淺談人工智能在化學(xué)教育“導(dǎo)學(xué)互動(dòng)”中的作用

PAGEPAGE5淺談人工智能在化學(xué)教育“導(dǎo)學(xué)互動(dòng)”中的作用曾玭（江西省吉安市第三中學(xué)343000）摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了人工智能技術(shù)及其在教育教學(xué)中的應(yīng)用，尤其是在化學(xué)教育“導(dǎo)學(xué)互動(dòng)”方面的作用。通過(guò)在化學(xué)教育教學(xué)中引入人工智能技術(shù)，有利于創(chuàng)新教學(xué)理念，有助于提高教師的教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與科學(xué)素養(yǎng)，為化學(xué)教育工作增添了新的活力。關(guān)鍵詞：人工智能化學(xué)教育智能教育導(dǎo)學(xué)互動(dòng)現(xiàn)人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，是一門研究運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬和延伸人腦功能的新興綜合性學(xué)科。人工智能主要是人工的方法和技術(shù)，研究、開發(fā)、模仿、延伸和擴(kuò)展人的智能，實(shí)現(xiàn)機(jī)器智能，其長(zhǎng)期目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)人類水平的人工智能。到目前為止，人工智能的研究和應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，已在智能家居、智慧醫(yī)療、科學(xué)研究等領(lǐng)域嶄露頭角。與傳統(tǒng)的幻燈片、展板、錄音、電視、電腦等一樣，人工智能技術(shù)也是一種與教育相關(guān)的信息技術(shù)。學(xué)生和教師等與教育相關(guān)的群體，可利用這些技術(shù)經(jīng)過(guò)搜集、整理、加工、傳輸、反饋、再加工等方式獲得知識(shí)。盡管人工智能并不是為教育專門研發(fā)的，但是人工智能的不斷發(fā)展，使得其在教育中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，教育的智能化一直是教育界和教育技術(shù)領(lǐng)域的理想和目標(biāo)。2017年7月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，將智能教育作為“建設(shè)安全便捷的智能社會(huì)”的重點(diǎn)任務(wù)寫入頭條，強(qiáng)調(diào)利用智能技術(shù)加快推動(dòng)人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革，構(gòu)建包含智能學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)在內(nèi)的新型教育體系；開展智能校園建設(shè)，推動(dòng)人工智能在教學(xué)、管理、資源建設(shè)等全流程應(yīng)用；開發(fā)立體綜合教學(xué)場(chǎng)、基于大數(shù)據(jù)智能的在線學(xué)習(xí)教育平臺(tái)；開發(fā)智能教育助理，建立智能、快速、全面的教育分析系統(tǒng)；建立以學(xué)習(xí)者為中心的教育環(huán)境，提供精準(zhǔn)推送的教育服務(wù)，實(shí)現(xiàn)日常教育和終身教育定制化。這一系列發(fā)展規(guī)劃，預(yù)示著人工智能教育時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。在這樣的大背景下，作為一線教學(xué)的教師必須積極行動(dòng)起來(lái)，主動(dòng)去了解人工智能、學(xué)習(xí)人工智能、應(yīng)用人工智能，主動(dòng)適應(yīng)科技形勢(shì)，掌握教學(xué)前沿動(dòng)態(tài)與技術(shù)，使教育教學(xué)工作獲得更好的發(fā)展與提升，為創(chuàng)新人才的培養(yǎng)創(chuàng)造良好的環(huán)境和條件。近年來(lái)，人們對(duì)人工智能如何與教育相結(jié)合討論頗多。事實(shí)上，人工智能在教育行業(yè)已全面鋪開，具體應(yīng)用包括人工智能為學(xué)生提供個(gè)性化學(xué)習(xí)、拍照搜題回答問(wèn)題、對(duì)教學(xué)體系進(jìn)行反饋和評(píng)測(cè)等。1）個(gè)性化學(xué)習(xí)。在我國(guó)應(yīng)試教育大環(huán)境下，根據(jù)不同學(xué)生不同認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)能力以及自身素質(zhì)制定個(gè)性化學(xué)習(xí)方案真是說(shuō)易行難。人工智能介入后，個(gè)性化學(xué)習(xí)有兩條實(shí)現(xiàn)途徑：分析內(nèi)容，構(gòu)建知識(shí)圖譜——構(gòu)建和優(yōu)化內(nèi)容模型，建立知識(shí)圖譜，讓學(xué)生可以更容易地、更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)適合自己的內(nèi)容；自適應(yīng)學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)智能化推薦——搜集學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)學(xué)生未來(lái)表現(xiàn)。智能化推薦最適合學(xué)生的內(nèi)容，最終高效、顯著地提升學(xué)習(xí)效果。2）拍照搜題、回答問(wèn)題。借助智能圖像識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)拍照搜題、回答問(wèn)題的功能。當(dāng)學(xué)生遇到難題時(shí)，只需要用手機(jī)拍成照片上傳到云端，系統(tǒng)在一到兩秒內(nèi)就可以反饋出答案和解題思路。這類軟件不僅能識(shí)別機(jī)打題目，手寫題目的識(shí)別正確率也越來(lái)越準(zhǔn)，目前達(dá)到了70%以上，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。3）對(duì)教學(xué)體系進(jìn)行反饋和評(píng)測(cè)。試想一個(gè)場(chǎng)景，當(dāng)某學(xué)生在查詢自己期末成績(jī)的時(shí)候，他看到的不僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的分?jǐn)?shù)，還附有一份“診斷報(bào)告單”。通過(guò)這份報(bào)告，他不但可以了解到自己學(xué)科板塊知識(shí)點(diǎn)和能力點(diǎn)的掌握情況，還能看到對(duì)自己的優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)的學(xué)科分析。這就是借助大數(shù)據(jù)的幫助，通過(guò)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成長(zhǎng)過(guò)程與成效的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，診斷出學(xué)生知識(shí)、能力結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)需求的不同，以幫助學(xué)生和教師獲取真實(shí)有效的診斷數(shù)據(jù)。學(xué)生可以清楚看到問(wèn)題所在，學(xué)習(xí)更高效；教師也可對(duì)癥下藥，選擇不同的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，實(shí)施不同的教學(xué)方式，進(jìn)一步提高教與學(xué)的針對(duì)性、有效性和科學(xué)性。具體到化學(xué)學(xué)科來(lái)說(shuō)，化學(xué)本身是一門實(shí)驗(yàn)性非常強(qiáng)的學(xué)科，要更好地進(jìn)行化學(xué)的教學(xué)和學(xué)習(xí)必須滿足這一條件。人工智能教育除了上述三個(gè)主要作用，它在化學(xué)教育教學(xué)方面還獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。1）豐富化學(xué)教學(xué)內(nèi)容眾所周知，化學(xué)教學(xué)中有許多實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，但限于教學(xué)時(shí)間、教學(xué)條件、實(shí)驗(yàn)本身的難度等因素，很多實(shí)驗(yàn)無(wú)法開展或無(wú)法完整地開展。而通過(guò)人工智能視頻技術(shù)可以將化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要過(guò)程及細(xì)節(jié)充分展現(xiàn)在學(xué)生面前。其次，除了實(shí)驗(yàn)，還有各個(gè)章節(jié)和模塊的講解視頻也是應(yīng)有盡有，而且還有供學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)的試題等等，可以應(yīng)用到化學(xué)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。2）提升學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣在化學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的難以掌握的內(nèi)容和容易出錯(cuò)的內(nèi)容大都較為抽象，例如電子和分子的移動(dòng)和結(jié)構(gòu)等等。光靠教師的口頭講解是很難解決這一問(wèn)題的。人工智能視頻可以針對(duì)性地創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境和有效模型轉(zhuǎn)換，形象化地將各種抽象的原子、粒子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程展現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)結(jié)合老師的講解及視頻的分析讓學(xué)生清楚地認(rèn)識(shí)科學(xué)的發(fā)展過(guò)程，將微觀的化學(xué)反應(yīng)立體、生動(dòng)地呈現(xiàn)出來(lái)。促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)的親近感，提升學(xué)習(xí)興趣。3）優(yōu)化、創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)，提高教學(xué)質(zhì)量為了培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物質(zhì)的觀察和思考能力，掌握正確應(yīng)用化學(xué)物質(zhì)的方法，作為化學(xué)教師必須注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)。而有些化學(xué)實(shí)驗(yàn)在課堂教學(xué)中并不方便展現(xiàn)或有事會(huì)產(chǎn)生不良物質(zhì)，例如有毒物質(zhì)和危害環(huán)境的物質(zhì)。有些實(shí)驗(yàn)也不易成功，花費(fèi)時(shí)間也比較長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)。為提高課堂效率和保證環(huán)境絕對(duì)安全，可以利用人工智能學(xué)習(xí)資源進(jìn)行視頻播放，同時(shí)可以在難點(diǎn)重點(diǎn)的地方做上標(biāo)記或進(jìn)行重播，以便做重點(diǎn)講解，幫助學(xué)生理解。也可以略過(guò)無(wú)關(guān)緊要的環(huán)節(jié)，使實(shí)驗(yàn)更加清晰地呈現(xiàn)在學(xué)生的印象中。另外，視頻中化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作一般來(lái)說(shuō)比實(shí)際操做得到的數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，更有利于作為學(xué)生學(xué)習(xí)和教學(xué)的參考，同時(shí)還可以進(jìn)行一些較為大型的實(shí)驗(yàn)?zāi)M，例如工廠的加工過(guò)程，這些在實(shí)際生活中難以接到的實(shí)驗(yàn)等都可以利用人工智能來(lái)展現(xiàn)出來(lái)。這樣不僅能優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，還能提高教學(xué)質(zhì)量。需要強(qiáng)調(diào)的是，人工智能教學(xué)視頻與常規(guī)錄制或制作的視頻具有更加豐富的“智能”及“互動(dòng)”功能。人工智能視頻可以將虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)融入其中，也就是說(shuō)學(xué)生不只是被動(dòng)觀看視頻，還可以通過(guò)虛擬技術(shù)自己操作實(shí)驗(yàn)，獲得真實(shí)的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作也可以進(jìn)行多因素嘗試等，充分體驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)的各種細(xì)節(jié)與現(xiàn)象。此外，人工智能視頻還可以加入“互動(dòng)”功能，學(xué)生可以在觀看教學(xué)視頻或?qū)嶒?yàn)視頻過(guò)程中，可以隨時(shí)提問(wèn)并與人工智能視頻進(jìn)行互動(dòng)問(wèn)答，答惑解疑。人工智能在教學(xué)中的應(yīng)用是一種新型的“導(dǎo)學(xué)互動(dòng)”教學(xué)模式創(chuàng)新，能夠促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)生，使學(xué)生在自主探究中收獲到學(xué)習(xí)的樂趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。這些多功能的學(xué)習(xí)、體驗(yàn)不僅可以在課堂上進(jìn)行，還可在課外進(jìn)行。總之，利用人工智能技術(shù)，在集中式課堂教學(xué)模式下，可有效克服實(shí)驗(yàn)教學(xué)困難，能夠很好地彌補(bǔ)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)和學(xué)習(xí)的不足，集中攻克化學(xué)教學(xué)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，從而取得更好的學(xué)習(xí)和教學(xué)效果，并將課堂教學(xué)延伸到課外教學(xué)，大大提高了教學(xué)效率與質(zhì)量。人工智能可以將教師從煩瑣、機(jī)械的工作中解脫出來(lái)，讓教師騰出更多的時(shí)間和精力用于提高教學(xué)質(zhì)量、創(chuàng)新教學(xué)方法。但是，目前人工智能在中學(xué)教育教學(xué)中的應(yīng)用體現(xiàn)的還不夠充分，需要各級(jí)教育行政機(jī)構(gòu)的高度重視，需要專家學(xué)者的執(zhí)著追求，更需要一線教師的積極探索。需要指出的是，教育是一項(xiàng)心靈工程，需要教師通過(guò)情感的投入和思想的引導(dǎo)教會(huì)學(xué)生做人、塑造學(xué)生的品質(zhì)等。教師正從原來(lái)的教學(xué)主宰者、知識(shí)灌輸者向?qū)W生的學(xué)習(xí)伙伴、引導(dǎo)者的方向轉(zhuǎn)變。盡管未來(lái)人工智能可能會(huì)在知識(shí)儲(chǔ)備量、知識(shí)傳播速度以及教學(xué)講授手段等方面超越人類，但教師仍然具有不可替代性。參考文獻(xiàn)[1]王裴.人工智能在中學(xué)教育教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析.中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù).2013年第27卷第4期.[2]吳俊明.芻議人工智能化學(xué)教學(xué)研發(fā)的教學(xué)論基礎(chǔ).化學(xué)教學(xué).2017年第11期.[3]黃翦.基于人工智能的化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)——以Na的性質(zhì)為例.軟件導(dǎo)刊·教育技術(shù).2009年第3期(下半月)[4]吳文鐵.人工智能教育對(duì)于培養(yǎng)中學(xué)生信息素養(yǎng)的作用.電腦知識(shí)與技術(shù).2018年第4卷第8期.[5]徐璞“泰微課”對(duì)化學(xué)教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的幫助.才智,