數(shù)據(jù)驅動下的智能教育（上）

教育大數(shù)據(jù)為我們塑造了全新的人機教育教學環(huán)境，全面促進教育向個性化、科學化、智能化方向發(fā)展，助力教育現(xiàn)代化目標的達成，這是大數(shù)據(jù)的精髓所在。教育大數(shù)據(jù)關鍵技術的突破和深度應用，使得教師可利用大數(shù)據(jù)分析學生的具體需求，教育大數(shù)據(jù)終將走向人工智能。國家數(shù)字化學習工程技術研究中心常務副主任、華中師范大學教授劉三女牙結合人工智能和教育大數(shù)據(jù)背景，從夢想與變革、創(chuàng)新與應用、挑戰(zhàn)與發(fā)展三個方面解讀數(shù)據(jù)驅動下的智能教育。

夢想與變革：技術助力教育革新

教育的千年夢想

任何技術和教育相結合，首先要解決教育的問題，所以說教育信息化的核心是問題導向。作為一線教育工作者，我們知道，所有的技術要源于實踐并最終高于實踐。我們一直討論未來教育，今年年初國家發(fā)布《中國教育現(xiàn)代化2035》，我不禁提出疑問：教育面臨的最核心的問題是什么？未來教育的核心是致力于人的全面、自由的發(fā)展。人的全面、自由的發(fā)展落實到核心就是個性化學習，也就是因材施教。這是教育方面一直面臨的很重要的挑戰(zhàn)，也是我們一直追求的夢想。教育的千年夢想就是如何實現(xiàn)因材施教，如何讓每一個人在教育體系中得到自我成長，這是教育最重要的一點。沿著這一思路，我們來思考如何使人工智能大數(shù)據(jù)技術與教育相結合。

新一輪技術革新帶來顛覆性影響

新一代信息技術，尤其是以AlphaGo及5G網(wǎng)絡為代表的新一代人工智能技術的出現(xiàn)，標志著人類真正進入信息時代。新一代信息技術通常討論以下四個方面：云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能。云計算、物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術的基礎設置層面，會涌現(xiàn)出大量的數(shù)據(jù)，在大量數(shù)據(jù)的驅動下會推動新一代人工智能技術的發(fā)展，這就是新一代信息技術的特點。

技術助力下的教育變革與創(chuàng)新

新一代信息技術跟教育的融合必然會產(chǎn)生非常大的變化。這種變化不是簡單的技術疊加，而是會給教育信息化帶來拐點，實現(xiàn)非線性增長，這就使教育現(xiàn)代化的進程加快。進入“十三五”規(guī)劃時期以來，中國的教育信息化和教育現(xiàn)代化的步伐明顯快于以往的任何一個時期，無論是在思想理念、擁抱技術方面，或是在理論研究層面、實踐層面，都呈現(xiàn)出普遍繁榮的態(tài)勢，這也有益于新技術的介入。

我國的教育戰(zhàn)略布局

從國家這一層面來說，我國教育戰(zhàn)略布局也在一步步地加強。國家數(shù)字化學習工程技術研究中心是2009年我國首次在教育領域布置的國家級研究基地。在這之后，國家的教育戰(zhàn)略布局無論是整體規(guī)劃還是其他部委計劃都相繼展開。比如，國家自然科學基金委員會從去年開始申請了代碼F0701（即增設教育信息科學與技術類別）來支持教育和信息技術相結合的技術研究;國家發(fā)展和改革委員會在2017年布設“大數(shù)據(jù)分析技術國家工程實驗室”;國務院發(fā)布了一系列教育戰(zhàn)略規(guī)劃，包括人工智能教育的戰(zhàn)略規(guī)劃。因此，國家的戰(zhàn)略布局不斷推動著教育這一領域向前發(fā)展，我們現(xiàn)在面臨著一個很好的時期。

創(chuàng)新與應用：技術推動教育創(chuàng)新發(fā)展

在新一代信息技術尤其是人工智能和大數(shù)據(jù)背景下，中國教育的創(chuàng)新和應用呈現(xiàn)出一個怎樣的態(tài)勢？尤其是在大數(shù)據(jù)的驅動下，教育信息化會帶來哪些大的變化？主要的變化我認為有以下三個。

創(chuàng)新治理

創(chuàng)新治理，也就是怎樣用數(shù)據(jù)來說話。大約50多年前，PDCA循環(huán)發(fā)起人、管理大師愛德華茲·戴明說：“除了上帝，任何人都必須用數(shù)據(jù)來說話?！边@個表述有點絕對，但我想他的本意是強調(diào)數(shù)據(jù)的重要性，而不是字面上的意思。有了新的數(shù)據(jù)、新的技術介入后，在教育治理層面就可以自由穿行于宏觀和微觀之間，就能讓傳統(tǒng)的以經(jīng)驗為特征的角色走向科學、精確、智能化，這是我們所要追求的。在這里，我們可以運用新一代信息技術展開。

創(chuàng)新范式

我認為創(chuàng)新范式最核心的有兩個層面：第一個層面是高?？蒲泄ぷ髡叩难芯啃路妒剑簿褪钦f怎樣開展數(shù)據(jù)密集型的教育研究。基于數(shù)據(jù)的實證研究，現(xiàn)在已經(jīng)在研究領域被普遍采用，而且不斷繁榮。第二個層面是教育變革中的新引擎，在思想和思維層面上給我們創(chuàng)造了不同的思維范式，它讓教育要素間的互動模式和互動方式都變得不太一樣。無論是實踐還是研究，以往與現(xiàn)下都不可同日而語。我認為在新范式、新引擎的推動下，研究和實踐層面都將快速推動教育信息化的發(fā)展。

創(chuàng)新實踐

創(chuàng)新實踐在教育教學過程或教育實踐中主要有三個方面——教、學、管?！敖獭本褪峭ǔＫf的差異化地教，即如何通過技術的手段讓教育者對學習者進行規(guī)模化、個性化的教學和輔導，也就是如何在教育體系中形成規(guī)模化與個性化的統(tǒng)一。純粹的師生一對一的資源配置是不可能實現(xiàn)的，并且在未來很長一段時間內(nèi)都是不大可能的。

如何實現(xiàn)差異化地教，這是“教”這一層面所要追求的。比如慕課，像Coursera（國外慕課網(wǎng)站），它能通過個人在平臺中的行為來進行引導。例如看視頻，如果你反復觀看某一知識點，就說明你有疑問，平臺就會引導你不斷地學習，反復地訓練。同時，我們可以引用新的技術來解決或替代我們傳統(tǒng)的工作。美國喬治亞理工學院有個案例，一個教授與沃森（問答機器人）合作，把他的計算機課程中累積的大概四萬個問題放到IBM的沃森線上課程中，訓練沃森來回答學生日常的問題。在三個月的教學期間，沒有一個學生發(fā)現(xiàn)其實是機器在回答他們的問題，他們都以為是一個真實的助教在回答問題。這一例子說明機器可以在某些特定領域做得比人還好。這也引導我們從另一個維度思考：人工智能、大數(shù)據(jù)技術怎樣介入教育場景？怎樣扮演好它的角色？任何技術都不是萬能的，任何一項技術也不可能解決所有的問題，只有充分發(fā)揮技術的特點和問題之間的匹配性，才能夠產(chǎn)生巨大的化學反應，才能給我們帶來好處。這就是我們所說的差異化地教。

個性化地學，也就是實現(xiàn)大數(shù)據(jù)支撐下的自適應學習。我們可以通過技術的手段發(fā)現(xiàn)學生學習的狀態(tài)，通過狀態(tài)的分析和判斷來規(guī)劃學生的學習路徑，適配學生的學習內(nèi)容，不斷地強化并滿足學生的需求，以方便學生實現(xiàn)快速地或以適合自己需要的方式來掌握知識、理解知識，從而使學生達到提高自己的目的。

舉兩個例子，一個是美國普渡大學的信號燈計劃（Course Signals），它可以對學生的學業(yè)狀況進行實時預警，及時地亮紅綠燈，讓教師實時知道學生處于怎樣的學習狀態(tài)，學生也可以根據(jù)信號燈提示更好地進行改善。另一個是可汗學院，它在學習內(nèi)容后附有知識圖譜，可以根據(jù)學生的學習狀況來進行測試、再學習，并不斷進行閉環(huán)的學習循環(huán)。也就是說，在某一層面上，至少在知識傳授這個層面，學習者在相應的有限領域里可以做得很好。知識圖譜跟問題的領域是有關系的，知識圖譜的精確性在于能不能準確匹配問題，這一點非常重要。這里面有很多基礎性的問題需要解決，比如教育領域的知識圖譜如何去構建？除了知識圖譜之外，還有其他的圖譜，比如關鍵能力的能力圖譜等類似的底層圖譜。有了這些，才能構建教育自動化和智能化的課程。

劉三女牙

國家數(shù)字化學習工程技術研究中心常務副主任/華中師范大學教授