杜 鵑，王琳琳

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開(kāi)封 475001）

0 引 言

現(xiàn)代化的教育教學(xué)工作正在從傳統(tǒng)的單一固定授課模式朝著個(gè)性化、自適應(yīng)模式轉(zhuǎn)變，而這種轉(zhuǎn)變離不開(kāi)海量的教育教學(xué)數(shù)據(jù)以及人工智能技術(shù)，圖像、語(yǔ)音以及視頻識(shí)別，學(xué)生學(xué)情測(cè)評(píng)，學(xué)習(xí)建模，這些都是人工智能技術(shù)發(fā)揮作用的場(chǎng)景。研究人工智能技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用對(duì)推動(dòng)現(xiàn)代教育具有深遠(yuǎn)的價(jià)值。

1 人工智能技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用價(jià)值

1.1 打造個(gè)性化的教學(xué)場(chǎng)景

教學(xué)模式在教學(xué)改革中雖然有所拓展，如探究式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等，但為了保證教學(xué)工作的效率，大部分時(shí)間依然采用老師主講而學(xué)生做筆記的課堂模式，所以，從本質(zhì)上看，當(dāng)前的教學(xué)模式并沒(méi)有出現(xiàn)根本性的變化，教學(xué)場(chǎng)景單一化、固定化的問(wèn)題依然存在。一個(gè)非常重要的原因是教師在各類授課活動(dòng)中無(wú)法同時(shí)和每一位學(xué)生開(kāi)展個(gè)性化的互動(dòng)。但是在人工智能技術(shù)的加持下，很多原本必須由教師完成的工作可通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件算法實(shí)現(xiàn)，并且人工智能還具有數(shù)據(jù)、專業(yè)性方面的優(yōu)勢(shì)。在這些技術(shù)的支撐下，教學(xué)過(guò)程變得更加個(gè)性化，能夠滿足絕大部分學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。人工智能和學(xué)習(xí)者進(jìn)行各種方式的互動(dòng)，如語(yǔ)音交流、文字互動(dòng)、視頻互動(dòng)、VR/AR 互動(dòng)等。學(xué)習(xí)時(shí)間上更加自由，極大地豐富了教學(xué)場(chǎng)景[1]。

1.2 全面提升教育資源的質(zhì)量

教育工作對(duì)教學(xué)資源的質(zhì)量具有很高的要求，例如，外語(yǔ)學(xué)習(xí)中的聽(tīng)力和閱讀、語(yǔ)文學(xué)習(xí)中的寫作和閱讀、數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中的大量經(jīng)典例題等，這些都是保證教學(xué)質(zhì)量的必要條件和關(guān)鍵因素。人工智能技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)屬于同一代的技術(shù)產(chǎn)物，在實(shí)際應(yīng)用中往往也相互關(guān)聯(lián)。人工智能技術(shù)可根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容以及學(xué)習(xí)者當(dāng)前的學(xué)習(xí)程度自動(dòng)匹配難度適宜的學(xué)習(xí)資料。并且依靠互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)的加持，人工智能可提供各種高質(zhì)量的學(xué)習(xí)資料，學(xué)習(xí)者通過(guò)語(yǔ)音方式即可快速搜尋到各種類型的學(xué)習(xí)資料和數(shù)據(jù)。如果在傳統(tǒng)模式下，僅僅是搜尋這些高質(zhì)量的學(xué)習(xí)資料就已經(jīng)花費(fèi)了大量的時(shí)間，嚴(yán)重制約了教學(xué)的效率。因此，無(wú)論是學(xué)生自學(xué)，還是教師備課，人工智能技術(shù)都能提供優(yōu)質(zhì)的資料，大幅提升教學(xué)的效率和質(zhì)量[2]。

1.3 降低高質(zhì)量教育的成本

在現(xiàn)代社會(huì)中，教育成本已經(jīng)成為眾多家庭的負(fù)擔(dān)，尤其是藝術(shù)類教育。城市和城市之間、城市和鄉(xiāng)村之間在教育教學(xué)質(zhì)量上存在很大的差距，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市對(duì)教學(xué)人才具有更強(qiáng)的吸引力，部分一線城市在中小學(xué)階段甚至聘任重點(diǎn)大學(xué)的博士生；反觀經(jīng)濟(jì)落后的地區(qū)，人才匱乏，教學(xué)質(zhì)量嚴(yán)重不足。良好的師資意味著巨大的人力成本，并非所有的地區(qū)都能承受這種經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。人工智能技術(shù)提供以軟件算法為底層，以教育大數(shù)據(jù)為加工的資料。借助互聯(lián)網(wǎng)的全面普及，人工智能可走進(jìn)千家萬(wàn)戶，成為每一個(gè)家庭的重要教學(xué)工具和手段，并且這種教學(xué)方式成本上更加低廉（相對(duì)于聘請(qǐng)優(yōu)質(zhì)的師資），甚至具有顯著的普惠性質(zhì)，全國(guó)各個(gè)地區(qū)的學(xué)生均可通過(guò)人工智能技術(shù)獲取高質(zhì)量的教育資源[3]。

2 人工智能技術(shù)在教育中的典型應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 語(yǔ)音技術(shù)在教育中的應(yīng)用

語(yǔ)音識(shí)別是人工智能技術(shù)的重要組成部分，目前出現(xiàn)的很多人工智能產(chǎn)品都具備語(yǔ)言對(duì)話的功能，相關(guān)產(chǎn)品可識(shí)別人類的語(yǔ)言邏輯，并做出與之相符合的回應(yīng)。典型的教學(xué)場(chǎng)景是學(xué)習(xí)者通過(guò)語(yǔ)音指揮人工智能產(chǎn)品搜尋自己需要的內(nèi)容，在傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式下，學(xué)習(xí)者通過(guò)搜索引擎完成這一操作，但操作上較為麻煩，需花費(fèi)一定的時(shí)間，而人工智能的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)可按照人的意志自動(dòng)完成相關(guān)操作。再如，閱讀是最常見(jiàn)的學(xué)習(xí)形式，但有時(shí)候亦可通過(guò)語(yǔ)音朗讀的方式代替文字的靜態(tài)閱讀，人工智能技術(shù)可直接將文字信息轉(zhuǎn)化成語(yǔ)音信息，并以適當(dāng)?shù)墓?jié)奏朗讀出來(lái)，這種技術(shù)在WPS、Word 等文字類軟件中已經(jīng)投入應(yīng)用。在很多專業(yè)的閱讀軟件中也能實(shí)現(xiàn)文字轉(zhuǎn)語(yǔ)言朗讀的功能。再如，口語(yǔ)能力測(cè)評(píng)是語(yǔ)言學(xué)習(xí)中的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)模式下依靠聽(tīng)力錄音的方式開(kāi)展口語(yǔ)能力測(cè)試，相關(guān)內(nèi)容完全固定，缺乏靈活性[4]。并且一旦內(nèi)容聽(tīng)過(guò)之后，再次學(xué)習(xí)的價(jià)值就大幅降低，人工智能技術(shù)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的口語(yǔ)測(cè)評(píng)，無(wú)論是漢語(yǔ)還是外語(yǔ)，均可利用人工智能的語(yǔ)音功能實(shí)現(xiàn)口語(yǔ)練習(xí)和測(cè)試。

2.2 自然語(yǔ)言處理技術(shù)在教育中的應(yīng)用

自然語(yǔ)言指的是各種類型的文字性內(nèi)容，如國(guó)內(nèi)學(xué)生學(xué)習(xí)的漢語(yǔ)、英語(yǔ)等，由此衍生出的數(shù)學(xué)、物理以及化學(xué)等也都是通過(guò)語(yǔ)言文字和專業(yè)符號(hào)呈現(xiàn)內(nèi)在邏輯。人工智能技術(shù)具備自動(dòng)識(shí)別自然語(yǔ)言以及各種學(xué)科符號(hào)的功能，并且還能判斷其內(nèi)在的邏輯關(guān)系。這種技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景有如下幾個(gè)方面。

（1）自動(dòng)閱卷。人工智能技術(shù)通過(guò)文字識(shí)別判斷寫作類題目、翻譯類題目的答案是否合理，傳統(tǒng)閱卷模式下這些內(nèi)容由于復(fù)雜度較高，通常只能由人工方式閱卷，選擇題、判斷題、填空題等答案明確的題目更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閱卷的模式。在作文類題目的閱卷中，人工智能技術(shù)可實(shí)現(xiàn)詞匯拼寫檢查、段落結(jié)構(gòu)數(shù)量檢查、邏輯判斷等，甚至還可總結(jié)判斷文章的主題思想。在閱卷的過(guò)程中還可根據(jù)文章中的錯(cuò)誤提出修改意見(jiàn)。

（2）分級(jí)閱讀。閱讀是漢語(yǔ)學(xué)習(xí)和外語(yǔ)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)內(nèi)容，在閱讀的過(guò)程中要根據(jù)學(xué)生的學(xué)情選擇難度適宜的素材，并且要做到立意準(zhǔn)確。傳統(tǒng)教學(xué)模式下由教師幫助學(xué)生選擇閱讀的材料或者讀本，學(xué)生家長(zhǎng)也經(jīng)常承擔(dān)這一工作。高中生和大學(xué)生主要采用自主閱讀的方式，人工智能技術(shù)可自動(dòng)評(píng)估閱讀者的能力和學(xué)習(xí)程度，然后從海量的資源庫(kù)中挑選出與其程度相符的閱讀內(nèi)容，并且借助算法將這些內(nèi)容推送給閱讀學(xué)習(xí)者[5]。

2.3 圖像技術(shù)在教育中的應(yīng)用

教學(xué)中的大量資料和內(nèi)容以文字的形式呈現(xiàn)出來(lái)，人工智能技術(shù)能將圖像資料作為處理目標(biāo)，幫助學(xué)習(xí)者完成特定的目標(biāo)，最常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景包括以下幾種。

（1）文字識(shí)別。學(xué)習(xí)者可以通過(guò)手寫或者圖像資料搜尋與之相關(guān)的海量學(xué)習(xí)資料。例如，當(dāng)學(xué)習(xí)者寫下一個(gè)一元二次方程：x2-2x-3=0，此時(shí)以智能終端為媒介，掃描這種靜態(tài)的文字信息，人工智能的圖像識(shí)別技術(shù)可直接將其識(shí)別到系統(tǒng)中，并且給出這一問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)解法。其內(nèi)在的實(shí)現(xiàn)過(guò)程分為圖片信息采集、字符切分、字符識(shí)別、二維結(jié)構(gòu)解析以及邏輯重建等。

（2）拍照搜題以及拍照批改等。在自主學(xué)習(xí)的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)面臨做題、測(cè)驗(yàn)等情境，學(xué)習(xí)者在自測(cè)的過(guò)程中可借助人工智能終端對(duì)題目進(jìn)行拍照，然后在相關(guān)技術(shù)的支撐下自動(dòng)做出判斷和批閱，并且還可搜尋到與題目相關(guān)視頻講解內(nèi)容，學(xué)習(xí)者根據(jù)視頻內(nèi)容標(biāo)題選擇觀看與否[6]。拍照之后還可實(shí)時(shí)自主閱卷等一系列功能。

2.4 視頻技術(shù)在教育中的應(yīng)用

視頻在動(dòng)態(tài)化、立體化的教學(xué)分析中承擔(dān)著非常重要的功能，人工智能技術(shù)可實(shí)現(xiàn)視頻深度分析，具體的應(yīng)用場(chǎng)景涵蓋了視頻檢索、課堂教學(xué)分析以及運(yùn)動(dòng)測(cè)評(píng)分析等。

（1）視頻處理和檢索。教師在教學(xué)中經(jīng)常采用錄制微課的方式，制作視頻課件時(shí)的配字幕、配音等是較為煩瑣的一個(gè)階段，尤其是字幕。人工智能技術(shù)具備優(yōu)越的語(yǔ)音識(shí)別和轉(zhuǎn)換功能，可直接讀取人聲，并將其轉(zhuǎn)化成文字信息。教師在制作視頻課件的過(guò)程中可利用這一功能自動(dòng)完成配字幕的操作。雖然現(xiàn)階段的配字幕還不能實(shí)現(xiàn)百分之百的正確率，但相對(duì)于人工打字的方式，效率早已成倍提升。另外，人工智能的視頻功能還可將一段較長(zhǎng)的視頻切分成多個(gè)切片，然后根據(jù)視頻中的內(nèi)容、關(guān)鍵詞等形成關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。

（2）課堂學(xué)生反饋分析。學(xué)生在課堂上的反饋是教學(xué)評(píng)價(jià)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，但教師將主要精力放在授課上，無(wú)暇去觀察每一個(gè)學(xué)生的具體表現(xiàn)。在人工智能技術(shù)下，可將學(xué)生們?cè)谡n堂上的學(xué)習(xí)過(guò)程錄制成視頻，并且錄制時(shí)要保證清晰度，然后利用人工智能算法和軟件工具分析學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)狀態(tài)，利用視頻識(shí)別的技術(shù)判斷學(xué)生的表情、專注度、情緒、持續(xù)時(shí)間等基本參數(shù)，進(jìn)而得出每一位學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的態(tài)度。

（3）體育運(yùn)動(dòng)教學(xué)和測(cè)評(píng)。在專業(yè)的體育教學(xué)中對(duì)學(xué)生的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)提出了極高的要求，例如，足球運(yùn)動(dòng)員射門時(shí)的腳法、舉重運(yùn)動(dòng)員抓舉和推舉時(shí)的體態(tài)等，科學(xué)的教學(xué)和訓(xùn)練中需提高精度，對(duì)運(yùn)動(dòng)員的體育姿態(tài)做出嚴(yán)格的監(jiān)控，然后不斷改進(jìn)錯(cuò)誤的習(xí)慣。人工智能技術(shù)的引入有助于記錄下運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，并建立三維模型，開(kāi)展深度的數(shù)據(jù)分析，然后在這些技術(shù)的支撐下不斷優(yōu)化訓(xùn)練方法，提高訓(xùn)練的科學(xué)性和精確度[7]。

2.5 自適應(yīng)技術(shù)在教育中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，教師的主要工作是從海量的信息中尋找適宜的教學(xué)內(nèi)容，然后根據(jù)教學(xué)需求將這些教學(xué)內(nèi)容組織起來(lái)，編輯成PPT 課件或者視頻課件。對(duì)于學(xué)生而言，每一名學(xué)生在這種模式下都只能獲得相同的教學(xué)內(nèi)容，并且學(xué)習(xí)進(jìn)度要與授課內(nèi)容保持一致，但這種模式下也存在一定的弊端，主要問(wèn)題是有些學(xué)生基礎(chǔ)較為扎實(shí)，對(duì)于基礎(chǔ)性的內(nèi)容無(wú)需花費(fèi)過(guò)多的時(shí)間，而基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生甚至要從概念開(kāi)始學(xué)起，雙方在學(xué)習(xí)進(jìn)度上存在差異，難以同步。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)方式靈活性較差，難以滿足不同學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。在人工智能技術(shù)的支撐下，學(xué)生可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)學(xué)習(xí)，教師成為學(xué)生在學(xué)習(xí)中的組織者和教練，發(fā)揮自身的激勵(lì)作用。而人工智能技術(shù)可根據(jù)學(xué)生的學(xué)情，自動(dòng)化地匹配和推薦學(xué)習(xí)內(nèi)容，對(duì)于學(xué)生已經(jīng)掌握的概念或者學(xué)習(xí)內(nèi)容減少推薦量，而學(xué)生未能掌握或者熟練度不足的內(nèi)容則增加推薦量和訓(xùn)練力度。因此，人工智能技術(shù)可形成一種自適應(yīng)的教學(xué)模式，為每個(gè)學(xué)生量身打造學(xué)習(xí)方法。

3 提升人工智能技術(shù)教學(xué)應(yīng)用的措施

3.1 強(qiáng)化教師的信息技術(shù)教學(xué)素養(yǎng)

基于人工智能技術(shù)的信息化教學(xué)方式對(duì)教師的教學(xué)思維、教學(xué)角色、信息化應(yīng)用能力等都提出了新的要求，這些變化與傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)大為不同，因而要求教師做好準(zhǔn)備工作，尤其要提高有效的信息化教學(xué)能力。一方面，教師的知識(shí)主講人角色有所下降，并且在教學(xué)工作中承擔(dān)起組織、引導(dǎo)以及總結(jié)的職能，為學(xué)生們創(chuàng)造出更多的自主學(xué)習(xí)空間；另一方面，教師應(yīng)該具備操作信息化工具的能力，人工智能技術(shù)雖然具備較高的自動(dòng)化水平，但是在某些教學(xué)活動(dòng)中依然要求教學(xué)工作者操作軟件、分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論，尤其是存在建模需求的教學(xué)工作[8]。

3.2 加大技術(shù)創(chuàng)新力度

人工智能技術(shù)的發(fā)展非常迅速，因?yàn)槠湓诒举|(zhì)上是對(duì)算法的提升，而算法優(yōu)化和更新的周期相對(duì)較短，產(chǎn)品迭代速度非?？臁⑷斯ぶ悄芗夹g(shù)應(yīng)用于各類教育活動(dòng)中時(shí)離不開(kāi)技術(shù)創(chuàng)新?，F(xiàn)有的教育教學(xué)產(chǎn)品也要不斷改進(jìn)，在數(shù)據(jù)、智能化方面提升性能。當(dāng)前的人工智能技術(shù)還處于初步發(fā)展的階段，其適用場(chǎng)景還較為簡(jiǎn)單，未來(lái)需根據(jù)復(fù)雜的教育活動(dòng)開(kāi)發(fā)出高水平的人工智能技術(shù)和產(chǎn)品，真正解決某些教育難題，如鍛煉國(guó)內(nèi)學(xué)生的英語(yǔ)口語(yǔ)，避免“啞巴英語(yǔ)”。

3.3 重視隱私保護(hù)

在人工智能教育模式下，教師和學(xué)生將大量通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的方式開(kāi)展教學(xué)，并且會(huì)出現(xiàn)錄制視頻和語(yǔ)音等一系列行為。在網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的法律法規(guī)中要求保護(hù)公民的隱私權(quán)，人工智能技術(shù)在運(yùn)用過(guò)程中會(huì)收集大量的用戶信息，為了實(shí)現(xiàn)用戶畫像，還要在大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上不斷訓(xùn)練數(shù)據(jù)模型。因此，在人工智能教育模式下要格外重視隱私保護(hù)的問(wèn)題。

4 結(jié) 語(yǔ)

現(xiàn)代化教育教學(xué)中可借助人工智能技術(shù)為學(xué)生提供海量的學(xué)習(xí)資料、創(chuàng)造個(gè)性化的學(xué)習(xí)場(chǎng)景以及降低學(xué)習(xí)成本。人工智能技術(shù)在教育中的典型應(yīng)用場(chǎng)景是實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)教學(xué)、課堂視頻采集和分析、語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別等。這些技術(shù)可自動(dòng)化地完成閱卷、打分、推薦學(xué)習(xí)資料等，極大地提升了教學(xué)工作的效率。