人工智能給教學(xué)研究變革帶來的挑戰(zhàn)

甘肅省蘭州市教育科學(xué)研究所(730046) 吳正帥

甘肅省蘭州市第三十四中學(xué)(730050) 蔣永勝

我們現(xiàn)在正處于信息化時(shí)代后期和人工智能時(shí)代前期，人工智能時(shí)代是信息化時(shí)代發(fā)展的必然路徑。人工智能(AI)是在人腦之外，基于互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、高性能計(jì)算的信息技術(shù)，將人的智慧融入到機(jī)器系統(tǒng)中，通過人腦與人工智能技術(shù)整合，從而生成具有人類智能的科技產(chǎn)品和智能機(jī)器(包括機(jī)器人)。它是以云計(jì)算為動力，以大數(shù)據(jù)為原材料的深度學(xué)習(xí)算法。

筆者認(rèn)為，人工智能生成的基本原理類似于自然人的認(rèn)識發(fā)生的原理。瑞士皮亞杰的發(fā)生認(rèn)識論認(rèn)為，人的認(rèn)識發(fā)生于人的主體與環(huán)境的相互作用。人工智能的最大優(yōu)勢是能夠深度學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)是利用一系列“深層次”的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來解決更復(fù)雜問題的技術(shù)。人工智能的產(chǎn)生是人類認(rèn)識能力發(fā)展的必然走向。目前，人類已能夠在機(jī)器中創(chuàng)造出類似人類的智能。總之，人工智能的發(fā)展由“能存會算”到“能聽會說，能看會認(rèn)”，再到“能理解、會思考”，由簡單的“機(jī)械智能”朝復(fù)雜的“人類智能”方向發(fā)展?；诨ヂ?lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的人工智能技術(shù)，在國際上頗受重視。目前，世界上許多國家十分重視人工智能在企業(yè)中的應(yīng)用，發(fā)展人工智能的新高潮在全球范圍迅速掀起。人工智能的優(yōu)點(diǎn)是定制化，人類許多重復(fù)性的工作可以由人工智能(機(jī)器人)去做，一些危險(xiǎn)性較大的工作，亦可由人工智能(機(jī)器人)替代。但是，目前人工智能還無法實(shí)驗(yàn)人的情感、態(tài)度、價(jià)值觀、個(gè)性以及不可言述的精氣神等。筆者認(rèn)為，目前人工智能時(shí)代的教學(xué)變革主要有如下幾方面。

1 “看世界”網(wǎng)站拓展學(xué)生學(xué)習(xí)視野

人工智能技術(shù)可進(jìn)行語音識別、語音合成、機(jī)器翻譯、知識推理。1999年在香港創(chuàng)辦的“看世界”網(wǎng)站和谷歌翻譯，通過電腦和人工智能產(chǎn)品，人們可以瞬間將外文資料、信息翻譯成中文。這對當(dāng)代學(xué)生而言，不但能提高學(xué)習(xí)效率，拓寬學(xué)習(xí)視野，而且能幫助學(xué)生“面向世界”。

2 精準(zhǔn)學(xué)習(xí)和個(gè)性化指導(dǎo)

學(xué)生的發(fā)展過程，也是對新知識的學(xué)習(xí)和掌握的過程。人工智能時(shí)代為學(xué)生提供“精準(zhǔn)學(xué)習(xí)”和“個(gè)別化指導(dǎo)”的條件環(huán)境。首先，人工智能產(chǎn)品可以隨時(shí)隨地為學(xué)生的發(fā)展提供量身定做的、學(xué)習(xí)內(nèi)容和更有效的學(xué)習(xí)方法模式。在學(xué)生利用人工智能的學(xué)習(xí)過程中，AI能精準(zhǔn)跟蹤、記錄每位學(xué)生的全部學(xué)習(xí)過程，包括每位學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容和進(jìn)度、學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)、學(xué)習(xí)的方式方法、掌握知識的情況。例如，有一個(gè)面向考生推出的智能課程，無需教師授課、輔導(dǎo)，僅讓學(xué)生在線學(xué)習(xí)。學(xué)生學(xué)習(xí)過哪些知識、想學(xué)習(xí)哪些知識、曾訪問過幾次、是否勤奮學(xué)習(xí)、哪些知識掌握了、還有哪些知識不懂等，都會有相應(yīng)的記錄。這樣，機(jī)器就能幫助學(xué)生做一個(gè)系統(tǒng)的整理，節(jié)省大量的時(shí)間去學(xué)習(xí)那些還不懂的知識。其次，AI還能夠根據(jù)每位學(xué)生的不同學(xué)習(xí)需求，對每位學(xué)生進(jìn)行個(gè)別化指導(dǎo)，幫助學(xué)生及時(shí)地調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容和方法，提高學(xué)習(xí)效率，取得更好的學(xué)習(xí)效果。

3 智慧校園和智慧課堂

我們正處在信息化和數(shù)字生活時(shí)代，海量的信息和數(shù)據(jù)包圍著我們。同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算能力快速提高。在校園內(nèi)，教師可運(yùn)用各種數(shù)字機(jī)器設(shè)備和軟件實(shí)時(shí)自動收集學(xué)生的各種數(shù)字化行為和心理方面的信息，經(jīng)人工智能的分析、綜合，可對學(xué)生的行為表現(xiàn)、思維和意念等信息作出正確的判斷，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)管理與監(jiān)控的目的。如某腦電圖公司研制的人工智能產(chǎn)品，如果教師上課時(shí)給學(xué)生戴上這一產(chǎn)品，教師便可及時(shí)了解學(xué)生中哪些人在專心聽講，哪些人在開小差或打瞌睡。此外，校長還可以通過人工智能進(jìn)行智慧校園管理和智慧課堂管理，包括智云平臺、校園電視廣播等項(xiàng)目。

4 跨界合作學(xué)習(xí)

在人工智能社會，基于人工智能的跨界有一個(gè)總的機(jī)構(gòu)為媒介，各個(gè)合作團(tuán)隊(duì)共同構(gòu)成一個(gè)合作學(xué)習(xí)共同體。人工智能是合作者的助手，各個(gè)學(xué)習(xí)共同體成員彼此之間是網(wǎng)絡(luò)式實(shí)時(shí)互動的，有些學(xué)習(xí)內(nèi)容根據(jù)國家統(tǒng)一的課程標(biāo)準(zhǔn)會作進(jìn)一步的統(tǒng)一要求。共同體中重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)化、普遍性的工作由人工智能代替。合作的時(shí)間彈性化、方式多樣化。作為合作共同體的個(gè)人既是學(xué)習(xí)者、合作者，又是指導(dǎo)者、服務(wù)者。在合作過程中，通過人工智能的分析，可以了解合作者各自的優(yōu)勢、特點(diǎn)、需求和合作學(xué)習(xí)的效果。教師的備課、學(xué)生的學(xué)習(xí)、學(xué)校的教學(xué)管理等，都可以進(jìn)行跨界合作學(xué)習(xí)。

5 “群體智能”協(xié)同工作和備課

所謂“群體智能”，就是指個(gè)體通過相互交流、協(xié)作、合作，而生成更高的智能?！叭后w智能”近似于系統(tǒng)論的整體性思想，它強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中整體功能大于或優(yōu)于各部分功能之和，強(qiáng)調(diào)群體的智慧行為大于或優(yōu)于個(gè)體的智慧行為。作為“部分”的個(gè)體之間的“交互驅(qū)動”，即通過相互溝通、協(xié)作、合作而形成合力。從人工智能的視角上看，“群體智能”是交互驅(qū)動的一種人工智能。例如，2014年1月，F(xiàn)acebook的創(chuàng)始人扎克伯格考試前一周發(fā)現(xiàn)自己沒有看書，甚至缺課，于是他將作業(yè)放到網(wǎng)絡(luò)中，并加入簡短討論，請其他同學(xué)幫忙填補(bǔ)空白，結(jié)果24小時(shí)內(nèi)完成了一份高品質(zhì)的作業(yè)，教師認(rèn)為這是有創(chuàng)意的協(xié)同工作并給予高分?；谌斯ぶ悄芗夹g(shù)的“群體智能”亦可用于教師備課。

6 機(jī)器人教學(xué)情境

1926年普雷希(S.L.Pressey)發(fā)明第一臺教學(xué)機(jī)器，使人與機(jī)器之間結(jié)成關(guān)系。繼后，斯金納的操作性條件反射理論運(yùn)用于教學(xué)機(jī)器的程序教學(xué)，特別是電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)生以來，進(jìn)一步深化了人的教學(xué)思維與機(jī)器之間的關(guān)系。在人工智能時(shí)代，出現(xiàn)了機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器人的交往、互動，形成了新的教學(xué)互動情境。

人工智能時(shí)代，機(jī)器人越來越多。機(jī)器人取代教師的部分勞動，機(jī)器人成為教師的助手。學(xué)生與機(jī)器人建立一種新型的師生關(guān)系。

7 “創(chuàng)客”：學(xué)生創(chuàng)新的課程與教學(xué)

創(chuàng)新是學(xué)生的關(guān)鍵能力?！皠?chuàng)客”(Mak-er)能力是指利用人工智能機(jī)器和軟件能夠?qū)€(gè)人的創(chuàng)作意圖(想象中的東西)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)(現(xiàn)實(shí)中的東西，即實(shí)物)。目前，比較流行的用于“創(chuàng)客”的人工智能機(jī)器是3D打印機(jī)。3D打印機(jī)的原理是利用普通打印機(jī)的原理，在三維中拓展，用激光注射器將原料層層累積，最后創(chuàng)造出一個(gè)實(shí)際物體?！皠?chuàng)客”活動有兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：①大腦“創(chuàng)意”的建構(gòu)與生成，反映“創(chuàng)客”的創(chuàng)新水平，是創(chuàng)新能力的核心；②創(chuàng)客如何將創(chuàng)作的意圖(設(shè)計(jì))輸入軟件。近年來，已有不少學(xué)校開設(shè)“創(chuàng)客”課程(筆者稱之為“創(chuàng)課”)教師指導(dǎo)學(xué)生利用人工智能機(jī)器開展創(chuàng)造活動，包括研制手機(jī)等，有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。