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【Gene思書齋】跟著大數據學習教育

Gene Ng_96
・2015/02/03 ・2892字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 534 ・七年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

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在這裡介紹過了牛津大學網路研究所教授麥爾荀伯格(Viktor Mayer-Schonberger)和《經濟學人》(The Economist)雜誌資料編輯庫基耶(Kenneth Cukier)的《大數據》Big Data: A Revolution That Will Transform How We Live, Work, and Think)這本好書,他們探討大數據(巨量資料)是什麼碗糕,大數據有什麼意義,還有大數據將如何改變我們的生活,對經濟、社會和科學會帶來什麼影響,我們又能如何趕搭上這波新潮流,如何懂得保護自己,避免個人資料和隱私受到侵害等等(請參見〈快準狠的大數據〉)。

這次他們把魔爪…哦不…觸手伸到了「教育」,寫了這本《大數據:教育篇:教學與學習的未來趨勢》Learning with Big Data: The Future of Education),因為跟據他們的觀察,大數據正在跨入教育體系,對於全世界的教學與學習活動,勢必將產生極為深遠的影響,因此在這本書就是要談談大數據將如何改變教育。

他們舉出「大規模開放式線上課程」(MOOC)、可汗學院(Khan Academy)、Duolingo語文學習網站等案例。雖然這些線上課程早已不是新聞了,可是他們要再進一步告訴我們,當大數據的時代來臨,教育就不只 是上課聽講、讀書考試打成績、或是輕易選修更多科目而已。透過大數據,我們可以擁有史上最強大、具實證效果的工具,能夠瞭解「誰在學習」、「怎樣教學」與 「如何學習」這些重要的課題。

大數據讓我們前所未有的方式和觀點,看到究竟什麼有用、什麼沒用,以前不可能觀察到的種種學習阻礙,現在有辦法一一化解,大幅改善學生的學習成效,顛覆傳 統教學模式,造福更多學子。課程可以依據學生個人的需求做調整,真正做到因材施教,因為教師可以透過學生在線上學習時不經意的行為來判斷成效、調整教學內 容和順序,以及多次複習會造成學習瓶頸的困難觀念,甚至即時因應學生的反應而出招等等。教師的工作不會被教學網路和影片取代,而會變得更有效益、也更有 趣,因為能夠更專注針對學生作個人化的指導。

他們也認利用大數據分析,學校領導者和政府決策官員,也能用更低的成本提供更多教育機會,這些正是減少社會貧富差距、讓社經階層流動的重要因素;社會大眾 也能夠知道「學習」應當是怎麼一回事,打破教育主管機關和學校的壟斷地位,從而讓教育的本質和體制徹底翻轉。他們主張,大數據時代正是不斷學習的時代、翻 轉教育的時代!

不過大數據的應用是雙面刃,我們可能會把相關性誤判為因果,而且如果學生的個資無法被保護,其舊學習歷程被曝光,可是會影響日後的升學與就業。關於這方 面,《大數據:教育篇》引用了《大數據》的許多觀念和案例,例如誤將相關性當因果以及個資保護等等,所以建議也要去讀《大數據》這本書。

不過,盡信書不如無書,作者在西方遇到的問題,和我們在東亞遇到的,有很大的差異。最大的差異有兩點。

一個大差異,在一張很多網友在臉書分享的圖表清楚表達出來:圖裡有兩條軸線,第一條軸線為「歐美人才養成」,而第二條則是「台灣人才養成」,軸線將學習生 涯分成「學前」、「小學」、「國中」、「高中」以及「大學」等五個階段。「歐美人才養成」各階段的學習目標相當明確並且不同,學前做好生活管理、小學探索 環境、國中要開始找尋自己的夢想、高中則要面對生涯抉擇,而到了大學就要開始培養實務能力。

台灣人才培養的軸線,從「學前」一直到「高中」生涯,全是「讀書考試」,一直到「大學」時期,才要將「生活管理」、「探索環境」、「找尋夢想」、「生涯抉擇」以及「培養實務能力」一次統統完成,其中當然還少不了「讀書考試」。

歐美的教育偏向素質教育,相對於偏重考試的應試教育而言,較為注重體育、藝術能力和多元智能的培養,而真正的素質教育,目的在於讓學生能發揮個人潛能,各 展所長,並培養良好的品格,並不局限於學術上的才能。台灣的教育能夠篩選出很會考試(甚至還不見得會「讀書」哦)的學生,連公務系統都極度依賴考試,雖然 有好些公家工作幾乎不需要考試的技能。可是因為考試實在太浮濫,使得疲於奔命的教師能好好用心出題的時間都被嚴重壓縮,連有沒有認認真真地好好考考學生各 方面的學術能力都成問題,更甭提學術能力也非社會所需的全部。

另外一個差異是,台灣的教育太過注重標準答案,可是嚴重扼殺學生的創意。但是歐美的教育很注重個人的啟發,所以頂尖的人才在歐美的教育環境,往往可以更容 易發揮出他們的潛力,表現出他們充沛的創造力。可是他們的對素質一般的學生,反正做得不見得比台灣好。台灣的教育環境,讓學生拚命練習考試、練習考試再練 習考試,讓學生的程度比起歐美整齊的多。以我和朋友們在美國唸博班當助教的經驗來看,台灣學生的程度差異在一個班中,算是比較整齊的,成績優劣幾乎憑個人 努力付出多寡。可是在美國大學,尤其是公立學校,大部分的學生,在數理方面真的很不行!

舉個例子來說,我們常常看到學生在實驗數據中,他們嘗試要把上噸的鹽溶在小燒杯裡,或者把實驗桌上的小鉛球射上火星,因為連單位都搞錯了Orz 有位老師在普通生物學考題上問學生什麼是pH值,居然有四分之一的學生選擇「它不存在」;還有老師指出,大四的學生,居然有兩成回答果蠅的基因數量是小於 一,另外兩成寫無窮大(正確數目大約是一萬多),他說那四成學生基本上是「完全的廢物」;還有很多搞笑的事,真是罄竹難書。面對這些學生,教授們的態度往 往是「放棄」,可是大數據或許能讓這情勢反轉。

台灣的教育環境,往往比歐美更善待中上程度的學生,用嚴酷的練習考試來磨練他們的能力,可是卻嚴重地忽略了頂尖人材的教育,而且也幾乎完全沒有為培養社會 各界的領袖所準備。台灣的大學,就算連頂尖的台大和清大,大致上都還是停留在訓練優異的幹部為主,教授的教學方式和內容,和其他大部分的大學幾乎沒差太 多,頂多深度有一些差異而已。可是,就拿美國來說,頂尖大學的目標是在培養頂尖的領袖!一流大學的目標是在培養社會各界菁英、二流大學的是在培養優異的幹 部、三流大學的是在培養良好的基層員工等等。所以,很不幸的,台灣的大學可能在培養優異的幹部上很稱職,可是要成為社會各界菁英,就只能靠學生自己的努力 和見識,領袖的話就算了。

要培養出優異的幹部,大數據的應用應該有其優勢,可是社會菁英和領袖的培養,大數據或許無用武之地,因為大據數無法告訴你過去未曾發生的事情,也無法預測 和產生出創新,因此對於台灣的教育,大數據可以提高學生的學業,可是五育的訓練,以及領袖和社會菁英的培養,我們可能先不要去思考什麼大數據之類的,先從 整體教育環境下手才比較實際。

關於教育,這裡只能點出冰山一角,我也沒有標準答案,但請容我在此私心介紹一位好友謝宇程在商周的高人氣專欄「學與業壯遊」,裡頭有很多很多問題,我們必須繼續思索。

台灣教育問題多如牛毛,不過我們不必對台灣教育灰心,看了以下影片,你應該會很感動,希望還是在的:

本文原刊登於【GENE思書軒】,並同步刊登於The Sky of Gene

文章難易度
Gene Ng_96
295 篇文章 ・ 23 位粉絲
來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋

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「好奇心」不只是珍貴的學習動機,還能讓孩子學得更好、記得更牢!
數感實驗室_96
・2022/05/12 ・1781字 ・閱讀時間約 3 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

大家或許都有這樣的經驗:隔天要考試了,卻不管怎麼背誦依然記不得內容,反倒是平常無意間看到的有趣事情,那怕再冷僻或有些困難,卻深深印在腦海裡,就算隔了好一陣子依然記得很清楚。
就算隔了好一陣子依然記得很清楚。或者回想一些學習能力很強的友人、孩子,好像也特別愛問「為什麼」,對事物都充滿好奇。

一些學習能力很強的友人、孩子,好像也特別愛問「為什麼」,對事物都充滿好奇。圖/envato elements

究竟,好奇心跟學習有甚麼關聯呢?

好奇心讓你記得更清楚

戴維斯加州大學曾作過一項研究相關研究。他們邀請了一群受試者,給他們快速看過一系列題目,不用作答,只需自評對題目的「把握度」及「好奇度」。評分完畢後,實驗者將一邊進行 fMRI 掃描大腦活動,一邊觀看方才「把握度較低」的 50 餘組題目與對應解答。

全部看完後休息 20 分鐘,受試者被要求再次作答同樣、但順序調整過的題目。由於都不是選擇題,受試者完全無法猜答案。22.5 小時後,受試者被要求第二次作答。

有趣的結果發生了。

實驗結果發現,受試者20分鐘後,針對「好奇度高」的題目答對率高達 70.6%;「好奇度低」的題目答對率只有 54.1%。

22.5小時後,「好奇度高」的題目答對率依然有 45.9%;「好奇度低」的題目答對率只剩 28.1%。

好奇心讓你記得。圖/數感實驗室

與問題無關的資訊也能記得牢牢的!

不只如此,實驗裡還設計了一個很特別的橋段:在每題的【題目】與【解答】中間,隨機插入一些人臉,之後的兩次測驗中,同時請受測者辨認那些人臉照片是否有出現在原本的題目中。

實驗結果發現,受試者在看到比較好奇的題目,不只答案會記得比較牢,連辨認在題目和答案中間呈現的人臉的正確率也比較高!圖/envato elements

實驗結果發現,受試者在看到比較好奇的題目,不只答案會記得比較牢,連辨認在題目和答案中間呈現的人臉的正確率也比較高!

好奇度高與好奇度低的題目,各自有著 42.4% 與 38.2% 的人臉辨識正確率。換句話說,好奇心不僅能幫助記得關心的事件,還能連帶強化和事件無關資訊的記憶力。

為什麼會這樣呢?研究人員利用 fMRI 掃描,發現好奇心引發的強化記憶迴路,和外在動機啟動的區域非常相似,同樣仰賴多巴胺在神經間進行傳遞。

受試者看到他們比較好奇的題目時,會活化大腦內部一條與獎勵機制有關的途徑,增加負責大腦記憶的海馬迴活動。此時,大腦會處在能夠吸收各種資訊並記憶下來的狀態,所以即使是與問題無關的無聊資訊,也比較容易記住。

過去我們一直鼓勵探索、鼓勵孩子喜歡數學,激發學習動機。這次跟大家分享的研究,更進一步展現了「好奇心」與「喜歡」的價值。它不只是學習的起點,不只是讓孩子學習時快樂些,更是學習路上的加速器,能讓孩子學得更好、更有效率。

好奇心讓學習更快樂也更有效率!圖/envato elements

那麼,好奇心要去哪裡買?

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參考資料

  • Matthias J. Gruber, Bernard D. Gelman, Charan Ranganath. States of Curiosity Modulate Hippocampus-Dependent Learning via the Dopaminergic Circuit. Neuron, 2014 DOI: 10.1016/j.neuron.2014.08.060
數感實驗室_96
60 篇文章 ・ 34 位粉絲
數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/

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想教導孩子,提升數學成績?關鍵在於父母的心態!
數感實驗室_96
・2022/04/19 ・1615字 ・閱讀時間約 3 分鐘

孩子還在小學階段時,爸媽如果時間允許,多半會幫忙看看孩子的功課。有些父母特別認真,會陪孩子一起寫回家作業。照理來說,有父母的客製化指導,理當成績會有所進步。然而,幾年前有一項研究發現一件殘酷的事實:某些父母花越多時間指導,孩子的數學成績反而越差。

適得其反的數學陪伴研究中這麼說:「在缺少 XXX 的前提下,儘管父母立意良好,願意指導孩子寫作業,但這項舉動卻適得其反(backfire),對孩子的數學成就有著負面影響。」

這個 XXX 就是「對數學的正面態度(positive math attitude)」。用更學術一點的說法就是,這些父母患有數學焦慮,例如害怕、討厭、認為不實用等等對數學的負面態度。

研究結果說明什麼?

研究針對四百多組低年級家庭,進行長達一年的調查,包括學年初、學年末孩子的數學成績比較,以及學年中調查家長的數學焦慮程度。後者有幾套常用的問卷,如果大家有興趣的話歡迎留言「+1」,之後我們再來將幾套問卷翻譯給大家。

研究發現,當父母有嚴重數學焦慮時,父母越幫助孩子寫回家作業,孩子成績會越差。

研究發現,父母花越多時間指導,孩子的數學成績反而越差。圖/數感實驗室

這邊的 y 軸「預期一學年的數學成長」即是字面上的意義,1.0 表示學了一學年,也具備了一學年該累積的數學能力,0.8 則表示只有學到 80% 的能力。可以看見,如果父母有嚴重的數學焦慮,認真教了孩子一年,孩子卻只能學到六成。諷刺的是,這些父母不幫孩子看作業,孩子的成績還比較好。跟同樣不怎麼教,父母也沒有數學焦慮的孩子差不多。

挖掘背後的原因

明明小學數學難不倒爸媽,為什麼會有這種讓人喪氣的「越教越差」結果呢?研究發現,這可能是因為數學焦慮的父母在不經意間作了以下幾件事:

  1. 讓孩子感受到自己討厭數學、認為數學沒用等想法。這些由父母傳遞出來的負面態度會讓孩子失去動力(demotivate),從而減少學習的心力、時間。學得比較少,容易表現不佳,表現不佳,接著孩子便也開始對數學感到焦慮。
  2. 當孩子表現不好時,有數學焦慮的父母容易較沒耐心,或流露出挫折感。這其實不一定針對孩子,有些只是連結到自己過去的學習經驗。但,這樣的態度對孩子來說可能是種無形的懲罰。
  3. 當父母有數學焦慮時,比較傾向使用固定的思考模式與解題策略,如果跟學校老師的解法不同,但雙方又各自堅持己見時,孩子就會感到困擾。

不需要放棄與孩子互動

老實說,這項研究結果還真是有些令人喪氣,明明是為了孩子好,到頭來卻好像害了孩子。「我可能也有數學焦慮,那以後我還是不要教孩子好了。」或許有爸爸媽媽此刻已經這麼想了。從研究結果來看這樣或許會有幫助,而且還落得輕鬆,可這終究是比較消極的做法,我相信原本就願意花時間陪孩子寫作業的爸媽,應該會希望能有更積極的應對。

答案也不難,其實就是只要我們為人父母不害怕數學,能對數學具備正面、積極的態度,或是在教導孩子時,能先具備一些簡單的教學知識,引導技巧。這樣應該就能避免越教越差的狀況。更重要的是,往好方面想,這項研究至少有可能打破了一項迷思:

數學不好不一定是「遺傳」,更有可能是後天不經意的互動所造成的負面影響。

只要是後天因素,就是我們能一起克服的。之後,我們將分享更多幫助爸媽與孩子互動數學的小技巧,與更多有價值、有趣的研究成果!

只要抱持正面、積極的態度教導孩子,就能避免越教越差的狀況。圖/Pexels

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踏入數位學習時代,讓電腦成為孩子的學習夥伴!
科技大觀園_96
・2022/04/01 ・2553字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

數位學習時代已悄然來臨。圖/fatcat11 繪

受到新冠肺炎疫情影響,世界上許多國家開始採取「遠距教學」,越來越多學生坐在自家電腦前上課。雖然我們是在疫情的壓力下,有點「趕鴨子上架」似的不得不改變了教育方式,但也讓教育跳脫了框架,變得更加多元化。「數位學習」的風潮在這樣的氛圍中,逐漸嶄露出優勢,在電腦、網路、人工智慧不斷發展的現代,新冠肺炎對人類帶來的「危機」,會不會正好是推動數位學習普及化的「轉機」呢?  

為了回答這個問題,我們請教數位學習專家——中央大學網路學習科技研究所講座教授陳德懷。他參與了臺灣的數位學習發展歷程,也對教育發展有深入的觀察及見解。

讓人工智慧成為孩子的學習夥伴

陳德懷從 80 年代就開始思考人工智慧與教育能不能結合。那是個網路、電腦都還非常不普及的年代,還在就讀博士班的陳德懷,就開始思考自己研究的主題——機器學習,能否應用在教育上。

「那個時候其中最直觀的想法就是虛擬家教,讓電腦扮演家教來教個別學生」陳德懷回顧著說。然而,他更進一步萌發了一個想法:「既然學生在學習,電腦也在機器學習,那麼是否電腦可以扮演學生的同學,也就是學習同伴的角色呢?」陳德懷認為:「我們自己當學生時,很多學習心得都是和同學討論時獲得的,不一定來自老師。」於是他用人工智慧同時模擬虛擬家教、虛擬同伴,使用者可以和同伴互相討論,或是進行競爭遊戲,如此一來學生在學習時,不會只單方面接受虛擬家教的教導,而是有更全方位的思考角度。 

陳德懷將自身專業應用在教育上,致力於開發「虛擬家教」。圖/Pixabay

「不過,」陳德懷指出:「虛擬學習同伴畢竟還是不如真正的同學來得真實。」後來陳德懷進入中央大學任教,隨著電腦的普及、網路科技的逐漸進步,虛擬同伴的概念也進一步延伸成網路學習系統,同學們可以利用電腦之間的連結,在網路上共同學習。 

將虛擬教育城市和電子書包作為學習輔助 

到了 2000 年,陳德懷更進一步提出了「虛擬教育城市」的概念,「因為有了網路,應該全世界的學生都可以當彼此的同學。」他建立了一個網路學習系統「亞卓市」,就像一個教育資源平台,每個學校、班級、甚至個人,都可以在亞卓市成立網站,放上教學資源,或是開啟課程。

此時電腦越來越普及,價格越來越親民,於是陳德懷提出「電子書包」的概念,簡單說就是讓學生人手一台電腦,做為上課的輔助工具。這樣的想法也促使後來許多電腦廠商陸續推出低價電腦產品,企圖打入教育市場。

陳德懷的數位學習研究歷程,也反映著電腦與網路的發展。如今,網路與電腦已經幾乎成為人類生活的必需品,陳德懷的研究重點,也從數位學習轉為思考教育的核心本質。 

培養「學習」的興趣,讓孩子勇於接受挑戰

他提出「興趣驅動創造者學習理論」,認為學習的過程最重要的,是把「學習」看為一種「興趣」來培養,例如,閱讀、寫作、數學等都可以視為興趣來培養,而「學習」過程視為一種有趣的「創造」過程,在過程中獲得成就感,然後日復一日重複這個過程,養成「習慣」。陳德懷說:「這樣一來,學生就成了『終身興趣驅動創造者』。」 

陳德懷透過數位化學習平台,培養小學生的學習興趣,讓他們認為數學是有趣的科目。圖/Pixabay

「興趣一開始萌發,就像小 baby 一樣,要仔細小心保護。」陳德懷以數學為例指出:「其實很多小孩可能一開始都對數學有興趣、很好奇,但幾次表現不好被質疑、受到挫折、失去信心,學習動力消失,不要說興趣了,甚至懼怕數學,希望以後不要再碰到數學,這現象在臺灣很普遍。」在陳德懷近年的研究計畫中,結合課程地圖與學習歷程檔案的優勢,設計了一款悅趣化數位數學學習平台,名叫「數學島」,讓國小學童利用與電腦之間的互動與即時回饋,自我學習,並且可以控制自己的學習進度,沒有來自老師或同儕的壓力。陳德懷說:「過程中我不問他們學得如何,只問他們還有沒有興趣。」結果,在興趣驅使下,有些學童僅僅二年級,卻已經能理解五年級的數學了。

興趣如果能順利持續下去,就可能發展到「自我追求」的階段,不但不害怕挫折,還會願意接受挑戰,也才能在有興趣的領域上更精進、發光發熱。陳德懷表示:「我們看到的每一個傑出的天才,都是走到了這一步,才被看見。」

在數位學習的浪潮下,老師該扮演什麼角色? 

網路及電腦的普及,雖然對數位學習與教育帶來極大助力,但陳德懷也談及他的憂心:「在網路的世界,我們太透明了,隱私受到很大威脅。」另一方面,陳德懷也認為不論網路再怎麼發達,都無法取代實體學校的角色。在新冠肺炎疫情影響下,數位學習等透過網路學習的方式都會加速發展,但陳德懷特別強調:「學校有無可取代的地位,尤其對中小學生,因為他們需要透過人與人之間的互動來社會化,以及導師的引導,這是網路上的互動所無法取代的。」 

學生在實體學校與人們的互動、交流,是很重要的社會化歷程。圖/Pixabay

至於高等教育的部分,陳德懷認為大學的知識教育有可能會轉為數位學習為主,他舉例:「想像今天傳奇物理學家,也是諾貝爾獎得主費曼(Richard P. Feynman)在普林斯頓大學開了一堂物理課,他那麼會教書,只要將他的課放上網路,最後學生一定都直接透過網路上課。」不過,大學更重要的是「創造知識」,在大學裡,創造知識的人是大學教授,學生想要習得創造知識的能力,「唯一方法就是去當教授的研究生,跟在身邊學習實驗與做研究的方法。」這是大學校園更重要的存在價值。
陳德懷認為,基於這些理由,實體教育場所不會消失,但老師、教授的工作內容會改變,傳授知識不再是他們最重要的工作,「重要的反而是創新知識,以及成為學生的人生導師。」

科技大觀園_96
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為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。