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    楊臨風:用人工智能“重新定義”教師

    2019-09-10 新京報

    ■人物名片 杨临风:洋葱数学联合创始人兼CEO。本科毕业于美国哈佛大学计算机科学专业,曾就职于波士顿咨询公司(BCG)。致力于利用AI技術實現個性化教學,推動優質教育普惠化。

    9月剛開學,在北京中學數學老師胡悅的班上,一位特殊的“老師”也如期到崗。

    它有著500多億條數據積累、知悉每個學生的薄弱之處,甚至比胡悅還要了解學生。它是AI老師,也被不少學校稱之爲人工智能個性化學習系統。

    AI老師的存在,顛覆了以往的課堂模式,更讓老師的教學策略、教學方法和課堂組織形式發生變化。

    這是以學生爲中心,圍繞著提質增效和個性化教學開展的教學探索。老師不再唱“獨角戲”,更加注重與學生的互動,引導學生自主進行探究式學習,最大程度實現教師教學方式和學生學習興趣的無縫對接。

    走到这一步前,距AI概念在1956年的达特茅斯会议上被John MccARthy提出,已六十年有余。但直到人類在與AI棋手AlphaGo的對戰中遺憾敗北,AI的浪潮才算真正掀起。

    AI技術不斷被應用在各個教育場景中,拍照答題、智能批改作業、制定學習計劃……當真人老師與AI老師相遇,人工智能加持下的教與學,或許,正在爲因材施教提供更多可能。

    教學助手“AI老師”

    9月5日晚8點,初秋的北京天色漸漸暗了下來。晚飯過後,輔導完四年級女兒的作業,胡悅伸了伸懶腰,一頭紮進書房。

    盤算著這會學生應該都做完了預習,她便點開了手機上那個白底藍圖的“洋蔥頭”圖標。果不其然,裏面躺著一份完成率100%的關于“二次函數的圖像和性質”的預習情況報告。

    在每一次学习新课之前,胡悦会通过洋葱数学提前给学生布置预习任务。预习的内容包括一节5-8分钟的动画視頻,和3-7道涵盖相应知识点的习题,学生花上15分钟就能完成。

    數據背後,是他人所不知曉的“潛台詞”。比如,習題的正確率直接影響課堂教學的側重點。“正確率爲90%以上的題,是大多數同學都能掌握的知識點,課上不用重點闡釋;正確率在80%到90%之間,要從出題方式、解題方法出發,去判斷學生錯誤的原因;正確率低于80%,則要警惕,有可能是這個知識點不好掌握。”

    胡悅向左滑動屏幕。一道難度系數爲2(總共五個難度等級)的課後習題,學生的正確率爲79%。爲什麽出錯率這麽高?她又仔細讀了讀題幹。“學生可能是算出來正負兩個數,但是沒有看到題幹中x>0的要求。所以,上課的時候就要給學生強調,應該注意到自變量的取值範圍,以及這個取值對函數圖像的影響。”

    咔嚓一聲,胡悅把這道題截屏,並保存到次日的課件裏。而電腦端顯示答錯的同學,也成爲了第二天課堂的重點關照對象。“通過數據分析,我可以有針對性地調整課堂教學目標。一般來說,學生通過預習已經掌握的知識,基本不再著重講解;一些常出錯的問題會在課上集中解決。”

    同一節課不同學生的接受能力是不同的。在胡悅看來,AI老師幫助真人老師精准了解學情,讓以學生爲主體開展分層教學變得更爲可行。“通過學生自主進行個性化學習,將傳統課堂裏的部分內容有效前置,省下時間讓老師設計探究性問題,學生以小組形式進行自主探究。”

    不僅僅是北京中學,這樣的變革正在多所中小學的課堂上演。

    在人大附中西山學校數學老師郝祥的課上,常常會見到三五學生圍坐一起探討的畫面。2015年9月,學校初一年級就開始全年級推進和落地洋蔥數學的人工智能課堂教學。在一節“正方體的展開與折疊”課堂教學演示課上,郝祥用很短的時間講解知識點,更多的是學生圍繞正方體的問題動手操作並進行課堂討論。

    洋蔥數學聯合創始人、CEO楊臨風認爲,課堂的重構是AI老師爲教師賦能的結果。“原來老師像一個乒乓球發球機,但老師更該幹的事兒是當學生的教練。在旁邊給學生安排訓練任務、指導策略和鼓勵。發球機的事兒應該由AI來做。”

    楊臨風的眼裏,人工智能是老師的助手,幫老師實現從“廣播者”到“引導者”的角色轉變,帶領學生走完整個學習過程,去達成高階的教育目標,如對知識的評價、分析和創造。而在記憶、理解和應用的簡單層級上,則通過人工智能自適應學習的方式就可以實現。

    一根粉筆解決不了的問題

    近年來,如何運用信息技術服務于教育,解決分層教學等實際問題已成爲教育改革的重要話題。

    2017年國務院下發《新一代人工智能發展規劃》,明確利用智能技術建立以學習者爲中心的教育環境,推動人工智能在教學、管理、資源建設等全流程應用;構建包含智能學習、交互式學習的新型教育體系。

    時隔一年,教育部印發《關于實施卓越教師培養計劃2.0的意見》,提出通過深化信息技術助推教育教學改革,推動人工智能、智慧學習環境等新技術與教師教育課程全方位融合,充分利用虛擬現實、增強現實和混合現實等,建設開發一批交互性、情境化的教師教育課程資源。

    彼時,包括十一學校、人大附中西山學校、北京中學等在內的學校早已在教育信息化的探索路上走了很遠。如果不是因爲洋蔥數學,胡悅此時可能還在深埋書海,找例題、編教案,爲每周自制的兩節錄播微課忙得焦頭爛額。

    录课的初衷是通过随时随地可播放的視頻,为一部分学生在课上不能及时消化的学生“开小灶”。但问题又接踵而至:“学生看完視頻后,他们的掌握情况如何” 、“抽象的数学概念怎么能三言两语说清楚”、“录制的視頻学生不爱看怎么办”……

    而想要實現以學生爲主體的個性化課堂,除了電子白板、平板電腦等信息化硬件,以及教學課件等軟件資源,背後還需要海量大數據、算法、計算能力作爲支撐。

    “信息技術跟學科教學的融合是很複雜的事。涉及教學理念、教學形式、教學法、人工智能應用;涉及師生關系的改變,甚至課堂流程的重構。”楊臨風認爲,AI老師更像一個系統,把學習過程的感知、認知和行動環節串聯成閉環,才能真正發揮價值。

    以数学为例,升入高年级,数学课上开始出现抽象概念:变量与常量、二次函数、有理数等,很难用板书或口头的方式说清楚,而将抽象概念可视化正是AI老师所擅长的地方。北京中学校长夏青峰曾在公开场合表示,“洋葱数学的AI老师帮助真人老师解决了在传统课堂里,一根粉筆解決不了的問題。”

    在七年級數學開篇講的常量與變量一課中,就曾讓不少學生看得雲裏霧裏——常量反映事物相對靜止狀態的量;變量反映事物運動變化狀態的量。但看完洋蔥數學“西瓜通過黑盒子會變成西瓜汁”這個例子,再理解變量與常量的關系,一下子變得輕松許多。

    只解決這些還不夠。楊臨風表示,人工智能個性化學習系統需要具有清晰的底層設計邏輯,能讓學生按個人節奏往前走,而且在走的過程中,能夠真的實現學生對知識的深入理解和運用,最後起到學習效果。

    在視頻学习中,学生看到哪里,在哪里停顿了,应该如何进行下一步思考,这个是靠AI老师进行引导。“AI老师能找到孩子的能力边界,并稍做突破,让学习既不会感到枯燥,又觉得有挑战性。”杨临风说。

    此外,學生的學習過程可以在學校和家庭同時進行。“當課堂內外的所有數據都可以被采集,最後又回流到學生本身,這樣就能把老師的’教’和學生的’學’有機結合在一起,形成學校和家庭場景的學習閉環,課內和課外學習將有機會整合在一起。”8月底,楊臨風在2019世界人工智能大會上發表演講時表示。

    推開教育普惠大門

    今年8月底,在世界人工智能大会的教育科技主题論壇上,杨临风在演讲的末尾又一次强调,希望真正发挥人工智能在教育中应有的价值和作用,让教育生态变得更好,让优质教育变得更加普惠。

    十多年前,还在哈佛读计算机的杨临风曾组织同学去到北京蒲公英中学支教。毕业后,他又与曾在杜克大学攻读生物和教育学的好友朱若辰等人一头扎进农村做教育公益。期间,他和团队深入研究教育心理学、认知科学的理论,不断与学生、学校、教师接触交流,从各方面理解教育生态,并在后来尝试融进教研和産品设计。

    這段經曆讓楊臨風堅定了做事情的初心——通過科技改變城鄉之間的教育差異。“公益也好,商業公司也好,社會企業也好,這都不是我們的目的。而是正好反過來,我們做教育,是想讓優質的教育資源普惠化。”

    一根網線、一部手機、一台電腦……在2500公裏外的大栗小學,洋蔥數學的AI老師爲這所位于雲南富源縣營上鎮的鄉村小學打開通往優質教育的大門。

    “學生們過去最“怕”的數學,成了最喜歡的課。因爲有了AI,我爲他們每個人布置的個性化學習任務,讓他們根據自己的水平拾級而上,不僅提升了數學能力,還讓孩子們重拾學習的自信。”大栗小學校長李雲躍說道。人工智能這樣高大上的名詞,對于李雲躍來說,如今早已稀松平常。

    AI老師改變了鄉村教育的困境,這是互聯網最大的奇迹。據不完全統計,過去五年時間裏,通過與友成基金會等公益機構合作,洋蔥所有的教學資源和技術平台無償地開放給國家級貧困縣的鄉村教師,目前已經有超過3000所學校的4萬多名鄉村教師從中受益。

    當真人老師與AI老師相遇,“教“的部分由AI大腦來完成,老師就可以把更多精力放在“育”上,比如探究性思維、自主學習能力、積極樂觀的人生態度。

    正如李雲躍所說,即便自己的學生不能個個考上大學,但也希望他們日後,“不管在建築工地上,還是在鄉村田野裏工作,都能找到適合他們自己發展的道路,釋放自己的潛能,以健康向上的心態自信享受屬于他們的人生。哪怕是在田地耕田,都可以放聲歌唱帕瓦羅蒂《我的太陽》。”

    【教師節感言】

    教師是目光長遠的擺渡人,用智慧啓迪學生,將他們渡到夢想的彼岸。越是光輝的職業,就越需要強大的後援,洋蔥數學希望用人工智能助推教師的專業發展,爲學校的教育現代化添磚加瓦,成爲教師和學校的堅強支撐。——楊臨風

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