A system for generating chatbots to support learning in the field of exact sciences using generative artificial intelligence models
Аннотации
The integration of generative artificial intelligence (AI) into education, especially for teaching exact sciences, represents an innovative opportunity to enhance student engagement and understanding. Chatbots such as ChatGPT can promote interactive learning, allowing students to explore complex scientific concepts through personalized support and real-time feedback. This approach not only transforms traditional pedagogical methods but also fosters deep curiosity and understanding among students. This study examines the task of in creasing the degree of automation in creating AI-powered chatbots and their integration into the learning process for exact sciences, particularly mathematics, for school students in online educational settings. The relevance of the research is driven by the need to improve the success rate of educational activities under wartime conditions, eliminate knowledge gaps, bridge disparities in knowledge and skills among school students in exact sciences when preparing for further studies in higher education institutions, enhance the efficiency of independent learning in online educational settings, and stabilize the socio-emotional state of children. The purpose of this study was to develop a web platform for generating various types of chatbots using artificial intelligence models to improve the quality of school students’ preparation in exact sciences in online educational settings. The objectives include: analyzing the challenges and peculiarities of creating chatbots and preparing high-quality datasets; developing the structure and describing the functionality of the chatbot generation system; providing examples of creating various types of chatbots; conducting experiments to determine the effectiveness and cost of chatbot generation. The following results were obtained: A method to optimize the formation of datasets for chatbots was developed. A web platform for generating various types of chatbots was created, including assistant bots, bots for generating variants of mathematical problems and step-by-step explanations of their solutions, and testing bots using artificial intelligence models to improve the quality of school students’ preparation in exact sciences in online educational settings. Conclusions. The scientific novelty of the research is associated with improving the method of creating structured chatbot datasets while maintaining the thematic integrity of text and context, ensuring a more accurate selection of relevant information by chatbots for responding to user queries. The effectiveness of the proposed approach is illustrated through examples of creating an assistant bot, a bot for generating variants of mathematical problems and step-by-step explanations of their solutions, and testing bots, which demonstrated cost optimization and more efficient resource utilization. A significant advantage is the convenience of tools for creating and configuring chatbots, as well as their use through a showcase of ready-made chatbots in messengers. Інтеграція генеративного штучного інтелекту в освіту, особливо для викладання точних наук, представляє інноваційні можливості для підвищення залучення та розуміння студентів. Чат-боти, такі як ChatGPT, можуть сприяти інтерактивному навчанню, дозволяючи студентам досліджувати складні наукові концепції за допомогою персоналізованої підтримки та зворотного зв'язку в режимі реального часу. Цей підхід не тільки перетворює традиційні педагогічні методи, але й сприяє глибокій цікавості та розуміння серед учнів. Досліджується завдання підвищення ступеня автоматизації створення чат-ботів зі штучним інтелектом та їх інтеграції в процес навчання з точних наук, зокрема математики, школярів в онлайн-освітніх умовах. Актуальність дослідження викликана необхідністю підвищення рівня успішності навчальної діяльності в умовах воєнного стану, ліквідації прогалин в знаннях та вирівнювання розриву в знаннях і навичках серед школярів в точних науках при підготовці до продовження навчання в закладах вищої освіти, підвищення ефективності самостійного навчання в онлайн-освітніх умовах та стабілізації соціально-емоційного стану дітей. Метою дослідження є розробка веб-платформи генерації чат ботів різного спрямування, з використанням моделей штучного інтелекту, для підвищення якості підготовки школярів з точних наук в онлайн-освітніх умовах. Завдання: провести аналіз проблем та особливостей створення чат-ботів та підготовки якісних датасетів; розробити структуру та описати функціонування системи генерації чат-ботів; навести приклади створення різних типів чат-ботів; провести експерименти щодо визначення ефективності використання та вартості генерації чат-ботів. Отримані наступні результати. Розроблено метод оптимізації формування датасетів для чат-ботів. Розроблено веб-платформу генерації чат ботів різного спрямування, а саме ботів-асистентів, ботів-генераторів варіантів математичних завдань та покрокового пояснення їх вирішення, ботів-тестувальників, з використанням моделей штучного інтелекту, для підвищення якості підготовки школярів з точних наук в онлайн-освітніх умовах. Висновки. Наукова новизна дослідження пов’язана з удосконаленням методу створення структурованих датасетів чат-ботів зі збереженням тематичної цілісності тексту та контексту, що забезпечує більш точний вибір відповідної інформації чат-ботами для відповіді на запитання користувачів. Ефективність запропонованого підходу проілюстрована при створенні прикладів боту-асистенту, боту-генератору варіантів математичних завдань та покрокового пояснення їх вирішення, ботів-тестувальників, що показало оптимізацію витрат і забезпечення більш ефективного використання ресурсів. Значною перевагою є зручність інструментів створення, налаштування чат-ботів, а також їх використання через вітрину готових чат-ботів у месенджерах.