人工智能撬動全球教育深刻變革

編譯/王懿霖 美術(shù)編輯/丁國明 趙霞

在過去的短短五年間，人工智能顯示出了顛覆性的力量，它已走出學(xué)術(shù)研究的象牙塔，并在日常生活之中普及，逐漸成為公眾討論的前沿焦點。從智能客服到智能設(shè)備，從人臉識別到自動駕駛，人工智能的應(yīng)用無處不在。

人工智能幫助我們實現(xiàn)了各種各樣的可能，但日新月異的技術(shù)不可避免地也帶來了種種風(fēng)險和挑戰(zhàn)。人們對人工智能的顧慮主要是其會否強(qiáng)大到碾壓人類成為主導(dǎo)，但事實上，涉及人工智能的倫理影響則更加迫在眉睫，例如，個人數(shù)據(jù)的濫用、加劇不平等等。

作為社會的熱點問題，教育也不可避免地被人工智能“染指”?！爸悄堋?、“自適應(yīng)”和“個性化”的學(xué)習(xí)系統(tǒng)日益增多。許多公司瞄準(zhǔn)了這一市場，紛紛開發(fā)在教育領(lǐng)域使用的軟件系統(tǒng)，人工智能教育應(yīng)用市場就這樣應(yīng)運而生了。預(yù)計，該市場在2024年將達(dá)到60 億美元的規(guī)模。

人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用同樣不可避免地帶來了深層次問題，比如，教學(xué)的內(nèi)容與方式、教師的角色演變以及人工智能的社會影響等。

好在，我們已經(jīng)意識到了問題，各方也逐漸達(dá)成了一個共識——人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的部署應(yīng)用或?qū)⒅厮芙虒W(xué)的方式方法。新冠肺炎疫情防控期間，學(xué)校封閉使得在線教學(xué)廣泛應(yīng)用，而這種迅速而巨大的轉(zhuǎn)變，讓我們對上述問題似乎有了更加深刻的認(rèn)識和理解。

如何理解人工智能與教育

人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用可以追溯至20世紀(jì)70年代。

當(dāng)時，研究人員感興趣的是見證計算機(jī)如何取代“一對一”人工輔導(dǎo)——被視為最富有成效、但大多數(shù)人難以達(dá)到的教學(xué)方法。

從一開始，人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用便朝著多個方向發(fā)展，首先是面向?qū)W生的人工智能（為支持學(xué)習(xí)和測評而設(shè)計的工具），然后是納入面向教師的人工智能（為支持授課而設(shè)計），還有面向系統(tǒng)的人工智能（為支持教育機(jī)構(gòu)管理而設(shè)計）。實際上，人工智能與教育之間的互動不止如此，除了課堂上的人工智能應(yīng)用（即“使用人工智能學(xué)習(xí)”），還會教授人工智能技術(shù)相關(guān)知識（即“學(xué)習(xí)人工智能”）以及幫助大家準(zhǔn)備好應(yīng)對人工智能時代的生存技能（即“為了人機(jī)協(xié)同而學(xué)習(xí)”）。

目前，大家通常將教育人工智能應(yīng)用分為三大類——面向系統(tǒng)的、面向?qū)W生的、面向教師的。但為了方便研究和討論，我們按四種需要將新興和潛在人工智能應(yīng)用分為四大類——教育管理和供給、學(xué)習(xí)和測評、賦能教師和提高授課質(zhì)量，以及終身學(xué)習(xí)。

有一點需要強(qiáng)調(diào)，那就是承認(rèn)這些類別之間存在固有的相互關(guān)聯(lián)。因為，人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用不只是滿足單方面的需要，比如，教輔應(yīng)用程序在設(shè)計上需要同時為老師和學(xué)生提供支持。

利用人工智能支持教育管理和教育供給

人工智能技術(shù)正越來越多地應(yīng)用于促進(jìn)教育管理和教育供給。

這些面向系統(tǒng)的應(yīng)用并不直接支持教學(xué)，而是旨在實現(xiàn)學(xué)校行政管理各個方面的自動化——建立在教育管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，涵蓋招生、排課、考勤、作業(yè)監(jiān)測以及校務(wù)監(jiān)管等。

這類基于大數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)，為教師和學(xué)校管理人員提供相關(guān)信息，偶爾也向?qū)W生提供指導(dǎo)，例如，分析預(yù)測哪些學(xué)生有不及格的風(fēng)險。

從教育體系得來的大數(shù)據(jù)也有助于教育供給方面的政策制定。公立教育機(jī)構(gòu)越來越多地使用大數(shù)據(jù)來創(chuàng)建數(shù)字化、交互式的數(shù)據(jù)可視化工具，在此基礎(chǔ)上為政策制定者提供教育體系的最新信息。事實表明，根據(jù)對學(xué)習(xí)者個性化需要和學(xué)習(xí)水平的分析，人工智能能夠有效管理不同平臺的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

然而，要想使任何基于數(shù)據(jù)的分析工具有用，使其結(jié)論值得到信賴且兼顧公平，原始數(shù)據(jù)及其代理指標(biāo)就必須準(zhǔn)確無誤、不偏不倚，同時采用的計算方法也必須適當(dāng)且穩(wěn)健。這些要求看似簡單，但經(jīng)常沒有得到嚴(yán)格遵守。

無論如何，總會有一些人工智能技術(shù)公司收集大量的學(xué)生互動數(shù)據(jù)，只是為了給使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法“尋找規(guī)律”。這么做的目的是通過軟件識別哪些孩子感到困惑不解或枯燥乏味，在此基礎(chǔ)上提高學(xué)生的專注度，使他們更加投入到課堂的學(xué)習(xí)中。

聽起來這非常不錯，但這一做法也存有爭議。部分人認(rèn)為，這種數(shù)據(jù)采集為“邊緣型心理健康評估”，這也許會對孩子們有負(fù)面的心理暗示作用。同時，這類人工智能工具也被用于監(jiān)測學(xué)生在課堂上的注意力，或是被用于跟蹤學(xué)生出勤情況和預(yù)測教師的授課表現(xiàn)等。無論是上述哪些情況，都產(chǎn)生了令人擔(dān)憂的后果，因此，我們在使用此類人工智能工具的時候應(yīng)當(dāng)慎重地甄別和篩選。

|案例|

OUAnalyse26是一款英國開放大學(xué)設(shè)計的人工智能應(yīng)用程序，用來預(yù)測學(xué)生成績和識別存在不及格風(fēng)險的學(xué)生，具體手段是分析該校教育管理信息系統(tǒng)提供的大數(shù)據(jù)，總體目標(biāo)是幫助有困難的學(xué)生完成課程學(xué)習(xí)。

美國的ALP28系統(tǒng)提供后臺人工智能功能來支持標(biāo)準(zhǔn)教育技術(shù)。該系統(tǒng)分析用戶數(shù)據(jù)，將其聚合，為每名學(xué)生的互動、偏好和成績創(chuàng)建心理測評檔案。

UniTime29是一個以美國為主、另有四大洲的組織參與的項目。該項目是一個綜合人工智能賦能教育調(diào)度系統(tǒng)，可以為高校課程制定時間表、管理上課時間和教室變更，以及提供學(xué)生的個人課程表。

利用人工智能支持學(xué)習(xí)和測評

以面向?qū)W生為主的人工智能技術(shù)應(yīng)用，最受研究人員、開發(fā)者、教育工作者和政策制定者的關(guān)注。這些稱為“智能導(dǎo)學(xué)”的應(yīng)用工具被視為“第四次教育革命”的一部分，旨在為每位學(xué)習(xí)者提供優(yōu)質(zhì)、個性化和無處不在的終身學(xué)習(xí) （正規(guī)、非正規(guī)以及非正式）機(jī)會，不論他們身在何處。

在所有人工智能教育應(yīng)用程序中，智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)既具有最長的研究歷史，也是教育領(lǐng)域最常見的人工智能應(yīng)用程序，而且它的學(xué)生受眾人數(shù)也是最多的。此外，多年來，這些系統(tǒng)吸引了最高水平的投資和關(guān)注度，備受世界上領(lǐng)先科技公司的青睞，而且全球各地的教育體系一直采用這些系統(tǒng)，學(xué)生用戶群體數(shù)以百萬計。

總的來說，智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)的工作機(jī)制是：圍繞數(shù)學(xué)和物理等結(jié)構(gòu)化科目中的議題，為每位學(xué)生提供個性化的分步教程。系統(tǒng)會借鑒相關(guān)科目和認(rèn)知科學(xué)的專業(yè)知識，通過各種學(xué)習(xí)資料和活動決定學(xué)生的最優(yōu)學(xué)習(xí)路徑，同時針對個別學(xué)生的誤解和成績作出回應(yīng)。在學(xué)生參與學(xué)習(xí)活動的過程中，系統(tǒng)會采用知識追蹤和機(jī)器學(xué)習(xí)方法，根據(jù)個別學(xué)生的優(yōu)劣勢自動調(diào)整難易水平并給予提示或指導(dǎo)，這一切只為確保學(xué)生能夠高效地學(xué)習(xí)相應(yīng)主題。有的智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)也捕捉和分析學(xué)生情緒狀態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括通過監(jiān)測學(xué)生的目光來推斷他們的專注水平。

不過，雖然這看起來頗有吸引力，但是需要認(rèn)識到，智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)中所體現(xiàn)的假設(shè)和典型的指令式知識傳播教學(xué)方法存在局限性，忽視了其他方法帶來的可能性，比如協(xié)作學(xué)習(xí)、引導(dǎo)性發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)和從錯誤中學(xué)習(xí)等。而且，在智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)大量應(yīng)用的同時，還引發(fā)了例如減少了師生之間的溝通交流等問題。

|案例|

可教代理（Teachable agents)。人們早就知道，向他人傳授某些內(nèi)容時，自身可以更深刻地習(xí)得并掌握該項內(nèi)容，而不少人工智能方案也利用了這一特點。例如一款Betty'sBrain 的人工智能軟件就鼓勵學(xué)生向一個叫Betty 的虛擬學(xué)生教授關(guān)于河流生態(tài)系統(tǒng)知識。還有一個來自于瑞典研究項目的案例，幼兒教授一個仿人機(jī)器人如何寫字，而這種方法可以刺激元認(rèn)知、同理心和自尊的發(fā)展。

學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器（LNO）是能夠使學(xué)生和教師互聯(lián)，參與學(xué)習(xí)和組織學(xué)習(xí)活動的軟件。通常它會根據(jù)參與者的安排、學(xué)科領(lǐng)域和專業(yè)知識進(jìn)行匹配，并能夠促進(jìn)協(xié)調(diào)和合作。例如“第三空間學(xué)習(xí)（ThirdSpaceLearning）”，它是將潛在數(shù)學(xué)不及格的英國小學(xué)生與其他國家的數(shù)學(xué)老師相連接。另一個例子是“智能學(xué)伴（SmartLearningPartner）”，其使用的人工智能驅(qū)動平臺使學(xué)生能夠通過手機(jī)像交友軟件一樣選擇真人教師并與之連接，從而獲得一對一的學(xué)習(xí)支持。

目前，行業(yè)的廣泛認(rèn)同是，人工智能技術(shù)在感知智能方面已經(jīng)取得了很大突破并進(jìn)入到了應(yīng)用階段，但在認(rèn)知智能方面還需要技術(shù)攻關(guān)?！拔覀儾灰窕斯ぶ悄?，人工智能并不是無所不能。人工智能不能代替教師，但可以幫助教師做很多事情?！币晃粦?yīng)用人工智能技術(shù)的教師如是說。

人工智能為教師賦能

盡管面向教師的人工智能應(yīng)用具有增強(qiáng)教師能力的潛力，但迄今為止，利用這些應(yīng)用來增強(qiáng)和提高教學(xué)水平受到的關(guān)注，遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于面向?qū)W生的人工智能。

許多面向教師的人工智能應(yīng)用旨在通過自動化任務(wù)，如評估、剽竊檢測、管理和反饋，從而幫助教師減少工作量。這些應(yīng)用的產(chǎn)生是源于人們認(rèn)為，一些瑣碎的工作應(yīng)該減少或避免，而后為教師騰出更多的時間投入到其他任務(wù)中，比如為個別學(xué)生提供更有效的支持。但我們或許沒有想到，隨著人工智能的發(fā)展，教師可能得到更大程度的解放，以至于有些人認(rèn)為可以消除人類教師這一社會角色。

當(dāng)然，這是極端的認(rèn)知，普遍的認(rèn)知是隨著人工智能工具在課堂上的普及，教師的角色可能會發(fā)生變化。所以，教師必須培養(yǎng)新的能力，才能夠與人工智能有效合作。目前的人工智能與人類的“雙師”模式，不管是有意還是無意，都取代了教師的一些任務(wù)，而不是我們期許的協(xié)助教師更有效地教學(xué)。

人工智能教學(xué)助手或許才是未來的發(fā)展方向。

人工智能可以幫助人類教師完成許多任務(wù)，包括提供專業(yè)知識資源，監(jiān)測學(xué)生表現(xiàn)等。但是，教什么以及如何教學(xué)生仍然是教師的責(zé)任和特權(quán)，人工智能僅僅是教師的工具。

人工智能驅(qū)動的教學(xué)助理如前所述，許多技術(shù)的設(shè)計目的是為了讓教師從耗費時間的活動中解脫出來，如考勤、批改作業(yè)和反復(fù)回答同樣的問題等。

這樣一來，人工智能技術(shù)實際上“接手”了大部分教學(xué)工作，不可避免地減少了師生的交流，沖淡了師生之間的感情，最終可能會發(fā)展到教師淪為了功能性角色。

作文自動評閱系統(tǒng)是一個新興的人工智能程序，它的目的就是減輕教師大量閱讀、評論作文的負(fù)擔(dān)。然而，正如上文所指出的一樣，雖然評閱工作可能很繁重，但它往往是教師了解學(xué)生能力和思想的一個重要機(jī)會。如果使用作文自動評閱系統(tǒng)，這個機(jī)會就會喪失。此外，這種軟件也顯然低估了教師的能力和經(jīng)驗。

|案例|

人工智能驅(qū)動的論壇監(jiān)控人工智能技術(shù)正被用于支持在線教育，特別是幫助教師或服務(wù)商監(jiān)控異步討論論壇。在這些討論論壇中，學(xué)生對給定的任務(wù)作出回應(yīng)，向教師詢問課程材料，并參與協(xié)作學(xué)習(xí)。這通常會產(chǎn)生大量帖子，而所有這些帖子都必須經(jīng)過審核和處理。

人工智能可以通過多種方式提供幫助：一種工具可以對論壇帖子進(jìn)行分流，并自動回應(yīng)較簡單的帖子；將提出重疊問題的帖子匯總；或使用情感分析來識別顯示消極或無效情緒狀態(tài)的帖子。這些技術(shù)結(jié)合起來，也可以使人類教師隨時了解學(xué)生的意見和問題。

由美國佐治亞理工學(xué)院開發(fā)的人工智能助手Jill Watso 就是這樣一款人工智能軟件，它主要是被用于分流論壇帖子并盡可能回答問題，同時將其他更復(fù)雜的帖子交給人類教學(xué)助理。該人工智能助手是基于IBM 的Watson平臺，可自動回答一些學(xué)生問題，并向?qū)W生發(fā)送關(guān)于作業(yè)的電子郵件。

目前，行業(yè)的廣泛認(rèn)同是，人工智能技術(shù)在感知智能方面已經(jīng)取得了很大突破并進(jìn)入到了應(yīng)用階段，但在認(rèn)知智能方面還需要技術(shù)攻關(guān)?！拔覀儾灰窕斯ぶ悄?，人工智能并不是無所不能。人工智能不能代替教師，但可以幫助教師做很多事情?！币晃粦?yīng)用人工智能技術(shù)的教師如是說。

不可否認(rèn)的是，人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，具有比較顯著的正面影響。教育部門要充分利用人工智能技術(shù)，在管理、教學(xué)各個領(lǐng)域充分發(fā)揮其正面影響，促進(jìn)教育發(fā)展與改革。人工智能時代，“培養(yǎng)什么人”也許才是問題的關(guān)鍵，價值觀的傳遞必須由人類教師來掌控。

教育有很強(qiáng)的特殊性，技術(shù)融入教育的過程中本身有難度。人機(jī)對話同人與人之間的對話有很大區(qū)別，人與人之間對話是一種有溫度的對話，既有知識、信息的交流，也有情感因素的交流，這一點在人機(jī)對話中很難做到。所以，人和機(jī)器的結(jié)合怎么樣變得更加友好、更有溫度，是未來人工智能與教育領(lǐng)域深度結(jié)合需要認(rèn)真思考的問題。

人工智能不僅僅是使基于計算機(jī)的教學(xué)自動化，還有助于開創(chuàng)難以實現(xiàn)的新的教學(xué)方式。我們期待人工智能應(yīng)用對教師和學(xué)校賦能，從而使學(xué)習(xí)變得容易、有趣。