Wolfram知識引擎：展開個(gè)性化學(xué)習(xí)的利器

李想

整個(gè)世界變化得如此之快，從芬蘭到美國，從學(xué)校到社會(huì)，從教師到家長，都展開了教育革命的討論。這場教育革命的推動(dòng)力在于科技的不斷前行，由于未來的技術(shù)而引發(fā)的教育革新，不僅會(huì)對教師的教學(xué)方式產(chǎn)生巨大的影響，同時(shí)也會(huì)改變孩子們的學(xué)習(xí)習(xí)慣?？萍颊诟淖冎鴮W(xué)生獲取知識的手段，使其成為了一種可以高度個(gè)性化的過程。同時(shí)，未來需要具有綜合能力的復(fù)合型人才，要求學(xué)生能夠熟練掌握和整合各學(xué)科知識，用于解決實(shí)際應(yīng)用中的問題。

傳統(tǒng)課堂里，教師與課本是知識的傳遞者，一名教師要面對30位甚至更多的學(xué)生，當(dāng)然很難做到孔子所說的“因材施教”。教師們大部分的時(shí)間和精力只能照顧一個(gè)年齡段孩子的平均水平。借助Wolfram知識引擎，大可改變這樣的情形，在Wolfram平臺上，學(xué)習(xí)即搜索，從而使得個(gè)性化的學(xué)習(xí)變得更加容易。

Wolfram知識引擎是由美國Wolfram Research公司所研發(fā)的知識運(yùn)算平臺。簡單來說，這是一種基于知識、符號編程、自然語言風(fēng)格的超大型編程語言，是Wolfram此前兩項(xiàng)里程碑式的作品——科學(xué)計(jì)算平臺Mathematica與計(jì)算知識搜索引擎Wolfram Alpha的結(jié)晶。

在Wolfram看來，世界是可表示的，世界是可計(jì)算的，世界就是我們的知識。有了Mathematica那5000多個(gè)函數(shù)的植入，加上Wolfram Alpha高度結(jié)構(gòu)化、關(guān)聯(lián)化的知識庫的支持，Wolfram可以以符號化的方式對世界進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。其結(jié)果是，用Wolfram語言來處理問題顯得異常簡單和自然。蘋果手機(jī)的Siri、微軟的Bing以及Wolfram公司的WolframAlpha產(chǎn)品（http：//www.wolframalpha.com/）調(diào)用的就是這個(gè)知識引擎分析后的結(jié)果。只要學(xué)生輸入查詢，它就會(huì)給出相關(guān)的知識、答案以及中間的解題步驟，省卻了在學(xué)習(xí)過程中查找相關(guān)資料和理解問題的時(shí)間。Wolfram語言，是Stephen Wolfram提出的新計(jì)劃，這是一種被期望將顛覆編程甚至顛覆世界的全新計(jì)算模式。

Wolfram 語言（通常指代Mathematica或者縮寫為“M”） 是Mathematica和 Wolfram Programming Cloud 所使用的語言。它具有廣泛和普遍的適用性，主要特點(diǎn)是符號計(jì)算、函數(shù)式編程和基于規(guī)則的編程。它可以用來創(chuàng)建和表示任何結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)。

這種語言覆蓋面非常全面和廣泛，并且可以用于解決大量專業(yè)領(lǐng)域的問題。例如，它內(nèi)置了用于生成和運(yùn)行圖靈機(jī)、創(chuàng)建圖形和音頻、分析三維模型、矩陣操作、求解微分方程的內(nèi)置函數(shù)。為了方便用戶使用，它還提供了豐富的文檔資料。

薩爾曼·可汗在《翻轉(zhuǎn)課堂的可汗學(xué)院：互聯(lián)時(shí)代的教育革命》一書中描述了一種現(xiàn)象：某些成績墊底的學(xué)生也只是在某個(gè)知識點(diǎn)上遇到了障礙，一旦跨越了這個(gè)臺階，他們的進(jìn)步比班里的任何人都快。作者列出了名叫瑪賽拉的七年級女生在頓悟了負(fù)數(shù)的加減法之后發(fā)生的驚人變化。如果某位學(xué)生也遇到了類似她這樣的學(xué)習(xí)困境，自己本身就可以使用Wolfram知識引擎來自主學(xué)習(xí)相應(yīng)的知識點(diǎn)，如上圖所示那樣查詢某個(gè)負(fù)數(shù)算式，看看引擎返回的結(jié)果。它不僅僅給出了問題答案，而且用可視化的方式來解釋整個(gè)運(yùn)算的過程。

如果學(xué)生認(rèn)為已經(jīng)掌握了這個(gè)知識點(diǎn)，自己可以借用知識引擎提供的問題生成器（Problem Generator）來生成相應(yīng)的數(shù)學(xué)問題。類型包括算術(shù)、數(shù)論、代數(shù)、線性代數(shù)、微積分、統(tǒng)計(jì)等六大類，而這六大類之下還有小分類。如果一個(gè)問題學(xué)生連試三次都無法正確回答的話，WolframAlpha就會(huì)顯示解答步驟，來幫助學(xué)生徹底征服這個(gè)概念。通過這樣的設(shè)計(jì)，通過學(xué)習(xí)即搜索的簡單、明了的方式，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的自適應(yīng)性的學(xué)習(xí)，通過提問篩選、定制各自需要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，也就實(shí)現(xiàn)了教育的定制化。

WolframAlpha知識引擎的神奇之處在于，不僅能解答數(shù)學(xué)問題，而且覆蓋了天文、地理、統(tǒng)計(jì)、化學(xué)、金融、物理、星象、工程、交通、電腦等領(lǐng)域的問題。譬如，某位學(xué)生對天文感興趣的話，可以查詢深圳下周日晚上的星空圖。或者查看一個(gè)物理問題：“在地球的最高地點(diǎn)喜馬拉雅山峰上把水燒開的溫度是多少？ ”

上面我所列舉的僅僅是WolframAlpha調(diào)用知識引擎的非常小的一部分，它強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫展現(xiàn)的魅力還需要讀者自己親身體驗(yàn)才會(huì)真正懂得。

教育革命正在改變孩子的學(xué)習(xí)習(xí)慣，甚至改變了他們的生活方式。傳統(tǒng)課堂采用了標(biāo)準(zhǔn)化的教材，教師以灌輸?shù)姆绞竭M(jìn)行統(tǒng)一教學(xué)，無法顧及單一學(xué)生的個(gè)性化需求，無法做到教學(xué)內(nèi)容的定制。同時(shí)我們看到，學(xué)生單單學(xué)會(huì)知識，如果不能熟練應(yīng)用、實(shí)踐，所學(xué)知識就無法做到活學(xué)活用，這種知識對于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)就是無效的。Wolfram知識引擎不僅讓學(xué)生飛速地跨越自己學(xué)習(xí)中遇到的困境，有針對性地完成項(xiàng)目中遇到的挑戰(zhàn)，更重要的是，讓他們熟練應(yīng)用探索知識的技能，可以把握挖掘自己興趣潛能的自由。Wolfram知識引擎也為我們提供了一種新的探索知識的方式，在這種方式下，任何一個(gè)人的學(xué)習(xí)都會(huì)變得更有效率。