人工智能时代已来,学校教育将发生这些改变!

时间:2019-09-08 08:00:01 来源:东方时间网 当前位置:亚欣说三农 > 文化 > 手机阅读

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人工智能时代已来,学校教育将发生这些改变!

本文选自《上海教育》杂志2018年6A刊-第一教育,文章有删减,更多内容,请参考杂志。


2018年世界人工智能大会正在上海如火如荼地举行。会上,专家学者、企业代表们齐聚一堂,思维火花四溅。


未来已来!人工智能将如何改变当下的学校教育?华东师范大学慕课中心曾就这个话题有过深入探讨。在专家看来,以人工智能为代表的现代信息技术将在学习形式、教学形式、教学任务、教学管理、教学评价等五个方面深刻改变中小学目前的现状。


目前,在上海,已有不少学校开始拥抱人工智能。上海市市西中学就打造了全球首个人工智能高中课堂。


让我们一起来看看专家的观点和学校的实践吧!



人工智能将如何改变学校教育? 

文︱华东师范大学慕课中心 陈玉琨 田爱丽


一部人类文明发展史,也是一部人类技术发展史。人类生产生活水平的提高离不开技术的不断发展。石器时代发展到青铜器时代、铁器时代,提高的不仅是部落之间的战斗力,还有原始民族的生产力。生产工具的改变很快就促进农业进步,这才有了后来的农业剩余支持工商业发展。在工业领域,蒸汽机的发明引发了工业革命,不仅极大地提高了生产效率,同时也有力地改变着生产关系。马克思说:“手推磨产生的是封建主为首的社会,蒸汽磨产生的是工业资本家为首的社会”(《马克思恩格斯选集》第1 卷, 第108 页)。计算机的发明更是将人类社会带入了一个新的信息化和人工智能的时代。


01

人工智能是怎样一步步改变教育的?


所谓人工智能,简而言之,即是让机器来模拟人类认知能力的技术。从实际应用的角度来说,人工智能最核心的能力就是根据一定的“算法”,使得机器与人类相比在面对外部世界时“耳更聪”“目更明”,在解决问题的过程中“心更灵”“手更巧”。人工智能在教育领域具有极大的应用领域和前景,历史上,为满足学生个性化学习需求、让学生更为主动地学习,利用机器辅助改善教育的努力早已有之。


20 世纪20 年代,美国著名的教育心理学家普莱西(S.Pressey)就设计了几种自动测验学生智力和知识的机器,以便让学生按照自己的节奏学习知识,并在学习后得到及时反馈。但是让普莱西失望的是,该机器虽然被发明出来了,但是普莱西所期望的“教育产业革命”并没有出现。从教育技术发展史的角度观之,普莱西的重要贡献在于,和以往的利用电影放映机、电视装置、影片及磁带录音等视听教学辅助机器相比,他想出了一个让学生担任主要角色的机器。


1958 年,著名的行为主义心理学家斯金纳(B.F.Skinner)在《科学》(Science)上发表了“教学机器” 一文,他认为,要满足越来越多受教育者的需求,仅靠办更多的学校和训练更多的老师是不够的,需要发明一台机器来替代教师或教材的部分功能,以便让教师和学生进行更有成效的交往,不让学生成为学习的被动接受者。基于学生学习的实验结果,他发明了“能为自我教学创造最有条件”的机器,以便像“私人导师”一样支持学生循序渐进地、自主地学习。在随后的岁月中,努力设计更为精密的教学机器辅助学生学习更有效的尝试并没有停止。


纵而观之,尽管利用教学机器来改善教学的努力并没有取得理想的效果,但是利用技术普及教学、提高知识学习效益、让学生学习更为自主的思想和实践是非常值得肯定的,如程序教学所倡导的积极反应原则、小步子原则、即时反馈原则、自定步调原则等,在今天依然是指导教育信息技术应用的重要理念。


分析当时机器教学没有得到充分实践和有效利用的原因主要有如下三点:


1.机器教学在程序设计上还存在不少问题,不能满足复杂的教学需要

2.在当时普及这些教学机器也不可能

3.社会上还缺少系统的技术支持


今天,随着移动互联网的发展,超大规模数据被记载,计算机的运算能力大幅增强,深度学习等算法和运算性能发展快速,这些代表人工智能的核心领域已有了翻天覆地的变化和进步,并已经深刻地改变了人类的生产和生活方式。教育作为人们生产和生活方式的核心领域之一,不可能成为例外,这也再次引起了人们利用技术改变教育的热忱和努力。


02

人工智能改变教育的现实关照和未来展望


如上所言,人工智能是让机器来模仿人类认知能力的技术,以便让机器像人一样具备耳聪目明、心灵手巧的能力。反观现实,展望未来,以人工智能为主的现代信息技术将会在如下领域改变学校教育的形式和生态。


学生学习更加自主


人工智能改变教育的最终目的和指向是实现每位学生学习的个性化和自主化。原古时代的教育依赖的是年长者对年轻一代的口耳相传,私塾制、师徒制下的个性化教育,只是少数人的专利。造纸术、活字印刷术以及书籍的发明,让知识的普及、学校教育的普及有了可能。伴随着班级授课制的产生,现代学校制度得以确立,这才使得每个人都有机会接受学校教育,这在教育史上是一个巨大的进步。教育的内容、形式、节奏, 按学生年龄分班,以课时为准,整齐划一,标准一致。可以看出,过往的岁月中,教育经历了少数人的个性化教育(主要体现为教育中的师徒制和私塾制)到多数人的标准化教育(主要体现为班级授课制度和现代学校制度)。这其中,既离不开制度变革的保障,更需要有技术的支持。


随着移动互联网等现代信息技术的发展,教育将迎来多数人个性化教育阶段。如果说中国古代的因材施教的理想体现在少数学生身上,那么,移动互联网等现代信息技术,尤其是人工智能技术的发展将使得对多数人乃至对每一个人的因材施教成为可能。丰富的在线资源、智能的诊断与推送等,使得学生可以自主和个性化地学习。当今的学校教育已经开始体现这一特点,并将在未来得到进一步发展。


教师工作将更具人性和创造性


人工智能技术的发展将极大地解放教师在认知领域的教学与评价工作,如事实性知识、概念性知识以及部分程序性知识的教学都可以由机器来完成。学生作业的自动批改,在线学习的智能支持和服务等,这些都可以通过技术来解决,甚至技术解决问题的效率要远远高于教师。微课视频可以让学生反复观看,智能诊断系统对学生作业的批改的效率、反馈的及时性等远远高于教师。所以,人工智能的运用可以将教师从大量的重复性机械劳动中解放出来。这样教师就有了更多时间和学生进行个性化的交流与沟通,组织学生参加更多的活动,进行更有效的教学设计等,充分发挥教师作为人的不可被替代的作用与功能。从知识分类的角度而言,认知领域的教学交给机器, 让教师有更多的时间从事情感态度价值观领域教育以及动作技能领域的教与学。从我国古代教师的“传道”“授业”“解惑”的角色而言,“传道”“授业”的功能部分可以由人工智能来替代,“解惑”等更具创造性、更具有人性的工作,需要教师做得更多、更好。



课堂教学更多实践和体验


人工智能时代学生学习打破了时空限制,随时随地均可在线自主学习。那么将师生聚集在一起的课堂教学有哪些不可替代的功能,就成了一个重要课题。


和学生在线自主学习相不同,师生面对面的课堂教学,应有更多的实践和体验、更多的活动和交流。未来学校课堂可能会有诸多形式,翻转课堂应是其中一种。基于学生课前在导学任务单帮助下的在线自学,来到师生面对面的课堂上,人文社科类的课堂,师生、生生之间可以有更多针对问题的深度研讨;物理化学等实验类的课堂,学生可以有更多的时间开展探究实验;音乐美术类的艺术课堂上,师生可以有更多的时间进行艺术鉴赏和创作;语言类的课堂上,学生可以有更多的时间进行口语对话练习。与此同时,基于学生在线的自主学习,学校可以组织更多的社会实践,开展更多的活动,丰富和深化学生的学习体验,让学生的学习更加自主,更加主动活泼,学习内容更加综合,切实改变当前课堂上学生被动学习为主、知识接受为主的现状等,这是人工智能改变课堂教学的重要方向。


教学管理更富弹性和灵活


和上述移动互联时代学生学习时空的改变相一致的是,学校的教学管理需要更加灵活、更具弹性。每节课不一定是现在的40 分钟,每天也未必是7 节课。学习论早就指出,针对特定的内容,为了达到特定的掌握程度,每个学生所需要的学习时间是不一样的,有的学生10 分钟即可掌握,有的学生需要30 分钟。掌握是一个常量,学习时间则是变量,当然学习的变量还包括学习的材料、学习者个人的天赋以及学习的形式等。


以往在特定的教室内,在统一的时间内学习统一的内容,进行同样的评价的班级授课制度,在历史上,对于满足大工业时代对大批受过教育的人才的需求,做出过巨大的贡献。但是针对不同的学生个体,班级授课制这种整齐划一的教学管理制度,也越来越暴露出其不能满足学生个性化学习需求的弊端。人工智能时代的教学管理需要更具弹性, 基于学生学习的需求和掌握程度进行调整。


目前,美国日益增多的虚拟学校,在这方面做出了诸多尝试,即拉长教学管理单位的周期,学校以学时、掌握程度即学分考核学生,至于学生在什么时间学习、每次学习多长时间,则由学生自主决定。


教学评价更加多元和客观


评价是检查并促进学习的重要方式,利用人工智能技术改善学习评价,尤其是诊断性的学习评价,是人工智能之于教育最具潜力的领域之一,当前人工智能技术也催生了诸多智能诊断产业。


和学生学习自主性相一致,在人工智能技术的帮助下,人工智能平台随时主动收集、自动抓取学生学习的各个数据点,形成针对所有学生和每个学生的数据集。基于特定的分析模型,平台快速及时地对每个学生的学习形成诊断评估报告,并给予个性化的学习资源和发展建议,切实做到一个学生一把尺子、一个学生多把尺子,促进学生做最好的自我,改变一把尺子评价所有学生的现状,让评价更为科学、客观和及时。


综上,以人工智能为代表的现代信息技术将在学习形式、教学形式、教学任务、教学管理、教学评价等五个方面深刻改变中小学目前的现状。这些改变在有的学校已经发生,有的学校还缺乏应有的回应。


未来已来,将去未去,当前教育界一方面对信息化与人工智能充满期待,期待着信息化与人工智能能引领教育的一场新变革,另一方面,却面对眼前的、自己面临的变革畏手畏脚,害怕变革带来眼前利益的失去。


在上海,不少学校已经开始结合人工智能进行教学。其中,市西中学作为“全球首个人工智能高中课堂”,他们在实践过程中的收获和反思,值得我们参考和借鉴。


延伸阅读:

全球首个人工智能高中课堂什么样?

 市西中学:AI时代的课堂之“变”

文 | 徐倩

图 | 薛婷彦

本文选自《上海教育》杂志-第一教育

版权归原创作者所有


走进市西中学古朴优雅的传家楼,行至二楼走廊的尽头,一块略显低调的牌子挂在一扇不大的门前——“人工智能实验学校”,迈进去,就是另一番天地。


期待中的全球首个人工智能高中课堂什么样?



门口的人脸签到系统,一一记录下来访者的人脸、时间、位置等信息;拥有机械臂、摄像头和视觉控制模块的机器人,实现了手势的控制,与传统遥控器指挥的机器人相比,好像多了几分智能的“大脑”;拿起手机,通过APP就能进行声音控制的无人飞机,让人们似乎看到了未来的模样;学生自己搭建的无人小车,在模拟道路上自动转弯、加速、避障,自动感应信号红灯停、绿灯行;智能音箱,可以自由地和它聊一聊,轻松实现人与机器的“对话交流”......


这是市西中学人工智能实验室的学习环境,学生在此既能体验感受,也可以动手操作实践。但更值得关注的是,学生上课时面对的那一台台黑色的电脑,别看电脑其貌不扬,里面却预装了商汤科技自主开发的深度学习算法平台,平台上都是紧密贴合《人工智能基础》教材的实验内容,学生们可以在这个名为“SenseClass教学实验平台”上进行深度学习模型训练和定制算法扩展。


市西中学认为,人工智能是教育的前沿热门,更是未来方向。学校率先开设人工智能课程,并非为了攻克人工智能的核心技术,而是为了给学生构建面向未来人工智能社会的一种基本认知,让他们对社会发展的方向和趋势有一个整体的把握,让他们能更好地为未来做好准备。


化繁为简,落脚点在“应用”


2018年2月27日,市西历史上,或者说上海基础教育历史上的第一节人工智能课程开课了。


作为拓展型选修课程,面向高一学生开设。


当时,《人工智能基础》教材尚未编写完成,但副校长林勤和科技老师钱晋因为参与了教材第三章“别具慧眼:识图认物”的编写,所以对于AI图像识别这一块内容较为熟悉。通过学习商汤科技提供的资料,以及自己上网搜寻资料自学等方式,补充了一定的具体的案例和图表,学校决定,开设人工智能的课程。


事实上,人工智能的课堂并非想象中那么华丽炫酷,从记者在市西现场观摩的这节“图像识别技术”课来看,它的课堂教学大致有三步:学生们坐在电脑前,聆听老师讲课,与老师互动交流;再到电脑的教学实验平台上自己操作实验,设计出项目;最后动手将项目转化为应用到实际生活中的作品。


课堂上,钱晋引入了大量的科普内容和实例帮助学生理解内容,比如人工智能识别人脸和聚类人脸,可以用来整理相册,将照片按人脸、衣服、场景等分类;也可以通过提取脸部106个关键点特征,进行比对确认以实现人脸签到......


高一(1)班的刘云翔对计算机科学与数学一直有兴趣,看到这学期开了“人工智能”这门拓展课后,便直接报名了。经过大半个学期的学习,他对人工智能的分类器与图像识别方法有了更深刻的认识,他说:“教材本身应该不超出我们高中生的数学基础,但有些知识点确实有点难。不过好在老师们已经简化过了,再加上他们补充的那些AI应用的实例,让那些原本有些繁杂的算法变得相对简单易懂。”


正如华东师范大学教授陈玉琨提到的那样,学生在学过教材上必要的人工智能基础知识之后,最理想的状态是动手做一些实验,然后发挥自己独特的想象力,设计出在高中阶段可能完成的项目,并动手将其转化为独具特色的作品。


当然,人工智能是一个技术含量极高的领域,尤其是不少地方会用到深奥的数学算法,对于高中生来说,大大超过了他们知识范围。因此,教材编写时编写组充分考虑了这个问题,商汤科技在帮助市西中学进行AI实验室建设时,也有所规划,不但为市西提供了超速系统下软件、教学实验平台,开放了算法、部分接口,还为学生在动手组装作品时,提供功能模块,使学生能享受到创造的无穷乐趣。



用责任感引领,更好地为未来作准备


人工智能作为新一轮产业变革的核心驱动力,已经进入了发展的重要窗口期,2017年7月,国务院第四次颁布了有关人工智能的发展战略规划,提出了《新一代人工智能发展规划》,其中明确提出“应逐步开展全民智能教育项目,在中小学阶段设置人工智能相关课程”。


随着人工智能上升为基本国策,作为全国三分之一AI人才集聚地的上海,已经在人工智能发展上展现出独有的领先优势。2017年底,上海出台了《关于本市推动新一代人工智能发展的实施意见》,进一步确立了上海打造国家级人工智能人才高地的战略目标。


人工智能的竞争说到底是人才和知识储备的竞争,全球对于人工智能进入基础教育的呼声不断,今天,人工智能课程普及到高中教学似乎也成了情理之中的事情。


对于市西中学来说,能在全市率先开出人工智能课,也是意料之中的事。


创建思维广场,为高中生打造了面向未来的智慧的学习环境,并探索了一种崭新的学习方式,这是市西的“思”与“变”;建设成19个实验室,开设了近30门与科技直接相关的拓展型和研究型课程,如大气环境监测、静态模型制作、手机APP开发等,规划“市西智慧校园网”建设,使之成为实现网上课程管理、实现预约制、学生学习经历记录、学分制和绩点制等项目的保证,这是市西的“创”与“新”。



市西中学特别关注教育热点,教师团队也极具行动力。2017年的秋天,陈玉琨第一次向校长董君武提及想要在高中普及人工智能教育时,触发了学校实践的信心和决心。没过多久,在静安区教育局的支持下,《市西中学推进人工智能技术的五年规划》就“出炉”了。


规划中清晰地呈现了学校“三步走”的路线图:


第一步,广泛开展人工智能科普活动,包括讲座、知识竞赛、文化游学等,目的是普及和提高学生对人工智能的认识。


第二步,开展课程学习与实验室的同步建设,主要是开设人工智能的拓展型、研究型课程,目的是让学生从基本的对人工智能原理、模块功能了解开始,逐步进入语言与算法的学习。


为了配合课程教学的开设,学校还计划同步尝试人工智能校本教材的设计与编写;聘请专家学者开展教师的进修培训;进一步建设与人工智能课程配套的实验室。


第三步,探索人工智能的学校教育教学管理,包括利用数据分析,对学生作业的错误进行分析,发现及推送相关的练习;利用人体骨骼分析软件,进行学生体育动作的学习矫正等。


“市西中学地处上海中心城区,我们有理由成为教育前沿的探索者。也许我们还没找到方向,也许能取得一点进展,但是这些探索,哪怕是为后来的成功者提供一个不算成功的案例,我们也值得。这就是我们的教育追求。”董君武的话掷地有声,他进一步阐释,“在这样一个时代,我们学校所有教职工都要面向未来思考今天的教育,面向未来思考今天的学生需要为未来做怎样的准备,怎样去回应智能化时代。开设人工智能课程,是市西面向未来的教育的组成部分,是市西教育发展水到渠成的必然。”


AI改变教与学方式


人工智能从研究领域到教材转换,再到进入课堂,对授课的老师来说,其难度不亚于跨越了一次鸿沟。


林勤和钱晋经历了两次转换过程。


第一次,参与教材编写,将人工智能从技术版本转换为教学语言,相当于做了一次“翻译”。“其实,过去我也没接触过人工智能,所以花了很大力气去学,基本是通过上网和到图书馆查资料,3个月里看了100多万字,晚上常常学到两三点。”林勤说,在学习的过程中,他最大的感触是,对现代人来说,在哪里学、怎么学、如何学都不是问题,因为学习资源是不匮乏的,关键是肯不肯学。


第二次,如何将人工智能教材讲得能让学生听懂,这就对老师提出了新的要求,考验的是老师将“教材内容转变为课堂教学内容”的创造力。林勤向记者介绍,市西现在的教学团队,虽然还处于刚刚起步的阶段,但“先天条件”很好,“我们已经让科技老师、物理老师、计算机老师做好了准备,他们即将走上人工智能课的舞台当‘演员’,老师也需要边做边学。”


大学里曾学过图像识别的钱晋,在备课和撰写教案时始终坚持这样的方向:人工智能课虽然涉及到一些高深的数学知识,但这些理论的学习并不是教学的主要目的,我们主要想让学生掌握人工智能的原理。“比如讲到深度神经网络,学生只需要知道如何把模型建立出来,怎样调整。至于神经元到底是怎样连接的,我虽然也会涉及,但如果学生实在听不懂,我觉得没关系。”


课上,钱晋也仔细观察了学生的反应,“我们在不断地观察,哪些学生可以接受,哪些学生一点不能接受,然后调整完善教学内容。”不可否认的是,确实有些学生数学基础比较好,对人工智能应用以及核心技术专业也很感兴趣,“对于这样的学生,我们一定要鼓励他们继续深入进行研究和探索。”


尽管人工智能课对老师提出了高标准,但从目前来看,实际开设后的效果是不错的。林勤告诉记者,利用人工智能,至少可以把现有学校的科技活动和科技教育的内容做一系列提升整合。


比如,现在从小学到高中都有机器人课,这些机器人有线控的,也有遥控的,还有利用传感器程序控制的,但进入人工智能时代的机器人,或是声控或是手势控制,其科技含量和功能本身就会自动提升,对于学校未来的科技课程群,会有一个新的整合。


在董君武看来,学校的人工智能课程建设不仅要面向学生、面向这门课的老师,还要面向全校教师开展教师的大培训。“我们要从人工智能拓展开去,因为如果从本质上剖析人工智能,其最核心、最基本的原理,比如图像识别的预处理、特征提取、分类、比对等过程,其实就是机器模仿人类的学习过程。如果我们的老师理解后,再把想法传递给学生,让学生把这种学习方法应用到自己的学习中,对提高学习效率大有帮助。”


AI 引领教育新时代

上海市市西中学校长 董君武 


智能化,正在改变着人类,改变着人类的生存与生活方式。有人预测:30年,也许40年之后,人类60%以上的劳动将被机器人所替代。面对可能是这样的未来,作为教育者应该追问:什么样的劳动不会被替代?教育是否也因此而有所改变? 


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