智慧教育背景下人工智能對計算機教育變革的推動研究

摘要：隨著科學技術的不斷發展，現代社會對人才的需求也發生了很大變化。當前，在智慧教育時代背景下，教師要想讓教育模式變得更主動、更有活力，就需要結合自身實際情況，合理、主動地創新教育模式，使學生既能學到更多的理論知識，又能熟練地應用到實踐中，更好地適應當前社會對計算機人才的實際需求。本文對智慧教育背景下人工智能對計算機教育的推動與變革進行了探討，以供參考。

關鍵詞：智慧教育；人工智能；計算機教育

引言

隨著社會不斷進步，我國教育體系正迎來重要的轉型期，智慧教育逐漸成為這一變革的核心趨勢。智慧教育的進步依賴于人工智能的應用。利用人工智能可以通過分析大量的學生數據資料，深入了解其學習模式、個性特質及潛在的發展路徑，進而為每位學生定制專屬的學習方案和個性化的教學計劃，確保教育方式更加合理有效。借助智能科技的力量，使教育實踐科學化和個性化。

1. 智慧教育和人工智能的概念

1.1 智慧教育的概念

智慧教育是一個包含智慧校園、智慧課堂、智慧服務等關鍵組件的綜合性教育體系，同時依托物聯網、云計算和大數據等前沿技術，形成一種新型教育模式。這種模式實現了教育過程的智能化、個性化、感知化，形成了無處不在的學習體驗，成為當今教育信息化發展的重要方向。

1.2 人工智能的概念

人工智能（artificial intelligence，AI）涉及計算機科學和工程學，旨在開發能夠模擬人類智能行為的技術與系統。通過模仿人類的感知、推理、學習和問題解決能力，AI能夠執行各種復雜任務，這些任務可能涵蓋語言理解、視覺感知、學習、規劃、推理、抽象思維等多個方面。AI通常依賴于大量的數據和算法，從中提取模式并進行預測。近年來，隨著算法和計算能力的進步，AI在自然語言處理、計算機視覺、語音識別等領域取得了顯著進展。AI可以分為強AI和弱AI兩大類[1]。強AI被譽為AI領域的“圣杯”，它能夠靈活應對各類情境，具備類似甚至超越人類智能水平的系統。這類AI擁有理解和解決問題的能力，以及自主作出決策的功能。但是，強AI的研究依然面臨諸多挑戰，包括構建通用的學習框架、處理復雜情境理解、實現自我意識等方面的技術瓶頸。弱AI占據當前AI應用的主流，側重于在特定場景或限定任務中展示智能。這類AI系統通過精確算法和大量數據訓練，在諸如圖像識別、語音轉文字、自然語言處理等特定功能上表現出色，在許多領域展現出驚人的成效。

2. AI輔助計算機教學面臨的挑戰

2.1 學生學習知識碎片化，系統化程度不高

目前，AI在計算機教育中的應用才剛剛開始，智慧教育在計算機學科中的應用仍須經歷廣泛的實踐與不斷的優化。目前，AI輔助教學面臨的主要挑戰之一是學生知識結構的碎片化，即知識體系不夠系統。雖然AI有助于激發學生的自主性和積極性，但也使學生偏向于選擇他們感興趣的領域進行學習，而忽略其他不太吸引他們的部分。這種高度的選擇自由度雖然提升了學習的積極性，但也導致了知識獲取的分散性，不利于構建一個連貫且完整的計算機科學知識框架，這對學生的發展將會造成不利影響。

2.2 學生學習自主性不高，管理難度大

AI的引入對傳統教育模式產生了積極影響，賦予學生更多的自主學習空間。課堂互動模式也發生了轉變，不再局限于教師單向講解、學生被動聆聽，而是鼓勵學生主動探索學習內容，教師則更多地扮演指導和支持的角色，專注于為學生提供幫助和解答疑問。這一新的教育方式提高了學生的自主學習效率，使學生的想象力、創造力得到更大的發展。但是，這一新教育方式并不適用于那些缺乏自主能力的學生，這使學生在課堂上的學習效率受到了很大影響，同時也給教師的管理帶來了更大的困難[2]。

2.3 缺乏資金和設備支持，AI應用水平落后

盡管AI在教育領域展示出巨大潛力，但其廣泛應用往往需要昂貴的設備和系統支持。學校和教育部門通常需要投入大量資金購買新的計算機設備、云計算服務以及運行AI算法所需的高性能服務器。然而，部分地區的教育預算有限，無法滿足這些高昂的費用支出，導致AI在教育領域的應用水平落后。此外，盡管許多學校已經引入基本的計算機教育課程，但缺乏更新和維護設備的能力，可能導致教育技術存在滯后性和學習資源的不足。

3. 智慧教育時代背景下AI對計算機教育變革的推動作用

3.1 創新教育模式

在智慧教育時代，教師需要采取先進的教育方法來提高計算機教育的質量和效率，以緊跟時代步伐。創新理論教育方式尤為關鍵，教師應結合實際情況，通過增強課堂互動交流，促進學生參與并提高其學習興趣。例如，贛州職業技術學院計算機專業教師采用項目式學習（project based learning，PBL）的方法，將學生分成小組，讓他們圍繞具體的計算機編程任務開展研究和探索。每個小組負責一個子項目，如游戲開發或網站構建等，學生須合作完成代碼編寫、測試和優化等一系列環節。

個性化教育是另一重要策略，利用技術分析學生數據和表現，定制學習路徑和資源，提升教學針對性和有效性。例如，贛州職業技術學院利用人工智能系統收集并分析學生的學習行為數據，包括作業提交時間、錯誤率、復習頻率等，以此評估他們的掌握程度和難點所在。基于這些信息，教師能及時調整課程內容和進度，甚至為個別學生安排一對一輔導。

此外，跨學科教學設計能有效將計算機科學與其他學科內容結合，幫助學生全面理解和應用技術，培養綜合能力和創新思維。例如，贛州職業技術學院將編程概念融入視覺藝術項目，指導學生使用Python庫創作動態圖形作品。學生們運用循環結構控制形狀變化，變量決定顏色漸變，在通過代碼實現創意表達的同時，加深對程序邏輯的理解。

3.2 明確教學主導

在智慧教育的大潮中，盡管AI的應用日益廣泛，但教育的本質仍然是人與人的連接，教師在其中扮演著不可替代的角色。教師是知識的傳遞者，更是學生心智成長的引導者，其專業素養、教學技巧、情感投入對學生的學習態度和成績有深遠的影響。因此，即使在AI高度發展的今天，教師仍須明確自身的主導地位，有效整合技術資源，以學生為中心，精心設計和執行教學活動。

首先，教師需要深刻理解AI優勢，結合課程內容，靈活選擇適宜的教學工具[3]。比如，對于復雜的計算機編程概念，教師可運用VR/AR技術打造沉浸式學習環境，讓抽象的知識點變得生動有趣，增強學生的學習動力。同時，通過大數據分析獲取學生的學習軌跡，及時調整教學策略，實現個性化指導，助力每一位學生揚長避短。

其次，教師應注重培養學生的問題解決能力和創新思維。在智慧教育中，教師不再是單一的信息源，而是促進者、合作者，要通過組織討論、實驗、項目等形式，鼓勵學生主動探索，培養獨立思考和批判性思維，這是AI難以取代的人類智慧結晶。教師還可以利用在線平臺發起跨地域的合作學習，讓學生學會在全球視角下溝通與協作，提升國際競爭力[4]。

最后，教師的情感支持與道德引導同樣不可或缺[5-6]。在面對屏幕的時間增多的當下，教師的關注與關懷顯得尤為重要。定期的一對一會談、激勵的話語、適時的心理疏導，都能夠建立起信任關系，激發學生的學習潛能。同時，教師還須教導學生正確處理人際關系，樹立正確的價值觀，培養良好的公民素質和社會責任感。

3.3 充分利用網上課程中心

隨著技術的不斷進步，AI不僅能夠提供更加個性化、高效的教學體驗，還能幫助教師更好地評估學生的學習進度，優化教學內容。其中，充分利用網上課程中心成為一種關鍵策略，它結合了AI的優勢，為學生提供了豐富的資源和靈活的學習環境。

首先，通過智能化的內容推薦系統，AI能夠分析每個學生的學習習慣、興趣和能力水平，從而精準推送適合他們的課程內容。這種個性化的學習路徑不僅能提高學習效率，還能激發學生的學習興趣[7]。例如，贛州職業技術學院的一個三年級初學者在學習Python編程時遇到了困難，AI系統自動識別其弱點所在，并推薦一些針對這些特定問題的教程或練習。

其次，AI支持的虛擬助教能夠即時解答學生的疑問，提供隨時隨地的支持。這相當于給每位學生配備了一個私人導師，無論何時何地，只要有問題，就能得到及時解答。比如，在復雜的算法講解中，如果學生對某個概念不理解，他們可以通過文字、語音甚至視頻的方式向虛擬助教提問，獲得詳細的解釋和示例。

最后，AI還促進了在線協作和社交學習。智能平臺可以將具有相似興趣或目標的學生配對，鼓勵他們組隊完成項目，互相學習，共同進步。例如，一個關于機器學習的課程可能要求學生們組成小組進行數據集的分析和模型的構建，AI可以根據團隊成員的能力和貢獻動態調整任務分配，確保每個人都能發揮所長，同時促進團隊合作精神的發展。

3.4 教育資源的開放共享

在智慧教育背景下，AI對計算機教育的各個方面都產生了深遠的影響。網絡與科技的發展，使得教育資源的開放與共享在一定程度上改變了人們獲得教育內容的途徑，也推動了教育資源的推廣與優化。教育資源的開放與共享，首要表現為方便快捷地獲得信息[8]。通過網絡和開放的教育資源平臺，教師和學生能夠更加方便地獲得各種類型的教育內容，包括課程教材、多媒體教育資源、科研成果等，從而為實現教育的個性化、多元化奠定良好基礎。在此基礎上，提出了“因材施教”的概念，并提出了相應的解決方案。

此外，教育資源的開放與分享，促進了教育方式的革新與優化。傳統的教育資源受限于地理、學校等條件，而開放共享的方式突破了這一局限，實現了優質教育資源的突破，為實現教育資源的均衡發展帶來了新的契機。例如，全國很多地方通過網絡教育、遠程教育等方式，使邊遠地區的學生能夠享受到與城鎮學生相同的教育資源，減少教育資源配置的不平衡。同時，教育資源的開放與共享，也為教育方式的革新提供了契機。通過大數據與AI分析，教師能夠對學生的學習需求與行為進行深入的了解，從而對教育方式與資源的利用進行調整與優化，有效提高教育效率與學生的學習體驗。比如，個性化學習系統能夠基于學習者學習習慣的反饋，進行動態調整，從而提高了學習的效率和針對性[9]。

3.5 構建教育評價體系

教育評價是衡量教學效果的重要手段。傳統上，從數據收集、分析到最終的匯總和評分，整個過程完全依賴人力完成。這種方法不僅耗時費力，而且在信息處理等中間環節中往往摻雜了較多的個人主觀因素，影響了評價的客觀性和準確性，嚴重影響了教育評價結果的公正性和客觀性。而以AI為基礎的教育評價，通過計算機的計算功能，從信息采集到信息處理，再到最終的信息統計，消除了人為對評價結果的干擾，使教育評價的客觀性得到了極大的提升。例如，贛州職業技術學院將教育知識、教育經驗、教育總結與專家知識庫中的教育知識、教育經驗、教育總結相結合，并將其輸入教育評價系統，更好地保證學習內容和方法符合學習者的認知和專業知識，從而對教育活動進行科學合理的系統評價，有效提高系統評價的有效性[10]。

結語

在智慧教育時代，AI的迅猛發展深刻改變了計算機教育的面貌。傳統的教學模式被智能化、個性化的學習方式所取代，學生通過AI系統獲得了定制化的學習體驗和反饋，使教育更加高效和包容。AI在計算機教育中的應用，不僅提升了教學的效果和學生的參與度，還推動了課程內容的更新和教學方法的革新。隨著技術的進步，期待看到AI繼續在教育領域發揮更大的作用，為每一位學習者創造更加個性化、多樣化的學習機會，助力他們在信息化社會中更好地發展和成長。

參考文獻：

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[9]張力洪.人工智能技術在計算機網絡技術中運用探究[J].電子制作，2022， 30（2）：93-94，92.

[10]湯洪.大數據時代人工智能在計算機網絡技術中的應用[J].數碼設計，2021， 10（5）：1.

作者簡介：謝基鼎，本科，實驗師，xiejiding@163.com，研究方向：計算機網絡技術、可視化大數據分析等。