卡內基·梅隆大學教授：「智能輔導系統」如何使用AI，提高學生智力？

來源：searchCIO

作者：Nicole Laskowski

智能觀 編譯

我們不清楚我們不知道的是什麼——這是前國防部長唐納德·拉姆斯菲爾德的名言：未知的未知——這是一個軍方和數據科學家都熟知的困境。

Ken Koedinger

卡內基·梅隆大學人機交互和心理學教授肯?科丁格（Ken Koedinger）也認為，這一原則動搖了學校的教學方式。他認為，學生們在學習的時候可能會表現得很差，因為他們往往沒有能力判斷自己是否真的掌握了知識，或者是否還需要更多的訓練。

為了解決這一缺陷，科丁格教授提倡使用人工智慧教育——不是把人工智慧當作教師的替代品，而是把人工智慧當作一種教學工具。他認為，「智能輔導系統」可以為學生提供個性化的課程，讓學生們在這些課程中得到訓練，避免重複學習他們已經掌握了的內容。同時，這個系統還可以做其他的事情:智能輔導系統會生成學生如何才能更好地學習的數據，而且這個數據還可以用來完善學習系統。

1.你知道什麼時候該學習嗎？

在哈佛大學的演講中，科丁格教授嚮應用計算科學研究所的50位與會者提出了一個問題：「你知道你什麼時候該學習嗎?」

知道和不知道的回答各半，科丁格教授認為這是對這個問題的典型反應。然而，研究表明正確答案其實是不知道——學生不知道他們什麼時候該學習，他們自認為在學習，其實是一種錯覺。

讓我們來看一個例子，對於某一學科或大學課程，「喜歡」與「學會」的關係。學生們可能會認為，他們越喜歡一個課程，就越能學到東西。但是根據科丁格教授的說法，「喜歡」與「學會」之間的相關度其實很低。根據科丁格教授的研究，使用人工智慧軟體來檢測學生參與情況的結果表明，那些自稱喜歡某一課程的學生可能會把注意力集中在錯誤的內容上，而那些看起來很困惑的學生可能正處於一場富有成效的學習中。

科丁格教授說，回答上述問題的部分困難在於，學生並沒有獲得他們需要的專業知識，無法「將他們知道的東西與他們是否真正知道或者他們是否只是認為自己知道」進行比較。

而另一方面，教師們學到了太多的知識，以至於他們可能意識不到學生會什麼不會什麼。科丁格教授研究了學習高中代數問題的難點。他用了三種形式對同一問題進行解析——敘事問題、單詞問題和方程。老師們認為方程對學生來說是最容易解決的。但學生們卻覺得這是最難的，因為他們在運算順序等基本的數學辭彙上就遇到了困難。

科丁格教授的觀點是，專家往往低估了自己的知識，而高估了學生所知道的。他說:「有文獻表明，專家們對70%的知識一無所知。」這些文獻來源於各種認知任務分析報告。

2.「以數據開始和結束」

智能輔導系統——確切地說，應該是智能輔導系統產生的數據——可能有助於彌補認知方面的差距。科丁格教授專門講述了卡內基·梅隆大學開發的智能輔導系統Cognitive Tutor，以及他參與推進的一個項目。

Cognitive Tutor已經存在了幾十年，它以機器生成的認知模型和表現模型為基礎。認知模型建立在解決問題所需的技能以及如何獲得這些技能、問題管理的規則以及學生可能犯的錯誤等範圍。

認知模型使用兩種演算法來測量性能。一種是模型跟蹤演算法，通過學生的個人表現來跟蹤問題，然後提供動態幫助，這個過程不僅可以找到學生困惑的知識點，還包括找到學生是如何被困惑的。還有一種是貝葉斯知識跟蹤演算法，它通過對學生所學知識點進行追蹤，可以知道學生掌握知識點的情況。

所有的智能輔導系統模型都產生數據，這對教育研究和改善學習系統是至關重要的。科丁格教授表示，這些改進是在一個以數據開始，以數據結束的連續循環中進行的。在這兩者之間，研究人員創造了一種叫作「體內測試」的A/B測試法。他說:「這是一項隨機、可控的實驗，在我們測試版本1和版本2的過程中，使用數據來進行評估改進。」

他說，數據還可以揭示學生的學習方式。總體來說，這些數據可以用來生成學習曲線，映射出學生學習的錯誤率，並為改進提供了依據。而不是泛泛地告訴學生，如果他們想在幾何學上做得更好，他們應該做更多的幾何題，智能輔導系統所產生的數據可以幫助教育者把廣泛的話題拆分為具體的、細微的小問題來解決。

通過觀察各個組成部分的學習曲線，教育工作者和研究人員可以更好地識別學生在哪裡出現問題，或者觀察他們有沒有把一個章節里學到的東西應用到另一個章節上。「想像一下，你怎麼能把網球打得更好。」科丁格教授說。傳統上，如果網球運動員發球有問題，他們就會專門練習發球。但是如果發球的問題是由某些特定的東西引起的，比如球員扔球的方式，那就可以更加針對性地加以練習。

他說:「因此，我們的想法是，使用數據來發現一個出現特定問題的點，現在我們應該做的是找到一種方法來專門在這個特定問題點上進行反覆實踐。」

http://searchcio.techtarget.com/news/252436834/Intelligent-tutoring-systems-use-AI-to-boost-student-IQ

—完—

親愛的朋友：

讀完這篇文章，我想到吳恩達說過的一句話：

我希望我們可以建立一個AI驅動的社會，讓每個人都能看得起病，每個孩子都能獲得個性化的教育，人人都能用上廉價的自動駕駛汽車，男男女女都做著有意義的工作。

祝安！

智能觀 一米

2018-3-25 於北京中關村

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