陸世堯

(南京城市職業(yè)學(xué)院，南京 211200)

通過(guò)人工智能提高人才培養(yǎng)質(zhì)量和學(xué)生素養(yǎng)，滿足個(gè)性化教學(xué)需求是人工智能在教育教學(xué)中的研究方向，高校也期望通過(guò)人工智能的先進(jìn)技術(shù)助力于教育教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)智慧化教學(xué)?？萍紵o(wú)法替代人類(lèi)，但在人工智能時(shí)代，教師可利用科技手段進(jìn)行教育模式的變革，提高教學(xué)質(zhì)量[1]。國(guó)務(wù)院發(fā)布的《國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中也明確指出，要加快推進(jìn)“三通兩平臺(tái)”建設(shè)與應(yīng)用，加速推動(dòng)教育信息化的發(fā)展，利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)探索教育教學(xué)新模式，建立建成智慧化校園。國(guó)務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中指出，要加快人工智能創(chuàng)新運(yùn)用，發(fā)展智慧教育，構(gòu)建包含智慧學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的新型教育體系，開(kāi)展智慧校園建設(shè)，推動(dòng)人工智能在教學(xué)、管理、資源建設(shè)等方面的全流程應(yīng)用[2]。沒(méi)有教育信息化就沒(méi)有教育現(xiàn)代化，“人工智能+教育”引發(fā)了教育顛覆性變革，人工智能和教育的深度融合或?qū)⒊蔀榻逃母锏闹卮笸屏Α?/p>

1 人工智能在教育教學(xué)中的應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)

在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景下，通過(guò)人工智能技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)智慧教育，滿足個(gè)性化需求，現(xiàn)已取得了一定成果。人工智能技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用對(duì)于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、個(gè)人能力、職業(yè)素養(yǎng)等都有極大幫助。人們對(duì)于人工智能的依賴(lài)度越高，就越期望該技術(shù)能夠成熟、穩(wěn)定地應(yīng)用于教育教學(xué)之中，從而帶來(lái)教育教學(xué)的改革和創(chuàng)新。雖然科技不能完全取代教師，但在萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代，教師可以采用信息化技術(shù)及智能化設(shè)備結(jié)合傳統(tǒng)的教學(xué)方法對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行改革[3]。

隨著高校教育體系科技化程度的深入發(fā)展，人工智能不僅在教學(xué)中受到關(guān)注，也在高效的科研和行政管理中逐漸凸顯出優(yōu)勢(shì)。教育資源已經(jīng)形成了大量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)原型，利用人工智能技術(shù)建立大數(shù)據(jù)模型即可實(shí)現(xiàn)教育資源的整合。大量的數(shù)據(jù)模型提供了各業(yè)務(wù)信息化平臺(tái)的數(shù)據(jù)抽取，如教務(wù)系統(tǒng)、教學(xué)系統(tǒng)、學(xué)工管理系統(tǒng)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理，方便了教師與學(xué)生的使用。高校的教育教學(xué)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，引入人工智能實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)可以對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)進(jìn)行指導(dǎo)和分析，準(zhǔn)確判斷出學(xué)生對(duì)操作技能掌握的短板，從而有針對(duì)性地強(qiáng)化短板訓(xùn)練。人工智能所提供的人機(jī)交互式學(xué)習(xí)不僅增強(qiáng)了學(xué)生個(gè)人體驗(yàn)性和課題娛樂(lè)性，還大大降低了學(xué)習(xí)成本。在課外自主學(xué)習(xí)方面，學(xué)生可通過(guò)智能檢索或智能語(yǔ)音問(wèn)答等技術(shù)來(lái)進(jìn)行，不用完全依賴(lài)于教師指導(dǎo)，提升自主學(xué)習(xí)能力的同時(shí)也降低了教師的工作量。

2 人工智能在教育教學(xué)中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 智能識(shí)別技術(shù)

智能識(shí)別技術(shù)是人工智能領(lǐng)域中最基本的技術(shù)，它由兩部分構(gòu)成，分別是圖像識(shí)別技術(shù)和語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)。圖像識(shí)別技術(shù)在高校的教育體系中運(yùn)用的最早，也是最為廣泛的技術(shù)。例如，在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到難以解答的問(wèn)題時(shí)，學(xué)生可以使用智能手機(jī)把問(wèn)題內(nèi)容拍攝成圖片，然后上傳到學(xué)習(xí)平臺(tái)中，學(xué)習(xí)平臺(tái)中的智能識(shí)別模塊通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)上傳的圖片進(jìn)行識(shí)別處理，處理完成后再通過(guò)檢索得出結(jié)果，最終反饋給學(xué)生。目前的圖像識(shí)別技術(shù)不僅能識(shí)別出印刷文本，對(duì)手寫(xiě)文本也具有較高的識(shí)別度，而且還能對(duì)學(xué)生的作業(yè)及考卷進(jìn)行自動(dòng)化批閱。人臉識(shí)別技術(shù)可以通過(guò)人臉進(jìn)行身份驗(yàn)證，比如對(duì)簽到、替考等行為的管理，有效提高了教學(xué)管理效率。人臉識(shí)別技術(shù)還可以對(duì)學(xué)生在課堂中的微動(dòng)作、微表情進(jìn)行識(shí)別，結(jié)合學(xué)習(xí)分析技術(shù)得出學(xué)生在不同學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的心理狀態(tài)和學(xué)習(xí)狀況。

除了圖像識(shí)別技術(shù)外，語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)義識(shí)別等技術(shù)也飛快運(yùn)用到了教育教學(xué)中，教師和學(xué)生在使用智能教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行人機(jī)交互的過(guò)程中，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)將識(shí)別到的語(yǔ)音轉(zhuǎn)化為文字，有效提高了人機(jī)交互的效率。智能語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)還能對(duì)一些語(yǔ)言類(lèi)的課程進(jìn)行自動(dòng)化評(píng)估，不僅減輕了教師重復(fù)批閱的工作量，也降低了一些主觀因素帶來(lái)的偏差，有利于形成科學(xué)的教學(xué)評(píng)價(jià)。

2.2 學(xué)習(xí)分析技術(shù)

學(xué)習(xí)分析技術(shù)主要是以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析。高校教務(wù)教學(xué)平臺(tái)會(huì)將學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心通過(guò)大數(shù)據(jù)的跟蹤和比對(duì)形成學(xué)生畫(huà)像，教師再結(jié)合學(xué)生畫(huà)像中的學(xué)習(xí)規(guī)律和特征調(diào)整教學(xué)計(jì)劃，制定因材施教策略，實(shí)施開(kāi)展個(gè)性化教學(xué)。學(xué)習(xí)分析技術(shù)能夠動(dòng)態(tài)預(yù)先評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，將抽象的學(xué)習(xí)過(guò)程通過(guò)可視化的數(shù)據(jù)駕駛艙呈現(xiàn)出來(lái)，教師通過(guò)接收到的反饋信息，及時(shí)、有針對(duì)性地調(diào)整教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生也能以此為參考，實(shí)時(shí)改變學(xué)習(xí)方法，合理安排學(xué)習(xí)時(shí)間。結(jié)合大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析技術(shù)能夠得出學(xué)生學(xué)習(xí)特征，然后通過(guò)學(xué)習(xí)特征篩選出匹配度較高的知識(shí)內(nèi)容，再將匹配度較高的知識(shí)內(nèi)容推送至學(xué)生，以此提高教學(xué)內(nèi)容推送的適應(yīng)性及精準(zhǔn)度。學(xué)習(xí)分析技術(shù)也是人工智能技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中最核心的功能。

2.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

人工智能技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高速發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以說(shuō)是學(xué)生學(xué)習(xí)方法上的革命，它使學(xué)生能夠充分調(diào)動(dòng)自身感官參與學(xué)習(xí)，不僅帶給學(xué)生沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，還使他們的專(zhuān)注力、理解力、學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率都有極大提升。按照不同應(yīng)用場(chǎng)景下的功能可以分為虛擬校園、虛擬漫游及虛擬實(shí)驗(yàn)等。教師在授課前從三維數(shù)據(jù)庫(kù)中配置好課程對(duì)應(yīng)的模型和場(chǎng)景，這樣就會(huì)在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中看到各種3D視覺(jué)效果，讓學(xué)生感同身受地參與在虛擬環(huán)境中必然能產(chǎn)生傳統(tǒng)教學(xué)模式所達(dá)不到的效果。除了使用計(jì)算機(jī)設(shè)備以外，還會(huì)配置一些特殊設(shè)備，如三維顯示器、數(shù)據(jù)手套、智能頭盔等。沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以營(yíng)造一種較理想的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，使體驗(yàn)者有親臨其境的感覺(jué)。還有一種非沉浸式體驗(yàn)，只需要通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)備就能感受視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)，非沉浸式體驗(yàn)盡量使用軟件去模擬接近較理想的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。雖然在沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境中對(duì)硬件設(shè)施的投入相對(duì)較高，但對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的仿真教學(xué)情境效果和感受也更加真實(shí)[4]。

3 人工智能在高校教育教學(xué)中的應(yīng)用場(chǎng)景

人工智能在高校中的應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越廣泛，其中教育教學(xué)的應(yīng)用效果最為明顯，通過(guò)與教育教學(xué)的互相結(jié)合給教育教學(xué)改革帶來(lái)了無(wú)限的可能，這與各大院校積極、主動(dòng)推行這種教育教學(xué)改革是分不開(kāi)的?，F(xiàn)介紹三個(gè)在高校教育教學(xué)中較為普遍的應(yīng)用方向。

3.1 認(rèn)知智能技術(shù)促進(jìn)教學(xué)測(cè)評(píng)的自動(dòng)化

通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)測(cè)評(píng)自動(dòng)化，圖像識(shí)別技術(shù)不僅可以準(zhǔn)確識(shí)別出機(jī)打的書(shū)面文字，還可以對(duì)一些模糊的手寫(xiě)文字識(shí)別達(dá)到較高的識(shí)別率。采用人工智能技術(shù)的測(cè)評(píng)系統(tǒng)在早期的學(xué)習(xí)過(guò)程中分別從寫(xiě)作的各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，再綜合分析學(xué)生的具體學(xué)習(xí)狀態(tài)，然后結(jié)合反饋意見(jiàn)進(jìn)行仔細(xì)修正，最后測(cè)評(píng)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)定的各項(xiàng)分值標(biāo)準(zhǔn)綜合性對(duì)學(xué)生的寫(xiě)作內(nèi)容進(jìn)行自動(dòng)評(píng)價(jià)。

3.2 用人臉識(shí)別和行為識(shí)別技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)行為分析

學(xué)習(xí)行為分析系統(tǒng)可以利用人臉識(shí)別技術(shù)的比對(duì)分析、動(dòng)作行為分析和視頻結(jié)構(gòu)化分析等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)無(wú)感知點(diǎn)名、課堂教學(xué)數(shù)據(jù)搜集，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤比對(duì)、綜合建模，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤教學(xué)效果，提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生管理的工作效率。

3.3 學(xué)習(xí)分析技術(shù)推動(dòng)智能化教學(xué)

大數(shù)據(jù)的分析及處理技術(shù)越發(fā)成熟，高校數(shù)據(jù)中心對(duì)于捕獲來(lái)的數(shù)據(jù)分析也越來(lái)越精細(xì)化，教師在教學(xué)過(guò)程中更多是采用融媒體顯示系統(tǒng)來(lái)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌握每個(gè)學(xué)生及每個(gè)學(xué)習(xí)小組的具體表現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

人工智能的識(shí)別技術(shù)及學(xué)習(xí)分析技術(shù)在高校的教育教學(xué)改革中越來(lái)越重要。在傳統(tǒng)教育教學(xué)模式中，學(xué)生無(wú)法離開(kāi)教師的指導(dǎo)，如果脫離了教師的指導(dǎo)，學(xué)生必須花費(fèi)較大的精力去尋找解決方法。而人工智能打破了這種模式，通過(guò)利用人工智能學(xué)習(xí)分析技術(shù)的教學(xué)系統(tǒng)，可以在傳授知識(shí)的同時(shí)結(jié)合大數(shù)據(jù)平臺(tái)收集和整理學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為并進(jìn)行有效跟蹤及指導(dǎo)反饋，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)的個(gè)性化學(xué)習(xí)[5]。在教育部大力倡導(dǎo)“人工智能+教育”的相關(guān)政策指引下，人工智能成為了高校教育信息化創(chuàng)新發(fā)展的研究方向，通過(guò)融合創(chuàng)新及優(yōu)化教育服務(wù)的供給方式來(lái)深化教學(xué)模式變革將成為人工智能在高校教育教學(xué)應(yīng)用中的未來(lái)。