人工智能在高等教育領域中的應用和挑戰

[摘 要]工業4.0時代，人工智能技術推進了各行業、各領域的重大變革。高等教育也迎來了數字化轉型升級。本文從人工智能技術在教育行業的興起出發，圍繞AI助教、虛擬仿真實驗室、智能教學評價、視頻教學資源制作、多媒體課件制作五個方面探討了人工智能在高校中的應用。提出人工智能在帶來機遇的同時，對高校數據和隱私安全也帶來挑戰，可能造成師生對技術的過度依賴，產生數字鴻溝。高等院校在迎接人工智能技術帶來便利的同時，也要著力尊重和維護人類自主性和創新性，加強人工智能師資隊伍建設，推動教師完成角色轉變和能力提升。

[關鍵詞]人工智能；高等教育；應用；挑戰

習近平總書記強調“人工智能是新一輪科技革命和產業變革的重要驅動力量，將對全球經濟社會發展和人類文明進步產生深遠影響[1]”。當前，人工智能應用進入爆發式增長，工業、醫療、金融、互聯網、家居等領域不斷涌現新模式、新業態。作為催生教育結構變革的重要力量，人工智能也正引領教育行業加速走向信息化。教育部發布的《教育信息化2.0行動計劃》明確提出，要充分利用云計算、大數據、人工智能等新技術，助力教育教學、管理和服務的改革發展[2]。

早在2011年，一系列人工智能軟硬件應用就開始在教育市場落地布局。如批改網利用語義識別技術在線自動批改英文作文；英語流利說APP，通過語音識別技術實現英語口語在線測評、寫作打分和深度自適應學習；學霸君APP，利用圖像識別技術實現拍照答疑。如今，人工智能應用更為廣泛和深入，認知計算、情感計算、高級機器人等技術愈發成熟。作為人工智能技術研發和應用的主陣地，高等院校也在積極推動人工智能與高等教育的融合發展，利用人工智能大模型助力教學科研創新，支撐學科和專業發展，提升高校現代化治理水平。

一、人工智能在高等教育中的應用

現階段，人工智能技術在國內外高校已經有了令人欣喜的應用場景，對高校教學、科研和行政管理工作產生了積極的推動作用。以下列舉五類主要應用場景。

（一）AI助教

知識的學習和消化需要學生不斷練習鞏固和教師的有效反饋，但大部分課程的教師數量有限，很難做到對每個學生進行及時有效反饋。特別是在高校通識課程中，學生數量能達到上百人，這種矛盾更為突出。AI助教的產生，使得這種一對一教學、個性化教學成為可能。美國佐治亞理工學院于2016年推出AI助教Jill Watson，在課程的在線論壇上，她能一對一回答學生提出的問題，對學生作業進行批改評價，同時還能連線在線學生和課堂學生，建立學生之間的學習社群。在國內，AI助教也在多所高校進行了探索和布局。清華大學AI助教系統不僅能夠提供全天候的學習輔導和智能評價反饋，還能引導學生進行深入思考；北京大學AI助教能輔助教師制作課程教案，回答學生提問，幫助他們建立個性化知識庫；浙江大學AI助教能對學生聽、讀、寫等核心英文能力進行考核評估，并提出針對性學習建議和方法；香港科技大學推出AI講師，以不同角色外貌和語言風格，為學生講授課程。AI助教的產生，使得人工智能在高校中的角色從“工具”轉變為“伙伴”，使得全天候、個性化、全流程學習成為可能。

（二）虛擬仿真實驗室

高校實驗室是實驗教學和實踐實習的重要場所，是培養創新人才的搖籃，高校實驗室建設也是學科建設的重要內容。目前，我國高校實驗室建設情況良莠不齊，部分實驗室設備材料缺乏，資源共享不能滿足學生自主研究實驗的需要。部分實驗室技術隊伍建設不足，無法勝任指導學生實驗、競賽的重任。在“AI+新工科”背景下，人工智能加持下的虛擬仿真實驗室應運而生。通過學習、計算和可視化渲染，人工智能生成實驗設備材料的高度仿真模型，建立虛擬仿真實驗場景，引導學生進行模擬實驗，并實時生成實驗結果反饋。北京大學建設的口腔虛擬仿真智慧實驗室，不僅能在線上進行虛擬仿真實驗教學和評估，還能在線下進行虛擬仿真訓練和評估。目前，該系統已服務國內高校在校大學生18000人次。

（三）智能教學評價系統

教學評價是根據教學目標對教學過程和結果進行價值判斷的過程。教學評價是教學活動的“指南針”，對調整教學方式和推動教學質量提升具有重要作用。傳統的教學評價主要依靠教師的主觀判斷，受個人認知水平、經驗影響較大，難以真正做到公正、全面、客觀。評價往往以測評或考試結果為主，無法獲知學生課堂參與度、創新能力、批判性思維等綜合表現，而且考試結果也會受到臨場發揮的影響，無法真實反映教學情況，不能為教學活動改進提供指導意見。在人工智能技術加持下，智能教學評價系統對課堂中學生的行為表現、面部表情、發言情況進行捕捉采集，形成較為完善的評價依據。建立學生個人檔案庫，通過每堂課學生學習數據的追蹤和橫向對比分析，實現學生學習評價的動態化和具象化，為教師及時進行學業干預和課程方案調整提供數據支持。同時，智能教學評價系統建立多維度教學評價指標，對不同學生采用針對性評價工具，形成以知識性評價為主，多種素養性評價為輔的全方位教學評價體系。此外，打破單向評價的傳統，形成“師生評價+師師評價+生生評價+社會評價”的綜合評價窗口，讓各方共同參與教學評價，使評價結果更具說服力。例如，美國普渡大學開發的“課程信號系統”，能對學生的課堂表現、學習歷史和學習特征進行分析，并提供學業警告，采取干預措施，以提高教學的有效性。

（四）視頻教學資源制作

視頻教學資源指為教學的有效開展提供的以視頻形式呈現的素材。其制作一般包含腳本創作、素材拍攝和搜集、剪輯、特效生成、語音合成、字幕生成等步驟，需要投入較多的時間和精力，制作周期較長。生成式人工智能AIGC（Artificial Intelligence Generated Content）的興起，帶來了全新的生產力工具，使這一制作周期大大縮短。人工輸入指令，計算機能自動生成與之匹配的圖像、視頻和音頻。在這一技術上，國內外已有相對成熟的公有大模型。如在腳本創作方面，有國外OpenAI的GPT-4和國內百度AI平臺的文本生成API；在剪輯上，有Adobe Premiere Pro的Auto Reframe功能和國內騰訊云智能剪輯服務；在語音合成上，有谷歌的Text-to-Speech和國內的科大訊飛語音合成技術；字幕生成和翻譯方面，有IBM Watson Speech to Text和百度翻譯API。

人工智能創作，不僅提高了視頻教學資源的制作效率，節省了人力資源成本，也帶來了視頻創作的多樣性。根據學生不同的學習習慣和接受程度，AIGC能生成不同語言風格、內容形式的視頻資源，滿足學生個性化、多樣化的學習需求。

（五）多媒體課件制作

以PPT為代表的多媒體課件是最重要和最常用的教學輔助材料之一，集成了文字、動畫、圖片、視頻、聲音等內容，具有內容豐富、形式多樣、互動性強的特點，對構建良好的課堂環境，提升課堂效率具有重要意義[3]。而目前多媒體課件的制作和應用仍存在一些問題，如一些教師在制作PPT時，只是對課本內容的簡單照搬，缺乏對內容的多角度解析和優化；一些教師的PPT色彩堆砌雜亂，缺乏視覺重點；還有一些PPT通篇文字，缺少視頻或圖片的采集和編輯。人工智能技術為高校多媒體課件制作帶來了新思路和新模式。借助人工智能自然語言處理技術，教師輸入課程或報告主題、章節內容，系統匹配出相應模板，并自動進行分頁設計、語句優化、動畫設計等操作；利用圖像識別技術，系統自動對圖示和表格進行美化，對提供的圖片和視頻進行提取插入；利用機器學習算法，系統根據個人授課或演講風格生成講稿。所有操作還能根據人工指令進行二次修改。目前，市面上已有相關軟件和插件，如ChatPPT、auxi、Mind Show等。人工智能的出現，提高了高校教師的多媒體課件制作效率和質量，促進了學生對課堂知識的理解與吸收，也將教師從煩瑣的課件制作任務中解放出來，能夠更好地開展課程設計、教學創新和學生個性化培養等工作。

二、人工智能給高等教育帶來的挑戰

人工智能給高等教育帶來極大機遇的同時，也帶來了隱私安全、學術不端和數字鴻溝等諸多風險和挑戰。

（一）隱私和數據泄漏風險

人工智能大模型在研發和使用過程中需要攝取海量真實數據，將難以避免地獲取到師生的個人身份、年齡、興趣、學習習慣甚至面容等隱私信息。高校如果對這些信息不加以保護，很可能造成信息泄露，被不法分子利用，將危及師生生命和財產安全。對整個學校來講，涉及國家利益的教學科研數據、重要人物數據一旦外泄，將對國家安全造成嚴重威脅。因此，保護隱私和數據安全是發展人工智能、實現教育信息化的重要一環。

（二）學術不端和道德敗壞風險

以往耗費大量精力才能完成教學和學習任務，如今借助人工智能，敲敲鍵盤，動動鼠標就能輕松完成。但如果盲目貪圖這樣的便捷性，利用人工智能投機取巧，編造學科作業、科研論文、實驗數據，就會造成嚴重的學術不端和道德敗壞問題，不僅不利于個人能力素養的提升，對個人世界觀和價值觀、學科及相關領域的發展也會造成不利影響。縱觀世界歷史，無論科技如何進步，技術只是人類社會的生產工具，真正推動社會向前發展邁進的，始終是人的思維和勞動。

（三）數字鴻溝風險

對學校來說，購買或定制人工智能大模型、部署大模型需要的數字基礎設施、訓練大模型需要的海量信息數據等，都需要較大的資金和資源投入。這對于欠發達地區或者經費不充足的學校來講是一個不小的負擔。對學生個體來講，一些人工智能平臺只能提供有限的免費使用時長，想要長久使用就需要付費訂閱。經濟門檻剝奪了部分學校和學生個體使用人工智能技術的權利，導致他們被邊緣化，造成了數字鴻溝，差距被進一步拉大。

三、高等教育應對人工智能浪潮的措施

（一）尊重和維護人類自主性

任何技術的產生和發展都是為了更好地為人類服務，而不是取代人類。高校本質上是培養人才、塑造靈魂的重要平臺，在享受人工智能帶來便捷的同時，要尊重和保護人類自主性，保持獨立思考和自主學習能力，切忌過分依賴人工智能。對教師來說，應保持自身在教學過程中的主體地位，在個性化教學、教學場景革新、課程體系重構等方面尋求創新突破。對學生來講，加強警惕，明辨是非，樹立正確的世界觀和價值觀。正確使用人工智能，防止“信息繭房”固化思維。努力提升自主學習能力和人際交往能力。

（二）推動教師完成角色轉變和能力提升

傳統教育模式下，教學環節主要以課堂講授為主。教學信息化背景下，教師不僅要完成線下教學，還要利用人工智能模型分析學生課堂學習情況、知識掌握情況，利用人工智能軟硬件制定個性化教學設計、制作教學資源。這需要教師完成從知識傳授者到學生學習的引領者的身份轉

變[4]，并具備相關的信息化素養和能力。在繁重的日常教學科研任務之余，幫助教師完成這種心理和能力上的轉變，也是人工智能成功應用于高等教育的重要前提。

（三）加強人才引進，提升師生信息化素養

人工智能技術迭代更新速度快，只有不斷學習探索，才能更好地了解和掌握人工智能技術，助力教師教學科研和學生成長成才。而普通教師缺乏這樣的學習途徑，且沒有足夠的時間精力進行系統化學習。這就要求高校重視起師生信息化素養的提升。一是加強人工智能技術隊伍建設，建立人工智能和教育信息化的崗位和科室，引進人工智能和相關專業人才；二是對現有教育技術部門和各學院教務秘書等教學輔助人員進行人工智能技術的系統化培訓，通過專家講授、相關企業參觀學習、技能考核等形式提升其人工智能專業素養，樹立自主學習、終身學習的思想理念；三是針對普通教師和學生開展人工智能方面的培訓，使其能夠掌握相關軟件、硬件，利用人工智能助力課堂教學和科研實習。

結束語

人工智能技術將不斷演進迭代，“人工智能+

高等教育”將會以更多更令人興奮的應用場景，推動高等教育跨越式發展。在擁抱新技術的同時，高校應該識變應變，規避人工智能帶來的潛在風險，提高師生正確使用人工智能技術的意識和能力，鼓勵學生自我創新，打破學科壁壘，利用人工智能為社會創造更大價值，使人工智能真正成為高等教育的好工具、好伙伴。

參考文獻

[1]王政.加速人工智能應用落地[N].人民日報，2024-8-7（17）.

[2]中華人民共和國教育部，教育部關于印發《教育信息化2.0行動計劃》的通知[EB/OL].教技（2018）6號.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html.2018-04-18.

[3]董曉菲，李靜，唐永光，等.應用轉型背景下師范生多媒體課件制作能力提升策略[J].科技風，2024（12）：85-87.

[4]陳凌白.人工智能在高校個性化教育中的應用與挑戰[J].教書育人（高教論壇），2024（9）：12-17.

作者簡介：何建霄（1996— ），男，漢族，四川樂山人，南京農業大學信息化建設中心，專業技術初級，碩士。

研究方向：教育信息化、數字影像技術。