最近看到太多網課所引發的令人哭笑不得的事情，這不禁讓人有一種教育好像被人工智能所遺忘的錯覺。在AI飛速發展的今天我們的教育方式卻好像幾百年未曾有過什麼大的改變。 Ben Dickson 在下文中就討論了人工智能在教育領域的發展以及所面臨的問題。
文章：How Artificial Intelligence Is Shaping the Future of Education
編譯：Skye
如果你對比現在的課堂和20世紀初的課堂，基本沒有什麼明顯的變化。老師們還是站在前面用著黑板來傳授知識。有人會說我們現在會利用投影儀或電腦來分享講義和筆記。學生可以坐在教室的課桌旁或通過在線視頻軟件來觀看。許多學習工具和教學過程已經數字化，其中一些已經自動化，地理障礙也在一定程度上消除，但參與者和參與要素仍然大同小異。
不過，隨著人工智能（AI）和機器學習的進步，一個緩慢而穩定的轉變正在悄然降臨到教育領域。也許再過幾年，教師將不再獨自承擔培訓學生的重任。AI會通過收集分析實體課堂和空中課堂中發生的每次互動來，幫助提升教學質量，並且幫助老師解決每個學生特有的問題。這將可能是改變人們建立的社會關係和經驗的一個開始，現在這個社會中迫切的需要人類和機器一同工作。
評估學習過程
教師在評估學生對一個概念的掌握時，必須考慮到學生的每一個反應，每一個茫然或專注的凝視，每一個對問題的熱切或猶豫的回答，每一個早晚交的作業，以及更多。這就是他們如何找出學生落後的地方，並引導他們朝著正確的方向前進的方式。
這也是為什麼衡量一個學習者的進步是每個教師面臨的最大挑戰之一，也是一個很難用經典的基於規則的軟件完成的任務。
“無論是在大學校園還是在公司裡，課程講座都主要是一刀切的，主要模式是教師與學生交談，”專門捕捉和分析教育環境中行為數據的人工智能公司Zoomi研究主管克里斯•布林頓（Chris Brinton）說這是出於必要性：“從時間的角度來看，教師不可能或至少效率低下地長時間暫停講課，並單獨解決每個學生關心的問題，使所有問題都進入同一頁。相反，一個有很多問題的學生通常會被要求在課餘時間與老師一起跟進。”
然而，基於分析和發現數據點之間的模式和相關性的機器學習算法被證明是幫助教師量化學生對課堂理解的有效工具。
布林頓解釋說，為教室配備人工智能相當於為每個學生提供一名數字導師。”驅動人工智能的算法可以被訓練來檢測學習者什麼時候在困惑，什麼導致他們困惑，或者什麼時候他們無聊，什麼導致他們無聊，”他說。這是對傳統學習軟件的一種轉變，傳統學習軟件只依靠評估結果來衡量學生對所學主題的掌握程度。
現在有許多人工智能平臺，通過收集用戶與課程材料和內容互動的實時信息，為每個學生創建豐富的數字檔案。除了記錄成績和分數外，Zoomi這個布林頓平臺還幫助開發、跟蹤微觀互動，如查看PDF文檔上的特定幻燈片或頁面、回放視頻的特定部分或在討論論壇上發佈問題或答案。
然後利用這些數據建立一個模型，該模型可以實時洞察學生對特定主題的理解和參與。數據模型也有助於發現多個學生之間的共同模式，並執行預測分析，例如預測學生未來的表現。
更高級的人工智能應用包括使用複雜的計算機視覺算法來分析面部表情，例如無聊和分心，並將這些表情與收集到的其他學生數據相關聯，以便創建一個更完整的學生學習模型。
發現和解決學習中的差距
反應學生知識的可靠數字模型有多種好處。”DreamBox的Woolley Wilson說：“智能系統可以自動使用這些數據，讓學生立即參與到解決學習中所欠缺的地方，或者讓老師識別並響應這些特定的需求領域。”
Third Space Learning 是2012年成立的一個提供一對一數學輔導的在線教育平臺，目前正在利用人工智能算法幫助提高教師的表現。自發運營以來，Third Space Learning已經記錄了大約數千次的數據。Third Space Learning與倫敦大學合作，目前正在進行一個項目，用人工智能算法挖掘數據，以便找到成功的學習和教學模式，並向其在線導師提供實時反饋，瞭解學生如何跟上課程進度。
人工智能學習模型也可以為智能教學系統（ITS）提供動力。智能導師可以在自主學習環境中工作，也可以與人類教師合作，利用學生的歷史和實時數據，為他們提供個性化的內容，並根據他們的具體優缺點進行調整。提供個性化的學習體驗是教師一直努力實現的目標。
Rose Luckin說：“人工智能的教學系統已經證明能夠有效地教授定義明確的學科領域，比如數學和物理。”，倫敦大學知識實驗室以學習者為中心的設計教授，“人工智能目前可以通過幫助記錄保存以及選擇和推薦供學習者使用的資源。”
另一個例子是MATHIA，一個由 Carnegie Learning 開發的人工智能數學學習平臺，它反映了人類導師的行為。MATHIA收集各種數據點，採用機器學習算法和預測模型來確定學生的知識和技能水平，並估計他們未來的表現。該平臺利用這些數據根據學生的學習過程調整學習路徑。
Carnegie Learning 公司的首席產品架構師史蒂夫•裡特說：“問題的每一步都與一種或多種認知技能有關，包括在電子表格中填寫單元格、在圖表上繪製點等。”根據學生是否正確地完成了步驟，或者是否需要提示，我們會調整對學生相關技能知識的估計。”
MATHIA使用“知識追蹤”，即確定學生對不同概念理解的過程，以及“模型追蹤”，即理解學生解決問題的方法的過程，為了調整軟件對個別學生思維過程的支持，而不是將他們重新導向一種可能對他們沒有意義的標準方法。這有助於提供個性化的內容，並提供更多的學習途徑。
“例如，我們的提示會根據學生完成問題步驟的順序而改變，如果這個順序反映瞭解決問題的不同方式，”裡特說。
發現和解決教學中的差距
當學生在堂課上落後時，教學方法和課程上的缺陷往往和學生自身的弱點一樣要受到指責。學生對材料本身、材料呈現方式或材料在課程流程中的時間安排產生困惑的原因是什麼？學生是如何主動或被動地接觸這些材料的？
這些都是每位教師在評估授課質量和調查學習問題根源時必須回答的問題。伍利•威爾遜說：“優秀的系統可以利用龐大的數據集，幫助教師發現課程中的薄弱環節，並找到苦苦掙扎的學生。”重要的是要記住，向教師提供的幫助程度取決於提供分析的數據質量。”
DreamBox的在線適應性學習平臺使用從學生那裡收集的數據來發現學習差距 ，然後幫助教師在課堂上或針對特定群體或個別學生解決這些差距。這可以幫助創建個性化學習計劃或解決特定差距。
“人工智能還幫助教師 評估教材的相關性 。”Zoomi的研究人員布林頓說：“雖然內容是在課堂環境中‘現場’教授的，但大多數教師都是用電子方式準備材料的。”因此，人工智能技術有可能解釋材料，確定所涵蓋的主題，甚至分析課程評估材料，來了解對課程內容的覆蓋程度。”
Zoomi使用自然語言處理（NLP）來衡量教師課程材料的質量 ，NLP是人工智能的一個分支，它解析書面材料的內容和上下文。Zoomi的算法刪除對學習過程沒有正面影響的內容。該公司還在研究算法，通過尋找互補內容並重新調整其用途，使其適合學生正在努力學習的特定課程，從而增強學習效果。
布林頓說：“很快，算法就可以像人類一樣修改句子，甚至可以自己編寫新材料。”。
總部位於加州的人工智能研發公司Content Technologies，Inc（CTI）開發了自動生成定製教育內容的人工智能。CTI的引擎使用深度學習來吸收和分析教學大綱和課程材料，掌握知識並生成新內容，如定製教科書、章節摘要和多項選擇題。許多公司和教育機構正在使用這項技術。
教育仍將是一種經驗
雖然我們已經看到了人工智能在教育中應用的令人印象深刻的努力，但與人工智能算法正在取得重大成果的其他領域相比，這一結果顯得蒼白無力。原因在於，教育和學習基本上是社會經驗，如果想實現自動化的話，那是極其困難的。
“ 人工智能無法取代教師，因為它沒有自我意識或元認知規則，而且它也缺乏同理心 ，”來自加州大學洛杉磯分校知識實驗室的教授盧卡金說，“然而，當人工智能的設計被我們所知的關於學習和教學的知識（即學習科學）所告知時，它可以與學習者的大數據相結合。”學習並使學習者、教師和家長能夠跟蹤多個學科、技能和特點的進展，這可以提供重要信息，支持學習者提高學習效率，並幫助他們學習知識和技能。”
“人工智能為教育和學習過程提供的增強和幫助將使教師更具生產力和效率。”布林頓說：“教師們將能夠專注於他們能做的最好的事情：創造優秀的內容，發表強有力的演講，親自或遠程、單獨或集體地解決最普遍的痛點。”。
教育的另一個社會方面是協作。學生們經常通過小組合作和互相學習，就像聽講座和按自己的節奏解決問題一樣。”“教育的目標包括更多的社會互動，例如學習成為一個好的合作者或與他人溝通，”卡內基學習公司的產品架構師裡特說：“因此，個性化教學的一個挑戰是， 如何在將學生視為獨立學習者的同時兼顧與他人合作的需要 。”
不過已經有研究顯示人工智能也可能成為協作學習的促進者。由UCL和Pearson共同撰寫的一篇研究論文Intelligence Unleashed解釋說，人工智能可以通過比較學生-學習者模型來支持協作學習，並提出參與者處於相似認知水平或具有互補技能並能相互幫助的分組。人工智能還可以作為一個成員參加學習小組，通過提供內容、提出問題和提供其他觀點，幫助將討論推向正確的方向。
人工智能在整個學習過程中的普遍存在最終將徹底改變教育。根據斯坦福大學的一份報告，在未來15年裡，人工智能技術很可能會幫助人類教師，從而在課堂和家庭中實現更好的人際互動。在未來教室可能會和現在差不多，不過在數字助理、人工智能算法以及更有能力的教師的幫助下，未來的一代人將有望獲得更高質量的教育，並能夠以更快的速度學習。
原文鏈接： https://www.pcmag.com/news/how-artificial-intelligence-is-shaping-the-future-of-education
歡迎關注【數據小鹽罐兒】，下次再來呀～
閱讀更多 數據小鹽罐兒 的文章
