乂學(xué)教育-松鼠AI論文入選AERA教育峰會(huì) 探討創(chuàng)新的教育與學(xué)習(xí)方式

美國(guó)時(shí)間4月8日下午，AERA 2019年會(huì)舉行了“數(shù)學(xué)教與學(xué)中的技術(shù)集成應(yīng)用”主題演講。斯坦福國(guó)際研究院高級(jí)數(shù)據(jù)科學(xué)家Sam Wang代表乂學(xué)教育-松鼠AI在這個(gè)主題演講中被邀請(qǐng)介紹了“測(cè)試技術(shù)應(yīng)用：智能教育系統(tǒng)在中國(guó)的有效性研究”（Putting Technology to the Test: Efficacy Studies of an Adaptive System in China），向與會(huì)者描繪了利用互聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)充分利用高水平教育資源，以及提升教育內(nèi)容個(gè)性化的美好藍(lán)圖。

SRI International（斯坦福國(guó)際研究院）高級(jí)數(shù)據(jù)科學(xué)家Sam Wang代表松鼠AI進(jìn)行演講展示

主辦方美國(guó)教育研究協(xié)會(huì)（American Educational Research Association，以下簡(jiǎn)稱(chēng)AERA）是美國(guó)最大的教育行業(yè)協(xié)會(huì)之一，是具有全球影響力的教育行業(yè)學(xué)術(shù)組織，也是最大的國(guó)家跨學(xué)科研究協(xié)會(huì)。該協(xié)會(huì)成立于1916年，致力于提升和傳播教育知識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)者進(jìn)行與教育有關(guān)的調(diào)查研究，并促進(jìn)通過(guò)科學(xué)研究來(lái)改善教育和公益事業(yè)服務(wù)。

AERA年會(huì)是世界上最大的教育研究人員聚會(huì)，每年有超過(guò)14,000名AERA成員和來(lái)自相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)者、政策專(zhuān)家和從業(yè)者參加年會(huì)。AERA的年會(huì)始終聚焦于開(kāi)創(chuàng)性研究和創(chuàng)新的展示，涵蓋從早期教育到高等教育的各個(gè)教育階段領(lǐng)域的研究。

AERA的執(zhí)行董事Felice J. Levine在談到AERA 2019年會(huì)時(shí)說(shuō)：“AERA年會(huì)是一個(gè)

教育研究人員有機(jī)會(huì)共享重要的新發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新的絕好機(jī)會(huì)。這些研究和創(chuàng)新將影響教育實(shí)踐和政策的不斷優(yōu)化和提高。

值得指出的是，AREA 2019年會(huì)包含了多場(chǎng)和數(shù)字化技術(shù)與高階分析相關(guān)的演講。其中福特漢姆大學(xué)心理學(xué)系的教授Charles Lewis所作的“貝葉斯可靠性研究”（A Bayesian Look at Reliability）主題演講，是這次年會(huì)的八大主題演講之一。該主題演講深入探討了貝葉斯分類(lèi)算法在教育行業(yè)應(yīng)用建模時(shí)面臨的可靠性挑戰(zhàn)。Charles Lewis領(lǐng)導(dǎo)的這個(gè)課題研究獲得了AREA 2018年度的E. F. Lindquist Award 大獎(jiǎng)。

Lewis 博士的演講深入淺出的闡述了測(cè)試信度這一重要原理，并且從傳統(tǒng)的角度和Bayesian的角度分別闡述了它們?cè)贑TT和IRT模型中的相似和不同。與此同時(shí)他進(jìn)一步提到，傳統(tǒng)的角度和Bayesian的角度來(lái)看教育學(xué)測(cè)試與測(cè)量理論并無(wú)孰優(yōu)孰劣，但是從不同的角度看這個(gè)問(wèn)題會(huì)讓我們的研究更全面、更深入。

作為中國(guó)教育行業(yè)的先行企業(yè)，乂學(xué)教育-松鼠AI同樣出席了這一教育盛會(huì)，并應(yīng)邀進(jìn)行了“測(cè)試技術(shù)應(yīng)用：智能教育系統(tǒng)在中國(guó)的有效性研究”（Putting Technology to the Test: Efficacy Studies of an Adaptive System in China）的論文報(bào)告演講，得到與會(huì)者的高度關(guān)注。斯坦福研究院的Sam Wang博士向與會(huì)者展示了在不同教學(xué)場(chǎng)景和班級(jí)人數(shù)的情況下，松鼠AI與真人教師教學(xué)效果之間的差異。斯坦福研究院在他們的研究中發(fā)現(xiàn)，不論是在松鼠AI教學(xué)系統(tǒng)在與大班制授課（20-30人）的對(duì)比當(dāng)中，還是在與小班授課（3人左右）的比較當(dāng)中，使用松鼠AI的學(xué)生的成績(jī)都顯著高于對(duì)比組的學(xué)生。

眾所周知，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)對(duì)各個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)產(chǎn)生了顛覆式影響。和其它傳統(tǒng)行業(yè)一樣，教育行業(yè)也開(kāi)始大量引入數(shù)字化手段，以提升教育效果，改善教育資源的使用效率。

顛覆往往是從傳統(tǒng)行業(yè)難以克服的挑戰(zhàn)入手的。我們知道，教和學(xué)是教育活動(dòng)的一體兩面：既要有優(yōu)質(zhì)內(nèi)容，也要有個(gè)性化的學(xué)習(xí)計(jì)劃。而傳統(tǒng)教育行業(yè)則恰恰面臨這兩方面的挑戰(zhàn): 普遍存在的教育資源不均衡和教育內(nèi)容缺乏個(gè)性化。

互聯(lián)網(wǎng)教育革命首先挑戰(zhàn)的就是教育資源不均衡。

地域限制和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同導(dǎo)致各地師資力量差異，很多學(xué)生無(wú)法獲取高質(zhì)量的本地教育資源，這時(shí)“網(wǎng)校”就應(yīng)運(yùn)而生。以可汗學(xué)院，Coursera和國(guó)內(nèi)的新東方在線(xiàn)等多個(gè)集成大量?jī)?yōu)質(zhì)教學(xué)內(nèi)容的MooC（Massive Open online Course）平臺(tái)快速涌現(xiàn)和擴(kuò)張。

但是MooC的這種“網(wǎng)校”模式存在明顯的問(wèn)題。一方面進(jìn)入門(mén)檻低、遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)缺乏約束感、沒(méi)有學(xué)習(xí)社群的支持陪伴，導(dǎo)致學(xué)習(xí)者開(kāi)始學(xué)習(xí)容易，放棄學(xué)習(xí)也比較沒(méi)有“壓力”。另一方面因?yàn)檎n件內(nèi)容統(tǒng)一，無(wú)法對(duì)不同現(xiàn)有知識(shí)結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)能力的對(duì)象提供個(gè)性化內(nèi)容和學(xué)習(xí)計(jì)劃。最終兩方面的原因?qū)е?ldquo;網(wǎng)校”模式的互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)上課程完成率很低，大量學(xué)習(xí)者由于自我約束能力差或者內(nèi)容不合適半途而廢。

隨著個(gè)性化教育需求不斷突出，互聯(lián)網(wǎng)又產(chǎn)生了“一對(duì)一”的遠(yuǎn)程教育方式解決個(gè)性化教育的矛盾。

師生通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)“一對(duì)一”進(jìn)行教學(xué)，的確能夠提供高質(zhì)量且有針對(duì)性的教育服務(wù)。老師能夠根據(jù)學(xué)生的接受和理解程度，適時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，針對(duì)薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)化。但其弱點(diǎn)也是非常明顯的。首先是囿于老師的水平，很多“一對(duì)一”的教學(xué)并不能真正做到個(gè)性化施教，因?yàn)楦咚嚼蠋煹馁Y源畢竟是有限的，大部分“一對(duì)一”的老師只是平均化的教學(xué)水平。其次是“一對(duì)一”的教學(xué)成本非常高，老師在同一時(shí)間只能服務(wù)少數(shù)學(xué)生。

所以歸根結(jié)底，不論是“網(wǎng)校”模式還是“一對(duì)一”模式，都無(wú)法同時(shí)解決教育資源不平衡和教育缺乏個(gè)性化兩個(gè)問(wèn)題。最終從根本上解決這兩大挑戰(zhàn)的就只有引入人工智能（以下簡(jiǎn)稱(chēng)AI）技術(shù)，借助機(jī)器學(xué)習(xí)的能力同時(shí)兼顧高質(zhì)量和個(gè)性化兩方面的要求。

最近幾年AI技術(shù)的成熟讓各個(gè)行業(yè)都開(kāi)始嘗試引入AI能力。美國(guó)等教育產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家在使用AI進(jìn)行個(gè)性化教學(xué)方面取得了很多積極的成果。但亞洲地區(qū)包括中國(guó)，在教育產(chǎn)業(yè)引入AI能力還比較少。

羅馬不是一天建成的，起源于美國(guó)的自適應(yīng)教育，雖然精準(zhǔn)的找到了教育改革的血脈，但是由于系統(tǒng)功能不夠精細(xì)、對(duì)機(jī)構(gòu)的測(cè)評(píng)和教研能力要求極高，過(guò)去一直出于緩慢發(fā)展的過(guò)程中，而在這場(chǎng)AI革命到來(lái)的前夜，AI賦能讓自適應(yīng)教育燃起了新的希望。

基于人工智能技術(shù)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)不僅能夠加大分層力度，每一個(gè)能力級(jí)之間細(xì)微的變化可以真正做到明察秋毫，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)時(shí)情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整下一步的學(xué)習(xí)內(nèi)容和路徑，構(gòu)建更為復(fù)雜的學(xué)習(xí)模型，從而實(shí)現(xiàn)可規(guī)?；膫€(gè)性化教育。

全球最早的AI自適應(yīng)教育公司Knewton已經(jīng)覆蓋2000萬(wàn)北美的學(xué)生，美國(guó)高等教育領(lǐng)域個(gè)性化和自適應(yīng)學(xué)習(xí)產(chǎn)品的最大提供商RealizeIt提供的自適應(yīng)課程超過(guò)4萬(wàn)。

松鼠AI作為中國(guó)教育產(chǎn)業(yè)AI應(yīng)用的先行者，在中小學(xué)教育方面取得了非常引人矚目的成就。

松鼠AI主要針對(duì)中小學(xué)學(xué)生提供人工智能自適應(yīng)學(xué)習(xí)方案和服務(wù)。松鼠AI成功開(kāi)發(fā)了擁有完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、以高級(jí)算法為核心的智適應(yīng)學(xué)習(xí)引擎，松鼠AI智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)模擬特級(jí)教師，可比傳統(tǒng)教育效率提升5到10倍。

松鼠AI的人工智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)主要具有四個(gè)方面的特點(diǎn)：

● 在線(xiàn)教學(xué)和線(xiàn)下培訓(xùn)中心相結(jié)合

核心教學(xué)內(nèi)容在互聯(lián)網(wǎng)上完成、紀(jì)錄并加以分析，線(xiàn)下培訓(xùn)中心創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，提升學(xué)習(xí)的專(zhuān)注度并確保合理的時(shí)間安排

● AI智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)和人工指導(dǎo)相結(jié)合

AI智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)因材施教，拾遺補(bǔ)缺，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并加強(qiáng)薄弱的知識(shí)點(diǎn)，確保知識(shí)結(jié)構(gòu)成體系，有串聯(lián)，無(wú)遺漏。人工指導(dǎo)老師創(chuàng)造小組學(xué)習(xí)氛圍，調(diào)整學(xué)生學(xué)習(xí)心態(tài)，引導(dǎo)和鼓勵(lì)同學(xué)提升學(xué)習(xí)效率

● 全面的知識(shí)圖譜和層級(jí)構(gòu)建的知識(shí)點(diǎn)分層結(jié)構(gòu)相結(jié)合

全景式的知識(shí)圖譜讓學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的覆蓋和知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系了然于胸。多級(jí)分層的知識(shí)點(diǎn)讓學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的層層細(xì)化和最終歸納提高提供了科學(xué)有效的途徑。

● 智能系統(tǒng)中的AI判別技術(shù)

通過(guò)對(duì)學(xué)生知識(shí)應(yīng)用能力的測(cè)試，勾勒學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，通過(guò)基于貝葉斯判別的分析模型設(shè)計(jì)學(xué)生知識(shí)水平提高的最短路徑，并隨時(shí)根據(jù)學(xué)生的反饋進(jìn)行學(xué)習(xí)路徑調(diào)整，獲得最佳的學(xué)習(xí)效率

多年的教育行業(yè)實(shí)踐已經(jīng)證實(shí)，小班教學(xué)對(duì)于提升教育質(zhì)量有非常大的幫助。為了驗(yàn)證松鼠AI系統(tǒng)在教育效果上的提升，松鼠AI組織了相應(yīng)的教學(xué)對(duì)比測(cè)試，以證實(shí)：

1. 松鼠AI的智能系統(tǒng)教學(xué)和優(yōu)秀教師的全班教學(xué)相比教學(xué)效果是否有顯著的提升

2. 松鼠AI的智能系統(tǒng)教學(xué)和優(yōu)秀教師的小組教學(xué)（小組3名學(xué)生）相比教學(xué)效果是否有顯著的提升

松鼠AI選擇了四川地區(qū)某中學(xué)八年級(jí)的163名同學(xué)進(jìn)行了第一個(gè)問(wèn)題的分組對(duì)照實(shí)驗(yàn)。參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生年齡在14-15歲之間。實(shí)驗(yàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)SRI隨機(jī)將這些學(xué)生分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，分別使用松鼠AI智能系統(tǒng)和優(yōu)秀教師教授同樣的內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)組的同學(xué)每人配有專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)。對(duì)照組由四川省獲獎(jiǎng)的數(shù)學(xué)教師擔(dān)任教學(xué)職責(zé)，每個(gè)班級(jí)20-30個(gè)同學(xué)。

在實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組正式開(kāi)始學(xué)習(xí)前，SRI組織了針對(duì)即將學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的考試，以明確學(xué)習(xí)前各個(gè)組當(dāng)前的知識(shí)水平。

測(cè)試完畢后，在接下來(lái)的三天，對(duì)照組和測(cè)試組以完全相同的學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、休息時(shí)間和班級(jí)活動(dòng)時(shí)間表完成5個(gè)小時(shí)零50分鐘的學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)結(jié)束后，SRI再次進(jìn)行了知識(shí)點(diǎn)掌握水平的測(cè)試。測(cè)試試卷由未參與教學(xué)的優(yōu)秀教師設(shè)計(jì)和審閱，包含20個(gè)核心內(nèi)容，共計(jì)100分。

為了避免其它因素的干擾，SRI 還收集了參與測(cè)試同學(xué)的年齡、性別和父母的教育水平等基本信息。

測(cè)試結(jié)果顯示，對(duì)于問(wèn)題1，即全班標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)對(duì)比下，實(shí)驗(yàn)組成績(jī)平均提高1.58分，對(duì)照組成績(jī)平均提高9.11分。通過(guò)協(xié)方差分析可以確定，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組成績(jī)提高的差異在統(tǒng)計(jì)學(xué)上是顯著的。

對(duì)于第二個(gè)實(shí)驗(yàn)，SRI采用基本一樣的實(shí)驗(yàn)方式，選擇了山東省的部分學(xué)生分實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組進(jìn)行了8小時(shí)30分鐘的學(xué)習(xí)。其中小班教學(xué)的學(xué)生人數(shù)為3人。

在分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)前和試驗(yàn)后測(cè)試并進(jìn)行結(jié)果比較得知，實(shí)驗(yàn)組平均分?jǐn)?shù)提高6.96分，對(duì)照組平均分?jǐn)?shù)提高2.45分。通過(guò)協(xié)方差分析可以確定，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組成績(jī)提高的差異在統(tǒng)計(jì)學(xué)上是顯著的。

根據(jù)以上的教學(xué)對(duì)照實(shí)驗(yàn)可以清楚看到，松鼠AI學(xué)習(xí)系統(tǒng)不論是對(duì)傳統(tǒng)對(duì)全班教學(xué)，還是對(duì)學(xué)習(xí)效率很高的小班教學(xué)，都有著明顯的優(yōu)勢(shì)。該優(yōu)勢(shì)一方面體現(xiàn)在成績(jī)的顯著提高，另一方面還體現(xiàn)在不依賴(lài)教師優(yōu)秀的教學(xué)水平上。借助松鼠AI學(xué)習(xí)系統(tǒng)，政府和教育機(jī)構(gòu)能夠快速平價(jià)地把效果最優(yōu)的教育資源推廣到全國(guó)任何能夠接入互聯(lián)網(wǎng)的地方，這將為教育公平、教育效率提升和教育資源高效使用帶來(lái)全新的變化，并為AI技術(shù)全面改造教育行業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

松鼠AI與斯坦福國(guó)際研究院（SRI）在兩年成立了人工智能聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，松鼠AI與SRI聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)注于利用SRI在人工智能和教育技術(shù)方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室目前在三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域進(jìn)行合作研究：1）核心自適應(yīng)教育模型和技術(shù) 2）自然語(yǔ)言處理和語(yǔ)義分析，以實(shí)現(xiàn)虛擬個(gè)性化學(xué)習(xí)助理（VPA）功能，用基于對(duì)話(huà)的界面來(lái)診斷學(xué)生錯(cuò)因和吸取教練和學(xué)生對(duì)人工智能的反饋。 3）多模式綜合行為分析（MIBA）研究，使松鼠AI能夠在智適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境中理解學(xué)生的情感和心理狀態(tài)，并更好地預(yù)測(cè)學(xué)生行為，以及為人類(lèi)教練的干預(yù)，補(bǔ)救和支持的機(jī)會(huì)提供信號(hào)，或者通過(guò)系統(tǒng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行提醒、推薦和放松。

松鼠AI作為中國(guó)最領(lǐng)先的人工智能教育應(yīng)用企業(yè)，通過(guò)積極參與AERA這種全球級(jí)別的教育領(lǐng)域盛會(huì)，向北美的教育專(zhuān)家們介紹了中國(guó)教育行業(yè)的快速發(fā)展和最新的研究成果，同時(shí)也和與會(huì)的北美教育專(zhuān)家，尤其是數(shù)據(jù)科學(xué)和人工智能應(yīng)用的專(zhuān)家進(jìn)行了面對(duì)面的深入交流。

我們相信，借助AERA這樣的平臺(tái)，將有效加強(qiáng)中國(guó)教育行業(yè)發(fā)展和先進(jìn)的教育科技手段在中國(guó)的落地生根。在松鼠AI等人工智能行業(yè)先行企業(yè)等推動(dòng)下，中國(guó)的教育行業(yè)一定會(huì)很快插上人工智能的翅膀。