借助人工智能技術(shù)構(gòu)建教育教學一站式平臺

張曉慶　劉偉科

摘 要 借助人工智能技術(shù)構(gòu)建教育教學一站式平臺是對教育變革的一次有效嘗試：平臺依據(jù)以學生為中心的個性化服務理念，通過第一版本的一站式平臺第一期選修的學生數(shù)達到240人，學生反映課程內(nèi)容編排緊湊，先導課程與主要課程安排合理。通過平臺課程學生能夠快速掌握人工智能行業(yè)動態(tài)。對比計算機專業(yè)同層次的其他選修課程，無論是選修人數(shù)、課程滿意度都有明顯提高，證明了一站式平臺是切實可行的，符合現(xiàn)代智慧教育的教學理念。

關(guān)鍵詞 人工智能 智慧教育 一站式平臺 教育變革

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2021.01.031

Abstracts The one-stop platform for education and teaching constructed by intelligent technology is an effective attempt to this education reform. The platform is based on the concept of student-centered personalized service， through the first version of one-stop platform， the number of students selected in the first phase has reached 240， students reflect that the content of courses is arranged compactly， the arrangement of leading courses and main courses is reasonable， and students can quickly grasp the trends of artificial intelligence industry through platform courses. Compared with other elective courses of the same level of computer major， the number of elective students and the satisfaction degree of courses are all significantly improved， which proves that the one-stop platform of education and teaching constructed by using intelligent technology is feasible and conforms to the teaching and learning concept of modern intelligent education.

Keywords artificial intelligence; intelligent education; one-stop platform; education reform

0 引言

從美國新媒體聯(lián)盟（NMC）發(fā)布的《2019年地平線報告》[1]來看，教育行業(yè)在未來2～3年內(nèi)被采用的技術(shù)包括：自適應的學習技術(shù)和人工智能技術(shù)。[2，3]在國內(nèi)外教育教學中，人工智能的應用都取得了不錯的效果。[4-6]

我們在教育教學一站式平臺（以下稱：平臺）中借助人工智能技術(shù)優(yōu)化教學資源，構(gòu)建以學生為中心的個性化智能化課程體系，利用學習目標和問題為導向，促進了學生學習的積極性;在教學中轉(zhuǎn)變淡化教師的角色以引導者與組織者的角色出現(xiàn)，平臺在使用中收到了很好的教學成果，受到選課同學較高的評價最終的學習測驗也取得了較好的成績。

1 一站式教學平臺的教學模式

1.1 一站式教學平臺介紹

平臺借助人工智能技術(shù)，讓智能教學平臺模擬或輔助教師的角色，實施個性化教學，對不同需求、不同能力、不同特征的學習者傳授知識，提供智能化學習支持系統(tǒng)并提供實時的反饋。[7]針對不同年級、不同學習背景的學生結(jié)合人工智能課程的特點，我們設(shè)計了一站式平臺的三位一體的教學模式，如圖1。三位一體的教學模式中，三個中心既相互作用也相互影響，其中學生信息中心是核心部分。

1.2 個性化設(shè)計的先導課程中心

平臺為全校十幾個專業(yè)，不同年級，不同教育背景及能力層次的學生添加了先導課程，如圖2。先導課程的內(nèi)容依據(jù)人工智能課程的教學目標、每一名同學的知識背景以及所學專業(yè)，統(tǒng)計出來的。

先導課程一個最大的特點并非是理論的深入講解，而是依據(jù)人工智能課程中心的教學實驗內(nèi)容的引導式教學，由點帶線、由線構(gòu)面的形成先導知識體系。

1.3 利用智能技術(shù)構(gòu)建學生信息中心

為構(gòu)建以學生為中心的平臺，[8，9]首先對接了若干的信息系統(tǒng)，收集了學生的特征數(shù)據(jù)為學生畫像，包括學生日?？记谛畔ⅲ娮影嗯葡到y(tǒng)）、借閱圖書信息（校園一卡通）、英語考試成績（教務系統(tǒng)）、專業(yè)課成績（教務系統(tǒng)）、選修課成績（教務系統(tǒng)）從而描繪出學生的基本學習情況。通過學生的基本情況能夠大致了解學生的基本學習能力，并且設(shè)計個性化的人工智能先導課程。

學生信息中心（如圖3）的核心模塊是智能分析模塊，包括：先導課程分析、學科偏好傾向以及思維偏好傾向三個部分。

2 一站式教學平臺的教育思考

2.1 將學生的個性化培養(yǎng)與終生培養(yǎng)相結(jié)合

在人工智能課程框架下，平臺三位一體的教學模式利用深度學習的方法通過不斷的收集、歸類、整理學生的學習軌跡數(shù)據(jù)，并積極向第三方系統(tǒng)（教務系統(tǒng)）提供接口支持。

2.2 教師在“隱形”狀態(tài)下全方位參與教學

為了使學生掌握人工智能課程并達到融會貫通的教學目標，教師需要對課程的內(nèi)容及隨時可能出現(xiàn)的新問題進行深入引導。[10，11]教師的主要任務是將三個中心緊密的連接在一起，教師不但要全程把控人工智能課程的進度，而且也要時刻關(guān)注學生狀態(tài)及時調(diào)整課程內(nèi)容。

2.3 切合實際教學環(huán)境的課程實踐

不同高校的教師面對的學生、教學環(huán)境、文化氛圍都存在較大的區(qū)別，這意味著應該為教師提供與本校教學實際密切相關(guān)的信息化教學資源。[12]在一站式平臺中，實驗事例、數(shù)據(jù)的收集整理標定是一項重要且繁重的工作，一站式平臺采用了三個步驟完成：

首先，平臺運用網(wǎng)絡爬蟲實時抓取跟蹤本課程熱點問題以及問題的解決方案，例如自然語言處理、結(jié)果趨勢預測、圖像辨識與分類等;其次，用不同問題的解決方案對接不同專業(yè)學生個性化數(shù)據(jù)以及先導課程，采用視頻播放、實驗教學、考卷問答等方式使得學生掌握這個知識點及專業(yè)相關(guān)拓展知識;最終，通過考查學生自我設(shè)定模擬問題及解決方案檢驗學生知識點掌握程度，并反饋到學生信息中心。

3 構(gòu)建更高層次的教與學智能平臺

在一站式教學平臺中，我們將以講授為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W生主體為中心，而最終我們的目的將會是讓教授淺層的如何使用工具、掌握方法轉(zhuǎn)變?yōu)椤寣W生主動探索如何去選擇工具甚至是創(chuàng)造工具，創(chuàng)新的方式利用技術(shù)，能夠根據(jù)各種不同環(huán)境選擇合適的技術(shù)。

3.1 平臺構(gòu)建的兩點收獲

一是反饋機制是否完善，二是課程內(nèi)容的新穎性及更新速度。能否及時給予學生問題的反饋是保持學生熱度至關(guān)重要的因素之一。平臺增加了用戶反饋機制，并做了兩方面的工作，一般性問題通過平臺進行即時智能回答，問題的答案由平臺技術(shù)人員、教師用戶、平臺學員、平臺管理員提前編輯完成或利用網(wǎng)絡爬蟲技術(shù)自動捕捉、自我完善、更新完成;個別的特殊問題開放式回答，沒有提前編輯的問題由同學們或老師在規(guī)定的時間內(nèi)完成回答。

3.2 反問平臺構(gòu)建智慧教育的三個問題

一是，利用大數(shù)據(jù)分析的學生個人信息是否能準確反映一個學生的學習特征？我們利用人工智能、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對學生的數(shù)據(jù)收集分析，將教育重心轉(zhuǎn)向?qū)W生，但這些都是學生產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)（更何況也不能收集所有個人數(shù)據(jù)）基本反映了學生的某段歷史狀態(tài)的某個或某些特征，沒法衡量學生全面的特征，也就不能推演出學生將來發(fā)展的情況。

二是，如何實現(xiàn)真正的個性化學習平臺？面對同樣的問題，即使由相同的老師在相同的教學環(huán)境下講解，不同學生的反映與接收能力也是不同的。這種情況并不是由知識的傳播媒介產(chǎn)生的，而是知識接收者本身的原因：知識背景、接受能力、反應速度、個人喜好等等決定的。真正實現(xiàn)個性化教育需要更新觀念與認識，這不單需要學生的自我完善、自我更新，更需要高校主管部門、社會力量的協(xié)作。

三是，學生學習成果的評價機制。怎樣才能正確的評價學生學習效果，我們從結(jié)課考試以及動手實驗兩個方面做了對比分析，平臺對比了同樣是選修課的“C++程序語言與設(shè)計”與“計算機文化基礎(chǔ)”，而且這三門課程都是有課程操作實驗的，結(jié)果如表1。

從表1的學生成績檢測來看人工智能技術(shù)并不是最好的，這樣的考試成績也是意料之中的結(jié)果，但是學生最終提交實驗作品117件（以小組形式），其中優(yōu)秀的有52件，從作品成績結(jié)果來看這樣的效果是非常好的，本來人工智能的目的是引導學生個性化培養(yǎng)，但如果用單純考試的檢驗方式卻不能達到很優(yōu)秀的結(jié)果，所以學生最終學習效果的評價指標仍然有待探討。

4 智能化教育教學延伸思考與展望

人工智能作為一門新的快速發(fā)展的科學技術(shù)在自身不斷完善的同時也給教育帶來一次新的變革。[13，14]通過一站式平臺的建設(shè)，我們深刻體會到單純的利用智能技術(shù)生搬硬套是遠遠不夠的，要真正的實現(xiàn)以學生為中心的教學，需要實現(xiàn)從教育理念、教育管理模式、教育評價體系、教學課程內(nèi)容編排等一系列的改革創(chuàng)新，而借助人工智能技術(shù)能夠使我們的快速的實現(xiàn)由傳統(tǒng)教育到智慧教育的轉(zhuǎn)變。

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