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AI能否带来全民时代的“因材施教”

孔子在两千年前提出“因材施教”的教育观念,他认为学生千差万别,老师既不能拾优弃劣,也不能良莠不分,而是要善于观察学生,做到心中有数,这样方能因材施教。

而与此同时,当代人工智能技术的发展也催生出一大批“AI+教育”的服务,例如拍照搜题、智能测评等等,教育行业将迎来发展奇点。据CNNIC的数据显示,2020年“AI教育”将带来3000亿的市场规模,在如此庞大的市场潜力下,AI将如何吹响冲锋号角,助力因材施教呢?

本文将对此提出大胆设想。

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教育行业的现状

师者,传道受业解惑也。因材施教的目的就是依靠老师观察学生的能力、性格、志趣等具体情况实行不同的教育。据2018年教育部公布数据显示:全国在校学生人数2.76亿人,全国教师人数1587.83万人,这也就意味着,在假设全部高校只教语数英这三门基础课程的极端前提下,每一个老师至少要同时给50个学生上课。

举两个例子来说明现在教育行业的现状。为了普及义务教育,提高教学效率,老师在教学的过程中,运用统一的教学风格和教学形式,比如语文老师在讲解一首古诗的时候,他只能用一种方法(口述、图像、表演等选其一)向学生介绍古诗的意象。在给学生做练习题目时,老师会选择同一份具有权威性的教材,比如高中的政治老师会让学生去做五年高考三年模拟。

教学方法和练习题册本身并没有问题,但是在没有考虑到学生特性的情况下,将同一套正确的教学方法和同一套权威性的练习题册运用在50个学生身上,这种教育模式就违背了因材施教的原则。

那么,因材施教的原则是什么呢?

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如何实现因材施教

孔子非常了解他的学生,他曾说过:“由也果”、“求也艺”,据此,他评价“由也,千乘之国,可使治其赋也”,“求也,千室之邑,百乘之家,可使为之宰也”。作为教师,在面对不同学生不同个性的教育问题时,应当因材施教,激发学生的潜能,才能让学生获得更好的发展。

然而现代的教育受限于师资力量薄弱等因素,在很多环节未能遵循因材施教的原则。下文将举例说明如何从“教-学”和“测-评-练”环节对学生进行因材施教。

学习特点

第一,老师在教学时,要善于从各个方面分析学生的学习特点,这样才能了解每个学生独特的思维和认知。例如有学生在思考几何问题时非常顺利,但在英语单词的记忆和表达上存在问题,就说明该学生的抽象思维能力较强,而语言能力和机械识记能力较弱,对其使用的教学方法应更偏向于抽象式。

差生原因

第二,老师在分析学生成绩差的原因时,要考虑到自己的教学水平是否符合学生的思维水平,自己的教学风格是否符合学生的认知风格,还有学生的学习动机是否受到影响等因素。例如有的同学成绩差是因为听不懂老师上课讲的知识点;有的是因为继时性认知风格和教师的同时性教学风格不匹配;有的则是因为被同学孤立而不想学习。具体问题具体分析,只有对症下药,才能有效提高学生的学习成绩。

认知风格

第三,老师要善于发现学生的认知风格,并在教学的过程中,有针对性地调整自己的教学风格。比如老师发现有的同学回答问题反应快,但是精准性差,不能全面细致地分析问题的各种可能性,不管正确与否就急于表达出来,属于冲动型认知风格;而有的同学回答问题反应慢,但精确性高,总是把问题考虑周全以后,再作反应,属于沉思型认知风格。认知风格是能力在运用过程中的某种偏好方式,任何认知风格都不会适用于所有的知识学习,一个个体也不可能只拥有一种认知风格。这就要求教师能够因材施教,使自己的教学风格和学生的认知风格相符合。

学习策略

第四,老师在教学的过程中,不仅要自己分析和掌握学生的认知风格,而且要指导学生了解自己的认知风格,并使其转化成为学习策略。例如教师在教导冲动型认知风格的学生时,要使其领悟自己认知风格的特点是在完成需要做整体型解释的学习任务时有优势,而在完成需要对细节做分析的学习任务时有劣势。一旦学生意识到了其认知风格的优势和劣势,在老师的指导下,当处理阅读、推理问题时,就会主动将整体加工方式调整为细节性加工方式。

练习题册

第五,教师必须认识到每一个学生都应该有属于自己学习进度和思维方式的练习题册,这样才能有的放矢,补齐学生的学习短板。例如擅长序列但不擅长立体几何题目的学生应该多练习几何类型的题目;而擅长曲线函数但不擅长序列题目的学生应该多练习序列的题目。老师只有找到学生的真正薄弱知识点,有针对性去讲解辅导,才能有效提高学生的成绩。

综上所述,教师可以通过总结每个学生不同的学习特点、分析不同学生成绩差的原因、配合每个学生不同的学习风格、引导学生调整学习策略、针对学生的薄弱知识点对学生进行教辅练习等方面对学生进行因材施教。

每一个学生的学习情况和思维方式都不尽相同,如何对学生进行一个全面的分析是因材施教中最重要的一个环节,其中最简单粗暴的一种方式就是对学生做测试。

在学生做题的过程中,有三种参数,能够较为直观地反映出学生的学习状况,分别是时间、步骤和正确率。时间包括完成一张卷子的时间、完成每道题的时间、甚至细化到完成每道题的每个步骤的时间。步骤包括解题步骤和删改情况。正确率包括试卷的分数、题目的正确率甚至步骤的正确率。老师通过分析这些数据,了解每个学生的学习状况和思维方式,进行因材施教。

如何通过这些参数对学生进行分析判断,下文将做具体说明。

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AI赋能因材施教

孔子在教育实践中,特别注重学生之间的个体差异,这些个体差异包括了年龄、出身、智力、性格、气质、才能等等。他经常通过谈话、观察了解学生的志向、思想、言行,从中进行分类、归纳。

因此,教师必须重视发现学生的学习特点、学习风格,分析学生成绩差的原因,引导学生针对性地调整学习策略,针对学生薄弱知识点进行教辅等等方面,才能达到因材施教的目的。其中,对学生进行全面的分析是最重要的环节,本文选择了最直接的一种方式——分析学生各门科目的测试卷。

接下来,文章将介绍三个事例来谈一谈具体的方法,以及人工智能,这项专门用于模拟、延伸和扩展人的智能的技术科学,它将如何助力教育行业实现因材施教。

例一

同学A的历史测试卷中,关于分析“中国从传统的中央集权到近代的地方分权所产生的影响”一题中,遗漏了“导致近代中国军阀分裂割据局面的出现”这一知识要点,说明该同学在关于北洋军阀统治时期的知识点薄弱。

例二

学生B完成一道立体几何大题花了7分钟,得到12分满分,且步骤简便。而班级平均花在这道题上的时间是11分钟,满分率30%,推测其抽象思维能力可能比较强。但在英语测试卷中,单词填空的正确率只有50%,而班级正确率在80%左右。推测其语言能力和机械识记能力可能比较弱。

例三

同学C的数学测试卷中,选择题目满分,而解答题目得分率只有60%,丢分的原因有证明题的关键步骤漏写、只考虑了a=1但是没有考虑a=-1的情况等等。同时,同学C的英语阅读理解的分数很差,低于班级平均分,说明该同学很有可能属于冲动型认知风格。

这些分析推理的步骤看似简单,其实背后需要进行大量的数据整理和文本分析,对于已有紧张教学任务的老师来说,将会是沉重的负担,我们不禁思考,在这个科技不断发展的时代,人工智能技术是否能够代替人类接过这杆旗帜,助力教育行业实现因材施教?

答案是肯定的。

在上篇文章《AI将在司法流程中扮演怎样的新角色》,我们提到了RPA技术,它的功能是将业务高频、大量、规则清晰,人工操作重复、量大、时间长的任务自动化。接下来,我们同样要运用到这个技术,介绍AI+RPA是如何对学生的学习情况和思维方式进行分析的。

下面,文章将就上文提到的三个例子,具体说明AI+RPA如何完成对同学A、同学B、同学C做分析的过程。

例一

AI对同学A的历史试卷进行批阅分析,在对某一小题的回答进行观点提取和关键词分析时,发现缺少了“军阀分裂割据”的关键词和“导致近代中国军阀分裂割据局面的出现”的观点提取,RPA将这一分析结果输出:同学A在学习关于北洋军阀统治时期的知识点薄弱。

例二

RPA将同学B做数学试卷题目过程中的时间和删改情况记录下来,其中同学B花在某道立体几何大题上的时间为7分钟,且做题过程没有任何删改情况。同时,RPA也将记录全班同学在这道题上花费的时间,计算出平均时间为11分钟。AI通过检查同学B对这道题的解答步骤与参考答案相似,且最终答案与参考答案相同,判断同学B这道题得分满分12分。同时,AI批阅全班同学在这道题上的得分情况,计算出班级平均满分率为30%。最后AI通过文本聚类等方法将这道题归于抽象思维类别,并且得出结论:同学B在抽象思维类别题目上的解答时间短、正确率高、没有删改情况,同学B抽象思维能力较强。

例三

RPA将同学C做数学试卷题目过程中的时间和删改情况记录下来,其中,选择题的时间为25分钟,且没有删改情况,正确率为100%;解答题的时间为60分钟,有多次删改情况。同时,RPA也计算出全班同学在选择题上花费的平均时间为36分钟,平均正确率为70%,在解答题上花费的时间为42分钟。另外,AI批阅解答题时,发现有证明题的关键步骤如“直线BP属于平面ABC”等没有出现,有解答只出现了“当a=1时……”,而没有出现“当a=-1时”,AI通过文本聚类将这些丢分原因归类于“缺少关键步骤”和“缺少假设情况”。最后计算出同学C在解答题的得分率为60%,班级平均在解答题上的得分率则为80%。最后AI通过知识图谱做出判断:同学C选择题的正确率高、时间短、无删改情况,而解答题得分率低,时间长、有多次删改情况,且解答题丢分原因为“缺少关键步骤”和“缺少假设情况”,同学C有可能属于冲动型认知风格。

AI+RPA能够通过分析学生做题过程的时间、步骤及正确率对学生的知识点掌握水平、思维方式及认知风格等方面做出分析判断,在经过多个测试数据不断地分析判断后,结论会越来越精确,从而为因材施教提供重要参考。如以上三个案例,教师通过AI+RPA的批阅评估后,立刻得知同学A在关于北洋军阀统治时期方面的知识点薄弱,对同学A单就这块知识进行辅导,并布置相关练习题作业加强巩固。同样,在知道同学B 更偏向抽象思维时,对其教学方式也应适当调整为抽象式。针对同学C的冲动型认知风格,教师在教学时应该有意识做出调整,争取能够使自己的教学风格和同学C的认知风格相匹配,同时,也应引导同学C意识到自己认知风格的优势和劣势,以期在面对不同知识时可以做出调整。

本文提出的设想是:未来的教育将尊重个体,发掘个体潜力,促进个体全面发展,而人工智能技术将在其中发挥着关键性的作用。AI将会通过分析学生做题过程中的时间、步骤、正确率等参数对学生的思维模式、认知风格和薄弱知识点等方面做一个全面的评估,然后教师根据这些评估对学生进行有针对性的教学,不管是对不同学生的薄弱知识点进行单独教辅,还是使自己的教学风格与每个学生的不同认知风格相匹配,都是为了实现全民时代 “因材施教”的愿景。

而这将使整个教育行业往更高质量的方向发展。

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20190916A0F0YE00?refer=cp_1026
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