人工智能在教学中的应用

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人工智能在教学中的运用

一、基本概念

1、人工智能

人工智能英文全称Artificial Intelligence，简称AI。本质上是一种对人的意识、思维的模拟，有望像人类那样思考甚至超过人类的智能。当前，新一代人工智能相关学科发展、理论建模、技术创新、软硬件升级等整体推进，正在引发链式突破，推动经济社会各领域从数字化、网络化向智能化加速跃升。[2]人工智能与教育深度结合之后成为课堂教学的主力，同时也将给教育带来前所未有的挑战。目前，人工智能正在以公平化、高效化、个性化为导向促进教育教学飞速发展。 （1）发展背景。人工智能的发展可以分为五个阶段：在1956年以前是人工智能的孕育期，1945至1970年是人工智能的形成期，1966年至1974年是暗淡期，1970年至1988年是知识应用期，1986年至今是集成发展期。[3]人工智能在移动互联网、大数据、超级计算、传感网、脑科学等新理论新技术以及经济社会发展强烈需求的共同驱动下，目前呈爆炸式发展，人工智能即将成为经济发展新引擎，重新整合全球资源。

（2）特点。①智能化。智能终端和传感器将无处不在，基于大数据的自我学习能力会让智能终端越来越聪明；②交互化。人与智能终端的交互方式将更加自然，设备会越来越能读懂人类的想法；③服务化。在人工智能+互联网的驱动下，各行各业将越来越“服务化”。不管硬件厂商、还是服务厂商都在整合设备、云和服务，开展集成式的服务创新；④创新化。在智能互联时代，更加呼唤开源开放的创新平台，实现依托产业链、生态圈的开放式创新。[4]

（3）分类。①弱人工智能。科学界普遍将不能够模仿人类思维的人工智能称为“弱人工智能”，无法与人类进行交互的人工智能、可以与人类进行交互的人工智能、可以通过外接设备进行升级的人工智能都属于弱人工智能。我们在现阶段课堂教学中使用的人工智能均属于弱人工智能范畴。②强人工智能。与弱人工智能相对应的，我们将能够模仿人类思维的人工智能称为“强人工智能”。[5]可以通过云端共享信息的人工智能和能够自主学习与创新的人工智能都属于强人工智能。其最大的特点是大数据积累达到质变，终端具备自我学习能力和类似人类思维的能力。

2、奇点

奇点又名技术奇点，它是一个时间点。机器发展的过程中，数据和系统不断升级，当从量变达到质变时，机器将具有自动学习和升级的能力，也就意味着奇点的来临。[6] 1983年，数学家佛诺?文奇提出技术奇点（Technological Singularity）的概念，他将奇点定义为人工智能超过人类智力极限的时间点，此后世界的发展将会超出人类的理解范畴，世界的发展将会脱离人的控制。美国未来学家和人工智能先驱雷?库兹韦尔在《奇点临近》中预言20世纪50年代左右奇点临近。奇点之前人类的智力依然主宰着世界的发展，不具备感情和自主意识的人工智能仍然是人类能力的延伸和补充。因此，我们预测和研究的人工智能在课堂教学中的运用和发展趋势是指奇点前阶段的人工智能。 二、现有课堂教学中人工智能运用的积极意义

1、促进教育公平

偏远山区教育资源匮乏，城乡和区域之间教育差距较大，优质教育资源总量不足。教育资源的落后地区的学生在知识储备、实验操作、阅读视野上有很大不足。我国进城务工人员子女上学难、高考全国各地同题不同分的录取方式等不公平等现象的存在成为制约教育均衡发


展的关键因素。

人工智能可以应对教育不公平现象中的各种问题。人工智能将不受地域限制，整合优质教学资源并分享于网络教学平台上，增加优质教育资源的供给，让更多孩子享受世界各地“名师”服务。甚至组合全球优质教学资源，主动生成针对性教学内容；人工智能不仅是海量移动知识储存库，而且具有搜集整理问题并整合资源，不断升级学习系统的能力，能够在课堂上针对学生的提问，主动设置相关联知识库，解决知识储备难题；[7]推翻旧的地区差异录取，让学生足不出户便可享受国家制定的均等优质教学资源。因此，未来的教育将不受地域差异，授课形式，年龄区别，教育背景等问题的困扰，真正实现教育公平化。

2、提高教学效率

教师工作中的重复性机械性劳动占用了教师在校的大部分工作时间，从而减少了课程编排和教学反思等脑力劳动的时间，造成工作效率低下；目前以教师为主导的课堂教学和无人工智能设备支持的课堂教学中学生只是吸取率低下。工作效率低下和知识吸取率低下都属于教学效率低下。

（1）人工智能利用其高速运算能力和超强储存空间在课堂教学中，避免教师做低附加值工作，为教师节约时间成本，提高教学效率。具体来说，人工智能可以将教师从批改试卷等重复性劳动中解放出来，并且实现课堂和课下的全时互动。从而让教师腾出更多的时间和精力，创新教育内容、改革教学方法，把教育做得更好。智能系统会将学生做题的数据回传数据库，教师能从中了解学生对知识点的掌握情况，避免重复讲解。

（2）人工智能正在逐?u实现人机交互功能，这有利于课堂的有效教学，保持学生的学习积极性和动力，从而提高教学效率。无论是人类学习还是机器学习，人在进行学习的过程中人机交互也带动了机器数据的不断翻新，从而达到机器的自我学习和不断升级。可以说未来的人工智能在教学过程中是与人类一起学习的辅助教学工具和共同学习伙伴。此外，人工智能已具备图像识别和语义分析技术，而且具有智能化搜集整理问题并整合资源的能力。[8] 扫描相应课本图片来获得3D展示，现场手机扫描后获得的成像效果，能够帮助学生更直观的理解学科知识点；这对于课堂教学中知识点查询，文章检索和自动生成相关推荐，都有很大的帮助。海量数据库资源答疑，帮助学生解决个人学习中的问题。 3、促进教学个性化 班级制课堂教学的授课对象众多，课堂教学因学生个体差异而接受知识的水平不一，统一的教学方案和教学流程很难把握对学生个性发展的培养，教学过程中对学生个性的忽略导致学生创造力的衰微。

（1）人工智能比人类更擅长针对学生的知识、能力水平和潜在倾向等不同因素进行因材施教的个性化教学。由于计算机的高速运算能力远远大于人类，而且能够不断进化更新状态，人工智能时代的计算机更具有自我学习能力，因此面对相同数量教学对象，人工智能更加快速将学生的阶段性知识学习成果进行数据分析并归类，针对学生的薄弱环节，定制、推送知识点，帮助学生告别“题海”，走向有效学习。 （2）面对众多学习者，人工智能利用图像捕捉技术可以全方位多角度捕捉个人面部表情，解读分析表情数据并反馈到终端，在学习过程中及时反馈学习者的不同理解程度，调整个体学习内容和方案。通过捕捉课堂上学生的面部表情数据并分析，进行筛别并制定个性化培养方案有利于因材施教。

三、人工智能在课堂教学运用中的发展趋势

随着人工智能在未来课堂教学中运用的迅猛发展，将具有积极和消极的双面发展趋势，我们应当合理使用人工智能，使之为人服务，为课堂教学服务。

1、学校面临淘汰

人工智能与教育的结合会使目前的学校教育落后，传统意义上的学校会面临淘汰。传统意


义上的学校提倡一刀切的课程设置，并对所有学生以固定的速度进行教学不符合时代的需求。人工智能系统在教学中允许根据学生自身情况定制课程，学习时间弹性化，并且减少对教室和教师数量的需求。因此，传统学校的规模会发展地越来越小，大部分学校会面临淘汰，一部分创新改革后的学校衍变为小规模学习中心，采取一对一授课模式或者成为具有专门性的学习中心。

2、强化家长责任

人工智能终端设备在教学中广泛运用之后，减少学生在校固定时间，更加自主灵活的学习方式增加了家长承担更大的教育责任。不仅教育面临人工智能的挑战，家长也面临角色的转换和增加。与传统旧式家长相比，人工智能时代的学生在使用终端设备进行学习的过程中，家长还充当了教练、管理员和监督人等角色。

3、弱化传统规范

传统学校教育有一系列需要学生遵守的规范，而面临人工智能的挑战，出现更小规模和更个性化学习中心之后，减少了学生们聚集上课的时间，也就不需要遵守一些传统的学校规范，并且学生们将会失去一些共同的行为，社会规范和文化规范。然而，在特定环境和时间下，会有新的规范相应产生。

4、转移教育费用

由于传统意义上的大规模学校和教师数量减少，学生只需要互联网或者人工智能设备就可以进行学习，个人教育成本会大幅降低。但由于社会的竞争不会减弱，因此家长对孩子的教育投资不会减少。家长将更多地参与到孩子的学习中来，增加陪伴学习时间的同时教育费用将会有新的转移。

5、定制个人教材

人工智能将全面改变传统学校授课的教材，采取一种全新的教材形式。人工智能系统使用教师制定的教学大纲，结合学生个体差异定个人教材，或者按照教师的教学大纲中某个主题或学习环节，结合数据库内容重新组装一本主题教材。新定制的个人教材和主题教材更适应具体学习者的需求，从而更好服务教学过程。[9]

6、缺乏情感教育

奇点前的人工智能不具备情感和思维能力，也难以复制教师的行为模式。教师利用其教学管理经验，情感分析能力和观察能力，并且对学生给与人文关怀和思想交流，教师面对课堂教学的适应能力和?ρ?生挑战的情感反应，都是人工智能系统无法模拟的。人工智能教学系统辅助教学的同时无法为学生提供类似教师的情感教育是必然现象。

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