Pagine

giovedì 23 novembre 2023

Artificial intelligence and schools: let’s make things clear

di Enrico Nardelli

(versione italiana qua)

We are seeing a frantic race to adopt Artificial Intelligence (AI) tools in schools, even though they still have critical issues that, especially in a sector where interventions can have long-term effects, should be considered with extreme care and studied over a longer timeframe. I think it's important to avoid a repeat of what happened with the widespread introduction of digital devices in education over the last two decades. Only recently have we started paying attention to the problems that their excessive use has created. For example, see the final report published in June 2021 from the inquiry “Sull’impatto del digitale sugli studenti, con particolare riguardo ai processi di apprendimento” (= On the Impact of Digital Technology on Students, with Particular Attention to Learning Processes) conducted by the Senate’s Committee “Istruzione Pubblica e Beni Culturali” (= Public Education and Cultural Heritage).

Here are a few points to help foster a more thoughtful reflection on this topic.

Before getting started, it’s important to recall that different levels of education—primary, lower secondary, upper secondary, university, and vocational training—have different needs and require different approaches. Therefore, in this article, I will focus on the school sector. I've discussed the university world elsewhere. For instance, master's degree students, who already have foundational knowledge in a field and are working to deepen and refine it, can be asked to critically evaluate papers produced by AI tools. This serves as an important exercise to test their level of preparation. This approach, however, seems far less relevant in schools, where students are still building their basic skills. To be able to criticize, you first have to know and know how to do.

It is also essential to distinguish between the different roles for using AI in schools: students, teachers, and administrative staff. The latter two groups can use these tools to help with repetitive tasks (while paying close attention to data privacy). For students, however, repeated exercise of cognitive functions cannot be bypassed (through the use of such tools) without inevitably undermining the development of their skills. This point is too often overlooked, even though centuries of educational experience remind us that both physical and intellectual abilities require constant and repeated practice to be developed.

Additionally, it is crucial to distinguish between using technology and education on the scientific principles behind it, a distinction that is too often overlooked. AI tools, while enormously useful for rational cognitive work — that is, the kind of reasoning that starts from objective elements and produces new data that are logically consistent with and derived from those elements (something that, more generally, all computer systems do, the “cognitive machines” I discussed in my book La rivoluzione informatica) — operate through fairly complex mechanisms. To truly understand how they work, you need adequate mathematical and scientific prerequisites that schools typically don't provide.

In fact, Italy is still lagging when it comes to the basic scientific skills needed to successfully navigate the digital transition. For more on this, I suggest looking at the proceedings from the conference on teaching informatics in schools, held at the Accademia dei Lincei on October 19th. This is precisely the gap highlighted by the European Commission's recommendation from April 2023 (COM(2023) 206 final), which urged all member states to include high-quality informatics education from the beginning of compulsory schooling. The general public still doesn't truly grasp what informatics is—the scientific discipline that underpins the digital world. AI is a highly specialized field within informatics. And while its tools, like those from many other areas of informatics, can be used by the average person, a real understanding of how they function must be built on a foundation of basic informatics knowledge that most people currently lack. It's like trying to explain differential and integral calculus to someone who's never taken a math class.

Lastly, and no less important, we need to evaluate the risks and benefits of introducing AI tools into schools. They can certainly bring advantages for certain types of users by reducing the effort associated with repetitive cognitive-rational tasks. However, these potential benefits must be balanced against possible downsides. These include loss of privacy, the spread of misinformation, the generation of inaccurate texts based solely on statistics (so-called "hallucinations," which I've discussed a elsewhere), and the significant energy consumption and environmental impact. For instance, a single query to an AI-based tool can be dozens of times more costly than a query to a standard search engine. We also must consider the potential dehumanization of the teacher-student relationship, where the relational component is an essential aspect.

AI tools can boost teacher productivity by reducing the time spent on repetitive tasks, allowing educators to dedicate more attention to students who need it most. These routine tasks include, for example: generating exercise and exam questions, creating presentations from texts (summarization), generating texts from detailed outlines, and providing explanations for simple requests for clarification, among others. Of course, it is crucial to remain aware of their margins of error, which makes it necessary to carefully review whatever they produce (and therefore to have a solid grasp of the subject matter). Ultimately, responsibility always lies with the human, not the tool.

In general, however, unsupervised use of these tools by students for schoolwork should be avoided. Some, for example, have suggested they could use them at home to get a first evaluation of their homework. A rather odd idea—since at that point they might as well use them to write the assignments, too! More importantly, given the risk of hallucinations in these systems, the very students who would benefit most from such feedback are also the least equipped to spot the mistakes the tools might introduce. Of course, students will still have access to them through their smartphones, so rather than relying on prohibition, the better approach is to provide information and raise awareness, for example, through collective use and critical discussion in the classroom. On the other hand, and this is probably good news, the fact that anyone can produce a high-quality written text with these tools could encourage a renewed emphasis on direct human interaction and oral dialogue.

For some schools, particularly technical institutes for Informatics, curricula will need to be adapted (and supported by suitable professional development for teachers) to include adequate scientific and technological training in this field, which will significantly influence the world of work in the near future. Since those who choose this technical track are generally aiming to enter the job market directly after graduation, it's only right that preparation in this area becomes part of their education.

In conclusion, it will be essential for AI tools used in schools monitored and regulated by the public sector. This is to avoid the risks associated with purely commercial products that lack independent oversight regarding their development, the data they were trained on, the security checks they have undergone, how they use and manipulate provided data, and any potential gender- or diversity-related biases. These are all aspects with a high social impact and, for this reason, they require the highest level of attention. It should also be remembered that this technology is still in an experimental phase, and every one of our interactions with it contributes to its development completely free of charge. This would only be acceptable for a tool owned by the community, where any improvements would ultimately benefit everyone.

Approximately twenty years after video game consoles first appeared in Italy and fifteen years after smartphones became widespread, the Parliamentary Commission mentioned at the beginning concluded its investigation with these words: «There are physical harms… and there are psychological harms… But the most worrying thing is the progressive loss of essential mental faculties, the faculties that for millennia have represented what we broadly call intelligence: the ability to concentrate, memory, critical thinking, adaptability, dialectical skills... These are the effects that the use, which in most cases can only degenerate into abuse, of smartphones and video games produces on the youngest.» I would not want a new Parliamentary Commission, twenty years from now, to reach the same (or perhaps even more) alarming conclusions regarding the use of AI tools.

The future of our children is too important to be sacrificed on the altar of productivity and technological progress.

--
The italian version has been published by "StartMAG" on 19 November 2023.

mercoledì 22 novembre 2023

Intelligenza artificiale e scuola: facciamo chiarezza

di Enrico Nardelli

(english version here)

Stiamo osservando una corsa frenetica all’utilizzo degli strumenti di Intelligenza Artificiale (IA) nel mondo della scuola, quando essi presentano ancora alcuni aspetti critici che, soprattutto in questo settore in cui gli interventi sono grado di produrre effetti di lungo periodo, andrebbero invece considerati con estrema attenzione e studiati con tempi maggiormente dilatati. Mi sembra importante evitare che accada qualcosa di simile a quanto avvenuto con l’utilizzo dei dispositivi digitali, introdotti a tappeto nel settore dell’istruzione nel corso degli ultimi vent’anni e per i quali solo recentemente si sta facendo attenzione ai problemi che tale uso eccessivo ha creato. Si veda a tal proposito il documento finale, pubblicato nel giugno 2021, dell’indagine conoscitiva “Sull’impatto del digitale sugli studenti, con particolare riguardo ai processi di apprendimento” svolta dalla Commissione “Istruzione Pubblica e Beni Culturali” del Senato.

Espongo quindi nel seguito qualche elemento utile ad una riflessione più meditata su questo tema.

Prima di iniziare è necessario ricordare che i vari livelli della formazione (primaria, secondaria inferiore, secondaria superiore, terziaria, professionale) hanno esigenze diverse e richiedono approcci diversi. In questo articolo mi concentro quindi sul settore scolastico. Del mondo universitario ne ho parlato qua. Agli studenti di un corso di laurea magistrale, che hanno già competenze di base in un certo settore e le devono approfondire e raffinare, si può, ad esempio, chiedere che esaminino criticamente elaborati prodotti da strumenti dell’IA, come importante esercizio di verifica del loro livello di preparazione. Questo approccio non mi sembra invece così rilevante nel mondo scolastico, dove i discenti stanno ancora formando le loro competenze di base. Per poter criticare bisogna prima di tutto sapere e saper fare.

Bisogna poi distinguere tra i diversi ruoli per la fruizione dell’IA nella scuola: studenti, docenti, personale amministrativo. Le ultime due categorie possono usare questi strumenti per essere aiutati nello svolgimento di attività ripetitive (facendo attenzione agli aspetti relativi alla privacy dei dati ad essi forniti), laddove per gli studenti l’esercizio, anche ripetuto, delle funzioni cognitive non può essere evitato (mediante l’uso di questi strumenti) pena l’inevitabile carenza che ne conseguirebbe per lo sviluppo delle loro competenze. Questo elemento viene troppo spesso dimenticato, laddove un’esperienza educativa plurisecolare ci ricorda che non solo le capacità fisiche ma anche quelle intellettuali hanno necessità di esercizio costante e ripetuto per poter essere sviluppate.

Inoltre, è necessario differenziare tra uso della tecnologia e formazione sui suoi princìpi scientifici: si tratta di una distinzione troppo spesso ignorata. Gli strumenti dell’IA, pur potendo essere enormemente utili nel lavoro cognitivo razionale, cioè quello che a partire da elementi oggettivi consente di produrre nuovi dati logicamente consistenti con quelli di partenza e conseguenti da essi (qualcosa che – più in generale – fanno tutti i sistemi informatici, le “macchine cognitive” di cui ho parlato nel mio libro “La rivoluzione informatica”), hanno dei meccanismi di funzionamento abbastanza complessi che, per poter essere compresi, richiedono di essere introdotti solo in presenza degli adeguati prerequisiti matematici e scientifici che normalmente la scuola non fornisce.

Infatti, in Italia siamo ancora in ritardo sulle competenze scientifiche di base necessarie per poter affrontare con successo la transizione digitale (su questo tema invito a consultare gli atti del convegno svolto il 19 ottobre u.s. presso l’Accademia dei Lincei in tema di insegnamento dell’informatica nella scuola), come raccomandato ad Aprile 2023 della Commissione Europea di aprile 2023, COM(2023) 206 final, che ha esortato tutti gli stati membri a inserire un’istruzione di alta qualità sull’informatica fin dall’inizio dell’istruzione obbligatoria. Il grande pubblico non ha ancora capito cos’è davvero l’informatica, la disciplina scientifica alla base del mondo digitale. L’IA è un settore molto specialistico dell’informatica e se, come per molti altri settori dell’informatica, gli strumenti che esso produce sono utilizzabili anche dall’uomo comune, una comprensione dei suoi meccanismi di funzionamento deve essere basata su conoscenze di base di informatica che al momento le persone comuni non posseggono. Invece, è come se cercassimo di spiegare il calcolo differenziale e integrale a chi non ha mai studiato matematica nella scuola.

Infine, ma non meno importante, bisogna valutare rischi e benefici dell’inserimento degli strumenti dell’IA nella scuola. Essi possono apportare vantaggi, per alcune tipologie di utenti, riducendo la fatica legata ad attività cognitivo-razionali di tipo ripetitivo, ma i possibili vantaggi vanno valutati alla luce anche dei potenziali effetti negativi: riduzione della privacy, diffusione di disinformazioni, generazione di testi scorretti perché basati esclusivamente sulla statistica (le cosiddette allucinazioni – ne ho parlato qua), consumo energetico e relativo impatto ambientale (una query fatta ad uno strumento basato sull’IA ha un costo decine di volte superiore a quello di una query fatta ad un normale motore di ricerca), disumanizzazione del rapporto docente-studente in cui la componente relazionale è un aspetto essenziale.

Gli strumenti di IA possono infatti portare a una maggiore produttività per i docenti, se attraverso di essi riescono a ridurre il tempo dedicato alle attività ripetitive consentendo quindi loro di dedicarsi maggiormente alla cura degli studenti maggiormente bisognosi. Tra queste attività di routine ricordiamo, ad esempio: generazione di testi di esercizi e di esame, generazione di presentazioni a partire da testi (sommarizzazione), generazione di testi a partire da indici fini, fornire spiegazioni a richieste di chiarimenti semplici, etc. Ovviamente, è fondamentale essere sempre consapevoli che hanno dei margini di errore che richiedono di controllare sempre quanto da essi prodotto (e, quindi, di conoscere bene l’argomento che viene trattato) e che la responsabilità ultima è sempre della persona.

In generale, invece, il loro uso non sorvegliato da parte degli studenti per l’attività scolastica è da evitare. Alcuni, ad esempio, hanno suggerito che essi potrebbero usarli a casa per ottenere una prima valutazione dei loro compiti. Un po’ bizzarra, come idea, visto che a questo punto potrebbero poi anche usarli per produrre i compiti stessi! Ma soprattutto, alla luce delle possibili allucinazioni in cui questi strumenti incorrono, sono proprio gli studenti che più hanno bisogno di questa funzione quelli che meno sono in grado di rendersi conto di eventuali errori da essi commessi. Ovviamente gli studenti avranno comunque accesso ad essi attraverso i loro smartphone, e quindi bisognerà resistere a tentazioni proibizionistiche in favore di un’opera di informazione e diffusione di conoscenza, condotta – ad esempio – attraverso l’uso collettivo e la discussione critica nella classe. D’altro canto, è questa probabilmente è una buona notizia, il fatto che attraverso di essi sia possibile a chiunque produrre un testo scritto di buon livello, implicherà un ritorno e una maggiore presenza di rapporti umani diretti e dialogo orale.

Per alcuni indirizzi di scuola, penso in particolare agli istituti tecnici per l’informatica, andranno adeguati i curricoli (e sviluppato il necessario aggiornamento professionale per i docenti) per inserire un’adeguata formazione scientifica e tecnologica su questo settore, che influenzerà in modo significativo il mondo del lavoro nel prossimo futuro. Dato che chi sceglie questo indirizzo tecnico è generalmente orientato a entrare, al suo completamento, direttamente nel mercato del lavoro, è giusto che la preparazione in quest’ambito divenga parte della loro formazione.

Per concludere, sarà fondamentale che gli strumenti di IA usati nel mondo della scuola siano controllati/vigilati dal settore pubblico, onde evitare i rischi connessi a realizzazioni esclusivamente commerciali, che non hanno controlli indipendenti su come sono stati realizzati, con quali dati sono stati addestrati, a quali verifiche di sicurezza sono stati sottoposti, come usano e manipolano i dati forniti, in quali possibili discriminazioni legate al genere o ad altre diversità possono incorrere. Sono tutti aspetti che hanno un elevato impatto sociale e che per questo motivo richiedono il massimo livello di attenzione. Va anche ricordato che si tratta di una tecnologia ancora in fase sperimentale e che ogni nostra interazione con essa è un contributo al suo sviluppo fornito del tutto gratuitamente. Sarebbe accettabile solo per uno strumento posseduto dalla collettività e i cui miglioramenti vanno comunque a vantaggio di tutti.

Circa vent’anni anni dopo l’arrivo delle consolle di videogiochi e quindici anni dopo la diffusione degli smartphone in Italia, la Commissione Parlamentare citata in apertura concludeva la sua indagine con queste parole: «Ci sono i danni fisici ... E ci sono i danni psicologici ... Ma a preoccupare di più è la progressiva perdita di facoltà mentali essenziali, le facoltà che per millenni hanno rappresentato quella che sommariamente chiamiamo intelligenza: la capacità di concentrazione, la memoria, lo spirito critico, l’adattabilità, la capacità dialettica... Sono gli effetti che l’uso, che nella maggior parte dei casi non può che degenerare in abuso, di smartphone e video-giochi produce sui più giovani ». Non vorrei che tra altrettanto tempo una nuova Commisione Parlamentare arrivasse alle stesse (forse più) terribili conclusioni in riferimento all’uso degli strumenti dell’Intelligenza Artificiale.

Il futuro dei nostri figli è troppo importante per sacrificarlo sull’altare della produttività e del progresso tecnologico.

--
Versione originale pubblicata su "StartMAG" il 19 novembre 2023.