【前沿思考】大数据与教育同频共振
发布时间：2019年02月27日
教育是灵魂的唤醒，数据是现实的记录。当下，数据无处不在，大数据风起云涌，云储存、云计算成为如水电气一样的社会公共资源，尤其是大数据撞入教育领域，我们的课堂和学习会在多大程度上被大数据重构？
人工智能替代部分教育功能
机器智能通过深度学习而习得，数据是机器学习的“食料”。把数据不断“喂”给计算机，基于算法的软件追踪行为，寻找规律，甚至预测心理活动，显示出人的思维智能特性。大数据与机器智能相伴而生，促进物联网从感知到认知并智能决策的升华。这是一个计算无所不在、软件定义一切、数据驱动发展的新时代。
当下的人工智能，主要适用于标准化、规范统一的领域。我国教育标准化教材的推行，统一规范的管理制度与教程模式，大量重复性的工作任务，师生数据的相对稳定，这都为以大数据为基础的人工智能在该领域的应用，提供了有利的条件。新一代人工智能利用语音语义识别、图像识别、知识图谱和深度学习等技术，应用于教学和测评等教育场景，已经开始重构教育教学中各方关系。在人工智能技术支持下，未来教育主要将在以下几个方面发生改变：
个性化知识树——基于全过程学习数据采集，生成个性化知识树，依据“树干、树叶”的生长状态，自适应调节学习节奏；
自动化批改——作业实现规模化自动批改和个性化反馈，实现智能化推荐学习内容和自动化辅导等；
个别化答疑——通过语义识别、语音识别功能，在线虚拟教师捕获学习者问题，并通过深度学习功能，理解学生的语言和行为含义，模仿人类的行为模式与学生进行智能化的沟通，替代部分教师的答疑功能；
智能化管理——人工智能技术应用到学习管理系统，记录学生的学习轨迹，统计学习数据，实现作业、测评、课程的自动适配和评估，进行学情管理，方便家校的深度互动交流。
总之，人工智能将显著提高教与学的效率和优质资源无损放大的辐射效应，产生教育的新形态和新业态。
数字体验改变教育范式
这里的“数字体验”是指虚拟现实、增强现实与混合现实技术在教育场景中的应用。
历次科技革命，如电话、计算机、电视、手机、互联网及智能手机等，无一不是通过改变信息传递方式，进而改变人们的交互模式。现在，人们可以运用计算机虚拟真实场景，去实现像在地球上也能真切体验太空遨游的新奇旅程。这就是教育场景中的“数字体验”。
虚拟现实（VR）是依靠计算、图像处理、传感器、高清显示和软件平台等技术协同完成。增强现实（AR）是虚拟现实的一个分支，它将虚拟世界与现实世界结合在一起，让用户既生活在现实中，又可以在现实物体上叠加虚拟物体或场景，有亦真亦幻的体验。混合现实（MR）是虚拟现实技术的进一步发展，该技术通过在现实场景呈现虚拟场景信息，在现实世界、虚拟世界和用户之间搭起交互反馈的信息回路，以增强用户体验的真实感。MR技术让参与者通过互动，在现实物理空间中共同创设三维立体影像，并与场景融为一体。这为小组合作学习创设了丰富的空间，也为远程教育与学生“近距离”互动提供了强有力的技术支撑。这对传统课堂教学范式的改造及学校围墙的外延，会是颠覆性的。目前限于技术与课程真实结合的实践研究尚处于起步阶段，假以时日，教育因此会有别样的风景。
认知脑科学重塑教育规律
随着科学技术的进步，利用脑电、脑磁或脑血氧探测技术，可以侦测全脑各区域活跃情况；近红外技术的应用，可以有效地实现学习过程脑活动数据的全过程采集。这为脑科学研究成果具体指导教育教学实践，提供了坚实的基于证据的循证教学依据。
人类对大脑的研究，遵循着解码大脑、模拟大脑和增强大脑的逻辑路径。870亿左右个脑细胞在基因遗传与表观基因遗传的共同作用下，形成各具特色独有密码的大脑链接图示，形如不同个体具有不同的指纹一般。大脑的可塑性为教育的作用赋予了重要的意义。研究表明，视力正常的人其脑部神经网络连接比盲人就丰富与复杂得多；沉浸在丰富多彩的环境中比单独环境中的人的脑补链接更丰富。如果把大脑类比成电脑的话，人的晶体智力如硬件，流体智力如软件，其创造力源自于流体智力。个体具有主动控制延迟满足的能力，未来往往有更强的发展力。
0—3岁的孩子有效的信息输入是听觉和语感，而不是单词记忆或诗词的机械背诵，成年后的婴儿遗忘，会让在此期间的一切记忆成为空白。青春期感性与理性控制曲线的交错，让青春冲动成为一种生理现象，合理引导才是正途。爱因斯坦大脑胼胝体粗壮，成为左右大脑的信息高速公路，其天才般的创新思维开启天眼，荡笔写下狭义相对论与广义相对论，堪称神来之笔。
脑认知科学在大数据支持下，重塑人脑的学习过程，使人最大程度接近真实或解释学习的过程。教学场景中，全过程大数据多人脑同步性活动研究，有利于找寻到教学形式与学习方式的有效组合，有利于刻画不同个体对不同形式与内容的学习特征，从而为精准教学提供有力支撑。互动式学习、项目制学习、STEAM课程、综合实践课程等，有利于深度学习真实发生。肾上腺激素（压力激素）在适度压力下保持水平最高，从而有利于促进突触与突触的新链接，让神经元产生出新的联结。话语的交流应该有利于儿童视角下信息的有效输入，形成同频共振吸能之态，让教育真实地发生。