基于NLP 和NLU 的智能教學系統設計

滑貝貝 ,何鳴皋

(1.云南大學 職業與繼續教育學院,云南 昆明 650091;2.云南大學 信息技術中心,云南 昆明 650091)

0 引言

2021 年教育部印發的《教育信息化中長期發展規劃(2021—2035 年)》指出要積極發展“互聯網+教育”,加快推進教育的信息化。利用NLP 和NLU 技術創建智慧教學環境,促進學生深度學習,是當前教育發展的新趨勢?；诖?在人工智能環境下,結合現代化學習理論和當地教學實際,利用已有的智能教學設備,創建深度教學環境,開發出基于“人工智能+教育”理念的智慧教學系統。在智慧教學環境下,結合現代教育理論進行教學設計,利用計算機輔助教學創建多維互動教學模式。本文對人工智能與學科融合的路徑進行了探索。

1 NLU 和NLP 的概念

NLU 和NLP 概念自從出現以來便是人工智能研究的重要子領域之一,也是人工智能領域研究的難點之一,尤其是在教育領域的應用方面。自然語言處理和理解技術,以機器為支持對語言信號進行識別和理解,使語音信號轉化為文本和支持命令,它的核心是語言分析技術。自然語言理解的主要作用,就是可以讓計算機具有簡單理解人類語言的能力,而語音信號經過自然語言處理技術的分析處理,發出指令對智能設備預存的知識庫進行搜索,進一步進行知識的搜索與信息的提取[1]。

2 NLP 和NLU 智能教學系統的應用價值

基于NLP 和NLU 等人工智能技術設計的智能教學系統有以下5 點應用價值:第一,構建智能的學習環境促進學生的深度學習,利用人工智能教學的高效性,實現教師的分層教學;第二,利用人工智能教學資源,促進協作式學習[3];第三,利用思辨課堂的生成性,為學習者營造一種可以實現自主學習的深度學習環境,促進學生自主性的深度學習,同時改變傳統的教學模式,發揮學生在學習中的主體地位,以全新的形式呈現教學內容;第四,教學設計以時間線的形式,將課前、課中、課后進行連接,實現教學環境與教學模式的雙向改變;第五,作為新一輪的教學技術變革為教育注入新的活力,優化了教學過程,實現了資源共享,豐富了教育教學形式。

3 創建智慧教學環境

3.1 硬件——安裝智能教學設備

該教學系統是一款基于自然語言處理(NLP)、自然語言理解(NLU)、機器閱讀等多種人工智能技術的、具有智能會話能力的智能教學產品。學習者無須親自掌握復雜的AI 技術,僅通過簡單配置,就可以使用教學系統創建自己的會話機器人,并將其部署在不同終端上(如網站、移動App、智能硬件等)。學習者可以在智能教學機器人中配置自己特有的知識庫,實現智能問答,也可以通過多輪對話與第三方API 集成實現學生自主學習服務,使用該教學設備創建會話機器人,為學生提供咨詢、導航類服務[2]。

3.1.1 智能教學設備內置智能白板——交互性

該智能教學設備集成了微型LED 投影機,能夠通過機器視覺自動識別當前環境中的投影幕布、白板、白墻,自動調整角度,增加教學內容的可視面積,解決了以往只能與單個學生或少數學生交互的問題,提高了教學的受眾數量,拓展了傳播范圍。

3.1.2 智能教學設備實現人機“地空協同”——實時監控

智能教學設備與無人機“地空協同”。通過對無人機的全自動控制,擴展該設備的活動范圍,提高信息采集能力,增強了教學的交互性。教師向教室內的學生提問時,無人機自動起飛,通過無人機攝像頭和智能教學設備的鎖定,識別舉手回答問題的學生,并攜帶無線麥克風自動飛到舉手學生上空,將麥克風遞送給學生。學生回答問題時無人機攝像頭拍攝學生畫面,傳送回教學設備,并通過教學設備的投影機展示。學生回答完畢后,無人機自動返航并通過地面標志物圖像識別,自動降落在智能教學設備旁邊[3]。

3.1.3 智能教學設備內置數據庫——資源共享

少數民族地區可通過利用人工智能開發的智能教學系統幫助構建深度學習環境,讓欠發達地區的學生也能有機會接受高質量的教育,把教師從照本宣科的重復性工作中解放出來,把更多的精力投入創新性和啟發性的教學活動,進行德育教育和因材施教。

3.2 軟件——智慧教學App 功能說明

3.2.1 指點地理App

指點地理App 是一款集增強現實(AR)、拼圖、游戲、微課視頻等功能于一體的自主學習和課堂教學平臺,可以豐富學生的地理人文知識[4]。該App 可以提供游戲化、生動化的地理知識訓練,拓展地理人文知識,有效激發學生的學習興趣。

3.2.2 智學網App

智學網App 內置海量題庫、閱卷、在線評測等功能,為學生提供智學網查分、考試報告、試題解析、個性化學習,為家長提供成績分析、學習周報、教師通知等服務的在線教育平臺與應用工具。

4 教學系統設計

教學系統設計步驟如表1 所示。

5 教學評價體系

5.1 360 度教學評價體系

該教學系統設計了360 縱橫交錯式教學評價體系,將課前、課中、課后的評價串聯進行縱向評價,將學生的地理學科與其他學科并聯進行橫向評價[5]。

5.2 智能App 數據分析

智學網系統包含學生作業正確率、習題完成度、教師的評價多個緯度,通過數據的形式進行展示。

6 結語

總的來說,人工智能與教學融合是未來新型的教學方式,作為新時代的教育工作者,應該積極創新教學方法,革新教學方式,借助人工智能提高教學的創造性,為教育注入新的活力,為實現教育公平貢獻力量。