文/曾輝

1 引言

人工智能最早成形于上世紀(jì)中期，近年來在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、智能算法、云計算等相關(guān)技術(shù)先行發(fā)展的鋪墊上，在算力、應(yīng)用面等方面獲得巨大的突破，受到全社會各行業(yè)的廣泛關(guān)注，成為了大眾焦點，也被國家戰(zhàn)略所重視。在經(jīng)過幾十年來的發(fā)展之后，目前人工智能已經(jīng)在各行各業(yè)里被廣泛應(yīng)用，給社會生產(chǎn)帶來了深刻的變化。

教育行業(yè)作為面向未來的行業(yè)，一直緊隨著先進技術(shù)的發(fā)展與時俱進，人工智能與教育的結(jié)合是一個明顯的發(fā)展趨勢，隨著教育信息化進程的推進，教育教學(xué)模式與過去相比已經(jīng)發(fā)生了很大的改變，目前已經(jīng)有一部分人工智能產(chǎn)品開始落地到教育領(lǐng)域，未來更多的智能產(chǎn)品將走進課堂。

2 內(nèi)容

人工智能技術(shù)，基于PCA、LBP、遷移學(xué)習(xí)和度量學(xué)習(xí)等算法可以在教育應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)用，實現(xiàn)圖形識別、語音識別、大數(shù)據(jù)等技術(shù)應(yīng)用。人工智能也能作為老師的教學(xué)輔助手段，人工智能技術(shù)手段可以幫助老師判斷教學(xué)質(zhì)量，產(chǎn)生針對性的教與學(xué)的效應(yīng)、效率和質(zhì)量。

學(xué)生的學(xué)習(xí)水平能在教學(xué)過程由AI智能化診斷，學(xué)生存在的問題更易被找到，在此基礎(chǔ)上AI還能給出解決方案，并提出意見和建議，實現(xiàn)機器與人的一對一定制化教學(xué)，并能結(jié)合學(xué)生已有的知識水平調(diào)整教學(xué)進度，智能生成適合該學(xué)生的教學(xué)方法和教學(xué)策略。

2.1 人工智能在教育中應(yīng)用的類型

2.1.1 學(xué)習(xí)人工智能

AI被認(rèn)為是人工智能中學(xué)習(xí)的對象，可以學(xué)習(xí)其基本知識、基本技能及其對社會的影響。

（1）課程改革的推行，新時代的學(xué)生需要接觸和融入當(dāng)代前沿技術(shù)，人工智能技術(shù)屬于該范疇，將人工智能技術(shù)基礎(chǔ)為核心內(nèi)容的課程加入到學(xué)生課程列表中符合課程改革的策略。

（2）學(xué)生尚處于對于教學(xué)體系的認(rèn)知階段，使其明白知識和應(yīng)用的關(guān)系是教育的重要一環(huán)。按照布魯斯教育目標(biāo)分析法，在認(rèn)知層面上有從低到高六個層級：知道、領(lǐng)會、應(yīng)用、分析、綜合、評價，從基礎(chǔ)層面知識的認(rèn)知和記憶到高級邏輯思維去做出推斷分析，這是連續(xù)的對于知識的從淺入深的應(yīng)用能力。通過在當(dāng)前的教育中增加人工智能課程的方式，學(xué)生可以了解人工智能的基本特征和智能解決問題的基本策略，借此還可以充分培養(yǎng)學(xué)生建立問題解決方法具有多樣性的、邏輯縝密的認(rèn)知，形成對解決問題大有裨益的多元思維方式。

2.1.2 用人工智能學(xué)習(xí)

人工智能可以作為學(xué)生課程學(xué)習(xí)的首選工具，在課前使用人工智能技術(shù)進行淺層學(xué)習(xí)，而教師則可以在課中使用人工智能技術(shù)給學(xué)生帶來深度學(xué)習(xí)的授業(yè)。

得益于人工智能的發(fā)展，“教學(xué)自動化設(shè)計”正在教學(xué)一線場景中普及。從事教育設(shè)計和教育相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)的人群可以不再局限于信息孤島和思維局限的困境當(dāng)中，教學(xué)自動化設(shè)計可以幫助教育從業(yè)者在開發(fā)過程中避免重復(fù)性工作、精力限制、無效工作等情形的發(fā)生。教學(xué)自動化設(shè)計來源于計算機輔助教學(xué)設(shè)計，目前已被廣泛接受的研究成果有：

（1）一體化的輸出工具。比如異步課程傳遞管理系統(tǒng)，WebCL（用Javascript在Web中實現(xiàn)OpenCL）等平臺，通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布，將寫作和表達更具備更強的傳播性和時效性，避免了傳統(tǒng)書寫對于場所和工具的依賴。

（2）教學(xué)自動測評技術(shù)。在接收到課程的問題和任務(wù)后，學(xué)生通過終端將問題的答案輸入計算機，計算機在不需要監(jiān)督的情形下判斷答案，輸出分?jǐn)?shù)或給出評價。

（3）提供教學(xué)設(shè)計的專家系統(tǒng)。人工智能把教育從業(yè)人員的經(jīng)驗和既有資料作為資料庫，通過訓(xùn)練后，不斷強化，在頂層規(guī)劃、課程設(shè)計、施教決策等方面提出更新建議，為特定教學(xué)用戶輸出定制化的咨詢服務(wù)及教學(xué)自動化設(shè)計信息管理系統(tǒng)。

2.1.3 從人工智能學(xué)習(xí)

AI在數(shù)據(jù)分析、自我學(xué)習(xí)、邊緣計算等方面更具優(yōu)勢，可以承擔(dān)教與學(xué)各層次的輔助功能。AI成為從教師授業(yè)之外的另一來源，這也是智能教學(xué)系統(tǒng)ITS（Intelligent Tutoring System）誕生的契機。

ITS是運用人工智能技術(shù)，讓計算機應(yīng)用發(fā)揮作用，實現(xiàn)個性化教育，傳授知識，引導(dǎo)具有不同需求和特點的學(xué)生的自適應(yīng)教學(xué)系統(tǒng)。它能在解析學(xué)生學(xué)情資料后給予有針對性的教學(xué)，并能利用自然語言進行互動。ITS能對每一位學(xué)生的行為、情感狀態(tài)、動機都做出記錄和判斷，并生成開放的學(xué)生模型，能收錄并歸納教學(xué)中已有的問題和學(xué)生解決時會發(fā)生的錯誤，并支持自然語言對話，具備異向特征讀取，需求各異的學(xué)生教授知識的能力。

2.2 人工智能在教育中的具體應(yīng)用

人工智能技術(shù)在教育中的重要程度與日俱增。近年來，我國教育的發(fā)展，與人工智能技術(shù)與教育的融合關(guān)系密不可分，人工智能技術(shù)即將走入教室、參與學(xué)生學(xué)習(xí)中，將為一線教學(xué)提供前沿科技。

智能教育包括但不限于創(chuàng)新思維、人文素養(yǎng)、傳感通訊、超融合計算、決策設(shè)計、信息容災(zāi)、邊緣計算、互聯(lián)網(wǎng)工程、AI編程、跨學(xué)科融合、跨行業(yè)融合。人工智能在這些細(xì)分領(lǐng)域推動教育信息化的同時，也與教育不僅僅局限于綁定的關(guān)系，而是深度參與到教育當(dāng)中，產(chǎn)生更為深遠(yuǎn)的影響。

2.2.1 人工智能教學(xué)

人工智能的發(fā)展中，訓(xùn)練機器人能大大加快推動人工智能技術(shù)的發(fā)展，機器人學(xué)習(xí)是讓機器人模擬人類學(xué)習(xí)的過程，并在這個過程里能夠發(fā)掘新的知識。機器人學(xué)習(xí)的過程速度快，并能夠輕松應(yīng)對學(xué)習(xí)龐大數(shù)據(jù)量的任務(wù)，與此同時，機器人學(xué)習(xí)還能得到更加準(zhǔn)確的結(jié)果。

教育機器人滿足教學(xué)的相關(guān)需求，具有一定的開源性和二次開發(fā)性，可以依照需要進行功能的加減，便于自主創(chuàng)新，人機交互體驗更佳。

教育機器人指是通過人工智能技術(shù)，應(yīng)用機器人，優(yōu)化教與學(xué)及效應(yīng)。主要按照功能劃分可以分為五類：

2.2.1.1 人工智能輔助教學(xué)

人工智能輔助教學(xué)是指在教學(xué)活動中教師和學(xué)生將機器人作為新的重要的教學(xué)媒介和工具。它具有智能、自動化、人性化、自學(xué)、可控性和機動性等性質(zhì)。人工智能輔助教學(xué)中，核心的模式為機器人模擬教學(xué)。

2.2.1.2 人工智能學(xué)科教學(xué)

人工智能學(xué)科教學(xué)是指將機器人視為一門科學(xué)而不僅僅是技術(shù)，作為現(xiàn)代教育者的智慧文化。以特殊課題或項目參與（整合）的形式，全體學(xué)生都被教導(dǎo)有關(guān)機器人的基礎(chǔ)原理和初級技能。

2.2.1.3 人工智能管理教學(xué)

人工智能管理教學(xué)指機器人在管理層面的應(yīng)用，運用人工智能技術(shù)對教學(xué)計劃、教學(xué)組織、人事調(diào)控、教學(xué)協(xié)同、教學(xué)管控進行統(tǒng)一中樞體系化管理。

2.2.1.4 人工智能代理事務(wù)

機器人在物理上也具備部分功能，由此可以來承擔(dān)人類在特定場景里的非核心功能?？勺远x非核心教學(xué)的其它事務(wù)。例如，為他們借書，為他們記筆記，或為他們點餐。利用機器人代理交易功能的目的是提高學(xué)習(xí)效率，提高學(xué)生的素質(zhì)。

2.2.1.5 人工智能主持教學(xué)

機器人教學(xué)是指機器人作為教學(xué)主體參與教學(xué)事務(wù)當(dāng)中，這種模式的普及能夠拓寬學(xué)生獲取知識的渠道，機器人作為教學(xué)活動的實施者發(fā)揮性能允許下的更大的作用。人們對此存在很多憂慮，其中一個問題是機器人搶占工作機會，老師失業(yè)。這種恐懼實際上是多余的，來自于對機器人科學(xué)的誤解和新模式的疑惑。由于任何先進的機械設(shè)備都能提高效率和質(zhì)量，必然會將人從原來的機械的、重復(fù)的工作中解放出來，提供更多新的就業(yè)崗位。

2.2.2 人工智能服務(wù)

2.2.2.1 技術(shù)類核心服務(wù)

此類服務(wù)通常是以真實的教育應(yīng)用場景為對象，用封裝好的人工智能技術(shù)去實現(xiàn)用戶需要的功能，從而使各類教育應(yīng)用產(chǎn)品能夠迅速形成包含學(xué)習(xí)成本低的交互界面、普適通用的接口的人工智能技術(shù)。這種服務(wù)能夠在一線教學(xué)場景中給予師生迫切需要的使用體驗，從技術(shù)產(chǎn)品的起點出發(fā)，以解決現(xiàn)有需求為導(dǎo)向，也被稱作“人工智能代理”。

2.2.2.2 業(yè)務(wù)類核心服務(wù)

這類服務(wù)也是從現(xiàn)實的教與學(xué)的多樣化場景出發(fā)，結(jié)合分散的人工智能技術(shù)應(yīng)用，以場景的角度進行系統(tǒng)化的多核運算處理，能整合教學(xué)鏈條上的各項要求，具備強大的學(xué)習(xí)能力，給予每個受眾個性化服務(wù)。這類服務(wù)能從宏觀的角度開展業(yè)務(wù)，利用數(shù)據(jù)整合的優(yōu)勢，在分析、定制方案、管理學(xué)校等方面發(fā)揮作用，也被稱作“人工智能助手”。

3 結(jié)語

在教育領(lǐng)域中，人工智能已經(jīng)從純算法走到了應(yīng)用，從入局者成長到參與者，從零散地實現(xiàn)功能到與教育緊密融合。在初入教育領(lǐng)域時，由于師生對人工智能的陌生感和整個環(huán)境的技術(shù)配套未完善，只作為一項功能存在；隨著應(yīng)用的逐漸鋪開，開始熟悉和發(fā)現(xiàn)人工智能技術(shù)帶來的便捷，人工智能開始在教育領(lǐng)域快速部署，師生對人工智能的需求也滲入了學(xué)校事務(wù)中的方方面面。這也符合一個新事物被接納的普遍發(fā)展情形，而目前這個趨勢仍在繼續(xù)，對于人工智能將來的發(fā)展可以抱有更樂觀的態(tài)度。

在新時代不斷涌現(xiàn)的新局面，利用人工智能實現(xiàn)有益教與學(xué)的功能，順應(yīng)教育信息化2.0時代的發(fā)展趨勢。