大数据与教育同频共振

2019-02-16 10:10来源:中国教育报

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  作者:成都教育科学研究院 罗清红

  教育是灵魂的唤醒,数据是现实的记录。当下,数据无处不在,大数据风起云涌,云储存、云计算成为如水电气一样的社会公共资源,尤其是大数据撞入教育领域,我们的课堂和学习会在多大程度上被大数据重构?

  人工智能替代部分教育功能

  机器智能通过深度学习而习得,数据是机器学习的“食料”。把数据不断“喂”给计算机,基于算法的软件追踪行为,寻找规律,甚至预测心理活动,显示出人的思维智能特性。大数据与机器智能相伴而生,促进物联网从感知到认知并智能决策的升华。这是一个计算无所不在、软件定义一切、数据驱动发展的新时代。

  当下的人工智能,主要适用于标准化、规范统一的领域。我国教育标准化教材的推行,统一规范的管理制度与教程模式,大量重复性的工作任务,师生数据的相对稳定,这都为以大数据为基础的人工智能在该领域的应用,提供了有利的条件。新一代人工智能利用语音语义识别、图像识别、知识图谱和深度学习等技术,应用于教学和测评等教育场景,已经开始重构教育教学中各方关系。在人工智能技术支持下,未来教育主要将在以下几个方面发生改变:

  个性化知识树——基于全过程学习数据采集,生成个性化知识树,依据“树干、树叶”的生长状态,自适应调节学习节奏;

  自动化批改——作业实现规模化自动批改和个性化反馈,实现智能化推荐学习内容和自动化辅导等;

  个别化答疑——通过语义识别、语音识别功能,在线虚拟教师捕获学习者问题,并通过深度学习功能,理解学生的语言和行为含义,模仿人类的行为模式与学生进行智能化的沟通,替代部分教师的答疑功能;

  智能化管理——人工智能技术应用到学习管理系统,记录学生的学习轨迹,统计学习数据,实现作业、测评、课程的自动适配和评估,进行学情管理,方便家校的深度互动交流。

  总之,人工智能将显著提高教与学的效率和优质资源无损放大的辐射效应,产生教育的新形态和新业态。

  数字体验改变教育范式

  这里的“数字体验”是指虚拟现实、增强现实与混合现实技术在教育场景中的应用。

  历次科技革命,如电话、计算机、电视、手机、互联网及智能手机等,无一不是通过改变信息传递方式,进而改变人们的交互模式。现在,人们可以运用计算机虚拟真实场景,去实现像在地球上也能真切体验太空遨游的新奇旅程。这就是教育场景中的“数字体验”。

  虚拟现实(VR)是依靠计算、图像处理、传感器、高清显示和软件平台等技术协同完成。增强现实(AR)是虚拟现实的一个分支,它将虚拟世界与现实世界结合在一起,让用户既生活在现实中,又可以在现实物体上叠加虚拟物体或场景,有亦真亦幻的体验。混合现实(MR)是虚拟现实技术的进一步发展,该技术通过在现实场景呈现虚拟场景信息,在现实世界、虚拟世界和用户之间搭起交互反馈的信息回路,以增强用户体验的真实感。MR技术让参与者通过互动,在现实物理空间中共同创设三维立体影像,并与场景融为一体。这为小组合作学习创设了丰富的空间,也为远程教育与学生“近距离”互动提供了强有力的技术支撑。这对传统课堂教学范式的改造及学校围墙的外延,会是颠覆性的。目前限于技术与课程真实结合的实践研究尚处于起步阶段,假以时日,教育因此会有别样的风景。

  认知脑科学重塑教育规律

  随着科学技术的进步,利用脑电、脑磁或脑血氧探测技术,可以侦测全脑各区域活跃情况;近红外技术的应用,可以有效地实现学习过程脑活动数据的全过程采集。这为脑科学研究成果具体指导教育教学实践,提供了坚实的基于证据的循证教学依据。

  人类对大脑的研究,遵循着解码大脑、模拟大脑和增强大脑的逻辑路径。870亿左右个脑细胞在基因遗传与表观基因遗传的共同作用下,形成各具特色独有密码的大脑链接图示,形如不同个体具有不同的指纹一般。大脑的可塑性为教育的作用赋予了重要的意义。研究表明,视力正常的人其脑部神经网络连接比盲人就丰富与复杂得多;沉浸在丰富多彩的环境中比单独环境中的人的脑补链接更丰富。如果把大脑类比成电脑的话,人的晶体智力如硬件,流体智力如软件,其创造力源自于流体智力。个体具有主动控制延迟满足的能力,未来往往有更强的发展力。

  0—3岁的孩子有效的信息输入是听觉和语感,而不是单词记忆或诗词的机械背诵,成年后的婴儿遗忘,会让在此期间的一切记忆成为空白。青春期感性与理性控制曲线的交错,让青春冲动成为一种生理现象,合理引导才是正途。爱因斯坦大脑胼胝体粗壮,成为左右大脑的信息高速公路,其天才般的创新思维开启天眼,荡笔写下狭义相对论与广义相对论,堪称神来之笔。

  脑认知科学在大数据支持下,重塑人脑的学习过程,使人最大程度接近真实或解释学习的过程。教学场景中,全过程大数据多人脑同步性活动研究,有利于找寻到教学形式与学习方式的有效组合,有利于刻画不同个体对不同形式与内容的学习特征,从而为精准教学提供有力支撑。互动式学习、项目制学习、STEAM课程、综合实践课程等,有利于深度学习真实发生。肾上腺激素(压力激素)在适度压力下保持水平最高,从而有利于促进突触与突触的新链接,让神经元产生出新的联结。话语的交流应该有利于儿童视角下信息的有效输入,形成同频共振吸能之态,让教育真实地发生。

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