人工智能視域下個(gè)性化深層學(xué)習(xí)方法的探索與研究

浦慧忠

摘要：隨著人工智能在教育信息化中的不斷深入，各種新技術(shù)下的教育方式、學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，推進(jìn)AI環(huán)境下的個(gè)性化、深層學(xué)習(xí)相關(guān)研究應(yīng)用有很大的前景。本文從現(xiàn)階段數(shù)字素養(yǎng)、成就差距、知識(shí)過(guò)時(shí)等現(xiàn)實(shí)狀況出發(fā)，探索尋找適合新環(huán)境下的新方法，如角色轉(zhuǎn)變、創(chuàng)新教育、整合多種學(xué)習(xí)方式、創(chuàng)設(shè)新的學(xué)習(xí)空間等手段，為實(shí)現(xiàn)在人工智能環(huán)境下高等教育的進(jìn)一步發(fā)展提供探索和發(fā)現(xiàn)，為學(xué)生的未來(lái)服務(wù)。

關(guān)鍵詞：人工智能;個(gè)性化;機(jī)器學(xué)習(xí);深層學(xué)習(xí);混合式學(xué)習(xí)

0引言

也許很多年前誰(shuí)也不會(huì)想到，汽車自動(dòng)駕駛竟然成為現(xiàn)實(shí)。到如今人工智能算法能夠帶動(dòng)計(jì)算機(jī)與人類交流、駕駛汽車、玩游戲，也可以做許多人類無(wú)法做到的事情。數(shù)學(xué)算法驅(qū)動(dòng)的機(jī)器學(xué)習(xí)以及科學(xué)創(chuàng)新已經(jīng)成為人們生活的重要組成部分。

如今，人工智能在教育領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因而從諸多方面提高了正式和非正式課程的質(zhì)量。人在計(jì)算機(jī)中輸入的數(shù)據(jù)越多，算法就會(huì)變得越智能。從而能夠利用統(tǒng)計(jì)模式充分識(shí)別各個(gè)領(lǐng)域。隨著人工智能各項(xiàng)技術(shù)的整合，教育和教學(xué)效率都有極大的提高，同時(shí)也為教師和學(xué)生提供了可定制的個(gè)性化地學(xué)習(xí)體驗(yàn)。因此，高等教育應(yīng)該充分挖掘人工智能領(lǐng)域科技發(fā)展帶來(lái)的各種潛能，并在某些層面上取得突破。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)

2016年10月美國(guó)白宮科技政策辦公室（TheOffice of Science and Technology Policy，OSTP）發(fā)布了兩份有關(guān)人工智能方面的研究報(bào)告：一是《為人工智能的未來(lái)做好準(zhǔn)備》;二是《國(guó)家人工智能研發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃》。這兩份報(bào)告中指出：“人工智能出現(xiàn)以來(lái)，經(jīng)歷了“基于規(guī)則的專家系統(tǒng)”的第一次熱潮和“機(jī)器學(xué)習(xí)”的第二次熱潮?！敖忉屝院屯ㄓ萌斯ぶ悄芗夹g(shù)”的第三次熱潮即將來(lái)臨”。

2017年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中明確提出：“利用智能技術(shù)加快推動(dòng)人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革，構(gòu)建包含智能學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的新型教育體系”。早在2010年，國(guó)家教育部《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》中也明確提出：“信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響”;2012年，國(guó)家教育部發(fā)布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》中再次明確要求“以教育信息化帶動(dòng)教育現(xiàn)代化，促進(jìn)教育的創(chuàng)新與變革?！?/p>

在人工智能領(lǐng)域。隨著機(jī)器學(xué)習(xí)的不斷深入。一個(gè)新的研究方向出現(xiàn)——深度學(xué)習(xí)。其逐漸成為關(guān)注的焦點(diǎn)。深度學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)樣本數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律和表示層次，所獲得的信息對(duì)文字、圖像和聲音等數(shù)據(jù)的解釋有很大的幫助。最終目標(biāo)是讓機(jī)器能夠像人一樣具有分析學(xué)習(xí)能力，能夠識(shí)別文字、圖像和聲音等數(shù)據(jù)。深度學(xué)習(xí)其實(shí)是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，在語(yǔ)音和圖像識(shí)別方面取得的效果，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)先前相關(guān)技術(shù)。

教育學(xué)中的深層學(xué)習(xí)就是通過(guò)批判性思考、互相協(xié)作、自主學(xué)習(xí)、解決問題，從而掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容。在過(guò)去的若干年，深層學(xué)習(xí)法越來(lái)越融入高等教育，且不斷有新的發(fā)展。目前基于探究式學(xué)習(xí)的策略主要有兩種：一是基于問題的學(xué)習(xí)，學(xué)生解決實(shí)際問題：二是基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生創(chuàng)造出完整的產(chǎn)品。國(guó)外大學(xué)有關(guān)研究表明：學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中，通過(guò)開展小組分工合作，帶著問題去學(xué)習(xí)，能夠有效調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，促使學(xué)生參與到解決實(shí)際問題的過(guò)程中。學(xué)生課后反饋：網(wǎng)絡(luò)日志和維基博客這類的新技術(shù)可以輔助學(xué)習(xí)，幫助理解新知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生用新方法解決實(shí)際問題。

2存在的問題

當(dāng)然，對(duì)于人工智能不能過(guò)高估計(jì)其對(duì)教育學(xué)習(xí)的影響。如有專家所言：“人工智能不會(huì)取代教師，但是使用人工智能的教師會(huì)取代不使用人工智能的教師。”現(xiàn)階段，利用人工智能開展個(gè)性化深層學(xué)習(xí)的過(guò)程中，面臨著諸多問題。

2.1 數(shù)字素養(yǎng)不高

數(shù)字素養(yǎng)是指在數(shù)字環(huán)境下利用一定的信息技術(shù)的手段和方法。能夠快速有效地發(fā)現(xiàn)并獲取信息、評(píng)價(jià)信息、整合信息、交流信息的綜合科學(xué)技能與文化素養(yǎng)。數(shù)字素養(yǎng)還包括準(zhǔn)確評(píng)估網(wǎng)上出現(xiàn)的各種輿論信息。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在校大學(xué)生很難辨認(rèn)社會(huì)輿論媒體所報(bào)道內(nèi)容的真實(shí)性和公正性。因此注重培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)至關(guān)重要。

目前，數(shù)字素養(yǎng)正在或已經(jīng)影響學(xué)校的教學(xué)課程設(shè)計(jì)、專業(yè)發(fā)展和面向?qū)W生的服務(wù)與資源。數(shù)字素養(yǎng)的提升首先要確保學(xué)生能夠使用新技術(shù)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生能夠自主選擇正確的工具來(lái)處理特殊情況，最終深化學(xué)習(xí)成果并創(chuàng)新性的去解決問題。

學(xué)校應(yīng)制定跨課程、跨專業(yè)的數(shù)字素養(yǎng)培養(yǎng)計(jì)劃，而教師應(yīng)考慮在自己的專業(yè)學(xué)科情景中嵌入應(yīng)用數(shù)字素養(yǎng)，學(xué)生自身通過(guò)課外閱讀類似圖書館的高品質(zhì)學(xué)習(xí)資料提升數(shù)字技能的不足。

2.2存在成就差距

成就差距是反映學(xué)生在入學(xué)率和學(xué)業(yè)成績(jī)上差距的指標(biāo)，受社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位、民族或性別等影響。如低收入、少數(shù)民族裔、單親家庭和其它社會(huì)弱勢(shì)群體的學(xué)生就面臨比較嚴(yán)重的機(jī)會(huì)與公平問題。

教育是最重要的投資這一觀點(diǎn)已經(jīng)得到大多數(shù)人的認(rèn)可，獲到名牌大學(xué)的學(xué)位就意味著今后獲得穩(wěn)定收入和長(zhǎng)期成功的職業(yè)生涯。而來(lái)自人力資源方面的統(tǒng)計(jì)?，F(xiàn)在85%的工作崗位和超過(guò)90%高薪、有發(fā)展前景的工作，都要求求職者接受過(guò)高等教育。哪怕就是普通制造業(yè)的工作崗位現(xiàn)在也越來(lái)越需要通過(guò)大學(xué)教育的培訓(xùn)和獲得相應(yīng)的技能。

成就差距或可以歸因于社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，亦或源于招生考試的方式、入學(xué)后學(xué)分轉(zhuǎn)換等細(xì)節(jié)因素?？傊绾未龠M(jìn)學(xué)生的成功，減少成就差距的影響成為當(dāng)務(wù)之急。完成學(xué)習(xí)率的一種解決方案可以通過(guò)嘗試在線或混合式學(xué)習(xí)輔以個(gè)性化和自適應(yīng)學(xué)習(xí)的策略。

2.3 存在知識(shí)過(guò)時(shí)

在需求與技術(shù)均以驚人速度向前發(fā)展的世界里。任何新發(fā)展給提高學(xué)習(xí)和教育的質(zhì)量帶來(lái)了巨大的潛力。技術(shù)存在生命周期問題，同時(shí)還要確保所選擇的任何工具可以用來(lái)衡量學(xué)習(xí)成果。研究發(fā)現(xiàn)，目前技術(shù)沒有充分滿足教師和學(xué)生的需求。比如在線學(xué)習(xí)，53%的教師斷言虛擬課程比面對(duì)面課程的質(zhì)量差。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，使學(xué)生有了更多獲取新知識(shí)技能的選擇，而傳統(tǒng)教育因?yàn)槠洳捎玫募夹g(shù)可能會(huì)隨時(shí)被替代或者終止，所以必須做出相應(yīng)的改變。另外，教師自身也必須不斷地努力填補(bǔ)知識(shí)鴻溝，無(wú)論今后是否終身教職。

為了解決教師的知識(shí)過(guò)時(shí)問題可以嘗試下列方法：比如提供新技術(shù)進(jìn)行自由實(shí)驗(yàn)：參與合作重新想象“技術(shù)如何改變課堂”：讓管理者和教師一起研究“如何創(chuàng)造性地解決問題”。

3 改進(jìn)方法

數(shù)字素養(yǎng)、成就差距、知識(shí)過(guò)時(shí)帶來(lái)的教師角色轉(zhuǎn)變，人工智能的出現(xiàn)和發(fā)展帶來(lái)的機(jī)遇，要求人們從更多方面改變。大學(xué)需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)專用空間，開展多種實(shí)驗(yàn)和重復(fù)這些實(shí)驗(yàn)。

3.1 教育角色轉(zhuǎn)變

隨著個(gè)性化學(xué)習(xí)和情境化學(xué)習(xí)的興起?；ヂ?lián)網(wǎng)媒體的介入和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及，教師不再是唯一的、權(quán)威的信息來(lái)源，人們更期望教師能夠幫助學(xué)生掌握知識(shí)和技能，督促學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)、解決問題。因此，教師的職責(zé)應(yīng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣芾砗屯苿?dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)歷，鼓勵(lì)學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，設(shè)定更深層的問題。

除此以外。還要求教師能及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的突發(fā)事件，應(yīng)對(duì)由于人口結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變導(dǎo)致的入學(xué)率下降，為畢業(yè)生提供未來(lái)工作環(huán)境所需掌握的技能。而高校必須轉(zhuǎn)變運(yùn)作方式，重新定義教師角色。教育主管部門也要設(shè)計(jì)解決方案，幫助教師嘗試使用創(chuàng)新教學(xué)法推進(jìn)自身教學(xué)實(shí)踐，進(jìn)一步幫助高校對(duì)遠(yuǎn)程教育進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，確定影響學(xué)習(xí)和教學(xué)效果的變量。

3.2 推動(dòng)創(chuàng)新文化發(fā)展

如何創(chuàng)設(shè)創(chuàng)新文化，以帶來(lái)對(duì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響面的改變呢？有專家認(rèn)為：未來(lái)十年大學(xué)的基石可用4個(gè)大寫字母工開頭的單詞表述。即國(guó)際化（internationalism）、跨學(xué)科（interdisciplinary）、影響力（impact）和創(chuàng)新性（innovation）。高校有責(zé)任去創(chuàng)設(shè)環(huán)境，失敗是成功之母，失敗也是學(xué)習(xí)的一部分，這種觀念也是對(duì)傳統(tǒng)文化的挑戰(zhàn)。

很多大學(xué)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這一趨勢(shì)，正在有序的開展項(xiàng)目，營(yíng)造創(chuàng)新的文化氛圍。例如通過(guò)產(chǎn)品開發(fā)，培養(yǎng)多層次協(xié)作能力。在活動(dòng)中，學(xué)生共同參與構(gòu)思，進(jìn)行原型設(shè)計(jì)，甚至主動(dòng)去尋求資金來(lái)源。有研究認(rèn)為，高校將學(xué)歷和資格認(rèn)證分離，就業(yè)可選擇資格認(rèn)證而不只是文憑，這些都是對(duì)傳統(tǒng)高等教育模式的演化。

3.3 整合正式和非正式學(xué)習(xí)

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及給人們提供了在任何時(shí)間、任意地點(diǎn)、學(xué)習(xí)任何東西的機(jī)會(huì)，自主學(xué)習(xí)、好奇心驅(qū)動(dòng)下的學(xué)習(xí)越來(lái)越受到關(guān)注。非正式學(xué)習(xí)既包含這些類型的活動(dòng)，也包括平時(shí)的日常生活經(jīng)驗(yàn)和偶然發(fā)現(xiàn)。在線非正式學(xué)習(xí)的流行對(duì)辦好正規(guī)普通教育同樣有重要價(jià)值。正式和非正式學(xué)習(xí)的混合可以創(chuàng)造一個(gè)具有實(shí)踐能力、充滿好奇心和創(chuàng)造力的環(huán)境。學(xué)生根據(jù)自己特定的需求來(lái)判斷對(duì)自己學(xué)習(xí)有益的資源以及如何最大限度地去利用?？焖俚募夹g(shù)發(fā)展迫使人們不斷更新自身的技能，終身學(xué)習(xí)成為可能。

教師的首要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)終身學(xué)習(xí)的追求，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生使用一切可用的資源。非正式學(xué)習(xí)可以使學(xué)生接觸到自己所學(xué)專業(yè)以外的新領(lǐng)域，教師應(yīng)發(fā)揮不可替代的作用。

由于對(duì)“什么是被認(rèn)可的非正式學(xué)習(xí)”未形成一致意見，阻礙了非正式學(xué)習(xí)與正式學(xué)習(xí)的整合。例如，學(xué)生通過(guò)社會(huì)服務(wù)工作、家庭休閑活動(dòng)和興趣愛好以及其他它正式途徑參與的項(xiàng)目和課程應(yīng)該一樣獲得學(xué)分。所以整合非正式和正式學(xué)習(xí)的關(guān)鍵是找到一個(gè)統(tǒng)一的方式來(lái)評(píng)估和認(rèn)證通過(guò)各種途徑獲得的知識(shí)和技能。有了合理的評(píng)估框架，學(xué)生就可以不受傳統(tǒng)學(xué)分的限制，有時(shí)比獲得的學(xué)歷證書更能準(zhǔn)確的展示自己的能力。

3.4 重新設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)空間

為了適應(yīng)數(shù)字化帶來(lái)的教學(xué)方式轉(zhuǎn)變，在實(shí)體課堂中更多的采用主動(dòng)學(xué)習(xí)。有必要對(duì)實(shí)體環(huán)境做出一些調(diào)整。如可以將教室改造成類似工作場(chǎng)所，放棄原有的固定座位，將傳統(tǒng)的報(bào)告廳改造成動(dòng)態(tài)布局，每個(gè)房間都配有攝像機(jī)、大屏幕顯示、中央控制室。教師可以在各個(gè)房間自由活動(dòng)，同時(shí)跨班級(jí)授課，而學(xué)生利用輪詢系統(tǒng)可以跨界互動(dòng)。共享文件和筆記。另外通過(guò)仿真技術(shù)，不同地方的學(xué)生和教師也可以非常方便地聚集在一起工作。

授課時(shí)間上，傳統(tǒng)授課在同一教室進(jìn)行，這種形式具有自身的局限性。而開放的長(zhǎng)時(shí)間空間讓學(xué)生更具靈活性，業(yè)余時(shí)間也有機(jī)會(huì)進(jìn)行學(xué)習(xí)，甚至可以將工作區(qū)域與非正式休閑空間相結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生們開展跨學(xué)科互動(dòng)，參與實(shí)踐項(xiàng)目和協(xié)作?？捎每臻g的增多和使用時(shí)間的自由可以讓學(xué)生隨時(shí)隨地使用工具進(jìn)行學(xué)習(xí)，這也符合終身學(xué)習(xí)的理念。

開放的教育資源和帶有分享性質(zhì)的學(xué)習(xí)空間設(shè)計(jì)為學(xué)生今后提供職業(yè)發(fā)展機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)建立和創(chuàng)新空間，真正實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新教學(xué)。

4發(fā)展與展望

4.1 人工智能的進(jìn)一步發(fā)展

隨著AI技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能在高等教育領(lǐng)域有良好應(yīng)用前景。通過(guò)網(wǎng)上收集學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，能夠更直接地為學(xué)生提供反饋，更多的學(xué)生參與學(xué)習(xí)，從而增強(qiáng)在線學(xué)習(xí)、自適應(yīng)學(xué)習(xí)和學(xué)術(shù)研究甚至預(yù)測(cè)未來(lái)招生情況。AI環(huán)境下的機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)正在加速改變職業(yè)生涯和非正式學(xué)習(xí)方式。

例如，教師批改課后作業(yè)是一個(gè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的過(guò)程。通過(guò)虛擬教師不僅可以檢查表面錯(cuò)誤，還能進(jìn)一步分析意義、主題和論點(diǎn)，給學(xué)生提供細(xì)粒度的反饋。在網(wǎng)絡(luò)課程中，虛擬教師還可以中斷視頻講座直接向?qū)W生提問，回放視頻片段幫助學(xué)生理解。這種無(wú)處不在的支持和指導(dǎo)可以填補(bǔ)現(xiàn)實(shí)教師的空白。

4.2 下一代學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)

學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)（LMS）（又稱虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境）是通過(guò)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等數(shù)字化方法進(jìn)行電子化學(xué)習(xí)與教學(xué)的活動(dòng)，是一種高效的信息化培訓(xùn)管理模式。LMS被用來(lái)運(yùn)行和管理在線與混合式課程，一直被作為完整學(xué)習(xí)活動(dòng)的集中載體。學(xué)生通過(guò)LMS可以訪問課程教學(xué)大綱、閱讀課程資料、提交課后作業(yè)、檢查學(xué)習(xí)成績(jī)、與同學(xué)和教師聯(lián)系，同時(shí)教師也可以監(jiān)控學(xué)生的參與和表現(xiàn)。

未來(lái)LMS的首要目標(biāo)是將重點(diǎn)從支撐管理任務(wù)轉(zhuǎn)移到深化學(xué)習(xí)行為。第二目標(biāo)是開發(fā)更靈活的空間，支持個(gè)性化，并參與到過(guò)程性學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)中，而傳統(tǒng)的LMS功能仍然是生態(tài)系統(tǒng)的一部分。例如，目前如火如荼的大規(guī)模開放在線課程MOOC。未來(lái)的LMS應(yīng)當(dāng)以類似“樂高”的方式進(jìn)行搭建，讓教師和學(xué)生能夠靈活地創(chuàng)建或適應(yīng)獨(dú)特需求的學(xué)習(xí)環(huán)境，無(wú)縫的定制虛擬環(huán)境，整合資源，利用大量開放的教育資源和學(xué)習(xí)分析來(lái)提供個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展。人工智能也將為高等教育的進(jìn)一步發(fā)展提供新機(jī)遇，從而在各個(gè)層面實(shí)現(xiàn)教育的信息化、全面化、個(gè)性化。然而，在擁有巨大前景的同時(shí)也面臨潛在的危險(xiǎn)。如何適應(yīng)人工智能環(huán)境下教師角色的轉(zhuǎn)變，教育手段，學(xué)習(xí)方式的變化。個(gè)性化學(xué)習(xí)和深層學(xué)習(xí)是現(xiàn)代學(xué)習(xí)型社會(huì)的必然需要。也需要嘗試更多的新方法，新手段去適應(yīng)。