教育痛點的AI解法

業(yè)內(nèi)專家認為，面對“建設高質(zhì)量教育體系”的任務，人工智能、大數(shù)據(jù)與教育的融合大有作為。

黨的十九屆五中全會提出了“建設高質(zhì)量教育體系”的目標，《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》則進一步明確了建設高質(zhì)量教育體系的改革發(fā)展任務。面對這樣的大局，科大訊飛總裁吳曉如一直在想一個問題：教育、人工智能、大數(shù)據(jù)的融合，將為高質(zhì)量教育體系貢獻什么？

身為中科大博士和高級工程師的他，是業(yè)內(nèi)知名專家，國家科技進步二等獎、安徽省科技進步一等獎、信息產(chǎn)業(yè)重大技術發(fā)明獎的獲得者，曾獲國務院政府特殊津貼。但他現(xiàn)在更關注的是，技術的進步如何更好地推動人的進步，如何讓教育變得更美好。

·科大訊飛總裁吳曉如。

建設高質(zhì)量教育體系，意味著教育將是“伴隨每個人一生、平等面向每個人、適合每個人、更加開放靈活”的。近年來，中國高度重視人工智能對教育的深刻影響，積極推動人工智能和教育深度融合，促進教育變革創(chuàng)新。吳曉如說，這樣的大趨勢、大格局，讓長久深耕于人工智能與教育融合的科大訊飛看到了機遇。日前他表示，教育與人工智能的融合，讓孩子告別“刷題”苦海，學得更有效率，也讓教育公平獲得了科技支撐。

深度改善民生

人工智能的應用前景廣闊，這已是人們的共識。這種前景，在于將人工智能與保障、改善民生的結合，從“為人民創(chuàng)造美好生活”的需要出發(fā)，推動人工智能在人們?nèi)粘９ぷ鳌W習、生活中的深度運用，以創(chuàng)造更加智能的工作與方式。具體到教育上，吳曉如從“三個維度”看待教育與人工智能融合的意義。

第一個維度是國際大趨勢。2019年5月，中國政府與聯(lián)合國教科文組織共同主辦了國際人工智能與教育大會。“那次會議，目的就是推動人工智能在教育領域應用的深化，促進教育變革創(chuàng)新。從國際大趨勢看，大家都把人工智能推動教育變革、提升教育效率作為非常重要的技術變量。”吳曉如說。

第二個維度是“雙減”大背景。有效減輕學生過重作業(yè)負擔和校外培訓負擔，以及家庭教育支出和家長相應精力負擔，這是提升群眾教育滿意度的關鍵，也是基礎教育生態(tài)重構的關鍵。而要真正減少學生作業(yè)負擔，就要減少無效學習時間，提高學習效率。吳曉如說，“在這個層面上說，就要為每個學生提供更精準化、個性化的教學。”在這件事上，中國比歐美發(fā)達國家更緊迫，因為發(fā)達國家的師生比例較小，而中國一個老師面對的孩子更多，給每個孩子提供更精準化、個性化學習內(nèi)容和方案的難度更大。“這就更需要采用人工智能手段，幫助老師去了解每個學生當前的學習狀態(tài)。”

第三個維度是教育公平目標的實現(xiàn)。教育公平是社會公平的重要基礎，要不斷促進教育發(fā)展成果更多更公平惠及全體人民，以教育公平促進社會公平正義。“讓億萬孩子同在藍天下共享優(yōu)質(zhì)教育”，離不開教育資源的均衡發(fā)展。吳曉如深有感慨地表示，近年來黨和國家把教育擺在優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略位置，教育經(jīng)費投入優(yōu)先向農(nóng)村地區(qū)、邊疆民族地區(qū)、革命老區(qū)、邊遠貧困地區(qū)傾斜。“我們到一些偏遠地區(qū)考察時看到，很多地方教育基礎條件已經(jīng)相當不錯，國家投資興建建設操場、校舍，但人才還跟不上。”

而這正是人工智能技術可以發(fā)揮作用的地方。“比如，農(nóng)村學生跳遠，可能沒有合格的體育老師去幫助他，指出他的問題。我們可以在操場上部署一個攝像頭，孩子們練習三級跳遠后，智慧體育設備可以給出報告，指出他的步伐有這樣那樣的問題——這是通過圖像模式識別發(fā)現(xiàn)的。這樣的產(chǎn)品我們已經(jīng)推出第二代了。”運用以人工智能為代表的數(shù)字化技術，可以提升教育的均衡性，讓學生普遍享受優(yōu)質(zhì)資源，把“因材施教”普惠化。

精準減負，因材施教

讓每一個孩子都對自己有信心、對未來有希望，這是“因材施教”的目標。而“教育+人工智能”，則讓“因材施教”有了科學支撐。

首先是精準減負。“雙減”政策實施以來，得到學生、家長的擁護。以往的教培已形成“劇場效應”，“你家孩子超前學習一個小時，我家孩子就要超前學習兩個小時，大家都被拖入到這種‘競爭’中”。這種局面已經(jīng)改變。但孩子們?nèi)杂屑彝ポo導的需求，而家長在這方面的能力參差不齊。“有很多家長還是拿一些教輔材料給孩子，還是讓孩子‘刷’更多的題，這形成了家庭教育的新問題。家庭需要給孩子提供更好的學習幫助，而不是進行‘地毯轟炸式的學習’。”吳曉如說。

“有一次，我和一位大學校長聊天，他說起他們做過研究，發(fā)現(xiàn)高三學生的創(chuàng)新力反不如高二學生，他認為問題在于高三階段更多的學生在‘刷題’，這對創(chuàng)新力是有影響的。其實，作業(yè)和練習是學生發(fā)現(xiàn)自己的問題、并鞏固知識的重要環(huán)節(jié)，但如果變成‘刷題’，情況就會起變化。我們要有效地提高教育的效能。”

而要給學生“精準減負”，工具之一就是科大訊飛AI學習機。它通過對學生的評價、診斷，給學生提供更加精準的、合適的學習內(nèi)容。也就是說，以精準的方式給學生提供家庭學習輔導。吳曉如說：“這與‘雙減’政策吻合，也能解決家長輔導孩子過程中的困難。”

·科大訊飛AI學習機系列產(chǎn)品。

人工智能為教育賦能

那么，人工智能究竟“智”在哪里，為何能為教育賦能？

第一是“智”在融合，將教育理念融入科技動力。在訊飛內(nèi)部，做教育相關產(chǎn)品和服務的團隊，已經(jīng)越來越成為一個融合性團隊。以往，這個團隊更多的是工程技術人員，如今則有大量教育專家加入。北師大、華師大等國內(nèi)一流的師范大學，也與訊飛有深入的合作。“單純的技術解決不了教學問題。人工智能、相關的數(shù)字化技術以及教學的內(nèi)容、方法，都要做深度的融合。”

第二是“智”在分析。人工智能應用于教育，一大優(yōu)勢是顯著地提升家長對子女的學情分析能力。很多時候，家長對自己孩子的學習情況并不了解。讓他說說自己家的孩子學習怎么樣，他只能說個分數(shù)，深層次的東西就說不了。而這恰恰是AI學習機可以“幫忙”的地方。吳曉如介紹：“從最表層來說，人工智能學習機可以展示孩子對知識點的掌握情況。再深一個層面，則可以了解孩子的學習習慣，比如在學習時是否拖沓，是不是偏科，知識點不會到底是因為馬虎，還是上課時對基礎內(nèi)容沒掌握？這些情況，隨著學習機使用時間越來越長，數(shù)據(jù)量越來越大，家長可以深入了解。這就像幫家長給孩子畫個像，讓他們更好地了解孩子。只有真正地了解孩子，才能更好地幫孩子提高。”

中考、高考以后，吳曉如收到很多家長的反饋，有的感謝學習機幫助孩子提高了成績，有的還分享了怎么使用學習機的經(jīng)驗。“有家長告訴我，自己原先幫孩子把做錯的題目進行整理，形成錯題本，覺得已經(jīng)做得很不錯了。沒想到學習機能對孩子的差錯做出更好的分析。也有老師在交流中說，有些學生在學習機上所學的內(nèi)容，比一般的教輔材料更深入。”

·科大訊飛AI學習機通過“AI診斷”幫助孩子找到學習薄弱點，實現(xiàn)個性化精準學習。

給每個學生畫學習圖譜

人工智能助力教育的背后，是數(shù)據(jù)科學的力量。

吳曉如說，人工智能是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能，要通過數(shù)據(jù)和相關技術方法的整合，來幫助學生提高學習效率。而第一步就是形成數(shù)據(jù)。“舉個例子，一個孩子每天做很多口語練習，或在作業(yè)本上留了大量文字，這些都是非結構化的信息。這些信息通過人工智能的圖像識別、語音識別，把它變成結構化的信息。這在當前的技術處理上已經(jīng)非常實用，這是第一個層面。”

第二個層面，是有了這些數(shù)據(jù)后，如何進一步提供服務。“首先，這在語言學習上的應用潛力是巨大的。語言學習對學生的能力培養(yǎng)非常關鍵，不僅僅是在考試中，而且學生的溝通、表達、寫作能力對其一生都非常重要。語言學習尤其是口語的交互能力培養(yǎng)，需要一對一的訓練，需要一個仿真的環(huán)境。如何通過人工智能構建一種更好的語言學習仿真環(huán)境，使大家的表達、溝通能力在技術支持下有更好的提升？訊飛建有語音及語言信息處理國家工程研究中心，我們做了非常多的人工智能和語言學習的技術研發(fā)與應用。”

這些應用走出了國門，也走進了考場。“科大訊飛建設和運營的全球中文學習平臺2019年上線，利用其語言評測引擎、聲韻調(diào)糾錯等技術，讓全球中文學習更加智能。在英語教學方面，我們和雅思也有深度的合作。而在國內(nèi)的英語標準化考試中，多個省市的聽力、口語、作文等都已深度用到我們的技術。”

第三個層面則是利用過程化學習中所形成的數(shù)據(jù)，為學生進行建模，給每個學生個性化的學習圖譜，了解學生學習的問題在哪。這就要用到知識圖譜的構建和分析建模技術。這一技術還在不斷發(fā)展，但相當一部分已經(jīng)可以用在教學中。“比如，一個學生的數(shù)學抽象能力比較差，他的父母如果不是非常專業(yè)，或者老師對他的關注度不夠，就很難發(fā)現(xiàn)這一點。”如今有了感知智能、認知智能、知識圖譜技術的不斷進步，就有可能對學生更深層次的學習問題進行挖掘。吳曉如對這方面的應用潛力頗為樂觀：“目前，人工智能感知技術已完全夠用，在語言交互上應用得也非常好，而在知識圖譜方面，一部分技術已開始應用。當然，目前的技術還沒到‘包打天下’的程度，還需要和不同的學習場景做不斷的融合。”

·區(qū)域化知識圖譜。

人工智能+教育大數(shù)據(jù)

毋庸諱言，以人工智能助力教育是一個全球熱點。而人工智能與教育大數(shù)據(jù)的融合，則是這場競爭中的一個著力點。

“基礎教育監(jiān)測國家每年都在做，訊飛是其中唯一的技術協(xié)同單位。我們幫助北師大這樣的機構，把他們評測的模型用技術去實現(xiàn)，使這些模型可以低成本、大幅度的去實施。”吳曉如說，科大訊飛早在2018年就開始與北師大合作舉辦人工智能和教育大數(shù)據(jù)峰會，推動教育大數(shù)據(jù)和人工智能技術的深度融合。

“人工智能+教育大數(shù)據(jù)”為什么重要？吳曉如說，一方面，人工智能是數(shù)據(jù)驅(qū)動的，如果不能有效獲取教育中的各種數(shù)據(jù)，就不能建立為教育服務的模型，很難為學生提供更精準的服務。另一方面，“人工智能+教育大數(shù)據(jù)”對精準教育的實現(xiàn)也非常重要。“傳統(tǒng)的教育可能存在‘一人有病、全班吃藥’的情況，老師在教學中一對多布置的作業(yè)，學生都做一樣的作業(yè)。如今，通過精準教學、個性化學習和中間效果的評價，可以改變這種情況。”

以教學評價為例。“以往可能是一個老師對一個班級的關注，很難非常深入地去關注每個學生。人工智能和大數(shù)據(jù)則可以變成老師的全方位助手，讓老師眼觀六路、耳聽八方。通過數(shù)據(jù)的反饋，老師可以更好地了解班里的每個學生，校長可以了解每個老師的教學情況，教學主管機構可以了解每個學校的情況，進行很好的評價。”

讓年輕一代愛上數(shù)字化

人工智能正在改變世界的方方面面，對教育的改變也同樣深入。

未來教育有兩個特點，第一是“無時不在的教育”，通過互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字化，打破物理空間的限制。第二是“適合每個人的教育”，給每個學生提供適合他們的教育。

吳曉如說，教育中有幾件重要的事，第一是教育管理，第二是為學生提供高質(zhì)量的教學，第三是更好地了解學生、班級、學校，也就是評價，第四是學生在學習中需要關注的問題。在這四個部分中，人工智能和大數(shù)據(jù)都能起到非常重要的作用。他以教育管理為例解釋，目前學校校長對全校教學情況的了解，可能還停留在以經(jīng)驗為主判斷的程度，不能隨時拿出詳細、深入的數(shù)據(jù)報告來。“在教育管理中需要用數(shù)據(jù)說話，因為你要了解每個孩子，才能因材施教。這就需要大量數(shù)據(jù)。”這是人工智能可以幫忙的。

再比如，未來的老師怎樣教學，特別是在虛擬空間怎么教學？通過網(wǎng)絡跨越物理空間，把優(yōu)質(zhì)的內(nèi)容傳輸給更多的學生，這當然很重要，但這還不夠。“以前大家有一個誤解，覺得只要老師做個直播課或錄播課，把視頻發(fā)給學生，學生就能很好地學習，其實不是這樣。我們做過調(diào)研，多數(shù)學生的有效學習時間只有5到10分鐘。如果在這段時間內(nèi)，老師沒有針對學生的學習情況進行互動，學生就可能走神，甚至學習難以為繼。這就需要更精準地把精彩的講解和對學生的關注結合起來。”而人工智能可以非常有效地促進互動，讓老師講解得更精彩，更好地調(diào)用教學課件，有效地與學生互動，實時了解學生的情況，形成一個“更有效的、跨時空的優(yōu)質(zhì)教學供給”。

這一切，最終的目標是更好地提升中國學生的學習能力。作為以語音和語言技術為入口的中國人工智能國家隊，科大訊飛正努力做到讓機器能聽會說，能理解會思考。在當前國際背景下，語音技術、交互技術成為所有未來智能終端出口必備的技術?；诙嗄晟罡?，科大訊飛構建了AI研發(fā)底座平臺，打通數(shù)據(jù)回流、人機協(xié)作、能力交互等關鍵技術，已經(jīng)正式推出60個語種5大類能力。大量領先技術都在AI學習機等教育領域的應用中有所體現(xiàn)。讓學生們接觸這種硬核科技實力，同樣是教育的一部分。吳曉如說：“未來的一代不僅是互聯(lián)網(wǎng)原住民，也是數(shù)字化原住民，他們需要掌握數(shù)字化技術。當我們把這些技術與日常學習結合起來，讓他們盡早接觸這些技術時，他們就可能因為喜歡數(shù)字化而去深入學習這些技術。”說到底，教育關系全社會人力資源質(zhì)量的提升。“公平而有質(zhì)量的教育”，將為我國轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展提供源源不斷的人力支撐和智力支持。