未来教育高精尖创新中心
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中心执行主任余胜泉教授受邀参加中国移动“5G+未来教育”高峰论坛 发表“人工智能时代未来教室的变革趋势”演讲


  会议5月7日上午,中国移动“5G+未来教育”高峰论坛在北京召开,邀请教育部相关司局领导、中央电化教育馆领导、人大附中校长、北京师范大学教授、深圳教科院院长、“移动学习”教育部-中国移动联合实验室及教育大数据应用技术国家工程实验室等众多权威、专业、知名的专家、学者,共同探讨教育信息化2.0的实践以及面向未来的教与学新模式。

  北京师范大学未来教育高精尖创新中心执行主任余胜泉教授受邀在大会上发表“人工智能时代未来教室的变革趋势”的主题演讲。

北京师范大学教育学部副部长、未来教育高精尖创新中心执行主任余胜泉教授

   各位上午好!大家都知道我们现在进入到大数据时代、人工智能时代,现在谈未来教育,谈未来的东西比较多,今天跟大家分享一个主题“人工智能时代未来教室的变革趋势”。

一、无处不在的网络、终端与数据

  人工智能不是凭空发展起来的,这几年取得的突破得益于大数据。通过无处不在的网络,无处不在的终端汇聚无处不在的数据,最后汇聚到云平台,产生聚变。IBM提出智慧地球的时候,其阐述基本演进路线就是无处不在的感知,利用手机RFID,再通过各种电信网络,互联网的融合,将物理的位置信息实时传递出去,云网端以及数据的汇聚,这是我们整个环境迈向智能化的基本演进方向。在这个背景下出现了很多智能空间的讨论。

二、智能空间的讨论

  按照美国国家技术与标准研究院的定义,智能空间是一个嵌入了计算、信息设备和多模态传感器的工作或生活空间,具有自然便捷的交互接口,可以使用户非常方便的访问信息,并获得计算机的服务,从而高效率的与他人工作,并与他人协同,智慧地球、智慧空间的发展,导入到教育里面就是我们现在都在说的“智慧校园”,“未来教室”。

  IBM之前提出一句口号“未来的教室会感知到你”,“未来教室”会识别你,认识你,概括来说,“未来教室”有几个特点,感知适应、虚实融合,远程协同、数据驱动、智能管控、人机融合、自然交互、智慧生态。我从八个方面给大家分享一下。

三、“未来教室”的特点

(一)感知适应

  当你走进教室,这个教室可以知道你是谁,通过人脸识别,可以定位学生个体信息,这个技术已经非常成熟了,日本还有一个研究可以根据你坐在椅子上感知你是谁。未来的教室的摄像头可以捕捉你的很多动作,对这些动作进行分析和跟踪。再比如说,可以戴上传感设备,可以实时监测你的注意力的情况,你的体质健康的情况,你的运动技能情况。

通州六中智能手环应用体育教学活动

  之前,我们未来教育高精尖创新中心在通州开展了一个实验,用手环来评价学生体育课上的运动,根据监测的数据分析学生的体质健康和运动量的情况,这些穿戴式设备可以对学生身体的各种参数进行监控,实现智能化的管控。未来的教室首先是能够感知到你的各种状态,感知到你各种信息,根据你的信息做智能化响应和适应的事情,这是它的第一个核心特征。

(二)虚实融合

  我们生活的环境不再是单纯的物理空间,而是被电脑所改造的空间,是虚实交织在一起的空间。现实空间和虚拟空间正在无缝的交织在一起,形成一个虚实结合的空间。这种虚实结合的空间有两个方向,一个方向就是计算技术越来越强大,现实越来越多的进入到虚拟世界,电脑把现实的东西迁移到虚拟世界;另外一个方向,技术正在嵌入到我们真实的物理空间,我们的电脑正在进化,出现了更多的穿戴式设备、嵌入式设备、智能感知设备等,技术正在嵌入我们日常环境,成为我们日常环境有机的组成部分。计算机集成的环境中,我们可以在移动中和计算机更加自然的交互,技术会消失在我们的生活中,我们无意识的使用技术,而且这些技术设备可以感知到环境的变化,感知到人的需求,按照人的喜好来响应。在这种双向的情况下,我们的育人空间不再单纯的教室,也不是单纯的校园,而是虚拟和现实交织在一起的虚实融合的一个空间。

(三)远程协同

  今后教室是跨学校、跨区域的,可以随时随地的接入,可以跨越学校、跨越区域甚至跨越国家的边界,实现远程交流、协同与合作。比如好未来的双师课堂,远程老师在课堂上课,本地老师进行辅导。最重要的是实现了本地老师和远程教室无缝协同,而且可以通过摄像感知到学生的交互,通过远程摄像头让学生感知到你是在看他,你是在关注他,实现远程代入性的课堂,今后这一方面的远程角色替代方面的研究还有很大的发展空间。

好未来的双师课堂

(四)数据驱动

  今后我们的数据是自然采集的,在学习过程中,自然生成,自然采集的。像现在的点阵智能笔可以在书写的同时记录学习数据,通过这种智能笔可以不改变书写的情况下,采集学习过程数据,实现发展性的评价。我们可以采集课堂的信息,作业信息等,对学生的学习轨迹、知识状态等等进行一个全方面的发展性的评价,促进学生发展,通过对学生学习过程数据的分享,可以定位他的学习障碍,并给予他个性化、针对性的反馈和评价。

基于知识地图的智能推荐

  另外,通过数据建模与分析,还可以形成基于学生的知识地图,我们高精尖中心在做一个智能教育公共服务平台研发的工作,可以把学生的知识结构可视化,实现基于学生知识地图精准推荐资源,比如这个学生学习比较好,推荐的资源是一个发展性的资源,另外一个学生学的不是很好,推荐的是补救性的资源。即可以实现因人而异的个性化反馈和个性化互动。

(五)智能管控

  未来教室是能够实现智能管控的,在事情没有发生之前,实现智能预警,而不是破坏性事件发生了再来事后补救。可实时监控教育的运行状况,提高安全管理水平,可实现可视化管理,降低教师的管理负担。比如麻省理工学院开发的一个工具,允许用户通过智能手段控制房间内的灯光。另外,好未来的魔镜系统,可以分析出学生在课堂上做了什么,注意力是否集中。这方面的研究还会有很多。因为计算机视觉,人工智能得到大幅度提升,背后关键是教育建模,如果建模建的好,还可以做很多非常有价值的事情。

(六)人机融合

  未来教室里面一定是有机器人的,是人跟机器人的协作和协同。这是我们未来教育高精尖创新中心研发的一款机器人,核心是把学生的知识地图跟机器人捆绑在一起,实行个性化学习的提醒和指导。还可以做表情识别、动作识别,以及学习的主动提醒等相关的一些功能,背后核心是重构了他学习的大脑。

未来教育高精尖创新中心研发的机器人

  另外,教室里面有越来越多的智能玩具,可以为孩子的认知社会行为提供比较完美的交互式体验环境,尤其在低年段越来越多的让学生可以操作和控制的智能玩具是未来教室里面非常重要的学习资源。

(七)自然交互

  未来教室里面可能不仅仅是通过鼠标、键盘来交互,而是通过语音、手势、体态、眼神、姿态、脑电波等各种自然的姿态来与教室中的各种智能设备互动与交互,这是芬兰跟美国合作的生物学的教学实验,通过体态感知来实现交互。这是中国香港的学校和美国一些学校用桌面电脑进行实时的交互。国内也有很多类似的实验在做。今后教室里的交互会越来越多的体现自然形态的交互,而且是多感官的,多种形态数据融合的。

桌面电脑交互

(八)智慧生态

  最终教室会发展成一个智慧的生态环境。给学生提供一个泛在学习的空间,一个自由探索的空间,一个知识建构的空间,一个交流协作的空间,在这些空间里面,学生学习知识技能,发展他的人格,培育他的集体智慧,最终形成一个虚实结合的这种智慧的生态环境。

  这种生态环境中学生和学生之间,学生和教师之间,学生和家长之间,以及学生和社会专业人士之间存在不同的互动关系,学生的主体地位会明显凸显出来。学校和教育机构不再是封闭的社会单元,而是通过网络的汇聚,形成集体智慧聚变的一种节点,是一个充满活力,人性化和高度社会化的地方。而且这不是一个割裂的学习空间,是通过网络连接学生日常生活经验和未来生活的,学习也不仅发生在教室和学校里,而是终身的,全面的。我们的育人空间不再是单纯的物理空间,而是网络空间和物理空间相互交织在一起的智慧生态环境,智慧生态环境核心是教育服务。未来在这种教育生态环境中,教师的工作形态会发生意义深远的改变,课前智能备课、电子签到,课中会是个性化针对教学、在线教学、深度互动、个性化指导、过程监控等,课后会变成智能批阅,智能分析等等,老师现在工作形态一定会发生实质性的改变。

  我今天分享的未来教室的八个方面的特征只是一个简单的总结和预测,并不是未来必须的样子。随着互联网、5G技术、大数据、人工智能技术的发展,“未来教室”还会有无穷变化的可能。未来不是我们要去的地方,未来是需要我们去创造的地方,只要我们努力去创造,就会有不一样的未来。这就是我的分享,谢谢各位!

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