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更新时间:2018/3/5 9:49:34
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人工智能如何推动教育革新?

 

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人工智能其实并不是什么新鲜词汇。早在几千年前,人类就在一些故事和传说中描绘了技艺精湛的手艺人可以给人造的东西赋予意识和智慧。当然,这些都仅仅是想象和神话而已。后来,一些哲学家试图用各种符号的机械移动来解释人类思维的过程,开始为人工智能的真正诞生埋下种子。

1940年,一种可以用抽象的数学逻辑来控制的计算机诞生了,于是一些科学家开始正式投入到如何制造出真正意义上的“电子大脑”的研究中。然而,20世纪的研究似乎只是在证明一点:制造人工智能这件事情比人们最初想象的要难得多。投入到这个领域基础研究的资金一度枯竭,一些人开始怀疑这类研究的意义。

但是,这些困难并没有彻底湮灭人们对这一领域的憧憬。到了21世纪,人工智能研究的重大突破开始不断涌现,应用领域也开始初现端倪。而这要归功于大量数据的收集,计算机速度和计算能力的飞速扩张,以及机器学习算法的进步。人们对人工智能的认识和期望也逐渐变得更现实、更科学,大家的注意力集中在了探索机器学习在实际生活和商业中的应用场景。 

目前,人工智能已经在制造、服务、零售、医疗健康等行业开始了一些尝试性的应用。虽然与科幻小说里那些能干活能思考能说话的机器人相比差距还不小,但我们已经开始尝到一些人工智能的甜头,比如自动驾驶的汽车、自动诊断疾病的机器人等等。一些人开始担心人工智能会不会很快在一些领域取代人类,使很多人失业。我个人认为并不需要太担心。纵观人类过去几百年的历史,机器替代人类的事情已经发生过好几次了,每次一些工作的消失,都有新的工作随之诞生。人类智慧的潜力是无穷的,当我们发明出一种新的事物来代替我们从事的一些相对无趣而辛苦的工作后,我们可以用更多的时间和精力去发掘我们的智慧,继续发明出更好的东西为我们服务。

要想让这样的良性循环永远继续下去,有一个领域将起到关键性作用——教育。随着人工智能的发展,人类在社会经济中的位置也会不断变化,要让我们的下一代适应这些变化并在其中游刃有余,我们的教育就必须跟上科技的发展,甚至需要比科技的进步更前卫。毕竟,教育的效果是滞后的,孩子们学到的东西,要在几年甚至十几年之后才能真正用到。

然而,在过去的一个世纪中,我们的主流教育体系,无论是在西方发达国家,还是中国这样飞速前进的发展中国家,都没有发生过质的变化。不过好消息是,最近十几年来,教育科技领域在一大批创业者的推动下,正在经历着巨大的进步。这些创业者相信,人工智能不是用来替代人类的,而是用来让人类更智慧。这些公司从不同的角度运用人工智能,推动着教育的创新,不仅仅使孩子们接受到的教育更人性化、更有趣,而且更个性化、更和科技的发展接轨,为孩子们将来在社会中发挥自身独一无二的作用做好准备。

目前,人工智能及相关技术在教育领域的应用主要有以下五个方面:

  1. 自适应/个性化学习;

  2. 虚拟导师;

  3. 教育机器人;

  4. 基于编程和机器人的科技教育;

  5. 基于虚拟现实/增强现实的场景式教育。

下面我们来看看一些创业公司是如何在这些领域推动教育革新的。

自适应/个性化学习

每一个人,无论是孩子还是成年人,都有独特的思维特点和学习方式。比如,有的人喜欢听别人讲述或者和其他人讨论,而有的人则更喜欢自己默默地读书。再比如,有的人喜欢用逻辑和数字来解释现象,而另一些人则可能习惯用文字和故事来阐释。如果用适合自己的方式学习,不仅效率会很高,而且会使学习者保持长时间的兴趣。反之,则会学得很慢,甚至导致对学习的厌倦和抵触。同时,每个人学习不同的知识和技能的节奏也不同,一旦打破了自然的节奏,学习就会变得枯燥或难以消化。

然而在学校里几十人的课堂上,老师只能用一种方法、一个节奏教。要想适应每个孩子的方式和节奏,靠传统的课堂教学方法是不可能的。近几年来,一些创业公司开发出了基于人工智能的自适应学习系统,帮助学校和老师提供个性化的教学,同时帮助孩子们提高学习效率,激发学习兴趣。

什么是自适应学习呢?简单地说,就是通过收集和分析学生的学习数据,用人工智能逐渐勾勒出每个学生的学习方式和特点,然后自动调整教学内容、方式和节奏,使每个孩子都能得到最适合自己的教育。随着时间的推移,数据积累逐渐增多,人工智能也就越“聪明”,对学生学习的适应也就越精准,这样形成良性循环,学生的学习效率越来越高,效果越来越好,学生的信心也随之增强。 

位于美国和澳大利亚的一家名叫“Smart Sparrow”的公司自2011年成立以来,就致力于为学校和老师开发自适应教学的工具。他们的产品是一款集课程设计、在线学习、实时反馈、自适应学习、大数据分析、在线合作学习、智能辅导等功能于一体的平台。教师可以使用在线平台上的工具和内容库设计课程,教学过程中的每一个环节都可以加入和学生互动的元素,让学生通过完成课程中的一些“任务”来掌握所学的知识。通过这些互动,系统就可以随时收集学生的学习数据,追踪学生的学习进度,发现学生学习的瓶颈和困难,从而给予实时反馈和强化。比如,系统在一些互动练习中发现一名学生在概念A和B上有些混淆,于是立即跳出澄清概念的页面,并指出学生可能没有理解的要点。学生表示理解了后,会有更多不同形式的互动帮助学生强化理解,直至学生完全理解为止。同时,老师也可以随时观察学生的学习轨迹,调整学习进度。对于学得快的学生,老师可以加入更深的学习内容,或者加快该学生的进度;对于有困难的学生,老师可以给予特别辅导,并适当调整学习内容,让学生不会感到力不从心。

对于教师来说,这个系统的好处不只是轻松为学生提供个性化的教学,而且实时数据和自动分析给教师提供了大量的资料,使他们对每个学生的了解大大加深了。同时,数据可以指导他们不断改进教学内容,根据班级整体的特点和每个学生的问题做出更精准的教学规划,使教师的教学更有针对性,也节省了大量的宝贵时间。

类似的公司还有很多家,每家切入的角度略有不同,但目的都是一个:让教育更高效、更有趣、更个性。针对年龄偏小的孩子,一些公司还在自适应学习系统中加入了游戏化元素,让原本枯燥的学习变得好玩。美国的"DreamBox Learning"这家公司就是从小学数学课程的游戏化这个点切入,设计了一个在游戏中学数学的平台。这个平台根据学生在游戏中和平台的互动及练习中的表现,逐渐推进学生的学习,根据学生的进度调整内容和练习,使学生不知不觉中就学习了所在年级所要求的所有数学课程。 

虚拟导师

课外一对一辅导在很多国家都是一个不小的市场。由于越来越多的父母没有时间和精力帮助孩子在学校之外的学习,很多人不得不请家教或者将孩子送到一对一辅导学校去。但是这些一对一的真人辅导价格昂贵,同时由于个人差异,找到最适合孩子的老师也不是一件容易的事情。最近几年,一些创业者开始尝试为学生提供在线“虚拟辅导教师”,利用人工智能帮助孩子学习。

伦敦就有一家这样的公司,名叫“Whizz Education”。他们的旗舰产品“Maths Whizz”就是一款在线辅导数学的软件。公司设计了一套和学校进度相吻合的课后学习课程,学生可以在学习的过程中随时提出问题,虚拟老师会为学生一步步解答,并且根据学生的反馈调整解答方式,直到学生掌握为止。同时,系统的家长端为父母提供实时汇报,使他们能够随时掌握孩子的学习情况,了解学生是否跟得上学校的进度,有哪些困难等等,同时还可以通过在线互动的方式鼓励甚至奖励孩子,使家长对孩子的监督也变得有趣。

虚拟导师其实也是一种自适应学习系统,只不过焦点在学生的课后自学和答疑,而不是课堂教学上。这个领域目前还在早期发展阶段,进一步的推动则依赖于一些关键技术的发展,如语音语意的识别,以及数据的进一步采集和分析。虚拟导师也许几年内还不能代替真人辅导,但一定会在课后辅导行业中逐渐占有一席之地。

教育机器人

用机器人充当教育者的角色直接和孩子交流,已经不只属于科幻小说了。目前,一些新兴的创新公司正在开发可以成为孩子的老师和朋友的机器人。位于纽约的“CogniToys”在2015年推出了一款叫“Dino”的机器人,可以直接和孩子对话。这个机器人在听到孩子的问题之后,可以自动连接网络寻找答案,并且通过和孩子的交流逐渐学习和了解孩子的情绪和个性。机器人和孩子交流得越多,对孩子的了解就越深,和孩子的对话也就越个性化,越贴近孩子的喜好。当然,这些对话都是有严格监控的,避免出现误导孩子的情况。

目前,机器人能够流畅交流的话题还是相对有限。不过这款机器人的背后一直都有强大的团队在不断更新优化,相信机器人会变得越来越人性化,真正成为孩子的良师益友。 

基于编程和机器人的科技教育 

我们所在的时代,可以说是计算机、互联网、自动化的时代。所以呢,计算机编程,算法设计,机器人设计这些科技方面的教育也就变得非常重要了。一些人甚至宣称不久的将来不会编程就等于文盲。这种说法未免有些极端,但是毋庸置疑的是,目前主流的学校教育并没有把这类科技教育的重要性放的足够高,一些国家的学校课程体系中甚至完全没有计算机编程类的课程。

于是一批创业者就来填补这个空白了。既然编程这么重要,而且会越来越重要,这方面的教育就要从娃娃抓起,越早越好。

一家位于伦敦的年轻的公司“Primo Toys”就决定从3岁的幼儿开始编程教育。他们设计了一款名叫“Cubetto”的“木制机器人”。这款集教育和娱乐为一体的玩具,带有一个模块拼板,一些地图,一本故事书,和一些代表不同指令的木制模块。孩子通过故事书中的描述,通过在拼板上组合不同的模块来控制机器人,使其在地图上游历到故事中描述的不同地方。孩子通过自己动手“创造”机器人在故事中的旅行,在游戏中学会了动手,并且接受了最早期的编程启蒙教育。 

坐落于加拿大的“EZ-Robot”则把注意力放在了大孩子甚至成人对机器人的兴趣上。他们出售的机器人产品高度模块化,并且配有详细的教程。无论是学校老师,还是校外教育机构,甚至是学生自己,都可以用他们的产品作为学习编程和机器人设计的工具。即使是完全没有编程基础的人,也可以使用产品配套的可视化操作系统来设计自己想要的机器人。

基于虚拟现实/增强现实的场景式教育

将虚拟现实(VR)和增强现实(AR)运用在教育中,想象空间是不可估量的,益处也是显而易见的。课堂不再局限于小小的教室、白板和PPT,而是整个宇宙。很多家公司,包括互联网巨头谷歌和Facebook,都倾注了不小的精力研究如何将VR/AR应用到教育中。

位于爱尔兰的“Immersive VR Education”就是一家专注于开发VR/AR教学内容的公司。他们的旗舰产品之一是“阿波罗11号 VR”,用户只要带上VR眼镜,就可以“亲身”体验阿波罗11号登月的整个过程。不用多解释,这样的经历一定比老师在课堂上苦口婆心说几个小时的效果要好得多。

另一家叫“Alchemy VR”的公司为了将VR场景做得尽可能逼真,选择和诸如三星、谷歌、索尼、BBC、英国国家自然博物馆、澳大利亚悉尼博物馆等多家机构合作制作VR教育内容。这家公司制作的“大堡礁之旅”就是和BBC纪录片团队合作的产物,让全世界各地的学生都有机会潜入澳洲湛蓝的海水学习珊瑚礁的生态环境。

人工智能在以上五个教育科技领域的应用都还处于早期探索的阶段,但是潜力都是巨大的。相信通过创业者们的努力和教育工作者的支持,人工智能一定会为教育带来一轮变革,让我们的教育更智慧,帮助我们的孩子做好迎接未来的准备。

 

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