人工智能与教学变革

张渝江

教学有法，教无定法，贵在得法。

受工业时代的思维方式的影响，很多教育研究者和教师总是希望通过学习科学原理找到一个通用的教学模型，并加以推广，借以大规模提高学生成绩。

同样，过去十余年间，信息化带来的新教育技术也被放到班级授课制体系下，为大量学习者提供相同的服务。这种应用方式在解决教育中群体化的问题方面卓有成效，比如教学媒体单一、师资力量薄弱、教育资源缺乏、教学模式陈旧等。然而，多年以来一系列的硬件、软件和在线服务进入教室，提供了丰富的教学内容呈现方式（多媒体班班通）、优秀师资（双师课堂）、优质资源（在线课程）和先进教学模式（翻转课堂）后，学校仍然有不爱学习的孩子、成绩不好的学生。

究其主要原因在于：真实教学是一个极其复杂的过程，会受到各种个体因素的干扰，比如某个学生的社会背景、家庭条件、性格情绪、多元智能、学习偏好等；而通用的教学模式和大众化的技术服务不能满足学习者个性特征。除非为每个学习者个体提供专门的教师和定制的课程资源，并给予独特的教学和指导。但是，在以往的社会体系和资源环境下，很难实现真正的因材施教以满足学习者个性化的需求。

受益于智能手机和平板电脑等智能终端的普及，以及互联网学习资源日益丰富和多样化，越来越多的教师和学生开始接入互联网进行教和学。随着学习大数据的累积和相关技术应用的发展，结合机器学习与自然语言处理的新兴人工智能技术开始逐步进入教育行业，真正的个性化学习正在成为现实。

人工智能环境下的未来学习场景

2015年，美国教育技术研究者描绘了人工智能支持下的学习场景。

2021年，一位14岁女孩儿安娜梦想成为一名航天工程师。清晨醒来，她便通过她的私人学习向导开始了一天的学习。这位“私人向导”其实是一台融合了高级人工智能与认知分析功能的学习终端。具有口语对话和智能眼镜等功能，通过内嵌的人工智能来实现手势控制、面部表情编码、动作跟踪以及语音识别等。不过，这位“私人向导”的主要职责是关注安娜的学习行为和心理。其还要通过互联网与具备专业宇宙知识的智能化虚拟助手协同配合，才能帮助像安娜这样有潜力的学习者，为他们提供今后工作中所需要的工作技能。

“私人向导”与“虚拟助手”分享了安娜的学习情况展示板，并为其制定个人的学习计划，包括数字化的学习内容、虚拟现实游戏、实践机会以及与专业的航空工程师互动的机会。这些都放在她的个人学习网页上。安娜的父母可以通过安娜的“私人向导”监督其学习计划的实施并在学习过程中提供有利于安娜学习的支持和帮助。

安娜把“私人向导”带到学校的虚拟学习中心，在那里她与另外一些学生一起测试在云环境下时长2小时的航天飞行器的模拟飞行；并在研究中设计出飞行器的真实尺寸。通过这样的方式，全球的学习者都可以参与进来，互相竞争，或在某些环节互相帮助。学习者在研究中的进展速度、准确性和团队协作能力等方面，将会被评估，并量化为相应的分数。完成设计后，学校的3D打印机会帮安娜把飞行器的模型打印出来。

在学校学习中心的科学教师通过安娜的“私人向导”追踪其学习情况、得分情况以及学习模式，并及时提供反馈信息和指导。智能眼镜会对安娜的眼部动作进行跟踪记录，“私人导师”进行测量并与其他学习者水平进行比较，反馈给教师，以便于教师可随时根据安娜的学习需求改变学习内容并给予指导。

利用学习中心的自适应学习支持系统与“虚拟助手”制定的学习计划进行协调，安娜的老师将在“私人向导”上重新配置安娜的学习情况展示板并展示安娜的进步情况。

安娜随时都可以自己改变学习目标，她的“私人向导”展示板会动态解释先前已完成的工作，并与她的新目标进行匹配。安娜还可以通过许多社交媒体与她的朋友和家人分享她在学习上取得的进步。“私人向导”会把她的学习情况图示化并贯穿在她從小学、中学乃至工作后的整个学习过程。

人工智能进入教育的现实场景

随着技术的飞速发展，这样的未来场景正越来越靠近我们。

依托人工智能技术，学校无需聘请大量教师即可实现一对一辅导，以更好地跟踪、适应和支持个体学习者；还可以为学生定制学习方案和规划职业发展路径，并引导学生走向成功。

澳大利亚在线适应性教育平台Smart Sparrow依靠在互动中得到的数据反馈引导老师把课程设计得更好，下一阶段学习则根据学生学习行为来进行动态匹配。美国的DreamBox Learning智能学习系统甚至能自动匹配小学生用户的学习进度，并以最适当方式去提示和鼓励学生向正确的方向努力。

同样来自美国的Desire2Learn最近推出了新工具，根据学生之前的学习情况预测其在某门课上可能获得的分数，进而给出选修课建议来帮助学生做出选课决定。

比尔·盖茨预言，人工智能聊天机器人或个人虚拟导师，能在学生面临挑战时提供强有力的支持，随时随地回答学生的提问。

2016年1月，美国佐治亚理工学院计算机学院的教授Ashok Goel，借助于IBM的Watson人工智能系统创建了一个在线机器人Jill Watson来作为课程教学助理，帮助教师回答学生通过在线论坛提出的大量课程问题。通过几个月的反复调试，Jill Watson的回答已经能够达到97%的正确率。现在，机器人助教已经可以直接跟学生沟通，不需要真人助教的帮助。这项人工智能在教育中的使用，解决了教师难以及时回答学生提问的困境，增加了学生参与在线学习的兴趣，提高了在线学习的留存率。

斯坦福大学教育学教授 Daniel Schwartz开发了一个人工智能应用——贝蒂的大脑（Bettys Brain）。作为一个虚拟角色，贝蒂在学习活动中扮演孩子们的学伴，让学生来教它学习生物知识。在这个协作对话过程中学生的讲解会被贝蒂记录和评估并即时反馈给他们，让学生在完善讲解过程中加深对知识的理解。下一步，人工智能可以配置聊天机器人或虚拟导师的面孔和声音来满足学生个人喜好，真正做到一人一导师。

人工智能帮助学校回归育人本质

教育信息技术进入学校的目标是为学生带来更好的教育。可是在执行过程中却出现一个悖论：教师不得不花费大量时间和精力去学习和适应很多被认为能提高教学质量的技术或者工具，反而削弱了教师原本在教育中具备的优势作用。另外，过度追求分数也让教师在技术的应用上跑偏，给学生增加了学习负担。

2017年5月的中国互联网教育大会上，行业研究者认为，教学中一些固化的工作，比如大部分的作业批改和知识传递的任务将被人工智能替代。这样可以把教师从重复乏味的工作中解放出来，让教师发挥其作为人的优势，从事人工智能无法完成的更复杂的教育工作。

目前人工智能批改作业已经相当接近真人教师了，除了选择题、填空题外，作文的批改能力已经大幅提高。斯坦福大学已经成功开发出一种机器学习程序能够批改8—10年级的论文。随着图像识别能力的大幅提高，手写答案的识别也几近可能。就连占有美国标准化考试60%市场份额的全球最大教育企业——培生公司也认为，人工智能已经可以出现在教室并提供足够可信的评估。据培生公司近期的报告“Intelligence Unleashed”中推测，人工智能软件所具有的广泛的、定制的反馈机制能够最终淘汰传统测试，激发学生学习主动学习的同时释放教师的生产力。

人工智能还可以促进学生采用高效的学习行为，比如自我管理和自我解释等。比如来自美国的智能学习应用Volley。学生们用手机拍摄教材内容或作业题目，Volley 会分析照片和文本，并显示要点、难点、先修知识。随后，应用会提供在线课堂、百科链接，甚至是教师上传的参考 PDF文件等与学生的个体学习需求相匹配，进而实现更针对性地传递知识。扎克伯格教育风投公司认为Volley能引导学生们自行安排学习计划和提高自学能力。

人工智能并不能完全替代教师。研究者认为人工智能可以完成60%的知识传递、30%的技能和10%的品德培养工作。未来，教师需要和人工智能配合互补才能赋予自身更多机会和勇气进行教育创新，以培养学生适应未来生活的技能、品德和人格，让学校教育回归育人本质。

作者单位：重庆市聚奎中学校endprint