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huang.wang
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发表于: IP:您无权察看 2017-7-27 10:53:42 | [全部帖] [楼主帖] 楼主

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人工智能机器人在今年的高考季可以说刷足了存在感,先有北京某科教机构研发的智能教育机器人Aidam用时9分47秒完成了2017年数学高考试题,并取得了134分的好成绩,高考揭榜后人工智能又被应用于指导考生估分、填志愿,通过人工智能算法为考生推荐靠谱、适配的高校与专业。挑战高考、发展“后高考”服务,屡登头条的人工智能成功晋级为“新网红”,而它背后的野心也十分明显——影响和改变传统教育模式。

继在医疗、翻译、客服等领域大展拳脚之后,人工智能又将在教育领域掀起怎样的变革。下面我们将从教育的现状人工智能如何赋能教育智能教育的不足与展望这三个角度来看一下人工智能在教育领域的发展情况。


教育的现状

早在2500年前,孔子就提出了“有教无类,因材施教”的教育理念。如今,让每个人都能平等接受教育并享受到个性化的教学指导,一直是广大教育工作者为之努力奋斗的目标。

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图|教育领域的发展历程

现有的互联网教育突破了时间和空间限制,让优质教育资源得以科学配置与整合;信息化、互联网化、智能化的技术手段,丰富了教学形式与场景,极大地改善了教育体验;以大数据、云计算、人工智能、AR/VR为代表的新技术应用,越来越创造性地突破教育外延,促使线上、线下融合加深,也让互联网重塑传统教育逐步成为可能。

人工智能的应用对现行教育的改善以及对传统教育模式的重塑主要体现在以下两个方面:

(1)均衡教育资源,实现教育公平

今年北京文科高考状元在接受采访时的一席话将教育公平的问题再次推上了热门——“农村地区的孩子,越来越难考上好的大学,现在的状元都是这种,家里又好又厉害的这种。”

短短几句话,却揭示了目前教育的现状。国家对教育方面的投入和关注从未减少,得益于九年义务教育的推行,绝大多数地区的孩子都能够接受良好的教育,但在教育公平方面却仍存在很大的问题。对于一些欠发达的地区来说,虽然学生使用的是同样的教材,但是所配备的基础设施和师资资源与发达地区的学生相比有着极大的差距,这样的差距也最终导致了学习效果和结果的不同。

人工智能的出现和使用,将有可能打破这一壁垒,极大改善目前所存在的教育不公平的现状。人工智能机器人能够通过视频、音频等模式将同样优秀的教育带到各个地区,但不同于目前的一些网络教育平台,除了播放视频,基于深度学习和大数据人工智能机器人更像一位老师,能记录和分析学生的学习进度、理解程度,针对学生学习过程中遇到的问题进行一对一的辅导和讲解。学生在课程选择上也有了更多的空间,不再局限于现有的课表,因为人工智能将会是一个全能的“老师”,能够辅导任何课程。

(2)提高教与学的效率,打造个性教育

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图|个性教育模块

人工智能新技术的不断进步,使教育活动从各个环节上得到优化和完善,从而提高教师的教学效率与学生的学习效率。例如,教育O2O平台搭建起学生与老师的沟通桥梁,提升了学生快速找到好老师的效率;题库类、拍照答疑类工具产品,通过改善教学过程中的练习自测及辅导答疑过程体验,提高了学习效率与辅导效率;再如借助大数据分析、深度学习等技术,个性化、精准化教育取得显著进展。此外,人工智能、AR/VR等新技术与传统教育也在不断融合发展,自适应学习、沉浸式教学等技术与应用均有所突破。但应当看到,现有的应用只是在浅层次实现了对教育服务的融合渗透,主要发挥作用的还是互联网,初步解决了教育上的“可获得性”、“灵活性”和“可支付性”等问题。然而,教育和学习是一个极其复杂的过程,其核心“交互性”问题一直未得到有效解决,这也是现有互联网与教育行业融合后出现课程完成率低、教与学的效果令人堪忧的根本原因。教育产品的交互性不仅是简单的产品界面交互,更是学生在学习过程中不断获得反馈的过程,这种交互性体现为满足老师和学生的交互、学生之间的交互以及学生与系统内容的交互。其中,学生与系统内容的交互又是重中之重,平台或系统应当能够针对每个学生个体接受度、理解力等因素的不同,给予差异性学习规划及指导,扮演智能学习引擎角色。只有实现了教育产品的智能反馈与智能互动,互联网对传统教与学的方式的革新才指日可待、与传统教育的融合渗透才能进一步加深。互联网从来不是单纯的解决连接问题,更多的还应解决在习惯、效率、技术等其他层面上的问题,借助图像/语音识别、语义识别、大数据、机器人等先进技术,人工智能的应用将成为重塑传统教育的重要驱动力量。


人工智能如何改变教育

人工智能在教育领域现有的应用

教育机器人目前已经在国内外有了较多的应用,根据面向用户年龄层的不同,教育机器人的形态也十分丰富。

我们生活中最常见的益智玩具,就是教育机器人的一种。这类机器人通常以积木、拼图等锻炼动手能力和思考能力的玩具为载体,通过加入简单的编程应用,寓教于乐,让孩子在玩玩具的过程中开发大脑,锻炼逻辑思维的能力。

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图|儿童益智玩具

除了益智玩具,智能陪伴机器人也是目前教育市场应用较多的一类机器人。这一类机器人通常外型可爱,多配备电子显示屏,能够通过语音识别与用户进行简单的交流,相较于益智玩具类的机器人,这类机器人主要侧重点在于陪伴和引导学习。在实际使用过程中,机器人可以与孩子进行交流,通过人工智能技术来理解孩子的行为和情感,并用表情、语言、情绪来实现做出反馈,保证交流的有效性。除此之外,该类机器人还具备睡前故事、知识问答等功能,能够在与孩子交流过程中随时答疑解惑,在互动中引导孩子进行学习。

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图|的智能陪伴机器人

对于年龄稍大,知识较为丰富的人群来说,可编程教育机器人是一个很好的选择。这类机器人类似于儿童益智玩具,但更加复杂,通常以积木为载体,例如乐高可编程积木和索尼公司推出的可编程教育机器人,能够通过较为复杂的编程指令完成某些指定的功能及动作。用户在使用过程中,需要先将其安装拼合成某个形状,然后通过编程控制实现某些功能。机器人的形状和功能是没有限制的,除了官方给出的示例外,用户可以自己去创造出新的形状以及个性的功能,这样一来提高了趣味性,二来锻炼了用户的思维能力和编程能力,可以说是一举多得。

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图|可编程教育机器人

除了以上提到的偏向于娱乐的教育机器人之外,在教学方面,也有不少人工智能的应用,主要集中在作业自动批改、拍照搜索问题类在线答疑和智能测评等方向。虽然目前结合点较为分散且大多数产品尚处探索阶段,但已有部分产品开始投入应用、接受市场验证,并取得了较为显著的成效。

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(1)作业自动批改

随着语义分析技术的进步,机器可以自动对简单的文义语法进行识别及纠错,甚至是提出修改意见,并根据学生的作业结果为教师自动生成详细的学情报告。目前,已有许多教育产品开始尝试这一功能,随着技术的不断完善,大规模应用作业自动批改将有效分担教师的教学压力,显著提高教学效率。

(2)拍照搜题、在线答疑

拍照搜题功能萌芽于2014年,随着智能图像识别技术的逐渐成熟,此功能也获得了突破式发展,并已具备了一定的应用规模。学生在遇到难题时只需用手机拍照上传到云端,系统在一到两秒内就可以反馈出答案和解题思路。目前,这类应用不仅能识别机打题目,手写题目的识别正确率也已提高至70%以上。拍照搜题不仅丰富了学生的答疑辅导方式,更提高了学生的学习效率,极大增强了学生的自主式学习能力。

(3)智能测评

智能测评是指利用人工智能技术对可被数字化、标准化的教学行为及数据进行测试、分析与评价,目前已取得初步应用。一是利用语音识别技术的英语口语智能测评,此类语音测评软件能够在用户跟读的过程中,及时对发音做出测评并指出发音不准的地方,通过反复测评训练提升用户口语水平;二是利用大数据和数据分析技术的学情智能测评,通过对学生学习过程及学习成效的数据统计,分析学生知识、能力结构和学习需求的差异化特点,帮助学生与教师获取真实有效的改进依据。通过学情智能测评,学生可以清楚看到问题所在,学习更高效;教师可以针对具体情况对症下药,选择不同教学目标和内容,实施不同教学方式,进一步提高教、学的针对性、有效性和科学性。


人工智能在教育领域可以采取的新模式

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随着更多维度和更大量级的数据采集与数据汇聚、更高效的数据处理方法以及更具互动性的人机界面的发展,今后人工智能在教育领域将形成点面结合的产品演进模式与系统化、智能化的产品应用潮流,人工智能将不断革新改变传统教育的学习方式,开启教育新模式。

从教与学过程中学习者、教学者的角色分类出发,未来人工智能与教育行业的融合应用将主要划分为学习者模型(Learner Model)与教学模型(Pedagogical Model)两大领域。同时,在标准化、普遍化的传统教育内容(如应试教育内容、职业教育内容等)之外,某些特定学习领域也成为人工智能与之结合的热点,同样具有强大的发展潜力。

这里就在充分考虑教学角色与特定教学内容的基础上,对人工智能在学习者模型领域、教学模型领域和特定学习领域3方面的创造性革新进行分析与展望。

(1)学习者模型领域

该领域重点关注以学习者为中心的教育产品与应用,并把促进个性化学习、实现因材施教作为重要目标。据Technavio预测,2020年全球“人工智能+教育”在学习者模型领域的全球市场规模将达到6300万美元,年复合增长率将达40%。

如果现有的“互联网+教育”方式解决的是“知识送达”问题,那么基于人工智能的“互联网+教育”将重点解决交互式自适应学习难题,并最终实现因材施教。智能化的自适应学习系统是学习者模型领域的关键与核心,它将显著改变现有的学习方式。自适应学习系统利用算法处理获取到的各类信息,通过“生成适应性内容”与“获取并分析反馈数据”两个步骤的不断迭代,逐步进化成为与学习者越来越契合的适应性“家教”。事实上,许多传统教育机构与互联网教育研究者为了给学习者提供更智能的学习选择,早已在其产品中应用了自适应学习技术。从广义上说,任何能够通过学生的反馈而推荐不同题目或知识点的系统,都意味着具有“自适应学习”功能,但本文所强调的是基于人工智能的、更加成熟的、具有一定技术深度的自适应学习。

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图|自适应学习解决方案

具备人工智能能力的自适应学习解决方案显然也是个性化学习的有效方案之一。在拥有优质教学内容的前提下,自适应学习技术通过提供学习路径和精准内容推送,为学习者带来真正意义上有反馈、有互动同时智能化的高效学习模式。

  1)学习路径

简单来说,学习路径可以理解为基于知识图谱的知识点跳转。完善的基于人工智能的自适应学习系统,首先会通过专家预设的知识图谱进行阶段性使用,再根据使用后学生留下的海量行为数据进行数据挖掘,然后得到准确客观的知识图谱。最终,系统将以优化后的知识图谱,为学生匹配最佳学习路径。

  2)内容推送

正如智能搜索、电商平台的个性化推荐一样,智能化的自适应学习系统也应能够根据每个学生的学习记录,推断学生的能力水平和问题所在,为学生进行学习内容个性化推送,其核心关键在于对当前学习路径下的特定学生推送最合适的学习内容。为了使推送内容与学生的水平相匹配,需要对内容的难度以及学生的水平进行客观地测量,这需要将复杂理论算法与人工智能技术充分结合才能得以实现。

(2)教学模型领域

该领域重点关注教学模式与场景下可以提高教学质量的教育产品与应用,口语语音测评、学情智能测评、考试评测方法、虚拟学习助手等应用都属于该领域范畴。据Technavio预测,2020年全球“人工智能+教育”在教学模型领域的市场规模将达到3100万美元。

评测方法是教学模型领域用于提升教学质量的一个重要手段。传统评测方法大多通过封闭式问答方式实现,因此其中可被标准化的内容正逐步被在线评测方法所取代;但对于开放式问答内容,如作文、申论等,普通在线评测方法难以给出有效反馈。不过,随着语义分析技术的逐步成熟,依托人工智能方式可以更加轻松地实现对开放式题目的在线评测,使学生更加自主地进行练习与自测、获取评价与反馈,实时提升自身学习表现。

个人助理机器人的突破式发展推动教学领域的虚拟学习助理研究取得显著成果。借助自然语言处理和语音识别技术,虚拟学习助理可扮演起学生的课外教师角色,为学生提供精准解答并分析其学习表现。由于基于人工智能的虚拟学习助理能够自动分析学生语音及所提问题主干,因此学生完全可以采用自然语言的方式提问,这更加贴合真实的教学互动。随着技术的不断成熟与系统功能的日趋完善,虚拟学习助理将逐步走向广泛应用。得益于人工智能,机器与人正逐渐重新分工合作。机器将发挥简单环境下的标准化和规模化优势,完成辅助教学、简单答疑、作业练习、测评批改等工作;教师则聚焦于教学设计、复杂决策、团队协作等创造性与人文性内容。未来的教育将是人与人工智能协作的时代,其关键是充分发挥机器与人类的不同优势,一方面要借助人工智能完成教育过程中简单重复的脑力劳动,另一方面也要发挥人类的创新变革、复杂决策、情感关怀激励等更大优势。

(3)特定学习领域

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图|STEAM教育

特定学习领域重点关注某些具体的垂直细分学习领域,预计将主要集中在STEAM教育方向。据Technavio预测,2020年全球“人工智能+教育”在特定学习领域的市场规模将达到1100万美元。STEAM教育是集科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、艺术(Art)和数学(Mathematics)多学科交叉融合发展的综合性教育,其最初是由美国政府主导的一项教育计划,提倡“动手动脑的探索式”学习过程。STEAM教育重实践、重跨界、重创新的特点尤为突出,可以说是对标准化考试环境下传统教育理念的重大转型。未来,基于人工智能与VR/AR的仿真实验室、基于高级机器人及3D技术的陪伴/教学机器人智能产品以及基于认知计算的复杂决策辅助系统,都将帮助学生在游戏化的学习体验中培养逻辑思维和动手能力,真正从智能交互的角度完成多学科、交叉融合的探索式学习过程。例如,现在已有提供编程类应用程序的STEAM教育产品面市,学生可以通过拖拽、点击、画图等方式,用最简单的可视化编程语言对机器人行为进行编程,下达指令。STEAM教育与中国素质教育在理念上异曲同工,在人工智能技术的推动下,中国传统素质教育的方式也将更加丰富多元。未来,在小学、初中、高中等各个阶段,学生们将在更多的智能化场景中锻炼逻辑思维、 提高动手能力、培养创新精神,同时也会有更多的人工智能+STEAM教育产品服务于学生与教师,开启素质教育新模式。


不足与展望

虽然人工智能在教育方面前途光明,各方面的应用和投资也很多,但就目前看来,依旧存在一些需要加强的地方。

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图|智能教育的不足之处

首先是技术方面,人工智能技术在教育上的应用主要是图像识别和语音识别两方面。这两个技术的应用仍属于初级阶段,还不够完善,在技术和应用场景上还需要更多的探索。

其次是产品同质化非常严重。目前市场上做教育机器人的公司数量不多,方向都集中在语音识别和图像识别方向,缺少创新和竞争,虽然产品外型千差万别但本质并没有什么太大的区别。

除了以上两点,市场也将是智能教育机器人所将要面临的挑战之一。虽然就目前看来,智能教育机器人市场广阔,属于蓝海行业,但是越是如此,先入局者所需要承担的责任就越大,也越需要谨慎和小心,为后来的人做出榜样,也让这个市场更健康的发展。

现在人类教学场景非常简单,互联网教育也仅仅通过图像、视频等多媒体的方式来表现教学知识点。在未来的人工智能教育时代,将实现虚拟现实立体型的综合教学模式。人工智能将来要做到的,是实现与人类的紧密贴合,甚至实现“思考即学习”的状态,那么连接人与知识的工具将不再是刚需。 当然,我们也可以把机器人等人工智能产品看成工具,而这个工具足以让人们脱离在线学习的方式去学习。未来的人们只需要一个机器人或者一款智能头盔就可以完成所有的学习。

在交互方面,未来教育所需要实现的不只是与老师交互,更是与知识的交互,每一个知识点都可以立体展现。想象一下电脑知道你的学习进度和性格特点,以此为基础再给你一些刺激和激励,更聪明地提示你,这样开发了你的大脑,也能学到所需要的知识。

将学习融于生活,不受限于形式、时间和空间,这才是基于未来的人工智能的教育方式,也是我们为之努力的终点。



该贴被huang.wang编辑于2017-7-27 14:34:32


我超级酷,但是如果你回复我的话我可以不酷那么一小会儿。


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hudua
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发表于: IP:您无权察看 2017-7-27 12:33:44 | [全部帖] [楼主帖] 2  楼

不错



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huang.wang
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发表于: IP:您无权察看 2017-7-28 9:39:23 | [全部帖] [楼主帖] 3  楼

不错

哈哈哈哈哈哈哈哈谢谢

这一系列帖子有很多哦,也欢迎您关注 联动北方  的微信公众号,里面都有


我超级酷,但是如果你回复我的话我可以不酷那么一小会儿。


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