AI人工智能在教學(xué)應(yīng)用分析

周宏博　張志勇

摘 要：伴隨著科技的進(jìn)步和現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)科學(xué)逐漸在高校專業(yè)的選擇中成為了熱門專業(yè)，并產(chǎn)生了許多新的教育教學(xué)模式，對(duì)新時(shí)代的教育教學(xué)有著深刻的影響。為了使改革與教育與之相適應(yīng)，需要運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，而使用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)就可以提供理想的教學(xué)環(huán)境，很容易讓學(xué)者具有積極性，從而提升教學(xué)效果。我們通常所說(shuō)的人工智能，別名又叫AI技術(shù)，是當(dāng)下的熱門學(xué)科。該學(xué)科所要達(dá)到的目的是人們通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)的調(diào)試研究，進(jìn)而使計(jì)算機(jī)可以處理一些比較智能的人類工作的目標(biāo)。該項(xiàng)研究的主要任務(wù)是從根本理論著手研究，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能化的目的，制做出類似人腦的計(jì)算機(jī)，以及使用計(jì)算機(jī)完成根高難度的應(yīng)用。本文是針對(duì)CAI的發(fā)展前景，以及重點(diǎn)論述人工智能技術(shù)對(duì)CAI，還有智能化CAI產(chǎn)生的重大影響，并通實(shí)例證明設(shè)想。

關(guān)鍵詞：AI人工智能;教育;計(jì)算機(jī)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.193

1 引言

千年以來(lái)，學(xué)校的主體人物是學(xué)生，而學(xué)生得到知識(shí)的渠道便是教師，傳統(tǒng)知識(shí)的傳授一般是教師講學(xué)生聽的模式，老師是“傳道授業(yè)解惑”的角色。傳統(tǒng)的教育培養(yǎng)出來(lái)的大多數(shù)重書本，輕實(shí)踐，動(dòng)手能力差，創(chuàng)造能力差。這樣落后的教學(xué)不能適應(yīng)國(guó)家的需要。

人工智能作為一個(gè)新興學(xué)科，已經(jīng)為當(dāng)下人們的生活帶來(lái)了很多便利，極大的改變了人們的生活，人工智能涉及到生活的很多方面，給教育也帶來(lái)了很大的影響。人工智能可以分為三個(gè)等級(jí)，（1）弱人工智能，智能專注一個(gè)事情或一個(gè)領(lǐng)域，如下圍棋;（2）強(qiáng)人工智能，堪比人類的智慧;（3）可以比人類智慧超過(guò)1000倍的人工智慧。

2 人工和智能含義

人工智能顧名思義，分為兩個(gè)部分。首先是人工，人工從字面意思理解就是人類所創(chuàng)造出來(lái)的，通過(guò)人的能力而得到的就是講的人工。而智能相對(duì)來(lái)說(shuō)理解就較為廣泛，不同的人可能由不同的見(jiàn)解，智能就每個(gè)個(gè)體而言，都不盡相同，對(duì)于大眾來(lái)說(shuō)，更是無(wú)法確切的給出“智能”的定義，但是，要想進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)人工智能，加深對(duì)自身智能的了解是很有必要的。

3 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)及其現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI），其實(shí)就是相當(dāng)于另外一種傳授知識(shí)的方式，跟傳統(tǒng)課堂教學(xué)有所不同，教師可將要傳授的知識(shí)通過(guò)軟件或者課件的輔助形式傳授給知識(shí)的接收者。這樣就可以使知識(shí)更加直觀的呈現(xiàn)在學(xué)者眼前，使受眾群體通過(guò)視覺(jué)感受更加直觀的實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)。國(guó)外采用這種教學(xué)方式較多，就教學(xué)成果來(lái)說(shuō)，結(jié)果是很樂(lè)觀的。對(duì)于國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，芮然在CAI技術(shù)方面晚于國(guó)外，但其迅猛的發(fā)展速度，使得CAI技術(shù)在二十世紀(jì)八十年代就已經(jīng)成為一些高校的熱門課題了。

3.1 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的現(xiàn)狀

CAI能夠?qū)崿F(xiàn)其功能，關(guān)鍵在于AI的技術(shù)支撐，例如一些定理的推理過(guò)程及其推理方法、一些復(fù)雜符號(hào)的形成等，在CAI系統(tǒng)中都可見(jiàn)到。

在以前的CAI使用過(guò)程中，其學(xué)習(xí)模式主要采用兩種形式：決策理論和隨機(jī)學(xué)習(xí)。這種教學(xué)方式的出現(xiàn)使學(xué)習(xí)過(guò)程更加高效。隨著AI技術(shù)的更加深入的發(fā)展，CAI系統(tǒng)中添加了學(xué)習(xí)的行為及訓(xùn)練策略，這種方法可以控制訓(xùn)練策略并給出適合學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

到目前為止，大多數(shù)的CAI都是將所有教學(xué)信息以編程方式預(yù)置于課件中，一旦完成這樣的CAI課件，所有的教學(xué)改動(dòng)都會(huì)給維護(hù)工作帶來(lái)不便。所以CAI系統(tǒng)多個(gè)方面存在一定的不足，需要從下面幾個(gè)角度進(jìn)行考慮，尋求解決方法。

（1）缺乏開放性。由于CAI系統(tǒng)是設(shè)計(jì)者根據(jù)既定的目標(biāo)對(duì)程序進(jìn)行編寫的，一旦完成設(shè)計(jì)，使用者只有使用權(quán)限，沒(méi)有編輯權(quán)限。其缺點(diǎn)如下：1）固定內(nèi)容的局限性使得課件的應(yīng)用變得狹窄;2）既定的運(yùn)行路徑使得教學(xué)缺乏自主性;3）教學(xué)針對(duì)性不強(qiáng);4）在擁有新資源時(shí)，不能在原來(lái)的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)使用，僅能作為一次使用。

（2）人機(jī)交互能力不足。在當(dāng)下的課堂教學(xué)中，最常見(jiàn)的就是教師以光盤中的知識(shí)構(gòu)架為主題，借助多媒體進(jìn)而實(shí)現(xiàn)教學(xué)。但是這種教學(xué)方式相對(duì)比較被動(dòng)，教師的教學(xué)流程只能按照光盤中既定的順序進(jìn)行講解，而不能根據(jù)課堂氣氛或者老師的意愿進(jìn)行隨意改動(dòng)，從而使整個(gè)教學(xué)過(guò)程更加有束縛感，結(jié)果是學(xué)生和老師都不是課堂的主宰，而是被動(dòng)的接受方。

（3）忽視課程本身的特點(diǎn)。CAI系統(tǒng)因其自身的因素使得在具有不同教學(xué)目的時(shí)，沒(méi)有針對(duì)性，而是只要是這一部分內(nèi)容，在進(jìn)行不同知識(shí)點(diǎn)講解時(shí)，出來(lái)的畫面都一樣。比如說(shuō)，涉及到很多曲線和曲面的課程，在對(duì)一些知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解時(shí)，只需將這些曲面等呈現(xiàn)出來(lái)就好，但是對(duì)于一些圖形形成的算法進(jìn)行訓(xùn)練傳授時(shí)，如果可以把曲面的形成過(guò)程逐步的顯示出來(lái)，在教學(xué)效果方面，無(wú)疑可以達(dá)到事半功倍的效果。

（4）師生之間缺乏互動(dòng)。在使用課件的過(guò)程中，如果學(xué)者有什么疑問(wèn)，得不到及時(shí)的解決與反饋。同時(shí)，很多課件不支持鏈接互諒，這樣就失去了互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的大量資源和信息，它們不能提供方便的學(xué)習(xí)和討論空間，不能提供師生隨時(shí)隨地的交流方式，也不能提供實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)的條件。

（5）缺乏教學(xué)策略。在課件制作過(guò)程中制作者往往忽略了教學(xué)策略這一點(diǎn)。例如：大多課件都只能播放而不能互動(dòng)。其實(shí)，使用課件教學(xué)只是一種手段，而不是一個(gè)目標(biāo)，在教學(xué)設(shè)計(jì)理論的指導(dǎo)下，要強(qiáng)調(diào)課件的有效性，重點(diǎn)是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)，掌握新技術(shù)，培養(yǎng)各種能力，而不是表面上的“精美”。

（6）智力不足。現(xiàn)有的CAI課件系統(tǒng)不能對(duì)不同層次的學(xué)生進(jìn)行教育，學(xué)生的學(xué)習(xí)是被動(dòng)的，學(xué)生不能通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)提供學(xué)習(xí)輔助信息來(lái)選擇學(xué)習(xí)。對(duì)于老師們來(lái)說(shuō)，不能親身參與到教學(xué)當(dāng)中，也不能根據(jù)每個(gè)學(xué)生的特點(diǎn)去更改相應(yīng)的教學(xué)方案，因此沒(méi)有智力。

總之，雖然計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)為當(dāng)下的教學(xué)提供了很多便利，但是，其存在的問(wèn)題已越來(lái)越不可忽視。隨著科技的持續(xù)發(fā)展，技術(shù)的革新速度越來(lái)越迅速，這就吸引力眾多學(xué)者針對(duì)智能化方面進(jìn)行了諸多探索，進(jìn)而使大力發(fā)展和優(yōu)化CAI系統(tǒng)成為了新的發(fā)展趨勢(shì)。

3.2 智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)ICAI

是以認(rèn)知科學(xué)和思維科學(xué)為理論基礎(chǔ)，與CAI相比，新增了人工智能和心理學(xué)方面的技術(shù)，進(jìn)而更加的智能化，更能符合現(xiàn)在教學(xué)的特點(diǎn)。

教學(xué)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的教學(xué)思維過(guò)程。它需要教師以他們的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)吸收、解釋、推理、舉例、綜合和其他步驟來(lái)更好地完成。該部分是主要的人機(jī)交互部分，提供用戶對(duì)自己學(xué)習(xí)管理的手段。[1]教師在經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)之后，分析總結(jié)了一套獨(dú)特的適合學(xué)生高效學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，該教學(xué)方法結(jié)合學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況，針對(duì)學(xué)生存在的學(xué)習(xí)問(wèn)題，實(shí)事求是的把知識(shí)傳授給學(xué)生，這也是專家系統(tǒng)的工作內(nèi)容。所以說(shuō)，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)實(shí)際上是一種依據(jù)計(jì)算機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)學(xué)生與老師之間的專家系統(tǒng)的一種方法。[2]而進(jìn)一步優(yōu)化之后，將相關(guān)的心理學(xué)以及智能化的技術(shù)融合進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)，將專家系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)合二為一，就可以更好的實(shí)現(xiàn)智能的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，既ICAI技術(shù)。

對(duì)于智能CAI技術(shù)，可以借助知識(shí)將教學(xué)的思想、方法和內(nèi)容都傳遞出去。而人工智能的關(guān)鍵點(diǎn)在于知識(shí)的傳遞。即怎樣才能把知識(shí)傳遞出去，并且使受眾群體可以很好的接受吸收，這也是人工智能能否在教育行業(yè)得以發(fā)展的關(guān)鍵。[3]智能CAI系統(tǒng)具有它自己的知識(shí)庫(kù)，通過(guò)知識(shí)庫(kù)可以完成相關(guān)知識(shí)的演繹推理，要想實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)，知識(shí)庫(kù)也是必不可少的因素。在進(jìn)行知識(shí)傳授時(shí)，實(shí)際上是知識(shí)庫(kù)相關(guān)理論的推理流程。專家系統(tǒng)主要由知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)組成，是智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的核心技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張志剛，張志勇，孫慧霞.基于移動(dòng)4G大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程系統(tǒng)建設(shè)與研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（17）：245.

[2]張志勇，于繁華.基于CDIO嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程教學(xué)改革探析[J].長(zhǎng)春師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（04）：119-122.

[3]張志勇，唐永林，于繁華，張志剛.嵌入式系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016（01）：114.

[4]張志剛.混沌背景下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)微弱信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2019（01）.

作者簡(jiǎn)介：周宏博（1998-），男，吉林松原人，本科，研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)。

*為通訊作者