楊志軍　汪洋　雷寧　呂翠蓮

摘? ?要：為了解決高中教學答疑中存在的問題、提高教學反饋質(zhì)量、減輕教師負擔、促進師生互動，文章從目前高中答疑存在的問題入手，分析國內(nèi)外智能問答技術(shù)在教學中的應(yīng)用現(xiàn)狀，設(shè)計與構(gòu)建了一款面向高中教學的智能答疑系統(tǒng)，以推進信息技術(shù)與高中教學的深度融合。

關(guān)鍵詞：智能問答;高中學生;答疑系統(tǒng)

中圖分類號：G40-057 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2020）09-0056-04

人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等新興信息技術(shù)的快速發(fā)展，將教育信息化推向一個新的高度。2018年4月13日，由中華人民共和國教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動計劃》中強調(diào)，要依托各類智能設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)，推動人工智能在教學、管理等方面的應(yīng)用。

在高中教學中，答疑是一個必不可少的環(huán)節(jié)。通過答疑，學生可以及時清除學習障礙;教師可以了解學生的問題，針對性地調(diào)整教學計劃，從而提高教學效果。但是，在高中階段，隨著學生人數(shù)的增加，教學答疑存在時間和效率兩個主要問題：第一，學生人數(shù)較多，教師沒有充足的時間進行一對一答疑;第二，學生提出的問題重復(fù)率較高，存在一個同樣的問題教師可能會被問很多遍的現(xiàn)象。針對以上問題，在《教育信息化2.0行動計劃》文件指導下，本研究利用人工智能相關(guān)算法，將智能問答技術(shù)與教學結(jié)合起來，設(shè)計一款面向高中教學的智能答疑系統(tǒng)。通過智能答疑一對一地及時清除學生學習障礙，并將學生共性問題形成問題庫方便學生查詢，減少教師負擔，還能反饋學生薄弱點更好地提高教學質(zhì)量，真正實現(xiàn)《教育信息化2.0行動計劃》提出的信息技術(shù)與教育教學“深度融合”。

一、高中階段教學答疑現(xiàn)狀分析

在教學中，答疑是指解答學生對所學課程的提問。答疑活動可以提供教學反饋、解決學生問題、增強師生交流。目前，隨著知識量的增多、知識更新速度的加快，學生在學習過程中會產(chǎn)生越來越多不理解的問題。但是，通過分析文獻發(fā)現(xiàn)，當前高中階段教學答疑的效果不盡如人意，總結(jié)下來，存在以下問題：①問題重復(fù)率高，教師負擔重。高中階段，課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)清晰，重難點分明，學生的共性問題較多?；诖?，教師可能就一個相同的問題進行多次解答，無形中增加了教師負擔。②答疑時間不充足導致答疑沒有針對性。高中階段的學生身心發(fā)展具有差異性，不同的學生對知識理解水平都不一樣。但是在班級授課制下，教師沒有充足的時間去一對一地針對性地解決學生的問題。③教師學識儲備不足，無法及時回答學生問題。在信息時代，教師不可能“萬事皆通”，也不可能“事事精通”。從而會出現(xiàn)，因教師知識更新速度較慢而無法回答學生提出的問題，從而降低教師的威信。④因不敢與教師溝通，選擇搜索引擎答疑。高中生自尊心較強，有些學生因個性原因不好意思或不敢向教師提問，她們會選擇利用搜索引擎獲得答案。但搜索引擎答疑，一方面，會出現(xiàn)大量無關(guān)問題的結(jié)果，學生去篩選答案會浪費很多時間;另一方面，教師無法了解學生的薄弱點。

從以上對高中階段答疑現(xiàn)狀的分析可以看出，目前高中教育中的答疑模式已經(jīng)不能滿足教學需要。在這樣的背景下，將智能問答技術(shù)與教學相結(jié)合、設(shè)計新型的智能答疑模式、高效率地處理學生疑問、反饋學生薄弱點以調(diào)整教學計劃是十分必要的。

二、智能問答技術(shù)在教學中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1.智能問答技術(shù)的含義

智能問答技術(shù)QA，又叫智能答疑，是在人工智能背景下興起的一種技術(shù)。它是對用戶用自然語言提出的問題通過網(wǎng)絡(luò)做出盡可能簡潔、準確回答的計算機技術(shù)。眾多學者對智能問答技術(shù)作了研究。1999年文本檢索會議引入問答系統(tǒng)評測專項，在此推動下，智能問答技術(shù)發(fā)展起來，一直到2007年，這段時期問答系統(tǒng)的主要目標是通過檢索技術(shù)找出用戶問題的答案，近年來又出現(xiàn)了以常見問題解答（FAQ）為知識庫的問答系統(tǒng)。智能問答技術(shù)在商業(yè)、醫(yī)學領(lǐng)域運用較為成熟，比如京東客服系統(tǒng)、醫(yī)療專家系統(tǒng)等等。但是該技術(shù)在教育教學中的應(yīng)用并不廣泛。

2.關(guān)于智能問答技術(shù)在國內(nèi)教學中應(yīng)用的現(xiàn)狀

通過檢索中國知網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)目前已有一些機構(gòu)將智能問答技術(shù)引入教學，設(shè)計開發(fā)出一款智能答疑系統(tǒng)（或稱智能問答系統(tǒng)），比如香港中文大學參考AskJeeves開發(fā)的中文提問式搜索引擎Weniwen、上海理工大學的遠程智能答疑系統(tǒng)、華南理工大學開發(fā)的智能答疑系統(tǒng)，這些答疑系統(tǒng)都取得了不錯的成就。這些系統(tǒng)均表現(xiàn)出以下特點：①系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域為在線教育平臺;②系統(tǒng)的使用對象為大學生;③系統(tǒng)的功能模塊均劃分為智能答疑與人工答疑。

3.關(guān)于智能問答技術(shù)在國外教學中應(yīng)用的現(xiàn)狀

在中國知網(wǎng)中以“Intelligent Question Answering System in education”為主題詞搜索外文文獻，得到12條結(jié)果。通過分析發(fā)現(xiàn)，國外構(gòu)建的智能問答系統(tǒng)是以獨立形式存在的，而不是依附于某網(wǎng)絡(luò)教學平臺，比如芝加哥大學人工智能實驗室開發(fā)的 FAQFind系統(tǒng)、美國 AskJeeves公司開發(fā)的智能檢索系統(tǒng) AskJeeves? for Kids等獨立系統(tǒng)，但系統(tǒng)支持的語言為西方語言。

4.國內(nèi)外關(guān)于智能問答技術(shù)在教學中應(yīng)用現(xiàn)狀的不足

國內(nèi)外設(shè)計開發(fā)的智能答疑系統(tǒng)中，有許多值得借鑒的地方：①相關(guān)技術(shù)不斷完善，系統(tǒng)的智能性逐步提高。②系統(tǒng)功能不斷豐富。國內(nèi)外的答疑系統(tǒng)一開始僅作為留言板、討論區(qū)的形式出現(xiàn)，目前，已發(fā)展成為智能答疑與人工答疑相結(jié)合、教師解答與同學交流相補充的專門系統(tǒng)。但在系統(tǒng)應(yīng)用過程中同樣存在以下不足：

（1）系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域局限于網(wǎng)絡(luò)課堂

當前國內(nèi)的所有智能答疑系統(tǒng)都不是獨立存在的，只是依附于網(wǎng)絡(luò)教學平臺、服務(wù)于遠程教育，以北京大學的網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)下的智能答疑系統(tǒng)為例，該答疑系統(tǒng)以論壇的方式存在于網(wǎng)絡(luò)教學平臺上，為學生提供在線討論和答疑。這樣的答疑模式雖然考慮到網(wǎng)絡(luò)教學中師生缺乏互動交流，但在一定程度上也忽略了答疑在傳統(tǒng)課堂中的重要性。

（2）系統(tǒng)使用對象僅針對大學生

國內(nèi)外設(shè)計開發(fā)的智能答疑系統(tǒng)都只面向大學生，針對大學課程?！镀胀ǜ咧行畔⒓夹g(shù)課程標準（2017年版）》以及《教育信息化2.0行動計劃》文件中提出，要從基礎(chǔ)開始提高學生的信息素養(yǎng)，在高中階段就要讓學生感受信息文化，增強信息意識。

（3）系統(tǒng)使用積極性不高

《基于網(wǎng)絡(luò)的答疑系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)》一文中提到，由于缺乏激勵機制，加上學生問題意識不強，造成目前開發(fā)的答疑系統(tǒng)使用頻率不高，學生提問積極性不強，出現(xiàn)系統(tǒng)“形同虛設(shè)”的現(xiàn)象。

三、面向高中教學的智能答疑系統(tǒng)設(shè)計與構(gòu)建

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020）年》中提出，要培養(yǎng)學生利用信息技術(shù)學習的良好習慣，要讓學生充分利用數(shù)字化工具解決問題和完成任務(wù)，以全面提升學生信息素養(yǎng)。在這一背景下，為更好地給高中學生搭建數(shù)字化學習環(huán)境，本研究在已有研究的基礎(chǔ)上，吸收優(yōu)點，彌補不足，結(jié)合建構(gòu)主義學習理論、強化理論，設(shè)計一款獨立的面向高中教學的智能答疑系統(tǒng)。

1.系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)（見圖1）

智能答疑系統(tǒng)的核心是“答疑”，本研究在進行系統(tǒng)設(shè)計時，將系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)分為三個部分——問題接收、問題處理與匹配、答案反饋。即先通過高中各科教材、教輔資料、考試試卷搜集各科常見問題對，并分類錄入到問題庫里，學生若有問題，可選擇相應(yīng)科目，進行“常見問題”提問，系統(tǒng)將學生提出的問題和課程問題庫里的問句進行相似度匹配，如果找到了大于一定相似度閾值的結(jié)果，就把對應(yīng)答案反饋給用戶;如若沒有找到，學生可以選擇自動答疑，即系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)爬蟲，運用文本挖掘技術(shù)，分析出采納率最高的最佳答案，把答案反饋給學生;如果學生不滿意，就把該問題放入到待答庫里，等待學科教師的解答，一旦問題得到了解答，系統(tǒng)就會將問題答案反饋給學生，并把問題答案對加入到問題庫里。

2.系統(tǒng)的功能

為解決答疑中存在的諸如問題重復(fù)率高導致教師負擔重、無充足時間對學生進行一對一答疑等問題，系統(tǒng)分為兩個用戶角色，它們分別為學生和教師。通過需求分析，各角色可實現(xiàn)功能如下：

（1）教師端登錄可以進行的內(nèi)容（見圖2）

①查看問題：學科教師可以查看所授班級學生提出的所有對應(yīng)學科問題，通過查看學生問題，更好地了解學生知識的薄弱點，有針對性地改善教學。

②回答問題：教師對少部分智能答疑無法回答的學生提問進行人工解答。

③添加問題到問題庫：為豐富常用問題庫資源，教師在回答完學生問題后，可將問題加入到問題庫中，方便學生下次直接查詢。

（2）學生端登錄可以進行的內(nèi)容（見圖3）

①根據(jù)科目查詢常見問題：系統(tǒng)投入使用前先錄入對應(yīng)科目的一些常見問題對，在使用過程中，隨著學生新問題的不斷增加，學科問題庫也會不斷擴充，學生可直接在常見問題庫中選擇科目進行查詢，提高查詢效率。

②自動答疑：對于常用問題庫中沒有的問題，系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)和文本挖掘技術(shù)對學生提出的問題進行自動答疑，返回一條網(wǎng)絡(luò)上采納率最高的最佳答案，并將問題自動添加到問題庫，減少學生直接通過搜索引擎過濾無用信息的時間，并不斷擴大問題庫。

③求助教師：對于較復(fù)雜的問題，學生可以求助教師，采用人工答疑。

④解答問題：為了增加學生與學生的交流，學生之間可以相互解答各自提出的問題。

⑤積累積分：系統(tǒng)為提高學生答疑積極性，采用了積分機制。根據(jù)學生的提問次數(shù)、回答次數(shù)來累計積分，并進行積分排名。

⑥查看問題記錄：學生可以查看自己提出的所有問題以及答案，便于學生自己進行查漏補缺。

3.創(chuàng)新點

國外智能答疑系統(tǒng)是一個獨立的模塊，但大部分僅支持西方語言，而國內(nèi)的智能答疑系統(tǒng)大多依附于大學的在線教學平臺，很少研究高中階段的智能問答，并且國內(nèi)外的答疑系統(tǒng)忽略了學生之間的交流。本研究所設(shè)計的智能答疑系統(tǒng)在已有研究的基礎(chǔ)上做出了以下創(chuàng)新：

（1）將對象指定為高中學生，從高中學生身心特點出發(fā)構(gòu)建系統(tǒng)。高中生自尊心強，不敢面對面向教師提問;高中生差異性大，認知水平和學習能力等方面存在差距，但教師在有限的時間內(nèi)難以一對一地解答學生提出的問題;高中生信息識別能力較弱，面對搜索引擎上海量的信息無法辨別真?zhèn)握业阶罴汛鸢浮；诖?，設(shè)計一款面向高中學生的智能答疑系統(tǒng)、讓學生在線上及時獲得準確答案是十分必要的。

（2）本系統(tǒng)著眼于傳統(tǒng)課堂答疑。目前已有的智能答疑系統(tǒng)僅適用于網(wǎng)絡(luò)教學平臺，沒有看到傳統(tǒng)教學答疑中存在的系列問題，忽略了答疑對傳統(tǒng)教學的重要意義。

（3）系統(tǒng)增加了“學生答疑”的功能模塊?？紤]到生生交流，系統(tǒng)為學生提供了平臺，班級同學之間可以就教師還未來得及解決的問題進行回答，在相互討論中激發(fā)學生的學習興趣，促進對知識的構(gòu)建和理解。

（4）系統(tǒng)設(shè)計了“積分機制”。目前投入使用的系統(tǒng)普遍存在學生使用積極性不高的問題，為解決這一問題，系統(tǒng)增加積分功能，即根據(jù)學生提問的數(shù)量、回答的數(shù)量進行積分排名，以此來調(diào)動學生使用系統(tǒng)的積極性。

四、現(xiàn)實意義

從互聯(lián)網(wǎng)與教育結(jié)合的角度，充分利用人工智能和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢構(gòu)建一個將智能問答和人工答疑結(jié)合起來的智能答疑系統(tǒng)，對于學生、教師來說具有極大的現(xiàn)實意義。

1.在學生方面

（1）為高中學生構(gòu)建建構(gòu)主義學習環(huán)境

建構(gòu)主義學習理論強調(diào)：學生是學習的主體，是知識意義的主動建構(gòu)者;知識不是被動地傳授給學生，而是在一定的背景下，通過與他人交流、聯(lián)系自己原有的知識背景進行意義構(gòu)建的，會話與交流是建構(gòu)主義學習環(huán)境下不可缺少的一大要素。本研究所設(shè)計的智能答疑系統(tǒng)創(chuàng)建一個有利于學生問題解決的建構(gòu)主義學習環(huán)境，一方面，學生遇到學習問題，可以在與教師同學的交流互動中獲得答案的構(gòu)建;另一方面，系統(tǒng)記錄了每個學生提出過的所有問題，方便學生進行自評，了解自己的薄弱點和問題所在，并幫助學生回顧舊知識，從而與新知識進行有意義聯(lián)系，促進知識構(gòu)建。

（2）激發(fā)學生的問題意識，提高高中學生信息素養(yǎng)

信息素養(yǎng)是指個體對信息活動的態(tài)度以及對信息的獲取、分析、處理等的利用能力，它包括信息意識、信息知識、信息能力、信息道德。信息意識是指在信息活動中產(chǎn)生的對信息及信息技術(shù)的認識、態(tài)度;信息知識是指一切有關(guān)信息及信息技術(shù)的理論、方法;信息能力是指使用信息技術(shù)獲得有用信息的能力;信息道德是指有關(guān)信息傳播、管理等方面的道德規(guī)范。在強化理論支持下，研究所設(shè)計的智能答疑系統(tǒng)增加了積分機制，提高了學生提問和回答問題的積極性，使學生在學習過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，并感受信息技術(shù)的重要作用，掌握使用信息工具的能力，不斷提高信息素養(yǎng)。

2.在教師方面

（1）幫助減輕教師工作負荷

在使用智能答疑系統(tǒng)過程中，學生提過的問題都會自動被放進常見問題庫中，不斷地更新擴大問題庫。學生可通過常見問題庫查詢直接獲得答案，也可通過網(wǎng)絡(luò)爬蟲爬到采納率最高的答案，而教師只需回答自動答疑無法解決的小部分問題，從而為教師分擔很大一部分工作。

（2）促進教師終身學習

信息時代，知識更新速度較快，教師會出現(xiàn)學識儲備不足的情況。在智能答疑系統(tǒng)中，可利用網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)和文本挖掘技術(shù)得到問題答案。教師可瀏覽學生提出的所有問題，針對較陌生的問題，教師可以進行深入學習，以這樣的方式來促進教師不斷吸收新的知識。

3.在教學方面

（1）方便教師了解學生學習效果，調(diào)整教學計劃

智能答疑系統(tǒng)收集學習者的提問數(shù)據(jù)，對所提問題記錄分析，可以自動統(tǒng)計出學生知識掌握的薄弱環(huán)節(jié)，為教師改進教學提供參考，成為輔助教學的有效工具。

（2）促進智能技術(shù)與學科課程教學融合

2012年我國教育部進一步制定了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，提出了信息技術(shù)應(yīng)與教育教學“深度融合”。通過智能答疑系統(tǒng)在教學中的應(yīng)用，學生可改變原來的學習方式，學會利用網(wǎng)絡(luò)來學習;教師可更好地了解學生知識掌握情況，真正地把信息技術(shù)融入到教學中去。

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（編輯：王天鵬）