AI在中學課程教學領域的發展前景暢想

【摘 要】人工智能的發展為中學生自主獨立性學習能力的進一步培養和加強提供了得天獨厚的條件。如果人工智能發展到人們理想的境地，它將會代替中學教師的絕大部分工作，在課程教學過程中起著重要作用。教師在學生的課程學習過程中將承擔起組織者、激勵者的角色，更多的是做學生學習技能和學習方法的引路人。但未來的學校對教師的要求將會更高，在中學這個特殊的年齡階段，中學教師須是“百科全書式”的學者，在學習過程中必須有著更多更豐富的經驗和體會，善于發現和解決問題，給學生做出正確的引導。

【關鍵詞】人工智能；中學課程教學；發展前景；自主學習

【中圖分類號】G434? 【文獻標志碼】A? 【文章編號】1005-6009（2023）39-0034-04

【作者簡介】孫宏，安徽省滁州市教育體育局現代教育中心（安徽滁州，239000）主任，高級教師，主要研究方向為電化教育和教育信息化。

一、人工智能的概念

人工智能（Artificial Intelligence，簡稱AI）是通過計算機和機器模擬人類智能的科學和技術。它涉及設計和開發能夠模仿人類思維、學習、推理、感知和解決問題能力的系統，使機器能夠自主地執行復雜的任務，識別模式、做出決策并適應環境變化。人工智能包括多個子領域和技術，如機器學習、深度學習、自然語言處理、計算機視覺等。人工智能的目標是讓計算機具備類似人類的智能，包括理解和處理語言、視覺和聲音，解決復雜的問題，進行自主決策和學習，并不斷適應新情境。人工智能的應用范圍廣泛，涵蓋多個領域。目前人工智能尚有較大的發展空間，人工智能的概念也在不斷演變與拓展。隨著科技的進步和新的研究成果的出現，人工智能的應用范圍和潛力將繼續擴大。

二、人工智能在教育領域的研究和應用現狀

目前，人工智能在教育領域的研究和應用主要體現在以下5個方面：

（一）個性化學習

人工智能可以根據學生的學習需求，提供個性化的學習體驗和內容。通過分析大量的學習數據和學生行為模式，人工智能系統能夠為學生設計合適的學習路徑和資源，幫助他們更有效地學習和掌握知識。

（二）智能輔導和評估

基于自然語言處理和機器學習技術，人工智能可以為學生提供個性化輔導和指導。它可以通過聊天機器人或虛擬助教的方式與學生互動，回答問題解釋概念，并提供反饋和評估。這樣的系統有助于提高學習效果和學生的自主學習能力。

（三）自適應教育系統

人工智能技術還可以用于開發自適應的教育系統。這些系統能夠根據學生的進步和需求，動態地調整教學內容和難度，以提供更貼合學生能力水平的學習體驗。

（四）學習分析和預測

人工智能可以通過對學生行為和學習數據的分析，提取模式并預測學生的學習表現和需求。這樣的分析可以幫助教師了解學生的學習狀況，及時調整教學策略和資源，以更好地支持學生的學習過程。

（五）虛擬和增強現實

人工智能與虛擬現實（VR）和增強現實（AR）等技術結合，為學生提供沉浸式的學習體驗。通過虛擬實驗室、互動模擬和可視化呈現，學生可以更深入地理解抽象的概念和現象。

世界各地在教育領域利用人工智能技術開展教育教學遍地開花，個性化學習、智能輔導和教學助手、虛擬實驗室和模擬器、智能化評估和考試監控、語音和自然語言交互、智能化學習管理系統等AI應用的出現，不僅可以提供更好的教學效果，還有助于應對教育資源不均衡和個別化學習需求的挑戰。

三、人工智能在中學課程教學領域的發展

（一）人工智能開發的心理學基礎

中學生正經歷著身份的探索和建立階段，他們開始思考自己的身份、角色和與他人的關系，對自己的存在和價值經常有疑問，需要身份認同。中學生開始對自己的外貌、能力、成就等方面產生更強烈的關注和意識，他們更容易受到同伴的評價和比較影響，對自己的形象和自尊心敏感，自我意識增強，需要獲得贊賞。成就感讓他們內心自信，自尊得到滿足。中學生的情緒復雜和不穩定，容易出現憤怒、焦慮、抑郁等情緒，這與他們生理和認知發展密切相關。中學生希望獲得更多的自主權和決策權，自主性增強。他們想要在社交、學習和個人生活方面發展自己的獨立性和自主性，且已經具備一定的獨立性和自主性，同時也需要適度的指導和支持。中學生更加關注和重視同伴間的關系和交往，同伴關系在他們心里非常重要。他們追求歸屬感和群體認同，同學之間的友誼和互動對他們的心理健康和發展起著重要的作用。中學生面臨著升學壓力和對未來的不確定性，他們可能感到焦慮和壓力，需要支持和引導來應對這些挑戰。了解中學生的心理特點，才能夠更好地設計出人工智能環境下學生的學習活動。

（二）人工智能發展前景暢想

1.隨時隨地的個性化學習

在學習終端AI學習平臺（AI機器人）面前，學生完全可以在教師或家長的監護下，根據自己的興趣和情緒隨時隨地、自主獨立性地進行學習，個別自控能力強的學生甚至完全可以在不需要任何監護的情況下自己去完成學習任務。AI可以提供全天候不間斷的學習支持，解答學生的疑問，提供作業幫助和學習建議。在學習過程中，AI會逐漸為每個同學量身定制打造出個性化鮮明的完美學習路線圖。

AI通過學習，對每個學生的智商情商、性格心理、習慣愛好以及知識能力等各方面的情況了如指掌，總能抓住他們的心理，適時推出他們感興趣的內容，使其無縫進入到學習勝境之中。AI是學生的良師益友、知心伴侶，它總能根據現時情況恰如其分地適時推出適合學生的學習課程。對待學習能力強的學生，AI會逐漸地加深難度，向培優方面去努力，喂飽喂足，讓他們的才智得到充分的展示和發揮，讓他們能夠始終保持著旺盛的求知欲，對未知的領域有著強烈的探索欲望；對于學習能力相對比較弱的學生，則逐漸轉向最基礎方面的知識學習、最基本技能的把握及最基本能力的培養。這種系統能夠根據學生的學習過程、學生反饋和學習進度，調整學習內容。

學生在利用AI進行學習的過程中，學習的方式方法、難度選擇、挑戰模式等，有著更多的選擇權。AI能夠準確發現學生的特長，進而將學生引向其可以充分施展和發揮才能的方向。AI通過攝像頭能關注到學生的情緒變化，并通過人機對話和互動進行及時的引導，逐漸讓學生克服心理障礙。人機對話與互動并不只限于鍵盤和手寫，完全可以是面對面的自然交流。AI知識的豐富和廣博程度是教師難以企及的，想問就問，隨問隨答，對答如流。AI的性格能夠根據人們的性格變化而變化，或由你任意設定。AI可以讓學生獲得成就感和自信，從而變得陽光正直、平和善良。AI的理解、關心和體貼，讓學生覺得這個世界是如此的神奇與美好。當學生有疑問和困惑，或想探討交流，或想驗證結果的時候，可以隨時和ChatAI進行對話；可以和自己希望交流的人發起群體聊天進行探討；可以進入VR/AR，運用虛擬現實和擴增現實技術，進行身臨其境的體驗……

人工智能環境下的教育教學，是實現教育公正公平的最佳路徑和最好的選擇。畢竟沒有人能夠實現對每個學生都進行恰如其分的差異化教學，或者能夠對學生與學生之間的差異做出準確的認知和判斷。

2.應對復雜情況的教師

對于中學的課堂教學課程學習，教師應做好學生學習活動的組織者和激勵者。在課堂教學中，教師需要對學生進行學習技能和方法的培訓和引導，做好課堂學習環境紀律的維護，對自控能力比較弱的學生需要做好監護，幫助其逐步走上正軌。在人工智能環境下的學習，學生的知識面、學習能力、學習方法、所提出的問題、所出現的情況……很多時候都不是教師能夠預料到的，教師將面臨更大的挑戰。如果教師的知識面狹窄，學習體驗貧乏，應對突發情況的經驗不夠，沒有創新性，不具備開放性思維的話，他們在與學生的交往過程中會很尷尬。

雖然人工智能很強大，但是學生在人工智能環境下完全自主學習也是離不開教師的，更何況學校教育是個龐大的系統工程，學校教育并不只是課程學習，比如手工活動、美術活動、體育活動、文藝活動、實驗活動、生產勞動、社會活動、娛樂活動、走進大自然……所有的這些實踐活動都是需要教師去做認真籌劃和組織的。微軟和谷歌都有圖像機器人，它們的作品確實神奇美妙，給人一種很奇特的感受，但他們永遠替代不了梵高和達·芬奇。人類活動不可能沒有教育，無論科技怎樣發展，也還是需要教育，特別是基礎教育。科技是工具，是為人類服務的，科技的發展只會減輕教師某些方面的工作負擔。人工智能會代替現在教師絕大部分的工作，但有些教育工作必須要由教師來完成，基礎教育的教師不會因人工智能的出現而失業。科技的發展使得教育向更深的領域拓展，教師將面對新的任務和挑戰。

3.智能評估、精準決策

AI會采集學生學習的各種成績數據，用于學校和教師評估學生在知識和技能方面的掌握程度；會采集學生學習進度數據，記錄學生在學習過程中的進展情況，了解學生的學習速度和節奏；會采集學生的學習行為數據，監測學生在學習過程中的行為、情緒和心理狀態，例如參與討論、提問、答題等，以評估學生學習的主動性和積極性；會采集學生學習態度數據，通過問卷調查或情緒識別等方式，評估學生對學習的態度和情感反應，例如學習動機、興趣程度、自信心等；會采集學生學習資源使用情況數據，記錄學生在學習平臺或教育應用中的資源使用情況，例如在線閱讀、視頻觀看、練習題答題等等，以了解學習資源的有效性和學生的互動程度；會采集學生學習反饋和評價數據，比如學習過程中遇到的困難、需求和建議，以幫助學生改進學習體驗。

通過采集數據，教師可以了解對學生學習有幫助的各種信息。這種信息不僅能用于對學生學習效果進行評估，還可以作為開展下一步教學活動的決策依據。對各種數據的采集還是AI自身機器學習的需要。運用大數據和機器學習方法，AI會不斷地完善自己，對學生的學習做出準確的評估，對學生學習進行更精準的推送，為學生提供更個性化的學習方案和評價。比如，基于學習行為數據可以推薦適合學生的學習時間安排和學習路徑；基于學習成績數據可以為學生提供有針對性的輔導和資源推薦；基于學習反饋數據可以提供針對性的建議和改進方案。當然，在數據采集的過程中學校和教師要遵循相應的法律和道德準則，需要注意保護好學生的隱私和數據安全。

四、訓練人工智能教育模型的方法

為了對人工智能在教育領域的應用有更多的認識和理解，了解人類對人工智能在教育教學領域中的可操作性和可控性，避免對人工智能在教育領域某些方面的應用造成誤解和短視，筆者認為訓練人工智能教育模型應從以下幾個方面入手：數據收集、數據清洗和預處理、定義目標和指標、特征工程、模型選擇和構建、模型訓練和優化、模型評估和驗證、部署和應用。

訓練人工智能教育教學模型是一個復雜的過程，涉及多個領域的知識和技術，需要專業團隊的合作和指導。隨著新的數據和需求的出現，模型也需要不斷地更新和優化，以適應不斷變化的教育環境。

目前國內外關于人工智能在教育領域中學教育階段的研究和應用，一般都定位為教學的輔助手段。其實在課程教學中，人工智能可以作為重要手段協同開展教育教學，這對培養學生自主獨立性的學習習慣和提高其能力有著無可比擬的效果。