基于深度學(xué)習(xí)的小學(xué)智能化學(xué)習(xí)

梁正雄

摘 要 小學(xué)教育已進入智能化時代，智能技術(shù)推動了智能教學(xué)等方面的改革，要求構(gòu)建智能學(xué)習(xí)等新型教育體系。深度學(xué)習(xí)是人工智能技術(shù)的代表。基于深度學(xué)習(xí)指導(dǎo)下智能學(xué)習(xí)的重要性和必要性，從學(xué)習(xí)效果、計劃、方式和內(nèi)容等方面，分析現(xiàn)階段小學(xué)智能化學(xué)習(xí)處于瓶頸期的具體體現(xiàn)，以提出可行性的創(chuàng)新策略為目的，通過相關(guān)教學(xué)主體、智能學(xué)習(xí)平臺、智能技術(shù)、分層教學(xué)方法及教學(xué)資源等共同發(fā)力，推進小學(xué)智能化學(xué)習(xí)改革進程。

關(guān)鍵詞 深度學(xué)習(xí) 小學(xué)智能化學(xué)習(xí) 智能時代 “互聯(lián)網(wǎng)+”教育

“互聯(lián)網(wǎng)+”和“教育”共同創(chuàng)造了新的教育生態(tài)，推動教育進入新的開放時空，小學(xué)教學(xué)資源空前豐富且能夠快速迭代。當前，網(wǎng)絡(luò)智能化成為小學(xué)教學(xué)的發(fā)展主流，深度學(xué)習(xí)就是這一趨勢下的產(chǎn)物，其強調(diào)教師的指導(dǎo)作用、學(xué)生的辯證思維、對知識和邏輯的深層次理解能力、自主學(xué)習(xí)能力及創(chuàng)新性學(xué)習(xí)能力等。與“互聯(lián)網(wǎng)+”教育的本質(zhì)一致，深度學(xué)習(xí)旨在促進智能化學(xué)習(xí)新模式成為教育新常態(tài)。相關(guān)教學(xué)主體須理解基于深度學(xué)習(xí)下小學(xué)智能學(xué)習(xí)的積極意義，客觀面對現(xiàn)階段的種種困境，探索出可行的改革路徑，促使小學(xué)智能化學(xué)習(xí)系統(tǒng)和模式愈加成熟。

一、基于深度學(xué)習(xí)的小學(xué)智能化學(xué)習(xí)的可行性

深度學(xué)習(xí)賦予小學(xué)智能教育新的特征，創(chuàng)設(shè)了智能化學(xué)習(xí)環(huán)境，國內(nèi)外專家學(xué)者不斷充實其理論研究，并不斷豐富學(xué)習(xí)形式，彰顯了二者融合的必要性。

1.深度學(xué)習(xí)開創(chuàng)了人工智能新時代，提供了發(fā)展環(huán)境

深度學(xué)習(xí)集技術(shù)、科學(xué)、藝術(shù)于一體，是“模式分析方法”的統(tǒng)稱，是基于多層神經(jīng)元的自編碼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及基于多層自編碼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度置信網(wǎng)絡(luò)，能夠提供無監(jiān)督學(xué)習(xí)和半監(jiān)督學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)是對人工智能和機器學(xué)習(xí)的深化，其涵蓋的學(xué)習(xí)樣本數(shù)據(jù)層次多于機器學(xué)習(xí)，以“讓機器像人一樣分析并學(xué)習(xí)”為最終目標，能夠識別圖像、文字和數(shù)據(jù)等，在搜索技術(shù)、機器翻譯、語音等相關(guān)領(lǐng)域取得了較大成就。這些都在不同程度上影響了小學(xué)智能學(xué)習(xí)的過程和結(jié)果，為“人工智能+教育”提供了硬件和軟件方面的發(fā)展環(huán)境，使智能化學(xué)習(xí)成為不可避免的改革方向。

2.國內(nèi)外智能化學(xué)習(xí)研究成果提供了理論支撐

“強調(diào)新舊信息的整合”，更加需要“高水平思維”，是智能化學(xué)習(xí)的起點。從20世紀80年代開始，國外教育專家關(guān)于“深度學(xué)習(xí)”的研究不斷增多，從2011年開始大幅度上升。“在線學(xué)習(xí)”“合作學(xué)習(xí)”是多數(shù)國外教育家關(guān)注的重點。我國從2012年開始圍繞深度學(xué)習(xí)內(nèi)涵、智能教學(xué)資源、教學(xué)策略等方面加速展開研究，將深度學(xué)習(xí)與翻轉(zhuǎn)課堂相融合進行研究，指出“深度學(xué)習(xí)應(yīng)作為智能學(xué)習(xí)方式的長遠方向，智能學(xué)習(xí)也應(yīng)以深度學(xué)習(xí)為目標訴求”。同時，我國教育界還提出“應(yīng)用跨平臺虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境和游戲化學(xué)習(xí)方式”進行改進的策略，為深度學(xué)習(xí)指導(dǎo)下的小學(xué)智能學(xué)習(xí)策略提供了一定的啟發(fā)?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010～2020）》等也從政策層面加固了理論支撐。

3.深度學(xué)習(xí)為智能化學(xué)習(xí)成為教育新常態(tài)提供了新形式

深度學(xué)習(xí)是對知識的深度理解，能夠?qū)⒔虒W(xué)上升為“應(yīng)用、分析、創(chuàng)造”的較高水平。智能教育背景下，深度學(xué)習(xí)要求小學(xué)教育以大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)為工具，培養(yǎng)學(xué)生的批判性、創(chuàng)造性思維等，即“以深度學(xué)習(xí)為指導(dǎo)，實現(xiàn)智能化學(xué)習(xí)應(yīng)成為新常態(tài)”。我國一系列文件的頒布提出了“深度學(xué)習(xí)視角下信息化應(yīng)用新常態(tài)”。究其原因，深度學(xué)習(xí)能為教學(xué)提供更加創(chuàng)新性的形式，將師生從機械的教學(xué)形式中解放出來，讓教師有更多精力創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容和模式[1]，讓學(xué)生有興趣探索未知領(lǐng)域，形成智能化學(xué)習(xí)習(xí)慣。

二、基于深度學(xué)習(xí)的小學(xué)智能化學(xué)習(xí)的困境

我國深度學(xué)習(xí)研究指導(dǎo)下的小學(xué)智能化學(xué)習(xí)仍處于起步階段，表現(xiàn)在智能系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)低下、課堂行為識別力不足、教學(xué)資源利用率低及教學(xué)主體智能教學(xué)素養(yǎng)不足等方面。

1.智能系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)發(fā)展緩慢，影響學(xué)習(xí)效果

智能系統(tǒng)是深度學(xué)習(xí)視角下小學(xué)智能化學(xué)習(xí)發(fā)展的“中樞”?，F(xiàn)階段，國家相關(guān)部門關(guān)于智能學(xué)習(xí)技術(shù)的指導(dǎo)性文件缺失，尤其缺乏細節(jié)規(guī)定，造成“智能開發(fā)技術(shù)并非緊迫任務(wù)”的錯覺，導(dǎo)致企業(yè)思想理念落后、研發(fā)積極性不足，且單方面考慮技術(shù)的市場適應(yīng)性和盈利性，忽略了小學(xué)教學(xué)需求，違背“可持續(xù)發(fā)展”規(guī)律。與此同時，相當一部分智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)忽視配套監(jiān)測體系的嵌入，導(dǎo)致部分智能系統(tǒng)不具備監(jiān)測功能，或者監(jiān)測體系不實用，或者流于形式，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)時主要以教師主觀評價為驅(qū)動，與智能系統(tǒng)賦予的客觀性和公平性相背離，使學(xué)習(xí)效果大打折扣。

2.學(xué)生課堂行為識別精準度低，影響學(xué)習(xí)計劃

深度學(xué)習(xí)和小學(xué)智能化學(xué)習(xí)的共同特征之一即智能化。然而，小學(xué)生課堂行為隨著信息化技術(shù)的提升變得復(fù)雜，凸顯出智能行為識別的困難，基本體現(xiàn)在三方面。第一，識別系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)不夠完善，受學(xué)生性別、著裝、體態(tài)、教室環(huán)境等不確定因素的影響，識別圖像不準，數(shù)據(jù)采集結(jié)果參考價值縮水。第二，智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理操作統(tǒng)一，但不夠靈活，體現(xiàn)在系統(tǒng)并未將不同階段的學(xué)生進行分層，且處理圖像等數(shù)據(jù)時保持尺寸、圖像比例等高度一致，造成部分識別數(shù)據(jù)缺失完整信息，數(shù)據(jù)樣本嚴重不足。第三，智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)未能充分融合深度學(xué)習(xí)識別優(yōu)勢，尤其忽視卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運用，造成無法提取學(xué)生行為局部特征的不良后果，進一步減少數(shù)據(jù)樣本數(shù)量[2]，降低學(xué)生課堂行為識別精度，影響個性化學(xué)習(xí)計劃制定。

3.教學(xué)資源利用率低，影響學(xué)習(xí)方式

智能化學(xué)習(xí)環(huán)境下，大多數(shù)學(xué)校明令禁止學(xué)生攜帶手機、平板等，不僅造成教學(xué)資源浪費，而且使學(xué)生因珍視使用網(wǎng)絡(luò)的機會而熱衷于使用終端設(shè)備進行娛樂，與智能化學(xué)習(xí)的初衷背離。在此基礎(chǔ)上，很多學(xué)生運用智能化系統(tǒng)獲取學(xué)習(xí)資源的能力極差，智能素養(yǎng)的缺失導(dǎo)致其知識素養(yǎng)和能力下降，學(xué)習(xí)方式依舊停留在傳統(tǒng)學(xué)習(xí)階段，缺乏創(chuàng)新性和發(fā)展活力，由此影響師生之間的溝通[3]，同時也影響智能交互學(xué)習(xí)方式的應(yīng)用效果。

4.教學(xué)主體智能教學(xué)素養(yǎng)不足，影響學(xué)習(xí)內(nèi)容

教學(xué)主體智能素養(yǎng)與智能教育呈正相關(guān)。然而，我國小學(xué)教師群體的年齡結(jié)構(gòu)正在由中老年向年輕過渡，但年長教師認為自身教學(xué)經(jīng)驗足，頑固堅持傳統(tǒng)做派，排斥智能教育技術(shù)，忽視年輕一代教師智能素養(yǎng)優(yōu)勢，嚴重影響教師隊伍整體素養(yǎng)的提升?；诖耍鱾€環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)內(nèi)容未能與智能時代的新知識和理念接軌，更無暇顧及部分學(xué)習(xí)效果極差學(xué)生的個性優(yōu)勢，造成“強者更強，弱者更弱”的學(xué)習(xí)局面，加劇了教育不公平現(xiàn)狀，不利于智能化學(xué)習(xí)改革。

三、基于深度學(xué)習(xí)的小學(xué)智能化學(xué)習(xí)的路徑

我國小學(xué)智能化學(xué)習(xí)需專門機構(gòu)和主體提升智能技術(shù)，需教學(xué)主體落實動態(tài)分層教學(xué)方法，融合思辨性思維，指導(dǎo)教學(xué)資源和智能平臺更好地發(fā)揮作用，共創(chuàng)中國特色化小學(xué)智能化學(xué)習(xí)道路。

1.將專業(yè)智能技術(shù)與監(jiān)測體系相融合，保證學(xué)習(xí)效果

無論深度學(xué)習(xí)還是智能化學(xué)習(xí)，都需要人工智能技術(shù)的支持。具體而言，國家應(yīng)出臺針對小學(xué)深度學(xué)習(xí)與智能學(xué)習(xí)融合發(fā)展的具體政策，為小學(xué)智能化學(xué)習(xí)發(fā)展指明方向，并給予技術(shù)開發(fā)一定的資金支持。在此基礎(chǔ)上，“互聯(lián)網(wǎng)+”教育公司應(yīng)貫徹政策，明確自身市場定位，了解小學(xué)教學(xué)所需，及時更新技術(shù)，保障企業(yè)能夠在適應(yīng)市場競爭的同時激活創(chuàng)新力，為智能學(xué)習(xí)提供技術(shù)支持。智能技術(shù)企業(yè)還需認識到深度學(xué)習(xí)和智能學(xué)習(xí)技術(shù)的關(guān)鍵點在于數(shù)據(jù)，不僅要保證技術(shù)、教育資源與時俱進，而且要保證線上終端監(jiān)測體系順利運轉(zhuǎn)，開通并優(yōu)化數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計和監(jiān)測功能，助推深度學(xué)習(xí)高速發(fā)展[4]，并助推教學(xué)課堂管理高效運轉(zhuǎn)，以此保障智能化學(xué)習(xí)的效果。

2.將動態(tài)分層方法與行為識別系統(tǒng)相結(jié)合，調(diào)整學(xué)習(xí)計劃

深度學(xué)習(xí)視角下的智能化學(xué)習(xí)要求教師采用動態(tài)分層方法，將不同年齡段的學(xué)生或者同一學(xué)段不同水平的學(xué)生分為若干層次，據(jù)此確定教學(xué)目標和調(diào)整教學(xué)策略。具體而言，動態(tài)分層方法可分為認知診斷、聚類分析和動態(tài)分層三個步驟。首先，智能識別系統(tǒng)及時收錄學(xué)生的線上和線下學(xué)習(xí)情況，通過大數(shù)據(jù)進行分析和診斷，把控學(xué)生掌握知識的程度并追蹤。其次，行為識別系統(tǒng)將已有數(shù)據(jù)和正在更新的數(shù)據(jù)進行匯集，采用“聚類分析”方式，將知識水平相似或者相同的學(xué)生分為不同“簇”，這是極為重要的一步。最后，以診斷反饋和聚類分析結(jié)果為主要參考指標，智能識別系統(tǒng)進一步將學(xué)生進行分層[5]。分層之后，識別系統(tǒng)需進一步細化分層標準，將單元學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)生實時學(xué)習(xí)報告等納入其中，以便及時、動態(tài)地調(diào)整教學(xué)設(shè)計和學(xué)習(xí)計劃。

3.將思辨性與教學(xué)資源相融合，優(yōu)化學(xué)習(xí)方式

深度學(xué)習(xí)指導(dǎo)下的小學(xué)教育由數(shù)字化學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑瘜W(xué)習(xí)，具有場景性、交互性、主動性等特點，能夠讓學(xué)習(xí)者享受個性化服務(wù)，客觀認識自身，以提升綜合素質(zhì)。具體而言，智能化學(xué)習(xí)平臺將思辨性思維融入各個環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生從“感性的感知需求”到“深度學(xué)習(xí)”，進而上升為“理性的自主學(xué)習(xí)”。以“自適應(yīng)預(yù)習(xí)新知”為突破口，教師和學(xué)生轉(zhuǎn)變角色并重新定位。教師不再是單純的授課者，而是根據(jù)個體行為特征、學(xué)習(xí)習(xí)慣和水平，以智能化學(xué)習(xí)平臺為媒介，向不同學(xué)生傳送針對性的學(xué)習(xí)資源。這種方式可從根本上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生自主找尋適合自身的學(xué)習(xí)方式，為后續(xù)學(xué)習(xí)進程和進步奠定堅實基礎(chǔ)。學(xué)生運用智能化交互平臺能夠與外部環(huán)境保持互動，還能夠運用人工智能學(xué)伴及自測系統(tǒng)，逐步構(gòu)建自身的知識結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)智能引導(dǎo)深度學(xué)習(xí)[6]。

4.提升教學(xué)主體智能教學(xué)素養(yǎng)，定制學(xué)習(xí)內(nèi)容

深度學(xué)習(xí)驅(qū)動小學(xué)教學(xué)更加智能化，需教學(xué)主體增強智能素養(yǎng)，對學(xué)習(xí)內(nèi)容做出改變。2019年4月，教育部發(fā)布的《關(guān)于實施全國中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程2.0的意見》提出，“大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)變革對教師信息素養(yǎng)提出了新要求”[7]，肯定了小學(xué)教師智能素養(yǎng)、人工智能運用能力的重要性。教師等教學(xué)主體應(yīng)響應(yīng)政策，將“交織型智能”作為指導(dǎo)，改變教授內(nèi)容，提升智能化教學(xué)相關(guān)的“基礎(chǔ)素養(yǎng)”“能力素質(zhì)”及“性格特征”。從宏觀層面而言，教授內(nèi)容囊括“學(xué)術(shù)智能”“社交智能”等，注重培養(yǎng)學(xué)生的目標確立意識、自主提升技能意識等，更加接近“整體性智能學(xué)習(xí)”的改革目標。從微觀層面來看，不同階段的教學(xué)主體須引入“關(guān)于人工智能的內(nèi)容”和“關(guān)于人工智能用于處理問題的具體類型和情況”;針對部分學(xué)習(xí)能力較強的學(xué)生，學(xué)習(xí)內(nèi)容還應(yīng)包括“開發(fā)下一代人工智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)的要素”[8]，綜合構(gòu)建智能學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)，營造“人人都能理解人工智能和智能化學(xué)習(xí)”的氛圍，為小學(xué)生接受繼續(xù)教育打下堅實基礎(chǔ)。

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