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人工(gōng)智能(néng)進校園,如何實現“目中有人”?

2020/12/12 9:23:06
爲什麽需要AI系統組建的“學校大腦”?


從前,最容易讓我們迷路(lù)的地方,是月(yuè)黑(hēi)風高(gāo)、野獸出沒的荒郊野嶺;


現在,最容易讓我們迷路(lù)的地方,是燈火通(tōng)明、人來人往的街頭鬧市(shì)。


這段話讓我想到(dào)了教育的現狀:

改革從未止步,理念層出不窮,但誰都無法解釋清楚教育領域諸多(duō)焦慮的本質,就(jiù)像站(zhàn)在一(yī)個燈火通(tōng)明的教育廣場,卻迷失了方向。面向未來,到(dào)底應該爲國家、社會培養怎樣的公民(mín)和人?

我和我的老師們認爲,教育有自(zì)己的社會屬性,有自(zì)己的使命。

以前的教育關注的是群體,是宏觀的曆史演進,如今的教育更需要關注的是個體,是微觀的價值突圍。教育要成就(jiù)每一(yī)個人,并讓其獲得生(shēng)命意義的圓滿。

這樣,我們又(yòu)回到(dào)了因材施教的話題上(shàng)。因材施教的重大意義就(jiù)是使教育真正做到(dào)“目中有人”,看(kàn)到(dào)教育對象的個體差異性。

于是,我們所在的建蘭中學走向了一(yī)條不同的探索之路(lù),也就(jiù)是近三年(nián)我們一(yī)直著(zhe)手建設的“學校大腦”。進一(yī)步說“學校大腦”之前,我們先說說與其誕生(shēng)有著(zhe)密切聯系的杭州“城(chéng)市(shì)大腦”。

“城(chéng)市(shì)大腦”的總架構師王堅院士曾說:“世界上(shàng)最遙遠的距離是紅綠燈跟交通(tōng)監控攝像頭的距離,它們都在一(yī)根杆子上(shàng),但是從來就(jiù)沒有通(tōng)過數據被連接過。”因爲它們之間的數據沒有打通(tōng),攝像頭不能(néng)通(tōng)過向信号燈賦能(néng)來緩解道路(lù)擁堵的問題。

此外,也很少有人去真正了解交通(tōng)擁堵的原因。線索其實就(jiù)在數據中:比如,杭州的車輛保有量約爲280萬輛,日常的某個一(yī)瞬間,僅有約20萬輛車出現在城(chéng)市(shì)道路(lù)中,高(gāo)峰期則有30萬輛。然而,人們多(duō)是去研究280萬輛車,而不是研究高(gāo)峰期時較日常時多(duō)出來的10萬輛。

其實這樣的現象同樣發生(shēng)在教育中。假設我們的老師是“攝像頭”,學生(shēng)也許就(jiù)是身旁的“信号燈”,兩者的距離有時也非常“遙遠”;孩子從幼兒園到(dào)大學,會學習許多(duō)知識點,就(jiù)像這280萬輛車,但我們老師應該真正要研究的,應該像道路(lù)上(shàng)多(duō)出來的10萬輛車,是那些學生(shēng)感興趣的、适合他的部分。

其實,科技(jì)的邊緣就(jiù)是教育創新的邊緣,數據能(néng)夠改變城(chéng)市(shì),數據也能(néng)夠改變學校。

如何讓學習的每個細胞
閃爍意義之光(guāng)?

王堅院士曾來到(dào)我們學校開設了一(yī)個講座:《讓數據替學生(shēng)做題目》。他說,這個題目取得或許有些噱頭,但根本上(shàng)我是想告訴大家,要充分利用數據,用AI技(jì)術減輕學生(shēng)負擔,爲學生(shēng)學習和個性發展提供充分的時間和有效的支持。

此外,王堅院士還建議我們:要拓寬孩子生(shēng)命的寬度,讓更多(duō)的學生(shēng),因爲有學校大腦,可以騰出更多(duō)時間做自(zì)己喜歡的事(shì)情,比如可以看(kàn)看(kàn)閑書、踢踢球、聽聽音(yīn)樂。

于是在2018年(nián)1月(yuè),建蘭中學成立了數據資源部,成爲全國第一(yī)所有數據資源部的學校。“學校大腦”同時啓動開發,和“城(chéng)市(shì)大腦”的理念互通(tōng)。我們學校稱之爲“建蘭大腦”。

“建蘭大腦”其實就(jiù)是一(yī)套打通(tōng)了教育教學數據的人工(gōng)智能(néng)系統,它能(néng)對學校的教育教學活動進行無感沉澱,自(zì)動形成豐富、清晰、多(duō)維度的學校數據資源,并能(néng)進行及時分析、診斷、預警、監控、評價、反饋,爲學生(shēng)提供個性化學習。

這樣一(yī)套人工(gōng)智能(néng)系統有3個核心:數據連通(tōng)、數據流動、數據賦能(néng),定位于輔助支持老師們由大一(yī)統的教轉向精準性的教;支持學生(shēng)們由原來重複低(dī)效的學轉向基于“自(zì)我畫像”的學。

那麽,錨定好目标、框架和功能(néng)之後,人工(gōng)智能(néng)系統如何在學校落地運行?我們打造了三個載體。



通(tōng)過AI系統爲學生(shēng)減負

我們基于“建蘭大腦”搭建了一(yī)個核心交互平台:小(xiǎo)蘭書童。它是一(yī)個貼近教學現場的平台,由三端構成:教師、管理員登陸使用的管理後端;由教師、學生(shēng)登陸使用的用戶前端,在學校可以通(tōng)過手機客戶端和智能(néng)音(yīn)箱進入;面向全校所有人的可視化展示端(如下(xià)圖所示)。
我們如何使用它助力課前、課中、課後三個階段的教學轉型呢(ne)?我著(zhe)重分享一(yī)下(xià)整套系統的核心點。

其一(yī),數據沉澱和學生(shēng)畫像。

“建蘭大腦”沉澱了縱向數據(學生(shēng)個人數據)和橫向數據(班級、同年(nián)級等),涵蓋了學生(shēng)在校的所有日常行爲表現(常規、學習品質和課外活動參與等)。“小(xiǎo)蘭書童”有“學生(shēng)畫像”功能(néng),它會基于“建蘭大腦”的數據和知識圖譜技(jì)術,及時對學生(shēng)進行分析診斷,對學生(shēng)進行精準畫像。


其二,課後通(tōng)過數據幫助孩子挖掘他的學習偏好、認知風格、認知結構、能(néng)力水(shuǐ)平、學習特征。

比如,在學科知識點層面,通(tōng)過橫向(年(nián)級得分率)與縱向(所有知識點得分率)對比,及時查漏補缺;通(tōng)過對每次考核的一(yī)級和二級知識點分類分析,鞏固薄弱知識點。

知識點掌握情況和學科能(néng)力分析

在作業方面,首先,平台将相(xiàng)關預習、鞏固檢測和拓展深化三個類别的作業進行重新整合,還包括由教師和學生(shēng)共同開發的微課(主要有閱讀拓展類,語音(yīn)朗讀類、實踐練習類等作業的講解)作爲學生(shēng)課後學習的輔助資料;

其次,學生(shēng)做題痕迹沉澱到(dào)小(xiǎo)蘭書童後台,“建蘭大腦”進行分析診斷再次推送作業,形成一(yī)個提升學習能(néng)力的閉環;

此外,“建蘭大腦”還會根據學生(shēng)的學情,點對點給學生(shēng)推送微課進行學習。

值得一(yī)提的是,我們構建了一(yī)套人工(gōng)智能(néng)自(zì)适應學習系統——爲每名學生(shēng)“種”下(xià)了一(yī)棵不斷生(shēng)長的知識樹。“建蘭大腦”會基于學生(shēng)知識樹的情況進行運算(suàn),把“建蘭題庫”中貼有不同難度标簽的習題,推送給不同學生(shēng)。

爲了保證習題質量,學校教研組重新設計了各學科的知識圖譜,用來分析知識點間的聯系,并構建學科精品題庫。

推送作業背後,是教師們在根據數據爲學生(shēng)選擇合适的學習策略,課後定制個性化作業,讓每個學生(shēng)拿到(dào)的作業都不一(yī)樣。

學生(shēng)的個性化習題

其三,形成學生(shēng)的個性報告。

以前,學生(shēng)在考試結束後隻能(néng)拿到(dào)寫有冷冰冰數字的成績單。現在,我們的學生(shēng)、家長,在考試結束後打開手機客戶端,會拿到(dào)一(yī)份個性報告,就(jiù)像打開支付寶就(jiù)能(néng)得到(dào)年(nián)度賬單。

這份個性報告旨在實現對學生(shēng)的綜合評價。

學科方面,例如數學部分,對孩子抽象思維、邏輯分析、數學運算(suàn)、直觀想象、數學建模五個方面都有系統評定,從診斷分數跨越到(dào)診斷知識、能(néng)力掌握狀況;德育方面,它會生(shēng)成學生(shēng)“行爲表現關鍵詞”,用于反映學生(shēng)道德品質、勞動實踐和身心健康等方面情況(如下(xià)圖所示)。

行爲表現關鍵詞

事(shì)實上(shàng),學習方式的轉變意味著(zhe)個人與世界關系的轉變,也意味著(zhe)存在方式的轉變。“建蘭大腦”這套AI系統的本質就(jiù)是轉變從數據到(dào)人的存在方式,将零散的信息沉澱聚集,讓教育數據回歸教育者主體,進行教的突破。


借力AI系統實現動态評價

長期以來,人們把教學評價看(kàn)成是對教學結果的一(yī)種純“客觀”“公正”的描述,因而關注于測量技(jì)術的完善和評價标準的建立。

一(yī)個盲區由此出現了:學生(shēng)處于被評價的被動狀态之中,評價不能(néng)有效地促進學生(shēng)素質、能(néng)力的提高(gāo)。

針對這個痛點,我們通(tōng)過“建蘭大腦”讓動态性評價變成現實,可以多(duō)元展示每一(yī)個學生(shēng)的才能(néng)。

在建蘭中學,學生(shēng)的日常行爲規範會被随時記錄,成爲過程性評價依據;學生(shēng)的活動參與情況會被打标記錄,成爲發展性評價依據;學生(shēng)的個性發展情況會被有效記錄,成爲個性化評價依據。

但對學校來說,首先擺在面前的難題是:如何通(tōng)過AI系統采集學生(shēng)數據?

根據國家頒布的《中國學生(shēng)發展核心素養》框架,我們進行了校本化實踐,提出了建蘭中學五大核心素養,并以加德納九大多(duō)元理論爲依據,生(shēng)成了66個标準,形成學生(shēng)個性化成長成熟度(IGPM)評價模型,并嵌入日常學習生(shēng)活的中予以評定。

接下(xià)來,66條标準會呈現爲9個維度構成的雷達圖:複雜的溝通(tōng)能(néng)力,領導和團隊協作能(néng)力,運動健康、勞動實踐,全球化視角,問題解決和數據分析,思維習慣,自(zì)我實現,藝術審美,道德素養。我們稱之爲“建蘭修煉”,它将學生(shēng)素養發展具象化、可視化。

下(xià)圖是學生(shēng)A初入初中的成長報告①。從中可以看(kàn)出其四個較爲突出的能(néng)力或素養是:道德素養、全球化視野、運動與健康、勞動與實踐;三個比較弱的能(néng)力或素養是:自(zì)我實現、領導和團隊協作能(néng)力、問題解決和數據分析。

學生(shēng)A在進入初中前成長報告①

進入到(dào)各項能(néng)力和素養詳情,即66個維度中去分析,例如學生(shēng)A在“複雜的溝通(tōng)能(néng)力”模塊“關注傾聽”方面較好。在報告單②中,黑(hēi)體字表示已擁有或初步擁有的能(néng)力;而灰體字則爲需要努力的部分。

學生(shēng)A在進入初中前成長報告②

有了這張成長報告單後,孩子對自(zì)己的優勢和不足一(yī)目了然。這也就(jiù)幫助孩子認識自(zì)己,從而找到(dào)努力的方向。

如學生(shēng)A在“領導和團隊協作能(néng)力”方面不足,爲了提升自(zì)己在這方面的能(néng)力,他參加了班委的競選和學生(shēng)會競選,參加了學校的辯論社團,同時組織同學參加學校的元旦文藝演出;

爲了提升自(zì)己“問題解決和數據分析”的能(néng)力,他參與了學校的創新社團,并且研發了“智能(néng)斑馬線”,在杭州市(shì)、浙江省的創新大賽中獲獎;

同時,他在學科尤其是理科學習中,給自(zì)己設立了一(yī)個目标:每天問一(yī)個問題,以此提升自(zì)己的問題意識。

兩年(nián)以後,他的成長報告單發生(shēng)了變化:

學生(shēng)A在進入初中兩年(nián)後的成長報告③

打開學生(shēng)成長報告後,還可以進入各項能(néng)力和素養詳情頁面中(如下(xià)圖所示),即在66個維度中進一(yī)步分析。可以看(kàn)到(dào),經過兩年(nián)的努力,學生(shēng)A在“自(zì)我實現”部分表現出的特質:樂于探索和實驗、勇于面對不熟悉的情景、主動拓展自(zì)身的靈活性等等。

圖中還可以看(kàn)出,與兩年(nián)前的圖比較,學生(shēng)A在自(zì)我實現方面有了長足的進步,并且有了團隊協作意識,與人溝通(tōng)能(néng)力增強,擁有較強且有效的自(zì)我管理能(néng)力。

學生(shēng)A進入初中兩年(nián)後

與入學時個别模塊和維度的比較

66條标準還會構成針對孩子各方面的雷達圖。比如,這是吳越同學體育能(néng)力的雷達圖,其中包括初中體育對學生(shēng)8個維度的評價:體型、柔韌、靈敏、肺活量、耐力、速度、力量、跳躍。

對應雷達圖,孩子的速度、爆發力特别強但耐力不行的個性一(yī)目了然。雷達圖能(néng)幫助教師進行科學的揚長避短。學校體育教師拿到(dào)吳越同學的數據後,推薦他進入學校田徑隊。


基于AI系統拓展孩子生(shēng)命的寬度

建蘭中學在以下(xià)三個方面作了探索:

第一(yī),建蘭中學的課程由70多(duō)門增加到(dào)140多(duō)門,包括STEAM創課、賽艇、戲劇表演、詩經解讀等各種門類,爲學生(shēng)核心素養培養提供“沃土(tǔ)”。


課程内容和數量豐富之後,也産生(shēng)了一(yī)個問題:學生(shēng)如何選課?如何确保課程真正滿足學生(shēng)成長需要?

于是我們做了第二個方面的探索:定制“私人課程”,讓“個性差異”學習有奔頭。

“建蘭大腦”将選課的熱度、課程體系目标一(yī)起進行最優化求解,來發現哪些課程對學生(shēng)能(néng)力培養是有效的,哪些是低(dī)效的,并爲每個學生(shēng)生(shēng)成個性化課表。

此外,我們還設有數字化成長檔案——每個孩子都有一(yī)棵自(zì)己的“成長樹”。

以前,孩子們畢業後回母校,可能(néng)隻找得到(dào)很薄的幾張紙質資料,但現在,哪怕他們很多(duō)年(nián)以後再回來,也能(néng)找到(dào)他曾在學校生(shēng)活了三年(nián)的痕迹,其中包含德、智、體、美、勞各方面的記錄。

第三,呵護學生(shēng)發展,激發學生(shēng)潛力,讓學習有深度。我們不僅關注學生(shēng)個性化發展需求,更是通(tōng)過構建未來數字學校,通(tōng)過數據化、智能(néng)化和深度開放(fàng)共享,讓學習更有深度,讓學習者變得更有智慧。努力讓學生(shēng)學習和成長的每一(yī)個時刻都有意義,都有價值。希望有更多(duō)的孩子向著(zhe)他更高(gāo)的目标和要求出發,他的人生(shēng)會因爲我們的助力而變得更加有精彩。

如此一(yī)來,那些曾經冰冷的數據,因爲有懂(dǒng)數據的人進行内化,變成了鮮活的數據。


我們應以未來教師爲尺,積極擁抱技(jì)術

在很多(duō)場合我曾提到(dào),現在的老師,特别是班主任,負擔和責任非常重,不僅要帶好班級,管好學習,還要關心學生(shēng)方方面面的生(shēng)活。特别在疫情期間,很多(duō)孩子心理上(shàng)出現了問題,他們要顧及的方面越來越多(duō)。與此同時,也有很多(duō)人問,對于學校教師招聘,你有什麽樣的想法?未來的教師隊伍應該如何形成?

經過梳理總結後,我認爲教師隊伍應該由三種類型組成:

其一(yī),傳道授業型。也就(jiù)是通(tōng)常我們理解的老師。 

其二,學校大腦數據工(gōng)程師。他不隻指我們過去定義的信息技(jì)術老師。 

其三,專業班主任。他能(néng)走進學生(shēng)内心深處,幫助孩子規劃人生(shēng),對他們進行心理輔導,讓他們的人生(shēng)少走一(yī)些彎路(lù)。

未來,教師就(jiù)是如此重要。所以,當我們真正的把老師解放(fàng)出來,我們的學生(shēng)才有可能(néng)改變世界。

我們說,教育的本質是基于美好創造美好,是讓每一(yī)個人在自(zì)己的生(shēng)命傳承中,找到(dào)最适合自(zì)己的發展軌道。

作爲教育工(gōng)作者,就(jiù)應該思考如何利用技(jì)術以及所能(néng)掌握的東西(xī)來輔助孩子、賦能(néng)教育,讓學生(shēng)成長過程中那些原本沉睡(shuì)的數據生(shēng)命化,助力他們的學習和生(shēng)活,讓因材施教、個性化發展成爲可能(néng)。

數據資源被重新認知後,教育資源才能(néng)被公平化、集約化使用,讓學校自(zì)洽于數據時代,變革現有的學習觀、教育觀、人才觀、質量觀和管理觀。

未來應該讓技(jì)術更多(duō)地介入、打破校園的邊界,讓跨界更多(duō)真正的發生(shēng),讓數據爲孩子們的成長服務。我相(xiàng)信,“學校大腦”不斷被喂養,讓學校教育變得更加強大之時,也将是孩子生(shēng)命最精彩最蓬勃的時刻。