人工智能與教學(xué)變革

張渝江

教學(xué)有法，教無定法，貴在得法。

受工業(yè)時(shí)代的思維方式的影響，很多教育研究者和教師總是希望通過學(xué)習(xí)科學(xué)原理找到一個(gè)通用的教學(xué)模型，并加以推廣，借以大規(guī)模提高學(xué)生成績。

同樣，過去十余年間，信息化帶來的新教育技術(shù)也被放到班級(jí)授課制體系下，為大量學(xué)習(xí)者提供相同的服務(wù)。這種應(yīng)用方式在解決教育中群體化的問題方面卓有成效，比如教學(xué)媒體單一、師資力量薄弱、教育資源缺乏、教學(xué)模式陳舊等。然而，多年以來一系列的硬件、軟件和在線服務(wù)進(jìn)入教室，提供了豐富的教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式（多媒體班班通）、優(yōu)秀師資（雙師課堂）、優(yōu)質(zhì)資源（在線課程）和先進(jìn)教學(xué)模式（翻轉(zhuǎn)課堂）后，學(xué)校仍然有不愛學(xué)習(xí)的孩子、成績不好的學(xué)生。

究其主要原因在于：真實(shí)教學(xué)是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，會(huì)受到各種個(gè)體因素的干擾，比如某個(gè)學(xué)生的社會(huì)背景、家庭條件、性格情緒、多元智能、學(xué)習(xí)偏好等；而通用的教學(xué)模式和大眾化的技術(shù)服務(wù)不能滿足學(xué)習(xí)者個(gè)性特征。除非為每個(gè)學(xué)習(xí)者個(gè)體提供專門的教師和定制的課程資源，并給予獨(dú)特的教學(xué)和指導(dǎo)。但是，在以往的社會(huì)體系和資源環(huán)境下，很難實(shí)現(xiàn)真正的因材施教以滿足學(xué)習(xí)者個(gè)性化的需求。

受益于智能手機(jī)和平板電腦等智能終端的普及，以及互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)資源日益豐富和多樣化，越來越多的教師和學(xué)生開始接入互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行教和學(xué)。隨著學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)的累積和相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)與自然語言處理的新興人工智能技術(shù)開始逐步進(jìn)入教育行業(yè)，真正的個(gè)性化學(xué)習(xí)正在成為現(xiàn)實(shí)。

人工智能環(huán)境下的未來學(xué)習(xí)場景

2015年，美國教育技術(shù)研究者描繪了人工智能支持下的學(xué)習(xí)場景。

2021年，一位14歲女孩兒安娜夢(mèng)想成為一名航天工程師。清晨醒來，她便通過她的私人學(xué)習(xí)向?qū)ч_始了一天的學(xué)習(xí)。這位“私人向?qū)А逼鋵?shí)是一臺(tái)融合了高級(jí)人工智能與認(rèn)知分析功能的學(xué)習(xí)終端。具有口語對(duì)話和智能眼鏡等功能，通過內(nèi)嵌的人工智能來實(shí)現(xiàn)手勢控制、面部表情編碼、動(dòng)作跟蹤以及語音識(shí)別等。不過，這位“私人向?qū)А钡闹饕氊?zé)是關(guān)注安娜的學(xué)習(xí)行為和心理。其還要通過互聯(lián)網(wǎng)與具備專業(yè)宇宙知識(shí)的智能化虛擬助手協(xié)同配合，才能幫助像安娜這樣有潛力的學(xué)習(xí)者，為他們提供今后工作中所需要的工作技能。

“私人向?qū)А迸c“虛擬助手”分享了安娜的學(xué)習(xí)情況展示板，并為其制定個(gè)人的學(xué)習(xí)計(jì)劃，包括數(shù)字化的學(xué)習(xí)內(nèi)容、虛擬現(xiàn)實(shí)游戲、實(shí)踐機(jī)會(huì)以及與專業(yè)的航空工程師互動(dòng)的機(jī)會(huì)。這些都放在她的個(gè)人學(xué)習(xí)網(wǎng)頁上。安娜的父母可以通過安娜的“私人向?qū)А北O(jiān)督其學(xué)習(xí)計(jì)劃的實(shí)施并在學(xué)習(xí)過程中提供有利于安娜學(xué)習(xí)的支持和幫助。

安娜把“私人向?qū)А睅У綄W(xué)校的虛擬學(xué)習(xí)中心，在那里她與另外一些學(xué)生一起測試在云環(huán)境下時(shí)長2小時(shí)的航天飛行器的模擬飛行；并在研究中設(shè)計(jì)出飛行器的真實(shí)尺寸。通過這樣的方式，全球的學(xué)習(xí)者都可以參與進(jìn)來，互相競爭，或在某些環(huán)節(jié)互相幫助。學(xué)習(xí)者在研究中的進(jìn)展速度、準(zhǔn)確性和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等方面，將會(huì)被評(píng)估，并量化為相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。完成設(shè)計(jì)后，學(xué)校的3D打印機(jī)會(huì)幫安娜把飛行器的模型打印出來。

在學(xué)校學(xué)習(xí)中心的科學(xué)教師通過安娜的“私人向?qū)А弊粉櫰鋵W(xué)習(xí)情況、得分情況以及學(xué)習(xí)模式，并及時(shí)提供反饋信息和指導(dǎo)。智能眼鏡會(huì)對(duì)安娜的眼部動(dòng)作進(jìn)行跟蹤記錄，“私人導(dǎo)師”進(jìn)行測量并與其他學(xué)習(xí)者水平進(jìn)行比較，反饋給教師，以便于教師可隨時(shí)根據(jù)安娜的學(xué)習(xí)需求改變學(xué)習(xí)內(nèi)容并給予指導(dǎo)。

利用學(xué)習(xí)中心的自適應(yīng)學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)與“虛擬助手”制定的學(xué)習(xí)計(jì)劃進(jìn)行協(xié)調(diào)，安娜的老師將在“私人向?qū)А鄙现匦屡渲冒材鹊膶W(xué)習(xí)情況展示板并展示安娜的進(jìn)步情況。

安娜隨時(shí)都可以自己改變學(xué)習(xí)目標(biāo)，她的“私人向?qū)А闭故景鍟?huì)動(dòng)態(tài)解釋先前已完成的工作，并與她的新目標(biāo)進(jìn)行匹配。安娜還可以通過許多社交媒體與她的朋友和家人分享她在學(xué)習(xí)上取得的進(jìn)步?！八饺讼?qū)А睍?huì)把她的學(xué)習(xí)情況圖示化并貫穿在她從小學(xué)、中學(xué)乃至工作后的整個(gè)學(xué)習(xí)過程。

人工智能進(jìn)入教育的現(xiàn)實(shí)場景

隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，這樣的未來場景正越來越靠近我們。

依托人工智能技術(shù)，學(xué)校無需聘請(qǐng)大量教師即可實(shí)現(xiàn)一對(duì)一輔導(dǎo)，以更好地跟蹤、適應(yīng)和支持個(gè)體學(xué)習(xí)者；還可以為學(xué)生定制學(xué)習(xí)方案和規(guī)劃職業(yè)發(fā)展路徑，并引導(dǎo)學(xué)生走向成功。

澳大利亞在線適應(yīng)性教育平臺(tái)Smart Sparrow依靠在互動(dòng)中得到的數(shù)據(jù)反饋引導(dǎo)老師把課程設(shè)計(jì)得更好，下一階段學(xué)習(xí)則根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)行為來進(jìn)行動(dòng)態(tài)匹配。美國的DreamBox Learning智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)甚至能自動(dòng)匹配小學(xué)生用戶的學(xué)習(xí)進(jìn)度，并以最適當(dāng)方式去提示和鼓勵(lì)學(xué)生向正確的方向努力。

同樣來自美國的Desire2Learn最近推出了新工具，根據(jù)學(xué)生之前的學(xué)習(xí)情況預(yù)測其在某門課上可能獲得的分?jǐn)?shù)，進(jìn)而給出選修課建議來幫助學(xué)生做出選課決定。

比爾·蓋茨預(yù)言，人工智能聊天機(jī)器人或個(gè)人虛擬導(dǎo)師，能在學(xué)生面臨挑戰(zhàn)時(shí)提供強(qiáng)有力的支持，隨時(shí)隨地回答學(xué)生的提問。

2016年1月，美國佐治亞理工學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院的教授Ashok Goel，借助于IBM的Watson人工智能系統(tǒng)創(chuàng)建了一個(gè)在線機(jī)器人Jill Watson來作為課程教學(xué)助理，幫助教師回答學(xué)生通過在線論壇提出的大量課程問題。通過幾個(gè)月的反復(fù)調(diào)試，Jill Watson的回答已經(jīng)能夠達(dá)到97%的正確率?，F(xiàn)在，機(jī)器人助教已經(jīng)可以直接跟學(xué)生溝通，不需要真人助教的幫助。這項(xiàng)人工智能在教育中的使用，解決了教師難以及時(shí)回答學(xué)生提問的困境，增加了學(xué)生參與在線學(xué)習(xí)的興趣，提高了在線學(xué)習(xí)的留存率。

斯坦福大學(xué)教育學(xué)教授 Daniel Schwartz開發(fā)了一個(gè)人工智能應(yīng)用——貝蒂的大腦（Bettys Brain）。作為一個(gè)虛擬角色，貝蒂在學(xué)習(xí)活動(dòng)中扮演孩子們的學(xué)伴，讓學(xué)生來教它學(xué)習(xí)生物知識(shí)。在這個(gè)協(xié)作對(duì)話過程中學(xué)生的講解會(huì)被貝蒂記錄和評(píng)估并即時(shí)反饋給他們，讓學(xué)生在完善講解過程中加深對(duì)知識(shí)的理解。下一步，人工智能可以配置聊天機(jī)器人或虛擬導(dǎo)師的面孔和聲音來滿足學(xué)生個(gè)人喜好，真正做到一人一導(dǎo)師。

人工智能幫助學(xué)?；貧w育人本質(zhì)

教育信息技術(shù)進(jìn)入學(xué)校的目標(biāo)是為學(xué)生帶來更好的教育?？墒窃趫?zhí)行過程中卻出現(xiàn)一個(gè)悖論：教師不得不花費(fèi)大量時(shí)間和精力去學(xué)習(xí)和適應(yīng)很多被認(rèn)為能提高教學(xué)質(zhì)量的技術(shù)或者工具，反而削弱了教師原本在教育中具備的優(yōu)勢作用。另外，過度追求分?jǐn)?shù)也讓教師在技術(shù)的應(yīng)用上跑偏，給學(xué)生增加了學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

2017年5月的中國互聯(lián)網(wǎng)教育大會(huì)上，行業(yè)研究者認(rèn)為，教學(xué)中一些固化的工作，比如大部分的作業(yè)批改和知識(shí)傳遞的任務(wù)將被人工智能替代。這樣可以把教師從重復(fù)乏味的工作中解放出來，讓教師發(fā)揮其作為人的優(yōu)勢，從事人工智能無法完成的更復(fù)雜的教育工作。

目前人工智能批改作業(yè)已經(jīng)相當(dāng)接近真人教師了，除了選擇題、填空題外，作文的批改能力已經(jīng)大幅提高。斯坦福大學(xué)已經(jīng)成功開發(fā)出一種機(jī)器學(xué)習(xí)程序能夠批改8—10年級(jí)的論文。隨著圖像識(shí)別能力的大幅提高，手寫答案的識(shí)別也幾近可能。就連占有美國標(biāo)準(zhǔn)化考試60%市場份額的全球最大教育企業(yè)——培生公司也認(rèn)為，人工智能已經(jīng)可以出現(xiàn)在教室并提供足夠可信的評(píng)估。據(jù)培生公司近期的報(bào)告“Intelligence Unleashed”中推測，人工智能軟件所具有的廣泛的、定制的反饋機(jī)制能夠最終淘汰傳統(tǒng)測試，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)學(xué)習(xí)的同時(shí)釋放教師的生產(chǎn)力。

人工智能還可以促進(jìn)學(xué)生采用高效的學(xué)習(xí)行為，比如自我管理和自我解釋等。比如來自美國的智能學(xué)習(xí)應(yīng)用Volley。學(xué)生們用手機(jī)拍攝教材內(nèi)容或作業(yè)題目，Volley 會(huì)分析照片和文本，并顯示要點(diǎn)、難點(diǎn)、先修知識(shí)。隨后，應(yīng)用會(huì)提供在線課堂、百科鏈接，甚至是教師上傳的參考 PDF文件等與學(xué)生的個(gè)體學(xué)習(xí)需求相匹配，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更針對(duì)性地傳遞知識(shí)。扎克伯格教育風(fēng)投公司認(rèn)為Volley能引導(dǎo)學(xué)生們自行安排學(xué)習(xí)計(jì)劃和提高自學(xué)能力。

人工智能并不能完全替代教師。研究者認(rèn)為人工智能可以完成60%的知識(shí)傳遞、30%的技能和10%的品德培養(yǎng)工作。未來，教師需要和人工智能配合互補(bǔ)才能賦予自身更多機(jī)會(huì)和勇氣進(jìn)行教育創(chuàng)新，以培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)未來生活的技能、品德和人格，讓學(xué)校教育回歸育人本質(zhì)。

作者單位：重慶市聚奎中學(xué)校endprint