人工智能下移動(dòng)交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)構(gòu)建研究*

張秀萍

（通化師范學(xué)院，吉林 通化 134002）

引言

移動(dòng)交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)主要是在信息技術(shù)的基礎(chǔ)上應(yīng)用移動(dòng)設(shè)備、借助大量的信息資源，由學(xué)習(xí)者自主進(jìn)行的一種雙向的交流式學(xué)習(xí)系統(tǒng)。人工智能可以對(duì)人的意識(shí)或是思維的信息過(guò)程進(jìn)行模擬，通過(guò)結(jié)合人工智能，學(xué)習(xí)者能夠隨時(shí)隨地與其進(jìn)行有效交流，從而提升學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量。

1 人工智能和交互式學(xué)習(xí)概念概述

1.1 人工智能概述以及其教育意義

人工智能是一門(mén)新的技術(shù)科學(xué)，主要對(duì)人的智能的方法、應(yīng)用系統(tǒng)、理論以及技術(shù)進(jìn)行研究、開(kāi)發(fā)和延伸[1]。人工智能屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)，其主要目的就是對(duì)智能的實(shí)質(zhì)進(jìn)行研究、了解，并生產(chǎn)出與人類智能相似的、能夠做出智能反應(yīng)的智能機(jī)器。在科學(xué)技術(shù)水平不斷提高的現(xiàn)在，相關(guān)領(lǐng)域已利用人工智能開(kāi)發(fā)出機(jī)器人、圖像識(shí)別、語(yǔ)言識(shí)別以及專家系統(tǒng)等，這導(dǎo)致應(yīng)用人工智能的范圍正不斷擴(kuò)大。從日常生活的角度來(lái)看，能夠?qū)ρ哉Z(yǔ)進(jìn)行識(shí)別并做出相應(yīng)反應(yīng)的有小米研發(fā)出的小愛(ài)同學(xué)智能音箱等。另外，人工智能涉及到較多的技術(shù)以及科學(xué)，例如機(jī)器學(xué)習(xí)或是計(jì)算機(jī)視覺(jué)等，但是，總的來(lái)說(shuō)，人工智能的主要目的就是勝任一些需要人類智能才能完成的復(fù)雜工作。

在信息技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，從目前來(lái)看，教育事業(yè)與信息技術(shù)正進(jìn)行高效的整合，實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)資源、教育資源的共享，也出現(xiàn)了許多教育平臺(tái)，突破了時(shí)間和地理的限制。但是，線上課程往往是單向教學(xué)和單向?qū)W習(xí)。以學(xué)生與教師為例，雖然通過(guò)私信的方式能夠使學(xué)生和教師進(jìn)行交流，但是教師未必是時(shí)時(shí)在線的，當(dāng)教師看到消息時(shí)學(xué)生可能已經(jīng)下線了，這導(dǎo)致雙方無(wú)法進(jìn)行有效的交流。但是，通過(guò)將人工智能應(yīng)用于教育事業(yè)中，能夠使學(xué)習(xí)系統(tǒng)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，并針對(duì)學(xué)習(xí)者提出的具體問(wèn)題提供解決方案或者意見(jiàn)。而且，人工智能是一種技術(shù)科學(xué)，只要有電力和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)二十四小時(shí)在線，使學(xué)習(xí)者能夠隨時(shí)隨地提出問(wèn)題并得到有效解決。另外，人工智能與學(xué)習(xí)者之間是一對(duì)一教學(xué)，學(xué)習(xí)者通過(guò)對(duì)其輸入自身的知識(shí)水平從而得到系統(tǒng)的學(xué)習(xí)方案，且還會(huì)自動(dòng)匹配符合學(xué)習(xí)者的教學(xué)內(nèi)容和方法，針對(duì)學(xué)習(xí)者養(yǎng)成的學(xué)習(xí)習(xí)慣進(jìn)行教學(xué)。同時(shí)，人工智能還能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供豐富的學(xué)習(xí)資源，這主要是人工智能包含了廣泛的先進(jìn)技術(shù)，其中就有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)快速搜索學(xué)習(xí)者需要的學(xué)習(xí)資源，使學(xué)習(xí)者一個(gè)人也能夠開(kāi)展高效率的學(xué)習(xí)作業(yè)，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展。

1.2 交互式學(xué)習(xí)概述

交互式學(xué)習(xí)主要指的是通過(guò)結(jié)合交際合作和電子設(shè)備的新型教學(xué)方式[2]。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子科技和多媒體技術(shù)水平得到了極大的提升，二者的有效整合催生了交互式學(xué)習(xí)這一教學(xué)方式。在人們生活水平不斷提升的背景下，對(duì)高等教育的需求也逐漸擴(kuò)大，越來(lái)越多的學(xué)生進(jìn)入高等教育的課堂，學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的需要也在日益增加。交互式學(xué)習(xí)使教師不再是知識(shí)唯一的傳授者，而是與學(xué)生共同討論知識(shí)的引導(dǎo)者。但是，站在不同的角度交互式學(xué)習(xí)具有不同的定義，對(duì)于人工智能下的移動(dòng)交互式學(xué)習(xí)，主要是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能以及多媒體等技術(shù)由學(xué)習(xí)者主動(dòng)進(jìn)行的一種雙向交流式學(xué)習(xí)方式。人工智能通過(guò)將海量信息進(jìn)行整合，在運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析，提取有用的信息反饋給移動(dòng)設(shè)備，使得學(xué)生能夠通過(guò)移動(dòng)設(shè)備與人工智能進(jìn)行對(duì)話，探討問(wèn)題以及搜集學(xué)習(xí)資源。

2 分析人工智能下移動(dòng)交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

人工智能下的移動(dòng)交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠使學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的作用下，真正做到不受時(shí)間、地點(diǎn)的局限，使學(xué)生能夠秉持開(kāi)放的心態(tài)和探索的精神進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而有效落實(shí)我國(guó)實(shí)行的素質(zhì)教育。

2.1 將被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的主體地位

學(xué)生通過(guò)使用人工智能為基礎(chǔ)的移動(dòng)交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)，能夠完成顛覆以往的傳統(tǒng)教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的主體地位，提升其學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。具體而言，人工智能作為一門(mén)先進(jìn)的技術(shù)科學(xué)，對(duì)學(xué)生而言，本身就具有較強(qiáng)的吸引力。通過(guò)在構(gòu)建交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)時(shí)將人工智能作為基礎(chǔ)，能夠使教學(xué)活動(dòng)和學(xué)習(xí)活動(dòng)轉(zhuǎn)換成以學(xué)生作為核心，并借助強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搜集大量的學(xué)習(xí)資源，共同開(kāi)展學(xué)習(xí)、探究和反思，從而使學(xué)生進(jìn)行知識(shí)內(nèi)化，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。除此之外，無(wú)論是哪個(gè)階段的學(xué)生，均存在羞于向教師請(qǐng)教的現(xiàn)象，學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，往往因?yàn)闆](méi)有及時(shí)詢問(wèn)教師而越積越多，導(dǎo)致無(wú)法建設(shè)系統(tǒng)的知識(shí)體系。而且，由于教師較忙，班級(jí)學(xué)生較多，教師無(wú)法解決學(xué)生的全部問(wèn)題，這對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性造成了一定的影響。但是，通過(guò)應(yīng)用以人工智能為基礎(chǔ)的移動(dòng)交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)，使學(xué)生以放松的心態(tài)提出學(xué)習(xí)問(wèn)題，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和心理需求，從而提升學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)效率。另外，人工智能下移動(dòng)交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)還能夠及時(shí)調(diào)整學(xué)生的學(xué)習(xí)方案和學(xué)習(xí)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，使學(xué)生能夠更加專注于學(xué)習(xí)，還能夠?yàn)閷W(xué)生提供大量的學(xué)習(xí)資源，進(jìn)而極大地激發(fā)了學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的積極性，提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，充分發(fā)揮了學(xué)生的主體地位。

2.2 進(jìn)一步突破時(shí)間和空間的限制

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種各樣教育平臺(tái)的出現(xiàn)使學(xué)生能夠隨時(shí)隨地開(kāi)展學(xué)習(xí)作業(yè)，打破了空間、時(shí)間以及地理位置對(duì)學(xué)習(xí)和教學(xué)活動(dòng)的限制。但是，如上所述，由于教師與學(xué)生之間無(wú)法做到生活作息相同，難免會(huì)出現(xiàn)漏掉信息或是回復(fù)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法及時(shí)得到回答，影響學(xué)生學(xué)習(xí)作業(yè)的順利開(kāi)展。但是，人工智能下移動(dòng)交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠使學(xué)生真正意義上的實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地開(kāi)展學(xué)習(xí)作業(yè)，通過(guò)人工智能對(duì)智能行為的模仿，能夠使學(xué)生立刻得到回復(fù)以及解決問(wèn)題的建議，避免了等待時(shí)間，提升了學(xué)習(xí)效率。而且，該系統(tǒng)是以移動(dòng)設(shè)備為載體的，在當(dāng)前時(shí)代背景下，手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備普遍應(yīng)用，這意味著，該系統(tǒng)能夠得到快速普及，與人們順利完成交互式學(xué)習(xí)。

3 研究人工智能背景下構(gòu)建移動(dòng)交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)的途徑

3.1 總體設(shè)計(jì)

人工智能下移動(dòng)交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)主要是以學(xué)生以及學(xué)習(xí)為中心，學(xué)生是該系統(tǒng)主要的使用人員，所以，在構(gòu)建該系統(tǒng)時(shí)，要設(shè)計(jì)以下系統(tǒng)：

第一，學(xué)習(xí)的子系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在人工智能的基礎(chǔ)上結(jié)合交互式學(xué)習(xí)環(huán)境對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行虛擬，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)突破時(shí)間和空間的限制，使學(xué)生能夠自主進(jìn)行學(xué)習(xí)，開(kāi)展個(gè)性化教育。

第二，疑難解答的子系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要應(yīng)用的就是人工智能這一技術(shù)科學(xué)，通過(guò)應(yīng)用該技術(shù)對(duì)智能行為進(jìn)行研究和模擬，并將各個(gè)階段的學(xué)習(xí)資源進(jìn)行有效整合，為實(shí)現(xiàn)人工智能與學(xué)生之間的有效交流奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，還應(yīng)加入語(yǔ)言識(shí)別以及圖像識(shí)別等體系，使學(xué)生能夠與該系統(tǒng)進(jìn)行交流，并使該系統(tǒng)能夠針對(duì)學(xué)生上傳的圖像進(jìn)行有效識(shí)別，進(jìn)而提供給學(xué)生有效的學(xué)習(xí)方案和問(wèn)題解決方案。

第三，考試子系統(tǒng)。為能夠給學(xué)生提供合適的學(xué)習(xí)方案以及學(xué)習(xí)水平檢測(cè)機(jī)會(huì)，在該系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)計(jì)考試子系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于移動(dòng)設(shè)備的在線考試，系統(tǒng)能夠通過(guò)結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容以及學(xué)習(xí)目的生成相應(yīng)的考試題目，使學(xué)生能夠準(zhǔn)確把握自身的學(xué)習(xí)水平，進(jìn)而明確學(xué)習(xí)方向。不僅如此，該系統(tǒng)還能夠?qū)ψ罱K的考試結(jié)果進(jìn)行分析，指出較為薄弱的知識(shí)面，使學(xué)生能夠及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)方案，開(kāi)展高質(zhì)量的學(xué)習(xí)工作。

第四，自測(cè)練習(xí)子系統(tǒng)。人工智能下移動(dòng)交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)包含著大量的學(xué)習(xí)資源，為使學(xué)生能夠系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，往往需要對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容按照難度、科目、形式等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。而自測(cè)練習(xí)子系統(tǒng)的主要作用就是向?qū)W生提供及時(shí)檢查學(xué)習(xí)效果，當(dāng)學(xué)生學(xué)完某一章節(jié)的知識(shí)內(nèi)容時(shí)，就可以通過(guò)語(yǔ)音或觸屏等方式喚出自測(cè)練習(xí)模塊，進(jìn)而及時(shí)開(kāi)展測(cè)試工作，掌握自身對(duì)該章節(jié)知識(shí)內(nèi)容的理解度，明確學(xué)習(xí)效果較差的知識(shí)內(nèi)容，從而有針對(duì)性的開(kāi)展學(xué)習(xí)工作。人工智能交互式自測(cè)練習(xí)系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 人工智能交互式自測(cè)練習(xí)系統(tǒng)

3.2 主要應(yīng)用的人工智能技術(shù)

第一，智能代理。人工智能中最為關(guān)鍵的因素就是與學(xué)習(xí)對(duì)象相結(jié)合的部分，該部分就是智能代理，其特征是自治性、針對(duì)性、反應(yīng)性等。對(duì)于移動(dòng)交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)而言，通過(guò)應(yīng)用智能代理，能夠有效解決學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)問(wèn)題，而且，在該系統(tǒng)中，能夠應(yīng)用多代理技術(shù)，從而解決更加復(fù)雜的問(wèn)題。第二，專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)匯集了大量的專家知識(shí)，避免學(xué)生在實(shí)際使用中出現(xiàn)錯(cuò)誤。在移動(dòng)交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，專家系統(tǒng)主要由三部分組成，分別是知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)以及用戶接口。通過(guò)加入該系統(tǒng)，能夠使該系統(tǒng)將與學(xué)習(xí)者匹配的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行推送，使學(xué)習(xí)者能夠?qū)崿F(xiàn)與專業(yè)知識(shí)的對(duì)接。第三，知識(shí)表示。它是人工智能的關(guān)鍵內(nèi)容之一，其他的關(guān)鍵內(nèi)容分別是知識(shí)推理和知識(shí)應(yīng)用。通過(guò)對(duì)其表示方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠更好的解決學(xué)習(xí)者提出的問(wèn)題。主要的表示方法有：?jiǎn)栴}歸約法、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法以及謂詞邏輯法等。第四，自然語(yǔ)言處理。通過(guò)設(shè)計(jì)自然語(yǔ)言處理，能夠使人與系統(tǒng)之間使用自然語(yǔ)言進(jìn)行有效的交流，實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間自然語(yǔ)言通信。

3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

人工智能下的移動(dòng)交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)主要借用的是E-R 模型，通過(guò)對(duì)該模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，使系統(tǒng)能夠理解客觀世界的信息數(shù)據(jù)。在該模型中主要包括：用戶、資源、課程、試卷、作品、評(píng)論，通過(guò)健全的數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠使人工智能貫穿于整個(gè)移動(dòng)交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)，給學(xué)習(xí)者提供良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。E-R 模型如圖2 所示。

4 結(jié)論

圖2 E-R 模型

綜上所述，以人工智能作為基礎(chǔ)構(gòu)建移動(dòng)交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠完全突破時(shí)間和空間的限制，給學(xué)習(xí)者提供良好的交互式學(xué)習(xí)條件。因此，在構(gòu)建該系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注重人工智能與學(xué)習(xí)內(nèi)容和方式的對(duì)接，使用人工智能技術(shù)模塊，從而提升學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率。