詹妮弗·特納(Jennifer Turner)的代數(shù)課曾一度讓人昏昏欲睡，她的許多學(xué)生都難以保持清醒。

如今，新技術(shù)的出現(xiàn)，包括使用人工智能驅(qū)動(dòng)的程序來輔助教學(xué)，學(xué)生們開始變得變得活躍起來，注意力也更加集中了。

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詹妮弗·特納是一位來自新澤西州休厄爾市格洛斯特縣基督教學(xué)校的代數(shù)老師。她使用Bakpax平臺(tái)，可以閱讀學(xué)生的筆跡和自動(dòng)批改作業(yè)，她還為學(xué)生布置講座，讓他們?cè)诩視r(shí)在線觀看。使用該平臺(tái)為現(xiàn)年41歲的特納太太提供了更大的靈活性，她可以在課堂上進(jìn)行互動(dòng)練習(xí)。

特納太太說：“有了Bakpax，今年家庭作業(yè)的成績好多了，學(xué)生們興高采烈地來到我的房間，告訴我他們喜歡數(shù)學(xué)，這是我平時(shí)聽不到的。”

多年來，人們一直試圖通過人工智能對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)行重構(gòu)，但是直到過去七年的機(jī)器學(xué)習(xí)革命，才真正取得了進(jìn)展。慢慢地，算法進(jìn)入課堂，取代了重復(fù)性的工作，例如評(píng)分;優(yōu)化課程以滿足學(xué)生的個(gè)性化需求，并徹底顛覆了大學(xué)入學(xué)考試(如SAT)的準(zhǔn)備工作。大量的在線課程和輔導(dǎo)也使教師從授課中解放出來，并允許他們?cè)谡n堂上花時(shí)間與學(xué)生一起解決問題。

雖然這種趨勢(shì)正在幫助像特納太太這樣的人教書，但它才剛剛開始。研究人員正在使用人工智能來了解大腦是如何學(xué)習(xí)的，并將其應(yīng)用到他們希望能使學(xué)生學(xué)習(xí)更容易、更愉快的系統(tǒng)中。以機(jī)器學(xué)習(xí)為動(dòng)力的系統(tǒng)不僅可以跟蹤學(xué)生的進(jìn)步，發(fā)現(xiàn)他們的弱點(diǎn)，并根據(jù)他們的需要提供內(nèi)容，而且很快就會(huì)融入類似人類的界面，學(xué)生們可以像老師一樣與之交談。

“我認(rèn)為，教育將成為深度學(xué)習(xí)的殺手級(jí)應(yīng)用，”加州拉荷拉市索爾克生物研究所計(jì)算神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人、神經(jīng)信息處理系統(tǒng)基金會(huì)(Information Processing Systems Foundation)主席特倫斯·塞伊諾夫斯基這樣說道。據(jù)悉，這個(gè)基金會(huì)每年都會(huì)舉辦全球最大的機(jī)器學(xué)習(xí)會(huì)議。

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眾所周知，最好的教育是由經(jīng)驗(yàn)豐富的教育者一對(duì)一提供的。但這是昂貴的且是勞動(dòng)密集型的，無法大規(guī)模量化，而現(xiàn)在，AI有助于解決這一問題。

第一個(gè)計(jì)算機(jī)輔導(dǎo)系統(tǒng)出現(xiàn)在1960年代，它以短段形式展示資料，在學(xué)生瀏覽資料時(shí)向他們提問，并提供相關(guān)答案的即時(shí)反饋。由于它們價(jià)格昂貴，并且計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)非普及，因此它們很大程度上局限于研究機(jī)構(gòu)。

到1970年代和1980年代，系統(tǒng)開始使用基于規(guī)則的人工智能和認(rèn)知理論。這些系統(tǒng)引導(dǎo)學(xué)生完成問題的每個(gè)步驟，并從專家知識(shí)庫中給出提示。但是基于規(guī)則的系統(tǒng)失敗了，因?yàn)樗鼈儾豢蓴U(kuò)展——因?yàn)榫幊檀罅康念I(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)既昂貴又乏味。

從那時(shí)起，大多數(shù)計(jì)算機(jī)教學(xué)系統(tǒng)都是基于決策樹，引導(dǎo)學(xué)生通過一條由其表現(xiàn)所決定的預(yù)設(shè)編程的學(xué)習(xí)路徑——如果他們答對(duì)了問題，他們就會(huì)被送到一個(gè)方向，如果他們答錯(cuò)了問題，則會(huì)被送到另一個(gè)方向。這個(gè)系統(tǒng)看起來像是在適應(yīng)學(xué)生，但實(shí)際上它只是引導(dǎo)學(xué)生沿著預(yù)設(shè)的路徑前進(jìn)。不過，機(jī)器學(xué)習(xí)革命正在改變這種狀況。

今天，學(xué)習(xí)算法揭示了大量數(shù)據(jù)中的模式，這些數(shù)據(jù)是關(guān)于學(xué)生過去在材料上的表現(xiàn)，并相應(yīng)地優(yōu)化了教學(xué)策略。當(dāng)學(xué)生與系統(tǒng)交互時(shí)，它們會(huì)適應(yīng)學(xué)生的表現(xiàn)。Bakpax要求老師通知家長如何使用孩子的數(shù)據(jù)，當(dāng)然家長也可以選擇退出。不過Bakpax和其他公司表示，他們會(huì)隱匿身份信息，并加密他們收集到的數(shù)據(jù)。

研究表明，這些系統(tǒng)可以大大提高學(xué)生的成績，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)班級(jí)的水平，甚至超過那些接受人類老師指導(dǎo)的學(xué)生所達(dá)到的水平。AI老師表現(xiàn)更出色的部分原因是計(jì)算機(jī)比人類更有耐心，而且往往更具洞察力。

機(jī)器學(xué)習(xí)在教學(xué)中的最早商業(yè)應(yīng)用之一是Knewton公司，該公司由私人教育機(jī)構(gòu)Kaplan的前高管Jose Ferreira創(chuàng)立。Knewton使用多種學(xué)習(xí)算法來評(píng)估學(xué)生，并根據(jù)學(xué)生的需要來匹配材料。

費(fèi)雷拉(Ferreira)先生說：“經(jīng)過幾個(gè)問題，我們可以很快找出您所處的水平以及最佳的教學(xué)內(nèi)容。” “您使用該系統(tǒng)的次數(shù)越多，我們獲得的檔案越好，我們就可以為您提供越來越好的內(nèi)容。”

盡管如此，Knewton還是陷入了財(cái)務(wù)困境，2019年5月被賣給了教育出版商Wiley。費(fèi)雷拉說，Knewton的問題不是因?yàn)槠浼夹g(shù)不起作用，而是因?yàn)樵摴緡?yán)重依賴一個(gè)客戶，這個(gè)客戶后來放棄了Knewton，轉(zhuǎn)而支持內(nèi)部系統(tǒng)。于是，51歲的費(fèi)雷拉先生離開Knewton后創(chuàng)立了Bakpax。

Bakpax的核心是一個(gè)計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)，可以將手寫內(nèi)容轉(zhuǎn)換為文本并解釋學(xué)生的意思。有趣的是，該系統(tǒng)的自動(dòng)分級(jí)機(jī)會(huì)自學(xué)如何評(píng)分。

費(fèi)雷拉說：“你不用交作業(yè)，只需在手機(jī)上拍照，幾秒鐘后我們就能告訴你哪些是對(duì)的，哪些是錯(cuò)的。”。“我們甚至可以告訴你，對(duì)于那些你做錯(cuò)的題目，正確的答案是什么。”

特納太太表示，她的學(xué)生喜歡這種即時(shí)性。該系統(tǒng)還可以隨著時(shí)間的推移收集數(shù)據(jù)，使教師可以查看某個(gè)班級(jí)遇到的問題或?qū)⒛硞€(gè)班級(jí)與另一個(gè)班級(jí)的表現(xiàn)進(jìn)行比較。費(fèi)雷拉說：“目前，所有這些信息都蘊(yùn)含著巨大的力量，而實(shí)際上，它們每天都被扔進(jìn)垃圾桶。”

毫無疑問，機(jī)器學(xué)習(xí)解決方案正在進(jìn)入規(guī)模達(dá)數(shù)十億美元的全球行業(yè)考試備考市場。韓國初創(chuàng)企業(yè)Riiid正在使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，他們自行學(xué)習(xí)以達(dá)到指定的目標(biāo)——力圖最大化學(xué)生在給定時(shí)間限制內(nèi)達(dá)到目標(biāo)分?jǐn)?shù)的概率。

Riiid聲稱，僅學(xué)習(xí)20個(gè)小時(shí)，學(xué)生就可以將其分?jǐn)?shù)提高20%或更多。他已經(jīng)將機(jī)器學(xué)習(xí)算法納入了為學(xué)生準(zhǔn)備英語水平測(cè)試的項(xiàng)目中，并為SAT引入了備考項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2020年進(jìn)入美國。

更多的變革性應(yīng)用正在開發(fā)中，這可能會(huì)徹底改變教育。硅谷的一家初創(chuàng)公司Acuitus借鑒了過去50年的教育經(jīng)驗(yàn)，包括認(rèn)知心理學(xué)、社會(huì)心理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、語言學(xué)和人工智能等方面的經(jīng)驗(yàn)，正在研究創(chuàng)建一個(gè)數(shù)字導(dǎo)師，據(jù)稱這個(gè)數(shù)字導(dǎo)師可以在幾個(gè)月內(nèi)培訓(xùn)出一個(gè)專家。

Acuitus的系統(tǒng)最初是由國防部的國防高級(jí)研究計(jì)劃局資助的，最初是用于培訓(xùn)海軍信息技術(shù)專家。該公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官約翰·紐柯克(John Newkirk)表示，Acuitus專注于教學(xué)概念和理解。

該公司已通過信息技術(shù)課程教授了近1,000名學(xué)生，并且該系統(tǒng)處于原型教學(xué)階段，該系統(tǒng)將教授代數(shù)。Newkirk博士說，底層的AI技術(shù)與內(nèi)容無關(guān)，可以用來教授所有STEM學(xué)科。

紐柯克博士把今天的AI教育比作萊特兄弟早期的飛行實(shí)驗(yàn)，證明這是可以做到的，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是十年或二十年后便能實(shí)現(xiàn)的事情。

世界仍將需要學(xué)校、教室和教師來激勵(lì)學(xué)生，并教授學(xué)生社交技能、團(tuán)隊(duì)合作精神以及諸如藝術(shù)、音樂和體育等軟學(xué)科知識(shí)。

有人說，人工智能輔助學(xué)習(xí)，最大的挑戰(zhàn)不是技術(shù)，而是來自需要維持現(xiàn)狀的那些官僚層面的壁壘。“每一步都有把關(guān)人，”Sejnowski博士說道。

于是，他與密歇根州奧克蘭大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)工程師Barbara Oakley共同創(chuàng)建了一個(gè)大規(guī)模的在線在線課程，也就是MOOC，名為“Learning How to Learn.”

他說，通過使用機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)，新的教育技術(shù)將繞過把關(guān)人，直接進(jìn)入學(xué)生的家中。“家長們發(fā)現(xiàn)，他們可以通過互聯(lián)網(wǎng)，為孩子們提供比在學(xué)校更好的教育課程。”

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