教育业的 AI 转型

阿联酋迪拜 5 六月 2024

未来几年，生成式 AI 技术将从根本上重塑我们教育和学习的方式。

2023 年是生成式 AI（也称 genAI）使用的一个里程碑，这是一种快速发展的人工智能形式，具有能够创建全新内容的特点。特别是基于文本的多款重量级 genAI 聊天机器人的发布引起了广泛关注。11 月，OpenAI 的 ChatGPT 每周活跃用户达到 1 亿[1]。ChatGPT 能够就多种话题快速生成具有说服力的书面材料，且具有高度准确性；它与人类的交谈也能比较灵活自然；这迅速让公众对它充满了期待。它引发了人们对这种技术如何能改变我们生活与工作方式的极大兴趣。

ChatGPT 被认为是有史以来增长最快的消费类互联网应用，在发布后短短两个月内每月用户就达到了 1 亿。虽然现在面临来自其他产品的竞争——例如谷歌的 Gemini（前身为 Bard）——但 ChatGPT 仍然是最受欢迎的 genAI 应用。

还有一些很受欢迎的应用（如 Dall-E 和 Midjourney）使用 genAI 通过文本内容来创建图像，或者生成音乐和视频。预计 GenAI 技术将对经济和社会产生重大影响。彭博行业研究 (Bloomberg Intelligence) 的一项分析预测，未来 10 年 genAI 市场将从 2022 年的 400 亿美元增长到 1.3 万亿美元[2]。而麦肯锡的一份报告则认为，2023 年是 genAI 在商界的“突破之年”。在 2023 年 4 月的一项调查中，来自多家企业各个层面的近四分之一 (22%) 的受访者表示，他们已经在工作中经常使用 genAI[3]。

教育业是 genAI 可能会带来重大突破的一个领域。虽然有人担心它有可能会导致剽窃和传播错误信息，但它也具备为学生和教育工作者创造新价值的巨大潜力。

教育业的机遇

genAI 刚出现时，有人担心学生们可能会用它来作弊，比如生成用于抄袭的作业。美国一些学校甚至禁止 ChatGPT，理由是“担心给学生学习带来负面影响、以及内容的安全性和准确性”[4]。关于这项技术对高等教育的影响，有人也表达了类似的忧虑。2023 年 3 月，一篇学术论文讨论了 AI 工具如何引发对学术诚信和剽窃行为的担忧。在该研究发表之后才发现，这篇论文本身就是由 ChatGPT 撰写的。[5]

然而此后教育工作者的态度有所缓和，这些草率的禁令很快就被取消了。[6]现在人们普遍认为，这项技术将长期伴随我们；对我们所熟悉的教育而言，它非威胁，实际上它可以大有裨益。

许多专家和从业者认为，genAI 能提供新的教育和学习方式，可以在各个教育阶段提高学生参与度与教学效率。例如，康奈尔大学的教学创新中心指出，genAI 能让学生即时访问海量信息，并可以为具有不同能力、背景或需求的学生提供帮助。它还可以促进知识探索和培养创造力，激发好奇心，提出新鲜的想法和思维方式。[7]

GenAI 技术还能为教育工作者创造相当大的价值。它可以帮助教职员工编制教学内容和课程材料，如教案、测验问题、范例解答或写作场景。讲师可以使用它来编制教学材料，如学习目标、课程描述、教学大纲或课程政策等。

美国教育部去年的一份报告提到，教育工作者们正在探索如何利用人工智能来写作或改进授课质量，以及如何辅助教学材料的搜寻、筛选和调整。报告指出，尽管有其风险，genAI 有能力通过更优的方式、更大的规模和更低的成本达成重要的教育目标。报告还提到“必须现在应对教育业所面临的人工智能问题，才能发挥关键的潜能，有效预防和管理随之而来的风险，妥善处理预期之外的不良后果。[8]

越来越高的使用率

这一紧迫感并非空穴来潮。来自英国的证据表明，教育工作者和学生都已经大量使用 genAI。Internet Matters 2024 年的一项调查发现，44% 的儿童正在积极接触 genAI 工具，其中超过一半的人 (54%) 在用这类工具完成家庭作业或课堂作业[9]。而此前，英国教育部 (DfE) 2023 年 4 月的一项调查发现，23% 的大学教育工作者、14% 的中学教师和 9% 的小学教师都使用过 genAI。

根据 DfE 2024 年 1 月的另一份报告[10]，教育工作者目前使用 genAI 最常见的用途是为授课和行政管理编制内容。在使用这项技术的教育机构领导和教师中，62% 的人曾经部署 genAI 来创建授课资源或课程资源。大约 42% 的人使用 genAI 来准备教案或课程内容，17% 的人使用 genAI 与家长或看护人进行互动。其他用途包括授课、评卷、提供反馈以及起草政策文件。有证据表明，很多学科都使用过 genAI。在理科和计算机学科中，它被用于创建实验方案、修订工具和代码。在数学课中，教育工作者已经创建了自动评卷式测验题；而在语言类科目中，genAI 则被用于生成写作范例和阅读理解问题。

使用 AI 作为个性化学习工具

1984 年，教育心理学家 Benjamin Bloom 提出了所谓的“两个标准差问题”(2 Sigma Problem)。Bloom 研究的主要结论是：与传统课堂相比，学习者通过一对一辅导可以达到好得多的学习成绩；有私人导师的学生的表现提升了两个标准差。由于实用性和资源限制的原因，目前为止，这种教学支持的普及性仍然比较有限。但已有一些项目正在探索利用 genAI 普及个性化教育的潜能。

例如，总部位于新加坡的 Noodle Factory 公司推出了一款人工智能驱动的教学助理平台——“Walter”，可以为学生提供个性化、更好的学习体验，同时还能帮助教育工作者减轻行政管理事务的负担。Walter 可以对学生完成的练习题立即给与反馈，包括开放式问题；而问答功能则可以回答学生提出的具体问题。

问题范围优先集中在教育机构的教学内容，如讲座笔记和幻灯片；但教育工作者也可以选择允许使用大语言模型的 genAI 系统（如 ChatGPT），从而帮助拓展学生的知识。教育工作者可以查看分析性数据，了解学生与聊天机器人的互动情况，确定可能需要额外辅助或干预的地方。

使用 Noodle Factory 平台的教育机构包括新加坡义安理工学院卫生科学系的一千多名学生。Noodle Factory 表示，在最高 5 分的评价中学生给辅导体验的打分为 4.26；而这个平台的自动考评功能每年为每位讲师节省了 100 个小时。[11]新加坡工艺教育学院 (ITE) 同样也在使用这个平台。在一项为期九个月、ITE 学生和讲师参与的研究中，超过 80% 的人表示使用这个平台有效果，并愿意继续使用。大约 84% 的学生认为 AI 导师很容易使用，界面也很友好；而大约三分之二 (64%) 的讲师表示，他们在评卷过程中节省了 50% 至 75% 的时间。[12]

Walter 平台在美国、墨西哥、葡萄牙和英国也有用户。伦敦大学的网络法律课程正在试用这款聊天机器人。[13]负责教学方案设计和编制的副主任 Jonathon Thomas 表示，这款软件能提供准确且有价值的实时反馈，这让他印象深刻。“有一点很重要，我们不认为软件将会——或者可以——取代人类导师，”Thomas 评论道，“我相信 AI 能帮我们填补的空缺是回答常见的学术问题，消除学生的挫折感，解放导师、让他们能专注于更复杂的问题。”

一些定制化的 genAI 工具比面向所有公众的产品（如 ChatGPT）更具优势，因为它们启用的安全功能可以提高数据安全性，并有利于防止学生访问不当内容。 Khanmigo 也具有类似的功能，这是去年由美国非营利教育组织 Khan Academy 所开发的一个由 genAI 驱动的“私人导师和教学助理”。

虽然 Khanmigo 也是基于 ChatGPT 技术，但经过调整，它并非只是给出答案，而是引导学生自己解决问题。这款应用还接受了 Khan Academy 自有内容库的训练，包括数学、自然科学、经济学和历史等科目的课程。

Khanmigo 为学生提供的对话功能包括提出有难度的问题，鼓励他们以批判性的方式思考问题；此外，它还可以模拟历史人物。这款应用为教师的教学活动提供的支持包括备课、创建考卷说明和提供反馈等。[14]

这款聊天机器人得到了许多好评。《华盛顿邮报》的一名记者最近称其为“为公共利益开发和实施人工智能的最佳模型”和“我满心期待地给我孩子使用的第一款人工智能软件”[15]。Khanmigo 正在美国印第安纳州试运行，项目耗资 200 万美元，目前有大约两万名学生参与。这项技术让学生可以同文学作品中的人物聊天、写故事、查看大学招生程序、接受以学术和职业目标为导向的辅导。一名学生评论说，它“比 TikTok 更有趣”。[16]

普惠性有待提升

虽然 genAI 在教育业中的运用还处于早期阶段，我们已经看到了一些让人期待的应用。无论是与学生的直接互动，还是为教育工作者提供的新功能，很明显的是，这项技术有着巨大的潜力来发展更为个性化的学习途径。事实上，Khan Academy 创始人 Sal Khan 认为，“我们正在使用 AI 发起教育史上规模可能最大的积极转型”。[17]

在提高主流教育质量的同时，为了满足差异化的学习需求，genAI 还可以帮助学生和教育工作者更容易地以多样化的方式调整或创建内容。研究脑损伤、阅读障碍和心盲症（无法在脑海中进行视觉想象）等疾病的研究人员最近告诉《自然》杂志，把学术内容转化为不同的形式——例如转录和总结讲座、或使用文字描述来生成图像——如何能够帮助他们的日常工作。[18]

英国非营利教育组织 Jisc 指出，genAI 在重新编写文本方面可能特别有效，而这可能造福具有神经多样性的学生。具体可能包括翻译、简化和改写材料，或者举例说明[19]。goblin.tools 是广受欢迎的无障碍资源平台之一，它使用 genAI 驱动专为神经多样化学生设计的一系列工具，帮助他们完成多种任务。具体包括改变书面材料的语气和估算完成任务可能需要的时间。来自悉尼科技大学、患有注意力缺陷多动障碍 (ADHD) 的一名学生最近谈到， goblin.tools、文本转语音应用 Speechify 以及言语辅导程序 Yoodli 如何帮助她保持专注度并有效地管理时间[20]。

研究人员正在探索运用先进人工智能技术实现更多功能的可能性，以期帮助有特殊教育需求的学生。在美国面临缺少言语和语言病理学家的背景下，布法罗大学领导的一个项目正在开发基于 AI、用于筛查儿童言语和语言障碍的工具；并与教师合作为有需要的儿童提供个性化的干预[21]。缅因大学牵头的一个项目也在研究教育业应用人工智能的创新实践；该项目由特殊儿童委员会 (Council for Exceptional Children) 资助。[22]

未来的可能性

这些只是 genAI 可能广泛应用于未来教育的宏伟愿景的一小部分。此外，来自开放大学 (The Open University) 的 Mike Sharples 教授去年在伦敦大学学院 (University College London) 的一次演讲中强调了这项技术有潜力被用作“学习和生活的个性化 AI 导师”。他解释说，随着 genAI 越来越先进，聊天机器人工具不仅能帮助完成特定的任务，还可以凭借持久的记忆充当“终身导师”的角色。[23]

另一个引人关注的动向是谷歌的试验性笔记应用 NotebookLM。它的前身是 Project Tailwind 项目，功能是对上传的文档进行信息合成和分析。由于运行的基础是这些特定的信息来源，谷歌表示“为您创建的这款个性化 AI 能呈现您所关切的信息”。谷歌将其描绘为一个“虚拟研究助理；它能总结事实，阐明复杂的想法，发起头脑风暴并尝试建立新的知识网络”。谷歌举了一个医学生的使用案例：她（他）上传了一篇神经科学的科技文章，然后请求这款应用创建一个与多巴胺相关的主要术语表。[24]

斯坦福大学的种子项目拨款计划为教育用途的 genAI 应用的早期研究提供支持[25]，这项技术的潜在应用范围之广由此可见一斑。该大学支持的研究项目包括：创建可以模拟现实世界医学培训的 3D 虚拟教学助理；以及通过可视化数据生成高质量与高精度的描述，为盲人和视障学生改进数据的可用性。斯坦福资助的其他项目还有：对检测人工智能生成文本的研究；以及如何帮助教师给学生撰写有效的反馈意见。

未来发展的框架

摩根士丹利近期一项分析认为，genAI 所具备的潜能，在提高效率、质量和普及性方面，到 2025 年能为全球教育行业创造二千亿美元的价值[26]。虽然各国政府和教育机构也越来越认可这些机会，但他们仍然对这项技术的潜在危害保持警惕。联合国教科文组织总干事 Audrey Azoulay 警告说，genAI“融入教育业的前提条件是要让公众参与，要由政府部门出台必要的法规并进行监管”。[27]

为了让 genAI 在教育中起到最佳作用，我们需要行之有效的政策框架的支撑。例如，联合国教科文组织的全球《生成式人工智能在教育和研究中的应用指南》[28]建议，在课堂上使用人工智能工具的年龄限制为 13 岁，并呼吁开展相关教师培训。同时还提到，只有很少几个国家针对人工智能在教育中的应用实行了专门的政策或计划；就制定监管 genAI 使用的政策框架，该指南还向政府推荐了可以采取的八项关键措施。其中包括促进包容性、公平性和多元性，保障人类的主导作用，监控和验证智能系统。

正如该文件前言部分所述，genAI 拥有对教育业产生巨大影响的潜能。然而，在充分发挥这些正面影响的同时，还要为教育工作者和学生创造可衡量的益处，这并非易事。出现早期的质疑是可以理解的，让人欣慰的是，许多国家和地区已经开始采取更为平衡的处理方式。例如，康奈尔大学建议教育工作者们对 genAI 的使用采取灵活的态度：既可选择禁止、有条件允许，也可选择鼓励学生使用 genAI[29]。随着 AI 技术在教学中的作用越发重要，在未来数年间这样的灵活处理方式（认可 genAI 的优势，同时创建合理的体系来管控风险）将不可或缺。

无论人们喜欢与否，GenAI 都会彻底改变我们的教室和演讲厅。如何最好地发挥它的优势，让它成为造福教育的工具，而不是损害教育的众矢之的，正是摆在我们面前的重大挑战。

[1] https://www.theverge.com/2023/11/6/23948386/chatgpt-active-user-count-openai-developer-conference

[2] https://www.bloomberg.com/professional/insights/data/generative-ai-races-toward-1-3-trillion-in-revenue-by-2032/

[3] https://www.mckinsey.com/capabilities/quantumblack/our-insights/the-state-of-ai-in-2023-generative-ais-breakout-year

[4] https://www.theguardian.com/us-news/2023/jan/06/new-york-city-schools-ban-ai-chatbot-chatgpt

[5] https://www.theguardian.com/technology/2023/mar/19/ai-makes-plagiarism-harder-to-detect-argue-academics-in-paper-written-by-chatbot

[6] https://www.nytimes.com/2023/08/24/business/schools-chatgpt-chatbot-bans.html

[7] https://teaching.cornell.edu/generative-artificial-intelligence

[8] https://www2.ed.gov/documents/ai-report/ai-report.pdf

[9] https://www.internetmatters.org/hub/research/generative-ai-in-education-report/#full-report

[10] https://assets.publishing.service.gov.uk/media/65b8cd41b5cb6e000d8bb74e/DfE_GenAI_in_education_-_Educator_and_expert_views_report.pdf

[11] https://www.noodlefactory.ai/using-ai-to-improve-student-engagement-and-educator-productivity-ngee-ann-poly