مدرسه آزمايشگاهي «خان» شيوه جديدي از آموزش را براي دانش‌آموزاني مثل آمارتيا، 10 ساله، ارائه مي‌كند. در اين مدرسه كه در منطقه «مانتين ويو» در كاليفرنيا واقع است، بچه‌ها لازم نيست كه مشق بنويسند يا همه روز توي كلاس‌هاي درس باشند. آنها از نظر سني دسته‌بندي نشده‌اند و در فضاهاي مشتركي سهيم‌اند چراكه از اهداف و برنامه انفرادي خود پيروي مي‌كنند، از نرم‌افزاري استفاده مي‌كنند كه به وسيله برنامه‌نويسان در منازل نوشته شده و با همين نرم‌افزارها است كه امتحان مي‌دهند و فيلم‌هاي تدريس دروسشان را از سازمان خواهرخوانده مدرسه خود، آكادمي «خان»، نگاه مي‌كنند. اين آكادمي به صورت آنلاين مدرس پرورش مي‌دهد.

فكر استفاده از فناوري براي تغيير دادن آموزش تازه نيست. در سال 1928، سيدني پرسي، يك روان‌شناس، «ماشين آموزش» را ابداع كرد كه تصور مي‌كرد «معلمان و دانش‌آموزان را از جان كردن آموزش رها مي‌كند». اين ماشين خودكار، صفحه‌هايي كاغذي با سؤالاتي داشت كه چندين گزينه داشتند. با فشردن دكمه دست راست، صفحه جلو مي‌آمد و براي جواب‌هاي درست، شيريني جايزه مي‌داد. از آن زمان تاكنون، فناوري خيلي در مدارس تغييري به وجود نياورد و انقلاب فناوري اطلاعات نيز که به خيلي از بخش‌هاي ديگر شكل جديد بخشيد، در حوزه آموزش تاثير كمي گذاشت.

اين اتفاق ربطي به سخت‌افزار نداشته است. در سال 1984، يك سال بعد از اینکه اولين «مكينتاش» عرضه شد، مدارس امریکايي به طور ميانگين براي هر 125 دانش‌آموز يك رايانه شخصي داشت. تا سال 2012، اين رقم به 5 رايانه براي هر 9 نفر رسيد. اما اين افزايش بسيار شديد در دسترسي به فناوري اطلاعات، طبق تحليل‌هايي كه جورج بالمن و روبرت فيرلي در مدارس سراسر جهان انجام دادند، «تاثيري كوچك يا حتي هيچ تاثير مثبتي» در نتايج آموزشي مثل نمرات امتحاني داشت. سازمان همكاري‌هاي اقتصادي و توسعه در سال 2015 دريافت كه ارتباطي بين ميزان هزينه‌هاي كشورهاي در حوزه فناوري اطلاعات در مدارس و توانايي دانش‌آموزان 15 ساله در رياضيات، علوم و خواندن، وجود ندارد.

با اين حال، امروزه اين سنگ بنا به دو دليل در حال تغيير است. اولين دليل اين است كه «فناوري آموزشي» بيش‌ازپيش قادر شده است با روش‌هاي پيچيده‌اي با دانش‌آموزان تعامل برقرار كند. مطالعات اخير نشان مي‌دهد نرم‌افزارهايي كه به جاي اینکه فقط پرسش و پاسخ را انجام دهند، پاسخ‌گويي بيشتري در نقش يك معلم به دانش‌آموزان دارند، مي‌توانند يادگيري دانش‌آموزان را افزايش دهند. دليل دوم نيز اين است كه تعداد روزافزوني از مدارس، مثل مدرسه «خان»، ايجاد شده‌اند كه نه‌تنها فناوري‌هاي آموزشي جديد را براي آموزش به روش معمولي در ميان دانش‌آموزان خود به كار مي‌گيرند، بلكه از نرم‌افزارهاي جديدي استفاده مي‌كنند تا شيوه‌هاي گذران زمان دانش‌آموزان و معلمان در مدارس را تغيير دهند. به نظر مي‌رسد كه هردوی اين اتفاقات با بهره‌وري بيشتري همراه باشند. در خلال دهه‌هاي زيادي، كساني كه دست به نوآوري آموزشي مي‌زدند با فراغ بال در روشي از آموزش مشاركت داشتند كه به آن «مدل كارخانه‌اي» گفته مي‌شد؛ يعني كودكاني در سن يكسان، با معلمي يكسان و با روشي يكسان آموزش مي‌ديدند. امروزه، دست‌كم در برخي از جاها، اين شرايط به وضعيت شمارش معكوس دچار شده است.

بايد در نظر گرفت كه سرمايه‌گذاران در حوزه آموزش نيز شرايط را تغيير داده‌اند، چه آنهايي كه براي اهداف خيرخواهانه اين سرمايه‌گذاري را انجام مي‌دهند چه كساني كه براي ديگر اهداف اين كار را مي‌كنند. بسياري از اين سرمايه‌گذاري‌ها، مثل موسسه خيريه مارك زاكربرگ و همسرش، روي فناوري آموزشي سرمايه‌گذاري كرده‌اند. زاكربرگ مي‌خواهد كه بيشتر مدارس امریکايي انواع جديد آموزش را برگزينند كه او قول داده طي يك دهه اين اتفاق بیفتد و به انتشار اين شيوه‌هاي جديد آموزشي در سراسر جهان كمك كند. مجموع بازارهاي فناوري آموزشي امریکاي شمالي و اروپا (شامل آموزش‌هاي بيشتر و بالاتري از مدارس) از 75 ميليارد دلار در سال 2014 به 120 ميليارد دلار در سال 2016 رسيده است.

تحقيقات در دو حوزه در حال شكل‌دهي به فناوري جديد است. هوش مصنوعي در حال ايجاد امكان براي يادگيري ماشيني براي دانش‌آموزاني است كه از آنها براي تحقيق روي داده‌هاي توليدشده با روندهاي هوش مصنوعي استفاده مي‌كنند. و تحقيق روي روان‌شناسي، علوم شناختي و ديگر رشته‌هاي نظير اين حوزه‌ها در حال ثابت كردن آشكار كردن بينش‌هاي عملي در زمينه «علم يادگيري» است.

روان‌شناس امریکايي، بنجامين بلوم، اخيرا متقاعد شده است كه بسياري از متخصصان امر آموزش براي فائق آمدن بر شكست‌ها و خطاهاي مدل كارخانه‌اي آموزش، نيازمند به اين هستند كه ساختار گروهي آموزش را بيشتر شبيه به آموزش خصوصي و شخصي بكنند. تحقيقات نشان داده است كه تدريس خصوصي داراي بيشترين تاثير در انواع شيوه‌هاي آموزشي است. بنابراين كلاس‌هاي درس كه با دانش‌آموزان همسن تشكيل مي‌شدند و تدريس يكساني به همه افراد به عمل مي‌آمد،‌ بايد تغيير كنند و بيشتر از گذشته به شكل آموزشي خصوصي دربيايند. 

يادگيري ماشيني كه شاخه‌اي از هوش مصنوعي است و به رايانه‌ها اجازه مي‌دهد كه از الگوهايي بهره بگيرند كه براي درك واضح مفاهيم برنامه‌ريزي نشده‌اند، به خوبي به درد اين شيوه مي‌خورد. نرم‌افزار «مايند اسپارك» كه توسط موسسه هندي «ابتكارات آموزشي» نوشته شده، صرفا از يك بانك داده با 45 هزار سؤال استفاده مي‌كند كه هر روز 2 ميليون جواب براي آنها توليد مي‌شود. برنامه‌نويسان اين نرم‌افزار كه مرتكب اشتباهات مشابهي شده‌اند، از داده‌هاي باارزش دانش‌آموزان طي بيش از يك دهه استفاده كرده‌اند تا نرم‌افزاري را بنويسند كه بتواند اشتباهات آنها را تشخيص دهد. براي مثال، بچه‌ها اغلب مي‌گويند كه 3.27 از 3.3 يا 4.56 از 4.9 بزرگ‌تر است. دليلش اين است كه آنها «27» و «56» بعد از مميز را بزرگ‌تر از «3» و «9» مي‌بينند. اين اشتباه به عنوان «فكر كردن به عدد كامل» شناخته مي‌شود. «مايند اسپارك» از اين الگوي اشتباه كردن استفاده و تمرينات تقويتي مشخصي را پيشنهاد خواهد کرد.

برنامه‌هاي جديدتر در اين حوزه، مي‌توانند اشتباهات مشخص هر فرد را تشخيص دهند و بعد با تمرينات در همان حوزه، ضعف‌های دانش‌آموز را تقويت كنند. برندهاي آموزش ماشيني در امریکا، اكنون به 32 هزار دانش‌آموز در 388 مدرسه در سراسر امریکا آموزش علوم و رياضيات مي‌دهند. نرم‌افزار «گيكي» به 415 هزار دانش‌آموز در مدارس عمومي سائوپائولو آموزش مي‌دهند و آموزش تعداد خيلي بيشتري از آنها را نيز در خانه‌ها بر عهده دارند. در سال 2016، شركت «بايجو» كه يك شركت هندي است، يك سرمايه‌گذاري 50 ميليون دلاري روي آموزش ماشيني انجام داد. يك شركت چيني نيز به طور گسترده از نرم‌افزارهاي تشخيص صوت استفاده مي‌كند تا به دانش‌آموزان در يادگيري زبان انگليسي كمك كند.

رشد سريع در حوزه تشخيص و توليد صدا، ممكن است ايده‌هاي اين‌چنيني بيشتري توليد كند. محققان در آزمايشگاه «آرتيكيولَب» در دانشگاه كارنگي ملون، از فناوري تشخيص صدا استفاده كرده‌اند تا ابزار «الكس» را توسعه بدهند؛ ابزاري كه يك «هم‌كلاسي مجازي» است و با كودكان به لهجه‌هاي محلي صحبت مي‌كند تا آنها احساس راحت‌تري در كلاس داشته باشند. يافته‌هاي «آرتيكيولب» نشان مي‌دهد كه برخي كودكان سياه‌پوست وقتي كه با هم‌كلاسي مجازي خود به لهجه محلي افريقايي – امریکايي تعامل دارند، سريع‌تر از كساني كه با زبان استاندارد صحبت مي‌كنند،‌ علوم را ياد مي‌گيرند.

اخيرا تحقيقي با تلفيق نتايج 41 مطالعه روي ارتباط يادگيري و استفاده از نرم‌افزارهاي كمك‌آموزشي نشان داده است دانش‌آموزاني كه از اين نرم‌افزارها استفاده مي‌كنند، سطح يادگيري بالاتري دارند. به خصوص براي كشورهاي فقيرتر،‌ استفاده از روش يادگيري ماشيني مي‌تواند در يادگيري دانش‌آموزان با هزينه‌هاي كمتر موثر باشد. با اين حال، تحليل مقالات و مطالعات منتشرشده درباره يادگيري ماشيني نمي‌تواند روشن‌كننده كل تصوير اين نوع آموزش باشد. اغلب مطالعاتي كه نشان مي‌دهند نتيجه يادگيري ماشيني منفي يا مبهم است، منتشر نمي‌شوند. همچنين قضاوت درباره عملكرد آموزش ماشيني در حوزه‌هاي نرم‌تري كه تقليد ماشين از معلم در آنها سخت‌تر است، بسيار دشوارتر مي‌شود. اینکه چطور ماشين مي‌تواند در يادگيري تاريخ موثر عمل كند، كار سختي است. اما ماشين در اين حوزه‌ها نيز مي‌تواند تا حدي به معلم كمك كند. ابزارهايي مثل الگوريتم‌هاي «قضاوت مقايسه‌اي» مي‌تواند در دروسي همچون مقاله‌نويسي كمك‌حال معلمي باشد كه ممكن است خسته يا گرسنه باشد.

همچنين بايد اين نكته را تذكر داد كه نظام‌هاي آموزشي متفاوت مي‌تواند اثرات متفاوتي را در جاهايي متفاوت نشان بدهد. مطالعه‌اي كه نتايجش در سال 2014 منتشر شد، نشان داد دانش‌آموزاني كه از نرم‌افزار «تيچ تو وان» استفاده مي‌كنند، رياضيات را سريع‌تر از ميانگين ملي ياد مي‌گيرند. اما در مورد موسسات نظير شركتي كه نرم‌افزار «دريم باكس» را ارائه كرده، اثرگذاري آموزشي از مدرسه تا مدرسه متفاوت است. وقتي كه دانش‌آموزان 60 تا 90 دقيقه در هفته از اين نرم‌افزار استفاده مي‌كنند، همان‌طور كه توليدكننده آن توصيه كرده، نتيجه اثرگذاري آن خيلي بهتر از كساني است كه كمتر از آن استفاده كرده‌اند.

براي اینکه بدانيم مدارس آينده تحت تاثير آموزش ماشيني چطور خواهد بود، مي‌توان به فرآيندهاي آموزشي موسسه «تيچ تو وان» نگاه كرد؛ استفاده از نرم‌افزارها و ابزارهاي خودكار آموزشي تغييرات زيادي در كلاس‌هاي درس به وجود مي‌آورد. مثلا در كلاس يك‌ونيم‌ساعته رياضيات، وقتي كه دانش‌آموزان وارد كلاس مي‌شوند، مثل تابلوهاي اعلانات فرودگاه، نگاه مي‌كنند كه چه كارهايي را بايد براي آن ساعت انجام دهند و چه چيزي را بايد آن روز ياد بگيرند. يك كودك بايد در يك گروه روي هندسه كار كند و يكي ديگر بايد به سؤالات جبر روي لپ‌تاپش پاسخ دهد. سه معلم در فضاي باز كلاس مي‌چرخند و پيشرفت دانش‌آموزان را كنترل مي‌كنند. در انتهاي اين جلسه، دانش‌آموزان در يك آزمون كوتاه شركت مي‌كنند تا برنامه كلاسي روز بعد آنها توسط اين آزمون تعيين شود. به همين دليل است كه موسساتي مثل «آلت‌اسكول» روي تغيير وضعيت كلاس‌هاي رايج با شركت دانش‌آموزان در ساعت‌هاي معمول به وضعيتي كه در كلاس‌ها و ساعت‌هاي آموزشي انعطاف بيشتري داشته باشد،‌ كار مي‌كنند.