洋葱数学:“用人工智能重新定义”教师

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艾老师

现实生活中教师的助手帮助教师实现从“广播员”到“向导”的角色转变，引导学生贯穿整个学习过程，实现知识的评价、分析和创造等高层次的教育目标。

旁白:杨

洋葱数学公司的联合创始人和首席执行官。我在美国哈佛大学主修计算机科学，在波士顿咨询公司工作。致力于利用人工智能技术实现个性化教学，促进素质教育的普及。一位特别的“老师”如期来到北京中学，该校刚刚在九月开学。

它已经积累了500多亿条数据，知道每个学生的弱点，甚至比胡月更了解学生。它是一个人工智能教师，也被许多学校称为人工智能个性化学习系统。

人工智能教师的存在颠覆了以往的课堂模式，改变了教师的教学策略、教学方法和课堂组织形式。

这是一次以学生为中心，围绕提高质量和效率，个性化教学的教学探索。教师不再唱“独角戏”，而是更加注重与学生的互动，引导学生自主探究，最大限度地实现教师教学方法与学生学习兴趣的无缝衔接。

自1956年约翰·麦卡锡在达特茅斯会议上提出人工智能的概念以来，已经过去了六十多年。但是直到人类后悔输掉了与人工智能玩家阿尔法戈的战斗，人工智能浪潮才真正开始。

人工智能技术已经被不断地应用到各种教育场景中，如拍照回答问题、智能批改作业、制定学习计划等...当真正的教师遇到人工智能教师时，在人工智能的庇佑下进行教学可能会为因材施教提供更多的可能性。

助教“人工智能教师”

9月5日晚8点，初秋的北京天渐渐黑了。想到学生们此刻应该已经完成了准备，胡月伸了个懒腰，一头扎进了书房。

点击手机白色蓝图上的“洋葱”图标。果然，有一个关于“二次函数的图像和性质”的预览报告，完成率为100%。

每次学习新课前，胡月都会让学生提前预习洋葱数学。内容包括一个5-8分钟的动画视频和3-7个涵盖相应知识点的练习，学生可以在15分钟内完成。

数据背后是很少有人知道的“潜台词”。例如，练习的正确率直接影响课堂教学的重点。“这个问题的正确率超过90%，说明大多数学生都能掌握，没有必要在课堂上专注于口译；准确率在80%到90%之间。有必要从提问和解决问题的方式来判断学生错误的原因；如果正确率低于80%，你应该保持警惕。可能这个知识点还没有掌握。"

向左滑动屏幕，难度系数为2的练习(共5个难度等级)，学生的正确率为79%。为什么错误率这么高？她仔细阅读了茎干。“学生们可能已经算出了正数和负数，但他们没有在词干中看到‘x > 0’的要求。因此，有必要在课堂上向学生强调，他们应该注意自变量的范围。”

点击一下，胡月拍下了问题的截图，并在第二天保存在课件中。“通过数据分析，我的教学更有针对性，一些经常出错的问题会在课堂上得到解决。”

不仅是北京中学，许多中小学的教室都在上演这样的变化。

在人大附中西山中学的数学老师向皓的班上，我们经常看到学生围坐在一起讨论的照片。2015年9月，学校一年级开始在全年级推广洋葱数学的人工智能课堂教学。“通过人工智能教师，传统课堂中的部分内容可以有效地放在前面，节省了教师设计探究问题的时间，也节省了学生分组独立探究的时间”。

在“立方体展开与折叠”的课堂教学演示课上，向皓用了很短的时间讲解知识点，并留出时间让学生操作和讨论。

“原来的老师就像一个乒乓球服务员，但老师应该是学生的教练，为学生安排训练任务、指导策略和鼓励。这项服务应该由人工智能来完成。”洋葱数学联合创始人兼首席执行官杨表示。

在杨看来，人工智能是教师的助手，它帮助教师实现从“广播员”到“引导者”的角色转变，引导学生贯穿整个学习过程，实现知识的评价、分析和创造等高层次的教育目标。

一支粉笔不能解决的问题

2017年，国务院发布了《新一代人工智能发展规划》，明确推进人工智能在教学、管理和资源建设全过程中的应用。

一年后，教育部再次发布文件，提出要推动人工智能、智能学习环境等新技术与教师教育课程的全面整合，建设和开发一批互动、情境化的教师教育课程资源。

当时，包括第十一中学和北京中学在内的学校已经在探索教育信息化方面走了很长的路。如果没有洋葱数学，胡月此时可能仍然埋在书的海洋里，寻找例子，编写教学计划，忙于录制和播放微课。

录音课的初衷是为了给一些在课堂上不能及时消化的学生“打开一个小火炉”。然而，问题接踵而至:“如何理解学生的掌握”，“如果学生不喜欢看，应该怎么办”...

为了实现以学生为主体的个性化课堂，除了电子白板等软硬件资源外，还需要大量的数据、算法和计算能力作为支撑。

“信息技术与学科教学的整合非常复杂。涉及教学概念、教学方法和人工智能应用；师生关系的改变甚至课堂过程的重建。”杨认为。

以数学为例，进入高三时，抽象概念开始出现在数学课堂上，很难用板书或口头解释清楚。可视化抽象概念正是人工智能教师擅长的。北京中学校长夏庆丰曾公开表示，“洋葱数学的人工智能老师帮助真正的老师解决传统课堂上粉笔无法解决的问题。”

在七年级数学初一的常量和变量课上，很多学生都很困惑，但读了洋葱数学的例子“西瓜会通过黑匣子变成西瓜汁”，就更容易理解变量和常量之间的关系了。

光解决这些问题是不够的。杨表示，人工智能个性化学习系统需要有一个清晰的底层设计逻辑，使学生能够按照自己的个人节奏前进，实现学生对知识的深入理解和应用，提高学习效果。

此外，学生的学习过程可以在学校和家里同时进行。“当教室内外的所有数据都可以收集起来并最终返回给学生自己时，这就可以将教师的‘教学’与学生的学习有机地结合起来，形成学校与家庭、课堂与课外的一个闭环学习。"

人工智能帮助打开教育之门

2019年8月底，在世界人工智能大会教育科技主题论坛上，杨在演讲结束时再次强调，希望真正发挥人工智能在教育中的价值，让素质教育更具包容性。

“学生们过去最害怕的数学课成了他们最喜欢的课。因为有了人工智能，个性化的学习任务让他们登上了阶梯，不仅提高了他们的数学能力，也让孩子们重拾信心。”云南省富源县营上镇大理小学校长李说。

人工智能老师改变了农村教育的困境，这是互联网最大的奇迹。五年来，洋葱的所有教学资源和技术平台都免费向国家贫困县的农村教师开放，3000多所学校的4万多名农村教师从中受益。

当一个真正的老师遇到人工智能老师时，“教学”部分是由人工智能大脑完成的，所以老师可以把更多的精力放在“教育”上，比如探究性思维、自学能力和积极乐观的生活态度。

正如李所说，即使他的学生都不能上大学，我也希望他们能找到一条适合自己发展的道路，释放自己的潜能，以健康向上的态度享受未来的生活。即使你在田里耕作，你也可以大声唱帕瓦罗蒂的《我的太阳》。"

70年的证词

教师是有远见的渡船夫，他们用智慧启迪学生，把他们带到梦想的另一边。专业越出色，就越需要强大的备份。洋葱数学希望利用人工智能来促进教师的专业发展，为学校教育的现代化做出贡献，并成为教师和学校的有力支持。——杨

编者:纪爱玲