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人工智能在教育领域的应用及产业展望

华夏幸福产业研究院 2019-11-11 14:29 发文


“不许补课,不许考试,不许公布分数,不许按成绩分班!”——南京、无锡的突击式“素质教育”减负,让学霸和学渣的矛盾再一次摆上台面。在提倡“以学生为中心”的教育模式下,AI能否发力教育领域,产新君带你一探究竟。


什么是人工智能+教育?

人工智能+教育指依托大数据工具,通过人工智能技术精准计算学生的知识水平、学科倾向、思维类型、情感偏好、能力潜质等,并结合习得规律和教育规律,合理配置教学内容,科学实施因材施教,促进学生个性化全面发展和核心素养全面提升。人工智能精准助力教育,能够促进行业由以老师为中心的教学模式向以学生为中心的学习模式转变,真正实现“千人千面”的个性化、定制化和幸福化教育。

图1. 人工智能促进教学模式的转变

图片来源:华夏幸福产业研究院

人工智能+教育最大的优势在于助力行业降本增效,促进教育公平化,对学生、老师及机构三方均大有裨益:

对学生而言,可以拥有一套个性化学习方案,及时、精准了解薄弱知识点,有针对性的弥补加强,并获得系统提供的标准化服务,避免差别对待。

对老师而言,现阶段能够利用智能化工具,减少作业批改、错题统计等重复性劳动,减轻负担;随着技术产品的不断演进成熟,可助力教师从当前灌输模式向“帮助者、指引者”的角色转变。

对机构而言,能够利用整体数据,掌控全局,精准发力,推进教育资源均衡与教育公平;同时改善资源投入成本结构,提高边际效益,实现社会公平。

教育智能化的夙愿由来已久,但受制于技术、经济及管理等原因,不同地方、不同学校的发展水平不够均衡,应用渗透的总体规模不及预期。随着近年AI火热发展,AI+教育将尚未成熟的教育信息化推向更高的发展阶段。

图2. 人工智能+教育发展历程

图片来源:华夏幸福产业研究院

完整的教育流程可分为教/学—练习—考/测—辅助管理四个环节。这些环节都存在人工智能技术应用的天地,如图3所示。其中,针对教/学环节的策略类产品自/智适应教育是整个教育流程中最核心、最复杂的一环,该类产品可直接面对广大学生,市场潜力巨大。而其他工具类产品因不需要对学习内容和规律进行深度挖掘,复杂度较低,技术难度相对较小,产品种类较多,商业化成熟度较高。

图3. 人工智能技术赋能教育各环节

图片来源:华夏幸福产业研究院

从产业链角度看,人工智能+教育可分为上游的内容研发和数据采集,中游的产品推广,下游的用户。其中,上游产品开发环节由于需综合新兴的人工智能技术以及教育学、心理学、行为学等多个学科,因此难度高、耗时长,吸金能力也强,前期投入巨大。整体而言,产业链头重脚轻,分工有待细化。

图4. 人工智能+教育产业链

图片来源:华夏幸福产业研究院

典型应用场景

经过近几年的跨越式发展,人工智能技术在教育行业的很多领域都有了示范应用,取得了良好的效果,引起了社会的广泛关注,其中四个典型的应用场景包括个性化学习、学情管理、快乐作业和早教。

图5. 人工智能+教育四大场景

图片来源:华夏幸福产业研究院

场景一:个性化学习

个性化学习主要用于自学场景,指系统通过知识图谱和自适应推荐引擎,在大数据的基础上构建学习模型并输出学习建议,使每个使用者拥有自己独特的学习路径,支持按图索骥式学习,提高学习效率。个性化学习能够助力教育由“千篇一律”到“千人千面”的转变,真正实现“因材施教”。

图6.  个性化学习原理及流程

资料来源:艾瑞咨询

个性化学习可覆盖各个学习阶段,包括早幼教、小学、初中、高中、大学、成人教育领域等,并应用于多个学科,如K12教育、语言学习、分级阅读及职业培训等。入局企业中的佼佼者包括流利说、乂学教育、科大讯飞、考拉阅读等。

场景二:学情管理

学情管理主要用于上课场景,指在课堂上通过摄像头等传感设备获得学生状态数据,并结合人工智能的人脸检测、情绪识别、语义理解、姿态识别等技术进行分析,及时反馈学生的学习状态,如精力是否集中、是否疲困、是否走神等,使老师能了解到每一位学生的课堂参与度,并及时调整授课方式。从学生和家长的接受程度来看,此场景的合理使用尚存在不少争议。

图7. 学情管理场景工作模式

图片来源:华夏幸福产业研究院

比较典型的案例是好未来集团的魔镜系统,该系统可以根据教室上课的音视频消息,通过人工智能技术建立标准化、公平化的多维度课堂质量评价体系,课程结束后会生成教师课堂质量分析报告,帮助老师复盘课堂,提升教学质量。

场景三:快乐作业

快乐作业主要针对做作业场景,在该场景中学生可通过拍照搜题类产品将遇到的问题拍照并上传至云端寻找解答方案,该产品还可智能推荐相关习题,帮助学生举一反三,并提供付费教师答疑服务(如提供一对一或小班教学服务),以及其他服务如社群讨论等。该场景下的相关产品不仅能识别机打题目,对于手写题目的识别正确率也越来越准,并对其他可转化的知识付费模式进行了充分挖掘,产品发展相对成熟。 

图8. 快乐作业场景下的业务模式

资料来源:阿凡题,华夏幸福产业研究院整理

此场景中玩家众多,包括作业帮、学霸君、学吧、阿凡题、小猿搜题等,主要是针对小学、初中和高中的学生,产品内容大同小异,同质化严重,竞争激烈。未来该类产品需要配合个性化学习方案及付费教师讲解等领域,打造多元化产品矩阵,设计更高更宽的产品壁垒。

场景四:早教天地

目前的早教主要是通过教育机器人实现的。教育机器人目前在幼儿园和家庭中使用较多,主要实现陪伴娱乐、辅助学习、生活助手等儿童教育和生活看护陪伴功能。

图9. 教育机器人主要应用技术及陪护方式

资料来源:寒武纪小武机器人、火火兔,华夏幸福产业研究院整理

目前专门研发教育机器人的公司也不少,大多数是为各个行业提供机器人解决方案。主要公司包括科大讯飞、寒武纪、康力优蓝、优必选、小米等。

问题与挑战

虽然目前人工智能赋能教育产业取得了长足进步,受到更多资本青睐,有更多企业涌入这个赛道,但人工智能+教育在深度融合过程中仍面临诸多挑战:

业务复杂度高。与金融、医疗等领域不同,教育过程本身是十分复杂的,需要深入结合行为学、心理学等多个复杂学科,而每个学生的学习速度、理解能力等都不同,人工智能需要解决“千人千面”的问题,在教育领域面临很大的挑战。目前产品同质化严重,核心要素和解决方案雷同,没有独树一帜的新颖性。

应用模式和市场认知不足。现阶段中国教育仍以传统的线下教学模式为主,由于学生自控力有限,部分老师、家长认为相关产品(如拍照搜题等)会干扰现有的培养模式,或者不利于学生个性化培养,造成滥用。

数据积累稀缺。虽然教育行业已经积累了一定的用户数据,测试和练习的单点学生行为数据丰富,但是有效的结构化、连续性数据稀缺。只有拿到了课前预习、课中互动、课后练习测验等教与学环节的数据,才能提供精准服务。

技术人才短缺。教育自动化需要深入理解知识点之间的内在关系和逻辑,并转变为行之有效的学习产品。然而目前兼具人工智能技术和教育行业知识的人才屈指可数。

发展建议

面对人工智能与教育产业深度融合的种种问题,产新君建议:

打造教育大数据开放平台。目前教育行业有效的数据奇缺,各平台间无法实现信息共享。建议国家教育行政主管部门统一规划协调,统筹整合资源,以教育大数据的挖掘结果为依据,使智慧教育的发展方向兼具先进性和科学性。应坚持让教育数据“流”动起来,通过实时开放共享的数据平台促进全行业开展研究,促进AI+教育早日结出硕果。

促进教师的赋能。现阶段的人工智能+教育产品更多地是一种辅助、替代部分教育工作的手段和工具,还不足以改变整个系统。当前,对学生心理、学习习惯、教学方式等理解最为深刻的还是教师群体,因此需要加强教师在人工智能+教育产业中的能动作用,促进该群体的积极配合,做出更合理更有效的产品。

创新机制体制促进行业快速发展。人工智能与教育融合存在的问题主要是数据、技术、人才等,这些都要通过科研、金融、教育、财税、监管体制机制等创新来解决。由于涉及学生、教师、家长、学校、企业等庞大群体,既要确保信息安全,更要积极推进技术应用,切莫“因噎废食”。

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