人工智能技術在中小學課程設計中的應用探索

樓滿芳

摘要：人工智能技術如何在教育教學中得以深入開展應用已經(jīng)只是時間問題，本文旨在進行中小學課程研發(fā)上的人工智能技術應用進行一些可行的探索，目的在于尋求課程設計的模型建立標準，提出可能出現(xiàn)的問題并制定加以解決的機制。

關鍵詞：人工智能；課程設計；解決機制

中圖分類號：G420 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）27-0246-02

人工智能技術在教育教學領域的滲透，已經(jīng)只是時間和深度的問題。在高校，這樣的研究和探索已經(jīng)掀起熱潮，并陸續(xù)出了很多研究成果。但在基礎教育階段，受條件所限，并未能出現(xiàn)良好局面。本人早年也曾在中學任教，深知教學技術改革之迫切，也希望能結(jié)合所在地區(qū)的中小學課堂教學的現(xiàn)狀，嘗試探索符合當?shù)刂行W學情的人工智能技術的應用。

一、什么樣的課程需要人工智能技術的應用？

本文討論的人工智能技術，就是新四代專家系統(tǒng)。采用大型多專家協(xié)作系統(tǒng)、多種知識表示、綜合知識庫、自組織解題機制、多學科協(xié)同解題與并行推理、專家系統(tǒng)工具與環(huán)境、人工神經(jīng)網(wǎng)絡知識獲取及學習機制等最新人工智能技術來實現(xiàn)，具有多知識庫、多主體特點。細分一下，屬于診斷型和調(diào)試型的組合，是用于教學和培訓的系統(tǒng)。在進行課程設計中，需要著重于兩個問題：（1）如何判斷知識點是否被理解接受？（2）如何幫助學生對知識的理解接受？把傳統(tǒng)的課程設計用一個流程圖來表示，見圖1。

傳統(tǒng)的聽課評價，基本上也是根據(jù)以上的流程來進行點評，教師的個人魅力在課堂上處于舉足輕重的位置。如果根據(jù)課程的教學目的跟學生去一一對應會發(fā)現(xiàn)，在同一所學校里，不同的班級、不同的教師、差異化的學生個體造成了教學目的實現(xiàn)程度的千差萬別。人工智能技術是否可以縮短這種差距呢？我認為是可能的，關鍵在于找準切入點，目的在于解決教師課堂教學所受限制部分的問題。因此，從中小學（以浙江金華地區(qū)為例）課程的設置情況來看，人工智能技術（AI）在目前的常規(guī)課程和素質(zhì)拓展課程中都可以發(fā)揮其特有的作用。

二、課程設計中的人工智能技術如何解決問題？

當下探索的人工智能技術應用，應該是用于輔助教師進行更深入更直觀更有想象力的工作，針對每種不同課程，需要解決的問題大概分為這幾類：第一類，是某些因條件有限而無法切身體會的情境，如語文、地理、歷史等課程中涉及的風景勝地、歷史情境，AI技術可以幫助學生得到身臨其境的真切感受。第二類，某些有一定危險性的物理、化學實驗，或者因受所在學校條件限制而無法在實驗室中完成的實驗，可以利用AI技術輔助完成。第三類，有些拓展知識是融合了自然科學、歷史、數(shù)學、哲學等各方面的學科知識而形成的，甚至涉及美學、音樂等藝術類課程，在很多中小學中能駕馭這類課程的師資不多，但此類需求卻越來越強烈，因此借助AI的應用，可以使更多偏遠地區(qū)的學生有機會享受到跟大城市里學生一樣的優(yōu)質(zhì)教育資源，有利于教育的公平發(fā)展。第四類，學生因個人學習基礎、學習能力差異而導致容易產(chǎn)生接受程度較明顯差距的問題。教育一直倡導“以學生為主體”，“主體”包括了真誠地接納、準確地解析、耐心有效地引導、適時地關注、及時地反饋、衷心地祝福。這樣的主體意義，意味著教師們不光要走心，還要付出大量的時間，學生數(shù)量卻不能多。以當下的現(xiàn)狀，AI技術的應用可以幫助教師們在更大程度上去實現(xiàn)這樣的責任和教育情懷。

那么，我們理想中的具有AI元素的課堂流程是怎樣的呢？

AI中的虛擬現(xiàn)實技術，可以解決因客觀條件有限而無法實現(xiàn)的體驗以及實驗，配套的神經(jīng)系統(tǒng)甚至可以讓學生產(chǎn)生除了視覺和聽覺以外的感覺。強大的存儲功能以及算法的運用，使學科之間的互通互融成為一件簡單的事情，這樣的“老師”是非常博學的。對話設置的人性化設計，可以滿足更多個性化需求，兼顧不同學習能力、不同知識層次的學生要求。這樣的教學輔助系統(tǒng)不會存在情緒上的波動，避免了因教師個體因素對學生造成的學習壓力以及可能產(chǎn)生的“厭學”、“畏難”情緒。

當前的技術發(fā)展已然可以將人類的個體學習能力做一個比較數(shù)據(jù)化的分析，而基于生理以及心理的因素也導致構(gòu)建一個個性化學習輔導系統(tǒng)成為非常有可能的事，比如總部位于上海的乂學教育。集團近年在積極推廣的一套松鼠AI智適應系統(tǒng)，測學練測輔，五維一體。基本實現(xiàn)了語文、數(shù)學、英語、科學（生物、物理、化學）等等基礎課程的知識輔導體系。但我們不能鼓勵學生都去上校外機構(gòu)的培訓課程，這是本末倒置，那就努力提高校內(nèi)課程的質(zhì)量。

三、教師和學生在人工智能技術應用上充當?shù)慕巧鞘裁矗?/p>

對教師來說，一定要正確認識到AI技術的積極作用并主動參與其中。首先，教師是知識的梳理者。教師應該清晰課程中學生可能遇到的困難，并利用團隊的力量將這類困難分解成若干個“小坑”，有助于學生通過各種方法慢慢“填坑”，最終完成既定的教學目標。其次，教師也是教學過程的設計者，了解傳統(tǒng)授課過程中的課堂局限，以及希望有所突破的環(huán)節(jié)，并恰當?shù)卦谶@些環(huán)節(jié)中使用AI進行輔助教學。最后，教師還是學生學情的質(zhì)檢員。教師應該通過傳統(tǒng)和現(xiàn)代手段，對學生的學習情況有精準而全面的了解，也要善于利用現(xiàn)代AI技術對學生個體進行更精細的分析，便于更好地進行課堂教學以及師生交流。

因此，教師的工作將變得更有趣，老師們可以通過設計一些虛擬情境，實現(xiàn)非常棒的課堂效果，也可以通過數(shù)據(jù)分析進行更科學的課程改革，探索更符合青少年規(guī)律的教育理念。

對學生來說，他們無疑是最大的受益者。首先，學生是人工智能技術的使用者，是受體，他們將面對前所未有的信息傳播方式，在調(diào)動幾乎全身所有神經(jīng)細胞的情況下吸引知識，將使個人的記憶力、想象力、創(chuàng)造力得到更大程度的激發(fā)。其次，學生在享受人工智能技術帶來的新變革的同時，也是對新技術的學習階段，每個個體將對自身做出更明確更符合實際的要求，非常有利于學生認清自己的優(yōu)缺點，有助于揚長避短，發(fā)揮個人潛能。再者，人工智能技術本身是在不停發(fā)展進化的，而教師和學生的積極參與，將成為技術進化過程中的催化劑和助燃劑，必將為人類社會的高度文明化做出貢獻。

四、需引起注意的幾個問題

人工智能技術的廣泛應用是歷史趨勢，也是人類挑戰(zhàn)自我尋求突破的機遇。在這樣的一個歷史階段，必然會有一些問題出現(xiàn)，比如對教師這個職業(yè)的擔憂，比如對于教育能否真正實現(xiàn)越來越公平的爭議。這些問題都不必逃避，而是用我們的智慧來加以分析。但所謂物極必反，如果寄希望于讓人工智能技術來取代教師的所有工作，顯然是不符合教育規(guī)律和青少年身心發(fā)展的，因為在我們的教育理念中，教育的目的是要培養(yǎng)學生的德、智、體、美、勞等全面發(fā)展，樹立正確的人生觀、價值觀、世界觀是教育過程中的核心責任。因此，人工智能技術的日趨成熟以及越來越深入廣泛的應用，目的在于將教師從繁重的機械性工作中解脫出來，在現(xiàn)實教學資源無法滿足的情況下得到有力輔助。作為教書育人的教師這個職業(yè)來說，可以更好地提升其整體研究能力和隊伍的純潔度，換句話說，混日子的教師將無法繼續(xù)混日子，而學生遇到的將是越來越多的受益終生的“良師”。

參考文獻：

[1]郝冠毅.人工智能技術的普及[J].電子技術與軟件工程，2018，（16）：250.