人工智能如何塑造教育的未来

当您将典型的21世纪教室与1900年代初期的教室进行比较时，区别并不是十分明显。 老师将站在前面，在现代版本的旧黑板上（例如，投影仪或共享的计算机显示器）进行讲解和共享笔记。 学生将坐在教室的课桌上，或通过在线视频会议软件观看。 技术已经发生了变化：许多工具和过程已经数字化，其中一些已实现自动化，并且地理障碍在一定程度上得以消除，但参与者和要素却保持不变。

但是，由于人工智能（AI）和机器学习技术的进步，教育领域的一个缓慢而稳定的转变即将到来。 几年后，教师将不再独自承担培训年轻一代或公司员工的负担。

人工智能算法已经通过收集，分析和关联在物理和虚拟教室中发生的每一次交互来帮助增强教育，并帮助教师解决每个学生的特定痛点。 这可能是人类发展最古老，最有价值的社交技能之一的革命的开端，并且在人类与智能机器一起生活和工作的世界中，当务之急。

衡量学习者进度

在评估学生对某个概念的理解力时，教师必须考虑对讲座的每一次反应，每一个空白或专心的凝视，对问题的每一个急切或犹豫的答复，上交或下交的每一项作业，以及更多。 这样，他们才能找出学生落后的地方并引导他们朝正确的方向前进。

这也是为什么衡量学习者的进步，本质上是一种高度社会化的努力，是每位老师面临的最大挑战之一，并且是使用基于规则的经典软件很难完成的任务的原因。

“无论是在大学校园还是在公司中，课程的讲授都是一刀切的，而主导模式是老师对学生讲话。”人工智能公司Zoomi的研究主管Chris Brinton说。在教育环境中捕获和分析行为数据。 “这是出于必要而产生的：从时间的角度来看，老师不可能长时间地暂停授课，并单独解决每个学生的问题，将所有问题都放在同一页上，这是不可能的，或者至少是效率低下的。 ，通常会要求有很多问题的学生在课余时间跟进老师。”

但是，基于分析和发现数据点之间的模式和相关性的机器学习算法被证明是一种有效的工具，可以帮助教师量化学生对讲座的理解。

“通过分析特定的学生数据，人工智能有可能帮助更快地浮出学生可能需要更多帮助的领域，从而提高学生的学习成绩和老师的支持，”智能数学DreamBox Learning的总裁兼首席执行官Jessie Woolley-Wilson说学习平台。

布林顿解释说，为教室配备人工智能就相当于为每个学生提供数字导师。 他说：“可以训练驱动AI的算法来检测学习者何时挣扎，什么使他们挣扎，或者什么时候感到无聊，以及什么导致无聊，”他说。

这与传统的学习软件有所不同，传统的学习软件仅依靠评估响应来衡量学生对所学习主题的掌握程度。 布林顿说：“在上课期间，通常无法获得这些数据，而在亚秒级的粒度上，学生可能会从清晰的观点转变为困惑的观点。”

现在有许多基于AI的平台，可以通过从用户与课程材料和上下文的交互中收集实时信息来创建每个学生的丰富数字资料。 除了保留成绩和分数的记录外，Brinton平台还支持Zoomi开发，跟踪微交互，例如查看PDF文档上的特定幻灯片或页面，重播视频的特定部分，或在讨论中发布问题或答案。论坛。

然后，这些数据将用于构建一个模型，该模型可以实时了解学生对特定主题的理解和参与。 数据模型还有助于发现多个学生之间的共同模式并进行预测分析，例如预测学生将来的表现。

人工智能的更高级使用可能涉及使用复杂的计算机视觉算法来分析面部表情（例如无聊和分心），并将这些表情与学生收集的其他数据关联起来，以更完整地了解学生的学习者模型。

寻找并解决学习中的空白

拥有代表学生知识的可靠数字模型有多个好处。 Woolley-Wilson说：“智能系统可以自动使用这些数据，以立即让学生参与专门解决这些理解差距的学习经历，也可以由老师识别并响应这些特定的需求领域。” DreamBox。

Third Space Learning是一个在线教育平台，于2012年成立，旨在提供一对一的数学辅导，目前正利用AI算法来帮助提高教师的表现。 自启动以来，Third Space已记录了有关数千个会话的数据。 通过与伦敦大学学院的合作，Third Space现在正在从事一个项目，该项目使用AI算法挖掘数据，以便找到成功的学与教模式，并向在线教师提供有关学生如何跟上学习进度的实时反馈。课程。

AI学习者模型还可以为智能补习系统（ITS）提供动力。 可以在自定进度的学习环境中工作或与人类老师一起工作的智能导师使用学生的历史和实时数据为他们提供针对其特定优点和缺点的个性化内容。 提供个性化的学习体验是老师们一直努力实现的目标。

伦敦大学学院知识实验室的以学习者为中心的设计教授罗斯·​​卢金（Rose Luckin）说：“以人工智能为动力的辅导系统已显示出在定义明确的学科领域（例如数学和物理）方面有效的能力。” “人工智能目前可以通过保存记录，选择和推荐供学习者使用的资源来缓解痛点。”

一个例子就是MATHIA，这是由卡耐基学习公司开发的一种由AI驱动的数学学习平台，该平台反映了人类导师的行为。 MATHIA收集各种数据点，并采用机器学习算法和预测模型来确定学生的知识和技能水平，并评估他们将来的表现。 该平台使用此数据根据学生的学习过程来调整学习路径。

卡内基学习中心首席产品架构师史蒂夫·里特说：“问题的每一步都可能涉及填写电子表格中的单元格，在图形上绘制点等等。” “根据学生是否正确地执行了该步骤，或要求提示，我们会​​调整对学生在相关技能方面的知识的估计。”

MATHIA使用“知识追踪”（确定学生对不同概念的理解的过程）以及“模型追踪”（理解学生解决问题的方法的过程），以调整软件对个别学生思维过程的支持。而不是将它们重定向到可能对他们没有意义的标准方法。 这有助于提供个性化的内容，可能包含无数的学习途径。

Ritter说：“例如，如果提示反映了解决问题的不同方式，则我们的提示会根据学生完成问题步骤的顺序而改变。”

智能辅导系统的发展最终可以带来更丰富的自定进度的学习体验。 尽管它不会替代人类老师，但基于AI的在线学习平台可以在教师短缺，学生必须自己学习的地区提供高质量的教育中发挥关键作用。

Luckin说：“大数据和AI的结合可以为学习者提供他们自己的个人分析，他们可以利用这些分析成为可能成为最有效的学习者。”

Luckin认为，自我了解（知道自己在做什么和不知道自己在做什么）和自我调节（例如，能够阻止自己被别人在做的事情分散注意力）是这套系统可以帮助发展的两个技能。 。

Luckin说：“ AI可以用来支持（支持）学习者发展这些关键技能，方法是通过精心设计的界面和可视化方式来回溯他们的个人数据。” “通过这种方式，可以帮助所有学习者更好地学习，这对所有学科领域都是有用的。”

基于AI的学习系统的好处之一是它们可以提供的无缝帮助。 Woolley-Wilson说：“应该始终利用有助于学生和他们的老师在教室内使用的相同智能技术，在教室外进行相同的操作。” “无论学生身在何处，他们都可以带来个性化推荐的力量。学习机会和访问机会不应再像过去那样局限于特定的时间或地点。”

公司培训也可以从AI个性化中受益。 Zoomi提供用于专业培训的在线工具，它使用AI算法识别学习者的喜好并动态调整课程内容以满足他们的需求。 例如，基于用户过去的行为和对不同媒体类型的反应，该平台可以决定应以PDF还是视频格式提供课程资料。 自2016年以来，Progressive Business Partners就一直在使用该平台培训人力资源专业人员，从而使课程完成率增加了12％，收入增加了30％。

寻找和解决教学中的空白

当学生落后于一堂课时，往往会把教学方法和课程中的缺陷与学生自身的缺陷一并归咎于他们。 是学生对材料本身，材料的呈现方式或课程流程中材料的时间安排有所误解的原因吗？ 以前涵盖了一些必要的概念时，是不是学生感染了流感？ 学生如何主动或被动地与材料互动？

这些是每位老师在评估授课质量和调查学习问题的根本原因时必须回答的一些问题。

Woolley-Wilson说：“伟大的系统可以利用庞大的数据集来帮助教师发现课程中的弱点和寻找陷入困境的学生。” “重要的是要记住，向老师提供的帮助的数量取决于通知分析的可用数据的质量。”

DreamBox的在线自适应学习平台使用从学生那里收集的数据来发现学习差距，然后帮助教师在班级或针对特定群体或个别学生的学习中解决这些差距。 这可以包括创建策略组，个性化的学习计划或针对性的任务，以解决特定的差距并补充核心课程。

AI还可以帮助教师评估其教材的相关性。 Zoomi的研究人员布林顿说：“虽然这些内容是在教室环境中“现场”交付的，但大多数讲师都是以电子方式准备材料。 “因此，人工智能技术有可能解释材料，确定所涵盖的主题，甚至分析课程评估材料，以了解评估涵盖课程内容的程度。”

Zoomi使用自然语言处理（NLP），这是AI的分支，用于分析书面材料的内容和上下文，以衡量教师课程材料的质量。 Zoomi的算法会删除对学习过程没有积极影响的内容。 该公司还致力于通过寻找补充内容并将其重新定位以适合学生正在苦苦学习的特定课程的上下文的方式，来增强学习体验的算法。

布林顿说：“很快，算法就可以修改句子以保持清晰度，甚至可以像人类一样自行编写新材料。”

总部位于加利福尼亚的人工智能研究与开发公司Content Technologies，Inc（CTI）已开发出可自动生成定制教育内容的AI。 CTI的引擎使用深度学习来吸收和分析课程提纲和课程材料，掌握知识并生成新内容，例如自定义教科书，章节摘要和多项选择测试。 许多公司和教育机构正在使用该技术。

教育将保留社会经验

尽管我们已经看到在人工智能在教育中的应用方面做出了令人瞩目的努力，但与AI算法造成重大破坏的其他领域相比，结果却相形见pale。 原因是，教育和学习从根本上说是一种社会化的体验，很难（即使不是不可能）实现自动化。

UCL知识实验室的教授Luckin说：“ AI无法取代老师，因为它没有自我意识或元认知调节，也缺乏同理心。” “但是，当AI的设计以我们对学与教（即学习科学）知识的了解为基础时，可以将其与有关学习者的大数据结合起来，以解开学习的黑盒，并使学习者，老师和父母能够追踪跨多个学科，技能和特征的进步-这可以提供重要信息，以支持学习者提高学习效率，并帮助他们学习知识和技能。”

人工智能为教育和学习过程提供的增强和帮助将使教师更加高效和高效。 布林顿说：“教师将能够专注于他们最擅长的事情：创造出色的内容，发表有力的演讲，并面对面和远程地，个人地或集体地解决最普遍的痛点。”

教育的另一个社会方面是合作。 学生们经常从小组合作和彼此学习中学习更多，就像他们从听讲座和按照自己的步调解决问题中学到的一样。 “教育的目标包括更多的社会互动，例如学会成为一个好的合作者或与他人交流，”卡内基学习中心的产品架构师里特说。 “因此，个性化教学的挑战是在将学生视为独立学习者，可以按自己的进度前进与与他人合作的需要之间取得平衡。”

但是，人工智能也可能成为协作学习的促进者。 UCL和Pearson的联合研究论文 Intelligence Unleashed （由Luckin合着）解释说，AI可以通过比较学生学习者模型并建议参与者具有相似认知水平或具有互补技能并且可以互相帮助的分组来支持协作学习。 。 AI还可以作为成员参加学习者小组，并通过提供内容，提出问题和提供其他观点帮助在正确的方向上进行讨论。

AI在整个学习过程中的普遍存在最终将彻底改变教育。 根据斯坦福大学的一份报告，在未来的十五年中，人工智能技术很可能会为人类教师提供帮助，这将导致人类在教室和家庭中的互动更好。

教室或多或少会保持今天的样子，但是由于数字助理，人工智能算法和能力更强的老师的帮助，子孙后代将有望获得更高质量的教育，并能够以更快的速度学习。