8.1 AI助力教师教学
2017年7月,国务院印发《新一代人工智能发展规划》,明确提出“要在中小学阶段设置人工智能相关课程,逐步推广编程教育;利用智能技术加快推动人才培养模式、教学方法改革,构建包含智能学习、交互式学习的新型教育体系;开展智能校园建设……”可以说,“AI+教师”不只存在于想象当中,已经成了正在到来的现实。如图8-1所示为机器人一对一教学。
8.1.1 巧用大数据,展开个性化教育
在教育过程中,形成教与学之间的反馈闭环是一个非常关键的环节,从知识的讲授,到获得学生的反馈,再到个性化地布置作业,都在这个反馈闭环中得以实现。如果师生比过于不协调,这个反馈闭环就很难实现。
当然,学生会经常有这样的抱怨:这个知识点我已经完全理解了,可老师还一直在重复地讲,简直就是在浪费时间;这个知识点我根本没有理解,老师就已经开始讲授下一个知识点了……
而每当此时,个性化教育便成了教育过程中的一大“遗憾”。
那么,怎样才可以让个性化教育成为可能呢?随着科学技术的不断进步,大数据似乎能发挥非常重要的作用。正如中国教育学会中小学教育质量综合评价改革试验区办公室执行主任张勇所言:“现在应用大数据技术,我们可以对学生进行 ACTS 学业评价(ACTS 学业评价技术是集检测、评价、诊断、甄别、选拔、鉴定六大功能于一体的科学评价技术),可以分析每一个学生的知识应用、技能应用和能力倾向,这样就可以及时调整教育行为,真正实现个性化教育。”如图8-2所示为个性化教学——让孩子在玩中学。
从目前的情况来看,为了进一步促进大数据与个性化教育的融合,很多大数据精准教学服务平台应运而生,极课大数据就是其中的一个经典案例。
2017年,极课大数据品牌发布会在北京正式召开。发布会中,极课大数据的首席执行官李可佳表示,极课大数据的主要目标是在当前大班教学的传统环境下实现个性化教育,争取使广大教师得到解放,以便他们能去做一些更有价值、更有创造性的工作。
另外,据李可佳介绍,极课大数据非常关注校园场景下的数据获取和效率提升。因此,极课大数据坚持从校内的教学环节入手,既不改变教师的教学流程,也不延长学生的学习时间,不仅采集到了教学环节中的所有数据,还会在这些数据的基础上生成数据报告,并在第一时间反馈给教师。在这种情况下,教师就可以及时调整自己的教学节奏和方向,从而大幅度提升教学效果和教学效率。
与此同时,为了实现真正意义上的个性化教育,极课大数据还推出了以教育智能为核心的“超级老师计划”,并致力于打造在算法和海量数据训练基础上的自适应学习引擎。据了解,组成该学习引擎的两个核心是以关系和行为数据为基础的知识图谱、标准化的全量题库。
有了大数据的支持,教师的教学将不再像之前那样盲目,而是变得更加有针对性。这不仅有利于教学效果的提升,还有利于学生的不断进步,更重要的是,有利于推动中国教育事业的不断发展。
8.1.2 借NLP提高讲课效率
NLP(Natural Language Processing)是AI的一个子领域,即自然语言处理。
随着AI的不断发展,自然语言处理技术的能力也越来越强。
相关数据显示,2012年,自然语音处理的错误率约为33%,截至2016年,自然语言处理的错误率已经下降到5%左右。未来,这一错误率肯定还会更低,与此同时,自然语言处理的效率则会更高。
在教育领域,借助自然语言处理技术,教学语言转化为文字已经成为可能,具体来说,教师的讲解话语,可以被自动识别并转化为板书。教师的教学效率将会比之前有大幅度提升,从而让老师为学生教授更多、更有趣的知识。
科大讯飞成立于1999年,是国内一家顶级的科研技术企业,为自然语言处理技术的提升做出了巨大的贡献。自AI出现并兴起以来,科大讯飞就一直致力于自然语言处理技术的研发与创新。
发展到现在,科大讯飞已经让自然语言处理技术实现了多方面的突破,其中最明显的就是语音识别能力与语义理解能力的提高,而这也在一定程度上为语音教学、语音测试等教学活动提供了技术支撑。
那么,除了上面提到的提升教学效率,在教育领域,科大讯飞引以为豪的自然语言处理技术还可以带来什么效果呢?这里具体从图8-3所示的两个方面进行说明。
1.大幅度提升阅读的效率
将自然语言处理技术融入教学中,借助强大的语音识别和智能的语义分析,可以大幅度提升学生的阅读能力和阅读效率。另外,通过采取分级阅读的措施,可以为AI产品及算法制定严苛的标准,并为学生及阅读素材划分严格的等级。这样,学生的阅读就会更加科学,也更加合理。
2.有效提升学生的自我学习能力
将自然语言处理技术融入自然实践中,可以指导学生更好地完成实践。以物理实验来说,以自然语言处理技术为核心的系统可以自动为学生讲解物理实验的操作步骤,而学生则可以在此基础上完成相应的操作。这不仅可以加深学生对物理实验的理解,还可以提升学生的自我学习能力,可谓一举两得。
在教育领域,自然语言处理技术有着非常独特的效果。一方面,它可以将语言转化为文字,从而进一步提升教师的讲课效率;另一方面,它还可以提升学生的阅读效率及自我学习能力。
无论是对于教师还是学生来说,这都是大有裨益的。
8.1.3 借表情识别技术,侦测学生注意力目前,AI、大数据等前沿技术被应用到教育领域,同时也在很大程度上影响着教育产业的变革。因此,在很多专家看来,只有“前沿技术+教育”才是当下这个时代应该实施的教育模式。
2018年4月,在“AI生万物·GMIC2018”未来教育峰会上,要说最受关注和欢迎的教育科技应用,那非学而思培优的“魔镜系统”莫属。通常来讲,传统的教室根本没有办法将教学过程清晰地展示出来,也正是因为如此,教师既不能对教学过程进行科学分析,又很难为学生提供个性化的教学体验。
自从AI出现并兴起以后,图像、语音、文字等数据就可以被很好地识别出来,并形成一个数据汇集平台,“魔镜系统”就是在此基础上的一个教育科技应用。据了解,“魔镜系统”可以提供多个功能,例如师生风格匹配、教师授课评价等。当然,最重要的一个功能是学生听课质量反馈。
在表情识别技术的基础上,“魔镜系统”可以借助摄像头捕捉学生上课时的情绪(例如快乐、愤怒、悲伤、平静等)及行为(例如听课、举手、点头、摇头、做练习等)。同时,“魔镜系统”还可以据此生成专属于每一个学生的学习报告,更重要的是,这份学习报告不仅可以用于帮助教师更好地掌握学生动态,及时调整教学的节奏和方式,还可以给予每一个学生充分的关注。
2017年8月,好未来集团成立了AI Lab,并先后与多家国内外知名院校(例如斯坦福大学、清华大学等)达成了合作,共同创立实验室,以促进“前沿技术+教育”的实现。对此,AI Lab负责人杨松帆说:“我们将把科技本身当作业务,打造真正的智慧教室。同时,我们希望通过科技为教育行业赋能,以开放的心态连接行业,共同为教育公平化做出贡献。”
可以预见的是,随着前沿技术的逐渐普及及教育科技应用的逐渐增多,教师的教学、学生的学习都会更加具有针对性,与此同时,中国的教育事业也会发展得越来越好。到了那个时候,教育领域定会是一番全新的景象。
8.1.4 智能批改,为老师减负增效
对于教师来说,一项必不可少的工作就是为学生批改作业,当遇到作业非常多的情况时,教师甚至还会批改到深夜,这难免会对教师的健康造成不良影响。然而,随着信息化建设和AI的不断发展,大数据、语音识别、文字识别、语义识别,使智能批改逐渐变成了现实,如图8-4所示。
怎样利用AI减轻教师的压力,实现规模化且个性化的作业批改,便成了未来教育的关键攻克点,同时也是大量企业非常关注的内容。在这些企业当中,科大讯飞特别具有代表性。
2017年“两会”期间,科大讯飞董事长刘庆峰上交了提案,并在提案中明确指出,科大讯飞的英语口语自动测评、手写文字识别、机器翻译、作文自动评阅技术等已通过教育部鉴定并应用于全国多个省市的高考、中考、学业水平的口语和作文自动阅卷当中。而“讯飞教育超脑”也已在全国70%的地区、1万多所学校得到了有效应用。
当然,国外也有很多与“讯飞教育超脑”类似的产品,如GradeScope和MathodiX。据了解,GradeScope起源于一个边缘性的产品,主要目的是使作业批改流程得到进一步简化,从而把教师的工作重心转移到教学反馈上。相关数据显示,使用GradeScope的学校已经超过了150家,而且其中也不乏一些非常知名的学校。
MathodiX 是来自美国的一个数学学习效果评测网站,它会认真仔细地检查并反馈每一个步骤。
当批改作业这个必不可少的工作从教师转移到机器手里时,当机器批改作业的准确率可以与教师批改作业的准确率相媲美时,批改作业便实现了真正意义上的智能化,与此同时,“AI+教育”也实现了前所未有的新突破。
8.1.5 借知识图谱丰富教学内容
构建一个内容模型,并对其进行进一步优化,便可以创立知识图谱,从而帮助学生更容易,也更准确地发现适合自己的内容。国外已经出现了这方面的应用,其中比较典型的是分级阅读平台。
据了解,分级阅读平台会为学生推荐最合理的阅读材料,同时还会把阅读和教学联系在一起。更重要的是,阅读材料后面还附带小测验,并会生成相关阅读数据报告,这样教师就可以更好地掌握学生的阅读情况。
Newsela 抓取来自多家主流媒体(如《华盛顿邮报》《纽约时报》等)的文章,然后派专人将这些文章改写为难度系数不同的版本,最后提供给处于不同学习阶段的学生。
在Newsela的界面上,文章都是按照时间顺序排列的,同时还会及时更新,更具有吸引力的是,学生可以利用搜索主题、类别、关键词的方式,找到自己最感兴趣的文章,如图8-5所示。
Newsela 上的每篇文章都可以从难到易分为5个版本,这里的不同难度是通过对生词量进行调节来实现的。因此,使用Newsela的学生并不需要担心自己的词汇量不够,只要用手指上下滑动便可轻松切换文章的难度,非常方便。
不仅如此,在阅读完文章以后,学生还可以进行测试。同一篇文章,如果难度不同,对应的测试题目也不同。每一篇文章后面一共附带4道测试题,学生可以在任何时候查阅文章,只要仔细阅读,就可以取得比较不错的测试成绩。
LightSail是与Newsela类似的一个应用。不过,LightSail上的文章基本上都来自出版的书籍。相关数据显示,LightSail 收集了400多个出版商的8万多本书籍供学生阅读,而且这些书籍上的文章非常适合学生阅读。
与Newsela和LightSail相比,Bibblio有比较大的不同。一方面,Bibblio是B2B业务;另一方面,Bibblio的主要客户是出版商、教育科技公司等。Bibblio 有一个非常重要的主打产品——知识搜索SaaS,该产品在很大程度上弥补了搜索的某些缺陷,例如静止、信息未经过滤、杂乱、碎片化、外行等。
从目前的情况来看,使用Newsela的学生数量已经接近500万,而 LightSail 也与多家学校(主要包括丹佛公立学校、芝加哥公立学校等)达成了密切合作。不过,中国现在还没有像Newsela、LightSail、Bibblio这样的个性化阅读学习应用,但未来一定会出现,而且还会越来越多。
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