Ainstain – kun tekoälystä tuli opiskelijan vastuullinen sparraaja

Moni opettaja miettii nyt, viekö tekoäly opiskelijalta oivaltamisen ilon ja vaivan. Pelko siitä, että tekoäly ratkaisee tehtävät opiskelijoiden puolesta, on aito, jos opiskelija käyttää yleisimpiä tekoälypalveluita. Me Studeolla halusimme kääntää tämän asetelman päälaelleen. Loimme asiantuntijoiden kanssa työkalun, jossa ihminen pysyy ohjaksissa ja tekoäly valjastetaan tukemaan oppimista.

Studeon kehittämä Ainstain on matematiikan opiskeluun suunniteltu tekoälyapuri. Ainstain ei anna valmiita vastauksia, vaan auttaa opiskelijoita oivaltamaan itse ja tukee monivaiheisten sanallisten tehtävien harjoittelua. Näin opettajalle vapautuu enemmän aikaa aiheisiin syventymiseen. Opettaja päättää, onko Ainstain käytössä vai ei. Se ei ole tekoälyn villi länsi, vaan oppimisen tuki.

Näin syntyi Ainstain – matematiikkaan erikoistunut tekoälyä hyödyntävä työkalu, jonka tehtävä ei ole korvata opettajaa tai laskea opiskelijan puolesta, vaan auttaa opiskelijaa ymmärtämään, miten ongelma ratkaistaan. Pääset tutustumaan ja kokeilemaan Ainstain-demoa osoitteessa: www.studeo.fi/ainstain.

Esittelyssä Ainstainin kehittäjätiimi: pedagogiikka ja asiantuntijuus keskiössä

Ainstainin taustalla vaikuttaa kokenut asiantuntijatiimi, jonka intohimona on matematiikan oppimisen tukeminen ja teknologian valjastaminen opiskelijan avuksi. Pelkkä tekoäly ei riitä mullistamaan oppimista, vaan se vaatii rinnalleen vahvaa pedagogista ymmärrystä ja syvällistä taitoa ohjata opiskelijan ajatteluprosessia. Tässä haastattelussa tiimin jäsenet Jessica, Jooseppi ja Jani avaavat Ainstainin kehitystyön kulisseja ja kertovat, miten tästä väsymättömästä virtuaalivalmentajasta tuli totta.

Tiimin haastattelu

Miksi Ainstain tehtiin?

Ainstainin syntyhistoria kytkeytyy vahvasti haluun purkaa oppimisen esteitä. Jessican mukaan ytimessä on yhdenvertaisuus: “Ainstain tehtiin, jotta jokaisella olisi mahdollisuus saada apua matematiikassa juuri silloin, kun sitä eniten tarvitsee.”

Jessican mukaan lukio-opiskelijalle on elintärkeää oppia ymmärtämään, miten matemaattista ongelmaa lähestytään: tehtävänannosta on osattava poimia olennainen tieto, teksti on luettava tarkasti ja kaavat on löydettävä oikeista lähteistä. “Ainstain auttaa toki matemaattisen sisällön ymmärtämisessä sopivien kysymysten avulla, mutta koen itse, että vielä tärkeämpää on juuri tuo prosessiin ohjaaminen”, Jessica painottaa.

Kyse ei ole vain teknisestä apuvälineestä vaan pedagogisesta innovaatiosta. Jani viittaa oppimispsykologi Lev Vygotskyn teoriaan lähikehityksen vyöhykkeestä, eli asioista, joita oppija saavuttaa tuen avulla. “Meitä puhutteli ajatus ’virtuaali-Vygotskysta’. Kun opettaja tai vertaisoppija ei ole paikalla, Ainstain toimii väsymättömänä virtuaalikorvikkeena tälle sosiaaliselle tilanteelle”, Jani kuvailee.

Jooseppi muistuttaa, että tekoäly on tullut jäädäkseen, ja koulumaailman on reagoitava siihen järkevästi. “Yleiset tekoälymallit saattavat hallusinoida tai johdattaa opiskelijaa harhaan. Ainstain vastaa tähän tarjoamalla luotettavan ja pedagogisesti harkitun mallin oppimisen tueksi osana nykyaikaista oppimateriaalia.”

Millaista työskentely Ainstainin kehitystiimissä oli? Mikä oli mieleenjäävintä?

Ainstainin rakentaminen ei ollut perinteinen projekti vaan pikemminkin löytöretki. Janin mukaan kukaan ei alussa tiennyt, millaiseksi prosessi muodostuisi: “Työskentely oli erikoista; etenimme kokeilun ja jatkuvan uudelleenmäärittelyn kautta.” Epävarmuudesta huolimatta – tai juuri sen vuoksi – tiimi koki työn antoisaksi. Jessica painottaa yhteishengen merkitystä: “Parasta oli ammentaa toistemme tietotaidosta ja pohtia yhdessä, mitä kehotteissa tulisi huomioida.”

Kehitystyön ytimessä oli vahva pedagoginen ote. Jooseppi muistelee, kuinka työ alkoi tunnistamalla ne kohdat, joissa opiskelijat kompastuvat ja tarvitsevat eniten tukea. Tämä vaatii kehittäjiltä todellista muuntautumiskykyä.

“Mieleenjäävintä oli heittäytyä opiskelijan asemaan – välillä oltiin läpipääsystä taistelevia, välillä laudatur-tason huippusuorittajia”, Jooseppi kuvailee. Janille mieleenpainuvin hetki oli puhdas voitto tekoälystä: “Iso osa työtä oli lopulta eläytyä opiskelijan asemaan ja testata, miten Ainstain reagoi erilaisiin syötteisiin. Parhaiten mieleen jäi, kun alkukehitysvaiheessa sain suurella viekkaudella huijattua ja väsytettyä Ainstainin antamaan valmiin ratkaisun tehtävään. Seuraavilla kehityskierroksilla se ei enää onnistunut.”

Mitä hyötyä Ainstainista on mielestäsi opiskelussa?

Tiimi näkee Ainstainin roolin ennen kaikkea väsymättömänä tukijana. Jooseppi korostaa palvelun saavutettavuutta: “Ainstain on opiskelijan tukena vuorokauden ympäri, myös kotona läksyjä tehdessä. Se auttaa tunnistamaan virhekäsityksiä, joita opiskelija ei itse välttämättä huomaa, ja keskustelua voi jatkaa niin pitkään kuin on tarpeen.” “Se tarjoaa motivaatiota juuri sillä hetkellä, kun tekisi mieli heittää pyyhe kehään kotitehtävien kanssa”, lisää Jessica.

Jani vertaa Ainstainia luontevaan teknologiaan, kuten laskinohjelmistoon. “Se tukee opiskelijaa saavuttamaan sellaista, mitä hän ei välttämättä ilman tukea saavuttaisi. Samaten Ainstain pystyy verifioimaan ratkaisun järkevyyden ja ohjaamaan ratkaisua oikeaan suuntaan – näin opiskelija aidosti oppii tekoälyn avulla.”

Jessica, olet tutkinut väitöskirjaasi varten ryhmässä tapahtuvaa matemaattista ongelmanratkaisua ja sen vaiheita. Missä ongelmanratkaisun vaiheissa Ainstainista on erityisesti hyötyä?

Ainstainissa on erityisesti hyötyä kolmessa eri ongelmanratkaisun vaiheessa:
1. Alussa opiskelija tutustuu ongelmaan. Tällöin hän voi käyttää Ainstainia pilkkomaan tehtävää ja selittämään vaikealta tuntuvia sanoja.
2. Seuraavaksi opiskelija siirtyy ongelmanratkaisussa suunnitteluvaiheeseen, jossa hän suunnittelee, miten lähtee ratkaisemaan ongelmaa. Jos ratkaiseminen meinaa tyssätä jo tähän vaiheeseen, opiskelija voi pallotella ideoita Ainstainin kanssa, vaikka tehtävän vastauskentässä ei olisikaan vielä mitään.
3. Laadittuaan ratkaisuyritelmän opiskelija siirtyy ongelmanratkaisussa vaiheeseen, jossa arvioi, onko ratkaisu oikein. Tässä kohtaa Ainstain voi myös auttaa vahvistamalla ratkaisun oikeaksi tai osoittaa mahdollisen virheen tai virhepäätelmän paikan opiskelijan ratkaisusta tehtävän vastauskentässä.

Entä miten Jooseppi ja Jani te näette Ainstainin auttavan matemaattisessa ongelmanratkaisussa?

Jooseppi painottaa Ainstainin merkitystä matemaattisen ongelmanratkaisun ensiaskeleissa. Hänen mukaansa suurin kynnys on nimenomaan liikkeellelähtö: “Ainstain auttaa tunnistamaan ne piilevät virheet, joita opiskelija ei huomaa itse.”

Jani korostaa ongelmanratkaisun stuck-hetkeä, jolloin ajatus jumiutuu täysin. “Ainstain auttaa tässä, mutta se on arvokas myös ratkaisun loppuvaiheessa eli look back -vaiheessa, jossa arvioidaan tulosta. Tämä vaihe jää monesti opiskelijoilta väliin.”

Ainstain ei pelkästään tarkista laskuja, vaan se opettaa oivaltamaan. “Siihen on sisäänrakennettu “ekspertin ajattelua”, kuten kyky muodostaa helpompi, analoginen ongelma vaikean tilalle. Parhaimmillaan opiskelija omaksuu näitä tärkeitä metakognitiivisia taitoja työskennellessään tekoälyn kanssa”, Jani summaa.

Usein tekoälyä syytetään “hallusinaatioista” eli vääristä tiedoista. Miten olette varmistaneet, että Ainstain pysyy matematiikan faktoissa, vaikka sille voikin esittää ihan millaisia kysymyksiä tahansa?

Tekoälyn taipumus keksiä omia totuuksiaan eli “hallusinoida” on tunnettu haaste, mutta Ainstainin kohdalla riski on minimoitu tarkalla ohjauksella. Janin mukaan kyseessä on generatiivisen tekoälyn ominaisuus, jota on suitsittu tiukalla “promptaamisella” eli ohjeistamisella sekä järjestelmä- että tehtävätasolla. Jani kiteyttääkin tiimin yhteisen työn tulokset: he ovat huomioineet lukuisia eri tapoja lähestyä vaikkapa prosenttilaskentaa, ja jatkuvan iteroinnin ansiosta Ainstain “ymmärtää” nämä kaikki. “Viimeisissä testeissä alkoi faktaosaaminen olla minusta jo taitavan opettajan tasolla”, Jani summaa tyytyväisenä.

Ratkaisun avain ei ole pelkkä tieto vaan pedagoginen rooli. Jessica painottaa, ettei Ainstainia ole edes suunniteltu vastauskoneeksi: “Sitä ei ole tehty antamaan valmiita tietoja, vaan ohjaamaan opiskelijaa itse löytämään tarvittavat tiedot. Valmiin Ainstainin testauksissa hallusinaatioita ei ole juurikaan kohdattu.”

Jooseppi muistuttaa, että luotettavuus on hiottu kuntoon lukuisilla toistoilla. “Ainstain on suunniteltu pysymään matematiikan oppimisen tuen roolissa, vaikka sitä yrittäisi tietoisesti ohjata harhaan. Olemme testanneet tätä heittäytymällä eritasoisten opiskelijoiden rooleihin jokaisen tehtävän kohdalla”, hän selittää.

Ainstainia testattiin myös opiskelijoista koostuvien ryhmien kanssa. Millaisia kokemuksia testiryhmästä saatiin?

Kehitystyön loppuvaiheessa Ainstain pääsi todelliseen tulikokeeseen, kun se annettiin opiskelijaryhmien testattavaksi. Joosepin mukaan neljä ensimmäisen vuoden pitkän matematiikan opetusryhmää hyppäsi innolla mukaan testaamaan uutta työkalua. “Laaja ja heterogeeninen testiryhmä tarjosi arvokasta käyttäjäkokemusta, jonka avulla Ainstainia on voitu kehittää vastaamaan entistä paremmin nimenomaan lukio-opiskelijoiden tarpeisiin”, hän kuvailee.

Vaikka analysointi on Jessican mukaan vielä osittain kesken, ensituntuma on ollut erittäin positiivinen. Opiskelijat ottivat tekoälyn luontevasti osaksi oppimistaan. “Lähes kaikki kokivat, että Ainstainin kieli on heille sopivan tasoista ja se kehuu sopivasti. Opiskelijat kokivat, ettei tekoäly juurikaan tehnyt virheitä, ja se auttoi luontevasti tehtävien ratkaisemisessa”, Jessica iloitsee.

Jooseppi lisää, että palautteen kirjo oli hyödyllinen: osa oli tyytyväisiä heti, kun taas kriittisemmät testaajat auttoivat tiimiä hiomaan viimeisetkin kehityskohteet kuntoon ennen julkaisua.

Moni pelkää tekoälyn tekevän opiskelijoista laiskoja. Miten Ainstain on koulutettu vastustamaan tätä kehitystä?

Pelko tekoälystä “ajattelun ulkoistamisvälineenä” on otettu tiimissä vakavasti. Janin mukaan yksi kehitystyön peruskivistä oli sääntö, ettei Ainstain saa antaa suoria vastauksia. “Tavoitteena on käyttää tekoälyä fiksusti niin, ettei sille ulkoisteta ajattelua tai laiskisteta metakognitiota. Ainstainilla pyritään pikemminkin hoksauttamaan oppijaa, Jani painottaa.

Käytännössä tämä tarkoittaa jatkuvaa vuorovaikutusta. Jessica selittää, että Ainstain vastaa opiskelijan kysymyksiin heittämällä pallon takaisin: “Se antaa vastakysymyksen, joka auttaa opiskelijaa joko etsimään tietoa tai pohtimaan ratkaisua itse. Opiskelija tekee edelleen varsinaisen työn, mutta Ainstain sparraa rinnalla.”

Jooseppi näkee tässä jopa mahdollisuuden innostumiseen. Sen sijaan, että opiskelija luovuttaisi ja tyytyisi keskeneräiseen, Ainstainin ohjaus motivoi viemään tehtävän maaliin. “Parhaimmillaan se kannustaa opiskelijaa parantamaan omaa suoritustaan”, hän summaa.

Matematiikan opettajina, oppikirjailijoina ja teköälytyökalun kehittäjinä olette nähneet koko opiskelijan edistymisen kaaren. Mikä tekee juuri matemaatiikan kielentämisestä niin kriittisen taidon yläkoulussa ja lukiossa?

Matematiikan kielentäminen on noussut viime vuosina opetuksen keskiöön, ja syystä. Jooseppi muistuttaa, että muutos näkyy nykyään läpi koko koulutuspolun alkuopetuksesta ylioppilaskokeisiin. “Kielentäminen ohjaa opiskelijaa ymmärtämään matematiikkaa pelkän ulkoa opettelun sijaan”, hän painottaa.

Kyse on pohjimmiltaan oman ajattelun näkyväksi tekemisestä. Jessica huomauttaa, että matemaattisen ajattelun ilmaiseminen ilman kynää tai paperia on yllättävän haastavaa, vaikka se kuulostaa yksinkertaiselta. Jani on samoilla linjoilla: “Kielentäminen on oman ajattelun kuvaamista, ja sillä tavoin se onkin aivan ydintaito. Samalla kun opitaan kielentämään matematiikkaa, opitaan jäsentämään omaa ajattelua.”

Tiimi uskoo, että nämä taidot kantavat luokkahuonetta pidemmälle. “Nämä yleisemmät taidot ovat oikeastaan paljon tärkeämpiä kuin yksittäiset sisällöt, sillä ne kantavat hedelmää niin opiskelussa kuin myöhemmin työelämässäkin”, Jani summaa.

Mitä vinkkejä antaisit Ainstainia kokeileville opettajille? Entä opiskelijoille?

Artikkelin päätteeksi kehitystiimi haluaa kannustaa kaikkia tarttumaan uuteen työkaluun ennakkoluulottomasti. Jooseppi muistuttaa, että tekoäly on tullut jäädäkseen: “Ainstain on suomalaisten opettajien kehittämä ja pedagogisesti luotettava. Se on integroitu suoraan oppimateriaaliin, joten opettajan ei tarvitse huolehtia tietosuojasta tai erillisistä kirjautumisista. Käyttöönotto on tehty todella helpoksi.”

Jani haastaa opettajia tarkkailemaan muutosta käytännössä: “Kokeilkaa vaikka tehtävä kerrallaan. Huomaatteko, että tehtävät on tehty paremmin tai tyypilliset virheet ovat vähentyneet? Kysykää opiskelijoilta, miltä työskentely tuntui.”

Opiskelijoille tiimillä on selkeä viesti: Ainstain on sparraaja, ei vastausautomaatti. “Kannattaa aina ensin yrittää itse niin pitkälle kuin pystyy ja ottaa vasta sitten Ainstain avuksi”, Jessica evästää.

Jani täydentää, että Ainstainin kanssa voi jopa “jutella” tehtävän läpi: “Älä odota suoria vastauksia vaan käytä sitä alkuun pääsemiseen tai ratkaisun hiomiseen. Lopuksi saatat huomata pystyneesi johonkin, mihin et olisi ilman apua pystynyt – ja oppineesi samalla valtavasti.”

—

Jessica Salminen-Saari on taustaltaan palkittu matematiikan, fysiikan ja psykologian opettaja, joka on toiminut myös Helsingin yliopiston ohjaavan opettajana sekä yläkoulun että lukion puolella. Nykyisin Jessica tekee Helsingin yliopistossa väitöskirjaansa tutkimusta matemaattisesta ongelmanratkaisusta, on Studeon pitkän ja lyhyen matematiikan oppikirjailija ja Studeon matemaattis-luonnontieteellisten aineiden kustannuspäällikkö. Jessican haaveena on tuoda matematiikka jokaisen ulottuville ja lisätä siten maailmaan oivaltamisen iloa ja ymmärrystä tiedon rakentumisesta.

Jani Hannula toimii opetustoimen asiantuntijana Vantaan kaupungilla, jossa hän työskentelee erityisesti perusopetuksen digipedagogiikan sekä tiedolla johtamisen parissa. Jani on myös Studeon pitkän matematiikan oppikirjailija. Aiemmin hän on toiminut matematiikan ja tietotekniikan opettajana monipuolisesti niin peruskoulussa, lukiossa kuin korkeakoulussakin. Lisäksi Jani on toiminut opettajankouluttajana ja opetusharjoittelun ohjaajana sekä ollut mukana monissa digipedagogiikkaan liittyvissä hankkeissa. Koulutukseltaan Jani on filosofian tohtori matematiikan didaktiikan alalta. Hän on pedagoginen idealisti, jolle matemaattisen ymmärryksen rakentaminen on kaiken perusta. Hän on kiinnostunut tutkimaan, miten digitaaliset työkalut voivat tukea matemaattista oivaltamista sekä sitä, millainen rooli teknologialla on oppimisprosessissa.

Jooseppi Järvinen toimii matematiikan lehtorina Lempäälän lukiossa Lempäälän lukiossa ja on Studeon pitkän matematiikan oppikirjailija. Joosepille on tärkeää rakentaa oppimateriaaleja, jotka eivät ainoastaan selitä, vaan oikeasti tukevat oppimista. Hän arvostaa Studeon mahdollisuuksia toteuttaa opetusta joustavasti ja pedagogisesti tarkoituksenmukaisesti – tavalla, joka palvelee sekä opettajaa että opiskelijaa. Tavoitteena on, että jokainen opiskelija saa jokaisesta oppitunnista ja oppimateriaalin luvusta mahdollisimman suuren hyödyn. Hänellä on vahva asiantuntemus tekoälyn kehittämisestä ja sen hyödyntämisestä opetuksessa. Joosepin ajattelussa tekoäly on parhaimmillaan tehokas apuväline – hyvä renki, mutta huono isäntä – aivan kuten monet muutkin opetusteknologian työkalut, kuten opetusvideot tai laskinohjelmistot.