現(xiàn)代教育中人工智能的應(yīng)用

王露 孫麗 劉曉瑩

【摘要】隨著科技的高速發(fā)展以及教育在社會中地位的不斷提高，人工智能在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用也備受關(guān)注。教育人工智能一方面增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，另一方面提高了教師的教學(xué)準(zhǔn)確度和有效性。本文探討了人工智能在教育中的主要應(yīng)用形式，闡述了人工智能的意義，并分析人工智能在現(xiàn)代教育中應(yīng)用的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】人工智能 ?教育 ?應(yīng)用 ?前景

【基金項目】海南省自然科學(xué)基金117109。

【中圖分類號】G40 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）13-0040-02

1.引言

隨著科技的發(fā)展，人工智能作為計算機(jī)科學(xué)的一個重要組成部分，已逐漸滲透到社會的各個領(lǐng)域。自二十一世紀(jì)初，人工智能進(jìn)入高速發(fā)展階段，教育信息化的概念也逐漸深入人心，教育人工智能也得到了越來越多人的重視[1-4]。

近年來，隨著人工智能的日趨完善，其對教育教學(xué)改革和促進(jìn)教育現(xiàn)代化過程中將發(fā)揮重要作用已形成共識。

2.人工智能在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用形式

2.1智能教學(xué)系統(tǒng)

在教育技術(shù)學(xué)中，智能教學(xué)系統(tǒng)處于重要地位。該系統(tǒng)基于人工智能技術(shù)，可以在一定程度上代替教師的作用，能夠自主的指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)知識與技能，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與便利性。

智能教學(xué)系統(tǒng)由三個基本模塊組成：領(lǐng)域知識模塊、學(xué)生模型和教師模型。領(lǐng)域知識模塊又稱為專家模塊，它包含了需要傳授給學(xué)生的知識和技能，具體包括學(xué)生需要學(xué)習(xí)的基本概念、規(guī)則以及解決問題的策略。目前我國教育界已經(jīng)在這方面有所突破，如在計算機(jī)技能考試中已經(jīng)可以對學(xué)生的操作進(jìn)行跟蹤和測評。學(xué)生模型主要應(yīng)用于管理學(xué)生相關(guān)信息庫，由此測定出學(xué)生的學(xué)習(xí)水平和認(rèn)知特點[5]。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識時，它會對其之前的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評估測試，并給學(xué)生提供最合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而達(dá)到最佳的學(xué)習(xí)效果。教師模型又稱為教學(xué)策略模塊，能夠在一定程度上實現(xiàn)教師的功能，它可以針對每個學(xué)習(xí)者的特點提供合適的學(xué)習(xí)活動和教學(xué)策略。如美國國防高級研究計劃署贊助開發(fā)的一種模擬專家和新手之間互動的數(shù)字導(dǎo)師系統(tǒng)，能夠幫助學(xué)習(xí)者獲得所需的技能，從而極大地減少了訓(xùn)練新手成為技術(shù)技能專家所需的時間[6]。

2.2智能測評系統(tǒng)

測評是教學(xué)活動中必不可少的，就像考試需要老師評分和作業(yè)需要老師批改一樣。但是，如何能讓老師從繁重的閱卷和批改作業(yè)的工作中解放出來，從而能夠用更好的精神狀態(tài)從事更有意義的工作呢？智能測評系統(tǒng)的出現(xiàn)改善了這一現(xiàn)狀，不僅減輕了教師的負(fù)擔(dān)，而且有效的提高了教學(xué)效率。

2.2.1智能閱卷系統(tǒng)

智能閱卷系統(tǒng)是基于圖像識別、云計算與大數(shù)據(jù)分析的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要為基礎(chǔ)教育服務(wù)，通過對學(xué)校的作業(yè)和考試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和采集，可以讓教師準(zhǔn)確的了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，不但能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，也能提高教師的工作效率。目前，基于這一系統(tǒng)而創(chuàng)建的教育平臺有很多，例如，上海易教智能閱卷系統(tǒng)，它主要包括智能閱卷平臺和閱卷大師（教師客戶端）。智能閱卷平臺可以將上傳的學(xué)生試卷數(shù)據(jù)設(shè)置統(tǒng)計分析指標(biāo)進(jìn)行多維度數(shù)據(jù)分析，自動生成各類統(tǒng)計分析報表。教師通過分析報表可以對學(xué)生的知識掌握情況有非常直觀的了解，能夠及時掌握學(xué)生學(xué)習(xí)的重難點和學(xué)生成績的波動情況，從而針對性的設(shè)置教學(xué)策略，幫助學(xué)生攻克難點。教師客戶端的閱卷大師可以自動識別試卷的客觀題，并準(zhǔn)確的賦予分值，主觀題部分則需要教師批改賦分。這些都是通過智能掃描儀實現(xiàn)的，掃描完成后會通過智慧評價平臺統(tǒng)計出總分?jǐn)?shù)，不但減輕了教師的負(fù)擔(dān)，閱卷的質(zhì)量也會更加的精準(zhǔn)高效。

2.2.2智能口語測評系統(tǒng)

基于語音識別技術(shù)的智能口語測評系統(tǒng)能夠?qū)忌恼Z音、語調(diào)等進(jìn)行多維度的評判，并能生成卷面評測報告，指出考生答卷中的錯誤，從而讓考生能夠針對性的練習(xí)改正。操作該測評系統(tǒng)需要計算機(jī)與耳機(jī)連接，通過人機(jī)對話完成聽力和口語測試，測試完成后系統(tǒng)會自動給出評分。例如，基于這一系統(tǒng)所開發(fā)的大學(xué)英語四六級口語考試系統(tǒng)可以極好地改善我國學(xué)生學(xué)習(xí)英語環(huán)境匱乏的問題，從而提高學(xué)生的英語口語水平。另外，我國普通話智能測試系統(tǒng)也對普通話的普及產(chǎn)生了重要影響。

2.3教育游戲

人工智能在教育方面的快速發(fā)展也開啟了教育游戲的狂潮。在這個電子設(shè)備普及化的時代，學(xué)生需要面對很多來自網(wǎng)絡(luò)世界的誘惑，其中已經(jīng)有不少學(xué)生因沉迷于網(wǎng)絡(luò)游戲、網(wǎng)絡(luò)視頻等而荒廢學(xué)業(yè)。教育游戲?qū)儆谝嬷切蓍e類游戲，它的開發(fā)改變了學(xué)生們以往枯燥、單調(diào)的學(xué)習(xí)模式，學(xué)生可以通過玩游戲來獲取知識，不僅具有教育性也具有娛樂性，有利于激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

最早提出教育游戲的是美國，自八十年代發(fā)展到今天，它早已形成了完整的系統(tǒng)和操作規(guī)范。而我國對教育游戲的研究相對較晚，其中比較出名的有：盛大公司研發(fā)的我國首款網(wǎng)絡(luò)教育游戲《學(xué)雷鋒》;北京娛教網(wǎng)絡(luò)有限公司的“k12play快樂教育”;北京中教電信有限公司開創(chuàng)的《真知探索》等等[7]。另外，《樂萌學(xué)堂之家有小寵》是我國第一款手機(jī)教育游戲，通過玩游戲來學(xué)習(xí)課本中的知識而得到孩子們的喜愛。

2.4教育機(jī)器人

隨著科技的發(fā)展，人們越來越重視在教育方面的科技創(chuàng)新，教育機(jī)器人就是為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力所開發(fā)的。教育機(jī)器人主要是由機(jī)器人本身、控制軟件和教學(xué)課程組成的。

教育機(jī)器人在國外已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，早在1994年，麻省理工學(xué)院為了完成機(jī)器人教育與理科實驗的整合，便創(chuàng)辦了“設(shè)計和建造LEGO機(jī)器人”課程。這幾年來，國內(nèi)對機(jī)器人教育的研究也有了極大的進(jìn)展，已經(jīng)有一些企業(yè)能夠生產(chǎn)出教育機(jī)器人，較為知名的產(chǎn)品有北京樂博機(jī)器人、 能力風(fēng)暴機(jī)器人、樂高機(jī)器人等。教育機(jī)器人的開發(fā)不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維，也對增強學(xué)生的溝通交流能力有所幫助，有助于學(xué)生更好地理解和解決一些復(fù)雜的問題。除了上述學(xué)習(xí)型機(jī)器人外，教育機(jī)器人還有比賽型機(jī)器人。如清理水浮蓮的機(jī)器人——水體清道夫就屬于比賽型機(jī)器人，是惠州舉行環(huán)保主題青少年機(jī)器人競賽時惠東中學(xué)學(xué)生參賽的作品。

3.現(xiàn)代教育中人工智能應(yīng)用的意義及發(fā)展前景

將人工智能技術(shù)應(yīng)用在教學(xué)中，對于學(xué)生來說，可以檢測學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中所遇到的問題以及學(xué)習(xí)程度，從而給予學(xué)生一些合理性的建議，為學(xué)生調(diào)整出最合適的學(xué)習(xí)方式。對于老師來說，可以及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，同時對老師制定的教學(xué)策略給出有效的建議[8]。同時教育游戲和教育機(jī)器人的應(yīng)用，既滿足了學(xué)生對游戲和課外知識的癡迷，又使得學(xué)生從中學(xué)到高于書本的知識，寓教于樂，極大地提高了學(xué)習(xí)效率。

人工智能的應(yīng)用中，如何實現(xiàn)完美的人機(jī)交互是一直以來所面臨的主要問題。目前人工智能在教學(xué)中更多的是作為教學(xué)輔助手段發(fā)揮其優(yōu)勢。要摒棄傳統(tǒng)的人工教學(xué)，完全實現(xiàn)人工智能教學(xué)，需要教育學(xué)、心理學(xué)、計算機(jī)軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多方面的發(fā)展與融合，實現(xiàn)智能計算機(jī)輔助教學(xué)（ICAI）[9]。實現(xiàn)智能計算機(jī)輔助教學(xué)，一方面要允許學(xué)生與計算機(jī)進(jìn)行情感上的交流，從而讓系統(tǒng)更加了解學(xué)生的心態(tài)，能夠像人類一樣幫助學(xué)生解決問題，這樣不僅可以幫助學(xué)生擺正心態(tài)，也可以讓學(xué)生的學(xué)習(xí)效率有一定的提升;其次系統(tǒng)能夠通過每個學(xué)生認(rèn)知模型所顯示的信息，準(zhǔn)確地診斷出學(xué)生的學(xué)習(xí)水平并推理出適合該學(xué)生的教學(xué)策略;最后系統(tǒng)能夠及時地向教師反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和心理狀態(tài)，從而使教師能夠及時確定教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整教學(xué)策略，極大地提高了教學(xué)效率。人工智能在教育中具有巨大的應(yīng)用潛力，但要使人工智能更好的服務(wù)于現(xiàn)代教育，研究者們也面臨著知識和技術(shù)方面的雙重挑戰(zhàn)。

4.結(jié)束語

在人工智能應(yīng)用于教育的大背景下，本文主要介紹了目前人工智能在教育中主要應(yīng)用形式：智能教學(xué)系統(tǒng)、智能測評系統(tǒng)、教育游戲和教育機(jī)器人。但人工智能在教育方面的發(fā)展仍然存在很多問題，無論是作為輔助傳統(tǒng)人工教學(xué)的手段，還是完全使用教育人工智能，都需要更高水平的教師專業(yè)知識、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和軟件技術(shù)。完全實現(xiàn)教育人工智能的智能計算機(jī)輔助教學(xué)（ICAI），將是未來人工智能在教育中應(yīng)用的巨大挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]徐陶冶，姜學(xué)軍.淺談基于專家系統(tǒng)的人工智能在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].科技信息，2011年第11期，55頁轉(zhuǎn)31頁.

[3]梁迎麗，劉陳.人工智能教育應(yīng)用的現(xiàn)狀分析、典型特征與發(fā)展趨勢[J].中國電化教育，2018年3月總第374期，24-30.

[4]姜皓文.淺談人工智能在教育中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（05）：255.

[5]胡繼禮，殷云霞.人工智能技術(shù)在教育中的應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù)（學(xué)術(shù)交流），2007（12）：1667-1668.

[6]Uraikul V. Artificial intelligence and modern network technology[J].Engineering Applications of artifical Intelligence，2016（2）：119-131.

[7]焦加麟，徐良賢，戴克昌.人工智能在智能教學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]，計算機(jī)仿真，2003（8）：49.

[8]鐘琦，胡水星.人工智能在教育中的整合應(yīng)用研究[N].贛南師范學(xué)院報，2011年12月第6期：66-69.

[9]胡繼禮，殷云霞.人工智能技術(shù)在教育中的應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù)，2007（12）：1667-1668.

作者簡介：

王露（1995年5月-），河南省登封市人，漢族，女，本科，在校學(xué)生，研究方向：電子信息科學(xué)與技術(shù)。

孫麗（1981.04-），山東省濱州市人，漢族，女，博士研究生，副教授，研究方向：物理學(xué)凝聚態(tài)物理。