林錦忠

(泉州幼兒師范高等?？茖W(xué)校,泉州 362000)

21世紀(jì)以來,人工智能技術(shù)在提高社會(huì)生產(chǎn)效率、促進(jìn)社會(huì)發(fā)展方面取得了豐碩成果,人工智能技術(shù)應(yīng)用范圍也隨著技術(shù)的成熟革新逐漸擴(kuò)大。隨著高校信息化教學(xué)水平的推進(jìn),教育管理者開始從人工智能角度尋求新的教學(xué)突破。作為國際性尖端技術(shù),人工智能在精準(zhǔn)教學(xué)、學(xué)情分析、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面展現(xiàn)了強(qiáng)大的功能。信息化課堂泛指采用信息化手段展開的課堂教學(xué)活動(dòng)。典型的信息化課堂有翻轉(zhuǎn)課堂、開放教育、慕課等形式。人工智能技術(shù)在信息化課堂中的應(yīng)用無疑加強(qiáng)了課堂教學(xué)效率,但是對(duì)于新技術(shù)的應(yīng)用,教育領(lǐng)域仍存在一些疑惑和困境亟待突破和解決?；诖?本文針對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行相關(guān)分析。

一、信息化課堂中人工智能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

(一)精準(zhǔn)習(xí)題推送

精準(zhǔn)教學(xué)理論由來已久,最初由奧格登·林斯利于20世紀(jì)60年代提出。人工智能技術(shù)的推廣應(yīng)用幫助精準(zhǔn)教學(xué)開拓了新世界。人工智能技術(shù)能夠根據(jù)信息化課堂上學(xué)生做題記錄、信息查詢記錄量身設(shè)計(jì)錯(cuò)題庫,有針對(duì)性地彌補(bǔ)學(xué)生知識(shí)缺陷和盲區(qū),采用個(gè)性化的拓展訓(xùn)練習(xí)題代替千篇一律的課后作業(yè),使學(xué)生將節(jié)省下來的時(shí)間用于探究重點(diǎn)與難點(diǎn)問題。這種精準(zhǔn)推送習(xí)題的方式在極大程度上節(jié)約了課后學(xué)習(xí)時(shí)間,變相實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的監(jiān)督。

人工智能一般采用推薦算法實(shí)現(xiàn)相關(guān)知識(shí)的推送。諸多推薦技術(shù)中,協(xié)同過濾算法在知識(shí)推送系統(tǒng)中的應(yīng)用頻率較高。協(xié)同過濾算法主要依據(jù)學(xué)生查詢記錄獲取學(xué)生感興趣的習(xí)題內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)信息,綜合評(píng)估學(xué)生的偏好[1],然后再根據(jù)其鄰居群體的知識(shí)點(diǎn)偏好程度獲取興趣相似群,預(yù)測(cè)相似群的興趣偏好進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)信息推送,從而生成個(gè)性化的習(xí)題方案。基于協(xié)同過濾算法向?qū)W生推薦習(xí)題知識(shí)主要通過以下步驟實(shí)現(xiàn):首先要設(shè)定學(xué)生A為目標(biāo)用戶,一是獲取興趣相似的用戶群體,基于余弦相似度求取用戶之間的興趣度,進(jìn)而獲得相似興趣度的群體;二是進(jìn)行知識(shí)信息推薦,選擇若干個(gè)與學(xué)生A相似度最高的用戶結(jié)合H,依次求取學(xué)生A對(duì)H集合某個(gè)知識(shí)感興趣的程度;最后,計(jì)算知識(shí)推薦程度,推薦程度依據(jù)學(xué)生A與鄰居的距離獲得。

基于智能算法生成錯(cuò)題庫和習(xí)題推薦方案過程中,學(xué)生可以針對(duì)自身弱勢(shì)進(jìn)行多次測(cè)評(píng),多次生成智能化的習(xí)題訓(xùn)練方案,根據(jù)實(shí)際內(nèi)容選取最為契合的習(xí)題方案。信息化課堂中,學(xué)生自主使用精準(zhǔn)習(xí)題推送技術(shù)獲取訓(xùn)練方案,有助于課后知識(shí)點(diǎn)的鞏固與夯實(shí),同時(shí)實(shí)現(xiàn)了課上知識(shí)盲區(qū)的內(nèi)化。

(二)信息化課堂行為智能分析

人工智能技術(shù)基于智能視頻分析實(shí)現(xiàn)學(xué)生行為分析,綜合運(yùn)用視頻采集技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖像分析技術(shù)識(shí)別學(xué)生肢體行為與面部信息,了解學(xué)生對(duì)教學(xué)方式、教學(xué)方法的反饋。課堂行為分析要具備兩個(gè)條件,一是視頻信息采集,二是輪廓提取、人臉識(shí)別算法的設(shè)計(jì)[2]。

1.學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的視頻信息采集

本文利用流媒體視頻采集系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)教學(xué)視頻。視頻采集系統(tǒng)原理,如圖1所示。結(jié)合圖1可知,采集實(shí)時(shí)課堂視頻過程中,根據(jù)教學(xué)場(chǎng)所的大小和需求設(shè)置攝像機(jī)的數(shù)量。每個(gè)視頻采集系統(tǒng)布置一個(gè)視頻圖像采集模塊,此模塊集成大容量視頻采集卡;視頻采集完成需要進(jìn)行壓縮處理,以提高視頻傳輸?shù)男屎屯暾?視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控端時(shí),需要解壓解碼才能正常播放,以備后續(xù)學(xué)生行為輪廓檢測(cè)、人臉信息識(shí)別。

圖1 視頻采集系統(tǒng)原理

2.學(xué)生課堂行為分析

學(xué)生課堂行為分析主要包括肢體行為提取與面部特征提取兩部分。肢體行為提取通過輪廓檢測(cè)的方式實(shí)現(xiàn),輪廓檢測(cè)本質(zhì)上是保留有價(jià)值的封閉邊緣,除去邊緣內(nèi)部像素,通過計(jì)算封閉邊緣輪廓點(diǎn)坐標(biāo)、面積、數(shù)量等參數(shù)提取到圖像目標(biāo)物特征[3]。圖2為輪廓檢測(cè)的具體流程規(guī)劃,為保障輪廓檢測(cè)的精準(zhǔn)度需要預(yù)先對(duì)圖像實(shí)施中值濾波平滑處理,然后通過閾值分割實(shí)現(xiàn)圖像的二值化,最后完成圖像輪廓檢測(cè),獲取學(xué)生在課堂表現(xiàn)的肢體行為信息。

本次研究基于OpenCV和Haar特征構(gòu)建人臉信息分類器實(shí)現(xiàn)人臉特征檢測(cè)。首先,在人臉視頻圖像中獲取包含Haar特征的樣本,基于OpenCV訓(xùn)練一個(gè)人臉特征分類器;其次,考慮到課堂視頻圖像很少能采集到學(xué)生正臉圖像,所以構(gòu)建的分類器為側(cè)臉檢測(cè)分類器,提高課堂學(xué)生表情分析的精度。

圖2 輪廓檢測(cè)流程

綜上可知,人工智能技術(shù)提供了一種智能的信息化課堂行為分析方法,教師可實(shí)時(shí)獲取課堂上學(xué)生表情信息,兼顧每個(gè)學(xué)生的情緒反應(yīng)。同時(shí),行為分析視頻可作為課后長期分析學(xué)生行為的一種依據(jù),為優(yōu)化信息化課堂教學(xué)方法提供借鑒。

(三)智能教學(xué)評(píng)估

本次研究基于數(shù)據(jù)挖掘算法實(shí)現(xiàn)信息化課堂的智能教學(xué)評(píng)估。在信息化課堂的教學(xué)評(píng)估領(lǐng)域,數(shù)據(jù)挖掘一方面可以利用數(shù)據(jù)間的共性與關(guān)聯(lián),通過數(shù)據(jù)聚類、匯總、總結(jié)等方式準(zhǔn)確描述學(xué)生學(xué)情;另一方面,可利用關(guān)聯(lián)規(guī)則、決策樹算法、回歸序列等算法預(yù)測(cè)未來學(xué)生學(xué)習(xí)情況的發(fā)展趨勢(shì)。預(yù)測(cè)功能是數(shù)據(jù)挖掘在信息化課堂中的重大應(yīng)用,是近幾年教育領(lǐng)域人工智能技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)方向。

數(shù)據(jù)挖掘算法的主體過程包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)挖掘、挖掘結(jié)果分析等步驟。預(yù)處理有效降低了原始數(shù)據(jù)噪聲,提高殘缺數(shù)據(jù)的完整性,降低了數(shù)據(jù)挖掘在教學(xué)評(píng)估中的應(yīng)用難度,進(jìn)而得到較為全面、合理的教學(xué)評(píng)估結(jié)果。教師根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果可以進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)決策,如教學(xué)目標(biāo)優(yōu)化、教學(xué)方案修正、教學(xué)方法完善等。在諸多數(shù)據(jù)挖掘算法中,關(guān)聯(lián)規(guī)則使用的頻率較高,該方法運(yùn)用的方式是基于Apriori算法挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)間的本質(zhì)與內(nèi)在聯(lián)系。第一步,集成學(xué)生在信息化課堂學(xué)習(xí)的基本信息與行為信息,如姓名、成績、歷史學(xué)習(xí)記錄等內(nèi)容;第二步,基于Apriori算法挖掘?qū)W習(xí)行為數(shù)據(jù),獲取數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)規(guī)則,此間需要設(shè)置一個(gè)最小支持度值;第三步,各個(gè)子項(xiàng)集合的支持度值可通過支持度求取方法得到,再為得到的頻繁項(xiàng)集合設(shè)置一個(gè)置信度值,計(jì)算各個(gè)關(guān)聯(lián)規(guī)則的置信度;最后,根據(jù)計(jì)算結(jié)果評(píng)價(jià)分析學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài),哪些方面需要改進(jìn),哪些方面需要繼續(xù)保持。

二、人工智能技術(shù)在信息化課堂應(yīng)用的困境與出路

(一)正確認(rèn)知技術(shù)在課堂中的位置

信息化課堂增加了教師教學(xué)的便利性,人工智能技術(shù)在信息化課堂的應(yīng)用更是減少了教師親力親為的概率,逐漸地導(dǎo)致教師對(duì)人工智能技術(shù)產(chǎn)生一種依賴心理,過分信任技術(shù)對(duì)學(xué)生教學(xué)的管理。例如,直接將人工智能教學(xué)平臺(tái)生成的教學(xué)方案推送給學(xué)生,沒有從個(gè)人角度加以修正;注重開展人工智能技術(shù)監(jiān)測(cè)相關(guān)的教學(xué)工作,強(qiáng)調(diào)課堂表面的光鮮亮麗,忽視學(xué)生知識(shí)內(nèi)化程度。

為此,教師必須要正確認(rèn)識(shí)人工智能技術(shù)在信息化課堂中的地位和應(yīng)用方式,不能絕對(duì)排斥,也不能過分依賴。首先,教師要具有包容心,接納新技術(shù),肯定人工智能技術(shù)對(duì)于精準(zhǔn)教學(xué)、教學(xué)評(píng)估的價(jià)值,幫助學(xué)生正確認(rèn)知人工智能技術(shù),降低學(xué)習(xí)恐慌,使其逐漸適應(yīng)課堂中教學(xué)技術(shù)的應(yīng)用;其次,教師要明確人工智能技術(shù)始終是服務(wù)于課堂,不會(huì)取代具有思想的人工教育,使其成為優(yōu)化教學(xué)效果、降低教學(xué)誤差、規(guī)范學(xué)生行為的有力工具;最后,教師要拋棄技術(shù)至上、技術(shù)為尊的片面心理,加強(qiáng)師生之間的情感交流與知識(shí)互動(dòng),增強(qiáng)學(xué)生對(duì)教師和人工智能技術(shù)的認(rèn)同與信任。

(二)堅(jiān)持以人為本的教學(xué)原則

人工智能技術(shù)在信息化課堂中的應(yīng)用強(qiáng)調(diào)以技術(shù)管理課堂、掌控課堂,人文關(guān)懷在冰冷的技術(shù)運(yùn)用中逐漸喪失。我國教學(xué)改革倡導(dǎo)發(fā)揚(yáng)學(xué)生個(gè)性與創(chuàng)造性思維,但是人工智能技術(shù)始終以自身的數(shù)據(jù)儲(chǔ)備為依據(jù)進(jìn)行行為分析、教學(xué)評(píng)估、學(xué)習(xí)方案制定,缺少情感上的自主思考能力,這一點(diǎn)限制了學(xué)生創(chuàng)造性思維的釋放。另外,基于視頻監(jiān)控之下的學(xué)生似乎整齊劃一,但是其內(nèi)心的情緒難以通過圖像檢測(cè)挖掘得到,并且學(xué)生學(xué)習(xí)行為暴露于公眾之下,容易讓學(xué)生感受到教育者對(duì)其的不信任。

以上種種均證明了人工智能技術(shù)導(dǎo)致課堂人文關(guān)懷的缺失,所以,未來信息化課堂引入人工智能技術(shù)必須堅(jiān)持“以人為本”原則,為學(xué)生學(xué)習(xí)服務(wù)、提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率是新科技在課堂推廣的初衷。在此過程中,人始終是關(guān)鍵服務(wù)對(duì)象,以學(xué)生需求為目標(biāo)是人工智能技術(shù)充分發(fā)揮其作用的基本要求,要時(shí)刻牢記學(xué)生在課堂中的主體地位。換而言之,脫離學(xué)生的智能教學(xué)技術(shù)將毫無實(shí)踐價(jià)值。所以,堅(jiān)持以人為本的教學(xué)原則要關(guān)懷學(xué)生的實(shí)際需求,對(duì)學(xué)生的信任大于對(duì)人工智能技術(shù)的信任,糾正學(xué)生對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的誤區(qū),正視人工智能技術(shù)可能出現(xiàn)的教學(xué)錯(cuò)誤,使新技術(shù)更好地服務(wù)于現(xiàn)代信息化課堂。

(三)健全人工智能在教學(xué)領(lǐng)域的法律約束

人工智能課堂打造是以學(xué)生行為數(shù)據(jù)和教師教學(xué)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),然而隨之而來的是個(gè)人隱私信息流失的危險(xiǎn)。這種擔(dān)憂并不是空穴來風(fēng),人工智能技術(shù)發(fā)展到今天尚未達(dá)到無懈可擊的技術(shù)水平,端口信息泄露的風(fēng)險(xiǎn)不可避免。

為此,教育監(jiān)管部門要做好人工智能技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)制度規(guī)范,加強(qiáng)數(shù)據(jù)管理的法律法規(guī)建設(shè)。信息時(shí)代的開放性不意味著信息資源的肆意傳播,而僅僅通過道德教育無法起到理想的行為約束效果,始終要依靠法律的力量規(guī)范人工智能技術(shù)在教學(xué)中的行為與秩序,所以有關(guān)部門要積極構(gòu)建信息安全防御體系。安全防御體系的本質(zhì)是以監(jiān)督的方式了解數(shù)據(jù)應(yīng)用的一舉一動(dòng),對(duì)于可能出現(xiàn)危險(xiǎn)的數(shù)據(jù)應(yīng)用方式施以嚴(yán)查,對(duì)坐實(shí)的信息泄露行為實(shí)施嚴(yán)厲打擊,追究相關(guān)責(zé)任人的法律責(zé)任。

三、結(jié)語

本文綜合闡述了人工智能技術(shù)在信息化課堂中的應(yīng)用方式,分析了目前人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域面臨的困境與出路,以期實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)與課堂教學(xué)的可持續(xù)發(fā)展。現(xiàn)代教育在人工智能技術(shù)支持下,解決了學(xué)習(xí)行為監(jiān)控、精準(zhǔn)教學(xué)、教學(xué)效果評(píng)估等實(shí)際性問題,幫助教師真正做到因材施教。信息化課堂是未來教育發(fā)展的主要方向,加上人工智能技術(shù)的輔助作用,讓學(xué)生在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)更夠汲取更多的知識(shí)源泉,有助于真正提高現(xiàn)代教育改革下的課堂教學(xué)效率。