AI助力——智慧教育3.0時代來臨

                文章來源:心里程控股集團有限公司  人氣:870  發布時間:2018-11-12

                       教室里,告別了黑板和粉筆,全新的數字化教學讓課堂講解更生動了,師生互動更有效了,家?;ヂ摳奖懔?。如今,隨著云計算、大數據、移動互聯網、人工智能、區塊鏈等技術迅猛發展與應用,教育教學系統的結構和形態正在發生變革與轉型,智慧教育理念與模式逐步形成。當技術全面滲透教育,當教育走向“互聯網+”,以人為本的智慧教育正悄然開啟教育3.0新時代。

                        一、政策加碼,“AI+教育”成新風口

                       2017年3月,人工智能首次被寫入國務院《政府工作報告》,正式上升至國家戰略高度。同年7月,國務院發布了《新一代人工智能發展規劃》,提出將加快推動新型教育體系、智能校園建設以及開發智能教育助理。2018年4月2日,教育部頒布《高等學校人工智能創新行動計劃》,提出到2020年基本完成適應新一代人工智能發展的高??萍紕撔麦w系和學科體系的優化布局。4月13日,教育部出臺《教育信息化2.0行動計劃》,實施智慧教育創新發展行動,推動新技術支持下教育的模式變革和生態重構。從教育信息化1.0到2.0,從基礎網絡配套普及到應用服務升級共享,2.0階段將開啟智能時代教育的新征程,更加注重學生的個性化和多樣化教育。


                表1  支持人工智能在教育領域應用的相關政策

                資料來源:國務院、教育部官網

                       二、AI技術加持,教育面臨哪些變革

                        (1)變革之一:從數字化教育向智慧教育轉型

                       信息化教育的早期發展階段為數字化教育,隨著信息技術從數字化向智能化方向發展,我國許多地區和學校積極探索智慧教育、智慧課堂教學模式,智慧教育成為信息化教育發展的高級階段和新的形態。同時,智慧教育利用新一代信息技術更好地實現“為全體學生服務”的新教育模式,為學習者提供智慧、高效的教育服務,可以使每個學習者都能沿著符合個性化特征的路徑成長。

                       (2) 變革之二:從傳統教室向智慧學習環境轉型

                        實施智慧教育,需要構建和為學生提供富有智慧的學習環境,而互聯網、人工智能等現代信息技術為此提供了重要的手段。智慧學習環境包括校內外、課內外、線上線下各種類型的有利于學習者知識學習,幫助學習者能力和素質提升,促進學習者個性化成長與發展的學習場所、平臺和環境。

                       (3)變革之:從經驗性教學向基于證據的教學轉變

                      “互聯網+”時代教育思維方式發生了變化,數據改變教育是教學變革的核心理念?;谌^程教學大數據的采集、分析和應用,傳統經驗性教學向基于證據的教學轉變。

                      (4)變革之四:從“標準化生產”向個性化學習轉變

                       在“互聯網+”時代,生產過程已由單一、重復的流水線生產模式轉變為大規模、個性化、自動化的智能制造模式,亟須培養個性化、創新型人才。智慧教育將利用互聯網、人工智能技術手段,在教學內容、方法、手段和組織等各方面進行深刻的變革,改變統一化和單一化教學模式,真正實現個性化的學習。

                       (5)變革之五:從翻轉課堂向教學結構性變革轉變

                       互聯網及各種新技術、新媒體的使用為學習者提供了豐富的認知工具與智能化的支撐環境,在“先學后教”的基礎上進一步實現“以學定教”,使翻轉課堂從“流程顛倒”進入“結構性變革”的2.0階段,形成了“互聯網+”時代的新的課堂模式——智慧課堂,將教師主宰的“以教師為中心”的傳統教學結構,改變為“以學生為中心、主導與主體相結合”的新型教學結構,促進“課堂革命”,有利于學生個性化成長和智慧發展。

                       三、AI技術賦能,教育更加“智能化”

                      十年前,教育進入“多媒體化”,由“黑板粉筆”變成“PPT”,讓“做作業”變成“做游戲”?,F在,教育“智能化”,語音識別,自然語音理解,AR/VR等都被搬上了課堂?!癆I+教育”的關鍵技術有機器學習、深度學習、自然語言處理、人工智能算法、神經網絡、推理機、學習計算、圖像識別等技術。隨著技術的不斷成熟,人工智能與教育的結合充滿著無數可能,目前主要的應用形式有自適應學習系統、智能導師系統、智能測試系統和基于VR/AR的場景式教育。

                       (1)自適應學習系統

                      自適應學習系統(Adaptive Learning System, ALS)是通過收集和分析學生的學習數據,用人工智能逐漸勾勒出每個學生的學習方式和特點,然后自動調整教學內容、方式和節奏,使每個學生都能得到最適合自己的教育。過去的10多年間,自適應學習一直不溫不火,主要原因在于系統功能不夠精細,而基于人工智能技術的自適應學習系統不僅能夠加大分層力度,甚至做到一人一層,并且能夠根據學生學習的實時情況,動態調整下一步的學習內容和路徑,從而實現可規?;膫€性化教育。現階段,“搜集大數據——構建學習模型——輸出學習建議”是實現人工智能自適應學習的基本步驟。學習模型的構建過程非常復雜,通俗來說,它是在“借鑒”人類大腦的思考過程,通過成千上萬個函數點互相傳導信息,用窮舉的方式從千絲萬縷的函數嵌套關系中找出學習規則,并不斷進化模型。

                       它的輸出由三部分要素有機結合而成:學習材料(如:一段教學視頻、一道練習題),用來測評學生是否掌握學習材料的標準,學習材料的推送順序。這三部分的內容和時長都由人工智能算法來決定。學生使用系統的時間越多,留下的行為數據越多,系統的效率就越高。自適應技術在人工智能+教育中的角色如圖1所示。


                圖1  自適應在“人工智能+教育”中的角色

                圖片來源:艾瑞咨詢:《2018年中國人工智能自適應教育行業研究報告》。

                       (2)智能導師系統 

                        智能導師系統(Intelligent Tutoring System,ITS)由早期的計算機輔助教學發展而來,它模擬人類教師實現一對一的智能化教學,是人工智能技術在教育領域中的典型應用。智能導師系統主要由領域模型、導師模型和學習者模型三部分組成,即經典的“三角模型”。

                       領域模型是智能化實現的基礎,教學模型則是領域模型和學生模型之間的橋梁,其實質是做出適應性決策和提供個性化學習服務。ITS中教學模型模擬人類教師實現一對一個性化教學的過程即是適應性教學策略選取和個性化資源推薦算法的實現過程,適應性教學策略選擇是資源個性化推薦的前提。

                       運用智能導師系統,可以實現發現式學習、探究式學習和協作式學習等多種教與學的方式,從而提高了教師的教學效率,也有助于學生個性化學習及探究、創新能力的培養。數據驅動的智慧教學與智能決策正在成為教育教學的新范式。

                      (3)智能測試系統 

                       智能測試系統,即利用人工智能技術提高教學自動評估的效率和效果的在線智能測試軟件。智能考試系統中有一個龐大的數據庫,首先吸收各個地區各個學校的考試試題,然后計算機自行分組分塊進行結合,形成有規則的題庫,針對不同的學生和不同的基礎,給出有針對性的試題,這樣避免了學生機械性充分性地做他們已經會的題目,而是在自己薄弱的地方下功夫,各個擊破。

                        對于教師來說,利用組卷系統能更好地整合講過的知識點,只需要在菜單上輸入大綱中所要考的知識點和難度系數,即可快速生成一份試卷,簡單高效。智能考試系統提供了教育教學實施檢查的有效手段,實現了智能檢測和檢查,擴大語義相似性的范圍,降低了教育成本,降低了教師的閱讀考試的負擔,使學生能迅速掌握自己的學習情況,提高教學和學習效率,對促進教育的社會化和現代化具有十分重要的現實意義。

                       (4)基于虛擬現實/增強現實的場景式教育   

                        VR和AR技術綜合了計算機圖形學、圖像處理與模式識別、智能技術、傳感技術、語音處理與音響技術、網絡技術等多門科學,將計算機處理的數字化信息變為人所能感受的具有各種表現形式的多維信息。 虛擬現實和增強現實技術在教學中的運用,可以為學生營造一種自主學習的交互環境,從而實現了對知識的主動建構。

                       虛擬現實和增強現實技術在教學上的應用模式有三種:①虛擬課堂,即以學生或教師為虛擬大學的虛擬對象;②虛擬實驗室,以設備為虛擬對象,即應用計算機建立能客觀反映現實世界規律的虛擬儀器用于虛擬實驗,可以部分地替代在現實世界難以進行的實驗,學生和教師可在計算機上進行虛擬實驗和虛擬預測分析;③虛擬校園,即利用虛擬現實技術,展現教學和校園生活等虛擬的事物。這是一種三維的可視化技術,通過虛擬展示,可直觀體驗校園的文化和教學情況。虛擬現實和增強現實技術以真實、互動、情節化的特點體現了其獨特的魅力,它使學生形成一種通過自身與信息環境的交互來獲得知識和技能的新型學習方式。

                       四、AI技術爆發,智慧教育市場火爆

                       李彥宏說,“未來沒有任何一家企業可以宣稱與AI無關”,馬云說,“企業不圍繞智能轉型將會被淘汰”。經過這幾年技術及產業化浪潮的席卷,我們逐漸可以感受到,人工智能已經從一個新興科技話題上升為宏觀戰略布局,在不久的將來,人工智能將會像空氣一樣無處不在?!叭斯ぶ悄?教育”市場備受資本青睞,越來越多的企業積極布局,依托人工智能技術研制和開發了各類教育智能產品。

                       從AI教育企業成立數量來看,2010-2013年,AI教育公司成立數量呈現平穩發展態勢,年平均成立企業數約16家;自2014年起,AI教育公司大批涌現,2014年成立企業數超過50家。從AI教育領域融資情況來看,2014年以前投資態勢較為平穩,自2015年始呈現爆發式增長。2017年多家龍頭企業均獲得了億元以上的融資額度,無論是融資總額還是平均投資額均創歷史新高。從AI教育企業布局情況來看,K12、素質教育、職業教育、出國留學等細分領域都涌現出多家布局AI的企業。部分企業提供系統及平臺服務,滲透到了教研、教學、練習、測評以及管理五個環節中。還有部分企業提供智能機器人等硬件產品,如“音樂筆記”就是音樂教育領域的陪練機器人,智能腕帶和APP結合,利用可穿戴設備和視頻傳感器,對鋼琴演奏的數據進行實時采集分析,并將練習效果反饋和評價呈現給用戶。從智能教育產品開發情況來看,智能教育企業基于自身的優勢開發具有核心競爭力的產品,主要集中在自適應/個性化學習、虛擬導師、教育機器人、基于編程和機器人的科技教育、基于虛擬現實/增強現實的場景式教育等方面。智能化、精準化、個性化教育產品成為教育行業的香餑餑,AI教育企業深耕“AI+教育”領域,不斷推陳出新,用智能化手段幫助老師和學生更好地實現教與學。

                       五、AI教育應用,機遇與挑戰并重 

                       (1)機遇 

                        提供個性化的學習

                        如“智能導師”作為教育領域的一個重要應用,可以通過自然語言處理和語音識別技術,來實現計算機扮演導師角色的功能,代替現有教師為學生提供輔助性的學習材料,并能夠對學習者的學習表現和問題解決的情況進行評價和反饋,提出相應的建議。

                       促進學習者各方面素養和能力的獲得

                       21世紀核心素養主要包含三大類:一是學習與創新素養,二是數字化素養,三是職業和生活技能;21世紀能力包括創造性與問題解決、信息素養、自我認識與自我調控、批判性思維、學會學習與終身學習、公民責任與社會參與等內容。人工智能技術不僅能促進學生學習具體的、結構良好的知識和技能,還可以幫助學生獲得復雜問題解決、批判性思維、多人協作等高階能力。

                       加快全球課堂普及

                       全球課堂的目標是為學習者提供一種普及化的、隨時隨地可以訪問的、學習者深度參與的學習環境。在人工智能技術支持下的全球課題,能夠為學習者提供一個云端一體、支持認知發展和相互協作的全新學習,進而促進全球課堂的普及。

                       減少教師的重復性勞動

                       隨著人工智能技術的發展,越來越多的人工智能工具被應用于教育領域,成為教師教學和學生學習的得力助手,在減輕教師負擔的同時,還提高了教師的工作效率,從而使教師將更多的精力真正放在學生身上,促進學生更好地學。

                      (2)挑戰

                       人工智能的人才培養存在滯后性

                       在就業市場上,雖然企業高薪資聘用相關人才的公告在就業市場屢見不鮮,但這方面的人才卻很難在市場上找到。這也表明在現今社會中,人工智能領域相關人才培養還是存在著顯性不足和滯后的問題,政府和學校所貢獻的力量還存在著欠缺。

                       人工智能中教師角色轉變的障礙

                       一方面,實施的過程中存在部分教師不愿意改變的現象。另一方面,教育信息技術的老師比較少,當更多的教師面臨一個新的事物時,對教師實施有效的培訓是非常有必要的。

                      與此同時,人工智能在教育系統中的實施也面臨著怎樣將人工智能教學系統與面對面教學相結合,使教師與人工智能系統之間協同工作,以最大限度地發揮二者的協作優勢,共同為學生提供更有個性的、更有效的教學體驗,這是當前教育人工智能研究面臨的挑戰之一。

                       人工智能教育中的倫理、社會及安全問題

                       互聯網在給我們帶來越來越便利的生活的同時,也存在一些隱患:網絡暴力的滋生、信息的泄露、網絡欺詐行為等問題不斷涌現。在圖像識別技術上,出于對當事人隱私或者某些信息的保護,電視和網絡會將文字或臉部像素化。但隨著人工智能的發展,這種保護隱私的方法已經不再可靠。因此,倫理道德和安全保障是教育人工智能也必須面對的挑戰之一。

                       未來的時代是智能時代,人工智能延伸了人類的體力和腦力,那“人工智能+教育”能否延伸人類教育的“育力”,增強學生的“學力”、教師的“教力”、校長的領導力?一切還取決于我們的不懈努力。未來已來,未來超越想象!智慧教育3.0時代將給我們帶來驚喜的教育變革。

                ①《智慧教育:新時代的教育變革與轉型》,http://www.sohu.com/a/220193628_440113。

                ②梁迎麗,劉陳:《人工智能教育應用的現狀分析、典型特征與發展趨勢》,《中國電化教育》2018年3月,第24-30頁。

                ③郝芳:《人工智能在智慧教學中的應用研究》,《民營科技》2018年第8期,第69頁。

                ④高姝睿:《人工智能在教育領域的應用研究》,《軟件導刊?教育技術》2018年第1期,第6-8頁。

                ⑤傅莉:《人工智能在教育中的應用研究》,《計算機與數字工程》2012年第12期,第63-65頁。

                ⑤《人工智能教育應用的機遇與挑戰》,http://www.sohu.com/a/258289997_100020578。

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