“人工智能与未来教育”笔谈（上）｜吴晓如：人工智能驱动下的个性化教学
编者按
科大讯飞副总裁，中国科学技术大学电子工程博士，高级工程师
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原文发表在华东师范大学学报（教育科学版）2017年第四期“人工智能与未来教育”笔谈（上）
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随着Alpha Go战胜围棋冠军，随着语音输入和人脸识别等技术走向大众应用，越来越多的人开始对人工智能技术产生兴趣，越来越多的企业宣告要把人工智能作为自己企业未来的核心发展方向。教育是最受社会关注的领域，那么，人工智能技术将和教育碰撞出什么样的火花，人工智能技术是否可以解决教学中诸如提升教师效率、实现学生个性化学习等核心问题？不仅人工智能技术领域，更多的教育专家也开始在思考和探讨类似的问题。下面就通过对人工智能在教育领域应用的Why、What、How、When四个关键词来谈谈我们的看法。
第一，为什么教育需要人工智能？
教育信息化已经进入到一个新的阶段。如果对中国K12领域的教育信息化应用有所了解的话，会发现中国的教育信息化正在从硬件走向软件。很多较大规模的投资未来一段时间将放在应用而不是硬件上，因为大家都在考虑怎么把教育实践活动和IT技术更多地融合起来，让它实实在在产生价值。中国的教育信息化已经进入到了关键的阶段。就信息化在教育中的应用而言，在过去，技术起一种“支持性”的作用，是一个辅助性的工具。人工智能、互联网、大数据出现以后，教育信息化就不再仅仅是一种简单的技术支撑，而是和教育本身形成了深度融合，成为了核心教学行为不可分割的部分。
为何现在信息化更多起到的只是支撑作用？主要原因在于三个方面：（1）以前大部分信息化技术没有深入体制内教与学的真实场景，技术对一些教学的核心问题没有提供有效的解决手段。（2）课堂和作业等传统教学模式存在巨大惯性，如不能解决老师提升教学效率和效果的核心问题，这种多年形成的惯性很难改变。（3）没有形成教与学、教与管的实质性互动。如果没有一种手段把教与学、教与管的互动打造成一个闭环，比如说通过实时评价形成教与学的及时互动，那么信息化就不能在教育行业中形成大规模应用。所以我将从以下几个方面阐述人工智能和教育结合的必要性。
（1）教育信息化缺乏智能闭环。教育信息化没有形成大规模深入应用的原因在于，没有形成一个智能的闭环。互联网在连接教育各种场景的过程中，产生了大量的信息。当老师没有那么多的时间和能力处理大规模数据时，就形成了信息过载，这些数据对老师的教学行为不能产生及时有效的指导，甚至还成为了负担。尽管有时信息化手段实现了教学过程的连接，但是不能形成闭环，不能提升教学效率，所以师生还是不愿意用。这时就需要一种新技术手段，使教和学、教和管之间不仅能实现随时连接，还能形成互动中数据的实时处理和信息反馈，而这就是人工智能必须要去破解的问题。
（2）破解大班制教学的个体关注缺失问题。现在很多学校中，一个班级少则四五十学生，多则五六十，甚至更多。老师只能了解前几名和后几名学生，对大部分学生的学业情况是不了解的。怎么让老师更好、更精确地及时评价每一个学生，怎么更有效地发现每个学生的潜能？这就需要老师有更多双眼睛和耳朵，需要有技术手段辅助老师更好地关注每个学生。这也是需要依赖人工智能去解决的。
（3）数据驱动的教学治理。在学校管理中，很多校长对教师日常的教学活动、学生的学习情况和学校的综合情况等很难做到客观精确的认识，因为他们更多地是凭借经验做出判断，并且视角也相对局限。如何把这种完全凭经验的管理方式，变成“经验+数据”型的管理方式？这就需要我们的教学过程中要有数据，并且这些数据得是可分析的。我们可以通过客观真实的数据实现对教学行为的精细化管理。
（4）采集和挖掘教育大数据。教育的大数据只有从实际教学行为中产生并被记录下来才能产生价值。有些观点认为，课堂实录已经保存下来了，试卷已经扫描下来了，但是这只是实现了教学过程中信息的数字化。这些都是非结构化的数据，并没有形成可处理、可分析的数据。我们需要用技术把大规模的数字化信息转换成为可以分析的结构化数据信息，只有这么做才能让信息转变为对教育有帮助的过程化数据。同时，人工智能还需要与大数据、云计算结合起来，以共同助力教育信息化。互联网将各种场景连接起来，云计算则提供各种资源、各种数据服务，人工智能在中间起到穿针引线的作用，可以进行辅助性或决策性的分析。
第二，什么是人工智能？
人工智能是对人类独有智能的一种模拟，可以分为运算智能、感知智能和认知智能。运算智能就是让计算机具有更大的存储和运算能力。过去几十年运算智能有了飞跃式发展。尤其是云计算出现后，运算智能已经不再是信息处理上的限制。这几年受到科技界更大关注的是感知智能和认知智能。
感知智能让机器像人的眼睛和耳朵一样，可以感知周围的世界，甚至可以让机器比我们听得更加准确、比我们看得更加清楚。目前这个技术已经有了实质性突破，并到了大规模可用阶段了。
现在人工智能里面最需要突破的就是认知智能，它让机器可以像人类一样理解信息和思考问题。科技界目前正在这个领域进行大规模投入，也取得了很多可喜的进展，相信未来几年还会有更大进步。
和教育相关的人工智能技术包括以下几种：语音识别、语音合成、智能阅卷、机器翻译和知识推理。目前我国在这些技术上都处于国际领先水平。在语音识别方面，国际语音识别大赛(CHiME)组委会在Google揭晓了2016年的比赛结果，科大讯飞包揽了本届CHiME赛事全部三个项目的最好成绩，目前语音识别技术已经进入了实用。在语音合成方面，科大讯飞自2006至2016年连续多年在国际语音合成大赛（Blizzard Challenge）中获得第一，并首次实现英文合成自然度突破4.0分，已经跨过了实用门槛。在智能阅卷方面，机器学习500篇范文就可以对其他文章实现准确的评阅，相关技术已经开始应用在语文和数学的作文评阅上。在机器翻译方面，科大讯飞分别在2014和2015年获得国际口语机器翻译评测大赛以及国际机器翻译评测大赛冠军，目前已经达到了六级英语的水平。在知识推理方面，科大讯飞于2016年获得Winograd Schema Challenge 第一名。通过多年的积累和创新，科大讯飞在人工智能领域已经取得了诸多成绩。这些突破可以为更好服务于教育提供很好的技术手段。
第三、人工智能如何助力教育？
（1）降低信息化的使用门槛。教师不是信息化的专家，所以一定要让信息化使用的门槛非常低。要依托很好的信息化技术，让教师在课堂上实现和学生的多种形式互动，并可以在云端将最好的资源调取出来以提升教学效果。要使得技术使用的门槛比老师从粉笔盒拿一只粉笔更加简单，这样老师才愿意用。从实际过程中看，目前技术易用性问题的解决已经让越来越多的学校在推广使用信息化技术。
（2）提升师生的使用意愿。教师的日常工作比较繁重，因为除了教学之外，还有诸如作业试卷批阅和课外辅导等任务。因此，降低教师的工作强度才是提升教师使用意愿的关键。而现在的技术已经可以实现试卷的自动批阅和远程教学，这大大减轻了教师的工作负担。只有师生认为技术真正帮助了他们，提升了他们的教学效率，才会接受技术，技术也才可以实现大规模的应用，而只有应用才可能产生教学大数据。
（3）从过程化应用中采集数据。在教师和学生普遍应用新技术的情况下，大量的数据就会产生，比如作业、考试、口语等数据。我们要将这些数据采集起来，并形成以学生和教师为中心的数据管理，这样才可以指导今后的教和学。但目前的问题是，学校在信息化建设中没有意识到数据的重要性，同时各种系统相对割裂，往往也难以形成有效的数据积累。
（4）促进资源与应用良性互动。优质的资源是当前教师和学生都非常希望得到的。但优质资源的产生并不是一蹴而就的，而是在日常的应用过程中经过反复的筛选最终留存下来的。因此，应用和资源需要良好的互动，在应用中产生资源，资源又在应用中得到优化。这种通过选择产生的资源才会更有生命力，才对师生更有帮助。
（5）技术驱动的专题课堂。部分教学需求凭现有的模式很难推进。比如，北、上、广、深的很多地方都已经有了智能口语测试，因为口语测试单凭人工是非常困难的，老师想同时指导班上50个学生学习口语也不现实。而通过人工智能技术就可以很好地实现这一点，每一个学生都可以有一个虚拟的AI助手，指出他们听说过程中的问题并和他们进行学习互动，以构造传统模式下难以实现的教学环境。
（6）信息化和教学实践的融合创新。在提供了人工智能教学助手以后，教师依然可以发挥自身的主观能动性，在教学模式上进行创新。例如，在北师大二附中，学生把作业做完以后，老师就拿到统一的报告，报告中会呈现知识的群体性黑洞，这样老师就可以实现精准讲解。另外，教师在课中也可以给学生提供个性化的训练题目。原来可能一个班一堂课做10道题目，大家都一样。现在每个学生做的题都不一样，难度系数和每个人可以很好地匹配。课后学生可以继续得到一些优质的资源，这就实现了连接教和学的精准讲解，从而大幅度地提高课堂效率。
（7）数据驱动助力科学管理。教学管理者可以通过数据采集和分析，了解到设施的使用情况、资源的利用情况、教师的教学情况、学生的学习情况等。这些数据可以通过一个简单的仪表盘来呈现，这就把教和学的行为，教学和管理的行为很好地连接在一起了。
第四，何时能够实现教育智能化？
这是一个长期的过程，但这个过程已经开始了，而且发展的速度超出想象。现在很多学校实际的教学中已经用到不同程度的智能化教学产品。随着应用的深入，教学数据越来越多，整个学校的智慧系统会随之越来越强大。同时我们也看到了政策上的支持。教育部正式提出，下一步教育信息化的重点是信息化和教育技术的深度融合。这样一来，学校不再像以前那样仅仅是买计算机等设备，而是把经费和时间放在推动技术和教学实践深度的融合方面。同时，现在技术已经可以解决很多刚需性的问题，刚需应用问题的解决提升了师生使用的意愿，师生的大规模使用产生了教学大数据，大数据又可以指导老师针对性地教、学生个性化地学和教育的数据治理，这样就实现了技术和应用的融合发展。可以预见，一个学校越早开始使用教育信息化产品，越早关注教育大数据，并形成教育技术和教育实践的融合，就会在未来发展中占据越大的优势。
人类已经进入了人工智能时代。在互联网、云计算和大数据技术的支撑下，人工智能技术未来数年还会飞速发展。在智能时代中，不仅很多职业会被人工智能技术所替代，而且任何人未来的工作和生活也都将离不开人工智能，未来每个人都要考虑自己和人工智能的协同工作。同样，人工智能时代的教育也会发生巨大变化，智能时代对人才的个性化需要对因材施教提出了迫切的要求。因此每个老师和学习者都应该关注教育中人工智能的应用，在人工智能帮助下更好发掘自己的潜能，让自己的工作和学习更有效率，让自己能更好面对未来社会的挑战。
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