教育部靠AI打造自主學習平臺，竟成防疫居家遠距學習關鍵
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5月下旬，COVID-19疫情驟然升溫，不只全臺進入三級警戒，全國各級學校也停止到校，全面改為線上學習，畢業考形式必須跟著調整，甚至連畢業典禮都線上化，這是第一群，因疫情而沒有實體畢業典禮的畢業生。但學生的學習沒有中斷，各種數位學習資源成為學生在家學習的關鍵工具。
其中最重要的一項，就是教育部早從2017年就開始打造的數位學習平臺「因材網」，這是一個利用AI和大數據技術，想要實現「因材施測」與「因材施教」的平臺，提供超過7千8百份教材和教學影片、4萬多題測驗題，涵蓋國中小到高中的主要科目，包括國文、數學、英文到自然。在這一波疫情中，將3千6百多間學校，都變成了同一間線上大學校的師生。
光是去年疫情初襲，就有超過4萬5千多位老師，93萬多名學生開帳號來學習。一手打造出這間大學校平臺的就是教育部資訊及科技教育司司長郭伯臣。因材網是他過去多年數位學習研究成果中最關鍵的一項。
以IT產業揚名全球的臺灣，資訊融入教學已發展超過了20年，而郭伯臣很早就加入推動數位學習的行列。聯合國教科文組織在2019年時提議，國家需要提供AI技術支持的教育，建議各國要用AI工具來提供個人化的學習內容，不只靠大數據制訂政策，更要培養老師運用AI工具的能力。這正是郭伯臣多年來投身數位學習的初衷，只是技術從過去的IT技術，變成了現在當紅的AI和大數據。
郭伯臣回憶，早期，從老師使用投影機逐漸普及，到現在，轉為使用電子白板。過去幾年來，課堂上，光是資訊設備融入教學的形式，就有很大的改變。
但，他認為，這樣的教學模式還有缺點，尤其每位學生的學習進度有落差，老師以同樣的速度講課，有些學生覺得簡單，但也有些人會覺得太難而跟不上。「要靠科技來輔助自主學習。」他解釋，自主學習就是，要讓學生有能力自己訂定學習目標、懂得選擇學習策略、監控評價成果，甚至能訂定調節機制，不斷循環來達到目標。
這正是郭伯臣過去的研究方向。他曾在臺中教育大學任教，2013年接任教育學院院長，推動了多項數位學習方面的計畫和研究，其中，他大力為提升教師適性教學及數位科技教學專業而努力，促成因材網在2017年上線，依學生學習程度調整學習路徑，以及給予測驗試題，更成為教育部官方學習平臺之一。
因材網上線後，獲得許多正面回響，2019年時，教育部部長延攬郭伯臣接任資科司司長，賦予他帶領資科司建立更完善的數位學習建設的任務。進入資科司後，許多老師和學生向他建議，除了因材網，教育部還有2個數位學習平臺，因各有不同功能，導致他們需在平臺間切換使用，非常不便。
所以，上任後的第一件事，郭伯臣就開始進行官方學習平臺的整合工程，將被整併平臺的功能模組化後，再放入因材網中，來簡化使用者操作的程序。他表示，平臺整併後，使用者只需登入單一平臺就可使用所有功能，且維護單一網站的經濟效益也較高。
單是整合數位學習平臺還不夠，怎樣讓更多老師在課堂上使用，才能發揮數位學習資源真正的價值，郭伯臣決心提升數位平臺融入課堂的比例，培養教師運用數位學習平臺資源的能力。
過去10年多來，教育部推動數位學習的計畫內容，隨時間演進，不斷優化，從2009年推行電子書包，將教科書轉化為電子版放入行動載具，之後，對應國際數位學習發展趨勢，在2012年至2019年期間，推動中小學行動學習計畫，鼓勵各校融入資訊科技在教學中，在不管是課堂內還是課堂外的學習活動中，都利用行動載具來協助學生學習。
郭伯臣加入資科司時，正值行動學習計畫的最後一年，他發現，該計畫在推動過程上，教師多利用行動載具在學習活動中，比如植物觀察、社區訪問等，但是，實際融入行動載具於主科含國、英、數、自和社的課堂學習，很少見，大部分使用投影機和電子白板，讓全班級一起學習。
他認為，每位學生的學習進度不同，使用行動載具推動個人化學習，就可讓每位學生訂定自身的學習進度，且除了在教室內學習，學生回到家，也可繼續進行學習進度，讓學習不受時空限制。
不過，行動載具要走進課堂學習，並不容易，郭伯臣點出教學現場面臨了3大困難。首先，要有完善的數位學習內容，來取代紙本的教學教材，其次，班級內每位學生都需有行動載具，最後，連老師都需要改變教學方法，來因應學生各自訂定的學習進度。
郭伯臣表示，從傳統上以同樣進度授課，轉變為讓學生在課堂上，進行個人化學習，下放主導權給學生，以學生為學習中心，對教學情境來說，教師需提升運用IT教學的能力，這是很大的躍進，他坦言，推動上很困難，必須向教師證明這樣的轉變，有助於提升學生的學習成效，也就是可提高學習成績。
推動數位學習新計畫，將數位學習資源融入主科教學
郭伯臣先著手將行動學習轉聚焦在適性學習和個人化學習，在2019年11月進一步啟動「科技輔助自主學習計畫」，要透過行動載具將數位學習平臺帶進主科課堂，養成學生自主學習的能力，並藉由AI推動適性化學習，而教育部會提供參與計畫的學生，一人一臺平板，降低數位學習推動的門檻。
以適性學習理念設計，具有主科學習教材，並應用AI、大數據技術診斷學生學習弱點，來提供個人化學習路徑的因材網，便成為推動新計畫的最佳平臺。
郭伯臣指出，適性學習和自主學習是兩個不同的概念，適性學習藉數位學習平臺來依學生學習能力與需求，提供個人化的學習資源，而自主學習則是讓學生成為學習的主人，他必須自行管理學習、訂定學習策略，以及為學習負責。
他坦言，原有的因材網是為了適性學習而打造，沒有考慮到自主學習的功能。所以，計畫施行後，老師們開始反映這個平臺不敷所需，這也讓郭伯臣決定進一步改版因材網。
大幅調整因材網設計，符合自主學習需要
收集多方教師的使用反饋後，不同於只提供影片和題目的傳統數位學習平臺，因材網提供適性化學習路徑與學習內容也已經不夠，現在還要能協助師生在課堂上進行4種自主學習活動，除了學生自學之外，還要支援組內共學、組間互學和教師導學。
資科司IT團隊花了不少力氣擴編因材網的功能，像是新增行事曆讓學生自訂學習進度，還有可供學生相互討論，進行組內共學和組間互學的提問功能。
「行事曆功能是學生自學活動的重要功能，」郭伯臣強調，除了可以讓學生規畫每個學習任務的完成時間，IT團隊還打造了追蹤機制，若發現學生未按規畫完成進度，系統還會主動發送通知提醒。行事曆和提問雖是網路平臺常見的功能，但是，郭伯臣表示，這些都是傳統學習平臺欠缺的。
為確保系統開發工程符合教學現場的需求，資科司除實際與教師訪談，也通過通訊軟體群組，隨時掌握教學現場使用平臺的狀況。郭伯臣坦言，要讓平臺融入整個教學流程，真的不容易。
教育部IT團隊還需依照學習和教學流程情境，來開發、整合相對應的功能，像是因應教學檢核流程，打造檢核機制，讓老師可以跟進學生的學習進度。
花了近一年開發時間，因材網終於在今年4月完成改版，串接所有自主學習功能，如今，平臺不僅能依學生學習能力提供個人化學習資源，還可協助學生實現自主學習的目標。新版平臺除了可提供監控評價的結果，讓學生掌握自身學習的狀況，還會應用AI和大數據分析技術， 提供學生學習上和教師教學上的建議。
因材網也採用了自然語言處理技術，打造了能以文字對話的教學助理，學生只要把數學解題過程輸入對話框後，AI教學助理可以根據學生的解題過程，以文字與學生對話，來給予學生解題方法的提示。
另外，因材網還利用大數據技術，分析學生影片瀏覽行為，例如一些播放、快轉、暫停、回放等動作，來分析學習成效較好的學生觀看影片的典型行為，可以用來比較其他學生的觀看行為，供老師判斷學生學習情況的參考。
科技輔助自主學習計畫推動至今逾一年半，全國共有319所學校安排校內一至兩個班級參與，並已獲得不少成果。郭伯臣興奮地表示，學習落後學生使用因材網4小時後，相較於無使用者，國文測驗通過率增加約19.9%。
打好教學現場IT基礎設施基礎，支援教師教學
為了讓這樣的數位學習可以順利在校園內進行，資科司也在全臺各級學校的IT基礎設施下費了一番工夫。像是近期，資科司剛完成22縣市中小學校園機房，向上集中至所屬縣市教育網路中心的工程，來減輕各校資訊老師維護機房的壓力，也降低資安隱憂。資科司更在今年3月啟動了全國校園智慧網管系統，幫助校內資訊組長快速掌握網路連線狀況，遇到校內網路出狀況時也能及時排除問題。
郭伯臣表示，以往校園面臨網路連線問題時，資訊組長無法立即知道問題發生在何處，還需與所屬縣市網的網管人員聯繫，等待他們到現場找問題，有時可能需數天才能找到問題的根源，如今，通過新系統的視覺化管理機制，資訊組長自己就可以掌握發生異常的網路節點，大幅縮短問題排除時間。
未來兩年，資科司還會在全臺22縣市提升CDN頻寬，以更快速地派送數位學習內容至觀看地。郭伯臣表示，教育部打造的數位學習內容，目前靠資科司機房伺服器支援各校的存取，未來，學校可就近至縣市網存取，提升連線效率。他強調：「IT是用來服務數位學習，IT基礎工程沒有做好，其他都免談。」
