Využití chatbota a LLM pro pomoc s řešením online cvičení na vzdělávacím portále

Vytvořit chatbota Viky pro online vzdělávací portál Škola s nadhledem (provozovaný Nakladatelstvím Fraus) s cílem pomáhat žákům základních škol s online procvičováním znalostí. Chatbot simuluje roli starší sestry, která interaktivně pomáhá žákům s pochopením procvičované látky a respektuje pedagogické principy pro efektivnější osvojení znalostí

Nakladatelství Fraus je přední české nakladatelství s více než 30 lety zkušeností v oblasti vzdělávání. Vedle učebnic a pracovních sešitů pro různé typy škol se zaměřuje i na inovativní technologie a online výuku. Škola s nadhledem je jedním z jejich klíčových projektů, který pomáhá žákům dosahovat lepších výsledků ve vzdělávání.

• Byla analyzována malá podmnožina cvičení z různých předmětů a formátů, včetně jejich textové a vizuální složky.

• Vývoj zahrnoval vytvoření systému schopného zpracovávat definice cvičení do prostého textu, indexaci učebnic, extrakci relevantních úryvků a generování odpovědí na základě velkých jazykových modelů (LLM) s přístupem retrieval-augmented generation (RAG).

• V průběhu testování byly identifikovány a řešeny problémy spojené s lokalizací, správností a stylizací odpovědí. Experimenty prokázaly významný potenciál technologie LLM v kombinaci s metodou RAG pro zlepšení kvality a relevance odpovědí.

V rámci projektu ověřujícího technické možnosti vytvoření chatbota pro podporu pochopení učiva na platformě Škola s nadhledem bylo zjištěno, že kombinace specifických technologií vede k úspěšnému generování počátečních odpovědí na různé typy cvičení. Tento úspěch naznačuje vysoký potenciál velkých jazykových modelů (LLM) pro edukační aplikace, přičemž klíčem k úspěchu se ukázala přesná textová reprezentace cvičení, která umožňuje LLM efektivně a relevantně reagovat. Dále bylo zjištěno, že obohacení odpovědí o extrakty z učebnic zvyšuje jejich relevanci a přesnost, což rozšiřuje využití chatbota jako cenného edukačního nástroje. Přestože lokálně běžící modely LLM dosahují kvalitních výsledků, experimenty odhalily, že cloudové služby mohou nabídnout lepší výkon a škálovatelnost, což je důležité pro další rozvoj a nasazení chatbotů ve vzdělávacím sektoru.

Uživatel prochází vyhodnocené cvičení, kliknutím na avatar Viky se vyplní otázka: Můžeš mi prosím vysvětlit jak dojít ke správným odpovědím?

Viky:
V pouštních a polopouštních oblastech je vhodnými typy elektráren pro výrobu energie solární elektrárny. To je proto, že solární panely mohou využít slunečního svitu, který je v této oblasti velmi bohatý. Vodní elektrárny by nemohly být postaveny v pouštních a polopouštních oblastech, protože tam není dostatek vody. Větrné elektrárny by mohly být vhodné, ale v pouštních a polopouštních oblastech je více místa s minimem větru, což by znesnadnilo jejich fungování.

Uživatel vybírá jednu z předgenerovaných otázek:
Jak funguje technologie solárních panelů při přeměně sluneční energie na elektrickou energii?
Které další faktory by mohly ovlivnit efektivitu solárních elektráren v různých geografických oblastech?
Kde je vhodné postavit větrnou elektrárnu?

Viky:

Efektivita solárních elektráren může být ovlivněna několika faktory v různých geografických oblastech. Některé z hlavních faktorů zahrnují: 

• Sluneční záření: Množství slunečního záření, které oblast dostává, má zásadní vliv na efektivitu solárních elektráren. Pouštní a tropické oblasti mají obvykle vysoké sluneční záření, což je pro solární energetiku ideální. 

• Oblačnost a srážky: Častá oblačnost nebo silné srážky mohou snížit množství slunečního záření dosahujícího solární panely a tím snížit jejich efektivitu.

• Teplota: Vysoké teploty mohou mít jak pozitivní, tak negativní vliv na solární panely. Při vyšších teplotách může klesnout účinnost některých typů solárních panelů.

• Geografická poloha: Umístění solárních elektráren na rovníku nebo blízko něj umožňuje maximální využití slunečního záření. Nicméně, moderní technologie umožňují efektivní využití sluneční energie i ve vzdálenějších oblastech.

• Orientace a úhel panelů: Správná orientace solárních panelů a jejich úhel ve vztahu k slunečnímu svitu mohou zvýšit jejich efektivitu.

• Špínění a odolnost vůči písku: V pouštních oblastech může být solární zařízení vystaveno písečným bouřím, což vyžaduje odolné konstrukce a pravidelnou údržbu.

• Znečištění vzduchu: Kvalita vzduchu může ovlivnit průhlednost atmosféry a tím i množství dostupného slunečního záření.

• Technologický vývoj: Postupem času se technologie solárních panelů zlepšuje, což může znamenat zvýšení efektivity v různých geografických oblastech.

Tyto faktory mohou být vzájemně propojeny, a proto je důležité zohlednit celkový

kontext dané oblasti při plánování a budování solárních elektráren.

Vývoj chatbota Viky pro portál Škola s nadhledem je technicky realizovatelný a nese velký potenciál pro zlepšení interaktivní podpory žáků v online výuce. Chatbot by mohl studentům usnadnit pochopení látky, zodpovídat jejich dotazy a poskytovat jim individuální podporu, čímž by se zlepšily jejich studijní výsledky. Učitelé by tak získali více volného času, který by mohli věnovat individuální práci se studenty. Škola s nadhledem by se stala ještě atraktivnějším nástrojem pro výuku a pomohla by tak modernizovat vzdělávací systém.

Pro dosažení maximální efektivity je však nezbytné pokračovat ve vývoji chatbota Viky, s důrazem na optimalizaci a testování v reálných podmínkách.

Projekt vytvoření Chatbota Viky byl financován z programu StairwAI https://stairwai.nws.cs.unibo.it/. Amitia je registrovaným expertem a dodavatelem AI řešení v rámci StairwAI.