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AI技術(shù)與教育的融合速度日益加快，AI助力的自適應(yīng)學(xué)習大家都比較熟悉，本文的產(chǎn)品以考試機器人為例，舉例教育+AI產(chǎn)品的設(shè)計內(nèi)容。

教育考試機器人（Educational Evaluation Robot）作為教育行業(yè)中的服務(wù)機器人，通過AI技術(shù)中的模式識別、自然語言理解、邏輯推理、機器學(xué)習等技術(shù)，在不改變學(xué)生手寫習慣的前提下，全程記錄學(xué)生解題過程和步驟，實現(xiàn)客觀題和主觀題的自動評價，自動分析結(jié)果，及時診斷學(xué)習困難并給予主動干預(yù)。

本產(chǎn)品設(shè)計了教育+AI考試機器人的1個產(chǎn)品理念，設(shè)計了3大功能模塊、4層系統(tǒng)架構(gòu)與5個應(yīng)用策略用。

一、教育+AI產(chǎn)品理念

教育考試機器人(Educational Evaluation Robot)作為教育行業(yè)中的服務(wù)機器人，通過模式識別、自然語言理解、自動推理及機器學(xué)習等技術(shù)，全程記錄學(xué)生解題過程和步驟，實現(xiàn)客觀題和主觀題的自動評測，自動給出評測結(jié)果，主動診斷學(xué)生學(xué)習困難并主動給予精準個性化干預(yù)，包括：自動推送個性化學(xué)習資源，清晰呈現(xiàn)個性化知識圖譜，實時推斷學(xué)習狀態(tài)等。

教育+AI與傳統(tǒng)教育的對比圖如下：

二、教育+AI3大功能模塊。

教育考試機器人由筆跡采集系統(tǒng)、智能分析系統(tǒng)和診斷干預(yù)系統(tǒng)三部分構(gòu)成。

筆跡采集系統(tǒng)是在不改變學(xué)生正常書寫習慣的前提下，使用智能筆（Smart Pen）自動記錄學(xué)生解題過程，自動采集學(xué)生原始答題數(shù)據(jù)，學(xué)生解題結(jié)束后，通過藍牙技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸至智能分析系統(tǒng)。智能分析系統(tǒng)實現(xiàn)對學(xué)生客觀題、主觀題的自動分析與批改。

基于分析與批改結(jié)果，針對學(xué)生解題過程出現(xiàn)的易錯步驟，診斷干預(yù)系統(tǒng)呈現(xiàn)學(xué)生的考試詳情、分析報告等，給出學(xué)習建議，并提供有針對性的學(xué)習資料供學(xué)生學(xué)習。

三、教育+AI產(chǎn)品4層系統(tǒng)架構(gòu)

1.?數(shù)據(jù)采集層-硬知識和軟心里雙管齊下

數(shù)據(jù)采集層主要由智能筆作為數(shù)據(jù)采集器，實現(xiàn)學(xué)生解題細顆粒度數(shù)據(jù)全程采集。根據(jù)前人研究證明學(xué)習者感知測量應(yīng)該綜合考慮學(xué)習行為和學(xué)習生理反饋兩種數(shù)據(jù)。

因此本研究采集的信息主要包括兩方面：

• 一是知識信息，采集學(xué)生答題數(shù)據(jù)并進行預(yù)儲存，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能采集與數(shù)字化管理；
• 二是學(xué)生個體特征信息采集，通過設(shè)置貼近皮膚的感應(yīng)器，收集學(xué)生的心理、情緒、態(tài)度等方面信息。采集的數(shù)據(jù)存儲在Hbase分布式數(shù)據(jù)庫中。

2.?數(shù)據(jù)分析層-提升教學(xué)效率

數(shù)據(jù)分析層主要是基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲與分析方式，主要采用Spark數(shù)據(jù)分布平臺對采集的學(xué)生解題數(shù)據(jù)進行分析，分析過程并不是把學(xué)生解題過程和后臺數(shù)據(jù)庫簡單匹配，而是根據(jù)后臺數(shù)據(jù)庫中的數(shù)學(xué)公理、命題等，采用自動推理、機器學(xué)習等方法，實現(xiàn)數(shù)學(xué)問題智能考試。

3.?數(shù)據(jù)可視化-實現(xiàn)智適應(yīng)學(xué)習

在對數(shù)據(jù)進行挖掘和分析后，通過圖表、視頻以及其他可視化方法來表征數(shù)據(jù)，進行可視化分析，最終呈現(xiàn)學(xué)生學(xué)習診斷報告。通過個性化診斷發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習過程中存在的問題，進而采用智能推送服務(wù)，為學(xué)生提供答題引導(dǎo)，為學(xué)生提供最適合的答題方法，并有針對性地推送錯題集、強化訓(xùn)練習題等，滿足個性化學(xué)習需求。

4.?數(shù)據(jù)顯示層-構(gòu)建個人學(xué)習中心

將數(shù)據(jù)分析結(jié)果以可視化學(xué)習診斷報告的形式在用戶終端（如：智能手機、個人電腦、智能移動終端及平板電腦等）顯示，最大程度滿足不同場景的使用需求，有助于學(xué)生及時了解自身學(xué)習情況，有助于教師、家長精準掌握學(xué)生學(xué)習狀況，從學(xué)生時代構(gòu)建一個個人學(xué)習中心平臺。

具體功能模塊：

教育考試機器人在AI助力下具有精準診斷與主動干預(yù)等功能特點，包括學(xué)生端、教師端和家長端，功能模塊，設(shè)計如下圖所示：

（1）教育+AI“機器人助教”

教育考試機器人具有機器人助教的功能，能夠提供教師教學(xué)相關(guān)事務(wù)的協(xié)助，如：協(xié)助備課、協(xié)助出題、協(xié)助批改作業(yè)、分析課堂以及與家長保持互動溝通等，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，從而幫助教師從繁瑣的事務(wù)中解脫出來，讓老師有更多的時間和精力專注于教學(xué)設(shè)計與課堂教學(xué)。

例如：在美國一所高校中一名AI機器人助教在學(xué)生知道是AI機器人之前被學(xué)生評價為最優(yōu)秀的助教，這名助教在午夜凌晨學(xué)生提問時也在線對這屆學(xué)生的問題進行推理識別，然后搜索往屆類似的問題給學(xué)生回答，學(xué)生的問題不僅得到解答，同時精神上也得到激勵，因為學(xué)生凌晨提問，AI機器人在凌晨回答。

（2）學(xué)生的“智適應(yīng)學(xué)習中心”

學(xué)生在不改變書寫習慣的情況下使用智能筆答題，自動上傳答題內(nèi)容，并實現(xiàn)作業(yè)自動批改。全程記錄學(xué)生學(xué)習軌跡，實現(xiàn)學(xué)習過程貼身管理。教育考試機器人能夠扮演“學(xué)習診斷醫(yī)生”角色，收集、記錄并分析學(xué)生解題過程中出現(xiàn)的問題，形成診斷報告，分析解題困難原因，自動生成學(xué)生個人學(xué)習報告，精準鎖定薄弱學(xué)習環(huán)節(jié)，及時發(fā)現(xiàn)問題并針對性解決。

自動生成個人錯題本，錯題本詳細記錄了學(xué)生錯題情況及原因分析。針對學(xué)生錯誤知識點和難點，設(shè)計開發(fā)針對性學(xué)習資源。教育考試機器人根據(jù)學(xué)生作業(yè)完成情況，及時診斷發(fā)現(xiàn)薄弱知識點，自動推送學(xué)習資源，幫助學(xué)生鞏固知識。自動生成學(xué)生個人知識圖譜，提供個性化學(xué)習服務(wù)。

（3）家長全面了解學(xué)生的“好幫手”

家長可以隨時隨地掌握學(xué)生學(xué)習情況，通過課程中心，學(xué)習教育學(xué)、心理學(xué)等相關(guān)資源，掌握與孩子溝通技巧，與孩子共同成長。同時，保持家校溝通，建立“學(xué)生—教師—家長”學(xué)習共同體，共同探討教育考試機器人使用過程中的問題。

四、教育+AI的5個應(yīng)用策略

1. 選擇適用的學(xué)科內(nèi)容

任何一種工具都需要考慮其適用的學(xué)習內(nèi)容。雖然不同類型知識的習得、鞏固與轉(zhuǎn)化、遷移與應(yīng)用等階段都有共同特征，但不能忽視它們的不同特征。因此，要使教育考試機器人發(fā)揮其優(yōu)勢，就需要對知識類型加以準確定位。

作為兩種不同性質(zhì)的知識，陳述性知識和程序性知識在習得階段基本相同，但在鞏固與轉(zhuǎn)化、遷移與應(yīng)用等階段有所不同。在鞏固與轉(zhuǎn)化階段，教育考試機器人需要針對陳述性知識提供復(fù)習和記憶的方法指導(dǎo)，而對于程序性知識，需要提供變式練習，并根據(jù)學(xué)生的完成情況作出有針對性的反饋。

在遷移與應(yīng)用階段，教育考試機器人需要考察學(xué)生提取新習得的陳述性知識，或者學(xué)生應(yīng)用新習得的程序性知識(如：解題技能或策略)解決新異問題的能力。

2. 滿足學(xué)生個性化學(xué)習需求

學(xué)生在知識儲備、學(xué)習經(jīng)歷及學(xué)習風格等方面存在差異，在知識獲取和技能習得過程中有不同需求。然而，當前學(xué)校教育強調(diào)“整齊劃一”“標準答案”，教師授課也只能兼顧中等知識水平學(xué)生，很難滿足學(xué)生個性化學(xué)習需求。

教育考試機器人能夠發(fā)揮精準診斷與主動干預(yù)優(yōu)勢，與學(xué)校教育密切結(jié)合，關(guān)注學(xué)生個性化學(xué)習需求。如：在作業(yè)反饋過程中，教育考試機器人能夠自動識別學(xué)生手寫筆記，精準診斷學(xué)生解題過程，自動收集學(xué)生解題數(shù)據(jù)，并給每個學(xué)生提供個性化干預(yù)方案，推薦個性化學(xué)習內(nèi)容與學(xué)習路徑。

3. 保持學(xué)生的學(xué)習動機

教育考試機器人作為新技術(shù)在教育中應(yīng)用的代表，促進了學(xué)習方式的轉(zhuǎn)變。然而，學(xué)生不是從技術(shù)中學(xué)習，而是借助技術(shù)優(yōu)勢，從反思中不斷學(xué)習。

在學(xué)習過程中，根據(jù)教育考試機器人提供的反饋，不斷提高思維能力。當學(xué)生發(fā)現(xiàn)利用技術(shù)工具來建構(gòu)自己對知識的理解時，會對所學(xué)知識產(chǎn)生熱情和興趣，具有較強的學(xué)習動機，進而會把教育考試機器人作為學(xué)習伙伴，而不是學(xué)習負擔。

4.?鼓勵父母與教師合作交流

Toh等人研究發(fā)現(xiàn)，面向中小學(xué)生設(shè)計應(yīng)用程序時，父母支持至關(guān)重要。在使用教育考試機器人過程中，鼓勵父母和教師一起參與產(chǎn)品設(shè)計。由于學(xué)生自制力存在差異，學(xué)生在課下使用教育考試機器人時，需要家長的有效監(jiān)督。當學(xué)生遇到困難無法完成學(xué)習任務(wù)時，家長應(yīng)積極鼓勵學(xué)生，增強學(xué)生自信心和克服困難的勇氣，與教師一起，形成學(xué)習共同體，提高使用效率。

5. 提升師生的信息素養(yǎng)

教育考試機器人產(chǎn)品的精準診斷和主動干預(yù)功能，不但能夠幫助學(xué)生開展個性化學(xué)習，還可以將每個學(xué)生的知識掌握情況即時反饋給教師，為教師設(shè)計課堂教學(xué)提供科學(xué)依據(jù)和參考。

因此，在應(yīng)用教育考試機器人的過程中，學(xué)生要熟練掌握基本操作，實現(xiàn)與課堂教學(xué)的“無縫連接”；教師要不斷提高自身的整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識TPACK（Technological Pedagogical and Content Knowledge）水平和信息素養(yǎng)，滿足信息時代人才培養(yǎng)的內(nèi)在需要。

總結(jié)

人工智能是一門交叉綜合學(xué)科，從上個世紀70年代以來就是沖著代替人類的勞動，增強人類的智能來研究和產(chǎn)品化落地。例如：機器定理正面（應(yīng)用AI的邏輯和推理）是仿學(xué)生解題，機器翻譯（應(yīng)用AI的自然語言理解）是仿學(xué)生的翻譯，學(xué)習（應(yīng)用AI的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）仿初學(xué)者。

雖然對人工智能各有各的看法，但是通過教育+AI產(chǎn)品化的實戰(zhàn)產(chǎn)品案例來看，在教學(xué)中在學(xué)習中學(xué)會優(yōu)先采用+AI至少能夠獲得信息優(yōu)勢和持續(xù)提升能力的終身學(xué)習行為。

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#專欄作家#

連詩路，公眾號：LineLian。人人都是產(chǎn)品經(jīng)理專欄作家，《產(chǎn)品進化論：AI+時代產(chǎn)品經(jīng)理的思維方法》一書作者，前阿里產(chǎn)品專家，希望與創(chuàng)業(yè)者多多交流。

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題圖來自Unsplash，基于CC0協(xié)議