты. Учебные журналы не являются результатами испытания реального ИИ.
Merchant и соавторы, Nature, 2023: GNoME — источник для понятий и проверки; учебные задания разработаны отдельно.
Сколтех: лаборатория ИИ для разработки материалов — источник для понятий и проверки; учебные задания разработаны отдельно.
Логотип «Школы России» используется в материалах портала; авторские схемы предназначены для учебной работы. Внешние материалы сохраняют указанные условия использования.