人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用探析

人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用探析摘要：隨著人工智能熱潮的興起，日新月異的新技術(shù)蔓延各行各業(yè)，“人工智能+教育”應(yīng)運(yùn)而生，教育形態(tài)也因此不斷得到重塑。本文通過介紹人工智能教育應(yīng)用的內(nèi)涵、特征和關(guān)鍵技術(shù)，基于對(duì)我國人工智能在教育中應(yīng)用現(xiàn)狀的思考，從而梳理和反思人工智能教育應(yīng)用在智能時(shí)代的推進(jìn)策略，以期為國內(nèi)人工智能教育應(yīng)用的發(fā)展提供思路。關(guān)鍵詞：人工智能;教育應(yīng)用;深度學(xué)習(xí)一、對(duì)人工智能教育應(yīng)用的解讀（一）認(rèn)識(shí)人工智能教育應(yīng)用人工智能是人類體力與腦力的延伸，是涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)、教育學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的一門綜合性的交叉學(xué)科。［1］人工智能又叫機(jī)器智能，人工智能研究的一個(gè)主要目標(biāo)是使機(jī)器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復(fù)雜工作。人工智能早在20世紀(jì)50年代就產(chǎn)生了，但因?yàn)槠溥\(yùn)算能力等原因，經(jīng)歷了低谷期和長期的緩慢發(fā)展?fàn)顟B(tài)。2022年，阿爾法狗成功戰(zhàn)勝世界圍棋冠軍李世石，引爆了人工智能技術(shù)的發(fā)展熱潮。接下來，人工智能以強(qiáng)大的智能技術(shù)的支撐，類似互聯(lián)網(wǎng)的路徑，快速滲透到各行各業(yè)的發(fā)展，引起了人們的歡呼和追捧。人工智能教育應(yīng)用是“人工智能+教育”的成果，既有著人工智能技術(shù)與其他行業(yè)融合發(fā)展的特點(diǎn)，也有其特殊性。它是信息時(shí)代人工智能技術(shù)和學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)兩者融合所產(chǎn)生的一個(gè)新領(lǐng)域，其核心是教學(xué)模型、領(lǐng)域知識(shí)模型和學(xué)習(xí)者模型。人工智能教育應(yīng)用旨在運(yùn)用人工智能技術(shù)，通過大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、深度學(xué)習(xí)三大核心驅(qū)動(dòng)力跟蹤記錄學(xué)習(xí)者的所有學(xué)習(xí)過程，完成常態(tài)化數(shù)據(jù)采集、評(píng)價(jià)模型以及個(gè)性化教學(xué)和數(shù)據(jù)化管理，從微觀層面深入理解學(xué)習(xí)是如何發(fā)生的，以及探索外界的各種因素對(duì)它有哪些影響，從而為學(xué)習(xí)者高效學(xué)習(xí)創(chuàng)造了條件。[2]（二）主要特征.教育服務(wù)智能化人工智能教育應(yīng)用為教學(xué)提供更多的智能工具，為教育者和學(xué)習(xí)者帶來智慧教學(xué)的新體驗(yàn)。在教學(xué)過程中教師運(yùn)用人工智能技術(shù)將學(xué)習(xí)環(huán)境與生活場景進(jìn)行無縫銜接，提供智能化教學(xué)服務(wù)，提升教學(xué)效果，促使泛在學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)真正成為一種常態(tài)。.學(xué)習(xí)過程個(gè)性化“人工智能+教育”充分利用智能技術(shù)的支撐，依據(jù)師生的不同特點(diǎn)和需求，為其提供具有針對(duì)性的個(gè)性化教育服務(wù)。同時(shí)它還可以實(shí)現(xiàn)跟蹤并記錄學(xué)習(xí)者的所有學(xué)習(xí)過程，通過對(duì)學(xué)習(xí)過程的分析標(biāo)記學(xué)習(xí)的重、難點(diǎn)，進(jìn)一步幫助學(xué)習(xí)者及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度及學(xué)習(xí)計(jì)劃，并為其制訂個(gè)性化學(xué)習(xí)計(jì)劃，推送個(gè)性化資源。.關(guān)注學(xué)生情感在線教育目前仍然存在情感缺失的不足，而人工智能教育愿用則可以利用情感計(jì)算技術(shù)解決這一難題。人工智能教育應(yīng)用在教學(xué)過程中通過識(shí)別學(xué)習(xí)者的面部表情、姿勢(shì)、聲音進(jìn)一步了解學(xué)習(xí)者的情緒，進(jìn)而調(diào)整教學(xué)策略。因此，人工智能教育應(yīng)用更關(guān)注情感，通過人機(jī)交流為學(xué)生營造一個(gè)接近真實(shí)的個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境，這樣更有利于維持學(xué)習(xí)者的動(dòng)機(jī)。（三）關(guān)鍵技術(shù).知識(shí)計(jì)算知識(shí)計(jì)算是人工智能與信息技術(shù)融合的一種新型產(chǎn)物，其實(shí)質(zhì)是一種可被計(jì)算機(jī)接受的用于描述知識(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在教育領(lǐng)域，知識(shí)計(jì)算主要通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)表征，并結(jié)合教學(xué)專家系統(tǒng)的知識(shí)表示方法，從而運(yùn)用其智能性解決學(xué)習(xí)過程中遇到的復(fù)雜問題。.計(jì)算機(jī)視覺計(jì)算機(jī)視覺是利用攝像機(jī)和電腦對(duì)目標(biāo)掃描，進(jìn)而對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別、跟蹤和測(cè)量等，并通過圖形處理，使其成為更容易被人眼辨別或傳送給儀器檢測(cè)的圖像。［3］在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用主要有信息組織、物體與環(huán)境建模以及交感互動(dòng)等方面，其作用是通過感知從感官信號(hào)中獲取信息。.語音識(shí)別語音識(shí)別技術(shù)是將人類的語音內(nèi)容轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可讀的輸入，計(jì)算機(jī)通過語音識(shí)別和辨別接收具體內(nèi)容信息，并將其轉(zhuǎn)化為文字。語音識(shí)別技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括語音文檔檢索、語音讀寫數(shù)據(jù)輸入等，為存在學(xué)習(xí)障礙的學(xué)生提供聽、說、讀、寫方面的便捷服務(wù)，為特殊教育注入新的血液。.自然語言處理自然語言處理旨在通過人與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流，使計(jì)算機(jī)理解人類的自然語言。在教育領(lǐng)域，自然語言處理技術(shù)主要應(yīng)用于語法檢測(cè)、文本知識(shí)與語言管理、人工系統(tǒng)、語料庫以及語言教學(xué)研究中。同時(shí)自然語言處理技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，為學(xué)習(xí)者帶來了全新的學(xué)習(xí)方式。.情感計(jì)算情感計(jì)算是指通過運(yùn)用一種能夠識(shí)別并理解機(jī)器模擬人的情感的算法，使機(jī)器獲得學(xué)習(xí)者的情感狀態(tài)。［4］顯然，情感計(jì)算的應(yīng)用，可以實(shí)時(shí)捕捉學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的情感狀態(tài)，通過面部表情、姿態(tài)表情以及語調(diào)表情等方面的變化及時(shí)反饋學(xué)習(xí)者的情感變化，從而迅速分析、判斷出學(xué)習(xí)者對(duì)該學(xué)習(xí)內(nèi)容的態(tài)度偏好、認(rèn)知風(fēng)格，并進(jìn)一步為學(xué)習(xí)者適時(shí)地提供激勵(lì)和幫助。二、人工智能在教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析當(dāng)前，各中小學(xué)開始設(shè)置人工智能相關(guān)課程，請(qǐng)人工智能進(jìn)課堂，將其與中小學(xué)課堂教學(xué)進(jìn)行深度融合。在推廣編程教育的過程中，通過開展人工智能大賽、機(jī)器人大賽等方式，進(jìn)一步吸引社會(huì)力量參與計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件、游戲的開發(fā)和推廣，打造寓教于樂的智慧教育。并且國內(nèi)部分高校已經(jīng)設(shè)立了人工智能專業(yè)，積極響應(yīng)“人工智能+教育”的號(hào)召，已然形成“人工智能+X”復(fù)合專業(yè)培養(yǎng)新模式。［5］同時(shí)部分試點(diǎn)院校已建立人工智能學(xué)院，開設(shè)人工智能學(xué)科，進(jìn)一步開展碩士、博士招生工作，實(shí)現(xiàn)復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。人工智能在教育領(lǐng)域更多的是應(yīng)用于學(xué)校教學(xué)和遠(yuǎn)程教育等方面。人工智能教育應(yīng)用使教育資源內(nèi)容更加豐富，教學(xué)方式更為靈活，教學(xué)環(huán)節(jié)和流程得到了優(yōu)化。如Z+Z智能教學(xué)系統(tǒng)、智能導(dǎo)師系統(tǒng)、智能自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)及機(jī)器人DIY等在教育中的應(yīng)用，充分考慮學(xué)習(xí)者的個(gè)體差異，協(xié)助教師更好地進(jìn)行因材施教，優(yōu)化和創(chuàng)新了教學(xué)方式;實(shí)現(xiàn)了O2O混合式個(gè)性化教學(xué)，創(chuàng)造了新的教育生態(tài)。同時(shí)在教學(xué)過程中，人工智能為智慧教育提供了技術(shù)支撐，如智能批改、基于案例的推理等新興的機(jī)器學(xué)習(xí)為教育注入了新鮮的血液。機(jī)器閱卷減輕了教師的負(fù)擔(dān)，教師能夠騰出更多的時(shí)間和精力關(guān)注學(xué)生互動(dòng)、教學(xué)設(shè)計(jì)、專業(yè)發(fā)展和教育質(zhì)量。在日常仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用基于智能仿真技術(shù)的智能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)、生物實(shí)驗(yàn)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)等仿真實(shí)驗(yàn)，不僅解決了設(shè)備欠缺、經(jīng)費(fèi)不足的難題，而且可以利用其對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，生成實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀＿@樣一來就可以針對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦x擇有效的實(shí)驗(yàn)方法，分析解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而提高教學(xué)效率。人工智能為遠(yuǎn)程教育的智能化提供了有力的技術(shù)支撐。通過運(yùn)用專家系統(tǒng)、自然語言慮理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，跟蹤學(xué)習(xí)者的思維路徑及其解決問題的潛在目標(biāo)結(jié)構(gòu)，診斷和評(píng)估學(xué)習(xí)者的理解域，對(duì)學(xué)習(xí)者提供及時(shí)的指導(dǎo)、反饋和解釋，通過平臺(tái)大數(shù)據(jù)的分析以合適的難度水平和最適當(dāng)?shù)膬?nèi)容來規(guī)劃學(xué)習(xí)活動(dòng)，進(jìn)一步促進(jìn)高效學(xué)習(xí)行為的發(fā)生。[6]盡管擁有先進(jìn)的教學(xué)理念、創(chuàng)新思維和技術(shù)支撐，但是人工智能教育活動(dòng)目前仍處于探索階段，人工智能在教育中已取得的成果大部分集中為個(gè)案，在通用性方面還未取得突破性進(jìn)展。人工智能教育應(yīng)用尚不成熟，在很大程度上需要深入探究和摸索。與此同時(shí)，在未來研究中，除需要澄清部分“誤區(qū)”（如智能教育與智慧教育的混淆、樂觀與悲觀的態(tài)度等）外，還有許多“新區(qū)”（如應(yīng)用新領(lǐng)域、新模式和新場景等）亟待拓展，部分“盲區(qū)”（如被忽略的應(yīng)用領(lǐng)域、理論和技術(shù)方面的創(chuàng)新等）有待進(jìn)一步探索以及一些“禁區(qū)”（如信息倫理、信息法律等方面）須明文令止。三、對(duì)人工智能教育應(yīng)用發(fā)展的思考（一）學(xué)校重視人工智能教育在人工智能時(shí)代，如何依托課堂實(shí)現(xiàn)人們滿意的人工智能教育？毫無疑問，首先，人工智能教育應(yīng)用對(duì)學(xué)校教育本身進(jìn)行了高密度的滲透，學(xué)校教育迫切需要更新教育教學(xué)觀念，尤其是在人才培養(yǎng)方面，直接切入人才培養(yǎng)過程，將需求和目標(biāo)融為一體。其次，需轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)者的意識(shí)、觀念，讓學(xué)習(xí)者了解人工智能，并參與體驗(yàn)人工智能教育應(yīng)用的樂趣，從而讓他們的潛力得到激發(fā)。再次，還需改變傳統(tǒng)課堂教育方式，在學(xué)校教育過程中除了整合校內(nèi)教育資源，還需注入適當(dāng)?shù)纳鐣?huì)資源，從而借助大眾媒體培養(yǎng)學(xué)習(xí)者批判思維能力、高階思維能力、合作交流能力等核心素養(yǎng)，進(jìn)而培養(yǎng)其具有終身學(xué)習(xí)的意識(shí)。如引導(dǎo)學(xué)習(xí)者觀看科學(xué)類節(jié)目《機(jī)智過人》等，讓學(xué)習(xí)者與智能技術(shù)面對(duì)面進(jìn)行零距離接觸，進(jìn)而對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行潛移默化的影響。（二）催生云教育，促進(jìn)教育公平人工智能教育應(yīng)用開創(chuàng)了一個(gè)“人機(jī)共教”的新時(shí)代，突破了傳統(tǒng)教育的時(shí)空限制，集教學(xué)、管理、學(xué)習(xí)、娛樂、分享、互動(dòng)交流于一體，云教育也由此應(yīng)運(yùn)而生。無論是課堂教學(xué)，還是考試、選課、管理以及評(píng)價(jià)等，利用人工智能可以擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)教育資源覆蓋面，推動(dòng)教育均衡發(fā)展。教育資源的不均主要是由于優(yōu)秀教師資源、優(yōu)質(zhì)教育資源的匱乏和分配不均衡所造成的，因此借助人工智能教育應(yīng)用這種新型教育模式，可以逐漸實(shí)現(xiàn)教育行業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)化、課堂內(nèi)容數(shù)字化、師資資源均衡化、教學(xué)資源便捷化，最終打造一個(gè)個(gè)“智慧課堂”。通過將優(yōu)質(zhì)教育資源盡快“輸血”給農(nóng)村、西部和老少邊窮地區(qū)，從而最大化地利用人工智能擴(kuò)大分享知識(shí)的規(guī)模，加強(qiáng)分享知識(shí)的深度，進(jìn)一步幫助數(shù)以億計(jì)的孩子就近接受良好的教育。［7］如科大訊飛研發(fā)的人工智能機(jī)器人——阿爾法小蛋，英語智能教具系統(tǒng)的應(yīng)用，以及著名的“雙師教學(xué)”實(shí)驗(yàn)等，這些典型的案例無疑為農(nóng)村孩子享受名師課程提供了可能，也為城鄉(xiāng)教育資源不均衡問題的解決提供了新的思路。（三）匯聚優(yōu)質(zhì)資源，構(gòu)建新的教育生態(tài)第一，人工智能教育應(yīng)用彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)的不足。以往的教學(xué)過程更注重具體知識(shí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，忽略了學(xué)習(xí)者的需求及個(gè)性差異，未關(guān)注到師生、生生交互的深度與廣度，而人工智能教育應(yīng)用注重多維學(xué)習(xí)空間的創(chuàng)建，通過計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及移動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了在線課堂式的教學(xué)，全力支持學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化的自主學(xué)習(xí)，為教學(xué)效率和質(zhì)量的提升創(chuàng)造了優(yōu)越的條件。如“一起作業(yè)”平臺(tái)，學(xué)習(xí)者不僅可以借助該平臺(tái)隨時(shí)獲取自身所需的、與課堂教學(xué)知識(shí)點(diǎn)同步的豐富習(xí)題，系統(tǒng)還能自動(dòng)生成精細(xì)的反饋，使學(xué)習(xí)者能夠有針對(duì)性地進(jìn)行復(fù)習(xí)和訓(xùn)練;同時(shí)使更多的學(xué)習(xí)者共享名師資源，縮小“數(shù)字鴻溝”，促進(jìn)教育公平。第二，人工智能教育應(yīng)用能夠幫助實(shí)現(xiàn)一對(duì)一個(gè)性化輔導(dǎo)，滿足學(xué)習(xí)者的真正需要，充分發(fā)揮其主體作用，促進(jìn)學(xué)生得到個(gè)性化發(fā)展。注重培養(yǎng)學(xué)習(xí)者個(gè)性化學(xué)習(xí)的能力，鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中選擇適合其學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)習(xí)方法，倡導(dǎo)學(xué)習(xí)者勇于表達(dá)自己的所思所想，從而為每個(gè)學(xué)習(xí)者量身打造符合其學(xué)習(xí)實(shí)際需要、學(xué)習(xí)偏好的個(gè)性化學(xué)習(xí)方案。第三，人工智能教育應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的灌輸模式到即時(shí)交互模式的完美轉(zhuǎn)型。不可否認(rèn)，一系列新技術(shù)的涌現(xiàn)，其交互性為變革傳統(tǒng)教育生態(tài)提供了全新的可能。顯然，交互是一種雙向互動(dòng)的過程，新技術(shù)使得教學(xué)四要素（教師、學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)媒體）之間可以進(jìn)行多維交互，學(xué)習(xí)者在互動(dòng)過程中能夠進(jìn)一步完成知識(shí)建構(gòu)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)遷移。第四，人工智能教育應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了教學(xué)過程中由“教師為主體”向“學(xué)生為主體”的轉(zhuǎn)變，教師不再掌握學(xué)習(xí)控制權(quán)，而是學(xué)習(xí)者自主掌控，并通過激發(fā)學(xué)生的求知欲，從而引發(fā)真正的學(xué)習(xí)，促進(jìn)真正的發(fā)展。（四）以人為本，構(gòu)建多元融合的課程體系在人工智能時(shí)代背景下，學(xué)校課程體系更趨向于多元化、豐富化、融合化。同時(shí)人工智能教育應(yīng)用強(qiáng)調(diào)以人為本、注重個(gè)性發(fā)展，學(xué)校課程應(yīng)更多地關(guān)注孩子的本真，給孩子更多的空間，根據(jù)每個(gè)人的資質(zhì)和特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的指導(dǎo)和培養(yǎng)，真正做到因材施教。通過構(gòu)建智能學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的新型教育環(huán)境，建立以學(xué)習(xí)者為導(dǎo)向、以教師為輔助的智慧教育模式，借助人工智能提供精準(zhǔn)