試論人工智能在教學中的運用

劉鵬

【摘 要】 人工智能是一門研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術應用系統的一門科學。[1]應用于課堂教學中的對于促進教育公平、提高教學效率具有積極意義。隨著人工智能與課堂教學的深度結合，人工智能將表現出學校面臨淘汰、強化家長責任、弱化傳統規范、轉移教育費用、定制個人教材和缺乏情感教育等一系列發展趨勢。

【關鍵詞】 人工智能；課堂教學；運用現狀；趨勢

2016年10月美國頒布了《國家人工智能研究與發展策略規劃》，為國家資助的AI研究與發展劃定策略，此舉是為了應對人工智能蓬勃發展大趨勢，著眼長期對社會的影響與變革，保持美國政府對人工智能發展的主動性和預見性。2017年7月8日我國國務院頒布了《新一代人工智能發展規劃》，人工智能的高速發展為加快建設創新型國家和世界科技強國推波助瀾。

一、基本概念

1、人工智能

人工智能英文全稱Artificial Intelligence，簡稱AI。本質上是一種對人的意識、思維的模擬，有望像人類那樣思考甚至超過人類的智能。當前，新一代人工智能相關學科發展、理論建模、技術創新、軟硬件升級等整體推進，正在引發鏈式突破，推動經濟社會各領域從數字化、網絡化向智能化加速躍升。[2]人工智能與教育深度結合之后成為課堂教學的主力，同時也將給教育帶來前所未有的挑戰。目前，人工智能正在以公平化、高效化、個性化為導向促進教育教學飛速發展。

（1）發展背景。人工智能的發展可以分為五個階段：在1956年以前是人工智能的孕育期，1945至1970年是人工智能的形成期，1966年至1974年是暗淡期，1970年至1988年是知識應用期，1986年至今是集成發展期。[3]人工智能在移動互聯網、大數據、超級計算、傳感網、腦科學等新理論新技術以及經濟社會發展強烈需求的共同驅動下，目前呈爆炸式發展，人工智能即將成為經濟發展新引擎，重新整合全球資源。

（2）特點。①智能化。智能終端和傳感器將無處不在，基于大數據的自我學習能力會讓智能終端越來越聰明；②交互化。人與智能終端的交互方式將更加自然，設備會越來越能讀懂人類的想法；③服務化。在人工智能+互聯網的驅動下，各行各業將越來越“服務化”。不管硬件廠商、還是服務廠商都在整合設備、云和服務，開展集成式的服務創新；④創新化。在智能互聯時代，更加呼喚開源開放的創新平臺，實現依托產業鏈、生態圈的開放式創新。[4]

（3）分類。①弱人工智能。科學界普遍將不能夠模仿人類思維的人工智能稱為“弱人工智能”，無法與人類進行交互的人工智能、可以與人類進行交互的人工智能、可以通過外接設備進行升級的人工智能都屬于弱人工智能。我們在現階段課堂教學中使用的人工智能均屬于弱人工智能范疇。②強人工智能。與弱人工智能相對應的，我們將能夠模仿人類思維的人工智能稱為“強人工智能”。[5]可以通過云端共享信息的人工智能和能夠自主學習與創新的人工智能都屬于強人工智能。其最大的特點是大數據積累達到質變，終端具備自我學習能力和類似人類思維的能力。

2、奇點

奇點又名技術奇點，它是一個時間點。機器發展的過程中，數據和系統不斷升級，當從量變達到質變時，機器將具有自動學習和升級的能力，也就意味著奇點的來臨。[6] 1983年，數學家佛諾·文奇提出技術奇點（Technological Singularity）的概念，他將奇點定義為人工智能超過人類智力極限的時間點，此后世界的發展將會超出人類的理解范疇，世界的發展將會脫離人的控制。美國未來學家和人工智能先驅雷·庫茲韋爾在《奇點臨近》中預言20世紀50年代左右奇點臨近。奇點之前人類的智力依然主宰著世界的發展，不具備感情和自主意識的人工智能仍然是人類能力的延伸和補充。因此，我們預測和研究的人工智能在課堂教學中的運用和發展趨勢是指奇點前階段的人工智能。

二、現有課堂教學中人工智能運用的積極意義

1、促進教育公平

偏遠山區教育資源匱乏，城鄉和區域之間教育差距較大，優質教育資源總量不足。教育資源的落后地區的學生在知識儲備、實驗操作、閱讀視野上有很大不足。我國進城務工人員子女上學難、高考全國各地同題不同分的錄取方式等不公平等現象的存在成為制約教育均衡發展的關鍵因素。

人工智能可以應對教育不公平現象中的各種問題。人工智能將不受地域限制，整合優質教學資源并分享于網絡教學平臺上，增加優質教育資源的供給，讓更多孩子享受世界各地“名師”服務。甚至組合全球優質教學資源，主動生成針對性教學內容；人工智能不僅是海量移動知識儲存庫，而且具有搜集整理問題并整合資源，不斷升級學習系統的能力，能夠在課堂上針對學生的提問，主動設置相關聯知識庫，解決知識儲備難題；[7]推翻舊的地區差異錄取，讓學生足不出戶便可享受國家制定的均等優質教學資源。因此，未來的教育將不受地域差異，授課形式，年齡區別，教育背景等問題的困擾，真正實現教育公平化。

2、提高教學效率

教師工作中的重復性機械性勞動占用了教師在校的大部分工作時間，從而減少了課程編排和教學反思等腦力勞動的時間，造成工作效率低下；目前以教師為主導的課堂教學和無人工智能設備支持的課堂教學中學生只是吸取率低下。工作效率低下和知識吸取率低下都屬于教學效率低下。

（1）人工智能利用其高速運算能力和超強儲存空間在課堂教學中，避免教師做低附加值工作，為教師節約時間成本，提高教學效率。具體來說，人工智能可以將教師從批改試卷等重復性勞動中解放出來，并且實現課堂和課下的全時互動。從而讓教師騰出更多的時間和精力，創新教育內容、改革教學方法，把教育做得更好。智能系統會將學生做題的數據回傳數據庫，教師能從中了解學生對知識點的掌握情況，避免重復講解。

（2）人工智能正在逐漸實現人機交互功能，這有利于課堂的有效教學，保持學生的學習積極性和動力，從而提高教學效率。無論是人類學習還是機器學習，人在進行學習的過程中人機交互也帶動了機器數據的不斷翻新，從而達到機器的自我學習和不斷升級。可以說未來的人工智能在教學過程中是與人類一起學習的輔助教學工具和共同學習伙伴。此外，人工智能已具備圖像識別和語義分析技術，而且具有智能化搜集整理問題并整合資源的能力。[8] 掃描相應課本圖片來獲得3D展示，現場手機掃描后獲得的成像效果，能夠幫助學生更直觀的理解學科知識點；這對于課堂教學中知識點查詢，文章檢索和自動生成相關推薦，都有很大的幫助。海量數據庫資源答疑，幫助學生解決個人學習中的問題。

3、促進教學個性化

班級制課堂教學的授課對象眾多，課堂教學因學生個體差異而接受知識的水平不一，統一的教學方案和教學流程很難把握對學生個性發展的培養，教學過程中對學生個性的忽略導致學生創造力的衰微。

（1）人工智能比人類更擅長針對學生的知識、能力水平和潛在傾向等不同因素進行因材施教的個性化教學。由于計算機的高速運算能力遠遠大于人類，而且能夠不斷進化更新狀態，人工智能時代的計算機更具有自我學習能力，因此面對相同數量教學對象，人工智能更加快速將學生的階段性知識學習成果進行數據分析并歸類，針對學生的薄弱環節，定制、推送知識點，幫助學生告別“題海”，走向有效學習。

（2）面對眾多學習者，人工智能利用圖像捕捉技術可以全方位多角度捕捉個人面部表情，解讀分析表情數據并反饋到終端，在學習過程中及時反饋學習者的不同理解程度，調整個體學習內容和方案。通過捕捉課堂上學生的面部表情數據并分析，進行篩別并制定個性化培養方案有利于因材施教。

三、人工智能在課堂教學運用中的發展趨勢

隨著人工智能在未來課堂教學中運用的迅猛發展，將具有積極和消極的雙面發展趨勢，我們應當合理使用人工智能，使之為人服務，為課堂教學服務。

1、學校面臨淘汰

人工智能與教育的結合會使目前的學校教育落后，傳統意義上的學校會面臨淘汰。傳統意義上的學校提倡一刀切的課程設置，并對所有學生以固定的速度進行教學不符合時代的需求。人工智能系統在教學中允許根據學生自身情況定制課程，學習時間彈性化，并且減少對教室和教師數量的需求。因此，傳統學校的規模會發展地越來越小，大部分學校會面臨淘汰，一部分創新改革后的學校衍變為小規模學習中心，采取一對一授課模式或者成為具有專門性的學習中心。

2、強化家長責任

人工智能終端設備在教學中廣泛運用之后，減少學生在校固定時間，更加自主靈活的學習方式增加了家長承擔更大的教育責任。不僅教育面臨人工智能的挑戰，家長也面臨角色的轉換和增加。與傳統舊式家長相比，人工智能時代的學生在使用終端設備進行學習的過程中，家長還充當了教練、管理員和監督人等角色。

3、弱化傳統規范

傳統學校教育有一系列需要學生遵守的規范，而面臨人工智能的挑戰，出現更小規模和更個性化學習中心之后，減少了學生們聚集上課的時間，也就不需要遵守一些傳統的學校規范，并且學生們將會失去一些共同的行為，社會規范和文化規范。然而，在特定環境和時間下，會有新的規范相應產生。

4、轉移教育費用

由于傳統意義上的大規模學校和教師數量減少，學生只需要互聯網或者人工智能設備就可以進行學習，個人教育成本會大幅降低。但由于社會的競爭不會減弱，因此家長對孩子的教育投資不會減少。家長將更多地參與到孩子的學習中來，增加陪伴學習時間的同時教育費用將會有新的轉移。

5、定制個人教材

人工智能將全面改變傳統學校授課的教材，采取一種全新的教材形式。人工智能系統使用教師制定的教學大綱，結合學生個體差異定個人教材，或者按照教師的教學大綱中某個主題或學習環節，結合數據庫內容重新組裝一本主題教材。新定制的個人教材和主題教材更適應具體學習者的需求，從而更好服務教學過程。[9]

6、缺乏情感教育

奇點前的人工智能不具備情感和思維能力，也難以復制教師的行為模式。教師利用其教學管理經驗，情感分析能力和觀察能力，并且對學生給與人文關懷和思想交流，教師面對課堂教學的適應能力和對學生挑戰的情感反應，都是人工智能系統無法模擬的。人工智能教學系統輔助教學的同時無法為學生提供類似教師的情感教育是必然現象。

四、人工智能在課堂教學的良性發展保障

1、數據精準無誤

數據精準對于人工智能至關重要，需要嚴格避免采集的數據客觀上不能夠準確反映實際情況或者數據采集的過程中主觀上存在結構性偏差。課堂教學上，人工智能終端的海量知識庫的數據精準化對于知識傳輸至關重要。對于人工智能大數據和云端數據的采錄，必須嚴格把控，要求錄入知識庫的知識和內容精準無誤，這對于下一步知識的擴散是關鍵環節。

2、法律政策保護

法律應對知識產權的保護和隱私和數據的安全有政策性保護。在提供服務的過程中收集、使用用戶知識、個人隱私和數據，應當遵循合法、正當、必要的原則。課堂教學上，不得收集與提供教學所必需以外的學生的人機交互知識、學生學習隱私和考試數據或者將學生個人信息用于提供教學之外的目的，不得以欺騙、誤導或者強迫等方式收集、使用學生的個人信息。

3、強化道德規范

人工智能時代的到來，隨之而來的是許多新的道德問題，這也是全人類需要面對的一個共同挑戰。政府有效并適時的參與到為人工智能的價值觀和道德規范的過程中來，也將是一種必然行為。英國科普作家Philip Ball表示，機器人的道德問題是人類必須重視并且需要持續討論的議題。在課堂教學中，解答帶有種族歧視、政治敏感話題和蓄意冒犯他人的問題，人工智能終端應在道德規范程序的篩選下進行交互，對他人有尊重和保護的作用。

【參考文獻】

[1] 李連德.一本書讀懂人工智能[M].中國工信出版集團，人民郵電出版社，2016（07）6-7.

[2] 新一代人工智能發展規劃[EB/OL].國發〔2017〕35號，2017-07-08.

[3] 蔡自興.中南大學公開課：人工智能PK人類智能[OL].網易公開課open.163.com.

[4] 楊元慶.未來人工智能的四個特[M].techweb.com.cn，2016-11-17.

[5] 人工智能發展處于弱人工智能階段[OL].中國社會科學網www.cssn.cn，2017-04-05 .

[6] Ray Kurzwell（美）.The Sigularity is Near奇點臨近[M].機械工程出版社，2017（04）212-213.

[7] 人工智能如何獻力教育均衡發展[N].人民日報，2017-07-07.

[8] Ray Kurzwell.How to create a mind人工智能的未來[M].浙江人民出版社，2016（03）7-8.

[9] 14 Consequences of AI in education[OL].Blog.entefy.com，2017-07-06.

【作者簡介】

劉 鵬（1986-）女，漢族，陜西渭南人，中教二級職稱，現就讀于寶雞文理學院教育管理專業碩士研究生，渭南高新中學英語教師.