大數據深度重構教育

羅清紅

教育是靈魂的喚醒，數據是現實的記錄。當下，數據無處不在，無痕伴隨式數據風起云涌，云儲存、云計算成為形如水電氣一樣的社會公共資源。數據，尤其是大數據撞入教育領域，未來，教育將在哪些領域，會在多大程度上被大數據重構？

人工智能將替代部分教育功能

機器智能通過深度學習而習得，數據是機器學習的“食料”。把數據不斷“喂”給計算機，基于算法的軟件追蹤行為尋找規律，甚至預測心理活動，就會顯示出人的思維智能特性。大數據與機器智能相伴而生，促進了物聯網從感知到認知并智能決策的升華。這是一個計算無所不在、軟件定義一切、數據驅動發展的新時代。

當下的人工智能，主要適用于標準化、規范統一的領域。我國教育標準化教材的推行，統一規范的管理制度與教程模式，大量重復性的工作任務，師生數據的相對穩定，這些都為以大數據為基礎的人工智能在該領域的應用提供了有利的條件。

新一代人工智能利用語音語義識別、圖像識別、知識圖譜和深度學習等技術，應用于教學和測評等教育場景，已經開始重構教育教學中的各方關系。在人工智能技術支持下，未來教育主要將在以下幾個方面發生改變。

一是個性化知識樹：基于全過程學習數據采集，生成個性化知識樹，依據“樹干、樹葉”的生長狀態，自適應調節學習節奏。二是自動化批改：作業實現規模化自動批改和個性化反饋，實現智能化推薦學習內容和自動化輔導等。三是個別化答疑：通過語義識別、語音識別功能，在線虛擬教師捕獲學習者問題，并通過深度學習功能，理解學生的語言和行為含義，模仿人類的行為模式與學生進行智能化溝通，替代部分教師的答疑功能。四是智能化管理：將人工智能技術應用于學習管理系統，記錄學生的學習軌跡，統計學習數據，實現作業、測評、課程的自動適配和評估，進行學情管理，方便家校的深度互動交流。

總之，人工智能將顯著提高教與學的效率，以及優質資源無損放大的輻射效應，產生教育的新形態和新業態。

數字體驗將改變教育范式

這里的“數字體驗”是指虛擬現實（VR）、增強現實（AR）與混合現實（MR）技術在教育場景中的應用。

歷次科技革命，如電話、計算機、電視、手機、互聯網及智能手機等，無一不是通過改變信息傳遞方式，進而改變人們的交互模式。現在，人們可以運用計算機虛擬真實場景，去實現像在地球上也能真切體驗太空遨游的新奇旅程。這就是教育場景中的“數字體驗”。

虛擬現實是依靠計算、圖像處理、傳感器、高清顯示和軟件平臺等技術協同完成的。增強現實是虛擬現實的一個分支，它將虛擬世界與現實世界結合在一起，讓用戶既生活在現實中，又可以在現實物體上疊加虛擬物體或場景，有亦真亦幻的體驗，如2008年奧運會布景、近年來春晚的展示等，都應用了增強現實技術。混合現實是虛擬現實技術的進一步發展，該技術通過在現實場景呈現虛擬場景信息，在現實世界、虛擬世界和用戶之間搭起交互反饋的信息回路，以增強用戶體驗的真實感。混合現實技術，讓參與者通過互動，在現實物理空間中共同創設三維立體影像，并與場景融為一體。這為小組合作學習創設了豐富的空間，也為遠程教育與學生“近距離”互動提供強有力的技術支撐。這對傳統課堂教學范式的改造及學校圍墻的外延的擴展會是顛覆性的。目前限于技術與課程真實結合的實踐研究尚處于起步階段，假以時日，教育因此會有別樣的風景。

區塊鏈將推進教育誠信制度

區塊鏈技術催生教育征信系統，由此將引發教育評價方式以及人才選拔方式的根本性變革。

工信部頒布的《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書（2016）》指出：“區塊鏈系統的透明化、數據不可篡改等特征，完全適用于學生征信管理、升學就業、學術、資質證明、產學合作等方面，對教育就業的健康發展具有重要的價值。”區塊鏈技術的去中心化和不可更改性將直接挑戰現有的教育評價體系，這將涉及包括高考在內的各級考試，各種學歷學位證書。區塊鏈技術的引進，讓綜合素質評價、社會實踐課程成為真實的痕跡記錄，實現按需選擇的課程學習。如此，也許今后人們可以不再需要按部就班地從小學升到大學，源于18世紀的普魯士教育體系會由此終結，從而產生全新的教育體系。

認知腦科學重塑教育規律

隨著科學技術的進步，利用腦電、腦磁或腦血氧探測技術，可以偵測全腦各區域活躍情況;近紅外技術的應用，可以有效地實現學習過程腦活動數據的全過程采集。這為腦科學研究成果具體指導教育教學實踐，提供了堅實的基于證據的循證教學依據。

人類對大腦的研究，遵循著解碼大腦、模擬大腦和增強大腦的邏輯路徑。870億左右個神經元在基因遺傳與表觀基因遺傳的共同作用下，形成各具特色獨有密碼的大腦鏈接圖示，形如不同個體具有不同的指紋一般。大腦的可塑性為教育的作用賦予了重要的意義。研究表明，視力正常的人其腦部神經網絡連接比盲人豐富與復雜得多;沉浸在豐富多彩的環境中比單獨環境中的人的腦神經網絡連接更豐富。如果把大腦類比成電腦的話，人的晶體智力如硬件，流體智力如軟件，其創造力源自流體智力。個體具有主動控制延遲滿足的能力，未來往往有更強的發展力。0?3歲的孩子有效的信息輸入是聽覺和語感，而不是單詞記憶或詩詞的機械背誦，成年后的嬰兒遺忘，會讓在此期間的一切記憶成為空白。青春期感性與理性控制曲線的交錯，讓青春沖動成為一種生理現象，合理引導才是正途。愛因斯坦大腦胼胝體粗壯，成為左右大腦的信息高速公路，其天才般的創新思維開啟天眼，蕩筆寫下狹義相對論與廣義相對論，堪稱神來之筆。

教學場景中，全過程大數據多人腦同步性活動研究，有利于找尋到教學形式與學習方式的有效組合，有利于刻畫不同個體對不同形式與內容的學習特征，從而為精準教學提供有力支撐。互動式學習、項目制學習、STEAM課程、綜合實踐課程等，有利于深度學習真實發生。腎上腺激素（壓力激素）在適度壓力下保持的水平最高，從而有利于促進突觸與突觸的新鏈接，讓神經元產生出新的連結。兒童話語的交流應該有利于兒童視角下信息的有效輸入，形成同頻共振吸能之態，讓教育真實地發生。

腦認知科學在大數據支持下，將重塑人腦的學習過程，使人最大程度接近真實或解釋學習的過程。