人工智能教育應(yīng)用環(huán)境下的探究學(xué)習(xí)及未來(lái)發(fā)展

王忠華 呂雪淳

10.3969/j.issn.1671-489X.2020.21.071

摘? 要 人工智能技術(shù)的發(fā)展給當(dāng)今教育形態(tài)帶來(lái)強(qiáng)烈的沖擊，不僅推動(dòng)了新的教育實(shí)踐，對(duì)于新的學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)環(huán)境以及學(xué)習(xí)內(nèi)容的改變也十分顯著。分析人工智能教育應(yīng)用環(huán)境可能帶給探究學(xué)習(xí)的支持和變化，對(duì)人工智能教育應(yīng)用的未來(lái)發(fā)展提出若干建議。

關(guān)鍵詞 人工智能;人工智能教育;探究學(xué)習(xí);創(chuàng)新型人才

中圖分類號(hào)：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）21-0071-03

1 引言

人工智能時(shí)代使教育實(shí)踐發(fā)生十分顯著的變化，教學(xué)方式和教育形態(tài)也會(huì)隨之改變。在2019年5月16日召開(kāi)的首屆人工智能與教育大會(huì)上，國(guó)家主席習(xí)近平在發(fā)給大會(huì)的賀信中指出：“把握全球人工智能發(fā)展態(tài)勢(shì)，找準(zhǔn)突破口和主攻方向，培養(yǎng)大批具有創(chuàng)新能力和合作精神的人工智能高端人才，是教育的重要使命。”[1]而人工智能教育正是實(shí)現(xiàn)該使命的重要實(shí)踐途徑。在人工智能的強(qiáng)烈沖擊下，教育領(lǐng)域也正發(fā)生巨大變革。

2 目前人工智能在教育領(lǐng)域的主要應(yīng)用

人工智能發(fā)展迅速，已在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。人工智能與教育的深度融合已成為教育發(fā)展不可阻擋的趨勢(shì)[2]。目前，人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用主要有五個(gè)方面：智能教學(xué)系統(tǒng)、智能代理系統(tǒng)、智能答疑系統(tǒng)、智能決策支持系統(tǒng)、智能測(cè)評(píng)系統(tǒng)。

智能教學(xué)系統(tǒng)可以幫助教師進(jìn)行個(gè)性化教學(xué)，計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力及數(shù)據(jù)分析能力可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況提供即時(shí)、有效、全面和針對(duì)性的學(xué)習(xí)診斷，以此來(lái)幫助教師進(jìn)行個(gè)性化的教學(xué)。

智能代理系統(tǒng)主要是搜集教學(xué)活動(dòng)中教師與學(xué)生的相關(guān)信息，整理后儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)用戶提出信息需求時(shí)，智能代理就會(huì)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)是否擁有需求信息，有則提取信息并發(fā)送給用戶，沒(méi)有則搜索信息，將信息整理歸納后存入數(shù)據(jù)庫(kù)，再將信息發(fā)送給用戶[3]。這不僅提高了用戶獲取信息的效率，也提高了信息的全面性和精準(zhǔn)性。

智能答疑系統(tǒng)是指能夠自動(dòng)解答用戶提出的問(wèn)題的系統(tǒng)，主要通過(guò)自然語(yǔ)言的語(yǔ)意理解技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能，不僅可以有效解決學(xué)生自主學(xué)習(xí)遇到的困難，也可以有效地提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效率。

智能決策支持系統(tǒng)是用來(lái)幫助用戶解決復(fù)雜的決策問(wèn)題的輔助系統(tǒng)，它在DSS的基礎(chǔ)上增加了知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)。決策的制定需要經(jīng)過(guò)分析、思考、討論等一系列環(huán)節(jié)一步一步得出來(lái)，而該系統(tǒng)通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿媮?lái)幫助學(xué)生解決復(fù)雜的決策問(wèn)題，大大加快了制定決策的速度。

智能測(cè)評(píng)系統(tǒng)則可根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)自動(dòng)化地給出全面的評(píng)價(jià)，進(jìn)一步提高了評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性，既減輕了教師的負(fù)擔(dān)，也為教學(xué)方法的改進(jìn)提供了極大的幫助。

3 人工智能教育應(yīng)用環(huán)境下的探究學(xué)習(xí)

探究式學(xué)習(xí)是指教師在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)一定的開(kāi)放性問(wèn)題情境，學(xué)生通過(guò)自主思考、動(dòng)手實(shí)踐，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題并獲得知識(shí)和能力的一種學(xué)習(xí)方式。它強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體性，主要特點(diǎn)是自主性和探究性，更注重學(xué)習(xí)過(guò)程而非結(jié)果。而隨著人工智能教育應(yīng)用的不斷發(fā)展，智能導(dǎo)師系統(tǒng)、智能答疑系統(tǒng)、智能代理系統(tǒng)、智能測(cè)評(píng)系統(tǒng)、智能決策支持系統(tǒng)等為探究性學(xué)習(xí)提供了良好的智能學(xué)習(xí)環(huán)境，可以部分代替教師，為學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)過(guò)程提供強(qiáng)大的支持和幫助服務(wù)，從而能更好地培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，滿足信息時(shí)代對(duì)大量創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要。下面就從探究學(xué)習(xí)的教學(xué)過(guò)程來(lái)分析人工智能應(yīng)用于探究學(xué)習(xí)會(huì)給教學(xué)帶來(lái)的變化。

創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境? 探究性學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)要有一定的真實(shí)性，這樣才能使學(xué)生產(chǎn)生一種沉浸感，學(xué)習(xí)環(huán)境越真實(shí)，這種沉浸感就會(huì)越強(qiáng)烈[4]。然而很多真實(shí)的問(wèn)題情境在教學(xué)中是難以提供的，這會(huì)導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法更好地進(jìn)行探究學(xué)習(xí)。比如，現(xiàn)在的骨科臨床醫(yī)學(xué)生在教學(xué)實(shí)踐中一般只能使用標(biāo)本或骨骼模型進(jìn)行操作，然而標(biāo)本來(lái)源有限，且由于很多部位解剖結(jié)構(gòu)和損傷機(jī)制的復(fù)雜性，正常結(jié)構(gòu)標(biāo)本或模型很難全面揭示其特點(diǎn)，又不可能提供真人去給學(xué)生做研究，因而教學(xué)面臨缺乏直觀性和可操作性的大問(wèn)題。而依托于智能感知、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的高度情境化的學(xué)習(xí)環(huán)境，則可以使學(xué)生沉浸在真實(shí)的問(wèn)題情境中，最大限度地激發(fā)學(xué)生的探究欲望，大幅度提高學(xué)習(xí)的臨場(chǎng)感，從而使學(xué)生真正地去探索新知、解決問(wèn)題、獲得能力。

啟發(fā)思考? 當(dāng)創(chuàng)設(shè)的學(xué)習(xí)情境激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性之后，教師要及時(shí)提出相應(yīng)問(wèn)題，問(wèn)題需要具有一定的啟發(fā)性，且要與當(dāng)前所學(xué)知識(shí)相聯(lián)系，以此來(lái)活躍學(xué)生思維，培養(yǎng)自主思考的能力。在人工智能技術(shù)的支持下，根據(jù)人工智能平臺(tái)形成的針對(duì)所有學(xué)生和每個(gè)學(xué)生的數(shù)據(jù)集，教師可以清楚地掌握每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，提出更加適合學(xué)生的問(wèn)題，甚至是不一樣的個(gè)性化啟發(fā)問(wèn)題，使問(wèn)題既能夠真正啟發(fā)每個(gè)學(xué)生思考，又不至于太難而打消有些學(xué)困生的學(xué)習(xí)積極性。在以往探究學(xué)習(xí)的這一階段，教師需要告訴學(xué)生應(yīng)當(dāng)利用哪種認(rèn)知工具或者學(xué)習(xí)資源去解決該問(wèn)題，并需要幫助學(xué)生解決在探究過(guò)程中遇到的難題。但在人工智能教育應(yīng)用環(huán)境下，有豐富的在線資源供學(xué)生使用，教師無(wú)須規(guī)定學(xué)生使用的學(xué)習(xí)資源，且智能答疑系統(tǒng)也可以幫助教師共同解決學(xué)生思考過(guò)程中遇到的難題，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和創(chuàng)新思維。

自主探究? 該過(guò)程是學(xué)生針對(duì)教師提出的問(wèn)題自主去探索和解決的過(guò)程，他們需要利用相應(yīng)的學(xué)習(xí)資源進(jìn)行輔助。在人工智能教育應(yīng)用環(huán)境下，教學(xué)資源更加豐富，學(xué)生可隨時(shí)利用各種網(wǎng)絡(luò)終端獲取自己需要的信息，通過(guò)線上包括文本資源、多媒體資源、交互教材、影音資源等各種資源的資源庫(kù)來(lái)查找與問(wèn)題相關(guān)的資料，拓寬自己的思維;并主動(dòng)對(duì)所獲取的新信息進(jìn)行分析、加工與評(píng)價(jià)，完成對(duì)當(dāng)前所學(xué)知識(shí)的意義建構(gòu);甚至還可以利用虛擬仿真的學(xué)習(xí)環(huán)境來(lái)檢驗(yàn)自己的方案是否可行，以便進(jìn)一步思考和修改。在各種軟硬件的支撐下，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，在線學(xué)習(xí)平臺(tái)能夠?qū)⒔逃Y源結(jié)構(gòu)化和碎片化，建立起資源推送與學(xué)生特征精準(zhǔn)匹配的智能體系，有效保證個(gè)性化資源推送。

協(xié)作交流? 在自主探究的基礎(chǔ)上，教師還應(yīng)組織學(xué)生以小組為單位進(jìn)行組間或組內(nèi)的交流與討論，這一過(guò)程既可以幫助學(xué)生獲得更多的知識(shí)，又可以培養(yǎng)學(xué)生的合作交流和表達(dá)能力。在傳統(tǒng)課堂中，學(xué)生因?yàn)槭艿娇臻g和位置的限制而只能和固定的組內(nèi)成員或者相鄰小組進(jìn)行合作交流。但智慧教室的使用，突破了傳統(tǒng)教室信息交流方式的局限，也突破了原有教室的桌椅擺放方式，活動(dòng)桌椅的使用使得學(xué)生交流、合作更加方便。頭腦風(fēng)暴式的學(xué)習(xí)交流，不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和參與度，也能激發(fā)學(xué)生的思維。交流之后，各小組可以將探究成果上傳到電子白板，小組代表面對(duì)全體同學(xué)進(jìn)行展示講解，分享合作成果，以供全班同學(xué)交流分享。這樣既能提高學(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力，又可促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的全方位理解，實(shí)現(xiàn)學(xué)生思維過(guò)程的具體化、形象化[5]。

總結(jié)評(píng)價(jià)? 總結(jié)評(píng)價(jià)是實(shí)施探究性學(xué)習(xí)的最后一個(gè)步驟。在這一過(guò)程中，教師要對(duì)學(xué)生整節(jié)課的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，總結(jié)學(xué)生的優(yōu)點(diǎn)和不足并提出相應(yīng)的改進(jìn)建議，使學(xué)生進(jìn)一步達(dá)到最終的教學(xué)目標(biāo)。在人工智能教育應(yīng)用的教學(xué)環(huán)境下，通過(guò)綜合運(yùn)用學(xué)習(xí)分析、智能測(cè)評(píng)等技術(shù)，對(duì)學(xué)生的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括學(xué)生學(xué)習(xí)行為和教學(xué)互動(dòng)等的學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)、各類作業(yè)和練習(xí)等的評(píng)測(cè)數(shù)據(jù)[6]，多維、客觀、個(gè)性化地分析學(xué)生的不足和需求，提高對(duì)其評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和針對(duì)性，并根據(jù)分析結(jié)果向?qū)W生推送個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)，進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解與應(yīng)用。

4 人工智能教育的優(yōu)勢(shì)

人工智能技術(shù)應(yīng)用于教育可以推動(dòng)個(gè)性化學(xué)習(xí)的發(fā)展，有利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，可以滿足公民生存和發(fā)展的終身學(xué)習(xí)需要。

滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)需求? 首先，利用人工智能技術(shù)，學(xué)生可以根據(jù)自己的需求、學(xué)習(xí)特點(diǎn)、能力等自主制訂學(xué)習(xí)計(jì)劃、安排學(xué)習(xí)進(jìn)度甚至自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容。其次，通過(guò)人工智能技術(shù)可以精準(zhǔn)地對(duì)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)偏好、作業(yè)完成情況、注意力集中情況等進(jìn)行大數(shù)據(jù)收集并對(duì)其進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果為學(xué)生制訂相應(yīng)的階段性學(xué)習(xí)方案，并對(duì)進(jìn)一步的學(xué)習(xí)狀況進(jìn)行跟蹤反饋，不斷完善學(xué)習(xí)方案，從而真正做到為每位學(xué)生提供個(gè)性化教育[7]。

有利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才? 人工智能技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)中，可以促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的發(fā)展，培養(yǎng)創(chuàng)新人才。中國(guó)教育發(fā)展戰(zhàn)略學(xué)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)周滿生說(shuō)過(guò)，如果老師只做簡(jiǎn)單的知識(shí)傳遞，人工智能可以取代60%;而在培養(yǎng)學(xué)生各方面，包括創(chuàng)新能力、批判性思維能力、復(fù)雜決策能力、團(tuán)體管理能力、溝通能力等，人工智能能取代的可能只有30%[8]。而人工智能與教育的深度融合，人機(jī)相互協(xié)助、相互協(xié)同，能夠增強(qiáng)教育服務(wù)創(chuàng)新發(fā)展能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

滿足公民的終身學(xué)習(xí)需要? 隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，人們可以隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，盡管不在學(xué)校，也可以在人工智能的輔助下根據(jù)自己的興趣、生活、工作等需要進(jìn)行學(xué)習(xí)，真正地實(shí)現(xiàn)人人都是學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)型社會(huì)。隨著學(xué)習(xí)者年齡的增長(zhǎng)，可以自動(dòng)調(diào)整和更新學(xué)習(xí)內(nèi)容，使學(xué)習(xí)者始終保持對(duì)學(xué)習(xí)的熱愛(ài)，養(yǎng)成主動(dòng)、不斷探索、學(xué)以致用的良好習(xí)慣，真正做到學(xué)習(xí)伴隨每個(gè)人終身。

5 人工智能教育應(yīng)用的未來(lái)發(fā)展

人工智能技術(shù)在教育中的應(yīng)用，在提升教學(xué)質(zhì)量、創(chuàng)新教學(xué)方式、優(yōu)化人才培養(yǎng)、促進(jìn)個(gè)性化和終身化學(xué)習(xí)等方面發(fā)揮了積極作用，但目前我國(guó)的人工智能教育應(yīng)用還處于初級(jí)發(fā)展階段，面臨很大的挑戰(zhàn)，同樣面臨巨大的機(jī)遇。教育智能化的實(shí)現(xiàn)不是一蹴而就的事情，而是一個(gè)需要不斷探索、不斷前進(jìn)的過(guò)程。

完善智能時(shí)代的教育理論體系? 由于人工智能技術(shù)發(fā)展過(guò)快，新型教學(xué)內(nèi)容不確定，教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)模式也不明確，教師缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，成熟的教育理論體系尚未形成，等等，都給教育工作者和教育管理機(jī)構(gòu)帶來(lái)困惑。要想解決這些困惑，就要從數(shù)據(jù)、技術(shù)、應(yīng)用場(chǎng)景等多方面入手，拓寬人工智能教育的應(yīng)用空間，健全人工智能教育跨學(xué)科人才培養(yǎng)體系，而這些教育實(shí)踐首先需要一個(gè)完整的教育理論體系的指導(dǎo)。

注重人工智能教育應(yīng)用中的倫理教育? 在人工智能時(shí)代不斷發(fā)展過(guò)程中，維護(hù)整個(gè)教育發(fā)展過(guò)程的科學(xué)性、健康性成為不可忽視的要點(diǎn)。在人工智能教育應(yīng)用過(guò)程中需要大量數(shù)據(jù)的挖掘和整合，但由于其技術(shù)的復(fù)雜性和不可預(yù)知性，給倫理帶來(lái)挑戰(zhàn)。因此，要重視數(shù)據(jù)的安全使用和隱私保護(hù)，要具備一定的信息意識(shí)和計(jì)算思維，不僅要將人工智能教育納入課程體系，更要將倫理教育納入，在人工智能教育應(yīng)用的發(fā)展問(wèn)題上也要制定出科學(xué)合理、符合社會(huì)規(guī)范倫理的法規(guī)和制度。

6 結(jié)語(yǔ)

人工智能教育應(yīng)用在促進(jìn)教學(xué)方式變革、創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容和方法、實(shí)現(xiàn)教育的個(gè)性化和終身化等方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，但在看到其取得重要進(jìn)展的同時(shí)也要意識(shí)到其不足之處。人工智能教育應(yīng)用可以為改變傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式帶來(lái)可能，目前對(duì)于人工智能如何在不同的新型學(xué)習(xí)方式中進(jìn)行應(yīng)用研究還在不斷探索之中，但人工智能教育應(yīng)用已經(jīng)成為未來(lái)教育的趨勢(shì)，學(xué)者也將在該領(lǐng)域不斷研究和探索，它終會(huì)引領(lǐng)未來(lái)教育的發(fā)展，引領(lǐng)未來(lái)人的發(fā)展，引領(lǐng)未來(lái)社會(huì)的發(fā)展。

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