人工智能技術(shù)在輔助教學(xué)中的應(yīng)用研究

作者/李?yuàn)檴櫋⑸蛴?，河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院

人工智能技術(shù)在輔助教學(xué)中的應(yīng)用研究

作者/李?yuàn)檴櫋⑸蛴?，河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院

隨著信息時(shí)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人工智能的研究已經(jīng)屢見不鮮，人工智能的應(yīng)用類別也在逐漸增多。人工智能輔助教學(xué)系統(tǒng)是現(xiàn)代科研的重要成果，是新技術(shù)的體現(xiàn)，人工智能技術(shù)應(yīng)用教育教學(xué)上，有利于促進(jìn)學(xué)生和教師的發(fā)展，促進(jìn)教育領(lǐng)域方面的改革。本文首先介紹了人工智能技術(shù)基本原理，對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)現(xiàn)狀和特點(diǎn)進(jìn)行分析，并且對(duì)人工智能輔助教學(xué)系統(tǒng)功能進(jìn)行了闡明，最后說明了人工智能技術(shù)在輔助教學(xué)中的重要作用。

人工智能技術(shù)；計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)；學(xué)習(xí)模型

人工智能技術(shù)作為信息時(shí)代一門新興技術(shù)，以計(jì)算機(jī)科學(xué)為主導(dǎo)，將心理學(xué)、控制論、語言學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科進(jìn)行綜合開發(fā)應(yīng)用的學(xué)科。人工智能具有很高智慧屬性，能夠仿造人類進(jìn)行日?；顒?dòng)和思維推理，其具有的強(qiáng)大信息儲(chǔ)存、提取能力能夠幫助人們?cè)谏钪薪鉀Q困難、提供幫助。人工智能技術(shù)目前已經(jīng)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、汽車、教育等多個(gè)領(lǐng)域，并且產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)前教育教學(xué)觀念和方式已經(jīng)發(fā)生很多變化，許多教學(xué)新方式、新方法得到應(yīng)用，本文對(duì)人工智能技術(shù)在教育中的應(yīng)用進(jìn)行分析，結(jié)果如下。

1.輔助教學(xué)的現(xiàn)狀

■1.1 系統(tǒng)缺乏開放性

當(dāng)前教育模式中，輔助教學(xué)基本上采用的是計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)（CAI），CAI輔助教學(xué)系統(tǒng)一般是將教學(xué)內(nèi)容信息以編程方式制作在系統(tǒng)中，若是出現(xiàn)錯(cuò)誤或者需要修改需要重新編程，給教學(xué)工作帶來不便。當(dāng)前教學(xué)內(nèi)容每年都有變化，CAI系統(tǒng)無法對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行修改，只能利用設(shè)置好的程序進(jìn)行教學(xué)，系統(tǒng)缺乏開放性。主要體現(xiàn)在：教學(xué)內(nèi)容課件使用范圍狹窄；教師無法調(diào)節(jié)教學(xué)順序；無法及時(shí)補(bǔ)充、拓展教學(xué)內(nèi)容等幾個(gè)方面。

■1.2 課程教學(xué)沒有特色

不同學(xué)科在教學(xué)方法上都有不同的針對(duì)性，現(xiàn)在的CAI系統(tǒng)偏重于知識(shí)內(nèi)容的強(qiáng)行灌輸，很容易導(dǎo)致學(xué)生對(duì)各個(gè)學(xué)科都會(huì)喪失學(xué)習(xí)興趣。例如在地理教學(xué)中，空間地理的學(xué)習(xí)需要大量圖片進(jìn)行，能夠?qū)⒅R(shí)內(nèi)容直觀傳達(dá)給學(xué)生，但是CAI系統(tǒng)圖片數(shù)量較少，還都是舊圖片，達(dá)不到最好的教學(xué)效果。因此，CAI系統(tǒng)需要錄入內(nèi)容較多，工作量大，很容易就使所有學(xué)科知識(shí)內(nèi)容不一樣，知識(shí)展現(xiàn)方式、表達(dá)方式基本相同，教學(xué)效率低下。

■1.3 師生之間缺乏交流

當(dāng)前在應(yīng)用輔助教學(xué)系統(tǒng)時(shí)，學(xué)生基本上依賴于自我學(xué)習(xí)，教師無法對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行正確評(píng)價(jià)，教師無法了解學(xué)生情況，學(xué)生在碰到問題時(shí)也無法向教師需求幫助，師生之間相互封閉，使得教學(xué)系統(tǒng)的作用大打折扣?，F(xiàn)有的大多數(shù)CAI課件都是在學(xué)校的局域網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行，與網(wǎng)絡(luò)分離，使教學(xué)內(nèi)容無法及時(shí)更新，更是無法提供便捷的學(xué)習(xí)交流空間，教師也很難使用遠(yuǎn)程教學(xué)的方式為學(xué)生提供幫助。

■1.4 缺乏智能性

現(xiàn)在使用CAI輔助系統(tǒng)無法對(duì)學(xué)生個(gè)人學(xué)習(xí)情況進(jìn)行正確評(píng)估，所有學(xué)生使用系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)的內(nèi)容都是一致的，系統(tǒng)無法提供針對(duì)性學(xué)習(xí)內(nèi)容，會(huì)使學(xué)生在重復(fù)學(xué)習(xí)的過程中浪費(fèi)了許多時(shí)間和精力。系統(tǒng)無法將學(xué)生的學(xué)習(xí)成果正確反饋給教師，使得教師很難為學(xué)生選擇重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，也不能給予多種類的教學(xué)方法，CAI系統(tǒng)不具有智能性。

2.人工智能輔助教學(xué)系統(tǒng)

人工智能輔助教學(xué)系統(tǒng)（ICAI）是將人工智能（AI）應(yīng)用到CAI系統(tǒng)中，將CAI系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。在該系統(tǒng)芯片采用的是300M單片機(jī)集成電路芯片，體積小，功能強(qiáng)大，能夠?qū)AI升級(jí)成為“智能型系統(tǒng)”。智能型系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)有自主性、協(xié)作性、通信性，能夠解決學(xué)生被動(dòng)接收知識(shí)信息的學(xué)習(xí)方式。

智能系統(tǒng)硬件設(shè)備由處理器、500GB內(nèi)存硬盤、鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器等組成，軟件使用C語言進(jìn)行程序編寫，同時(shí)配置有線寬帶連接互聯(lián)網(wǎng)。系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫內(nèi)容包含了當(dāng)前國內(nèi)外中小學(xué)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)和教學(xué)策略、方法，數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲(chǔ)了大量的信息單元和描寫事實(shí)，系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)容自動(dòng)整合出教學(xué)相關(guān)信息。

在人工只能輔助教學(xué)系統(tǒng)中，搭建強(qiáng)大、智能的知識(shí)庫能夠?qū)⒅T多教學(xué)內(nèi)容用事實(shí)和規(guī)則表示，配合教學(xué)型專家系統(tǒng)判斷學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)、弱點(diǎn)，從而以最適合的教學(xué)方法對(duì)學(xué)生提供學(xué)習(xí)上的幫助。人工智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮學(xué)生使用的感受，護(hù)眼設(shè)計(jì)、休息提醒、鍛煉方式選擇等設(shè)置為學(xué)生提供了一個(gè)良好的界面和使用過程，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

3.人工智能輔助教學(xué)功能

ICAI系統(tǒng)能夠?qū)⒔虒W(xué)知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行選擇和處理，幫助學(xué)生進(jìn)行針對(duì)式學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效果。ICAI系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：根據(jù)學(xué)生錄入信息查看學(xué)生學(xué)習(xí)水平，依照學(xué)習(xí)水平進(jìn)行學(xué)習(xí)內(nèi)容的調(diào)整；對(duì)教學(xué)內(nèi)容有解釋咨詢的能力；能夠依照學(xué)習(xí)情況設(shè)置習(xí)題；能夠?qū)α?xí)題進(jìn)行批改，正確診斷學(xué)生出現(xiàn)的錯(cuò)誤，且對(duì)錯(cuò)誤原因進(jìn)行分析；能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)，幫助教師更好的進(jìn)行教學(xué)工作。

ICAI系統(tǒng)一般由內(nèi)容模塊、學(xué)生模塊、專業(yè)教師模塊、專家模塊組成。

■3.1 內(nèi)容模塊

內(nèi)容模塊的知識(shí)是專家系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中篩選出來，其中主要包含學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容和教師的教學(xué)策略，對(duì)整個(gè)教學(xué)過程具有指導(dǎo)能力。學(xué)習(xí)內(nèi)容包括各學(xué)科的知識(shí)內(nèi)容、習(xí)題內(nèi)容以及考試內(nèi)容；教學(xué)策略內(nèi)容包括不同教學(xué)時(shí)期的教學(xué)策略、與學(xué)生模塊內(nèi)容結(jié)合生成學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)方案。

■3.2 學(xué)生模塊

學(xué)生模塊是學(xué)生使用系統(tǒng)的方式，ICAI能夠記載學(xué)生學(xué)習(xí)情況并且進(jìn)行學(xué)習(xí)情況評(píng)估。主要具有以下功能：根據(jù)學(xué)生在使用學(xué)生模塊期間的信息進(jìn)行收集、記錄和分析，并且找出該學(xué)生當(dāng)前學(xué)習(xí)中的優(yōu)點(diǎn)和不足，進(jìn)行解釋指導(dǎo)和因材施教；為學(xué)生建立學(xué)習(xí)模型并進(jìn)行更新，為后續(xù)教學(xué)提供依據(jù)；記錄學(xué)生學(xué)習(xí)情況，對(duì)學(xué)生進(jìn)行整體評(píng)估。

■3.3 專業(yè)教師模塊

專業(yè)教師模塊主要用于教師使用，能夠指導(dǎo)教師的教學(xué)過程，模塊中的知識(shí)內(nèi)容主要是教學(xué)策略方面。主要功能為：根據(jù)實(shí)際教學(xué)要求選擇最優(yōu)教學(xué)策略，根據(jù)教學(xué)策略選擇教學(xué)內(nèi)容；讀取學(xué)生模塊信息，查看學(xué)生學(xué)習(xí)模型，根據(jù)模型判斷學(xué)生缺少的知識(shí)，然后進(jìn)行教學(xué)策略的更改，提高教學(xué)策略。

■3.4 專家模塊

專家模塊是ICAI系統(tǒng)中的核心部分，其具有專業(yè)教育領(lǐng)域知識(shí)和解答教育問題的能力，能夠?yàn)榻虒W(xué)進(jìn)步產(chǎn)生作用。主要功能如下：首先讀取學(xué)生模塊中學(xué)生學(xué)習(xí)情況的信息，通過智能數(shù)據(jù)分析和推導(dǎo)，為每個(gè)學(xué)生選擇最合適的教學(xué)方法；能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和習(xí)慣進(jìn)行比較分析，推導(dǎo)出學(xué)生知識(shí)需求和常犯錯(cuò)誤；能夠?qū)W(xué)生學(xué)習(xí)水平進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，從而針對(duì)性的提出學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法；能夠?qū)W(xué)生的錯(cuò)誤原因進(jìn)行深入分析，提出合理的改進(jìn)建議；能夠利用知識(shí)庫的知識(shí)，按照教學(xué)需求生成教學(xué)內(nèi)容，將專業(yè)的、系統(tǒng)的知識(shí)內(nèi)容提供給學(xué)生模塊，供學(xué)生學(xué)習(xí)使用。

在對(duì)傳統(tǒng)輔助教學(xué)CAI與人工智能ICAI進(jìn)行比較分析后，能夠發(fā)現(xiàn)人工智能輔助教學(xué)系統(tǒng)在知識(shí)內(nèi)容、教學(xué)策略和方法等方面都有著明顯的不同。ICAI知識(shí)體系是通過設(shè)置專家模塊進(jìn)行選擇，注重學(xué)生的差異化，針對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)系統(tǒng)表現(xiàn)的不同進(jìn)行合理評(píng)估，避免了傳統(tǒng)CAI系統(tǒng)一視同仁的情況，使學(xué)生的學(xué)習(xí)效率提高。教師在ICAI系統(tǒng)中，由知識(shí)的傳授者、灌輸者變成指引學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，教師的主要任務(wù)也由備課、課堂教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)控教學(xué)過程、引導(dǎo)學(xué)習(xí)習(xí)慣、提供學(xué)習(xí)必要環(huán)境為主。

4.結(jié)語

隨著人工智能技術(shù)不斷的發(fā)展和應(yīng)用，智能化機(jī)器將會(huì)對(duì)我們?nèi)粘Ｉ?、學(xué)習(xí)、工作提供巨大的幫助，對(duì)個(gè)人發(fā)展起到深遠(yuǎn)影響。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)目前已經(jīng)應(yīng)用在各學(xué)科學(xué)習(xí)中，而人工智能在輔助學(xué)生學(xué)習(xí)上能夠改變傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式，能夠明確教學(xué)任務(wù)，以正確的教學(xué)方式進(jìn)行內(nèi)容傳授，幫助教師選擇教學(xué)重點(diǎn)；同時(shí)能夠區(qū)分學(xué)生之間存在的差異，并且提出解決方案；對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)生涯進(jìn)行正確的評(píng)估，對(duì)學(xué)生發(fā)展起重要推動(dòng)作用。進(jìn)入21世紀(jì)以后，教育的重視程度得到空前提升，新的教育模式和教學(xué)手段不斷出現(xiàn)。人工智能輔助教學(xué)系統(tǒng)是現(xiàn)代科研結(jié)果的重要運(yùn)用，是新技術(shù)的體現(xiàn)，有利于學(xué)生和教師的發(fā)展，促進(jìn)教育領(lǐng)域方面的改革。

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