Kuinka tekoäly muodostaa koulutuksen tulevaisuutta

Kun vertaat tyypillistä 2000-luvun luokkahuonetta 1900-luvun alun luokkaan, erot eivät ole kovin ilmeisiä. Opettajat seisovat edessä ja antavat ohjeita ja jakavat muistiinpanoja nykyisen version vanhasta taulusta - esimerkiksi projektorista tai jaetusta tietokoneen näytöstä. Opiskelijat istuvat työpöydällään luokkahuoneessa tai katsovat videoneuvotteluohjelman avulla. Teknologia on muuttunut: Monet työkalut ja prosessit on digitalisoitu, osa niistä on automatisoitu ja maantieteelliset esteet on poistettu jossain määrin - mutta toimijat ja elementit ovat pysyneet suurin piirtein samana.

Mutta tekoälyn (AI) ja koneoppimisen edistyksen ansiosta hidas, mutta tasainen muutos on tulossa koulutukseen konepellin alla. Muutaman vuoden kuluttua opettajat eivät enää ole yksin kantamatta nuorten sukupolvien tai yritysten työvoiman kouluttamisen taakkaa.

Jo AI-algoritmit auttavat parantamaan koulutusta keräämällä, analysoimalla ja korreloimalla jokaista fyysisessä ja virtuaalisessa luokkahuoneessa tapahtuvaa vuorovaikutusta ja auttamalla opettajia käsittelemään kunkin oppilaan erityisiä kipupisteitä. Tämä saattaa olla aloitus vallankumoukselle yhdessä ihmiskunnan vanhimmista ja arvokkaimmista sosiaalisista taitoista, ja välttämätön maailmassa, jossa ihmiset elävät ja työskentelevät älykkäiden koneiden rinnalla.

Oppilaiden edistymisen mittaaminen

Ohjaajien on otettava huomioon jokainen reaktio luentoon, jokainen tyhjä tai huomaavainen tuijotus, jokainen innokas tai epäröivä vastaus kysymykseen, kaikki varhain tai myöhään käännetyt tehtävät ja paljon muuta arvioitaessa opiskelijan käsitystä käsitteestä. Näin he voivat selvittää, missä opiskelijat ovat jäljessä, ja ohjata heitä oikeaan suuntaan.

Siksi myös oppijan etenemisen mittaaminen, luonteeltaan syvästi sosiaalinen pyrkimys, on yksi suurimmista haasteista, joille jokainen opettaja kohtaa, ja tehtävä, jota on vaikea suorittaa klassisilla sääntöpohjaisilla ohjelmistoilla.

"Kurssiluennot, joko yliopistokampuksella tai yhteisössä, ovat pääosin yhden kokoisia. Hallitseva tapa on opettajien puhelu opiskelijoille", kertoo Chris Brinton, Zoomin tutkimusjohtaja, AI-yritys, joka on erikoistunut. kaappaamalla ja analysoimalla käyttäytymistietoja koulutusympäristössä. "Tämä syntyy välttämättömyydestä: olisi mahdotonta tai ainakin tehoton ajan suhteen, että opettaja keskeyttää luennon pitkään ja osoittaisi jokaiselle opiskelijakonsernille erikseen, jotta hän toisi kaikki samalle sivulle., opiskelijaa, jolla on monia kysymyksiä, pyydetään yleensä seuraamaan ohjaajaa luokan ulkopuolella."

Koneoppimisen algoritmit, jotka perustuvat tietopisteiden välisten kuvioiden ja korrelaatioiden analysointiin ja löytämiseen, ovat kuitenkin osoittautuneet tehokkaaksi työkaluksi, joka auttaa opettajia määrittämään opiskelijan ymmärtämisen luennosta.

"Analysoimalla erityisiä opiskelijatietoja, AI: llä on potentiaalia auttaa nopeammin pinta-aloilla, joilla opiskelijat saattavat tarvita enemmän apua, ja parantaa siten oppilaiden saavutuksia ja opettajien tukea", sanoo Jessie Woolley-Wilson, älykkään matematiikan, DreamBox Learningin toimitusjohtaja. -opetusalusta.

Luokkahuoneen varustaminen tekoälyllä on sama kuin jokaiselle opiskelijalle digitaalinen ohjaaja, Brinton selittää. "AI-algoritmit voidaan kouluttaa havaitsemaan, milloin oppija kamppailee ja mikä sai heidät kamppailemaan tai milloin heidän on tylsistynyt ja mikä aiheutti heidän tylsyyttään", hän sanoo.

Tämä on siirtyminen perinteisistä oppimisohjelmistoista, joissa luotiin vain arviointivastauksia mitataksesi opiskelijoiden ymmärtämistä tutkittavista aiheista. "Tietoja ei useinkaan ole saatavilla luennon aikana, vähemmän alasekundin rakeisuudessa, jossa opiskelija voi siirtyä selkeästä sekavaan näkökulmaan", Brinton sanoo.

Nykyään on olemassa useita AI-pohjaisia ​​alustoja, jotka luovat rikkaita digitaalisia profiileja jokaisesta opiskelijasta keräämällä elävää tietoa käyttäjän vuorovaikutuksesta kurssin materiaalin ja kontekstin kanssa. Arvostelujen ja pistemäärien kirjaamisen lisäksi Zoomi-alusta Brinton auttoi kehittämään, seuraa mikrovuorovaikutuksia, kuten tiettyjen diojen tai sivujen katselemista PDF-dokumenteissa, videon tietyn osan toistamista tai kysymyksen tai vastauksen lähettämistä keskusteluun foorumilla.

Tietoja käytetään sitten rakentamaan malli, joka voi antaa reaaliaikaisen kuvan opiskelijan ymmärtämisestä ja sitoutumisesta tiettyihin aiheisiin. Tietomallit auttavat myös löytämään yhteisiä malleja useiden opiskelijoiden keskuudessa ja suorittamaan ennakoivaa analytiikkaa, kuten ennustamaan opiskelijoiden suoritusta tulevaisuudessa.

AI: n edistyneempään käyttöön voi liittyä monimutkaisten tietokoneenäköalgoritmien käyttäminen ilmeiden, kuten ikävystymisen ja hajamallisuuden, analysoimiseksi, ja linkittää ne muihin opiskelijoihin kerättyihin tietoihin, jotta saadaan täydellisempi kuva opiskelijan oppijamallista.

Oppimisen puutteiden löytäminen ja korjaaminen

Luotettavalla digitaalisella mallilla, joka edustaa opiskelijan tietoa, on useita etuja. "Älykäs järjestelmä voi käyttää tietoja automaattisesti automaattisesti saadakseen opiskelijat välittömästi mukaan oppimiskokemuksiin, jotka korjaavat erityisesti ymmärtämisen puutteet, tai opettaja tunnistamaan ja vastaamaan niihin erityisiin tarpeisiin, " sanoo Woolley-Wilson, DreamBox.

Kolmas avaruusoppiminen, vuonna 2012 perustettu online-koulutusalusta, joka tarjoaa matemaattisia tutorointeja yksilölle, hyödyntää nyt AI-algoritmeja parantaakseen opettajien suorituskykyä. Kolmas avaruus on käynnistämisensä jälkeen tallentanut tietoja tuhansista istunnoista. Kolmas avaruus on nyt mukana yhteistyössä Lontoon yliopiston kanssa, jonka tarkoituksena on kaivata tietoja AI-algoritmeilla, jotta löydetään onnistuneita oppimis- ja opetusmalleja ja tarjotaan reaaliaikaista palautetta online-tutorille siitä, kuinka heidän opiskelijansa pysyvät mukana oppituntia.

AI-oppijamalli voi myös käyttää älykkäitä tutorointijärjestelmiä (ITS). Älykkäät ohjaajat, jotka voivat työskennellä omaehtoisessa oppimisympäristössä tai yhdessä ihmisopettajien kanssa, käyttävät opiskelijan historiallisia ja reaaliaikaisia ​​tietoja tarjotakseen henkilökohtaista sisältöä, joka on mukautettu heidän erityisiin vahvuuksiinsa ja heikkouksiinsa. Henkilökohtaisen oppimiskokemuksen tarjoaminen on tavoite, jonka opettajat ovat aina pyrkineet saavuttamaan.

"AI-pohjaiset ohjausjärjestelmät ovat osoittautuneet tehokkaiksi sellaisten määriteltyjen aihealueiden, kuten matematiikan ja fysiikan, opettamisessa", kertoo Lontoon yliopiston Lontoon yliopiston Knowledge Lab -opiskelijan opiskelukeskeisen suunnittelun professori Rose Luckin. "AI voi tällä hetkellä lievittää kipupisteitä auttamalla tietueiden ylläpidossa ja valitsemalla ja suosittamalla resursseja oppijoiden käyttöön."

Esimerkki on MATHIA, AI-pohjainen matematiikan oppimisympäristö, jonka on kehittänyt Carnegie Learning ja joka kuvastaa ihmisohjaajien käyttäytymistä. MATHIA kerää erilaisia ​​tietopisteitä ja käyttää koneoppimisalgoritmeja ja ennakoivia malleja opiskelijoiden tietämys- ja taitotasojen määrittämiseksi ja heidän suorituksensa arvioimiseksi tulevaisuudessa. Alusta käyttää näitä tietoja oppimistien mukauttamiseen opiskelijoiden oppimisprosessien mukaan.

"Jokainen ongelman vaihe, johon voi liittyä laskentataulukon solun täyttäminen, pisteen piirtäminen kuvaajalle jne., Liittyy yhteen tai useampaan kognitiiviseen taitoon", kertoo Carnegie Learningin päätuotearkkitehti Steve Ritter. "Sen mukaan, suorittaako opiskelija vaiheen oikein vai ei, vai pyytääkö neuvoja, sopeutamme arviomme opiskelijan tietoon liittyvistä taidoista."

MATHIA käyttää "tiedon jäljittämistä", prosessia, jolla määritetään opiskelijan ymmärrys eri käsitteistä, sekä "mallin jäljitystä", prosessia, jolla ymmärretään opiskelijan lähestymistapaa ongelmien ratkaisemiseen, jotta ohjelmiston tuki mukautetaan yksittäisen opiskelijan ajatteluprosessiin. sen sijaan, että ohjata heidät tavanomaiseen lähestymistapaan, jolla ei ehkä ole mitään järkeä heille. Tämä auttaa tarjoamaan henkilökohtaista sisältöä mahdollisesti lukemattomilla oppimisreiteillä.

"Vihjeemme muuttuvat esimerkiksi sen perusteella, missä järjestyksessä opiskelijat suorittavat ongelman vaiheet, jos tämä järjestys heijastaa erilaisia ​​tapoja lähestyä ongelmaa", Ritter sanoo.

Älykkäiden tutorointijärjestelmien kehitys voi lopulta johtaa rikkaampaan itsensä tahdiseen oppimiskokemukseen. Vaikka se ei korvaa ihmisopettajia, AI-pohjaisilla verkko-oppimisalustoilla voi olla keskeinen merkitys laadukkaan koulutuksen saatavuuden saavuttamisessa alueilla, joilla opettajista on pulaa, ja opiskelijoiden on opittava itse.

"Bigdatan ja AI: n yhdistelmä voisi tarjota oppijoille oman henkilökohtaisen analyysin, jota he voivat hyödyntää tullakseen tehokkaimmaksi oppijaksi mitä he voivat olla", Luckin sanoo.

Itsetuntemus (tietämäsi, mitä teet ja et tiedä) ja itsesääntely (esimerkiksi kyky estää itseäsi häiritsemästä siitä, mitä joku muu tekee) ovat kaksi taitoa, joita tällaiset järjestelmät voivat auttaa kehittämään, Luckinin mukaan.

"AI: tä voidaan käyttää oppilaiden telineeseen (tukemiseen) näiden avaintaidojen kehittämiseksi heijastamalla heidän henkilökohtaisia ​​tietojaan huolellisesti suunniteltujen rajapintojen ja visualisointien avulla", Luckin sanoo. "Tällä tavoin kaikkia oppijoita voitaisiin auttaa oppimaan paremmin, mikä olisi hyödyllistä kaikilla aihealueilla."

Yksi AI-pohjaisten oppimisjärjestelmien eduista on niiden tarjoama saumaton apu. "Samat älykkäät tekniikat, jotka auttavat oppilaita ja heidän opettajiaan luokkahuoneessa, olisi aina hyödynnettävä samaan aikaan luokkahuoneen ulkopuolella", sanoo Woolley-Wilson. "Ne voivat tuoda saman vallan yksilöllisiä suosituksia missä tahansa opiskelija on. Oppimismahdollisuuksia ja pääsyä ei saisi enää rajoittaa tiettyyn aikaan tai paikkaan kuin ne ovat yleensä olleet analogisessa menneisyydessä."

Yritystoiminnan koulutus voi myös hyötyä AI-yksilöinnistä. Zoomi, joka tarjoaa online-työkaluja ammatilliseen koulutukseen, käyttää AI-algoritmeja tunnistamaan oppijoiden mieltymykset ja mukauttamaan dynaamisesti kurssin sisältöä heidän tarpeisiinsa. Perustuen esimerkiksi käyttäjän aikaisempaan käyttäytymiseen ja reaktioon erityyppisiin mediatyyppeihin, alusta voi päättää, pitäisikö kurssimateriaali tarjota PDF- tai videomuodossa. Progressiiviset liikekumppanit ovat käyttäneet alustaa vuodesta 2016 HR-ammattilaisten kouluttamiseen, minkä seurauksena kurssien valmistuminen on kasvanut 12 prosenttia ja liikevaihto kasvaa 30 prosenttia.

Opetuspuutteiden löytäminen ja korjaaminen

Kun oppilaat jäävät jälkeen oppitunnista, opetusmenetelmien ja opetussuunnitelman puutteet ovat usein yhtä syyllisiä kuin itse opiskelijoiden heikkoudet. Oliko syynä siihen, että opiskelijat ymmärsivät jotain itse materiaalista, sen esittämistavasta tai materiaalin ajoituksesta opetussuunnitelman sisällä? Oliko sillä, että opiskelijalla oli flunssa, kun joitain välttämättömiä käsitteitä käsiteltiin aiemmin? Kuinka opiskelija sitoutui materiaaliin - aktiivisesti tai passiivisesti?

Nämä ovat joitain niistä kysymyksistä, joihin jokaisen opettajan on vastattava arvioidessaan suoritetun oppitunnin laatua ja tutkiessaan oppimisen ongelmien perimmäisiä syitä.

"Upeat järjestelmät voivat hyödyntää suuria tietokokonaisuuksia auttaakseen opettajia löytämään sekä opetussuunnitelman heikkoudet että kamppailevat opiskelijat", sanoo Woolley-Wilson. "Ja on tärkeätä muistaa, että opettajalle annettavan avun määrä riippuu käytettävissä olevan tiedon laadusta analyysiin."

DreamBoxin online-mukautuva oppimisympäristö käyttää oppilailta keräämiä tietoja paljastamaan oppimisvajeita ja auttaa sitten opettajia käsittelemään niitä luokan tasolla tai tietyille ryhmille tai yksittäisille oppilaille. Tähän voi kuulua strategiaryhmien luominen, henkilökohtaiset oppimissuunnitelmat tai keskitetyt tehtävät, jotka korvaavat tietyt aukot ja täydentävät perusopetussuunnitelmaa.

AI auttaa myös opettajia arvioimaan opetusmateriaalinsa tarkoituksenmukaisuutta. "Vaikka sisältö toimitetaan" elävänä "luokkahuoneessa, suurin osa ohjaajista valmistelee materiaalinsa sähköisesti", sanoo Zoomin tutkija Brinton. "Seurauksena on, että AI-tekniikat voivat tulkita materiaalia, määritellä aiheet ja jopa analysoida kurssin arviointimateriaalia saadakseen käsityksen siitä, kuinka hyvin arviointi kattaa kurssin sisällön."

Zoomi käyttää luonnollisen kielen käsittelyä (NLP), AI: n haaraa, joka jäsentää kirjoitetun materiaalin sisältöä ja asiayhteyttä, punnitakseen opettajan kurssimateriaalin laatua. Zoomin algoritmit poistavat sisällön, jolla ei ole positiivista vaikutusta oppimisprosessiin. Yhtiö työskentelee myös algoritmeilla, jotka lisäävät oppimiskokemusta etsimällä täydentävää sisältöä ja järjestämällä se uudelleen sopimaan tiettyyn oppituntiin, jossa opiskelija kamppailee.

"Pian algoritmit voivat pystyä muuttamaan lauseita selvyyden vuoksi ja jopa kirjoittamaan uutta materiaalia itsenäisesti, kuten ihminen tekisi", Brinton sanoo.

Kalifornian tehdasintelligen tutkimus- ja kehitysyritys Content Technologies, Inc (CTI) on kehittänyt AI: n, joka luo automaattisesti räätälöityä koulutussisältöä. CTI: n moottori käyttää syvää oppimista ohjelmien ja kurssimateriaalien syömiseen ja analysointiin, tiedon hallitsemiseen ja uuden sisällön tuottamiseen, kuten mukautettuja oppikirjoja, lukujen yhteenvetoja ja monivalintakokeita. Teknologiaa käyttävät monet yritykset ja oppilaitokset.

Koulutus pysyy sosiaalisena kokemuksena

Vaikka olemme nähneet vaikuttavia ponnisteluja tekoälyn soveltamisessa koulutukseen, tulokset ovat vaaleita verrattuna muihin aloihin, joissa AI-algoritmit aiheuttavat suuria häiriöitä. Syynä on, että koulutus ja oppiminen ovat pohjimmiltaan sosiaalisia kokemuksia, joita on erittäin vaikea - ellei mahdoton - automatisoida.

"AI ei voi korvata opettajia, koska sillä ei ole itsetuntoa tai metakognitiivista sääntelyä, ja sillä ei ole myös empatiaa", Luckin, professori UCL Knowledge Labista. "Kuitenkin AI, kun sen suunnittelussa on tietoa siitä, mitä tiedämme oppimisesta ja opettamisesta (eli oppimistieteistä), voidaan kuitenkin yhdistää suuriin tietoihin oppijoista purkaaksesi oppimisen mustan laatikon ja antaakseen oppijoille, opettajille ja vanhemmille mahdollisuuden seurata eteneminen useiden aiheiden, taitojen ja ominaisuuksien välillä - tämä voi tarjota elintärkeää tietoa, jotta oppijat voivat tulla tehokkaammiksi oppijoina sekä auttaa heitä oppimaan tietoja ja taitoja."

Lisäys ja apu, jota AI tarjoaa koulutus- ja oppimisprosessille, tekevät opettajista entistä tuottavampia ja tehokkaampia. "Opettajat voivat keskittyä siihen, mitä he voivat tehdä parhaiten: luoda erinomaista sisältöä, pitää vahvoja luentoja ja käsitellä kaikkein läpäisevimmät kipupisteet niin henkilökohtaisesti kuin etäyhteyden kautta, yksilöllisesti ja ryhmissä", Brinton sanoo.

Toinen koulutuksen sosiaalinen näkökohta on yhteistyö. Opiskelijat oppivat usein lisää työskentelemällä ryhmissä ja toistensa kanssa samoin kuin luentojen kuuntelemisella ja ongelmien ratkaisemisella omassa tahdissaan. "Koulutuksen tavoitteisiin sisältyy enemmän sosiaalista vuorovaikutusta, kuten oppiminen olemaan hyvä yhteistyökumppani tai kommunikoimaan muiden kanssa", kertoo Carnegie Learningin tuotearkkitehti Ritter. "Joten haaste henkilökohtaisessa opetuksessa on tasapainottaa opiskelijan näkemistä itsenäisenä oppijana, joka voi edetä omassa tahdissaan tarpeen työskennellä yhteistyössä muiden kanssa."

Mutta AI: stä saattaa myös tulla apua yhteistyössä tapahtuvassa oppimisessa. Intelligence Unleashed , UCL: n ja Pearsonin yhteinen tutkimusasiakirja, jonka Luckin yhteistyössä laati, selittää, että AI voi tukea yhteistyöhön perustuvaa oppimista vertaamalla opiskelijaopiskelijoiden malleja ja ehdottamalla ryhmiä, joissa osallistujat ovat samanlaisella kognitiivisella tasolla tai joilla on täydentäviä taitoja ja jotka voivat auttaa toisiaan.. AI voi myös osallistua oppijaryhmiin jäsenenä ja auttaa ohjaamaan keskusteluja oikeaan suuntaan tarjoamalla sisältöä, esittämällä kysymyksiä ja tarjoamalla vaihtoehtoisia näkökulmia.

AI: n läsnäolo kaikkialla oppimisprosessissa mullistaa lopulta koulutuksen. Stanfordin yliopiston raportin mukaan seuraavien viidentoista vuoden aikana on todennäköistä, että ihmisen opettajia avustetaan AI-tekniikoilla, jotka johtavat parempaan ihmisten vuorovaikutukseen sekä luokkahuoneessa että kotona.

Luokkahuone saattaa jäädä enemmän tai vähemmän kuin nykyään, mutta digitaalisten avustajien, AI-algoritmien ja kykenevämpien opettajien ansiosta tulevat sukupolvet pääsevät toivottavasti korkealaatuisempaan koulutukseen ja pystyvät oppimaan paljon nopeammin.