Desmistificando a inteligência artificial para alunos do Ensino Médio: explorando conceitos e matemática fundamentais

Abstract

Este estudo se concentra na simplificação dos princı́pios matemáticos subjacentes à Inteligência Artificial (IA) para alunos do ensino médio e sua influência no campo edu- cacional. Inicialmente, aborda-se o impacto da tecnologia na sociedade, destacando a relevância da IA no processo de transformação da aprendizagem. Os conceitos fundamentais da IA, como aprendizado de máquina e redes neurais artificiais, são explorados junto com sua aplicabilidade no contexto educacional. Diferentes tipos de IA, desde a IA estreita até a consciente artificialmente, são discutidos, enfati- zando suas implicações e desafios éticos. Além disso, são apresentados casos reais de uso da IA em diversas áreas, como comunicação, marketing, medicina e indústria, ressaltando os benefı́cios e impactos na sociedade contemporânea. O estudo busca fornecer uma visão abrangente da IA e sua importância para o ensino de matemática, preparando os alunos para os desafios e oportunidades futuras na interseção entre matemática, tecnologia e educação. A pesquisa evidencia conceitos importantes no desenvolvimento, treinamento e operação de sistemas de IA, explorando também a interseção entre Matemática e IA. São apresentados os princı́pios essenciais para compreender a IA, como Cálculo Diferencial e Integral, Probabilidade, Estatı́stica e Geometria Analı́tica. Além disso, discute-se a evolução histórica das redes neurais, desde seus conceitos iniciais inspirados no cérebro humano até o desenvolvimento de modelos de redes neurais mais complexos. Por fim, são apresentadas aplicações para desenvolver o aprendizado de máquina e as redes neurais que são ferramentas de extrema importância para o funcionamento de uma IA. Tais aplicações a serem desenvolvidas com alunos do ensino médio tem o intuito de desmestificar e facilitar o entendimento do que está ”por trás”de uma inteligência artificial. Palavras-chave: Matemática. Ensino. Ciência. Inteligência Artificial. Rede Neural. Educação.This study focuses on simplifying the underlying mathematical principles of Artificial Intelligence (AI) for high school students and its influence in the educational field. Initially, it addresses the impact of technology on society, highlighting the relevance of AI in the learning transformation process. Fundamental concepts of AI, such as machine learning and artificial neural networks, are explored along with their applicability in the educational context. Different types of AI, from narrow AI to artificially conscious, are discussed, emphasizing their implications and ethical challenges. Additionally, real-world cases of AI usage in various areas such as commu- nication, marketing, medicine, and industry are presented, highlighting the benefits and impacts on contemporary society. The study seeks to provide a comprehensive view of AI and its importance for teaching mathematics, preparing students for future challenges and opportunities at the intersection of mathematics, technology, and education. The research highlights important concepts in the development, training, and operation of AI systems, also exploring the intersection between Mathematics and AI. Essential principles to understand AI, such as differential and integral calculus, probability, statistics, and analytical geometry, are presented. Additionally, the historical evolution of neural networks is discussed, from their initial concepts inspired by the human brain to the development of more complex neural network models. Finally, applications are presented to develop machine learning and neural net- works, which are extremely important tools for the operation of AI. Such applications to be developed with high school students aim to demystify and facilitate the under- standing of what is ”behind” artificial intelligence. Keywords: Mathematics. Teaching. Science. Artificial Intelligence. Neural Network. Education.