寧佳 張海 楊絮

人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，隨著信息化的快速發(fā)展，人工智能已經(jīng)滲透到人們生活的方方面面，在教育方面，機(jī)器學(xué)習(xí)、深入學(xué)習(xí)以及人工智能中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，導(dǎo)致一系列新的人工智能驅(qū)動(dòng)工具出現(xiàn)，從而擴(kuò)展了教學(xué)和學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。為了展示出智能的效果，計(jì)算機(jī)應(yīng)用算法在大量數(shù)據(jù)中尋求一種模式，這種模式叫做“機(jī)器學(xué)習(xí)”，它在許多人工智能應(yīng)用中扮演著關(guān)鍵的角色。人工智能系統(tǒng)經(jīng)常結(jié)合人類的反饋來(lái)幫助校準(zhǔn)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，通過(guò)廣泛收集數(shù)據(jù)，并應(yīng)用算法進(jìn)行精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)評(píng)估來(lái)實(shí)現(xiàn)診斷。有效的干預(yù)措施需要審查學(xué)習(xí)者的整體需要，諸如喪失信心等隋感的需要，人工智能在這一領(lǐng)域也在被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用。本文將重點(diǎn)介紹美國(guó)的人工智能助教應(yīng)用案例。

應(yīng)用案例一：教師教育沉浸課堂體驗(yàn)平臺(tái)——First Class

First Class是賓夕法尼亞州立大學(xué)開發(fā)的沉浸體驗(yàn)平臺(tái)，為教師教育提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助，教師可通過(guò)使用真實(shí)的動(dòng)作、聲音和手勢(shì)來(lái)練習(xí)他們的基礎(chǔ)教學(xué)技能。First Class營(yíng)造了一個(gè)由六名人工智能學(xué)生組成的虛擬K-12課堂，允許教師使用動(dòng)作、聲音和手勢(shì)與參加各種行為的“虛擬學(xué)生”進(jìn)行互動(dòng)，并對(duì)“虛擬學(xué)生”做出反應(yīng)。

1.真實(shí)的實(shí)踐體驗(yàn)

虛擬的六名學(xué)生會(huì)模仿真實(shí)的學(xué)生對(duì)教師的講解做出反應(yīng)，如點(diǎn)頭、搖頭、微笑、舉手等行為，進(jìn)而模擬真實(shí)的教學(xué)情境，最大程度地還原課堂教學(xué)，教師通過(guò)此種方式不斷練習(xí)教學(xué)技能，職前教師可以通過(guò)這種仿真的教學(xué)體驗(yàn)為之后進(jìn)入真實(shí)的課堂打下良好基礎(chǔ)。

2.充足的練習(xí)資源

通過(guò)First Class，職前教師可以隨時(shí)進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐的練習(xí)，反復(fù)練習(xí)多種課堂情境，由于是由虛擬學(xué)生構(gòu)成的仿真課堂，教師不必?fù)?dān)心教學(xué)實(shí)踐的失敗。真實(shí)的課堂無(wú)法進(jìn)行重復(fù)講授，F(xiàn)irst Class允許用戶將課堂進(jìn)行重置，在完全相同的情境下再一次實(shí)踐，這為使用者提供了充足的練習(xí)資源

3.虛擬的學(xué)生，真實(shí)的角色

在First Class中的虛擬學(xué)生有著不同的性格特點(diǎn)和名字，在上課過(guò)程中，他們同現(xiàn)實(shí)中的學(xué)生一樣也會(huì)感到無(wú)聊，甚至?xí)呱?，教師可以通過(guò)點(diǎn)名等方式提醒學(xué)生，確保他們參與到課堂中來(lái)。

4.沉浸式體驗(yàn)平臺(tái)

First Class除了可以作為職前教師的教學(xué)訓(xùn)練工具之外，還可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行情境定制，如求職面試、演講訓(xùn)練、談判培訓(xùn)、醫(yī)患交流等，幫助用戶在多種環(huán)境下與他人進(jìn)行互動(dòng)。

應(yīng)用案例二：人工智能課程在線答疑助教——Jill Watson

美國(guó)喬治亞理工大學(xué)在“基于知識(shí)的人工智能”這一課程中，使用一位名叫Jill Watson的人工智能助教為課程提供支持。此課程是喬治亞理工大學(xué)在線計(jì)算機(jī)碩士必修課程之一，由于學(xué)生人數(shù)眾多，學(xué)生論壇發(fā)布信息量極大，本課程的8位人類教師無(wú)法完成這么大的工作量，計(jì)算機(jī)科學(xué)教授AshokGoel和他的學(xué)生們基于IBM平臺(tái)研發(fā)出了虛擬助教，并為它取名JillWatson。在試用期間，虛擬助教Jill可以直接在線回復(fù)學(xué)生在論壇上發(fā)出的問(wèn)題，并且許多學(xué)生并未發(fā)覺他們是在和計(jì)算機(jī)對(duì)話。Jill Watson除了可以在線回答問(wèn)題，還可以對(duì)學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定。

1.準(zhǔn)確回答學(xué)生問(wèn)題

在“基于知識(shí)的人工智能”這一課程中，在線學(xué)生在數(shù)字論壇上的參與程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于線下學(xué)生。在Jill Watson與學(xué)生的問(wèn)答對(duì)話中，它成功地回答了學(xué)生的多個(gè)問(wèn)題，如有關(guān)編碼的程序運(yùn)行時(shí)間是否有限制、寫作作業(yè)是否存在最大字?jǐn)?shù)限制、已經(jīng)提交的作業(yè)是否可以重新提交等。

2.部分問(wèn)題回答模糊，受到學(xué)生懷疑

在涉及寫作的此類問(wèn)題中，學(xué)生詢問(wèn)是否存在最大字?jǐn)?shù)限制的問(wèn)題，Jill Watson正確地回答說(shuō)沒(méi)有嚴(yán)格的字?jǐn)?shù)限制。然后另一名學(xué)生有一個(gè)跟進(jìn)問(wèn)題，要求詳細(xì)解釋回答中提到的細(xì)節(jié)，另一名學(xué)生對(duì)跟進(jìn)問(wèn)題進(jìn)行了回答。在這次交流之后，班上的一名學(xué)生開始懷疑JillWatson是不是人類。

應(yīng)用案例三：中小學(xué)數(shù)學(xué)個(gè)性化指導(dǎo)智能導(dǎo)師系統(tǒng)——Tabtor Math

Tabtor Math（以下簡(jiǎn)稱Tabtor）是一項(xiàng)數(shù)學(xué)輔導(dǎo)計(jì)劃，由Raj E.Valli于2010年創(chuàng)建于美國(guó)新澤西州，融合了最有效的個(gè)性化教學(xué)元素，以iPad和Android平板電腦為載體，為小學(xué)生和初中生提供數(shù)學(xué)個(gè)性化輔導(dǎo)。學(xué)生可直接用手指或智能筆在移動(dòng)設(shè)備上書寫、提問(wèn)，Tabtor會(huì)為每一位學(xué)生提供量身訂制的學(xué)習(xí)計(jì)劃表，學(xué)生的每個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)都會(huì)獲得相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)積分。

1.個(gè)性化導(dǎo)師，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率和教師工作效率

Tabtor不是一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序，它是學(xué)生與真正的數(shù)學(xué)導(dǎo)師進(jìn)行互動(dòng)學(xué)習(xí)的體驗(yàn)平臺(tái)。報(bào)名后的孩子將接受診斷測(cè)試，并在24小時(shí)內(nèi)收到結(jié)果，隨后系統(tǒng)會(huì)提供學(xué)生的學(xué)習(xí)情況分析報(bào)告，并向用戶推薦適合此學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容。每個(gè)孩子都會(huì)被指派一名導(dǎo)師進(jìn)行診斷并確定他們需要哪些技能以及以何種順序開展學(xué)習(xí)。然后，導(dǎo)師會(huì)將學(xué)習(xí)計(jì)劃表發(fā)送給對(duì)應(yīng)的學(xué)生賬戶。

學(xué)生在完成習(xí)題后可以及時(shí)得到相應(yīng)的反饋情況，他們可以隨時(shí)聯(lián)系導(dǎo)師，導(dǎo)師會(huì)根據(jù)學(xué)習(xí)計(jì)劃表和測(cè)試結(jié)果，結(jié)合學(xué)生需求為學(xué)生提供反饋。系統(tǒng)旨在了解學(xué)生的思維過(guò)程，不僅要了解學(xué)生的錯(cuò)誤，還要了解他們錯(cuò)誤的原因。導(dǎo)師會(huì)為學(xué)生制訂詳細(xì)的學(xué)習(xí)任務(wù)，給學(xué)生們提供真正的個(gè)性化學(xué)習(xí)經(jīng)歷，并且家長(zhǎng)可以通過(guò)系統(tǒng)查看孩子每日和每周的績(jī)效報(bào)告，這可以大大節(jié)省父母的時(shí)間。Tabtor以新穎有趣的方式吸引學(xué)生，迅速提高了他們的數(shù)學(xué)熟練程度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在短短10周內(nèi)，學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)平均提高了90%。由于在Tabtor的協(xié)助下教師不必花費(fèi)大量時(shí)間在作業(yè)評(píng)判和易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)上，使用Tabtor的教師看到了工作效率的顯著提高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，它們的工作效率平均提高了70%～80%。

2.家長(zhǎng)應(yīng)用程序，幫助父母深入了解孩子學(xué)習(xí)日常

Tabtor Math推出了一款帶有比較分析的家長(zhǎng)應(yīng)用程序——Tabtor Parent Insights，家長(zhǎng)可以通過(guò)此程序隨時(shí)查看孩子的實(shí)時(shí)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)進(jìn)展，該應(yīng)用程序針對(duì)iPhone和Android智能手機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化，其中包括對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在新的應(yīng)用程序的協(xié)助下，家長(zhǎng)可以通過(guò)推送通知、詳細(xì)指標(biāo)分析、導(dǎo)師反饋、績(jī)效排名和獎(jiǎng)勵(lì)積分累計(jì)情況等，實(shí)現(xiàn)對(duì)孩子學(xué)習(xí)情況的遠(yuǎn)程監(jiān)控。即使不在孩子身邊，家長(zhǎng)也可以深入了解孩子的學(xué)習(xí)情況以及孩子在Tabtor Math系.統(tǒng)中的日常參與細(xì)節(jié)。

人工智能助教在教育中的利弊及發(fā)展趨勢(shì)

在接觸教師機(jī)會(huì)有限的情況下，人工智能機(jī)器人可以根據(jù)學(xué)生需要，及時(shí)回答學(xué)生的問(wèn)題，還可以幫助教師跟蹤記錄學(xué)術(shù)會(huì)議流程，以便教師后期進(jìn)行會(huì)議內(nèi)容的復(fù)習(xí)和深化;人工智能助教通過(guò)提供AI人物填充的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境來(lái)伴隨或增強(qiáng)課堂，幫助學(xué)生理解晦澀難懂的知識(shí)，還可以通過(guò)人工智能評(píng)分系統(tǒng)評(píng)估學(xué)生對(duì)論文答辯問(wèn)題的反應(yīng)，為學(xué)術(shù)研究論文提供可靠的成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn);人工智能助教還擴(kuò)大了學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，可以為廣大學(xué)生提供一對(duì)一的輔導(dǎo)。

但是，人們對(duì)人工智能可以精準(zhǔn)地解決哪些問(wèn)題，以及在哪些方面還有待深入研究，仍存在很多誤解，這有可能會(huì)導(dǎo)致教師和學(xué)生對(duì)人工智能的期望過(guò)高。除此之外，對(duì)人工智能編程和算法的開發(fā)具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，導(dǎo)致實(shí)體企業(yè)越來(lái)越缺乏透明度，透明度使其他人能夠了解數(shù)據(jù)的來(lái)源、系統(tǒng)的錯(cuò)誤類型以及對(duì)價(jià)值的局限性，這種透明度的缺失使得人工智能系統(tǒng)的基本運(yùn)行算法無(wú)從得知，外部觀察人員無(wú)法核實(shí)學(xué)生究竟學(xué)習(xí)到了什么，以及該系統(tǒng)是否真的提供了良好的建議。尤其是評(píng)估大型數(shù)據(jù)集方面，人們無(wú)法準(zhǔn)確判斷人工智能是否提供了無(wú)關(guān)的甚至不準(zhǔn)確的信息。

通過(guò)在人工智能算法中加入自我調(diào)節(jié)機(jī)制，來(lái)不斷完善人工智能算法，使人工智能的發(fā)展趨勢(shì)更加符合人類的行為方向。目前正在進(jìn)行的研究是，使人工智能系統(tǒng)更好地處理相互沖突問(wèn)題并準(zhǔn)確判斷虛假的信息。人工智能系統(tǒng)和設(shè)備的使用將進(jìn)一步擴(kuò)展到教育教學(xué)中，從而使教師和學(xué)生越來(lái)越熟悉人工智能的潛力及其局限性。