“三全育人”視域下人工智能在高校外語教學中的應用與發(fā)展研究

近年來，人工智能技術迎來了發(fā)展高峰，教育領域被看作是人工智能重要的應用領域之一。我國相繼制定了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》《教育信息化2.0行動計劃》和《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》，旨在推進利用人工智能技術加快推動人才培養(yǎng)模式和教學方法改革，構建包含智能學習、交互式學習的新型教育體系。2019年5月，由聯(lián)合國教育科學及文化組織主辦的國際人工智能與教育大會在北京開幕，習近平總書記在致大會的賀信中指出，人工智能是引領新一輪科技革命和產業(yè)變革的重要驅動力，正深刻改變著人們的生產、生活、學習方式，推動人類社會迎來人機協(xié)同、跨界融合、共創(chuàng)分享的智能時代。把握全球人工智能發(fā)展態(tài)勢，找準突破口和主攻方向，培養(yǎng)大批具有創(chuàng)新能力和合作精神的人工智能高端人才，是教育的重要使命。人工智能技術在教育領域的不斷推進為外語教學的創(chuàng)新發(fā)展帶來了契機，新形勢下，如何秉承“三全育人”的宗旨在高校外語教學中合理利用人工智能技術，成為了新的重要課題。面向這一課題，本文首先梳理和分析了當前人工智能技術在高校外語教學中的主要應用場景及其對“三全育人”的促進作用，然后闡述了人工智能技術在高校外語教學中的應用短板和制約因素，進而在“三全育人”的改革視角下，從人工智能開發(fā)者層面、高校外語教師層面和監(jiān)管層面提出了人工智能技術應用于高校外語教學的具體改進舉措，以期促進人工智能與高校外語教學在“三全育人”的體制機制內深度融合，推動高校外語教學創(chuàng)新發(fā)展。一、人工智能技術在高校外語教學中的主要應用場景現(xiàn)階段，人工智能技術在高校外語教學中的應用場景主要集中在多維智能測評、人機智能互動、智能學情分析和智能學習輔導四個方面。（一）多維智能測評多維智能測評是人工智能技術在外語教學中的主要應用場景。外語教學中的多維智能測評，是指運用人工智能技術從語音、詞法、句法、慣用法等多個維度對學生的外語學習情況進行測評。在傳統(tǒng)的高校外語教學中，教師負責對學生的學習情況作出評價，發(fā)現(xiàn)學生的語音或語法錯誤并幫助其改正，但教師的精力有限，無法為每個學生的任何問題都提供迅速而準確的答案。人工智能軟件可以充當每個學生的老師，對學生的作業(yè)和問題及時予以反饋，從而極大地提高學生的學習效率?？谡Z測評是多維智能測評的典型應用場景。當前我國高校外語教學中的一大難題是學生缺乏口語訓練，導致發(fā)音不標準，口語交流困難?；谌斯ぶ悄芗夹g開發(fā)的語音測評軟件能很好地解決這一問題。學生可跟讀一段外文，測評軟件反饋準確度報告，標明發(fā)音不標準之處，學生可重復練習以糾正發(fā)音錯誤。語音測評軟件還可提高學生的語言應用能力，例如設計演講活動和進行角色扮演，引導學生在各種情景下鍛煉外語口語，激發(fā)學生的學習熱情，提高他們的口語使用熟練度。當前，國內的口語測評軟件主要有騰訊云的智聆口語評測、訊飛開放平臺的語音評測和英語流利說APP等，這些軟件皆可以對學習者的英文流利度、完整度、準確度進行測評并給出精細的分析。借助人工智能技術還可以實現(xiàn)外語作文自動批改。作文自動批改技術已有20多年歷史，但直到最近才發(fā)展成熟，能夠較為準確地批改復雜的外語作文。國外的作文批閱系統(tǒng)有IntelligentEssayAssessor、ProjectEssayGrade和IntelliMetric等，國內的批改網(wǎng)、iWrite2.0英語寫作與評閱系統(tǒng)也能夠給學生的英文作文自動打分并逐句給出評語。這類軟件首先對比學生作文和標準語料庫之間的距離，然后運用一定的算法將之映射成分數(shù)和點評。應用人工智能軟件批改和評閱外語作文一方面能夠提高高校教師批改英語作文的工作效率,另一方面也能夠幫助學生有針對性地提高英語寫作能力。此外，人工智能作文自動批改技術還被應用于試卷評閱?？拼笥嶏w智能評卷系統(tǒng)已經在安徽、山西、廣東等地的高考、英語四六級考試等高利害考試中進行了試點驗證，此系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)英文作文的自動評分，而且可以有效地幫助考試主管部門進行空白卷、相似卷、抄襲題干等異常答卷的自動檢出，通過機評分參與一評或者校驗，在提高閱卷質量的同時，大幅減少閱卷的人員投入，促進各類考試更加公平、公正。（二）人機智能互動應用人工智能技術制造的聊天機器人可以實現(xiàn)外語學習過程中的人機智能互動。借助語音識別、文本分析、交互、時間控制、語音生成等方面的最新技術，聊天機器人能夠很準確地理解說話者的意途，并給出相應的反饋（參見圖1）。由于聊天機器人不是真人，學生不怕犯錯誤，因此可以更大膽地用外語進行表達。與聊天機器人聊天不僅可以鍛煉學生的口語表達能力和聽力理解能力，還能提高他們的語言學習興趣。目前，RIKAILabs公司開發(fā)了基于微信平臺的英語聊天機器人TeacherBot，學生關注TeacherBot微信公眾號后可以通過對話的形式學習英語；AndyEnglishBot等手機APP亦可以實現(xiàn)與聊天機器人的英語會話練習；Duolingo語言學習平臺推出的chatbots功能則支持用戶使用西班牙語、法語或德語與人工智能機器人進行對話。圖1人機智能互動流程示意圖除了互動聊天，人工智能技術還可以通過虛擬現(xiàn)實手段創(chuàng)設語言訓練環(huán)境，加強語言使用的真實感。虛擬現(xiàn)實技術（VirtualReality，VR）集計算機、電子信息和仿真技術于一體，通過計算機模擬出虛擬環(huán)境，人們配帶VR眼鏡即可沉浸在虛擬環(huán)境中。VR的構想性,即感官刺激由計算機實時生成,環(huán)境僅受想象力的限制,具有無可比擬的靈活性[1]。在利用空間上下文感知、手勢和面部識別、自然語言處理能力等技術創(chuàng)設的虛擬環(huán)境中，學生可以獲得在現(xiàn)實語言環(huán)境中使用外語的參與感，甚至可以足不出戶就身臨其境地感受異國的風土人情，提升外語學習興趣和學習效果。目前，ATiStudio開發(fā)的虛擬現(xiàn)實語言學習應用MondlyVR可以支持用戶使用30種不同的語言與虛擬人物在虛擬交互式場景中進行對話，還能提供針對發(fā)音的反饋。（三）智能學情分析基于人工智能引擎研發(fā)的學生情緒識別功能可以幫助教師，尤其是在遠程教學過程中更準確地掌握學生的學習情況。當前，人工智能情緒識別的四個主要研究方向是語音情緒識別、表情情緒識別、行為情緒識別和文字情緒識別。上課時，系統(tǒng)對學生發(fā)言的語音語調、面部表情、肢體動作或輸入的文字進行實時抓取，通過深度學習算法進行分析和處理，教師即可得到關于學生情緒、學習狀態(tài)和課堂參與度的反饋。在高校外語課堂上，語法的講授往往較為枯燥，當教師察覺到學生注意力下降或參與度降低時，可以運用翻轉課堂進行互動，激發(fā)學生的學習熱情；在察覺到學生對某個知識點的理解有困難時，可以適當減慢教學進度，對難點進行進一步的講解，以提升學生對知識的消化度和外語學習的效能感。教師依照學生的情緒數(shù)據(jù)對教學方式、教學安排和教學進度進行及時的調整，可以有效提升教學效果。目前，曠視科技的課堂教學評價系統(tǒng)、清帆科技的EduBrain課堂教學分析系統(tǒng)和聯(lián)想智慧課堂等平臺均可以提供基于行為識別、表情識別、自然語言理解等人工智能技術的課堂學情分析。（四）智能學習輔導在高校外語教學過程中，教師通常會布置一些練習題來幫助學生鞏固所學知識。教師布置的練習題面向全體學生，全面覆蓋課堂內容，但因教師批閱作業(yè)的時間有限，習題的數(shù)量只能控制在一定范圍內，所以每個具體的知識點往往只出現(xiàn)在某一道題中，當學生通過錯題發(fā)現(xiàn)知識盲區(qū)后，教師難以有精力為每個學生布置更多有針對性的習題，學生面對五花八門的教輔材料和互聯(lián)網(wǎng)上的海量習題資源難以準確選擇有針對性的習題，這就導致學生很難通過進一步的練習來掃清知識盲區(qū)。智能學習輔導軟件的出現(xiàn)改變了這一困境?；谌斯ぶ悄艽髷?shù)據(jù)分析技術，智能學習輔導軟件可以對學生的作業(yè)進行個性化批改（參見圖2），通過收集學生學習進度、學習行為和學習成績等方面的數(shù)據(jù)生成每個學生的學習者畫像，為學生量身定制學習方案，針對學生的學習薄弱環(huán)節(jié)提供個性化輔導，推薦相應的教學資源，幫助學生提高學習效率。通過學生學習信息庫的反饋，教師能夠跟蹤學生的學習難點，及時發(fā)現(xiàn)學生學習過程存在的問題并予以指導。圖2個性化作業(yè)批改系統(tǒng)結構圖目前，滬江網(wǎng)的后臺系統(tǒng)已全面采用人工智能的方式進行學生外語水平預判和課程推送，而好未來、新東方、學霸君等機構則通過機器和算法制定標準，對學生與外語讀物測定評級，為不同閱讀水平的學生匹配不同的閱讀內容，實現(xiàn)了分級閱讀精準推薦；上海外語教育出版社推出的WElearn外語智慧教學系統(tǒng)能夠全面記錄學生的學習過程數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)生成學生的形成性評價報告，為教師及時準確地定位課程難點和學習狀態(tài)異常學生；聯(lián)想智慧教育的“智能錯題本”可以自動整理學生的歷史錯題記錄，通過大數(shù)據(jù)算法，為學生提供個性化的學習資源推送和錯題溫習庫，讓學生有針對性地對薄弱知識點反復練習，有效提升學習效率。二、人工智能技術對高校外語教學“三全育人”的促進作用人工智能技術不僅能夠推動高校外語教學手段、教學方法和教學理念的創(chuàng)新發(fā)展，而且能夠對落實高校外語教學的“三全育人”任務起到較大的促進作用。（一）校內外協(xié)同合作，實現(xiàn)全員育人推進高校外語教學的“三全育人”，需要把“全員全過程全方位”的育人任務落到實處。所謂全員育人，主要是從育人主體的角度出發(fā)，提出學生、學校、家庭、社會是“四位一體”的，強調每方都有育人職責，都應樹立育人的主動意識[2]。從人工智能技術在高校外語教學中的主要應用場景可知，在人工智能背景下，以往高校外語教學局限于教室、局限于“象牙塔”的局面被打破了，越來越多的社會力量參與了進來。人工智能企業(yè)為高校提供先進的平臺、技術和產品，一方面，幫助高校營造出智慧教學環(huán)境，為高校智慧化教學提供建設規(guī)劃和方案設計，推動校園信息化建設步伐；另一方面，為學生營造智慧化的外語學習環(huán)境，使學生更多地參與到外語教學過程中，從知識的被動接收者轉變?yōu)橹R的主動獲取者和建構者，強化了學生在外語教學活動中的主體地位。同時，高校和學生的信息反饋能夠提升人工智能企業(yè)與教育事業(yè)發(fā)展需要的契合度，為企業(yè)產品的研發(fā)和技術的更新提供思路和方向，促進企業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。產教深度融合和校企深度合作，實現(xiàn)了校內外在育人上的良性互動，為高校外語教學的創(chuàng)新發(fā)展注入了新的活力。（二）課內外資源整合，實現(xiàn)全過程育人在以往的高校外語教學中，教師往往將絕大部分精力投入到課堂教學中，盡管教學也包括布置課后作業(yè)、推薦課外學習資源等環(huán)節(jié)，但教師很難第一時間予以學生反饋，也難以有時間和精力對每個學生作出有針對性的輔導。人工智能技術的出現(xiàn)改變了這一局面。多維智能測評產品和人機智能互動產品能夠輔助學生課后的口語練習并第一時間對學生的口語表達、發(fā)音情況作出反饋，也能夠批改和點評學生的外語作文；智能學情分析產品可以發(fā)現(xiàn)學生在課堂學習過程中的理解難點和薄弱環(huán)節(jié)，進而利用智能學習輔導功能為學生提供有針對性的課后輔導，并為學生推薦個性化的學習資源。人工智能軟件填補了學生外語學習過程中的“課后空白時間”，使整個外語教學過程成為時間連續(xù)的整體，實現(xiàn)了全過程育人，即育人工作貫穿從入校門到出校門的整個過程，根據(jù)學生身心特點和發(fā)展需要，有針對性地作出科學規(guī)劃，進行合理引導，做到環(huán)環(huán)相扣、階段連貫[2]。（三）教育載體多樣化，實現(xiàn)全方位育人在人工智能背景下，高校外語教育的載體日趨多樣化，信息設備以“不可見”方式嵌入到用戶環(huán)境與日常工具中，形成了以泛在感知網(wǎng)絡為支撐的無縫的、自然沉浸式的智能教育體驗[3]。聊天機器人、網(wǎng)絡教學平臺、虛擬現(xiàn)實語言應用軟件等多種多樣的人工智能產品使學生外語學習的觸角不斷延伸。利用人工智能軟件，學生不僅能夠提升外語能力，還能夠在外語學習過程中拓寬國際化視野，在中外文化的碰撞中加深對本國文化的認識，而這也正符合全方位育人“豐富育人的形式和內容,強調滲透式教育、隱性教育”的育人目標。三、人工智能技術在高校外語教學中的應用短板和制約因素人工智能技術對高校外語教學基于“三全育人”的創(chuàng)新發(fā)展有很大的促進作用，但其在應用過程中也存在一定的技術短板和制約因素。現(xiàn)階段人工智能技術在高校外語教學中的應用短板主要體現(xiàn)在兩方面：一是情感缺失問題，二是數(shù)據(jù)的收集與處理問題。除此之外，數(shù)據(jù)獲取的信息安全問題和倫理道德問題也在一定程度上使人工智能技術在高校外語教學中的應用存在背離“三全育人”立德樹人宗旨的危險，制約著人工智能技術在高校外語教學中的應用和發(fā)展。人工智能技術在高校外語教學中的最大短板是情感缺失。著名語言學家克拉申（StephenD.Krashen）在關于二語習得理論的情感過濾假說中曾指出，在第二語言習得過程中，諸如學習動機、自信度和焦慮等情感因素對語言輸入有著過濾的作用，制約著學習者接受語言輸入的多少，如果語言學習者學習動力大，態(tài)度積極，情緒穩(wěn)定，那么他們對語言輸入的刺激過濾作用就小，因而獲得的輸入就多，反之，過濾作用大，獲得的輸入就少[4]。由此可見，情感因素在外語教育中有著不容忽視的作用。傳統(tǒng)課堂上，教師能夠通過眼神、表情或語言與學生實現(xiàn)情感上的溝通，給予學生充分的關懷，引導學生樹立積極的外語學習理念，這是人工智能很難做到的。情感缺失很可能進一步導致負面的情感效應，使學生失去外語學習的興趣。此外，在傳統(tǒng)課堂上，教師可以通過言傳身教為學生作出表率，實現(xiàn)以德施教、以德育德、立德樹人的目標，而這也是人工智能無法做到的。人工智能的另一短板是數(shù)據(jù)的收集與處理問題。在人工智能應用于外語教學時，需要收集大量的數(shù)據(jù)并進行處理，以供機器學習，然而當前人工智能在收集和處理數(shù)據(jù)方面尚面臨許多難題。例如，要利用人工智能進行口語測評，就需要收集和處理學習者的語音數(shù)據(jù)，而語音識別系統(tǒng)對使用環(huán)境有較強的依賴性，受制于學習者的硬件設備性能和網(wǎng)絡速度，數(shù)據(jù)的質量時常不能滿足要求，語音檢測、降噪、去混響和回聲消除的算法尚有待提高；口音和方言也是語音識別的一大技術門檻。此外，由于深度學習算法尚不能完全解決“數(shù)據(jù)孤島”問題，大數(shù)據(jù)和小數(shù)據(jù)價值不統(tǒng)一[5]，因此如何處理海量語音數(shù)據(jù)中的零散數(shù)據(jù)是人工智能研究者面臨的難題之一。人工智能的這些技術問題會在一定程度上降低其在高校外語教學應用過程中全過程育人、全方位育人的效果。除了情感層面和技術層面的應用短板，數(shù)據(jù)獲取的信息安全問題和倫理道德問題也制約著人工智能在高校外語教學中的應用和發(fā)展。人工智能軟件或平臺在收集數(shù)據(jù)時，必然觸及學生的個人身份、語音發(fā)音、個性偏好、學習水平等信息，保證這些信息不被泄露和濫用，維護學生隱私是極其重要的。然而在信息安全領域，人工智能仍處于探索階段，相關的技術和政策還有待完善。此外，倫理道德問題是人工智能領域討論的熱點。大數(shù)據(jù)要求的真正的全樣本數(shù)據(jù)幾乎無法獲取，現(xiàn)實中存在著大量缺失、重復、失效甚至虛假的數(shù)據(jù)，即使是經過清洗相對干凈的數(shù)據(jù)，也承載著人類的各種偏見，機器處理這些數(shù)據(jù)時很容易習得甚至放大這些偏見，如國際英語機考系統(tǒng)由于缺乏某些民族講英文口音的語料，導致識別這些民族口語語音材料困難，評分偏低[6]。諸如此類的倫理道德問題不利于學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，存在背離“三全育人”立德樹人宗旨的危險。綜上所述，人工智能技術情感缺失、侵犯隱私、存在偏見等問題很可能降低其在高校外語教學中的應用效果，甚至對“三全育人”過程造成負面影響。如何克服這些問題，使人工智能技術與高校外語教學在“三全育人”的體制機制內深度融合，是亟待解決的問題。四、“三全育人”視域下人工智能技術在高校外語教學中的應用改進舉措《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》指出，要加快教育領域中人工智能的創(chuàng)新應用，用智能技術改革教學方法，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，提升教育治理能力，構建個性化、網(wǎng)絡化、智能化的教育體系[7]。當前，人工智能在外語教學領域的應用方興未艾，未來若能在“三全育人”改革的引領下補齊短板、補強弱項，必將極大地推動高校外語教學的創(chuàng)新發(fā)展。本文試從人工智能開發(fā)者層面、高校外語教師層面和監(jiān)管層面提出“三全育人”視域下人工智能技術在高校外語教學中的應用改進舉措，以期促進人工智能技術與高校外語教學深度融合，提升高校外語教學“三全育人”的效果。（一）人工智能開發(fā)者層面在高校外語教學領域，人工智能在技術革新、數(shù)據(jù)保護和校企合作等方面有著巨大的發(fā)展空間。在技術層面，人工智能開發(fā)者除了推進現(xiàn)有技術進一步完善，如解決語音識別過程中的噪聲處理、魯棒性、語音模型優(yōu)化等問題[8]，還可以嘗試將人工智能與其他技術相結合，擴大人工智能在外語教學領域的應用效果。例如，外語教師可以利用“5G+4K/8K+AI”的傳媒新模式進行課程直播，5G使直播過程沒有延遲，4K/8K使教師的授課畫面不會失真，AI使教師能夠及時捕捉各地學生的聽課效果，同時也可進行更加有效的互動。在數(shù)據(jù)保護層面，如何在數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、管理、處理和使用等環(huán)節(jié)中保證數(shù)據(jù)的安全性，是人工智能開發(fā)者需要解決的重要問題。根據(jù)公開報道，國內外安全技術團隊曾發(fā)現(xiàn)數(shù)十個深度學習軟件的技術漏洞，其類型包括內存訪問越界、空指針引用、整數(shù)溢出、除零異常等常見類型[9]。未來，人工智能開發(fā)者有必要在開發(fā)框架穩(wěn)定性、算法設計缺陷、代碼自身漏洞等方面加快技術革新，以保證人工智能教學平臺的信息安全，為全過程、全方位的高校外語智慧化教學保駕護航。人工智能在高校外語教學中的應用和發(fā)展離不開校企合作。人工智能技術開發(fā)者有必要積極與高校開展深度合作，了解高校外語教學中的實際問題，這樣才能正確把握未來的研發(fā)方向，實現(xiàn)高校外語教學與人工智能發(fā)展的互動雙贏，朝高校外語教學的全員育人目標持續(xù)邁進。（二）高校外語教師層面在人工智能飛速發(fā)展的時代背景下，高校外語教師在教學方式、角色定位、課程管理等方面面臨著諸多機遇和挑戰(zhàn)?；旌鲜浇虒W將成為未來的主流外語教學方式。信息化環(huán)境下的混合教學就是基于視聽技術、多媒體技術、網(wǎng)絡技術等信息技術平臺，充分發(fā)揮傳統(tǒng)課堂教學和E-Learning的優(yōu)勢，調動多種教學形式服務于教學系統(tǒng)[10]。在傳統(tǒng)課堂教學中，教師可以完成知識的講授，并且與學生進行充分的情感互動；在線上教學中，教師可以引導學生利用人工智能平臺完成作業(yè)和練習，通過相應的測評檢驗學習效果，查缺補漏，掃清知識盲點，有針對性地鞏固所學知識內容；對于學有余力的學生，教師還可以引導他們充分利用線上平臺豐富的教學資源拓展知識面，提高外語水平；利用人工智能平臺的數(shù)據(jù)反饋，教師可以掌握班級整體的學習情況和每個學生的學習動態(tài)，進而及時調整教學安排，發(fā)現(xiàn)學習有困難的學生，給予他們更多的關懷、幫助和鼓勵。在“線上+線下”的混合式教學中，高校外語教師的角色不再僅僅是知識的傳授者，而是成為學生學習和成長的引導者。具體來看，教師能夠從三個方面引導學生，即學習動機、學習方法和價值塑造。人工智能將外語教師從以往繁重的作業(yè)批改、課后輔導等工作中“解脫”出來，外語教師將有更多的時間來豐富教學內容，完善教學環(huán)節(jié)，提升教學質量，從而幫助學生提升外語學習興趣，加強外語學習動機；在把握人工智能教學平臺優(yōu)勢和短板的基礎上，外語教師可以引導學生合理利用智能平臺，結合自身情況打造最適合自己的外語學習方法，全面提升外語使用能力；信息化時代下，價值塑造是所有育人工作的重中之重，外語教師不僅要引導學生認識文化的多元性，更要引導學生在了解外國文化的過程中加深對本國文化的認識，樹立堅實的文化自信。近年來，盡管國家各個層面都在積極地解決教育的分配問題，但教育資源不均衡仍然是一個重要的社會問題，尤其在外語教學領域，偏遠地區(qū)的教學水平亟待提高。人工智能教學平臺使得外語教師的課程管理工作變得更有效率，在此基礎上，班級的擴容變得可行。高等教育發(fā)達地區(qū)的人工智能智慧課堂能夠突破時空與地域的限制，吸納教育欠發(fā)達地區(qū)的學生，開啟一校帶多校的遠程互動外語教學，實現(xiàn)兩地教學內容的共建共享。利用人工智能教學平臺進行資源共享，可以緩解貧困地區(qū)高