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    杨临风:用人工智能“重新定义”教师

    2019-09-10 新京报

    ■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技术实现个性化教学,推动优质教育普惠化。

    9月刚开学,在北京中学数学老师胡悦的班上,一位特殊的“老师”也如期到岗。

    它有着500多亿条数据积累、知悉每个学生的薄弱之处,甚至比胡悦还要了解学生。它是AI老师,也被不少学校称之为人工智能个性化学习系统。

    AI老师的存在,颠覆了以往的课堂模式,更让老师的教学策略、教学方法和课堂组织形式发生变化。

    这是以学生为中心,围绕着提质增效和个性化教学开展的教学探索。老师不再唱“独角戏”,更加注重与学生的互动,引导学生自主进行探究式学习,最大程度实现教师教学方式和学生学习兴趣的无缝对接。

    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。但直到人类在与AI棋手AlphaGo的对战中遗憾败北,AI的浪潮才算真正掀起。

    AI技术不断被应用在各个教育场景中,拍照答题、智能批改作业、制定学习计划……当真人老师与AI老师相遇,人工智能加持下的教与学,或许,正在为因材施教提供更多可能。

    教学助手“AI老师”

    9月5日晚8点,初秋的北京天色渐渐暗了下来。晚饭过后,辅导完四年级女儿的作业,胡悦伸了伸懒腰,一头扎进书房。

    盘算着这会学生应该都做完了预习,她便点开了手机上那个白底蓝图的“洋葱头”图标。果不其然,里面躺着一份完成率100%的关于“二次函数的图像和性质”的预习情况报告。

    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分钟的动画视频,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。

    数据背后,是他人所不知晓的“潜台词”。比如,习题的正确率直接影响课堂教学的侧重点。“正确率为90%以上的题,是大多数同学都能掌握的知识点,课上不用重点阐释;正确率在80%到90%之间,要从出题方式、解题方法出发,去判断学生错误的原因;正确率低于80%,则要警惕,有可能是这个知识点不好掌握。”

    胡悦向左滑动屏幕。一道难度系数为2(总共五个难度等级)的课后习题,学生的正确率为79%。为什么出错率这么高?她又仔细读了读题干。“学生可能是算出来正负两个数,但是没有看到题干中x>0的要求。所以,上课的时候就要给学生强调,应该注意到自变量的取值范围,以及这个取值对函数图像的影响。”

    咔嚓一声,胡悦把这道题截屏,并保存到次日的课件里。而电脑端显示答错的同学,也成为了第二天课堂的重点关照对象。“通过数据分析,我可以有针对性地调整课堂教学目标。一般来说,学生通过预习已经掌握的知识,基本不再着重讲解;一些常出错的问题会在课上集中解决。”

    同一节课不同学生的接受能力是不同的。在胡悦看来,AI老师帮助真人老师精准了解学情,让以学生为主体开展分层教学变得更为可行。“通过学生自主进行个性化学习,将传统课堂里的部分内容有效前置,省下时间让老师设计探究性问题,学生以小组形式进行自主探究。”

    不仅仅是北京中学,这样的变革正在多所中小学的课堂上演。

    在人大附中西山学校数学老师郝祥的课上,常常会见到三五学生围坐一起探讨的画面。2015年9月,学校初一年级就开始全年级推进和落地洋葱数学的人工智能课堂教学。在一节“正方体的展开与折叠”课堂教学演示课上,郝祥用很短的时间讲解知识点,更多的是学生围绕正方体的问题动手操作并进行课堂讨论。

    洋葱数学联合创始人、CEO杨临风认为,课堂的重构是AI老师为教师赋能的结果。“原来老师像一个乒乓球发球机,但老师更该干的事儿是当学生的教练。在旁边给学生安排训练任务、指导策略和鼓励。发球机的事儿应该由AI来做。”

    杨临风的眼里,人工智能是老师的助手,帮老师实现从“广播者”到“引导者”的角色转变,带领学生走完整个学习过程,去达成高阶的教育目标,如对知识的评价、分析和创造。而在记忆、理解和应用的简单层级上,则通过人工智能自适应学习的方式就可以实现。

    一根粉笔解决不了的问题

    近年来,如何运用信息技术服务于教育,解决分层教学等实际问题已成为教育改革的重要话题。

    2017年国务院下发《新一代人工智能发展规划》,明确利用智能技术建立以学习者为中心的教育环境,推动人工智能在教学、管理、资源建设等全流程应用;构建包含智能学习、交互式学习的新型教育体系。

    时隔一年,教育部印发《关于实施卓越教师培养计划2.0的意见》,提出通过深化信息技术助推教育教学改革,推动人工智能、智慧学习环境等新技术与教师教育课程全方位融合,充分利用虚拟现实、增强现实和混合现实等,建设开发一批交互性、情境化的教师教育课程资源。

    彼时,包括十一学校、人大附中西山学校、北京中学等在内的学校早已在教育信息化的探索路上走了很远。如果不是因为洋葱数学,胡悦此时可能还在深埋书海,找例题、编教案,为每周自制的两节录播微课忙得焦头烂额。

    录课的初衷是通过随时随地可播放的视频,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:“学生看完视频后,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”、“录制的视频学生不爱看怎么办”……

    而想要实现以学生为主体的个性化课堂,除了电子白板、平板电脑等信息化硬件,以及教学课件等软件资源,背后还需要海量大数据、算法、计算能力作为支撑。

    “信息技术跟学科教学的融合是很复杂的事。涉及教学理念、教学形式、教学法、人工智能应用;涉及师生关系的改变,甚至课堂流程的重构。”杨临风认为,AI老师更像一个系统,把学习过程的感知、认知和行动环节串联成闭环,才能真正发挥价值。

    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,一根粉笔解决不了的问题。”

    在七年级数学开篇讲的常量与变量一课中,就曾让不少学生看得云里雾里——常量反映事物相对静止状态的量;变量反映事物运动变化状态的量。但看完洋葱数学“西瓜通过黑盒子会变成西瓜汁”这个例子,再理解变量与常量的关系,一下子变得轻松许多。

    只解决这些还不够。杨临风表示,人工智能个性化学习系统需要具有清晰的底层设计逻辑,能让学生按个人节奏往前走,而且在走的过程中,能够真的实现学生对知识的深入理解和运用,最后起到学习效果。

    在视频学习中,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,学生的学习过程可以在学校和家庭同时进行。“当课堂内外的所有数据都可以被采集,最后又回流到学生本身,这样就能把老师的’教’和学生的’学’有机结合在一起,形成学校和家庭场景的学习闭环,课内和课外学习将有机会整合在一起。”8月底,杨临风在2019世界人工智能大会上发表演讲时表示。

    推开教育普惠大门

    今年8月底,在世界人工智能大会的教育科技主题论坛上,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产品设计。

    这段经历让杨临风坚定了做事情的初心——通过科技改变城乡之间的教育差异。“公益也好,商业公司也好,社会企业也好,这都不是我们的目的。而是正好反过来,我们做教育,是想让优质的教育资源普惠化。”

    一根网线、一部手机、一台电脑……在2500公里外的大栗小学,洋葱数学的AI老师为这所位于云南富源县营上镇的乡村小学打开通往优质教育的大门。

    “学生们过去最“怕”的数学,成了最喜欢的课。因为有了AI,我为他们每个人布置的个性化学习任务,让他们根据自己的水平拾级而上,不仅提升了数学能力,还让孩子们重拾学习的自信。”大栗小学校长李云跃说道。人工智能这样高大上的名词,对于李云跃来说,如今早已稀松平常。

    AI老师改变了乡村教育的困境,这是互联网最大的奇迹。据不完全统计,过去五年时间里,通过与友成基金会等公益机构合作,洋葱所有的教学资源和技术平台无偿地开放给国家级贫困县的乡村教师,目前已经有超过3000所学校的4万多名乡村教师从中受益。

    当真人老师与AI老师相遇,“教“的部分由AI大脑来完成,老师就可以把更多精力放在“育”上,比如探究性思维、自主学习能力、积极乐观的人生态度。

    正如李云跃所说,即便自己的学生不能个个考上大学,但也希望他们日后,“不管在建筑工地上,还是在乡村田野里工作,都能找到适合他们自己发展的道路,释放自己的潜能,以健康向上的心态自信享受属于他们的人生。哪怕是在田地耕田,都可以放声歌唱帕瓦罗蒂《我的太阳》。”

    【教师节感言】

    教师是目光长远的摆渡人,用智慧启迪学生,将他们渡到梦想的彼岸。越是光辉的职业,就越需要强大的后援,洋葱数学希望用人工智能助推教师的专业发展,为学校的教育现代化添砖加瓦,成为教师和学校的坚强支撑。——杨临风

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