人工智能融入課程教學探討

王國琿，田 會，馬衛紅

（西安工業大學光電工程學院 陜西 西安 710021）

自1956年美國達特茅斯學院的夏季學術研討會上首次正式使用人工智能這一術語后[1]，人工智能的發展經歷了3次浪潮和2次寒冬，直到2006年隨著深度學習的出現，人工智能迎來了蓬勃發展期，并逐漸與教育、醫療、交通等領域融合，對這些領域產生了重要影響。

李德毅院士在2019年中國智能教育大會上做主題報告時指出，人工智能影響最大的行業是教育。聯合國教科文組織也在2019年國際人工智能與教育大會成果文件《北京共識——人工智能與教育》中提出[2]：通過人工智能與教育的系統融合，全面創新教育、教學和學習方式，并利用人工智能加快建設開放靈活的教育體系，確保全民享有公平、適合每個人且優質的終身學習機會。由此可見，人工智能與教育融合以促進教育改革已經成為國際社會的共識。人工智能與教育的融合發展給教育帶來了深刻變革，推動教育向智能化方向邁進。

吳巖表示，課程是人才培養的核心要素，是教育的微觀問題，解決的卻是戰略大問題[3]。在我國，課程教學仍然是學校培養人才的重要途徑，人工智能融入課程教學是教育改革發展的必然，那么人工智能融入課程教學的動因有哪些？能給課程教學帶來哪些變革？人工智能融入課程教學時遇到的難題是什么？這些問題的解答，對于推動人工智能融入課程教學具有重要意義。本文將從普通教育工作者的視角審視并試圖回答這些問題。

1 人工智能融入課程教學的動因

1.1 國家戰略：人工智能融入課程教學的時代背景

2017年，國家發布了《新一代人工智能發展規劃》[4]，標志著人工智能已上升為國家戰略，《新一代人工智能發展規劃》作出開發基于大數據智能的在線學習教育平臺和智能教育助理、提供精準推送的教育服務、積極開展智能教育的重大戰略部署。為了加快推進人工智能與教育的深度融合和創新發展，教育部先后印發了《高等學校人工智能創新行動計劃》[5]《教育信息化2.0行動計劃》[6]等文件，對構建網絡化、數字化、智能化、個性化、終身化的教育體系，建設人人皆學、處處能學、時時可學的學習型社會提出了具體要求。課程教學作為學校教育、教師教學、學生學習的重要方式，必須與人工智能融合發展，充分利用人工智能技術輔助課程教學，構建符合學生自適應學習需要的課程教學體系以提高課程教學效果和人才培養質量。可見，人工智能融入課程教學是國家戰略的需要。

1.2 教育需求：人工智能融入課程教學的內生動力

傳統的課程教學普遍采用“班級授課制”[7]，即同一年齡階段的學生坐在同一教室，采用同一教學內容和評價方式的課程教學組織形式。然而單一的“班級授課制”難以實現學生的個性化培養，亟待對這種課程教學組織形式進行改革以滿足學生個性化發展的需要。人工智能技術所帶來的學情分析、學習資源智能化推薦、學習效果自動化測評使得學校精準化教學、學生個性化學習成為可能。人工智能融入課程教學是學生個性化發展的必然要求，是教育自身求變的迫切需要。

1.3 技術進展：人工智能融入課程教學的強大驅動

人工智能技術加速了教育的變革，改變了教與學的方式。與課程教學相關的關鍵技術主要包括大數據技術、深度學習、語音與圖像識別、自然語言處理、情感計算、智能感知技術等[8]，目前這些技術已經取得了突破性進展，利用這些技術研發出來的教育人工智能產品在課程教學方面表現不凡。比如，訊飛智能語音系統對口音不作任何訓練的演講人，識別準確率可達95%，如果能夠對口音和對于使用的領域做訓練，準確率可以做到近乎百分之百。這些技術的進展和產品的應用，為課程教學提供了強有力的輔助，拓展了課程教學的內涵和空間，有力地推動了課程教學革命。

2 人工智能融入課程教學帶來了課程教學的重要變革

2.1 有的放矢：人工智能融入課程教學實現課程教學精準化

人工智能融入課程教學實現課程教學精準化主要體現在學情分析和課程教學目標確定上。課程教學過程中運用數據挖掘、機器學習等技術對智能終端設備、可穿戴設備等收集來的教育大數據進行聚類、回歸、預測等分析，揭示文本、圖像、視頻等非結構性教育大數據背后蘊含的教學問題和規律，得到所需的學情信息。學情分析包括兩個方面：一方面依據每個學生的學習記錄、學習態度、性格特征、興趣愛好、生活軌跡等具體信息，分析學生學習的困難所在、知識掌握情況，刻畫學生的數字肖像，生成學生個人學情報告；另一方面對整個班級的學習氣氛、成績分布等進行分析，得到班級學情報告。學情分析是開展課程精準教學的基礎，授課教師在進行課程教學時根據學情報告，采用針對性的教學內容、個性化的教學策略和適切的評價方式。課程教學目標的確定建立在學情分析基礎上，課程教學目標不再是知識傳授、能力提升，而是在培養學生的學科思維和基于知識的能力時，更關注學生的個性化差別，通過精準教學，滿足學生的個性化發展需求，提升學生的學科素養、綜合素養，實現學生全面發展。

2.2 因材施教：人工智能融入課程教學實現學生培養個性化

人工智能融入課程教學實現學生培養個性化主要通過學生個性化課程學習路徑來實現。課程學習路徑是指借助大數據、機器學習、深度學習等技術，針對課程知識點和能力要求構建的符合不同學生知識水平、能力層次、興趣愛好等的課程學習路線[9]。依據學情分析、課程教學目標、課程教學內容、課程知識體系等，學生個性化課程學習路徑將被生成，具體如圖1所示。學生課程學習路徑是動態調整的，根據學生當前的學習情況確定線上學習、線下學習的時間、內容、進度等的安排，從而滿足學生個性化學習的需要。

人工智能融入背景下的課程教學以線上、線下混合式教學為主要形式。線下教學采用智慧課堂授課的方式進行；線上教學需要借助智能教學系統，主要包括課程資源推薦、學生自主學習。線上教學與線下教學密不可分、相互補充，兩者的關系如圖2所示。

線下學習。人工智能融入背景下的課程教學中課堂授課仍然是重要形式，只不過課堂授課已經“智慧化”了。依據學生個性化課程學習路徑，每個學生只需接受自己所需的課堂教學，因此每個學生的課堂學習內容、時間不盡相同。智慧課堂授課依賴于智慧教室建設，根據智慧教室反饋回來的信息，教師實時調整教學進度：如果學生感到吃力則放緩教學進度；如果學生掌握牢固則加快教學進度。智慧課堂的具體教學形式采用傳遞—接受式教學、探究式教學等。

線上學習。①課程資源推薦。智能教學系統依據學生的學習軌跡，分析學生的學習能力、知識掌握情況、興趣愛好等，然后再根據本課程中的知識點為學生進行智能化課程資源推薦。②學生自主學習。學生根據實際的需要使用智能教學系統提供的虛擬教學場景在課前或課后進行個性化自主學習。智能教學系統能夠模擬有效的一對一教學，通過智能記憶復習、自助問答、真人問答、知識點導航、智能提問、游戲化激勵、學習能力訓練與提升等方式，幫助學生進行自主學習。

在開展課程教學時，線上教學與線下教學相結合，根據學生個性化課程學習路徑科學合理地安排課堂教學計劃與個性化自主學習活動，在課堂授課滿足班級學習利益最大化的同時，讓學生實現個性化自主學習。人工智能融入背景下的課程教學中人機協同是最突出的特征，傳統課程教學過程中所涉及的輔助性或重復性的工作交由智能助理來完成，將授課教師從繁重、機械的工作中解放出來，使授課教師將主要精力放在教學設計、課堂授課等核心工作上，從而提高工作效率。此外，課程教學過程還體現了師生協同、生生協同。人機協同、師生協同、生生協同三位一體、互為補充、相互促進，共同推動課程教學有效開展。

2.3 不拘一格：人工智能融入課程教學實現課程評價多元化

人工智能技術的發展使得課程教學全過程信息的收集、分析、展示成為可能，從而改變了課程教學效果的評價方法和評價形式：①由單一的結果性評價轉變為多元的過程性評價，課程評價貫穿于課前、課堂、課后等課程教學的各個階段，以課程評價來診斷、反思、調節課程教學過程，確保課程教學取得好的成效。②評價主體由單一的教師評價轉變為機器助評、教師評價等多主體參與，機器助評不僅能夠得到實時、客觀、有效、可用的測評結果，還能根據分析結果給出學習建議或學習策略，減輕了教師評價的工作負擔，提高了課程教學評價的效率。根據學生整個課程的知識掌握情況、學習成績、學習狀態等綜合進行課程學習效果分析生成的課程學習報告，為學生整個學業評價、學校教學管理提供重要依據。

3 人工智能融入課程教學遇到的發展難題

3.1 數據共享方面

人工智能融入背景下，課程教學中線下教學所使用的智慧教室與線上教學所使用的智能教學系統目前還屬于不同的系統，可能由不同的公司開發和維護，不同系統存在數據接口不一致、數據耦合性差等問題，教育數據共享較難。基于以上原因，使得人工智能融入背景下的課程教學中存在教育大數據數量不足、質量不高、數據共享困難等問題。

3.2 政策制度方面

人工智能與教育的融合發展處于起步階段，人工智能融入課程教學是一個新生事物，將會面臨一系列問題，比如如何對專業教師進行培訓，如何對教師進行激勵獎勵，如何實現課程教學過程中的數據隱私保護和倫理教育，等等。針對這些問題的具體政策制度尚未建立，這在一定程度上阻礙了人工智能融入課程教學的進程。

3.3 專業師資方面

教師的能力決定了人工智能融入課程教學的質量和開展課程教學的效果。教師不僅需要全面掌握所講授課程的內容，而且需要對人工智能融入課程教學的本質有明確的了解，具備在人工智能技術輔助下駕馭課程教學的能力。就目前情形來看，各高校對人工智能融入背景下從事教學的專業教師隊伍建設沒有清晰統一的認識，加大了人工智能融入課程教學的難度。

此外，人工智能融入課程教學還遇到其他一些實際困難，如教師及教育管理者對其認識不夠清晰；課程教學體系還未建立；在人工智能融入背景下開展課程教學沒有成熟的經驗可供借鑒；所需的智慧教室、智能教學系統等軟硬件建設周期長、成本高，等等。這些都在一定程度上限制了人工智能融入背景下課程教學的開展。

4 結語

針對人工智能融入課程教學遇到的發展難題，需要國家、高校、教師、企業共同努力，推動人工智能融入課程教學過程中。

人工智能融入課程教學是對傳統課程教學的改革與創新。本文回答了人工智能融入背景下的課程教學能做什么、人工智能融入課程教學的困難在哪等問題，以期為人工智能融入課程教學貢獻力量。