基于人工智能技術的混合式教學模式研究與設計

蘇明 劉中秋

摘要：隨著人工智能領域下多種機器學習的出現，人工智能應用于教育將給教育的信息化和智能化帶來諸多新的理念和實現手段。如何將人工智能融入教學過程，使智能教學成為新的信息化模式，以引導新型混合式教學模式的探索成為研究熱點。本文在研究人工智能技術相關內容尤其是機器學習和智能教學系統的基礎上，設計提出了一種結合線上智能系統與線下人力教師的全方位多途徑聯助的混合式教學模式，能夠較好地適應以學生為中心的個性化學習需求，并對學習者核心素養、情感互動及創造性等方面給予啟發，從而達到精準教學的目的，實現全方位的人才培養。

關鍵詞：人工智能技術;智能系統;機器學習;混合式教學;精準教學

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A

引言

近年來，隨著國家關于人工智能等新一代教育信息化的方案和行動計劃的提出，人工智能和教育的深度融合成為教育技術的發展趨勢。如何將人工智能融入教學過程，使智能教學成為新的信息化模式，以引導新型混合式教學模式的探索成為研究熱點。

1人工智能的提出及在教育中的應用

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。從人工智能概念提出以來，主要的目標是將人的思維和智能在機器中得已實現和延伸。未來通過人工智能實現的科技產品，將會是人類智慧通過機器實現的集成器。

我國2016年5月國家發展和改革委員會等其他部門發表了《“互聯網+”人工智能三年行動實施方案》。2017年7月國務院印發了《新一代人工智能發展規劃》為智慧教育時代人工智能教育指明了正確的發展方向和途徑。2018年4月，教育部《教育信息化2.0行動計劃》的核心人工智能與教育的深度融合。另外《中國教育現代化2035》等的提出，為智能教育提供了重要政策保障和教學的力量。教育AI的發展，給教學尤其是遠程教學模式帶來了前所未有的機遇和變革。傳統的尤其是遠程教學的原有混合式教學更呼喚新的教學方法和模式變革。

2混合式教學模式概念和優勢

混合教學模式指的是將網絡教學和傳統單一的面授教學模式更好地結合在一起的一種教學方式，包括教學方法的混合、教學內容的混合以及教學手段的混合等。它主要是將線上（網絡教學）和線下（人力教師）兩種教學模式結合在一起。

混合教學模式的優勢主要包括三個方面。第一，能夠更好地以學生為中心，更好地檢驗和鞏固線上網絡學習平臺學習到的知識，從而有的放矢地針對學生的學習情況進行線下輔導。第二，從內容和方法上存在著較好的網絡學習平臺和較豐富的學習資源，把資源盡可能多地整合到一個平臺上，有利于資源整合和運用。第三，能夠充分利用發達的互聯網進行實時或非實時、同步或異步的知識講授和輔導，達到最大效度的學習效果。

3基于人工智能技術的混合式教學模式設計

基于人工智能技術的混合式教學模式是大數據、人工智能與教育教學的深度融合，在感知、傳輸以及存儲基礎上，以智能學習軟件為核心，以智能教室、智能教學資源、智能服務以及智能管理為支撐而形成的智能教育系統或環境，同時結合人力教師動態調整教學和輔導資源，從而全方位適應以學習者為中心的個性化學習的教學模式。它的核心理念是通過人工智能技術精準了解學生知識基礎、思維類型、品性特征、興趣傾向以及能力類型，配置學科知識進行人才培養。

本文研究設計的基于人工智能技術的混合式教學模式，如圖1所示，主要利用人工智能及其相關技術在智能計算、精準實施、數據挖掘以及個性服務等方面發揮作用，結合人力教師的全方位教學和輔導，以學習者為中心的個性化學習，從而實現教學尤其是遠程教學中精準教學的目的[1]。

3.1課程教學資源

課程教學資源以課程學習平臺為載體，可作為在線測評系統的資源來源，甚至可以作為答疑交流平臺的信息基礎。

3.2智能預測學生學習成績

運用大數據技術和人工智能機器學習如神經網絡算法，進行多次訓練和自適應學習的功能，分析與學生有關的學習數據，最終達到精準測試程度，可預測學生未來的學習情況和成績情況，為改進教學提供重要的依據分析，從而達到精準教學的目的。

3.3線上教學及輔導

（1）智能個性化學習導學支持。借助人工智能技術讓計算機扮演虛擬導師，不同學生采用不同的教學策略，針對不同個性群體進行個性化學習和指導[2]，為學習者提供個性化學習路徑和學習指導的學習支持系統。

（2）智能個性化學習知識推送，智能輔助教師進行教學。可以利用人工智能機器學習算法如基于K-means聚類算法，利用數據挖掘技術劃分不同類群體，將學生群體進行分組，有利于根據學生各自不同的學習風格和學習行為，提供群體個性化的學習知識推送支持。

（3）智能練習。借助人工智能技術，按照學習者的學習需求和學習情況，提取、整理并提供適合學習者的練習，實現個性化推送練習。

（4）智能輔導。采用人工智能神經網絡等算法對學生重難點知識及學習行為進行數據收集和特征提取。系統自動調節推薦類似題目和相關知識點，從而實現更精確和及時的輔助教學，同時幫助人力教師了解學生行為，進行學生學習成績分析，加強學生和教師之間的有效互動[3]。

（5）智能批改。利用人工智能技術實現在線批改作業功能。如MyScript技術精確識別手寫信息，包括各國語言、數學符號、音樂符號以及圖形等，并對這些筆跡信息進行數字化轉換，系統經過篩選和比較學生作業是否符合系統的正確答案進行智能批改。

（6）智能答疑（問答）。運用人工智能機器學習和大數據技術將積累的無序語料信息進行有序和科學的整理，并建立基于知識的分類模型，準確實現情景對話和融合知識問答。支撐各種形式問題的智能問答。

3.3智能精準學習評價

利用人工智能大數據設計專門的程序，分析學生行為軌跡并進行即時反饋，可以給予學生更具有針對性的準確學習評價，實現精準、智能化的學習評價，為學生提高自身的能力水平提供依據和基礎。

3.4線下人力教師教學輔導

基于人工智能技術的混合式教學模式中，人力教師從大量煩瑣的重復性教學活動中解脫出來，主要根據課程內容和標準確定科學合理的教學任務，制定符合學生學習能力的學習目標;了解和掌握學生學習情況，并進行動態教學資源內容和形式的調整，以適應線上學習資源的動態調整和更新;對于學生人文素養、核心素養、情感互動以及創造性等人工智能不能達到的方面，需要線下人力教師適當與學生進行互動交流，啟發學生，達到全方位的人才培養目的。整個模式中，人力教師發揮了引導者的作用。

3.5基于人工智能技術的混合式教學實施

基于設計的混合式教學模式，在具體教學過程中的實施方式如圖1所示。簡單說，整個教學模式分為課前、課中、課后3個環節，分為線上和線下2大模塊。通過人機科學合理地有機結合實施教學，能夠全方位適應不同學習者的個性化教學，并最終達到統一的教學目標。

（1）課前。課前線下人力教師根據課程模塊教學內容和要求以及學生學習水平和不同學習特點確定合適的教學目標，從網絡學習平臺已有學習資源中篩選或制作新的教學資源形成課程教學資源庫，可以是視頻、音頻、文檔、圖片或者網頁鏈接等，發布到網絡課程學習平臺供學生隨時隨地線上自主學習。知識個性化推送等的內容選取，需適應智能導學系統個性化學習指導，完成適合學生的個性化知識傳授;人力教師在設計資源庫的同時，可以根據教學目標和學生的情況，設計制作相應的練習、網絡學習平臺網絡測試題目和題庫，以供智能系統合理適配和調用相應的練習題目推送給學生，以幫助學生更好地了解自主學習情況。課前線上智能系統從資源庫中調用適當的題目檢測，結合人工智能大數據分析技術，對學習者學習基礎、學習能力做出科學合理判斷并進行學習成績預測，以更加準確地定位學習者，幫助學習者更加合理地設計學習路徑和個性化知識推送。

（2）課中。課中知識內化，線上智能系統發揮了主導作用。在課前精準預測的基礎上，運用人工智能技術的先進性，發揮智能導學作用，將學生分成小組，設計和制定一套適合不同學習者的學習路徑規劃，并按照路徑規劃合理匹配教學資源，從教學資源庫中調用并智能推送給學生，以適應個性化學習的智能知識傳授。智能系統合理適配和調用資源庫中的練習題目，推送給學生完成智能練習，以幫助學生更好地了解自主學習情況，并做精確的智能批改。同時，智能系統與人力教師進行互動，在學生學習過程中根據學生練習的情況進行適當調整，進行進一步的智能輔導，從而幫助學生更好地理解和掌握知識內容。課中人力教師通過與智能系統溝通發現學生自主學習中存在的問題，動態進行設計案例、情境、問題和檢測等任務，并更新課程資源，以適應學生不斷變化的學習需求[4]。這個過程中，線下人力教師可以以小組學習的方式建議學生個性化地搜集學習和輔導資料，為學生提供合適的學習工具和方法。例如，提供必要的、可行的學習APP，指導學生做筆記、畫思維導圖、小組討論、分享學習內容和心得等，在協同學習中獲取一些書本中沒有的知識，增進學生之間的距離，實現自主學習的優越性。另外，線上智能系統結合教學目標，在答疑交流平臺進行個性化答疑，完成智能問答，解決重難點;線下教師聯合線上學習平臺智能系統，運用頭腦風暴，開展小組內及班內的協同學習等討論學習與交流，通過協作培養學生的核心素養，探究實現知識共學、問題共同解決、智慧和情感共鳴，開發學生的思維和創新能力，并及時與線上智能系統協同，對學生遇到的問題給予具體化指導。

（3）課后。課后學習評價和知識拓展。線上智能系統對學生學習情況進行考核測試，并作出精準評價。線下人力教師根據人工智能大數據評價分析進行適當的教學調整，并做及時的更新，提高教學的針對性和目的性。另外，學生通過評價和反饋對各自的學習情況進行學習反思，針對疑難問題可以通過線上學習平臺的答疑討論、私聊等功能進行線上教師和學生之間以及學生和學生之間的討論和交流等互動。線上智能系統可以實時運用資源庫功能解答學生問題，線下人力教師進行非實時答疑解惑，并針對學生的共性問題及時調整，為教學做好準備。同時，線下人力教師還需提供一些拓展學習材料作為課程資源的必要補充，實現課后學習的延伸和擴展。學生可根據自身的學習情況選擇性進行拓展學習，培養學生主動探究知識的能力。

4結語

人工智能新技術的發展，對教育領域學習數據分析、教學方法和手段等具有積極作用，但目前人工智能機器學習在教育教學方面的具體應用不多，多處在試驗和探索階段。本文研究設計的基于人工智能技術的混合式教學模式，結合線上線下，將人工智能機器學習、大數據技術等作用于教育教學，能夠做到以學習者為中心，更加智能精準地分析學習者學習特性，并有針對性地進行教學和輔導。通過線上智能系統和線下人力教師的共同作用，不僅完成了課程知識的精準教學，而且培養了學生的核心素養，在開發學生思維和創新能力等方面有了更多延展空間和可能性。。

參考文獻

[1]劉勝男，吳曉如.人工智能如何改變教育？[J].中國傳媒科技，2015（7）：15-16.

[2]牟智佳.“人工智能+”時代的個性化學習理論重思與開解[J].遠程教育雜志，2017（3）：22-30.

[3]騫宇澄，劉昭策.深度學習的實現與發展——從神經網絡到機器學習[J].電子技術與軟件工程，2017（11）：30-31.

[4]姜強，趙蔚，王朋嬌，等.基于大數據的個性化自適應在線學習分析模型及實現[J].中國電化教育，2015（1）：85-92.

作者簡介：蘇明（1975-），女，遼寧沈陽人、碩士，副教授，研究方向為人工智能，計算機網絡;

劉中秋（1979-），男，黑龍江佳木斯人，學士，助理研究員，研究方向為計算機應用。