人工智能的教育愿景和現(xiàn)實(shí)

范莉鈞

人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)不再只是科幻小說中的場景。亞馬遜的Echo和蘋果的Siri等產(chǎn)品已經(jīng)將人工智能帶入了許多家庭。專家說，這項(xiàng)技術(shù)對教育產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響也只是時(shí)間問題。

已經(jīng)有虛擬互動(dòng)導(dǎo)師和適應(yīng)性學(xué)習(xí)程序使用人工智能為學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化教學(xué)，同時(shí)人工智能也有助于簡化一些管理任務(wù)。但是技術(shù)研究公司Gartner的教育分析師Calhoun Williams警告說，在教育中，對人工智能應(yīng)用的設(shè)想和人工智能在現(xiàn)實(shí)中的使用之間存在明顯的差距。“鑒于這項(xiàng)技術(shù)的復(fù)雜性，這是意料之中的。”她說。人工智能可能對學(xué)習(xí)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，但它也暴露出了一些關(guān)鍵問題。

對學(xué)習(xí)的影響

機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能的一個(gè)子集，在其中軟件可以像人類一樣學(xué)習(xí)或適應(yīng)。從本質(zhì)上講，它分析大量數(shù)據(jù)并尋找模式，以便對信息進(jìn)行分類或做出預(yù)測。另外，通過添加反饋回路，軟件可以根據(jù)得出的結(jié)論是對還是錯(cuò)來修改其方法，從而實(shí)現(xiàn)“學(xué)習(xí)”。人工智能能夠處理比人類更多的信息，并且能夠更快、更準(zhǔn)確地執(zhí)行任務(wù)。一些課程軟件開發(fā)人員已經(jīng)開始利用這些能力來創(chuàng)建能夠適應(yīng)每個(gè)學(xué)生獨(dú)特背景的教學(xué)程序。例如，美國西雅圖一家名為Enlearn的非營利公司開發(fā)了一個(gè)適應(yīng)性學(xué)習(xí)平臺(tái)，該平臺(tái)使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)創(chuàng)建高度個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑，可以加速每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)。

Enlearn說，它的軟件將學(xué)習(xí)過程分解到了一個(gè)全新的粒度級(jí)別，分析了幾十個(gè)離散但相互交織在一起的思維過程，這些思維過程是每項(xiàng)技能的基礎(chǔ)，從而發(fā)現(xiàn)可能阻礙學(xué)生學(xué)習(xí)的任何誤解。然后，在學(xué)生進(jìn)入到下一步學(xué)習(xí)之前，該平臺(tái)使用這些信息對他們有困難的領(lǐng)域進(jìn)行指導(dǎo)。

該軟件是基于華盛頓大學(xué)游戲科學(xué)中心（CGS）開發(fā)的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被證明在僅僅使用了1.5小時(shí)后，就使七年級(jí)學(xué)生對代數(shù)的掌握平均提高了93%。該技術(shù)優(yōu)化后，在挪威取得了更好的效果。該技術(shù)同樣適合小學(xué)生使用。（該案例詳細(xì)介紹，請?jiān)L問：http：//www.prweb.com/releases/2014/04/prweb11787734.htm）

“人工智能可以實(shí)現(xiàn)更高水平的個(gè)性化教學(xué)，”游戲科學(xué)中心主任兼Enlearn創(chuàng)始人Zoran Popovic說，“在特定需要的時(shí)刻，它可以提供給學(xué)生正確的課程。這正是我們努力實(shí)現(xiàn)的方向。”

提高學(xué)生安全

人工智能的影響也延伸到了課堂之外。例如，針對學(xué)生使用Chromebooks（谷歌學(xué)習(xí)終端）的安全問題，洛杉磯公司 GoGuardian使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來提高其基于云的互聯(lián)網(wǎng)過濾和監(jiān)控軟件的準(zhǔn)確性。

GoGuardian說，基于URL（統(tǒng)一資源定位符，是標(biāo)注互聯(lián)網(wǎng)資源的地址）的過濾可能會(huì)有問題，因?yàn)闆]有一個(gè)系統(tǒng)能夠跟上互聯(lián)網(wǎng)日新月異的變化特性。GoGuardian的軟件使用人工智能實(shí)時(shí)分析頁面的實(shí)際內(nèi)容，以確定它是否適合學(xué)生，而不是基于網(wǎng)站的地址或域名阻止學(xué)生訪問可疑材料。這是一大進(jìn)步，更有利于學(xué)校搭建安全健康的互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)環(huán)境。

開發(fā)人員向該程序提供了數(shù)十萬個(gè)該公司認(rèn)為適合或不適合不同年齡層次學(xué)生訪問的網(wǎng)站示例，該軟件利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)已經(jīng)學(xué)會(huì)了如何區(qū)分這些網(wǎng)站。此外，根據(jù)從用戶那里收到的反饋，該程序正在不斷改進(jìn)。當(dāng)管理員指出某個(gè)網(wǎng)頁被正確標(biāo)記或被阻止時(shí)，軟件會(huì)從這一事件中吸取教訓(xùn)，并隨著時(shí)間的推移變得更加智能。像許多互聯(lián)網(wǎng)安全解決方案一樣，每當(dāng)學(xué)生進(jìn)行可疑的網(wǎng)絡(luò)搜索或?qū)⒂袉栴}的內(nèi)容鍵入在線表單或Google Doc（在線文檔）時(shí)，GoGuardian也會(huì)向指定的管理員發(fā)送自動(dòng)警報(bào)。這種實(shí)時(shí)行為監(jiān)控可以防止學(xué)生傷害自己或他人。例如，如果管理員發(fā)現(xiàn)學(xué)生正在尋找如何自殺的信息，他可以在造成嚴(yán)重后果前，立即跟蹤該學(xué)生以了解他需要的幫助。

該技術(shù)的很多用戶說，傳統(tǒng)的關(guān)鍵詞標(biāo)記會(huì)產(chǎn)生許多誤報(bào)，因?yàn)檐浖o法確定上下文語境或?qū)W生的意圖。但是有了人工智能，這些實(shí)時(shí)警報(bào)變得更加準(zhǔn)確。

德克薩斯州Wichita Falls獨(dú)立學(xué)區(qū)的首席技術(shù)官Shad McGaha談到，他過去每天會(huì)收到超過100封電子郵件提醒，一些虛假信息填滿他的收件箱，他必須花寶貴的時(shí)間仔細(xì)查看這些提醒，以確保學(xué)生沒有危險(xiǎn)。

自從GoGuardian開始使用人工智能為其軟件提供動(dòng)力以來，他現(xiàn)在只收到少量通知——除了2%或3%之外，其他這些通知都會(huì)提供可操作的視角。

“幾個(gè)月前，我們有一個(gè)學(xué)生被標(biāo)記為自殘傾向。我們能夠及時(shí)介入并阻止了這種情況的發(fā)生，”他說，“太不可思議了。”

可能遇到的問題

盡管人工智能有巨大的潛力，但是也有局限性。Popovic說：“當(dāng)人工智能有大量的樣本可供學(xué)習(xí)時(shí)，它的效果最好。但在教育這樣的高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境中，要獲得足夠大的樣本量來使得這項(xiàng)技術(shù)準(zhǔn)確有效，可能很有挑戰(zhàn)性。因?yàn)樵谶@種環(huán)境中，教師不能容忍學(xué)生犯錯(cuò)誤。”他解釋道：“這會(huì)導(dǎo)致描述錯(cuò)誤或不好的事情的樣本在學(xué)校無法被收集到。”

為了使人工智能有效，它用來得出結(jié)論的數(shù)據(jù)必須是客觀可靠的。Calhoun Williams說：“如果不客觀的數(shù)據(jù)被混在其中，它會(huì)返回不嚴(yán)密的結(jié)果。”她指出，不存在不偏不倚的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)總會(huì)反映出事件的傾向性。不夠客觀的數(shù)據(jù)會(huì)通過算法迭代把錯(cuò)誤的傾向放大而導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。

人工智能技術(shù)也引起了嚴(yán)重的隱私問題。它要求人們不僅要更加關(guān)注數(shù)據(jù)質(zhì)量和準(zhǔn)確性，還需要更加關(guān)注對這些信息的負(fù)責(zé)任的管理。“學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)需要從政策角度為人工智能做好準(zhǔn)備。”Calhoun Williams說。例如，管理員將采取哪些步驟來保護(hù)學(xué)生數(shù)據(jù)，并確保這些信息的隱私安全？“如果有必要的話，多多交流你在用數(shù)據(jù)做什么，以及這將如何讓學(xué)生受益。”她建議道。

一些自適應(yīng)學(xué)習(xí)產(chǎn)品沒有使用真正的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，最多是一種分叉技術(shù)——軟件根據(jù)學(xué)生對內(nèi)容的反應(yīng)從幾種途徑中選擇一種。

“教育工作者必須小心那些聲稱在他們的軟件中使用人工智能的公司，”Calhoun Williams警告說，“一些供應(yīng)商正在抓住人工智能的潮流來吸引用戶，但是當(dāng)他們提出這一主張時(shí)，一定要知道他們的意思。”

首先要弄清教學(xué)軟件是否真正采用人工智能，可以向供應(yīng)商提出的一些問題包括：（1）人工智能對你意味著什么？這個(gè)產(chǎn)品是如何滿足你這個(gè)定義的？（2）沒有人工智能，你的產(chǎn)品如何優(yōu)于當(dāng)前的其他產(chǎn)品？（3）一旦我安裝了你的產(chǎn)品，它的性能將如何通過人工智能得到提高？我應(yīng)該如何安排員工花時(shí)間來適應(yīng)這些改進(jìn)？（4）我需要哪些數(shù)據(jù)和計(jì)算需求來構(gòu)建此解決方案的模型？（5）使用你的軟件，我怎樣才能看到數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生什么？

其次需要考慮的是，人工智能支持下，可以變化的學(xué)習(xí)環(huán)境的范圍是什么？Popovic解釋說，以不同的順序呈現(xiàn)相同的材料對學(xué)生的成績影響很小，“如果軟件能夠根據(jù)學(xué)生的反應(yīng)動(dòng)態(tài)生成新的內(nèi)容，那將會(huì)改變教育的規(guī)則”。