未來的學習        科技如何改變教育

譯者:余綺芳

文章出處:https://www.economist.com/news/briefing/21725285-reformers-are-using-new-software-personalise-learning-technology-transforming-what-happens

科技正在徹底改變小孩就學的情形

改革派人士正在使用新軟體來推動「個人化」學習。

阿馬地亞只有十歲, 卻是個學習計劃周詳的小傢伙。某個週一早上在加州山景城的可汗實驗學校 Khan Lab School (KLS),他說他的數學還不錯但是寫作需要加強。不過也不必擔心;阿馬地亞已經規劃好了,他會上網練習文法,和英文老師預約時段以及請教他的私人教師。稍後他也會寫電郵給你們的記者求教。

這就是可汗實驗學校所培養的膽識,學生沒有家庭作業或成績單,也不必整天耗在教室裡。他們不會按年齡分級;雖然共享空間,但卻各自追求目標及進度,利用校內人員研發的軟體來觀賞姊妹組織可汗學院所製作的教學影片及測試,可汗學院會製作線上教程教導他們使用。一半老師就像家教一樣,幫助學生學業。另一半幫助學生個性發展;例如增強他們的好奇心及自我意識等。

利用科技來修補教育的想法並不是新創的。1928年心理學家西德尼·普雷西 Sidney Pressey 發明了「教學機器」,他想像將老師及學生從教育的苦差中釋放出來。機器上面有個捲纸筒,上面都是選擇題。按對鍵就會讓卷筒移動,掉出糖果給聰明機靈的人.

雖然裹著糖衣的誘餌,普雷西的教學機器步上大多此類科技的後塵,未能與這些天花亂墜的宣傳名實相符。此後一系列保證會改造學校的發明也都未如預期。資訊科技重塑了其他領域,卻對教育沒多大改善。

這不是缺乏硬體的結果。1984年是第一部蘋果麥金塔機器啟動的一年,美國學校平均每125個學生擁有一部電腦,到2012年每9個學生五部。但是根據加州大學的喬治·布爾曼 George Bulman 及羅伯特·費爾利 Robert Fairlie 去年出版有關全球實驗的分析結果,資訊科技破天荒的普及性卻對學習成效諸如考試成績很少有正面的影響。2015年「經濟合作與發展組織」OECD 發現國家在學校資訊科技的花費和15歲學生的數學、科學及閱讀能力沒有相關性。

不過現在這些停滯終於因為兩個原因而轉變。第一個是教育科技逐漸能和學生做比較複雜深層的互動。最近的研究顯示,軟體不只是粗製濫造問題及答案,而是模仿家教回應的角色,確實能加速學生的學習。第二個原因是愈來愈多像可汗學校一樣的經驗,他們不再將教育科技侷限在現存的方式上,而是利用新的軟體來改變老師及學生運用時間。看來兩者都較有成效。好幾十年來,教育改革者都在期盼著「工廠模式」(同年紀兒童向同一位老師以大約相同的方式學習)的結束,但是這模式卻一直持續著,現在至少在某些地區它的終結指日可待。

不論是慈善基金會或其他的投資者都很振奮。教育科技是臉書創辦人馬克·祖克伯和他太太設立的「陳·祖克伯倡議」基金的投資首選之一。他要美國多數學校採用過去十年一直承諾的新式教育,然後再協助推廣到全世界。根據市場研究機構 TechNavio 的統計,北美及歐洲的教育科技市場總值(包括繼續教育、高等教育還有中、小學)預計從2014年的750億會成長到2019年的1200億 。

兩個範疇的研究正在促使新科技成形。人工智慧藉由研究過程裡所產生的數據來瞭解學生如何使用機器。心理學、認知科學及其他領域的研究成果可幫助瞭解「學習科學」的實際層面。

已過世的美國心理學家班傑明·布魯姆 Benjamin Bloom 說服許多教育學家,為讓工廠模式不再失敗,必須要讓分組教學更像個人家教,這也是他的研究顯示出最有效的教學方式。1970年最早由電腦科學家研發出的 「適性化學習」(Adaptive Learning)軟體企圖模仿一對一教授的優勢。這類程式利用學生的答案來決定選擇接下來的問題,過程中進行難易度的調整。

機器學習是人工智慧的一環,可讓電腦學習到它們原先並未被明確設定的認知模式,很適合前述方法,但卻不是必要的。一家印度公司 Educational Initiatives開發的「思維火花」(Mindspark)只是依靠45,000個題目的題庫以及每天產生的兩百萬答案。開發的人預期會有常見錯誤,因而使用十多年的學生數據量及編寫代碼來診斷錯誤。例如學生經常說3.27比3.3大或4.56比4.9大,因為他們看到小數點後的27及56 覺得比3及9大,這是種整數思維的錯誤。「思維火花」(Mindspark)會覺察到這類形的錯誤並建議明確的補救練習。

全世界都在開發新程式,利用機器學習來尋找學生特有的錯誤類型及優勢。領先的美國廠牌包括 ALEKS, Knewton 以及 DreamBox Learning。一個南非產品Siyavula Practice 被388所學校的32,000學生用來學數學及科學。聖保羅公立學校的415,000學生使用Geekie,還有更多人在家學習。另一家印度教育公司 Byju’s 於2016由CZI發起的一次投資內收到五千萬。中國大陸的「一起作業」(17zuoye) 使用語音認知軟體來幫助學生學習英語。假如學生說七個馬鈴薯忘記加s或九個蘋果沒加s ,「一起作業」就會幫忙學生複數名詞

語言認知及語言產出的快速進步可能讓這類想法更進一步。卡內基梅隆大學ArticuLab 的研究人員使用語音辨認科技來開發「阿歷克斯」(ALEKS),一個虛擬伙伴,可以用方言和小孩談話讓他們在教室內覺得更自在。他們的研究結果顯示有些黑人小孩如果能夠使用非裔美國人的方言而不是標準方言,和一個虛擬伙伴互動,會讓他更快學會科學。

這些公司密切注意學習科學的進展。「西雅烏拉」(Siyavula)的演算法(algorithm)調整問題以便使用者百分之七十時間可答對問題。據說這樣的成功率既不會讓使用者厭煩,也不會讓他們氣餒。同時「阿歷克斯」(ALEKS)避開選擇題,要求使用者打字回覆(更吃力的方式)。因為研究顯示交錯的練習讓記憶更牢固,兩種產品都會定期複習主題。

菲利普•奧里奧波羅斯和安德魯•尼考有一篇為J-PAL(麻省理工學院一個在尋找如何做才能有效緩解貧窮的工作小組)所寫即將發表的論文,評論了幾十個有關教育科技的隨機對照試驗。這41個比較使用適性化軟體以及傳統方式教學的研究幾乎都發現使用軟體協助的學生得到較好的成績。大多數研究也顯示語言成就也比較高。奧里奧波羅斯說,「沒有證據顯示許多其他措施能得到如此可信的成效。」 (請參看圖表)

J-PAL評論中有一篇論文是由 Karthik Muralidharan, Alejandro Ganimian 以及 Abhijeet Singh完成,研究印度學童課後學習使用「思維火花」(Mindspark)四個半月的成效。他們發現這些學生在數學及語言的進步幾乎比任何貧窮國家的教育研究都大,而且花費只是政府經營學校成本的一小部分。

某種程度而言,這是低基準的結果。在這個學校專為培植菁英且任何時候都有四分之一老師缺席的時代,印度的課程大綱野心太大造成一種假象;印度大約一半十歲學童無法讀懂給七歲兒童閱讀的段落。這研究特別讓人鼓舞的是;它似乎顯示在目前制度下,最不被照顧的一群收穫最大,表現最糟糕的比那些先前還過得去的人進步更大。

分析已出版的研究或許不能顯現這領域進步程度的全貌,因為在許多研究領域,模糊不清或負面的成果或許永遠都無法出版,而且有些較困難模仿家教的科目也很難評估科技成效。例如,如何改進歷史文章的辯證或戲劇課程如何使用幽默,都不是教育科技能夠輕易掌握的,但還是能幫助老師做評估。「不打分數了」(No More Marking)是一家英國公司,拿給老師看學生寫的兩篇文章摘錄,請他們決定哪一篇比較好。有了足夠的比較資訊後,公司的演算法(algorithms)就能夠將學生表現排序。這方法可節省老師時間也幫助同學,同學們不必再因老師改到最後一篇時肚子餓了、疲倦了而成績受影響。

不要黑色嘲諷

我們也需注意同樣的學習系統在不同環境可能顯現不同成效。2014年發表的一篇研究顯示使用 「教數學」(Teach to One: Math) 的學生在標準測驗裡學得比國家平均值更好。但是後來一年的研究卻沒得到同樣影響力的結論。另一個學習軟體 「夢想盒」(DreamBox Learning)的研究發現影響力因校而異。如果按照廠商設計每週使用60到90分鐘,而且遵守如何能得到最佳成效的建議,就會有較好的結果。

看到「教數學」(Teach to One: Math)的實際運作,讓人明瞭必須如何改變才能有效,這也可解釋為何某些研究成效比較差。奧克蘭 「精進學校」(the Ascend School)學生去上每天一個半小時的數學課時,他們抬頭看螢幕(類似機場顯示航班資訊的螢幕)裡當天必須學習及如何學習的內容。一個學生必須在小組裡熟悉幾何,另一個則在他的筆電回答代數問題。三位老師四處走動,檢查學生的進度。課程結束後學生考一個簡短的小考,贊助「教數學」的慈善機構叫做「新教室」(New Classrooms),他們的研發人員會用考試結果來決定學生次日的學習進度。 學校負責數學課程的人叫溫蒂·貝地,非常熱心,她說學生得到的回饋即便是「最好的老師也無法提供給全班每一人」,有幾位學生說他們喜歡能夠按照自己的進度學習。但也有人承認覺得這經驗有些困惑。

其他改革者不願只在傳統學校這樣做幾小時,因而開辦自己的學校。「另類學校」(AltSchool)是各種嘗試使用教育科技來提供「個人化學習」之一,建校精神可回歸到雅克·盧梭及瑪麗亞·蒙特梭利的自然理論。創辦人麥克斯·萬提拉(Max Ventilla)是谷歌前工程師,學校有CZI 以及 Omidyar Network的後援,Omidyar Network是 eBay 創辦人Pierre Omidyar建立的。「另類學校」 在加州及紐約七個附屬學校的每個校區裡,學生會用平板上的兩個軟體來學習。第一個叫做「畫像」(portrait),記錄學生在學科及社會技巧的進步(一項評量是學童是否能以驚奇和敬畏來回應)。第二個是「播放表」(playlist),就是學生取得素材及完成工作的地方。

或許最讓人驚訝及放心的是,一個如此依賴軟體的學校,銀幕時間限制到一天不能超過百分之二十到三十。強調「方案教學」意味學生必須通力合作。在舊金山的 Yerba Buena AltSchool,十二歲的雨果解釋說他從這兒的同伴學到比他在原來學校更多的東西。「另類學校」的老師說他們不批改或規劃課業,用這些節省的時間來分析學生「畫像」(portraits)的資料並指導他們個別的問題。雨果說我覺得這兒的老師真正瞭解我。

給予兒童這樣的關注並不便宜。雨果的父母每年付費27,000 , 是「經濟合作暨發展組織」國家學生平均花費兩倍以上,並不意味AltSchool開發的軟體特別昂貴。但整體而言,花費確實是一大問題。許多想要結合科技教育以及個人化學習的公立學校都是受到慈善機構例如蓋茲基金會支援。去年華盛頓大學「重塑公共教育中心」做了一個早期採用者(early adopters)的研究(也是部分由蓋茲基金會贊助),結論學校財務還是不能確保長期穩定。

按理說,登峰公立學校(Summit Public Schools)在在探究高科技個人化學習是否能成功及大規模提供給學習者這些方面是最有影響力的。 它是加州及華盛頓州11所由公費資助學校的聯盟,主要照顧貧窮的拉丁裔學生,27州130多個伙伴學校使用登峰的軟體及接受登峰員工的訓練,工作平台是由臉書工程師無償建置。

登鋒校長安得魯·葛丁聲稱:登峰的學習平台讓學生自己學習比老師帶領學習每一課更有成效,「學童不需要每一步都帶他們走過」。這樣他們就更有時間做方案,這些方案由老師輔導,佔據半天上學的時間 。

一些須知

這類個人化學習也有讓人詬病之處。由學生自己決定學習進度讓一些認知科學家擔憂。衝擊(Impact)學院(一個擁護學習科學的慈善機構)院長班傑明·雷利辯稱,「我們的頭腦不是用來思考的。」努力思考事物的能力並不是天生就會的,如果學校讓學生很容易迴避思考,有些學生就會這樣做。另一個批評是如果人們要發展多元創意及獨立思考,他們需要一籮筐可直接運用的知識 (早期人工智慧大師之一賀伯·賽門也支持這個看法)。 就像維吉尼亞大學的丹尼爾·威寧翰說的,「知識是累積來的。」在這個平板及手機可谷歌(google)一切的世界,學童會不想去填滿那籮筐,而老師們也會覺得不需太擔心。

葛丁先生表示給學童更多學習的主控權會讓他們更有學習動機,假如學生沒有掌握基本觀念,他們就沒法參與方案活動。他還指出登峰的成效,大約三分之二的學生成績等同或更優於統計學預測他們在全國數學測驗的表現。2015年 93% 進入登峰的學生一直唸到畢業,比起附近類似學校的比例高10%。而且99%的畢業生進入大學。

「成就優先」(Achievement First),由美國東岸紀律嚴格著名的34所學校組成,也在嘗試同樣的模式。芝加哥、紐約及波士頓等城市的學校也一樣。三千多所學校的主管 (就是美國負責學區的官員),代表大約三分之一公立學校的學生,都承諾要轉換到個人化及電子化的學習。

不能確定傳播開來之後這模式會怎樣發展?2015年RAND公司(一個智囊團)發表了迄今最完整研究學校使用高科技個人化學習的報告,比較62所這類學校與一般學校同類學生的考試結果;前者有更大的進步,尤其那些開始時在班上墊底的學生。

這報告被提倡個人化學習的人廣為引用。祖克伯先生用它來聲稱,「我們知道個人化學習好太多了!」這解讀應是因人而異。因為結果來自搭配高度熱誠老師的早期採用者。而且RAND 研究人員無法解釋到底做了什麼會得到這樣的結果。如果沒有搞清楚,推廣這模式會有些棘手。RAND在7月11日更進一步的報告重申了這些顧慮。

老師們或許會更想迴避矽谷科技,父母會更擔心隱私。收集數據是推動機器學習一大動力,可以做更精準的預測。新平台有學生能力的完整紀錄,遠比任何成績單更詳細。

新模式的支持者及懷疑者會不斷爭論,兩邊都免不了犯了嘲笑對方的錯。支持的技術人員暗示,一般教室的老師好像在用一模一樣形式向每一位學生說話。老師們其實並沒有!各樣研究不斷顯示,即便老師不能提供一對一的指導,他們常因學生程度不同而實施差異化教學。

但是實施個人化教學的學校也不是無秩序的遊樂場。學生或許有更多權力,但沒有全盤的掌控。「創新教育」(Transcend Education,一個慈善機構)的Aylon Samouha說,「絕對的選擇並不好;你們需要標準及架構。」

假如學校能合併個人化及紀律化,很難想像會有學生不獲益。教育軟體並不是要廢棄教學。真要說,是讓教學的技巧更重要。這樣做不但對老師對職員都是好消息。就像12歲的雨果觀察到的,「太多老師只是想趕快下課走人。」