智能技術(shù)的教育應(yīng)用探索與思考

陳曦 張渝江

如今，在家中、工作場(chǎng)所等地隨處可見(jiàn)讓我們生活變得更方便的智能產(chǎn)品。每一次技術(shù)的進(jìn)步都會(huì)帶來(lái)耳目一新的運(yùn)用，課堂也不例外。近年來(lái)，教育領(lǐng)域中技術(shù)的升級(jí)和創(chuàng)新使用帶來(lái)了教育水平的顯著提高。教室里的新技術(shù)的確使教育更加容易互動(dòng)和更吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)，但是一些教師卻仍在抱怨技術(shù)繁瑣，對(duì)技術(shù)避而遠(yuǎn)之，或無(wú)法充分利用技術(shù)的特性提高工作效率。原因在于教室中的技術(shù)大多是簡(jiǎn)單堆砌而缺乏整合協(xié)調(diào)的運(yùn)作，且智能化程度不高。

全球知名信息技術(shù)咨詢公司Gartner發(fā)布的2019年技術(shù)趨勢(shì)中預(yù)測(cè)：隨著各種硬件和應(yīng)用程序在創(chuàng)建數(shù)字環(huán)境的過(guò)程中變得更加集成，智能空間正在成為現(xiàn)實(shí)。這里提到的智能空間指的是一種物理和數(shù)字環(huán)境。在這種環(huán)境中，人和技術(shù)相互作用，為目標(biāo)人群和行業(yè)場(chǎng)景創(chuàng)造一種更加沉浸式、交互式和自動(dòng)化的體驗(yàn)。

智能教學(xué)空間設(shè)想

根據(jù)智能空間的理念，我們可以試想一下未來(lái)的課堂：當(dāng)教師走進(jìn)教室時(shí)，電腦會(huì)自動(dòng)登錄，并根據(jù)他的個(gè)人喜好，打開(kāi)某個(gè)文件夾，或者加載特定的課程網(wǎng)頁(yè)；教師不再需要?jiǎng)邮终{(diào)整教室內(nèi)的燈光和音響，也不需要操作電腦進(jìn)行控制，而是使用口頭命令來(lái)完成這些動(dòng)作；在上課前，學(xué)生通過(guò)移動(dòng)設(shè)備接收當(dāng)天課程安排的即時(shí)信息，如小組作業(yè)、討論問(wèn)題等。課堂上，智能技術(shù)幫助教師將枯燥的講座變成一場(chǎng)引人入勝的對(duì)話，讓學(xué)生使用移動(dòng)終端實(shí)時(shí)參與互動(dòng)、分享成果和獲取個(gè)性化學(xué)習(xí)材料……

從以上描述中，研究者們初步勾勒出了智慧教室的輪廓，即建立一個(gè)聰明的學(xué)習(xí)環(huán)境，該環(huán)境為教職員工和學(xué)生提供技術(shù)豐富的空間，且復(fù)雜性低，最大限度地減少支持需求；該環(huán)境可以預(yù)見(jiàn)和自動(dòng)化常見(jiàn)的課堂任務(wù)，從而讓師生避開(kāi)瑣碎的日常事務(wù)，更好地利用教學(xué)時(shí)間；該環(huán)境以各種方式積極影響學(xué)生和教師在課堂上的體驗(yàn)，包括效率、學(xué)習(xí)體驗(yàn)和舒適度。

智慧教室探索

2018年，為創(chuàng)建智慧教室，美國(guó)印第安納大學(xué)的信息技術(shù)服務(wù)部門(mén)召集了一個(gè)智慧教室工作組，提出了智慧教室的解決方案。這個(gè)解決方案能實(shí)現(xiàn)：生物識(shí)別登錄到教室設(shè)備，快捷控制燈光和自動(dòng)考勤，教師可在教室任何地方控制設(shè)備；將課程內(nèi)容從后臺(tái)傳輸?shù)浇淌绎@示器，白板內(nèi)容可以被捕獲、傳輸?shù)浇淌抑胁煌@示器并保存以備將來(lái)查看和編輯，提供小組協(xié)作顯示，并能夠輕松地多屏傳輸；通過(guò)簡(jiǎn)單、用戶友好且可靠的界面提供這些功能。

為了讓解決方案更加完滿，該工作組還廣泛征求了學(xué)校教職員工的看法，并且邀請(qǐng)企業(yè)合作伙伴、教育工作者、建筑師和技術(shù)人員一起召開(kāi)了智慧教室峰會(huì)。峰會(huì)采用協(xié)作式頭腦風(fēng)暴，討論了智慧教室的新想法和新技術(shù)，并確認(rèn)了下一代智慧教室的關(guān)鍵功能：

①身份驗(yàn)證。師生能通過(guò)各種認(rèn)證方式進(jìn)入教室，如面部或語(yǔ)音識(shí)別、眼睛掃描、指紋識(shí)別等，可節(jié)省時(shí)間并提高效率。

②遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)。將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)融入小組討論為學(xué)生提供更真實(shí)的小組合作體驗(yàn)。

③環(huán)境。墻壁和桌子有顯示功能，能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)容的快速交換顯示。

④自動(dòng)化。房間的智能功能將自動(dòng)完成一些占用教學(xué)時(shí)間的繁重任務(wù)，如考勤。

根據(jù)上面這些特性，峰會(huì)還發(fā)布了關(guān)于智慧教室的五項(xiàng)調(diào)查結(jié)果：

①無(wú)屏顯示和生物識(shí)別技術(shù)將在高等教育教室的發(fā)展中發(fā)揮重要作用，并且能通過(guò)語(yǔ)音激活和其他物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)為師生簡(jiǎn)化使用流程。

②整個(gè)教室將成為學(xué)生活動(dòng)和頭腦風(fēng)暴的空間；墻壁、窗戶、桌子和所有活動(dòng)都很容易被云捕捉到，允許在課外或下一次課堂活動(dòng)中繼續(xù)對(duì)話。

③技術(shù)將被用于各種任務(wù)的高級(jí)自動(dòng)化，因此教師將不再受到“學(xué)用”技術(shù)的困擾，能全身心專注于教學(xué)。

④技術(shù)將會(huì)變得過(guò)程不可見(jiàn)，并為學(xué)習(xí)者增強(qiáng)和定制體驗(yàn)。

⑤虛擬助理可以在學(xué)生整個(gè)校園生涯為他們提供支持性體驗(yàn)方面發(fā)揮重要作用。

由此，研究人員發(fā)現(xiàn)，智慧教室的搭建并非要?jiǎng)?chuàng)造出新的技術(shù)形態(tài)，而是把一些成熟的技術(shù)集成整合以滿足教室這種特定環(huán)境的需求。這些技術(shù)包括大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等。當(dāng)這些技術(shù)依照教育的特性被整合起來(lái)后，智慧教室就能識(shí)別教師和學(xué)生的個(gè)人特點(diǎn)，進(jìn)而提供個(gè)性化的服務(wù)。在這個(gè)服務(wù)過(guò)程中師生感受不到技術(shù)的復(fù)雜性，而只需采用簡(jiǎn)單的自然行為與之互動(dòng)即可。這樣教師將從與教學(xué)無(wú)關(guān)的事務(wù)中解放出來(lái)，把重心放到學(xué)生身上，有更多的時(shí)間與學(xué)生互動(dòng)。而學(xué)生也將獲得更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，如便捷獲取豐富多元的學(xué)習(xí)材料（圖、表、流程圖、動(dòng)畫(huà)和視頻等），使得知識(shí)的掌握更容易。課堂內(nèi)外學(xué)生都可以與同伴和教師進(jìn)行互動(dòng)，不再必須寫(xiě)很長(zhǎng)的筆記而耽誤聽(tīng)課，教師的PPT、板書(shū)以及講解視頻都能輕松獲取。學(xué)困生不再是孤立無(wú)援，虛擬助理幫助解決個(gè)性化問(wèn)題。

根據(jù)蓋洛普調(diào)查，在學(xué)校引入智能技術(shù)后，學(xué)生的參與度提高了55%。這表明，耗費(fèi)學(xué)校大量經(jīng)費(fèi)的新技術(shù)正進(jìn)一步地發(fā)揮其巨大的作用。

教育人工智能探索

不過(guò)也有質(zhì)疑者擔(dān)心，智能技術(shù)特別是人工智能的廣泛采用，可能會(huì)帶來(lái)教師被替代的風(fēng)險(xiǎn)。2018年11月，在丹佛舉行的EDUCAUSE會(huì)議上，兩位來(lái)自賓夕法尼亞州立大學(xué)的教授根據(jù)之前他們?cè)谡n堂上使用人工智能技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，提出了機(jī)器人不會(huì)替代教師工作的觀點(diǎn)。

詹妮弗·斯派洛（Jennifer Sparrow）是該大學(xué)的教育技術(shù)高級(jí)主管。她和她的同事凱爾·鮑恩（Kyle Bowen）認(rèn)為人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)是教師已做工作的補(bǔ)充。具體來(lái)說(shuō)，它將幫助教師們準(zhǔn)備和實(shí)施課程，其中包括幾個(gè)階段——構(gòu)思、設(shè)計(jì)、評(píng)估、促進(jìn)、反思和研究。他們描述了基于這個(gè)觀點(diǎn)來(lái)開(kāi)發(fā)和使用人工智能的一些案例。

Eureka！是一個(gè)人工智能推薦引擎，能幫助教師找到新的材料來(lái)豐富他們的課程。當(dāng)教師在Eureka！中輸入一個(gè)概念或想法，如“工業(yè)設(shè)計(jì)”時(shí)，Eureka！會(huì)使用維基百科作為信息來(lái)源向教師推薦相應(yīng)內(nèi)容。在這個(gè)過(guò)程中教師可以識(shí)別哪些是自己需要的內(nèi)容。教師如果發(fā)現(xiàn)其中的內(nèi)容不夠好，還可以進(jìn)行修改完善。Eureka！可以反向通過(guò)教師選擇或修改的內(nèi)容進(jìn)行“學(xué)習(xí)”，以更好地改進(jìn)搜索內(nèi)容。這樣Eureka！將越來(lái)越聰明，這是傳統(tǒng)搜索引擎無(wú)法做到的。

BBookX是一個(gè)創(chuàng)建開(kāi)放教育資源（OER）的人工智能工具。它能快速創(chuàng)建OER文本，供教授們?cè)谒麄兊慕虒W(xué)中使用，而不僅是采用傳統(tǒng)的教科書(shū)。教師不一定會(huì)向?qū)W生發(fā)布或傳遞BBookX生成的內(nèi)容，但是他們可以利用這些內(nèi)容作為起點(diǎn)，為他們的課程獲取基本的背景資料。BBookX還可以用于課堂個(gè)性化學(xué)習(xí)——這樣學(xué)生也能制作出他們自己的學(xué)習(xí)材料。

Inquizitive是一個(gè)人工智能問(wèn)答引擎。開(kāi)放教育資源存在的一個(gè)問(wèn)題是缺少測(cè)驗(yàn)題目，教師們不得不經(jīng)常耗費(fèi)時(shí)間自己添加這樣的選項(xiàng)。Inquizitive能幫助教師快速尋找測(cè)試題。當(dāng)教師輸入教學(xué)內(nèi)容文本中的段落時(shí)，Inquizitive可以識(shí)別文本中的關(guān)鍵概念，并把相關(guān)的題目顯示出來(lái)供其進(jìn)行選擇。這能節(jié)省教師準(zhǔn)備測(cè)試題的時(shí)間，也能幫助教師獲取更多的測(cè)試資源。

史派洛和鮑恩的團(tuán)隊(duì)目前正在研究的另一個(gè)項(xiàng)目是：如何使用人工智能來(lái)評(píng)估課堂演講的錄音，以便向教師提供反饋。史派洛強(qiáng)調(diào)，人工智能在課堂上的潛在應(yīng)用，以及在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，并不是為了取代人類，而是讓人類變得更有創(chuàng)造力，更有吸引力，有更多的對(duì)話，最終變得更人性化。

喬納森·伯格曼（Jonathan Bergmann）認(rèn)為，教師擁有的最寶貴的資產(chǎn)就是每天與學(xué)生一起度過(guò)的分分秒秒，利用這些時(shí)間將教學(xué)效果最大化是教師必須要做的事情。毫無(wú)疑問(wèn)，智能技術(shù)正在幫助教師有更多的時(shí)間與學(xué)生在一起，使其更了解學(xué)生和更好地幫助學(xué)生。這才是技術(shù)革新教育的真正價(jià)值所在。