李 霞，李 云，王 菲

(山東廣播電視大學(xué)，山東 濟(jì)南 250014)

“人工智能”一詞最早出自1956年美國(guó)的達(dá)特蒙斯大學(xué)，發(fā)展至今已過(guò)60多年，現(xiàn)已成為一門(mén)涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、生理學(xué)等眾多領(lǐng)域的前沿交叉科學(xué)。近年來(lái)，信息技術(shù)在機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)上不斷取得突破性進(jìn)展，人工智能從計(jì)算智能向感知智能、認(rèn)知智能迅速發(fā)展，人工智能的教育應(yīng)用變得普遍而豐富。

2017年7月，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，指出要圍繞教育、醫(yī)療等迫切民生需求，加快人工智能的創(chuàng)新應(yīng)用，要求利用人工智能加快推動(dòng)人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革，構(gòu)建包含智能學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的新型教育體系，為人工智能推動(dòng)教育發(fā)展指明了方向。2018年4月2日，教育部印發(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，提出要加快人工智能在教育領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，可見(jiàn)，利用人工智能技術(shù)推進(jìn)教育系統(tǒng)的變革與創(chuàng)新已經(jīng)引起國(guó)家的高度重視。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)的遠(yuǎn)程教育邁入了高速發(fā)展的全新階段。然而在成人遠(yuǎn)程教學(xué)的實(shí)踐中，面臨著諸多問(wèn)題和難點(diǎn)，如師生分離、溝通和交流的途徑有限、教師無(wú)法對(duì)學(xué)生進(jìn)行全方位監(jiān)督、無(wú)法了解學(xué)生的真實(shí)需求等。對(duì)于成人遠(yuǎn)程教育領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，人工智能技術(shù)可以應(yīng)用在教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)、教學(xué)活動(dòng)的組織、教學(xué)過(guò)程的監(jiān)督、教學(xué)結(jié)果的評(píng)價(jià)等各個(gè)領(lǐng)域，有效地促進(jìn)教學(xué)最優(yōu)化。

一、“人工智能+教學(xué)”的研究現(xiàn)狀

以“中國(guó)知網(wǎng)”為分析數(shù)據(jù)庫(kù)，主題設(shè)定為“人工智能”并含“教學(xué)”“AI”并含“教學(xué)”進(jìn)行全數(shù)據(jù)庫(kù)檢索，文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間設(shè)定為2006年至2020年，文獻(xiàn)來(lái)源選擇《中國(guó)電化教育》《開(kāi)放教育研究》等8種教育技術(shù)核心期刊，截止到2020年2月12日，共檢索到相關(guān)論文293篇。通過(guò)發(fā)文情況可以看出2016年以來(lái)，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，人工智能與教學(xué)的相關(guān)研究顯著增長(zhǎng)，成為研究的新熱點(diǎn)。如圖1所示。

圖1 2006-2020人工智能教育文獻(xiàn)發(fā)表年度變化圖

通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)研讀分析，發(fā)現(xiàn)目前人工智能與教育的研究主要在以下幾個(gè)方面：人工智能教育應(yīng)用的內(nèi)涵、人工智能教育的關(guān)鍵技術(shù)、“人工智能+教育”的應(yīng)用形式和案例、發(fā)展前景和業(yè)態(tài)趨向。高頻關(guān)鍵詞有專家系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)教育、遠(yuǎn)程教育、機(jī)器學(xué)習(xí)、學(xué)生模型、智能教學(xué)系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

關(guān)于人工智能教育應(yīng)用的內(nèi)涵，閆志明、唐夏夏等認(rèn)為教育人工智能是人工智能與學(xué)習(xí)科學(xué)相結(jié)合而形成的一個(gè)新領(lǐng)域，教育人工智能重在通過(guò)人工智能技術(shù)，更深入、更微觀地窺視、理解學(xué)習(xí)是如何發(fā)生的，是如何受到外界各種因素(如，社會(huì)經(jīng)濟(jì)、物質(zhì)環(huán)境、科學(xué)技術(shù)等)影響的，進(jìn)而為學(xué)習(xí)者高效地進(jìn)行學(xué)習(xí)創(chuàng)造條件。[1]吳永和等認(rèn)為“人工智能+教育”能夠提高教學(xué)效率和效能，為學(xué)生更好增知增智、為教師更好教學(xué)提供服務(wù)，并構(gòu)建了“人工智能+教育”的生態(tài)系統(tǒng)。[2]

關(guān)于人工智能的關(guān)鍵技術(shù)，吳永和等指出“人工智能+教育”的關(guān)鍵技術(shù)包含信息技術(shù)、教育技術(shù)和人工智能技術(shù)，其中信息技術(shù)、人工智能技術(shù)有：機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語(yǔ)言處理、人工智能算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、推理機(jī)、學(xué)習(xí)計(jì)算、圖像識(shí)別等技術(shù)。[2]

關(guān)于“人工智能+教育”的應(yīng)用形式和案例方面，張坤穎等認(rèn)為人工智能技術(shù)在教育應(yīng)用中的形態(tài)有兩個(gè)方面，主體性與輔助性。主體性應(yīng)用如智能教學(xué)系統(tǒng)、智能問(wèn)答系統(tǒng)、智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)等；輔助性應(yīng)用如自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)、數(shù)字化評(píng)價(jià)系統(tǒng)、教學(xué)游戲、智能教育決策支持系統(tǒng)等。[3]陳麗等認(rèn)為人工智能技術(shù)可以有效促進(jìn)在線交互行為的發(fā)生。人工智能為核心的教學(xué)系統(tǒng)，可以部分取代教師，直接與學(xué)生交互，解決學(xué)生的問(wèn)題。[4]梁迎麗等認(rèn)為人工智能主要有四大應(yīng)用形態(tài)：智能導(dǎo)師系統(tǒng)、自動(dòng)化測(cè)評(píng)系統(tǒng)、教育游戲與教育機(jī)器人。[5]

關(guān)于教育人工智能的發(fā)展前景和業(yè)態(tài)趨向，張志禎等認(rèn)為人工智能教育應(yīng)用研究亟待超越技術(shù)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與應(yīng)用設(shè)想研究，亟待開(kāi)展有關(guān)人機(jī)分工教學(xué)法的機(jī)制與效果及其對(duì)教育機(jī)構(gòu)的全面影響的系統(tǒng)化理論研究與高生態(tài)效度的實(shí)證研究。[6]梁迎麗等認(rèn)為以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)引領(lǐng)教育信息化發(fā)展方向，以深化應(yīng)用推動(dòng)教育教學(xué)模式改革，以融合創(chuàng)新優(yōu)化教育服務(wù)供給方式將是人工智能教育應(yīng)用的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。[5]

從上述研究成果中不難看出，“人工智能+教育”能夠提高教學(xué)效率和效能，提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑，自適應(yīng)呈現(xiàn)學(xué)習(xí)資源，促進(jìn)教學(xué)的有效交互、提供沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境、替代教師機(jī)械化的勞動(dòng)、實(shí)現(xiàn)智能化的教學(xué)評(píng)價(jià)，有助于解決成人遠(yuǎn)程教學(xué)存在的師生分離、溝通不暢、學(xué)習(xí)資源單一、學(xué)習(xí)監(jiān)督困難等諸多問(wèn)題，促進(jìn)教學(xué)效果最優(yōu)化。

在人工智能教育商業(yè)化應(yīng)用方面，“AI+教育”企業(yè)如好未來(lái)、猿輔導(dǎo)、小盒科技等已有相關(guān)的技術(shù)產(chǎn)品，如“WISROOM”智慧課堂解決方案、小猿搜題、作業(yè)盒子等，但大多數(shù)的智能教育產(chǎn)品面向的是中小學(xué)生，適用于成人遠(yuǎn)程教學(xué)的產(chǎn)品較少。

二、人工智能輔助成人遠(yuǎn)程教學(xué)的方式

教師、學(xué)習(xí)者和教學(xué)管理人員是教學(xué)過(guò)程不可缺少的三個(gè)主體，筆者從這三個(gè)方面分析人工智能輔助成人遠(yuǎn)程教學(xué)的方式和途徑，構(gòu)建基于人工智能的成人遠(yuǎn)程教學(xué)模型，如圖2所示，為成人遠(yuǎn)程教學(xué)的發(fā)展提供借鑒。

(一)基于教師層面

首先，通過(guò)人工智能助手，教師可以更便捷地了解學(xué)習(xí)者的基本情況，并可以通過(guò)自動(dòng)算法分析學(xué)習(xí)者的知識(shí)基礎(chǔ)、認(rèn)知特點(diǎn)、學(xué)習(xí)風(fēng)格偏好，為學(xué)習(xí)者建立用戶畫(huà)像，便于后續(xù)展開(kāi)個(gè)性化教學(xué)。第二，人工智能為核心的教學(xué)系統(tǒng)，可以取代教師的部分工作，實(shí)現(xiàn)和學(xué)習(xí)者的有效交互。可以通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，判斷學(xué)習(xí)者回答問(wèn)題情況或自動(dòng)識(shí)別其問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，人工智能助手目前已經(jīng)可以自動(dòng)回復(fù)學(xué)習(xí)者的一些問(wèn)題，如提問(wèn)概率比較高的問(wèn)題、概念性問(wèn)題，以及課程相關(guān)的簡(jiǎn)單問(wèn)題等。第三，可以實(shí)現(xiàn)沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建。設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)資源，構(gòu)建學(xué)習(xí)環(huán)境時(shí)可以借助語(yǔ)音識(shí)別、動(dòng)作識(shí)別、人臉識(shí)別、表情識(shí)別、視線檢測(cè)等創(chuàng)建沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力。第四，改進(jìn)教師對(duì)學(xué)習(xí)者的評(píng)價(jià)方式。當(dāng)前的評(píng)價(jià)方式中，客觀性信息常用來(lái)被分析，而主觀性信息總是被忽略，通過(guò)人工智能的數(shù)據(jù)分析可以幫助教師處理主觀性信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)者及學(xué)習(xí)過(guò)程更全面的評(píng)價(jià)。

(二)基于學(xué)習(xí)者層面

遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)有多種形式，根據(jù)問(wèn)卷調(diào)查(樣本數(shù)12547，電大成人學(xué)習(xí)者)，66.2%的學(xué)員希望采用視頻課件，53.6%的學(xué)員希望通過(guò)直播課堂開(kāi)展學(xué)習(xí)。首先，有了人工智能技術(shù)的輔助，直播學(xué)習(xí)平臺(tái)或視頻學(xué)習(xí)網(wǎng)站可以根據(jù)學(xué)習(xí)者的用戶畫(huà)像，推薦合適的教師或資源，學(xué)習(xí)者可以便捷高效地開(kāi)展學(xué)習(xí)。其次，沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，有效的學(xué)習(xí)交互，會(huì)帶給學(xué)習(xí)者逼真的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，這種學(xué)習(xí)體驗(yàn)會(huì)激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，保持較好的學(xué)習(xí)動(dòng)力。第三，個(gè)性化的學(xué)習(xí)環(huán)境為學(xué)習(xí)者提供了更多的可能性。學(xué)習(xí)者可以自定學(xué)習(xí)步調(diào)，選擇適合自己知識(shí)基礎(chǔ)和認(rèn)知特點(diǎn)的學(xué)習(xí)資源。第四，學(xué)習(xí)者可以快速準(zhǔn)確得到教學(xué)反饋，提高其自我效能感。在傳統(tǒng)成人遠(yuǎn)程教學(xué)中，教師很難進(jìn)行個(gè)性化評(píng)價(jià)和即時(shí)反饋，而基于人工智能技術(shù)的智能評(píng)價(jià)和反饋工具可以有效解決即時(shí)評(píng)價(jià)問(wèn)題。

(三)教學(xué)管理層面

傳統(tǒng)的課堂質(zhì)量評(píng)估，往往通過(guò)人工質(zhì)量團(tuán)隊(duì)完成，人工評(píng)價(jià)課堂會(huì)出現(xiàn)評(píng)價(jià)方式主觀、評(píng)價(jià)指標(biāo)不可量化、監(jiān)課覆蓋率低、人工成本較高等問(wèn)題。人工智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式客觀、評(píng)價(jià)指標(biāo)量化，可以降低成本，實(shí)現(xiàn)智能課程管理和評(píng)價(jià)。學(xué)習(xí)分析技術(shù)通過(guò)對(duì)教與學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)的采集、教與學(xué)行為的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的評(píng)價(jià)，預(yù)判學(xué)習(xí)者可能出現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)反饋教師進(jìn)行干預(yù)。人工智能技術(shù)可以統(tǒng)計(jì)師生對(duì)話中占比、說(shuō)話長(zhǎng)度分布等，實(shí)現(xiàn)對(duì)師生互動(dòng)的評(píng)價(jià)，也可以通過(guò)圖像識(shí)別、關(guān)鍵詞挖掘、語(yǔ)音情感分析等對(duì)教師和學(xué)生課上視頻、文字、筆記等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行智能化管理。利用人工智能技術(shù)還可以對(duì)直播環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，如檢測(cè)人臉是否在指定范圍內(nèi)，判斷課堂場(chǎng)景下，對(duì)話是閑聊還是與教學(xué)相關(guān)，也可以識(shí)別課堂中出現(xiàn)的敏感紅線詞。從經(jīng)濟(jì)角度講，使用人工智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)可以節(jié)約人力成本，量化評(píng)價(jià)因子，提高管理效率。

(四)人工智能技術(shù)應(yīng)用

人工智能技術(shù)應(yīng)用存在與教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)、教學(xué)活動(dòng)的組織、教學(xué)過(guò)程的監(jiān)督、教學(xué)結(jié)果的評(píng)價(jià)等各個(gè)方面，可以實(shí)現(xiàn)人臉簽到、師生匹配、動(dòng)作識(shí)別、直播檢測(cè)、AI智能課堂、智能教學(xué)評(píng)價(jià)等場(chǎng)景。

三、人工智能輔助遠(yuǎn)程教學(xué)的應(yīng)用場(chǎng)景

目前很多人工智能輔助遠(yuǎn)程教學(xué)的功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)并應(yīng)用到教學(xué)場(chǎng)景中，如人臉簽到、師生匹配、語(yǔ)音評(píng)測(cè)、動(dòng)作識(shí)別等。但主要是中小學(xué)生遠(yuǎn)程教學(xué)，成人遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的智能化水平有待提高。

圖2 基于人工智能的遠(yuǎn)程教學(xué)模型

(一)人臉簽到

在遠(yuǎn)程教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)人臉簽到在第一節(jié)課進(jìn)行人臉標(biāo)注，后續(xù)課程中可以對(duì)每一個(gè)學(xué)習(xí)者自動(dòng)進(jìn)行識(shí)別，從而準(zhǔn)確獲取每個(gè)人的行為表現(xiàn)和學(xué)習(xí)記錄。

(二)師生匹配

智能化教學(xué)平臺(tái)可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)、學(xué)生用戶畫(huà)像、教師用戶畫(huà)像，為學(xué)習(xí)者挑選合適的候選老師，從而提升平臺(tái)的服務(wù)，贏得更多的用戶。

(三)語(yǔ)音評(píng)測(cè)

語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)可以對(duì)發(fā)音水平進(jìn)行評(píng)測(cè)，給出學(xué)習(xí)者綜合得分和發(fā)音信息，對(duì)于語(yǔ)言類學(xué)科的教學(xué)有促進(jìn)作用，也深受各類學(xué)習(xí)者的喜愛(ài)。

(四)動(dòng)作識(shí)別

可以通過(guò)人體姿態(tài)識(shí)別、骨骼點(diǎn)識(shí)別算法等分析學(xué)習(xí)者的動(dòng)作，判斷他們的行為類別，如寫(xiě)字、認(rèn)真聽(tīng)課、低頭、舉手等，進(jìn)而對(duì)學(xué)習(xí)者的行為進(jìn)行記錄并給予反饋。

(五)直播檢測(cè)

老師和學(xué)生直播過(guò)程中，可以檢測(cè)人臉是否在指定視頻區(qū)域內(nèi)，方便老師糾正儀態(tài)，也可以從一定程度反饋雙方的“態(tài)度”。在直播課堂情境下，對(duì)教學(xué)過(guò)程中的說(shuō)話內(nèi)容進(jìn)行識(shí)別，提取相關(guān)核心詞匯，以判斷是否與教學(xué)相關(guān)，識(shí)別教師在講課中是否出現(xiàn)學(xué)科相關(guān)詞匯，是否出現(xiàn)政治、暴力等敏感詞匯。針對(duì)課程內(nèi)容方面，還可以從更多的維度，對(duì)老師和學(xué)生的課堂行為數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

(六)AI智能課堂

AI智能課堂最顯著的特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的學(xué)習(xí)視頻。將優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，根據(jù)教學(xué)步驟和知識(shí)點(diǎn)，錄制為視頻切片，根據(jù)教學(xué)過(guò)程中的不同情境，如回答問(wèn)題對(duì)錯(cuò)或者解決問(wèn)題完成情況，展示不同的視頻內(nèi)容。切片化的視頻資源也可以在多種教學(xué)情境中重復(fù)使用，主要依靠人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)視頻資源的自適應(yīng)呈現(xiàn)。

(七)智能教學(xué)評(píng)價(jià)

智能教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)可以從課堂視頻中精準(zhǔn)抽取問(wèn)答、講題或錯(cuò)題糾因片段，并基于多維語(yǔ)音、語(yǔ)義特征，對(duì)學(xué)生問(wèn)答等行為進(jìn)行分級(jí)，除課堂視頻外，從手寫(xiě)板數(shù)據(jù)中提取筆記、做題和思維導(dǎo)圖的圖片，對(duì)每個(gè)圖像素材進(jìn)行智能分級(jí)，可以量化學(xué)生在課堂中的表現(xiàn)，自動(dòng)化形成每堂課的學(xué)習(xí)報(bào)告，客觀的體現(xiàn)學(xué)習(xí)者的成長(zhǎng)與變化。

四、結(jié)語(yǔ)

從“互聯(lián)網(wǎng)+教育”到“AI+教育”，技術(shù)創(chuàng)新在不斷變革傳統(tǒng)教育教學(xué)方式，改善教育資源均衡化和學(xué)習(xí)個(gè)性化的問(wèn)題。傳統(tǒng)的成人遠(yuǎn)程教育，對(duì)于千萬(wàn)個(gè)不同的學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)路徑是基本相同的，基于人工智能技術(shù)的智能教學(xué)系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，選擇適合學(xué)生層次的學(xué)習(xí)內(nèi)容，為學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑，并以學(xué)生偏愛(ài)的認(rèn)知方式向?qū)W生展示學(xué)習(xí)內(nèi)容，可以創(chuàng)設(shè)沉浸式體驗(yàn)學(xué)習(xí)場(chǎng)景，提供智能代理，推送學(xué)習(xí)資源，優(yōu)化學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)反饋效果，智能化分析教學(xué)數(shù)據(jù)，完善教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制。2019年科技部發(fā)布的《智能教育創(chuàng)新應(yīng)用發(fā)展報(bào)告》中指出智能教育發(fā)展的三個(gè)階段是教學(xué)輔助階段、價(jià)值創(chuàng)造階段、因材施教階段，目前尚處于第一個(gè)階段，期待人工智能技術(shù)和成人遠(yuǎn)程教學(xué)能夠繼續(xù)融合發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)因材施教。