自适应学习:人工智能时代的教育革命
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2.1.1 自适应学习的国际发展:巨头纷纷抢滩自适应学习

在国外自适应学习行业中,规模与影响最大的企业是总部位于纽约的Knewton,该公司的自适应学习平台早已在为多家出版商提供数学、英语与生物学学习系统。2011年,Knewton获得投资3300万美元,估值达1.5亿美元。如今,据传该公司的估值已经翻了好几倍。

而公司总部位于华盛顿州贝尔维尤的Dream Box公司2011年才开始向学校销售产品,到2015年,该公司的自适应学习产品已经有150万名学生在使用。

随着个性化学习的观念在教育者中不断普及,自适应学习这个术语在教育科技圈子里被经常提及,越来越多的厂商宣布其产品具备“自适应学习”能力。

教育行业中一部分规模最大的巨头显然也注意到这种趋势。

多年以来,霍顿·米夫林哈考特(Houghton Mifflin Harcourt)、培生(Person)与麦格劳-希尔利(McGraw Hill)等教育出版集团,利用他们在教育出版市场中的统治地位来保护其价值数十亿美元的教科书业务。如今,他们则不得不以越来越大的力度转向拥抱教育科技,尤其是自适应学习。

位于波士顿的大型教科书出版商Mifflin Harcourt不仅收购了Scholastic的科技部门,而且还研发自己的自适应学习软件,即一款叫Fuse的在iPad上使用的数学工具。该工具界面会因每位学生的“学习方式”而有所不同:偏重视觉体验的用户,为其多提供些视频;好动学生的界面上,会多些游戏,等等。而培生教育集团出售了《金融时报》与《经济学人》,以便把更多精力放在教育上,培生教育集团的Success Maker也有近300万用户。

在自适应学习的市场中,麦格劳-希尔独立出来发展的教育事业部似乎处于有利地位。该教育事业部多年来一直在致力于发展自适应产品,其中一部分是自主研发的,还有一部分是收购而来的,已经有超过400万名学习者在运用SmartBook与ALEKS等产品。该公司首席数字官史蒂芬·拉斯特表示,ALEKS是一款开发耗时20年的数学学习产品。凭借14亿美元的收入与10亿美元的利润,以及未来上市的概率,麦格劳-希尔能够承担得起帮助学校成功实行自适应学习所需要的巨额投资。

在这个巨头布局圈地、小公司开拓创新的市场中,最好的可能是自适应学习圈子里开始流行起来的一种新的务实精神:没人再虚论用科技取代老师,甚至没人再关注科技本身提升考试分数的能力。

而在美国公立学校中,总是面临着控制学校运营成本、提高学生成绩的压力,它们特别能接受这类产品的创新。目前,他们正被一些政府项目和颇有影响力的非营利组织的项目支持与激励着,这些项目注重教育标准和成绩考核指标与软件设计的方向一致性。事实上,此类数字平台正快速被大众接受。Book Industry Study Group商业小组的一项调查发现,2014年,至少上过一堂在线平台课程的大学生仅为10%。2017年,这个数字骤升至40%。

1. IBM准备用“Watson”这台超级计算机革新自适应学习

谷歌AlphaGo挑战世界围棋冠军李世石的“人机大战”令人工智能概念在2016年着实火了一把,但走在技术前沿的却不止谷歌。

实际上,IBM公司的Watson的成名还要早于AlphaGo。早在2011年,Watson在美国著名的问答类电视节目《Jeopardy!》上用自然语言参与深度问答,因战胜了人类冠军选手而一战成名。当时,该事件与1997年“深蓝”战胜国际象棋大师卡斯帕罗夫相提并论,科技界内认为是人工智能历史上的一个里程碑。

IBM公布的资料表明,Watson具备理解自然语言,能够从非结构化的数据中提取信息,并且拥有智能的逻辑思考与以证据为基础的学习能力。IBM一直致力于让Watson成为有实用价值的智能产品,并且在2014年将其应用于大众。如今,IBM把Watson的“能力”构建计算接口,除深度问答以外,还包含关系抽取、知识定义、情绪分析、正负判断以及权衡分析等在内的IBM Watson API数量超过50个,运用在医疗、教育、零售等多个领域,例如和医疗机构在肿瘤诊断识别上开展协作研究,为梅西百货的顾客提供个性化服务等。

而在2016年10月,IBM宣布与培生教育集团结成全球性的教育联盟,将IBM旗下认知计算平台“IBM Watson”的能力提供给培生教育集团服务的数百万的学生与用户。

IBM方面承诺,Watson将能给每个学生提供增强型的个性化学习体验,学习者只需使用自然语言提出问题,就能够及时获得帮助,就像他们向教授当面请教一样。更重要的是,老师还能通过系统了解学习者的学习状况,以此更好地管理整个课程,并且为需要更多指导的学习者提供帮助。

例如,当学习者在备战生物学考试时遇到困难,就可询问嵌入在培生教育集团课件中的Watson。已“学习”了培生教育集团全部学习材料内容的Watson会根据学习者学习过程中提出的问题,及时做出反应。作为“虚拟导师”,Watson还将记录学习者的学习信息并评价学习者的问题和答案,通过提示、反馈、解释等方式为他们识别出常见错误并提供指导,直到他们学会了这个知识点为止。

听起来,这会是一个教育领域的语音问答助手,但Watson还远不止如此。

依据IBM和培生公布的信息,Watson将为培生教育集团的学习产品带来特定教育问题的诊断与纠正功能。学习者能够在特定主题下和Watson展开实时对话,在和学习者对话时,Watson可不断评价学习者的反馈,提供指导并识别出常见错误。另外,Watson还能告诉学习者如何完善现有知识体系,通过向他们提问检查他们对知识的理解程度,明确指出他们在哪些方面取得了进步,在哪些部分仍需努力。

从长远来看,Watson代表的认知计算智能和自适应学习理论相结合,会为教育带来让人激动的转变。IBM表示:“人们很早以前便有了通过自适应学习系统来提供个性化教育的想法。但目前的大部分系统只能通过多选题与填空题等方式来考查学习者的理解力,因而非常片面。基于Watson的自适应学习技术选用的是自然语言的对话方式,能更人性化地帮助学习者学习课题资料。”尽管没有提到Watson对非结构化内容处理能力的使用,但其前景足以让人期待。

2. DreamBox:以“游戏”为主的儿童数学自适应学习工具

DreamBox Learning是一款游戏形式的,针对K-8(幼儿园到八年级)数学教学内容的自适应学习工具。

DreamBox成立于2006年,目前支持个人计算机和iPad端,提供从幼儿园到小学五年级的在线学习服务,并能够实现自适应学习。根据学生的个体情况不同,通过算法分析为学生提供相适应的数学课程等。系统中每个学生的行为都被记录下来,并以此作为学生基础数学理解能力的依据,提供给自适应学习系统进行机器学习。以这样的方式,为数以百万计的学生提供个性化的学习路径,针对每一个学生的特殊情况给出不同的方案。学生在玩数学游戏的同时,该工具的分析系统将根据学生在游戏中的表现,不断调整游戏进程的学习内容,并可为老师、家长和学校管理者生成分析报告。

学校和老师如何确保学生拥有最佳的数学学习能力?

教师需要帮助和指导学生掌握最有效的学习技巧,而DreamBox的智能自适应学习环境可以使所有的学生在学习课程中达到最佳的学习效果。DreamBox数学课程分为三个阶段,每个阶段都符合国家教育标准,帮助每个学生学习最基础的课程。

儿童学习数学最关键的是通过虚拟教具让学生学会如何运算、熟悉计算规则和加深理解数学概念。

教学方式不同会导致学生的学习质量不同,通过互动式的教学方式可以提高儿童的学习兴趣和成就感。学生与老师、父母三者通过理解、沟通、辅助达到一个寓教于乐的学习氛围。DreamBox数学成就学生学习的能力,使他们有一个良好的数学基础。

DreamBox的CEO Jessie Woolley Wilson认为,DreamBox的商业模型成立的原因在于现在的学生使用计算机,iPad的时间大大增加,同时家长也希望孩子能学到更多的计算机技能,这给DreamBox们制造了机会。

DreamBox Learning可以自动适应用户学习进度的在线学习,提供了500多个在线数学课程、谜语、游戏及其他形式的学习内容。同时还以每个学生的学习行为作基础进行当前数学能力评估,然后以最适当的方式去提示和指导学生向正确的方向努力。同时,该网站还为老师提供评估工具,用以掌握学生的理解能力与水平。这其中包括,老师将获得一份针对自己每个学生学习情况的详细报告,包括对自己班上所有学生的总体情况概览。

当学生进入DreamBox系统后,他们可以为即将进行的学习游戏自主选择主题、角色和故事线。系统也会依据实时的游戏数据为学生提供辅助性个性化的学习计划。如果一位学生总是在一个地方犯错误,从而导致无法晋级游戏的下一关,系统也将给他相应的提示。

与此同时,DreamBox还根据学生对知识掌握的程度,将其分成不同的学习小组,以方便老师进行小组化的课后辅导。学校和学区的管理人员也可以通过该系统管理端获知每个学校具体的教学情况。

美国加州圣何塞的三所政府特许学校(charter school)让全体一年级学生使用DreamBox自适应内容工具进行数学学习。根据2011年对该工具的研究报告得出,学生通过使用该自适应内容,数学成绩在数据上有了显著提高,可以证明此自适应工具有潜在的积极效果。

从2011年以来,DreamBox的学生已经比前一年同期增加了一倍,目前,有150万活跃学生用户,在2014—2015学年,DreamBox为哥伦比亚州提供了超过50个星期学时的150万节K-8阶段课程。

据DreamBox公布的数据,目前平台上的学生用户自2011年来,每年都以成倍的速度增长,用户达到150万。同时,平台上有来自美国50个州共7.5万名教师,每日管理超过100万堂数学课。其中一部分适用于K-2(幼儿园到二年级)的低年级学生,另外一部分课程适用于三年级到五年级的学生。

此前,DreamBox曾获得来自Netflix CEO Reed Hastings领投的两轮融资,累计已经获得4550万美元。2015年9月1日,DreamBox Learning又获得B轮1000万美元融资,该轮投资由Owl Ventures领投,Tao Capital Partners跟投。

DreamBox方面表示,这笔融资将用于自适应平台的升级,加快产品创新,将学生的学习数据及时传送到教师以及区域管理者处,并将扩展到教学服务内容,增强其教育框架以及为地区和州报告学生数据,每小时内每个学生储存5万个以上数据,最终希望培养学生对数学的理解。

3. 探索自适应学习,惠普发布智惠教育全方案

2016年5月,在第70届中国教育装备展上,惠普公司发布旨在支持与提升21世纪中国学校教学发展的全新整体教育解决方案——惠普智惠教育全方案。该方案包含自适应学习部分。

惠普公司个人信息产品部总经理周信宏表示:“在惠普,我们相信每一个学习者都应当有机会成为一个有创造力的个体,而不是同一系统生产的标准化产品。惠普的使命是改善老师与学习者的学习工具,使其实现‘去标准化’的学习,为此带来更为独特的——灵活、协作与动态化的教育体验。”

惠普智惠教育全方案是一套兼具数字工具、软件以及知识的整体解决方案,基于Windows设备设计,旨在提供更为灵活、个性化学习的解决方案。智惠教育全方案把教育软件打包预装在相应的惠普硬件设备中,这使得老师在课堂上可以轻松管理学习者硬件设备、监控学习者学习进度。智惠教育全方案,包含教学管理平台、英语教学、自适应学习、数学实验四部分,并且和第三方软件制作商协作开发了3D教学及心理评价训练,形成稳定多元的教学生态系统。

其中自适应学习平台FishTree由惠普和ISV协作开发。该平台由高级课程提供商聚合并且检索在线教育资源,支持数百种全球在线教育资源。通过对平台端收集到的大数据进行解析,分析每个学习者独特的学习方式,并据此形成相应的自适应学习方案。例如,为阅读型学习者提供多种文字材料。为图像记忆型学习者多提供视频学习材料,并且可将学习者的学习进度同步到教师界面,教师可以直接进行教学干预或提出建议,从而使学习更为高效。