張奕

【摘 要】隨著大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等信息技術的不斷發(fā)展，高等教育從信息時代邁向智能時代，為個性化精準教學帶來新的發(fā)展契機。構建了人工智能教學精準交互平臺，利用人工智能對教學主體間的精準交互行為數(shù)據(jù)進行深度分析，形成各種學情報告，對交互主體的學習行為和需求做預測，智能推送學習方案，循環(huán)往復，最終實現(xiàn)精準化、個性化教學，切實提高教學效果。

【關鍵詞】職業(yè)教育;教學交互;人工智能;精準教學

【中圖分類號】G434

【文獻標識碼】A

【文章編號】1001-8794（2019）09-0083-06

一、引言

隨著大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等信息技術的不斷發(fā)展，人工智能教育順勢而生，這是繼移動教育、泛在教育之后產(chǎn)生的一種全新的教育形式。教育部2018年4月發(fā)布了《2018年工作要點》，[1]表明教育信息化2.0其實就是指人工智能教育;為確保人工智能在高等教育領域貫徹實施，教育部又發(fā)布了《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》。[2]

國務院在《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中提出，“利用智能技術加快推動人才培養(yǎng)模式、教學方法改革，構建智能學習、交互式學習的新型教育體系?！盵3]交互式學習是指教學的雙方為了達到教學效果而相互作用的過程。[4]

首先，智能技術下的精準教學交互，是一種及時交互，要能及時解決交互主體的問題，如得不到及時反饋，會導致交互雙方的后續(xù)交互行為消極;其次，它是一種深度交互，有效的交互必然是在收到及時的反饋信息后，進行深度加工內(nèi)化;最后，它是一種精準交互，側重“交互數(shù)據(jù)”分析，考慮交互主體的個性化教學需求。

因此，對人工智能背景下的教學精準交互行為研究有著重大的現(xiàn)實意義。

二、人工智能促進教學交互技術變革

為了考量國內(nèi)對人工智能環(huán)境下交互學習研究的程度，對中國知網(wǎng)等重要文獻資源庫進行檢索，檢索時間為2014年至2018年，主題為“人工智能教育”“教學交互”，共檢索到關于人工智能教育的文獻有105篇，關于交互學習的文獻有352篇，但檢索主題“人工智能教育教學交互”卻得到0篇文章，各年文獻統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖1所示。

由圖1可知，教學交互主題年發(fā)文量比較均勻，一直是教育界關注的重點，主要探討交互理論、交互類型、交互主體行為表現(xiàn)、交互評價等。人工智能教育研究主題2017年之前發(fā)文量寥寥可數(shù)，2017年開始增多，到了2018年急劇增多，且呈跳躍式增長，可以看出我國人工智能教育發(fā)展的趨勢，信息化教育變革的過程。

我國的人工智能教育研究起步比較晚，在國家大力推動下，發(fā)展速度較快。國內(nèi)對人工智能教育的研究主要集中在概念、模式、未來發(fā)展方向、智能校園、智能學習環(huán)境，以及對國外模式的總結等方面，并且研究中心都是放在學生主體上。但以人工智能教學交互為研究對象的極為少見，對人工智能環(huán)境中教學交互的精準性、個性化研究，對教師主體的精準交互行為研究還沒有涉及，而教師的教、學生的學，是教學交互的兩個中心，精準化教學、個性化學習也一直是教育界追求的目標。在傳統(tǒng)教育環(huán)境下，缺乏教育技術的支撐，教學常常經(jīng)驗化，教學交互停留在表面，交互行為并未對教學效果、學習效率產(chǎn)生深度影響，個性化教學一直停留在想象之中。人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等高端信息技術的發(fā)展，對教學交互中產(chǎn)生的行為數(shù)據(jù)進行深度分析或許可以破解這個教育難題。如何利用人工智能時代的新技術，通過教學精準交互促進精準教學、個性化學習將成為新時代教育專家關注的重點問題。

三、教學交互行為分析與教學主體說

（一） 教學發(fā)展過程中的教學交互行為分析

教育產(chǎn)生以來，就不缺乏教學交互行為，如表1所示。傳統(tǒng)教學中，教師與學生的交互主要通過課堂教學的面對面?zhèn)魇?，使用的是最原始的黑板、粉筆之類的學習載體，無任何技術支撐，主要是基于教師經(jīng)驗技能開展一對一或一對多的教學交互行為，教師處于絕對主體地位，學生被動接受，處于服從地位，限制了教學交互的對象，教學交互形式簡單乏味，將交互視為單一的線性過程，教師與學生之間無法產(chǎn)生平等的對話交互，此時的教學交互需要教師利用各種有利條件和自己的智慧，使教學活動達到最佳效果。所有交互對象都是一樣的教學內(nèi)容、教學活動、教學方式，缺少個性特征，這個時期根本不涉及精準教學交互、個性化教學。

發(fā)展到信息化時代，教學交互由線下擴展到線上，憑借信息化技術創(chuàng)新，產(chǎn)生了大量的新的教學交互載體，如Mook平臺、微課教學、翻轉課堂等。[5]這些教學方式增加了教學交互的寬度，也讓學習的時間變得更靈活，教學主體也可根據(jù)需要去選擇合適的學習資源。此時的交互看上去有類似個性交互的特征，但由于線上信息技術的使用與課堂教學割裂開來，而且都是單向的交互行為，各種信息技術疊加使用，并沒有帶來1+1>2的教學效果。為彌補線上教學交互的缺陷，這個時期更注重利用社交媒體來開展教學交互，教學主體雙方利用QQ、微信、微博、論壇等來發(fā)表意見、交流學習心得，教學交互行為頻繁發(fā)生，這些社交媒體在信息化時代、在教學交互中起著越來越重要的作用。教學交互的資源空前豐富、信息紛雜，傳遞速度快。此時的交互雖然擴大到線上，有充分的信息技術做支撐，但交互的速度、程度以及及時性都無法衡量，都是表層、淺顯的交互，并非深度精準性的、系統(tǒng)性的交互，技術還不足以對交互行為留下的痕跡進行數(shù)據(jù)分析，更無法通過數(shù)據(jù)分析去影響教學者、學習者的教與學的行為。教學者要在短時間內(nèi)獲得學生的準確的學習情況，學習者要在浩瀚如海的信息中獲得精準的學習內(nèi)容，都是頭疼的問題。信息技術與教學交互行為未進行深入融合，缺乏提升教學效果的精準交互行為研究。

人工智能是信息化發(fā)展的高級形態(tài)，面對教學交互過程中，什么人在學，學習的具體內(nèi)容是什么，學習的途徑、效果怎么樣等類似問題，借助教與學的人工智能技術，如語音識別、情感識別、手勢識別、圖像識別等，[6]一切將迎刃而解。人工智能技術帶給教學過程中靈活多樣的交互內(nèi)容和形式，人工智能學習能使學習者按需取得學習資料，自主開展學習活動，享受精準教學。新一代人工智能技術將深刻改變教與學的交互行為，使人性化、個性化、精準化教學交互成為可能，教學交互的精準性將決定學習的效果和效率，大大提升教學質量。所以，關注教學過程中交互的精準性刻不容緩。

（二）教學主體三元化轉變有助于實現(xiàn)教學精準交互

在漫長的教育發(fā)展史中，關于教學主體的界定一直爭論不休，通過對文獻的整理分析發(fā)現(xiàn)存在以下主體說，具體內(nèi)容如表2所示。

從表2可以看出，盡管教學主體說眾說紛紜，但本質核心仍然是教師和學生這兩個主體，這也包括了信息化教育階段。大量信息技術、新型教學工具等引入教學，由于這些信息技術并未真正融入教學交互過程，它們都只是輔助工具，只是促進主體間教學活動開展，并未從實質上改變教師與學生的主體地位。

人工智能環(huán)境下，人工智能將參與教師教和學生學的整個教學過程，并非處于輔助地位，而是成為教學過程的核心，缺一不可的交互主體，這將引起師生地位被重新定位，將歷史上的教學二元主體變革為教師、學生、人工智能三元主體，如圖2所示。教學過程中，人工智能、教師與學生3個交互主體相互作用、共同推進，使教學精準交互行為發(fā)生。

四、人工智能背景下教學精準交互平臺的構建

人工智能時代的精準交互側重數(shù)據(jù)分析。[7]數(shù)據(jù)就是人工智能教育的原料，也是驅動精準教學的基礎。[8]我們構建的教學精準交互層次模型就是基于各種交互行為數(shù)據(jù)分析的，如圖3所示。

（一） 智能精準交互教學環(huán)境

教學環(huán)境指學習者發(fā)生學習交互行為的重要場所。[9]隨著信息技術的進步，教學環(huán)境也發(fā)生了翻天覆地的變化，教室不再是單一的教學環(huán)境。智能精準交互環(huán)境是繼傳統(tǒng)學習環(huán)境、電化學習環(huán)境、數(shù)字學習環(huán)境、移動學習環(huán)境、泛在學習環(huán)境之后出現(xiàn)的新的學習環(huán)境。[10]智能精準交互環(huán)境依托移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、智能設備、移動設備等，能智能獲悉教學主體交互學習所處環(huán)境，分析教學主體特征，對交互行為數(shù)據(jù)進行深度分析和加工，自動提供精準學習資源和互動工具，智能識別并記錄學習交互過程，改進教學精準交互的學習空間。這一空間是包括教室在內(nèi)的實務環(huán)境與虛擬環(huán)境的總稱，是線上與線下交互活動環(huán)境的總稱，有顯性的環(huán)境，更有隱形的環(huán)境，是一個泛在大環(huán)境。智能精準交互環(huán)境是教學主體發(fā)生精準交互的關鍵，是精準交互行為發(fā)生的載體，能為各種精準交互行為提供服務、技術和設備支持，具有全面的感知性，不再受空間、時間的限制，為教學主體帶來了全新的教學體驗。

智能精準交互環(huán)境建設特別關注教學主體精準交互行為發(fā)生的影響因素，重視交互性設計，強調主體交互體驗，交互的深度。這個環(huán)境中除了常見的同步交互工具：QQ，MSN，CHATROOM，還有異步交互工具：BBS，Newsgroup，E-mail，Blog，[11]更有智能識別設備：表情識別、手勢識別、圖像識別等，在這些工具和設備的支持下，才能構建交互情景、討論、協(xié)同、情感交流、意義構建等智能交互環(huán)境，整合多元信息資源。多元化、多樣化、立體化交互形成了海量數(shù)據(jù)，再對數(shù)據(jù)進行深度挖掘加工，透析數(shù)據(jù)背后的隱藏信息，對交互主體的學習行為和需求做預測，促進后續(xù)精準交互行為發(fā)生，再影響后續(xù)的精準教學，周而復始，循環(huán)往復，交互分析數(shù)據(jù)越來越精準，交互行為越來越精準，教學越來越個性化，最終達到教學效果最優(yōu)的目的。

（二）基于精準交互數(shù)據(jù)分析的行為導向學情報告

精準交互行為的發(fā)生是基于交互行為數(shù)據(jù)分析的，交互行為數(shù)據(jù)來自交互主體在各類線上、線下交互行為痕跡以及交互效果，分析的結果根據(jù)精準教學的需要分成學情精準報告、學情差異報告和學情實時報告，報告具體內(nèi)容包括個性化分析結論、數(shù)據(jù)分析、精準學習任務提醒等，以此全面提升教學精準性。

1. 交互主體學情精準報告

一般研究認為交互主體中學習的主體只有學生，其實筆者認為在精準交互過程中，教師也有學習的需求，教師通過學習才能具備精準教學能力。

人工智能與學生精準交互形成學生主體精準學情報告。傳統(tǒng)教學的學情報告一般都是由課堂交互或者期末考試交互的靜態(tài)數(shù)據(jù)形成的，比較片面，主要停留在分數(shù)層面，無法支持教學活動的個性化指導。智能精準交互環(huán)境下，學情報告的形成是基于教學主體學習過程的全過程跟蹤與監(jiān)測的，從開始學習到結束，從一個學習任務完成到下一個學習任務，從一個階段到下一個階段，人工智能技術貫穿教學活動的始終，無時無刻不在對交互主體的教學行為指標進行檢測。線上的檢索學習信息、學習路徑，瀏覽網(wǎng)頁痕跡、停留知識點的時長、同步異步反饋信息，線下課堂交互的次數(shù)、質量、測試成績、協(xié)作完成任務的表現(xiàn)，都實時通過人工智能全方位記錄下來。另外像傳統(tǒng)教學一樣，交互效果比如主動性表現(xiàn)、掌握知識點個數(shù)、深度思考程度、解決問題能力等也被記錄下來，不同的是此前過程是結果導向的，現(xiàn)在是行為導向的、循環(huán)推進的，交互效果數(shù)據(jù)也是實時的、動態(tài)的、立體化的，和平時的線上、線下數(shù)據(jù)融為一體，相互補充，相互推進，實現(xiàn)對每個學生的一對一的精準檢測，形成每個學生的精準學情報告，幫助學生清晰認識自己，達到精準學習的目的。

人工智能與教師精準交互形成教師精準學情報告。在人工智能時代教師專業(yè)素質不能一成不變，教師要跟上時代的步伐，學習最新的理念和信息技術，為后續(xù)精準交互和精準教學提供理論和實踐基礎。在人工智能支持下，形成教師學習部落，在這個部落里，有同專業(yè)的教師，有同技術的教師，有專家，利用多元人際資源，實現(xiàn)多元文化、多元領域、多元專業(yè)等碰撞式學習，實現(xiàn)跨領域、跨界限的人際交互，滿足教師任意時刻的學習需求，實現(xiàn)教師與資源的精準交互。同樣的，在教師進行交互過程中，也會產(chǎn)生大量交互數(shù)據(jù)，智能的分析維度基本跟學生交互數(shù)據(jù)一樣如圖3所示。通過智能技術的分析感知每位教師的交互偏好、交互風格、交互重點，深度加工數(shù)據(jù)，挖掘教師的個性化需求，形成教師自己的精準學情報告，在教師備課、資源推送等方面調動教師的積極性，推進教師個性化學習，提高教師運用人工智能的效率。

2. 交互主體學情差異報告

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傾向整體數(shù)據(jù)、標準化數(shù)據(jù)。各教學交互主體的學習目的、學習風格、學習興趣、學習方式都是不同的，掌握知識的能力差異也非常大。除了關注學情報告信息的精準性外，更應關注個體差異性，要個性化地去記錄每個獨立的交互主體的學習情況，數(shù)據(jù)采集也應差異化。比如先天智力優(yōu)越的交互主體跟先天有智力障礙的交互主體相比，檢測維度肯定要有所偏差，這種差異性著重體現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集的側重點，也體現(xiàn)在學習、活動的難度等級上面。如：有些交互主體上課互動不佳，但愛好閱讀;有的理論辯論能力強，但動手實踐能力差;有的交互效果評價高，但團體協(xié)作表現(xiàn)弱等等。國內(nèi)的“一起作業(yè)網(wǎng)”智能評價系統(tǒng)在這方面做得比較出色，假設兩名學生的作業(yè)得分都是90分，而它會基于這兩名學生做作業(yè)的過程數(shù)據(jù)，對作業(yè)題上面每個知識點的掌握情況、失分點進行分析，得出兩個不同的學情報告。人工智能下的學情差異報告就在于發(fā)現(xiàn)交互個體學習興趣，挖掘個體特征，發(fā)現(xiàn)弱點和知識盲區(qū)，生成專屬于每個交互主體的學情報告，借此激發(fā)個體內(nèi)在潛能，幫助個體彌補不足。

3. 交互主體實時學情報告

人工智能精準交互環(huán)境另一個特色是能隨時隨地形成學情報告。課前、課中、課后每個交互活動后，都可以自動生成實時數(shù)據(jù)分析報告。比如課前預習交互后，根據(jù)預習主體與預習資源的交互行為數(shù)據(jù)分析，自動生成預習報告，教師可以實時獲悉學生預習的效果、薄弱點，每個學生預習時間長短等，為實施課堂精準教學提供參考。實時學情報告是后續(xù)實時精準交互最重要的依據(jù)。

（三） 精準交互行為與精準教學相互促進

形成學情報告的目的是調整交互主體的教學方案和學習策略，促進交互主體進行有效精準交互，推動精準教學，再根據(jù)教學效果進行調整優(yōu)化精準交互行為，再推進精準的個性化教學。有效精準交互行為具體可以分為教師的精準教授以及學生的精準學習，如表3所示。

1. 教師精準教授

人工智能通過對數(shù)據(jù)分析形成了精準學情報告、差異學情報告和實時學情報告，然后將報告及時呈現(xiàn)給教師，教師據(jù)此實施對學生的精準的教。

（1）教師將與人工智能系統(tǒng)精準交互實現(xiàn)精準備課。人工智能系統(tǒng)根據(jù)教師發(fā)出的備課信息交互指令，向教師智能提供同類優(yōu)秀課件和相關資源，教師自主選擇教學內(nèi)容形成教學材料，自動生成教學課件，然后教師只需根據(jù)學情報告提供的信息對教學資料進行修改即可，再自動形成課堂和課后測試試卷。教師通過人工智能自動實現(xiàn)課程管理、知識點管理和測試題管理，開展精準教學。

（2）教師精準推送學習資料。好的教學效果，除了需要課堂內(nèi)的精準交互，還需要課后的精準交互，而教師資料提供的準確性就顯得非常重要了。基于差異學情報告和實時學情報告，人工智能可根據(jù)每個學生的個性化特點提供不同的學習資料，發(fā)布難度不一的測試，布置差異化的活動內(nèi)容，杜絕出現(xiàn)有的同學“吃不飽”，有些同學“無法消化”等情況。

（3）教師開展實時精準互動。精準互動包括課堂掃碼簽到、隨機問答、課堂效果反饋、知識預警等等，另外，課堂上互動一般只能局限少數(shù)人，借用人工智能可以“一對多”地解決不同學生的問題，甚至還可以借助智能設備將現(xiàn)行的“彈幕”技術、搶答方式、滾動學號答題等應用到課堂教學中，充分調動學生學習的積極性。線上的活動，除了利用同步異步交互工具，還可以利用精準智能環(huán)境發(fā)展的智能回答技術，解決往常線上交互不及時的問題，隨時跟蹤監(jiān)測學生學習狀態(tài)和關注度，調控教學策略。

（4）教師開展實時精準答疑和輔導。教師通過實時學情報告獲悉學生交互學習的進度、程度，知識點掌握的情況，及時制定精準輔導方案。一旦發(fā)現(xiàn)學生感覺不適應現(xiàn)行學習任務時，人工智能會自動再次推送新的學習資料，同時向教師發(fā)送學生狀態(tài)實時提醒報告，教師根據(jù)報告調整輔導策略，實現(xiàn)人工智能與教師協(xié)同教學，通過精準教學提高教學質量。

2. 學生精準學習

學情報告除了幫助教師調整教學策略外，同時也提供給學生主體，幫助學生自主學習。

（1）精準輔助學生提高自主學習積極性。信息化時代空前豐富的學習資源讓人摸不著頭腦，如何精準地獲得最佳學習資料是每個學習者必須解決的問題。人工智能會根據(jù)學情報告，給學生推送精準學習資料，只要學習者進入精準智能學習環(huán)境，就會發(fā)現(xiàn)，所到之處都是自己感興趣的資料、專業(yè)、話題，大大提高了學習的興趣和效率。

（2）精準學情報告方便學生自己制定個性學習計劃。課堂外，學生自覺學習對掌握知識非常重要。很多學生之所以花了很多時間，學習質量卻不高，那是因為自己找不準學習的方向。精準學情報告的形成，真正幫助學習者精準認識自己。每個學生通過學情報告，能了解自己的學習特點、學習偏好、薄弱環(huán)節(jié)，及時進行學習反思，認清自己的努力方向，挖掘自己的價值，制定適合自己個性的學習計劃和學習路徑，提高學習效果。

（3）人工智能實時提醒幫助實時優(yōu)化學習策略。人工智能最大的特點就是實時性、智能性。學生學習過程中，對沒有掌握好的知識點，人工智能會不斷補充推送學習資料，引導學生多次強化學習。如果發(fā)現(xiàn)學習狀態(tài)與學生自己制訂的學習計劃有偏差，或發(fā)現(xiàn)學習任務沒有按計劃完成，都會發(fā)出提醒警報。這種提醒對那些意志力、控制力不強的學生尤為重要。不斷優(yōu)化，使學生達到最優(yōu)的學習狀態(tài)。

五、結論與未來展望

隨著人工智能技術、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、增強現(xiàn)實技術等智能信息技術的不斷升級，智能識別設備的不斷更新?lián)Q代，人工智能對教育主體交互行為數(shù)據(jù)分析將越來越精確，發(fā)布的學情報告將越來越準確，助推交互行為將越來越精準，使教與學的效果越來越好。

人工智能給高等教育帶來機遇的同時也帶來了挑戰(zhàn)。首先，急切需要國家層面制定人工智能發(fā)展的政策、法律、應用規(guī)范等制度，為人工智能教育領域提供良好的政策環(huán)境。其次，需要從國家層次積極支持人工智能校園建設，推進校園應用場景嘗試，從資金、政策等方面支持人工智能教育平臺建立。再次，希望智能識別設備進一步更新?lián)Q代，尤其是要提高針對表情、心理狀態(tài)、語調、環(huán)境、手勢等方面的識別水平，這將給人工智能教育帶來質的飛躍。

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