当你将21世纪的典型教室与20世纪初的教室进行比较时，差异并不明显。老师们将站在前面，在老式黑板的现代版本上给出指导和分享笔记——比如，一个投影仪或一个共享的电脑显示器。学生们将坐在教室的课桌前，或者通过在线视频会议软件观看。技术已经发生了变化:许多工具和流程已经数字化，其中一些已经自动化，地理障碍已经在一定程度上消除了，但参与者和元素仍然保持不变。
但由于人工智能(AI)和机器学习的进步，一场缓慢而稳定的变革正在悄然降临到教育领域。再过几年，教师将不再独自承担培训年轻一代或企业员工的重担。
了,人工智能算法正在帮助提高教育水平(在新窗口中打开)通过收集、分析和关联发生在物理和虚拟教室中的每一次互动，并帮助教师解决每个学生的具体痛点。这可能是人类发展出的最古老、最有价值的社交技能之一的一场革命的开始，在一个人类与智能机器一起生活和工作的世界里，这是一项势在必行的任务。
衡量学习者的进步
在评估学生对一个概念的掌握程度时，教师必须考虑到学生对讲课的每一个反应，每一次茫然或专注的凝视，对一个问题的每一次急切或犹豫的回答，每一次提前或晚交的作业，以及更多的因素。这就是他们如何发现学生落后的地方，并引导他们朝着正确的方向前进。
这也是为什么衡量学习者的进步是每个教师面临的最大挑战之一，也是传统的基于规则的软件难以完成的任务。
“无论是在大学校园还是在公司里，课程讲授基本上都是一刀切的，主要的模式是老师对学生讲话，”该公司的研究主管克里斯•布林顿(Chris Brinton)表示Zoomi(在新窗口中打开)(在新窗口中打开)这是一家专门从事在教育环境中捕获和分析行为数据的人工智能公司。这是出于必要:从时间的角度来看，老师不可能长时间地暂停讲课，逐个解决每个学生关心的问题，使他们都集中到同一页上，或者至少是低效的。相反，有很多问题的学生通常会被要求在课外时间跟进老师的问题。”
然而，基于分析和发现数据点之间的模式和相关性的机器学习算法被证明是帮助教师的有效工具量化学生对讲座的理解程度(在新窗口中打开)。
“通过分析特定的学生数据，人工智能有可能帮助学生更快地发现可能需要更多帮助的领域，从而提高学生的成绩和教师的支持，”公司总裁兼首席执行官杰西·伍利-威尔逊说脑袋瓜学习(在新窗口中打开)，一个智能数学学习平台。
布林顿解释说，为教室配备人工智能相当于为每个学生提供一个数字导师。他说:“通过训练，驱动人工智能的算法可以检测出学习者什么时候在挣扎，是什么原因导致了他们的挣扎，或者他们什么时候感到无聊，是什么原因导致了他们的无聊。
这是一个转变传统学习软件(在新窗口中打开)该计划仅依靠评估反应来衡量学生对所学主题的掌握程度。布林顿说:“这些数据在课堂上通常是无法获得的，更不用说在亚秒粒度的情况下，学生可能会从清晰的观点转变为困惑的观点。”
现在有许多人工智能平台，通过收集用户与课程材料和背景的互动信息，为每个学生创建丰富的数字档案。除了记录成绩和分数外，布林顿帮助开发的Zoomi平台还跟踪微互动，例如查看PDF文档中的特定幻灯片或页面，重播视频的特定部分，或在论坛上发布问题或答案。
然后，这些数据被用来建立一个模型，该模型可以实时洞察学生对特定主题的理解和参与情况。数据模型还有助于找到多个学生之间的共同模式，并执行预测分析，例如预测学生未来的表现。
人工智能的更高级应用包括使用复杂的计算机视觉算法来分析面部表情，比如无聊和分心，并将这些表情与收集到的其他学生数据联系起来，以创建一个更完整的学生学习者模型。
发现和解决学习中的差距
拥有一个可靠的数字模型来代表学生的知识有很多好处。DreamBox的Woolley-Wilson说:“这些数据既可以被智能系统自动使用，立即让学生参与到学习体验中来，专门解决这些理解上的差距，也可以被老师用来识别并回应那些特定领域的需求。”
第三空间学习(在新窗口中打开)成立于2012年的在线教育平台，提供一对一的数学辅导，现在正在利用人工智能算法来帮助提高教师的表现。自发射以来，第三空间已经记录了数千次会话的数据。通过与伦敦大学学院的合作，第三空间目前正在进行一个项目，利用人工智能算法挖掘数据，以找到成功的学习和教学模式，并向在线导师提供实时反馈，了解他们的学生如何跟上课程。
人工智能学习模型也可以提供动力智能辅导系统(ITS)(在新窗口中打开)。智能导师可以在自定进度的学习环境中工作，也可以与人类教师合作，利用学生的历史和实时数据，为他们提供针对他们特定优势和劣势的个性化内容。提供个性化的学习体验是教师们一直努力实现的目标。
伦敦大学知识实验室的“以学习者为中心的设计”教授Rose Luckin说:“人工智能辅导系统在教授数学和物理等明确的学科领域方面表现得很有效。”“人工智能目前可以通过帮助保存记录、选择和推荐供学习者使用的资源来缓解痛点。”
一个例子是MATHIA，这是一个由人工智能驱动的数学学习平台卡内基学习(在新窗口中打开)这反映了人类导师的行为。MATHIA收集各种数据点，并采用机器学习算法和预测模型来确定学生的知识和技能水平，并估计他们未来的表现。该平台利用这些数据根据学生的学习过程来调整学习路径。
卡内基学习的首席产品架构师Steve Ritter说:“问题的每一步，包括填写电子表格中的一个单元格，在图表上绘制一个点等，都与一种或多种认知技能有关。”“根据学生是否做对了这一步，或者是否要求提示，我们会调整对学生相关技能知识的估计。”
MATHIA使用“知识追踪”(确定学生对不同概念的理解的过程)和“模型追踪”(理解学生解决问题的方法的过程)来调整软件对单个学生思维过程的支持，而不是将他们重定向到可能对他们没有意义的标准方法。这有助于提供个性化的内容，可能有无数的学习路径。
“例如，我们的提示会根据学生完成问题步骤的顺序而变化，如果这个顺序反映了解决问题的不同方式，”里特说。
智能辅导系统的发展最终会带来更丰富的自主学习体验。虽然它不会取代人类教师，但人工智能在线学习平台可以在提供高质量教育方面发挥关键作用哪里缺少教师(在新窗口中打开)，学生必须自己学习。
瑞幸说:“大数据和人工智能的结合可以为学习者提供他们自己的个人分析，他们可以利用这些分析来成为最有效的学习者。”
瑞幸表示，自知之明(知道自己知道什么和不知道什么)和自我调节(例如，能够阻止自己被别人正在做的事情分散注意力)是这类系统可以帮助培养的两项技能。
瑞幸表示:“人工智能可以通过精心设计的界面和可视化来反映学习者的个人数据，从而帮助(支持)学习者发展这些关键技能。”“通过这种方式，所有学习者都可以更好地学习，这对所有学科领域都很有用。”
人工智能学习系统的好处之一是它们可以提供无缝的帮助。伍利-威尔逊说:“在课堂上帮助学生和老师的智能技术，也应该在课堂外发挥同样的作用。”“无论学生身在何处，他们都能提供同样强大的个性化推荐。学习的机会和途径不应该再局限于特定的时间或地点，就像过去的模拟游戏一样。”
企业培训也可以从人工智能个性化中受益。Zoomi为专业培训提供在线工具，使用人工智能算法识别学习者的偏好，并动态调整课程内容以满足他们的需求。例如，根据用户过去的行为和对不同媒体类型的反应，平台可以决定课程材料应该以PDF格式还是视频格式提供。进步的商业伙伴从2016年开始使用该平台(在新窗口中打开)培训人力资源专业人员，使课程完成率提高了12%，收入增加了30%。
发现和解决教学差距
当学生在一节课上落后时，教学方法和课程的缺陷往往与学生自身的弱点一样受到指责。学生误解的原因是材料本身、呈现方式还是课程流程中材料的时间安排?是不是在之前讲了一些必要的概念之后，这个学生得了流感?学生是如何与材料互动的——主动的还是被动的?
这些是每个老师在评估教学质量和调查学习问题的根本原因时必须回答的一些问题。
伍利-威尔逊说:“优秀的系统可以利用庞大的数据集来帮助教师找到课程中的弱点，并找到努力学习的学生。”“重要的是要记住，为教师提供的帮助的数量取决于为分析提供信息的可用数据的质量。”
DreamBox的在线适应性学习平台使用从学生那里收集的数据来发现学习差距，然后帮助教师在班级层面或特定群体或个别学生中解决这些问题。这可以包括创建策略小组，个性化学习计划，或专注于解决特定差距和补充核心课程的作业。
人工智能还可以帮助教师评估教材的相关性。Zoomi的研究人员布林顿说:“虽然课程内容是在教室里‘现场’讲授的，但大多数教师都是用电子方式准备教材的。”“因此，人工智能技术有可能解读材料，确定所涵盖的主题，甚至分析课程评估材料，以了解评估对课程内容的覆盖程度。”
Zoomi使用自然语言处理(NLP)来衡量教师课程材料的质量，NLP是人工智能的一个分支，可以解析书面材料的内容和上下文。Zoomi的算法会删除对学习过程没有积极影响的内容。该公司还在研究算法，通过寻找补充内容，并将其重新定位，以适应学生正在努力学习的特定课程的背景，从而增强学习体验。
布林顿说:“很快，算法可能能够修改句子以使其清晰，甚至可以像人类一样自己编写新材料。”
内容技术公司(CTI)(在新窗口中打开)总部位于美国加州的人工智能研究开发公司，开发出了自动生成定制教育内容的人工智能。CTI的引擎使用深度学习来摄取和分析教学大纲和课程材料，掌握知识并生成新的内容，如定制教科书、章节摘要和多项选择题。许多公司和教育机构都在使用这项技术。
教育仍将是一种社会体验
虽然我们看到人工智能在教育领域的应用取得了令人印象深刻的成果，但与其他领域相比，结果就相形见绌了人工智能算法正在造成重大破坏(在新窗口中打开)。原因是教育和学习本质上是一种社会体验，很难(如果不是不可能的话)实现自动化。
“人工智能不能取代教师，因为它没有自我意识或元认知调节，也缺乏同理心，”伦敦大学学院知识实验室的教授Luckin说。“然而，当人工智能的设计基于我们对学习和教学的了解(即学习科学)时，它可以与关于学习者的大数据相结合，打开学习的黑箱，使学习者、教师和家长能够跟踪多个学科、技能和特征的进展——这可以提供重要的信息，以支持学习者变得更有效，并帮助他们学习知识和技能。”
人工智能为教育和学习过程提供的增强和帮助将使教师更具生产力和效率。布林顿说:“教师将能够专注于他们最擅长的事情:创造优秀的内容，提供强有力的讲座，解决最普遍的痛点，无论是面对面还是远程授课，无论是个人授课还是集体授课。”
教育的另一个社会性方面是合作。学生们经常从小组合作和彼此合作中学到更多的东西，就像他们从听讲座和按自己的节奏解决问题中学到的一样。“教育的目标包括更多的社会互动，比如学习成为一个好的合作者或与他人沟通，”卡内基学习的产品架构师里特说。“因此，个性化教学面临的一个挑战是，如何在将学生视为独立学习者(可以按照自己的节奏学习)与需要与他人合作之间取得平衡。”
但人工智能也可能成为协作学习的推动者。情报释放(在新窗口中打开)该研究报告解释说，人工智能可以通过比较学生的学习模型，并建议参与者处于相似的认知水平或具有互补的技能，并可以相互帮助，从而支持协作学习。人工智能还可以作为学习小组的一员，通过提供内容、提出问题和提供替代观点，帮助引导讨论朝着正确的方向发展。
人工智能在学习过程中无处不在，最终将彻底改变教育。根据…斯坦福大学报告(在新窗口中打开)在未来的15年里，人类教师很可能会在人工智能技术的帮助下，在课堂和家庭中都能实现更好的人际互动。
课堂可能会或多或少保持今天的样子，但由于数字助理、人工智能算法和更有能力的教师，未来几代人有望获得更高质量的教育，并能够以更快的速度学习。
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