解读AI在高等教育中应用的四大机遇与思考

2020-04-15 | 作者:Alexandros Papaspyridis

编者按:在人工智能已经逐渐渗透进各行各业的今天,AI 在教育领域的应用现状如何?“AI+教育”又有哪些机遇点将在未来大放异彩?微软亚太及日本高等教育项目主管 Alexandros Papaspyridis 在这篇文章中分享了他的独到见解。

*作者特别鸣谢微软亚洲研究院院长洪小文博士对本文提出的宝贵意见。


联合国可持续发展的教育目标旨在确保包容和公平的优质教育,让所有人终身享有学习机会。其中技术的作用,不仅在于为学生提供信息和通信技术(ICT)技能,还在于实现不受空间和时间限制的优质教育,并鼓励学生培养好奇心、创造力和协作精神。优质教育不仅是一项基本人权,而且与公民群体乃至一个国家的经济繁荣直接相关。

人工智能为教育带来的益处意义深远,例如,针对不同学生的喜好实现个性化学习,帮助他们适应节奏、调整进度,掌握课程主旨等。在我们与《泰晤士高等教育》联合进行的一项调查中,高校领导者们表示 AI 的好处在于它们将能够像人一样对学生进行评估、提供反馈,以及提出和验证科学假设。

成立于1991年的微软研究院,一直致力于推动整个计算机科学领域的前沿技术发展,将最新研究成果快速转化到微软的核心产品中,并着眼于下一代革命性技术的研究。微软研究院在全球设有8个实验室,其中位于北京的微软亚洲研究院在2018年已满20周年。微软亚洲研究院是微软设在亚太地区的计算机基础及应用研究机构,其研究实力持续受到国际顶级学术会议与一流学术期刊的肯定,目前已公开发表了6,000余篇论文,其中有50多篇荣获“最佳论文”奖。微软亚洲研究院还诞生了许多突破性的 AI 技术,例如图像识别领域的深度残差网络ResNet、语音识别和语音合成技术(TTS)、聊天机器人引擎等,并且为专注教育解决方案的微软产品研发做出了重要贡献。

接下来,我想谈论一下 AI 在高等教育中应用的现状,以微软的高等教育数字化转型框架透视 AI 在教育中的应用和案例,并探讨这些创新背后的 AI 技术。

AI 在高等教育中的机遇与挑战

尽管 AI 在教育领域的未来可期,但麦肯锡在2017年的一份报告中仍将教育和医疗列为 AI 应用程度最低的领域。为了了解 AI 在高等教育中的机遇和挑战,我们开展了两项研究。

2019年3月,微软和《泰晤士高等教育》联合发布的调查显示,虽然高校领导者们认同 AI 将在未来10至15年内成为高等教育领域中一个非常重要的议题,但仅有41%的被调查机构已经制定了 AI 策略,43%的机构为此类项目分配了预算。调查也显示 AI 将在医学、工程学等计算机科学外的领域产生重大影响。

2019年9月,微软和 IDC 亚太区联合发布了《面向未来的技能:亚太教育领域 AI 应用评估》报告,其中的研究发现 AI 将有助于将高等教育机构的创新速度提高一倍,教育领域领导者接纳 AI 的主要商业驱动因素包括:改善学生参与度、增加筹款和加速创新。我们还从战略、投资、文化、能力、基础设施与数据5个维度分析了亚太区的高等教育是否对接纳 AI 做好了准备,研究显示与其他领域相比,教育领域在数据和文化方面的准备有所不足,其次是战略和投资。

上述两项调查表明,如果高等教育机构希望受益于 AI,那么就必须加快数据驱动型文化的培养,并对其数据资产进行管理,还需要制定战略,投入相应的资源去实施。

微软主张的高等教育数字化转型框架

为此,微软构建了微软高等教育转型框架(Microsoft Education Transformation Framework , ETF),根据教育机构的愿景和预期成果提供切实可行的建议,帮助它们制定整体的数字化转型战略。

微软高等教育转型框架

与K-12(基础教育)的数字化转型相似,高等教育转型专注于第三阶段教育的需求,其中包含四大支柱:

  • 学生的成功:吸引学生、提高学生的学习成果,并与学生保持长久的联系。
  • 教与学:营造优良的环境,使教育者能通过个性化学习系统与协作空间充分激发学生的潜能。
  • 学术研究:为研究人员提供强大而灵活的计算环境,让他们的研究工作不受基础设施的制约,并且得以与全球各地的同行展开合作。
  • 安全与互联的校园:通过物理基础设施与数字技术的无缝连接,提供现代化的校园体验,重新构想校园资源的配置、优化和管理手段。

下面,让我们来看几个在这4个方面运用 AI 技术的案例。

学生的成功

MIP 米兰商学院研究生院与微软合作开发了 FLEXA,这是一个由微软 Azure 和 AI 技术驱动的全新数字平台,学生能够通过它来评估自己的专业技能并获取个性化内容,来帮助他们补足职业目标和现有学识之间的差距。FLEXA 将综合衡量测评结果、可支配时间和个性化训练等因素为学生规划出一条个性化的学习路径,也致力于满足校友们的终身学习需求。

教与学

悉尼新南威尔士大学的 David Kellermann 教授以微软 Teams 为核心,用微软 Stream 录视频,为他的工程学课营造了一个颇具吸引力的学习和协作环境。同时,他还设置了一个问答机器人 QBot 来把学生的提问分配给相关的助教,然后再收集这些问答来构建知识库,让问答机器人能够自动回答学生的提问,当然学生仍然可以寻求助教的解答。机器人还能搜索视频的文字转录,为学生提供带时间戳的课堂视频。

随后,Kellermann 教授又在学习材料中添加了二维码,当学生上传图片时,问答机器人能利用微软认知服务中的视觉技术来识别学生的作业。这些技术打造的 AI 驱动型学习社区受到了学生的热烈欢迎,并让 Kellermann 教授的课堂满意度达到了99%。随着远程学习日益重要,教育机构可以建立全天候服务并富有吸引力的在线社区,利用 AI 将教师从繁琐重复的工作中解放出来。

*微软认知服务视觉 API:https://azure.microsoft.com/en-us/services/cognitive-services/custom-vision-service/

*QBot GitHub 开源地址:https://github.com/unsw-edu-au/QBot

而作为微软在提升技术易用性方面所做努力之一,基于 AI 的沉浸式阅读器(Immersive Reader)则利用语言检测、语音合成、机器翻译等 AI 技术帮助各个年龄段的人们改善阅读和理解能力。这项服务已经集成到了 Office 365 套件和微软 Edge 浏览器中,并且也已成为微软认知服务中的一项 API,让开发人员可以集成到自己的应用中。

*微软沉浸式阅读器(Immersive Reader):https://azure.microsoft.com/en-us/services/cognitive-services/immersive-reader/

AI 还可以助力学生的外语学习。2018年,微软亚洲研究院与培生集团签署了战略合作协议,进一步深化了 AI 与英语教育领域的合作。双方此前共同打造了以 AI 为驱动的交互式英语学习应用“朗文小英”。从 K-12 到高等教育、终身学习,所有年龄和文化程度的人都能够学习外语技能。

微软亚洲研究院与培生集团签署战略合作协议

对于教师而言,减少简单重复的工作可以为他们节省大量的时间。微软合作伙伴 GamaLearn 将 AI 技术用于编写、监督和评分,提供了自动的个性化评估服务。SwiftAssess AI-Cyber 监考解决方案则可帮助教育机构确保大型考试活动的诚实与公平,包括侦测各种破坏性事件、提示考试过程中出现的问题、提供法证工具等。

学术研究

如今,学术研究人员也面临着多项挑战。首先,学术论文的数量在过去十年间至少翻了一倍,知识的爆炸式增长是所有研究人员面临的重大挑战之一。其次,传统的定量式引用指标并不能充分说明研究者的学术影响力,因为并非所有引用都有着相同的重要性,而且引用次数也可以造假。此外,通过关键词的各种变体进行资料搜索的流程既不方便也容易不全面,而且还要在多个数据库中重复这个过程。

微软研究院的微软学术(Microsoft Academic)项目就希望帮助科研人员解决这些挑战,该项目旨在利用计算机的认知能力协助学者开展科学研究。微软学术用自然语言处理技术为必应搜索出的每一篇论文添加了语义标签。在分析了2.3亿篇论文的基础上,微软学术通过自监督学习建立了一个包含超过71万个语义标签的知识图谱,借助大数据和图谱分析对引用者等实体的重要性加以评估,并据此进行排名。此外,微软学术还能够推荐与当前论文不存在引用关系的类似论文。

*微软学术:https://academic.microsoft.com/home

微软学术如何帮助研究人员提高生产力?首先,它能提供更具洞察力的书籍分析,已为经济合作与发展组织(OECD)AI 政策观察、斯坦福 HCAI AI 指数报告等提供参考。其次,它可以作为智能 AI 助手帮助研究人员进行系统性评述和文献综述,例如,伦敦大学学院(UCL)的 EPPI 中心正在使用 AI 和微软学术重新构想随机对照试验(RCT)。通过与多个组织的合作,微软学术为最近公开的 COVID-19 开放研究数据集识别、整合了全球范围的相关科研成果。

* COVID-19 开放研究数据集:https://www.kaggle.com/allen-institute-for-ai/CORD-19-research-challenge

安全与互联的校园

学生在入学时往往会经历一个适应期,特别是留学生,他们会仔细浏览一整套常见问题解答和各种相关信息。而利用 Microsoft bot framework 建立的一些聊天机器人就能够很好地帮助学生。格里菲斯大学(Griffith University)的聊天机器人 Sam 能帮助学生快速找到所需信息。悉尼大学的 FinBot 则能够帮助其财务部门快速回应相关问题。堪培拉大学也开发了聊天机器人 Lucy 来快速回应学生的咨询。在后面两个项目中,如果机器人的回答没有让用户满意,那么用户还可以标记问题请真人来回答。

*Microsoft bot framework:https://dev.botframework.com

人工智能在高等教育中将发挥越来越重要的作用。在微软高等教育转型框架的四大支柱中,AI 正发挥着不可或缺的作用,世界各地也有越来越多的大学开始使用 AI。微软研究院前沿的 AI 研究让微软认知服务更加强大且具有更广泛的应用场景,包括为解答学生问题的机器人提供智慧,对教学视频进行转录和索引,利用自然语言处理技术理解论文主旨等,关于强化学习的 AI 研究还能为学生提供个性化的学习体验等。

总体来说,AI 驱动的教育应用目的不在于取代教师,而在于强化和丰富教师的能力,减少他们在重复性工作中所花费的时间,让他们能够更加专注于教学和科研。

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