試論人工智能在教學(xué)中的運用

劉鵬

【摘 要】 人工智能是一門研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)的一門科學(xué)。[1]應(yīng)用于課堂教學(xué)中的對于促進教育公平、提高教學(xué)效率具有積極意義。隨著人工智能與課堂教學(xué)的深度結(jié)合，人工智能將表現(xiàn)出學(xué)校面臨淘汰、強化家長責任、弱化傳統(tǒng)規(guī)范、轉(zhuǎn)移教育費用、定制個人教材和缺乏情感教育等一系列發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】 人工智能；課堂教學(xué)；運用現(xiàn)狀；趨勢

2016年10月美國頒布了《國家人工智能研究與發(fā)展策略規(guī)劃》，為國家資助的AI研究與發(fā)展劃定策略，此舉是為了應(yīng)對人工智能蓬勃發(fā)展大趨勢，著眼長期對社會的影響與變革，保持美國政府對人工智能發(fā)展的主動性和預(yù)見性。2017年7月8日我國國務(wù)院頒布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，人工智能的高速發(fā)展為加快建設(shè)創(chuàng)新型國家和世界科技強國推波助瀾。

一、基本概念

1、人工智能

人工智能英文全稱Artificial Intelligence，簡稱AI。本質(zhì)上是一種對人的意識、思維的模擬，有望像人類那樣思考甚至超過人類的智能。當前，新一代人工智能相關(guān)學(xué)科發(fā)展、理論建模、技術(shù)創(chuàng)新、軟硬件升級等整體推進，正在引發(fā)鏈式突破，推動經(jīng)濟社會各領(lǐng)域從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向智能化加速躍升。[2]人工智能與教育深度結(jié)合之后成為課堂教學(xué)的主力，同時也將給教育帶來前所未有的挑戰(zhàn)。目前，人工智能正在以公平化、高效化、個性化為導(dǎo)向促進教育教學(xué)飛速發(fā)展。

（1）發(fā)展背景。人工智能的發(fā)展可以分為五個階段：在1956年以前是人工智能的孕育期，1945至1970年是人工智能的形成期，1966年至1974年是暗淡期，1970年至1988年是知識應(yīng)用期，1986年至今是集成發(fā)展期。[3]人工智能在移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、超級計算、傳感網(wǎng)、腦科學(xué)等新理論新技術(shù)以及經(jīng)濟社會發(fā)展強烈需求的共同驅(qū)動下，目前呈爆炸式發(fā)展，人工智能即將成為經(jīng)濟發(fā)展新引擎，重新整合全球資源。

（2）特點。①智能化。智能終端和傳感器將無處不在，基于大數(shù)據(jù)的自我學(xué)習(xí)能力會讓智能終端越來越聰明；②交互化。人與智能終端的交互方式將更加自然，設(shè)備會越來越能讀懂人類的想法；③服務(wù)化。在人工智能+互聯(lián)網(wǎng)的驅(qū)動下，各行各業(yè)將越來越“服務(wù)化”。不管硬件廠商、還是服務(wù)廠商都在整合設(shè)備、云和服務(wù)，開展集成式的服務(wù)創(chuàng)新；④創(chuàng)新化。在智能互聯(lián)時代，更加呼喚開源開放的創(chuàng)新平臺，實現(xiàn)依托產(chǎn)業(yè)鏈、生態(tài)圈的開放式創(chuàng)新。[4]

（3）分類。①弱人工智能。科學(xué)界普遍將不能夠模仿人類思維的人工智能稱為“弱人工智能”，無法與人類進行交互的人工智能、可以與人類進行交互的人工智能、可以通過外接設(shè)備進行升級的人工智能都屬于弱人工智能。我們在現(xiàn)階段課堂教學(xué)中使用的人工智能均屬于弱人工智能范疇。②強人工智能。與弱人工智能相對應(yīng)的，我們將能夠模仿人類思維的人工智能稱為“強人工智能”。[5]可以通過云端共享信息的人工智能和能夠自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的人工智能都屬于強人工智能。其最大的特點是大數(shù)據(jù)積累達到質(zhì)變，終端具備自我學(xué)習(xí)能力和類似人類思維的能力。

2、奇點

奇點又名技術(shù)奇點，它是一個時間點。機器發(fā)展的過程中，數(shù)據(jù)和系統(tǒng)不斷升級，當從量變達到質(zhì)變時，機器將具有自動學(xué)習(xí)和升級的能力，也就意味著奇點的來臨。[6] 1983年，數(shù)學(xué)家佛諾·文奇提出技術(shù)奇點（Technological Singularity）的概念，他將奇點定義為人工智能超過人類智力極限的時間點，此后世界的發(fā)展將會超出人類的理解范疇，世界的發(fā)展將會脫離人的控制。美國未來學(xué)家和人工智能先驅(qū)雷·庫茲韋爾在《奇點臨近》中預(yù)言20世紀50年代左右奇點臨近。奇點之前人類的智力依然主宰著世界的發(fā)展，不具備感情和自主意識的人工智能仍然是人類能力的延伸和補充。因此，我們預(yù)測和研究的人工智能在課堂教學(xué)中的運用和發(fā)展趨勢是指奇點前階段的人工智能。

二、現(xiàn)有課堂教學(xué)中人工智能運用的積極意義

1、促進教育公平

偏遠山區(qū)教育資源匱乏，城鄉(xiāng)和區(qū)域之間教育差距較大，優(yōu)質(zhì)教育資源總量不足。教育資源的落后地區(qū)的學(xué)生在知識儲備、實驗操作、閱讀視野上有很大不足。我國進城務(wù)工人員子女上學(xué)難、高考全國各地同題不同分的錄取方式等不公平等現(xiàn)象的存在成為制約教育均衡發(fā)展的關(guān)鍵因素。

人工智能可以應(yīng)對教育不公平現(xiàn)象中的各種問題。人工智能將不受地域限制，整合優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源并分享于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上，增加優(yōu)質(zhì)教育資源的供給，讓更多孩子享受世界各地“名師”服務(wù)。甚至組合全球優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，主動生成針對性教學(xué)內(nèi)容；人工智能不僅是海量移動知識儲存庫，而且具有搜集整理問題并整合資源，不斷升級學(xué)習(xí)系統(tǒng)的能力，能夠在課堂上針對學(xué)生的提問，主動設(shè)置相關(guān)聯(lián)知識庫，解決知識儲備難題；[7]推翻舊的地區(qū)差異錄取，讓學(xué)生足不出戶便可享受國家制定的均等優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。因此，未來的教育將不受地域差異，授課形式，年齡區(qū)別，教育背景等問題的困擾，真正實現(xiàn)教育公平化。

2、提高教學(xué)效率

教師工作中的重復(fù)性機械性勞動占用了教師在校的大部分工作時間，從而減少了課程編排和教學(xué)反思等腦力勞動的時間，造成工作效率低下；目前以教師為主導(dǎo)的課堂教學(xué)和無人工智能設(shè)備支持的課堂教學(xué)中學(xué)生只是吸取率低下。工作效率低下和知識吸取率低下都屬于教學(xué)效率低下。

（1）人工智能利用其高速運算能力和超強儲存空間在課堂教學(xué)中，避免教師做低附加值工作，為教師節(jié)約時間成本，提高教學(xué)效率。具體來說，人工智能可以將教師從批改試卷等重復(fù)性勞動中解放出來，并且實現(xiàn)課堂和課下的全時互動。從而讓教師騰出更多的時間和精力，創(chuàng)新教育內(nèi)容、改革教學(xué)方法，把教育做得更好。智能系統(tǒng)會將學(xué)生做題的數(shù)據(jù)回傳數(shù)據(jù)庫，教師能從中了解學(xué)生對知識點的掌握情況，避免重復(fù)講解。

（2）人工智能正在逐漸實現(xiàn)人機交互功能，這有利于課堂的有效教學(xué)，保持學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和動力，從而提高教學(xué)效率。無論是人類學(xué)習(xí)還是機器學(xué)習(xí)，人在進行學(xué)習(xí)的過程中人機交互也帶動了機器數(shù)據(jù)的不斷翻新，從而達到機器的自我學(xué)習(xí)和不斷升級?？梢哉f未來的人工智能在教學(xué)過程中是與人類一起學(xué)習(xí)的輔助教學(xué)工具和共同學(xué)習(xí)伙伴。此外，人工智能已具備圖像識別和語義分析技術(shù)，而且具有智能化搜集整理問題并整合資源的能力。[8] 掃描相應(yīng)課本圖片來獲得3D展示，現(xiàn)場手機掃描后獲得的成像效果，能夠幫助學(xué)生更直觀的理解學(xué)科知識點；這對于課堂教學(xué)中知識點查詢，文章檢索和自動生成相關(guān)推薦，都有很大的幫助。海量數(shù)據(jù)庫資源答疑，幫助學(xué)生解決個人學(xué)習(xí)中的問題。

3、促進教學(xué)個性化

班級制課堂教學(xué)的授課對象眾多，課堂教學(xué)因?qū)W生個體差異而接受知識的水平不一，統(tǒng)一的教學(xué)方案和教學(xué)流程很難把握對學(xué)生個性發(fā)展的培養(yǎng)，教學(xué)過程中對學(xué)生個性的忽略導(dǎo)致學(xué)生創(chuàng)造力的衰微。

（1）人工智能比人類更擅長針對學(xué)生的知識、能力水平和潛在傾向等不同因素進行因材施教的個性化教學(xué)。由于計算機的高速運算能力遠遠大于人類，而且能夠不斷進化更新狀態(tài)，人工智能時代的計算機更具有自我學(xué)習(xí)能力，因此面對相同數(shù)量教學(xué)對象，人工智能更加快速將學(xué)生的階段性知識學(xué)習(xí)成果進行數(shù)據(jù)分析并歸類，針對學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)，定制、推送知識點，幫助學(xué)生告別“題?！?，走向有效學(xué)習(xí)。

（2）面對眾多學(xué)習(xí)者，人工智能利用圖像捕捉技術(shù)可以全方位多角度捕捉個人面部表情，解讀分析表情數(shù)據(jù)并反饋到終端，在學(xué)習(xí)過程中及時反饋學(xué)習(xí)者的不同理解程度，調(diào)整個體學(xué)習(xí)內(nèi)容和方案。通過捕捉課堂上學(xué)生的面部表情數(shù)據(jù)并分析，進行篩別并制定個性化培養(yǎng)方案有利于因材施教。

三、人工智能在課堂教學(xué)運用中的發(fā)展趨勢

隨著人工智能在未來課堂教學(xué)中運用的迅猛發(fā)展，將具有積極和消極的雙面發(fā)展趨勢，我們應(yīng)當合理使用人工智能，使之為人服務(wù)，為課堂教學(xué)服務(wù)。

1、學(xué)校面臨淘汰

人工智能與教育的結(jié)合會使目前的學(xué)校教育落后，傳統(tǒng)意義上的學(xué)校會面臨淘汰。傳統(tǒng)意義上的學(xué)校提倡一刀切的課程設(shè)置，并對所有學(xué)生以固定的速度進行教學(xué)不符合時代的需求。人工智能系統(tǒng)在教學(xué)中允許根據(jù)學(xué)生自身情況定制課程，學(xué)習(xí)時間彈性化，并且減少對教室和教師數(shù)量的需求。因此，傳統(tǒng)學(xué)校的規(guī)模會發(fā)展地越來越小，大部分學(xué)校會面臨淘汰，一部分創(chuàng)新改革后的學(xué)校衍變?yōu)樾∫?guī)模學(xué)習(xí)中心，采取一對一授課模式或者成為具有專門性的學(xué)習(xí)中心。

2、強化家長責任

人工智能終端設(shè)備在教學(xué)中廣泛運用之后，減少學(xué)生在校固定時間，更加自主靈活的學(xué)習(xí)方式增加了家長承擔更大的教育責任。不僅教育面臨人工智能的挑戰(zhàn)，家長也面臨角色的轉(zhuǎn)換和增加。與傳統(tǒng)舊式家長相比，人工智能時代的學(xué)生在使用終端設(shè)備進行學(xué)習(xí)的過程中，家長還充當了教練、管理員和監(jiān)督人等角色。

3、弱化傳統(tǒng)規(guī)范

傳統(tǒng)學(xué)校教育有一系列需要學(xué)生遵守的規(guī)范，而面臨人工智能的挑戰(zhàn)，出現(xiàn)更小規(guī)模和更個性化學(xué)習(xí)中心之后，減少了學(xué)生們聚集上課的時間，也就不需要遵守一些傳統(tǒng)的學(xué)校規(guī)范，并且學(xué)生們將會失去一些共同的行為，社會規(guī)范和文化規(guī)范。然而，在特定環(huán)境和時間下，會有新的規(guī)范相應(yīng)產(chǎn)生。

4、轉(zhuǎn)移教育費用

由于傳統(tǒng)意義上的大規(guī)模學(xué)校和教師數(shù)量減少，學(xué)生只需要互聯(lián)網(wǎng)或者人工智能設(shè)備就可以進行學(xué)習(xí)，個人教育成本會大幅降低。但由于社會的競爭不會減弱，因此家長對孩子的教育投資不會減少。家長將更多地參與到孩子的學(xué)習(xí)中來，增加陪伴學(xué)習(xí)時間的同時教育費用將會有新的轉(zhuǎn)移。

5、定制個人教材

人工智能將全面改變傳統(tǒng)學(xué)校授課的教材，采取一種全新的教材形式。人工智能系統(tǒng)使用教師制定的教學(xué)大綱，結(jié)合學(xué)生個體差異定個人教材，或者按照教師的教學(xué)大綱中某個主題或?qū)W習(xí)環(huán)節(jié)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫內(nèi)容重新組裝一本主題教材。新定制的個人教材和主題教材更適應(yīng)具體學(xué)習(xí)者的需求，從而更好服務(wù)教學(xué)過程。[9]

6、缺乏情感教育

奇點前的人工智能不具備情感和思維能力，也難以復(fù)制教師的行為模式。教師利用其教學(xué)管理經(jīng)驗，情感分析能力和觀察能力，并且對學(xué)生給與人文關(guān)懷和思想交流，教師面對課堂教學(xué)的適應(yīng)能力和對學(xué)生挑戰(zhàn)的情感反應(yīng)，都是人工智能系統(tǒng)無法模擬的。人工智能教學(xué)系統(tǒng)輔助教學(xué)的同時無法為學(xué)生提供類似教師的情感教育是必然現(xiàn)象。

四、人工智能在課堂教學(xué)的良性發(fā)展保障

1、數(shù)據(jù)精準無誤

數(shù)據(jù)精準對于人工智能至關(guān)重要，需要嚴格避免采集的數(shù)據(jù)客觀上不能夠準確反映實際情況或者數(shù)據(jù)采集的過程中主觀上存在結(jié)構(gòu)性偏差。課堂教學(xué)上，人工智能終端的海量知識庫的數(shù)據(jù)精準化對于知識傳輸至關(guān)重要。對于人工智能大數(shù)據(jù)和云端數(shù)據(jù)的采錄，必須嚴格把控，要求錄入知識庫的知識和內(nèi)容精準無誤，這對于下一步知識的擴散是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2、法律政策保護

法律應(yīng)對知識產(chǎn)權(quán)的保護和隱私和數(shù)據(jù)的安全有政策性保護。在提供服務(wù)的過程中收集、使用用戶知識、個人隱私和數(shù)據(jù)，應(yīng)當遵循合法、正當、必要的原則。課堂教學(xué)上，不得收集與提供教學(xué)所必需以外的學(xué)生的人機交互知識、學(xué)生學(xué)習(xí)隱私和考試數(shù)據(jù)或者將學(xué)生個人信息用于提供教學(xué)之外的目的，不得以欺騙、誤導(dǎo)或者強迫等方式收集、使用學(xué)生的個人信息。

3、強化道德規(guī)范

人工智能時代的到來，隨之而來的是許多新的道德問題，這也是全人類需要面對的一個共同挑戰(zhàn)。政府有效并適時的參與到為人工智能的價值觀和道德規(guī)范的過程中來，也將是一種必然行為。英國科普作家Philip Ball表示，機器人的道德問題是人類必須重視并且需要持續(xù)討論的議題。在課堂教學(xué)中，解答帶有種族歧視、政治敏感話題和蓄意冒犯他人的問題，人工智能終端應(yīng)在道德規(guī)范程序的篩選下進行交互，對他人有尊重和保護的作用。

【參考文獻】

[1] 李連德.一本書讀懂人工智能[M].中國工信出版集團，人民郵電出版社，2016（07）6-7.

[2] 新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃[EB/OL].國發(fā)〔2017〕35號，2017-07-08.

[3] 蔡自興.中南大學(xué)公開課：人工智能PK人類智能[OL].網(wǎng)易公開課open.163.com.

[4] 楊元慶.未來人工智能的四個特[M].techweb.com.cn，2016-11-17.

[5] 人工智能發(fā)展處于弱人工智能階段[OL].中國社會科學(xué)網(wǎng)www.cssn.cn，2017-04-05 .

[6] Ray Kurzwell（美）.The Sigularity is Near奇點臨近[M].機械工程出版社，2017（04）212-213.

[7] 人工智能如何獻力教育均衡發(fā)展[N].人民日報，2017-07-07.

[8] Ray Kurzwell.How to create a mind人工智能的未來[M].浙江人民出版社，2016（03）7-8.

[9] 14 Consequences of AI in education[OL].Blog.entefy.com，2017-07-06.

【作者簡介】

劉 鵬（1986-）女，漢族，陜西渭南人，中教二級職稱，現(xiàn)就讀于寶雞文理學(xué)院教育管理專業(yè)碩士研究生，渭南高新中學(xué)英語教師.