人工智能進校園,如何實現“目中有人”?



未來應該讓技術更多地介入、打破校園的邊界,讓跨界更多真正的發生,讓數據為孩子們成長服務。


一、為什么需要AI系統組建的“學校大腦”?


從前,最容易讓我們迷路的地方,是月黑風高、野獸出沒的荒郊野嶺;

現在,最容易讓我們迷路的地方,是燈火通明、人來人往的街頭鬧市。

這段話讓我想到了教育的現狀:

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焦慮的本質,就像站在一個燈火通明的教育廣場,卻迷失了方向。面向未來,到底應該為國家、社會培養怎樣的公民和人?

我和我的老師們認為,教育有自己的社會屬性,有自己的使命。

以前的教育關注的是群體,是宏觀的歷史演進,如今的教育更需要關注的是個體,是微觀的價值突圍。教育要成就每一個人,并讓其獲得生命意義的圓滿。

這樣,我們又回到了因材施教的話題上。因材施教的重大意義就是使教育真正做到“目中有人”,看到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條不同的探索之路,也就是近三年我們一直著手建設的“學校大腦”。進一步說“學校大腦”之前,我們先說說與其誕生有著密切聯系的杭州“城市大腦”。

“城市大腦”的總架構師王堅院士曾說:“世界上最遙遠的距離是紅綠燈跟交通監控攝像頭的距離,它們都在一根桿子上,但是從來就沒有通過數據被連接過?!币驗樗鼈冎g的數據沒有打通,攝像頭不能通過向信號燈賦能來緩解道路擁堵的問題。

此外,也很少有人去真正了解交通擁堵的原因。線索其實就在數據中:比如,杭州的車輛保有量約為280萬輛,日常的某個一瞬間,僅有約20萬輛車出現在城市道路中,高峰期則有30萬輛。然而,人們多是去研究280萬輛車,而不是研究高峰期時較日常時多出來的10萬輛。

其實這樣的現象同樣發生在教育中。假設我們的老師是“攝像頭”,學生也許就是身旁的“信號燈”,兩者的距離有時也非?!斑b遠”;孩子從幼兒園到大學,會學習許多知識點,就像這280萬輛車,但我們老師應該真正要研究的,應該像道路上多出來的10萬輛車,是那些學生感興趣的、適合他的部分。

其實,科技的邊緣就是教育創新的邊緣,數據能夠改變城市,數據也能夠改變學校。

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二、如何讓學習的每個細胞閃爍意義之光?


王堅院士曾來到我們學校開設了一個講座:《讓數據替學生做題目》。他說,這個題目取得或許有些噱頭,但根本上我是想告訴大家,要充分利用數據,用AI技術減輕學生負擔,為學生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:要拓寬孩子生命的寬度,讓更多的學生,因為有學校大腦,可以騰出更多時間做自己喜歡的事情,比如可以看看閑書、踢踢球、聽聽音樂。

于是在2018年1月,建蘭中學成立了數據資源部,成為全國第一所有數據資源部的學校?!皩W校大腦”同時啟動開發,和“城市大腦”的理念互通。我們學校稱之為“建蘭大腦”。

“建蘭大腦”其實就是一套打通了教育教學數據的人工智能系統,它能對學校的教育教學活動進行無感沉淀,自動形成豐富、清晰、多維度的學校數據資源,并能進行及時分析、診斷、預警、監控、評價、反饋,為學生提供個性化學習。

這樣一套人工智能系統有3個核心:數據連通、數據流動、數據賦能,定位于輔助支持老師們由大一統的教轉向精準性的教;支持學生們由原來重復低效的學轉向基于“自我畫像”的學。

那么,錨定好目標、框架和功能之后,人工智能系統如何在學校落地運行?我們打造了三個載體。


三、通過AI系統為學生減負


我們基于“建蘭大腦”搭建了一個核心交互平臺:小蘭書童。它是一個貼近教學現場的平臺,由三端構成:教師、管理員登陸使用的管理后端;由教師、學生登陸使用的用戶前端,在學??梢酝ㄟ^手機客戶端和智能音箱進入;面向全校所有人的可視化展示端(如下圖所示)。

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我們如何使用它助力課前、課中、課后三個階段的教學轉型呢?我著重分享一下整套系統的核心點。

其一,數據沉淀和學生畫像。

“建蘭大腦”沉淀了縱向數據(學生個人數據)和橫向數據(班級、同年級等),涵蓋了學生在校的所有日常行為表現(常規、學習品質和課外活動參與等)?!靶√m書童”有“學生畫像”功能,它會基于“建蘭大腦”的數據和知識圖譜技術,及時對學生進行分析診斷,對學生進行精準畫像。

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縱向數據(學生畫像)


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橫向數據


其二,課后通過數據幫助孩子挖掘他的學習偏好、認知風格、認知結構、能力水平、學習特征。

比如,在學科知識點層面,通過橫向(年級得分率)與縱向(所有知識點得分率)對比,及時查漏補缺;通過對每次考核的一級和二級知識點分類分析,鞏固薄弱知識點。

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知識點掌握情況和學科能力分析

在作業方面,首先,平臺將相關預習、鞏固檢測和拓展深化三個類別的作業進行重新整合,還包括由教師和學生共同開發的微課(主要有閱讀拓展類,語音朗讀類、實踐練習類等作業的講解)作為學生課后學習的輔助資料;

其次,學生做題痕跡沉淀到小蘭書童后臺,“建蘭大腦”進行分析診斷再次推送作業,形成一個提升學習能力的閉環;

此外,“建蘭大腦”還會根據學生的學情,點對點給學生推送微課進行學習。

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值得一提的是,我們構建了一套人工智能自適應學習系統——為每名學生“種”下了一棵不斷生長的知識樹?!敖ㄌm大腦”會基于學生知識樹的情況進行運算,把“建蘭題庫”中貼有不同難度標簽的習題,推送給不同學生。

為了保證習題質量,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。

推送作業背后,是教師們在根據數據為學生選擇合適的學習策略,課后定制個性化作業,讓每個學生拿到的作業都不一樣。

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學生的個性化習題

其三,形成學生的個性報告。

以前,學生在考試結束后只能拿到寫有冷冰冰數字的成績單?,F在,我們的學生、家長,在考試結束后打開手機客戶端,會拿到一份個性報告,就像打開支付寶就能得到年度賬單。

這份個性報告旨在實現對學生的綜合評價。

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、直觀想象、數學建模五個方面都有系統評定,從診斷分數跨越到診斷知識、能力掌握狀況;德育方面,它會生成學生“行為表現關鍵詞”,用于反映學生道德品質、勞動實踐和身心健康等方面情況(如下圖所示)。

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行為表現關鍵詞

事實上,學習方式的轉變意味著個人與世界關系的轉變,也意味著存在方式的轉變?!敖ㄌm大腦”這套AI系統的本質就是轉變從數據到人的存在方式,將零散的信息沉淀聚集,讓教育數據回歸教育者主體,進行教的突破。

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四、借力AI系統實現動態評價


長期以來,人們把教學評價看成是對教學結果的一種純“客觀”“公正”的描述,因而關注于測量技術的完善和評價標準的建立。

一個盲區由此出現了:學生處于被評價的被動狀態之中,評價不能有效地促進學生素質、能力的提高。

針對這個痛點,我們通過“建蘭大腦”讓動態性評價變成現實,可以多元展示每一個學生的才能。

在建蘭中學,學生的日常行為規范會被隨時記錄,成為過程性評價依據;學生的活動參與情況會被打標記錄,成為發展性評價依據;學生的個性發展情況會被有效記錄,成為個性化評價依據。

但對學校來說,首先擺在面前的難題是:如何通過AI系統采集學生數據?

根據國家頒布的《中國學生發展核心素養》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,并以加德納九大多元理論為依據,生成了66個標準,形成學生個性化成長成熟度(IGPM)評價模型,并嵌入日常學習生活的中予以評定。

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接下來,66條標準會呈現為9個維度構成的雷達圖:復雜的溝通能力,領導和團隊協作能力,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,自我實現,藝術審美,道德素養。我們稱之為“建蘭修煉”,它將學生素養發展具象化、可視化。

下圖是學生A初入初中的成長報告①。從中可以看出其四個較為突出的能力或素養是:道德素養、全球化視野、運動與健康、勞動與實踐;三個比較弱的能力或素養是:自我實現、領導和團隊協作能力、問題解決和數據分析。

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學生A在進入初中前成長報告①

進入到各項能力和素養詳情,即66個維度中去分析,例如學生A在“復雜的溝通能力”模塊“關注傾聽”方面較好。在報告單②中,黑體字表示已擁有或初步擁有的能力;而灰體字則為需要努力的部分。

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學生A在進入初中前成長報告②

有了這張成長報告單后,孩子對自己的優勢和不足一目了然。這也就幫助孩子認識自己,從而找到努力的方向。

如學生A在“領導和團隊協作能力”方面不足,為了提升自己在這方面的能力,他參加了班委的競選和學生會競選,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;

為了提升自己“問題解決和數據分析”的能力,他參與了學校的創新社團,并且研發了“智能斑馬線”,在杭州市、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,給自己設立了一個目標:每天問一個問題,以此提升自己的問題意識。

兩年以后,他的成長報告單發生了變化:

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學生A在進入初中兩年后的成長報告③

打開學生成長報告后,還可以進入各項能力和素養詳情頁面中(如下圖所示),即在66個維度中進一步分析??梢钥吹?,經過兩年的努力,學生A在“自我實現”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、主動拓展自身的靈活性等等。

圖中還可以看出,與兩年前的圖比較,學生A在自我實現方面有了長足的進步,并且有了團隊協作意識,與人溝通能力增強,擁有較強且有效的自我管理能力。

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學生A進入初中兩年后

與入學時個別模塊和維度的比較


66條標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力的雷達圖,其中包括初中體育對學生8個維度的評價:體型、柔韌、靈敏、肺活量、耐力、速度、力量、跳躍。

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對應雷達圖,孩子的速度、爆發力特別強但耐力不行的個性一目了然。雷達圖能幫助教師進行科學的揚長避短。學校體育教師拿到吳越同學的數據后,推薦他進入學校田徑隊。


5.基于AI系統拓展孩子生命的寬度


建蘭中學在以下三個方面作了探索:

第一,建蘭中學的課程由70多門增加到140多門,包括STEAM創課、賽艇、戲劇表演、詩經解讀等各種門類,為學生核心素養培養提供“沃土”。

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課程內容和數量豐富之后,也產生了一個問題:學生如何選課?如何確保課程真正滿足學生成長需要?

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”將選課的熱度、課程體系目標一起進行最優化求解,來發現哪些課程對學生能力培養是有效的,哪些是低效的,并為每個學生生成個性化課表。

此外,我們還設有數字化成長檔案——每個孩子都有一棵自己的“成長樹”。

以前,孩子們畢業后回母校,可能只找得到很薄的幾張紙質資料,但現在,哪怕他們很多年以后再回來,也能找到他曾在學校生活了三年的痕跡,其中包含德、智、體、美、勞各方面的記錄。

第三,呵護學生發展,激發學生潛力,讓學習有深度。我們不僅關注學生個性化發展需求,更是通過構建未來數字學校,通過數據化、智能化和深度開放共享,讓學習更有深度,讓學習者變得更有智慧。努力讓學生學習和成長的每一個時刻都有意義,都有價值。希望有更多的孩子向著他更高的目標和要求出發,他的人生會因為我們的助力而變得更加有精彩。

如此一來,那些曾經冰冷的數據,因為有懂數據的人進行內化,變成了鮮活的數據。


6.我們應以未來教師為尺,積極擁抱技術


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

經過梳理總結后,我認為教師隊伍應該由三種類型組成:

其一,傳道授業型。也就是通常我們理解的老師。?

其二,學校大腦數據工程師。他不只指我們過去定義的信息技術老師。?

其三,專業班主任。他能走進學生內心深處,幫助孩子規劃人生,對他們進行心理輔導,讓他們的人生少走一些彎路。

未來,教師就是如此重要。所以,當我們真正的把老師解放出來,我們的學生才有可能改變世界。

我們說,教育的本質是基于美好創造美好,是讓每一個人在自己的生命傳承中,找到最適合自己的發展軌道。

作為教育工作者,就應該思考如何利用技術以及所能掌握的東西來輔助孩子、賦能教育,讓學生成長過程中那些原本沉睡的數據生命化,助力他們的學習和生活,讓因材施教、個性化發展成為可能。

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

未來應該讓技術更多地介入、打破校園的邊界,讓跨界更多真正的發生,讓數據為孩子們的成長服務。我相信,“學校大腦”不斷被喂養,讓學校教育變得更加強大之時,也將是孩子生命最精彩最蓬勃的時刻。


饒美紅(杭州市建蘭中學校長)

來源 | 本文整理自作者于第七屆中國教育創新年會的演講


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