許力行

摘? 要 討論人工智能在教學需求分析、學習者特征分析、教學方案設(shè)計、建立評估體系等方面的應用，總結(jié)人工智能在教學設(shè)計過程中帶來的效益。

關(guān)鍵詞 信息技術(shù);人工智能;教學設(shè)計;計算機科學

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）06-0027-03

Discussion about Application of Artificial Intelligence in Instruc-tional Design//XU Lixing

Abstract This paper introduces the application of artificial intelli-gence in the process of teaching design， includes analysis of teaching

needs， analysis of learners characteristics， design of teaching schemes，

and establishment of evaluation system. In the last， the paper briefly concludes benefits brought by artificial intelligence to teaching design process.

Key words information technology; artificial intelligence; instruc-tional design; computer science

1 引言

隨著科技的快速發(fā)展，信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的應用也越來越成熟，2012年MOOC的崛起也讓更多的人開始關(guān)注多媒體在教學方面的作用。隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展以及多媒體設(shè)備的更新?lián)Q代，如今幾乎人人都能在多媒體設(shè)備上進行學習，也讓線上教育成為被人們普遍接受的一種學習方式。近幾年來，線上教育在我國得到大范圍的推廣和普及。

計算機技術(shù)的飛速發(fā)展使得人工智能技術(shù)能應用的領(lǐng)域也越來越廣。隨著技術(shù)的成熟及社會需要，人工智能也被逐漸地應用到教育領(lǐng)域。如利用人工智能的自然語言處理與XML技術(shù)結(jié)合，可以使得教學資源的智能檢索更為高效;以及利用計算機輔助評價（Computer Assisted Assessment，

簡稱CAA）輔助教學智能測評等[1]。人工智能可以利用電腦去對人的思維模式、推理及演算方法以及決策進行模擬，讓計算機擁有近似于人類大腦的部分功能，完成一些以往只能通過人類的智慧才能完成的工作，一定程度上代替人力資源完成相關(guān)任務，為教育行業(yè)帶來極大的便捷。

2 什么是人工智能

人工智能所涉及的領(lǐng)域較為廣泛，有認知科學、不定性論、信息論、自動化、生物學、心理學、醫(yī)學、哲學、控制論、語言學等眾多學科，目前為止，人工智能主要研究范疇有智能搜索、感知問題、語言的學習與處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、推理、計算機視覺等。人工智能中最為成熟，同時在線上教育中應用最為廣泛的是專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)也是近30年來人工智能領(lǐng)域發(fā)展起來的一種極具代表性的智能應用系統(tǒng)。其主要研究方向是令計算機具有能夠模仿人類在某些領(lǐng)域的專家的能力，去解決相關(guān)領(lǐng)域一些專業(yè)性較強的問題。而在網(wǎng)絡(luò)教育中，專家系統(tǒng)的應用主要包括智能導學系統(tǒng)、智能決策系統(tǒng)、智能教學系統(tǒng)和智能化的硬件網(wǎng)絡(luò)設(shè)施四大模塊[2]。

3 人工智能與教學需求分析

教學需求分析是教學設(shè)計的第一步，它能夠幫助教師明確教學目標，有利于教師基于學習者的需求開發(fā)一系列課程。教學需求分析首先要進行需求評估和目標分析，需求評估可以為有效教學提供基本數(shù)據(jù)，目標分析能夠以提出問題的方式確定學習者的特性及需求。在完成需求評估和目標分析后便可進行績效評估，識別出教學過程中不需要處理的問題，將課程的有效程度最大化。

以往的教學需求分析往往是由專業(yè)的教學設(shè)計人員去執(zhí)行，從需求評估的規(guī)劃、數(shù)據(jù)收集和分析、總結(jié)，到目標分析、評估比較，再到績效評估，整個過程的工作量較為龐大。特別是在做一些較為新型的課程的教學設(shè)計時，往往需要收集大容量的數(shù)據(jù)樣本，以進行數(shù)據(jù)的分析。隨著科技的發(fā)展，人工智能技術(shù)中專家系統(tǒng)的應用，只要將原本收集好的數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)庫中，利用專家系統(tǒng)模擬教學設(shè)計專業(yè)人員的邏輯、推理、演算過程，能夠大量節(jié)省在教學需求分析過程中的時間和精力，為企業(yè)、學校等機構(gòu)節(jié)省人力物力資源。同時，人工智能系統(tǒng)能夠避免人們主觀意識對評估的影響，最大限度減少評估中由于個人情感問題帶來的誤差，增強教學需求分析過程中的客觀性。

4 人工智能與學習者特征分析

學習者特征分析是教學設(shè)計里較為核心的一部分，被視為對教學設(shè)計和實施的基本約束之一，也是理解教學設(shè)計的起點[3]。以往傳統(tǒng)的學習者特征分析是靠教學過程設(shè)計者或者教師本身來對學習者進行特征分析，通過人工區(qū)分變量來分析其一般特征，然后逐步深層地對學習者進行分析。雖然這些步驟在個體較少的情況下能夠?qū)⒐ぷ髯龅轿?，但其效率以及資源利用率非常低。在學習者數(shù)量較為龐大的情況下，則需要消耗大量的人力與物力。這種情況下利用信息技術(shù)對學習者進行特征分析，能夠大大減少資源消耗，使資源利用最大化，提升整個教學設(shè)計過程的效率。

如在大型企業(yè)員工培訓階段，由于員工的教育背景、工作經(jīng)驗都有所差異，因此，他們在培訓期間的起點能力也有所不同。同時，每個人本身的學習風格也有所不同，相同的培訓內(nèi)容有可能會造成與某些學習者的學習偏好相悖，導致培訓效果不佳。對已經(jīng)進入社會的成人學習者而言，他們的學習特征相比在校園的學生要更為復雜及多樣化。成人學習者往往對參與學習和培訓的動機更為強烈，并且在時間的安排上也更為重視，多數(shù)成人學習者對效率的重視大于對學習本身所需要消耗的經(jīng)濟需求的重視。這一系列復雜多樣的特征，利用人工智能技術(shù)能夠進行準確的數(shù)據(jù)收集，導入數(shù)據(jù)庫，然后利用專家系統(tǒng)將相似特征的學習者進行分類，有利于企業(yè)針對性地設(shè)計培養(yǎng)方案。

在學習者的特征分析過程中，還有一些較為特殊的學習者，如有學習障礙的學習者，其中包括身體殘障人員（如有聽覺、視覺損傷）、語言障礙及智力障礙的學習人員以及部分在學習能力方面有缺陷的學習者。該類較為特殊的學習者在某些方面對自身學習能力的判斷欠缺準確性。通過專家系統(tǒng)的輔助，利用大數(shù)據(jù)分析，能夠?qū)υ擃悓W習者進行一個較為準確的學習特征判斷。

5 人工智能與教學方案的設(shè)計

隨著線上教育的普及，人們在使用線上學習平臺的過程中也難免遇到各式各樣的問題。對具有不同特征的學習者應該進行區(qū)別教學，因此衍生出一系列在線上教學的教學設(shè)計中關(guān)于教學材料方面的問題。對學習者而言，選擇線上教育的一個主要因素就是能以較為便捷的方式，通過反復觀看課程內(nèi)容，來突破傳統(tǒng)課堂的空間、時間限制，彌補傳統(tǒng)課堂不具有反復性的不足。因此，大多數(shù)線上學習者并不愿意在學習一門課程前去做過多的知識準備，而是希望已選的課程本身含有一些相關(guān)的基礎(chǔ)性內(nèi)容，以及課程外的一定程度上的擴展。學習者的特征判斷，對于在線課程來說本身具有一定的難度。在最初，針對不同的學習者制定對應的在線課程，主要是通過學習者的主動選擇，以及依靠一些調(diào)查問卷的形式大致對該學習者的特征進行判斷，然后為其推薦較為適合的課程進行學習。這樣的評估形式，準確性往往較低，因此容易出現(xiàn)部分學習者對在線課程學習效果不滿的現(xiàn)象。

出現(xiàn)這類問題的主要原因是教學方案或教學資源對學習者的適配性較低：一是學習者之間學習基礎(chǔ)存在差異，這也是學習過程中普遍存在的現(xiàn)象;二是學習者之間學習能力存在差異，在學習基礎(chǔ)以及其他條件相同的情況下，學習能力之間的差異導致學習效果差距較大。這兩大方面的問題在傳統(tǒng)線下課堂能夠通過學生課后主動詢問教師，或者課堂上即時提問得到解決。對于線上課堂，這方面的即時解決能力則相對較差，因此在教學方案的準備上就需要進行區(qū)分。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)及人工智能等較為先進的技術(shù)也逐漸被引進教育領(lǐng)域，針對為不同的個體制訂不同的學習方案的問題，通過信息技術(shù)的應用能夠得到有效解決。

對于學習基礎(chǔ)不同的學習者，如大學英語四級考試的相關(guān)在線課程，一些英語基礎(chǔ)較差的學生可能連基本語法知識的掌握都不到位，那么在準備教學材料過程中，就應該在此方面有所考量。對于這方面的判斷，通過人工形式一對一進行考核工作量過大，而利用人工智能技術(shù)的專家系統(tǒng)，能夠?qū)W生的基礎(chǔ)知識進行一個較為準確的判斷，再將數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫，通過智能決策系統(tǒng)進行邏輯推理，為學生制訂最適合的教學方案。在課程的不同階段，通過人工智能技術(shù)能夠?qū)W生進行動態(tài)分析，為其下一階段的學習制訂不同的教學方案。

目前，這類技術(shù)在我國線上教育領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應用，在學習者完成某一階段的學習后進行智能測評，分析學習者的知識漏洞，然后針對性地為學習者推送下一套課程。這樣的動態(tài)教學方案可以有效減少學生在課程的各個階段的知識盲點，提高學習效率。人工智能技術(shù)還能將一些較為經(jīng)典的教學方案、教學資源和教學技能進行整理，并為學生制定具有針對性的教學輔導[4]。

對于學習能力不同的學習者，想要針對性地制訂較為適合其學習的教學方案，對于傳統(tǒng)課堂的教學模式來說較為困難。在傳統(tǒng)課堂上，一個班級里學習成績優(yōu)異和學習成績較差的學生，很難通過教師對教案的制定來達到相對應的解決效果，主要是由于傳統(tǒng)課堂在時間和空間上有限制。針對這一問題，性價比最高的解決方案便是利用線上教育，通過人工智能的專家系統(tǒng)相對較為快捷地對不同學習能力的學習者制訂不同的學習方案。

6 人工智能與評估體系的建立

在一個課程的結(jié)尾或者是課程中某一階段的最后部分，往往會對學生的學習效果做一個測試，同時會對整個教學過程的結(jié)果進行一個評估，以測試學習者對知識與技能的掌握和教學效果。以往這些工作同樣是由教學設(shè)計人員或者教師對學習者進行評估，通過評估結(jié)果來了解學員實際解決問題的能力，并且從中得到學習者在相關(guān)培訓課程中對教學效果的反饋。同樣，在學習者數(shù)目較為龐大的情況下，這一階段給評估者本身帶來巨大的工作量，并且因為測試體系的問題，測試結(jié)果本身也并非具有很高的代表性。同樣的一份測試題，在不同時間、不同學習階段給同一個學習者測試，得到的結(jié)果也不一樣。而對教學質(zhì)量的評估需要給出到科學、客觀、合理的評價。人工智能技術(shù)的應用能很大程度上彌補傳統(tǒng)評估體系在這方面的不足[5]。

因此，要對學習者進行相對準確的評估，最好的方式是在學習過程中對學習者進行動態(tài)評估。綜合每一次的測試結(jié)果，以科學的算法進行演算和推理，得到一個較為準確的評估結(jié)果。這樣貼身的評估系統(tǒng)，以傳統(tǒng)人為的方式實現(xiàn)成本過高。而通過計算機輔助評價（CAA）系統(tǒng)的輔助，能夠讓學習者通過多媒體設(shè)備在設(shè)計好的學習過程中進行動態(tài)評估，并記錄每一次評估的數(shù)據(jù)，讓學習者能夠準確得知自己對知識和技能的掌握程度。同時，教師能及時得到教學效果的反饋，對教學效果有一個較為及時與準確的了解。

7 人工智能在教師教學過程與學生學習過程中的應用與展望

當一個完整的教學設(shè)計方案完成時，其最終目的還是應用到實際教學中。通過人工智能技術(shù)的輔助對教學設(shè)計進行優(yōu)化、改善之后，在教與學過程中也適當加入人工智能系統(tǒng)的應用，無論是實體課堂還是在線課堂，都能夠最大限度地發(fā)揮教學設(shè)計的價值，提高課堂效率。隨著未來人工智能的進一步發(fā)展及普及，一些較為先進的科技項目，如面部表情識別、人工智能語音系統(tǒng)等，若能有機地結(jié)合到課堂中，相信對教與學都能有質(zhì)的提升。

對于教師而言，目前在線課堂教學過程中最大的問題就是無法準確實時地了解學生的學習狀態(tài)。在傳統(tǒng)課堂中，一名優(yōu)秀的教師能夠通過豐富的教學經(jīng)驗，對學生在課堂上的學習狀態(tài)、精神集中程度等進行精準判斷，從而對課堂教學過程進行相應調(diào)整。如今隨著信息技術(shù)的發(fā)展，即便不少在線課堂能夠?qū)崿F(xiàn)在教學過程中讓學生與教師通過彈幕、留言等形式進行實時互動，一些課堂學員數(shù)目較少的課程甚至可以進行雙向視頻互動，但依舊無法解決教師對課堂掌控程度不高的狀況。通過人工面部表情的智能識別，能夠運用人工智能技術(shù)對學生在課堂中的注意力集中程度進行判斷，有效提高在線課堂中教師對學生狀態(tài)的判斷，從而做出相對的措施以提高教學質(zhì)量。

對學生而言，在線上課堂學習過程中往往會遇到一些知識點中的疑惑，無法及時向教師詢問從而得到解答。尤其是學員數(shù)量較為龐大的課程，教師往往無法兼顧所有學員進行逐一答疑。通過人工智能技術(shù)對課堂內(nèi)容進行分析，再利用專家系統(tǒng)對學生的問題與課程內(nèi)容進行對應歸類，能夠方便教師在課后對此類型的問題進行統(tǒng)一解析;一些已經(jīng)解析過的問題則可以導入數(shù)據(jù)庫，通過專家系統(tǒng)的歸類后，直接將解答內(nèi)容發(fā)送給學生，以提高大型線上課程教學中對學生遇到的問題進行答疑的效率。

8 結(jié)語

人工智能作為目前計算機科學中一個較為火熱的研究領(lǐng)域，其研究內(nèi)容依然在不斷擴充，所涉及的范圍也在不斷擴大。教育領(lǐng)域作為人類社會中極為重要的一個領(lǐng)域，人工智能這樣一項能給人類帶來極大幫助的技術(shù)必將得到廣泛應用。目前，我國教育領(lǐng)域也在不斷革新，隨著教育信息化的不斷普及，人工智能不僅在教學設(shè)計中能夠得到廣泛應用，在教育的各個方面也能帶來巨大的幫助。相信未來人工智能的不斷開發(fā)，能夠讓教學質(zhì)量、教學效率有更顯著的提升，讓教育領(lǐng)域在信息化時代能夠得到跨越式發(fā)展。■

參考文獻

[1]鐘琦，胡水星.人工智能在教育中的整合應用研究[J].贛南師范學院學報，2011（6）：66-69.

[2]馮玉婷，史君華.關(guān)于人工智能在網(wǎng)絡(luò)教育中的應用研究[J].合肥師范學院學報，2015，33（6）：89-91.

[3]吳南中.理解課程：MOOC教學設(shè)計的內(nèi)在邏輯[J].電化教育研究，2015（3）：29-33.

[4]吳天宇.人工智能在教學領(lǐng)域的應用探究[J].科技經(jīng)濟導刊，2018，26（23）：141-142.

[5]褟少茵.人工智能在教學質(zhì)量監(jiān)控中的應用[J].電腦與電信，2006（12）：42-48.