人工智能教育應(yīng)用的典型特征與發(fā)展趨向分析

鄭珂 趙偉剛

摘要：本文探討了人工智能在教育領(lǐng)域的多種應(yīng)用方向和應(yīng)用模式，分析了人工智能教育應(yīng)用的特點(diǎn)與特征，并探討了其未來的發(fā)展趨向，希望能夠?yàn)槲覈斯ぶ悄芘c教育的深度融合發(fā)展提供一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：人工智能;深度學(xué)習(xí);ITS;自動化測評;教育應(yīng)用

目前，人工智能已經(jīng)在社會的多個(gè)領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用，在經(jīng)濟(jì)、社會等方面引起了巨大的變革。在人工智能的沖擊之下，教育領(lǐng)域也發(fā)生了巨大的改變，人工智能與教育的深度融合應(yīng)用已經(jīng)愈演愈烈。在這樣的大背景下，探討和研究如何采用新型的人工智能技術(shù)，進(jìn)一步推動教育事業(yè)的融合發(fā)展具有重要的作用。本文探討了當(dāng)前人工智能與教育的融合現(xiàn)狀，分析了人工智能與教育深度融合的發(fā)展趨勢，希望能夠?yàn)槲覈斯ぶ悄芘c教育深度融合發(fā)展提供一定的理論參考。

人工智能教育的幾種應(yīng)用方向

1.智能導(dǎo)師系統(tǒng)

智能導(dǎo)師系統(tǒng)由之前的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件進(jìn)行深層演化而來，它可以對人類教師的行為進(jìn)行模仿，是人工智能技術(shù)的重點(diǎn)應(yīng)用方向之一。這個(gè)系統(tǒng)主要由領(lǐng)域模型、導(dǎo)師模型和學(xué)生模型三個(gè)部分組成，其中領(lǐng)域模型是算法的核心基礎(chǔ)，它為導(dǎo)師模型和學(xué)生模型之間的溝通架設(shè)了交互數(shù)據(jù)的橋梁，適用于個(gè)性化的指導(dǎo)和服務(wù)。本系統(tǒng)可以根據(jù)內(nèi)部的算法進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐评砼c探索，根據(jù)模型當(dāng)前的知識水平和情感狀態(tài)，針對性地做出調(diào)整和改變，確定最為適宜的決策，從而為學(xué)生提供個(gè)性化的教育服務(wù)。

2.自動智能化評價(jià)

對于教學(xué)而言，教學(xué)評價(jià)是重要的環(huán)節(jié)，它對于提高學(xué)生的知識掌握水平、中小學(xué)生的知識應(yīng)用能力具有重要的作用。在人工智能時(shí)代，評價(jià)系統(tǒng)可以大大解放教師的勞動，由傳統(tǒng)的評價(jià)方式轉(zhuǎn)為更加自動化、智能化的評價(jià)，在教育界掀起了一場深刻的變革。自動化測評系統(tǒng)能夠進(jìn)一步提高評價(jià)的效率和準(zhǔn)確性，甚至可以做到實(shí)時(shí)性的評價(jià)和反饋，大大減輕了教師的評價(jià)工作負(fù)擔(dān)，并可以給出多項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，為教學(xué)方法改進(jìn)和教育決策提供重要的輔助。當(dāng)前較為廣泛的應(yīng)用場景主要包括計(jì)算機(jī)專業(yè)程序作業(yè)自動測評系統(tǒng)、外語專業(yè)口語智能評價(jià)系統(tǒng)、自動化短文評價(jià)系統(tǒng)等。

3.智能教育游戲

人工智能研究的重點(diǎn)方向之一便是游戲的智能。在教育領(lǐng)域，游戲已經(jīng)不只是一種娛樂休閑的方式，也可以從多個(gè)角度進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生玩家的知識應(yīng)用能力，提高他們的技能掌握水平。與其他游戲略有區(qū)別，教育游戲應(yīng)當(dāng)包括教學(xué)目標(biāo)，包含具體的評分系統(tǒng)，在游戲設(shè)計(jì)上向教學(xué)內(nèi)容深度靠攏，進(jìn)行融合與改進(jìn)，從而形成靈活、可調(diào)的游戲系統(tǒng)，進(jìn)一步增強(qiáng)游戲?qū)τ趯W(xué)生的吸引力。教育類的游戲應(yīng)當(dāng)構(gòu)建更加開放、更加靈活的框架結(jié)構(gòu)，并創(chuàng)設(shè)多種視角，進(jìn)一步提高玩家的應(yīng)用能力，增強(qiáng)他們的知識技能，當(dāng)前許多人工智能應(yīng)用公司和游戲公司達(dá)成了合作，共同開發(fā)了許多益智類的教育游戲。

中小學(xué)人工智能教育應(yīng)用的典型特征

1.智能化

智能化是人工智能與教育充分融合的重點(diǎn)發(fā)展趨勢之一，也是人工智能最主要的特征。當(dāng)前，海量的數(shù)據(jù)中包含著豐富的信息和無盡的價(jià)值，人工智能模型可以在合理的算法架構(gòu)基礎(chǔ)上，借助高性能的計(jì)算設(shè)備對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和探索，從而作出更加智能更加精準(zhǔn)的預(yù)測和判斷。可以想象，在未來會有更多的智能化教學(xué)工具，給教師和學(xué)生帶來全新的教學(xué)體驗(yàn)。教師創(chuàng)設(shè)智能化的教學(xué)情境將更加方便快捷，人機(jī)交互也更加智能，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會感受到更多的樂趣。

2.自動化

以往，人工智能難以進(jìn)行較為主觀的推理和評價(jià)，但是隨著深度學(xué)習(xí)的發(fā)展和提升，人工智能系統(tǒng)對非確定目標(biāo)的評價(jià)將會更加準(zhǔn)確，甚至超過人類，特別是在自然語言處理、文本信息理解、文本深度挖掘等方面，人工智能技術(shù)將更加成熟，并廣泛地應(yīng)用于教育系統(tǒng)之中。這可以將教師從原本十分繁重的教學(xué)評價(jià)中解放出來，從而將有限的精力投入到其他工作中。

3.個(gè)性化

人工智能系統(tǒng)可以基于教師和學(xué)生的信息、性格、知識水平、成績趨勢、社交信息等多種因素建立綜合性大數(shù)據(jù)庫，并且創(chuàng)設(shè)更加智能、更加復(fù)雜的算法結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行自我更新與學(xué)習(xí)，從而創(chuàng)建更加個(gè)性化、更貼近人類實(shí)際的模型結(jié)構(gòu)。這樣就可以更好地滿足教師和學(xué)生的個(gè)性化教育需求，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化評價(jià)、個(gè)性化推送、深化指導(dǎo)等多項(xiàng)個(gè)性化智能化服務(wù)，大大提升教師和學(xué)生的智能體驗(yàn)。

4.協(xié)同化

在當(dāng)前科學(xué)可預(yù)見的范圍內(nèi)，人與計(jì)算機(jī)的相互協(xié)同發(fā)展是人工智能水平進(jìn)一步提升的有效方法和技術(shù)趨勢。學(xué)習(xí)的過程是學(xué)習(xí)者根據(jù)已掌握的知識內(nèi)容進(jìn)行類比和聯(lián)想，從而理解和創(chuàng)造新知識新內(nèi)容的過程。當(dāng)前人工智能還處于較低的階段，對新知識的理解、新內(nèi)容的創(chuàng)造，對它們來說往往比較困難，這時(shí)候就需要教師和學(xué)生以及專業(yè)人員對人工智能系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同和輔助，以幫助它們采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，進(jìn)一步優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)和內(nèi)在參數(shù)。因此，在人工智能與教育的協(xié)同應(yīng)用過程中，人類的參與也是十分重要的，人機(jī)相互協(xié)助、相互協(xié)同，將成為人工智能與教育融合發(fā)展的長期趨勢：

中小學(xué)人工智能教育應(yīng)用的活動模式

1.以數(shù)據(jù)驅(qū)動引領(lǐng)教育信息化發(fā)展方向

當(dāng)前人工智能技術(shù)已在教育領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，在許多項(xiàng)目上都取得了重要的突破。縱觀人工智能的發(fā)展歷史，與最初的規(guī)則化的判斷推理，以及今日機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)的模型搭建相比，人工智能系統(tǒng)具有更強(qiáng)的判斷能力、更準(zhǔn)的預(yù)測能力、更強(qiáng)的推理能力，這固然受益于理論的突破、算法的改進(jìn)，同時(shí)，海量的數(shù)據(jù)及質(zhì)量較高的數(shù)據(jù)也發(fā)揮了重要的作用。特別是大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，為人工智能發(fā)展提供了重要的信息支撐。

在教育領(lǐng)域，數(shù)據(jù)也發(fā)揮了重要的作用，它可以進(jìn)一步科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亟忉尳逃谋举|(zhì)、教育的現(xiàn)象、教育的趨勢，也可以反映出學(xué)生最近的變動、教學(xué)的規(guī)律，以及對比多種教學(xué)方法所取得的教學(xué)效果。數(shù)據(jù)驅(qū)動和數(shù)據(jù)分析，給予教學(xué)評價(jià)更加精準(zhǔn)的量化和模型，使得教育學(xué)由傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)性評價(jià)走向了量化評價(jià)和數(shù)據(jù)評價(jià)，更加具有實(shí)用性和客觀性。

2.以深化應(yīng)用推動教育教學(xué)模式變革

在教育界，人工智能取得了重大突破，其中找對模型和方法，合理使用技術(shù)是其成功的關(guān)鍵所在。當(dāng)前的智能系統(tǒng)往往并不具有較強(qiáng)的通用性，而是具有場景性和專業(yè)性，對不同的教育場景、教育活動、教育問題要進(jìn)行具體的分析和專項(xiàng)的調(diào)試與模型搭建，使整個(gè)系統(tǒng)在這種教育場景下，具有更佳的表現(xiàn)效果。因此，將人工智能與應(yīng)用驅(qū)動緊密結(jié)合起來，是人工智能技術(shù)和教育進(jìn)一步深度融合發(fā)展的重要趨勢。例如，針對學(xué)生的口語識別和口語采用長短時(shí)記憶模型，要比傳統(tǒng)的圖方法和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有更好的效果。人工智能技術(shù)在教育界要創(chuàng)建更加泛化、更加通用、交互性更強(qiáng)的數(shù)據(jù)模型和邏輯架構(gòu)，結(jié)合具體的應(yīng)用進(jìn)一步增強(qiáng)智能化的預(yù)測評價(jià)和推理，為新型教學(xué)模式發(fā)展和改進(jìn)提供技術(shù)支撐。

3.以融合創(chuàng)新優(yōu)化教育服務(wù)供給

在教育領(lǐng)域，人工智能的廣泛應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科跨領(lǐng)域的融合性應(yīng)用與技術(shù)創(chuàng)新。人工智能并不是一個(gè)單向的學(xué)科，而是與其他學(xué)科具有千絲萬縷的聯(lián)系，特別是與神經(jīng)科學(xué)、腦科學(xué)、心理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域，進(jìn)行了深度交叉，從而進(jìn)一步推動自身的發(fā)展。此外，人工智能科技水平的提升離不開人類的貢獻(xiàn)，特別是對人工智能這門學(xué)科的教育培訓(xùn)和技術(shù)傳承，可以說人工智能與教育相互促進(jìn)，共同發(fā)展。

人工智能技術(shù)與多門學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式進(jìn)行深層次的融合，可以進(jìn)一步打破傳統(tǒng)教學(xué)模式的限制，進(jìn)一步提高教育的智能化水平，實(shí)現(xiàn)教育的跨學(xué)科、跨平臺、跨時(shí)間、跨空間，為建設(shè)更加靈活、更加包容的學(xué)習(xí)平臺奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。例如，教師與學(xué)生可以利用MNIST手寫數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集，來完成數(shù)字與文字內(nèi)容的識別;利用網(wǎng)絡(luò)獲得空氣質(zhì)量PM2.5數(shù)據(jù)，對城市環(huán)境變化規(guī)律進(jìn)行分析。

在中小學(xué)人工智能教學(xué)中，教師要把人工智能理論與課程實(shí)踐案例結(jié)合起來，針對人工智能教育教學(xué)的重點(diǎn)，完成人工智能的課程教學(xué)與實(shí)踐。

成效與反思

當(dāng)前，隨著機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)理論的突破性進(jìn)展，人工智能技術(shù)迎來了黃金發(fā)展期，并在多個(gè)領(lǐng)域取得了重大突破。然而在人工智能發(fā)展的過程中，仍然有許多問題需要解決和探索，如如何更加有效地獲取大規(guī)模、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，如何創(chuàng)建更加通用的模型架構(gòu)，如何在具體的應(yīng)用場景下調(diào)整參數(shù)以取得最佳的效果等。

在教育方面，不僅要應(yīng)用人工智能，還要對人工智能進(jìn)行改進(jìn)和更新，進(jìn)一步提升人工智能系統(tǒng)的效果和表現(xiàn)，從而充分發(fā)揮人工智能技術(shù)優(yōu)勢，增強(qiáng)教學(xué)效果，提升學(xué)生的綜合能力。

另外，由于人工智能技術(shù)對教師的計(jì)算機(jī)能力要求較高，所以教師在提升自己的專業(yè)能力過程中，不能只注重教學(xué)能力的提升，還應(yīng)注重計(jì)算機(jī)能力的提升，只有這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)綜合素質(zhì)的提高。