許鵬飛

摘要：隨著人工智能的快速發(fā)展和日益普及，人工智能正在教育教學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。本文從知網(wǎng)關(guān)鍵詞“人工智能”+“教育”的搜索發(fā)文量統(tǒng)計結(jié)果出發(fā)，首先引出人工智能和教育是相輔相成的關(guān)系，并舉宿遷學(xué)院人工智能專業(yè)的主要課程為例，闡述高校對人工智能人才的培養(yǎng)方案，然后分類說明人工智能技術(shù)在幾種教育系統(tǒng)中的應(yīng)用，最后從宏觀層面、中觀層面和微觀層面進(jìn)行總結(jié)，說明人工智能技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中的巨大潛力。

關(guān)鍵詞：人工智能；教育；教學(xué)；影響

中圖分類號：TB文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2022.21.106

0引言

人工智能（AI）在全世界日常生活中的使用呈指數(shù)級增長。例如，人工智能科學(xué)家目前正在利用機(jī)器學(xué)習(xí)、計算機(jī)建模和概率統(tǒng)計中的新方法來改進(jìn)財務(wù)決策，并使用決策理論和神經(jīng)科學(xué)來推動更有效的醫(yī)療診斷的發(fā)展。2017 年國務(wù)院正式印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確了人工智能的國家戰(zhàn)略地位。人工智能是現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展中的一項重要創(chuàng)新，隨著人工智能的快速發(fā)展和日益普及，教育領(lǐng)域也在悄悄發(fā)生變化，人工智能正在對教育產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，這必將在未來幾十年繼續(xù)下去。在人工智能時代長大的學(xué)生和兒童對人工智能系統(tǒng)有著不同的期望，這對提高教育效果有很大的幫助。支持手勢、觸摸和語音交互的新型人工智能設(shè)備界面可以允許越來越小的孩子訪問各類數(shù)字內(nèi)容和服務(wù)。隨著人工智能的發(fā)展，教育格局也開始發(fā)生變化。世界各地越來越多的教育項目將數(shù)字文化納入課程。關(guān)于人工智能的科普、技術(shù)普及讀物也已出現(xiàn)，人工智能教材已經(jīng)開始走進(jìn)小學(xué)生的課堂，小學(xué)課堂的“教”與“學(xué)”改變了小學(xué)生的學(xué)習(xí)方式 。孩子們了解人工智能知識，建立正確的科技價值觀和科學(xué)的方法論，為將來人工智能的研究和應(yīng)用做好準(zhǔn)備，在知網(wǎng)搜索關(guān)鍵詞：“人工智能”+“教育”、出版年度范圍：2015到2022，搜索結(jié)果總共有10778條文獻(xiàn)記錄。圖1為主題為“人工智能”+“教育”的發(fā)文量（篇）統(tǒng)計。

從圖1中可以看出，主題為“人工智能”+“教育”的論文發(fā)表量每年都在不斷攀升。教育是經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力和競爭力的關(guān)鍵驅(qū)動力，因此，有必要探究人工智能將如何在教育政策背景下改變學(xué)習(xí)、工作和就業(yè)。當(dāng)代人工智能的迅速發(fā)展和在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，必將激發(fā)、凝聚全社會的學(xué)習(xí)智慧、教育資源，創(chuàng)生出各種改善社會異化、教育異化的有效行為和變革教育的強(qiáng)大力量。

就像早期電力被發(fā)現(xiàn)并帶來工業(yè)革命一樣，人工智能技術(shù)也將帶來另一場工業(yè)革命。除了教育外，人工智能技術(shù)巨大影響的四個領(lǐng)域是制造業(yè)、專業(yè)服務(wù)業(yè)、金融服務(wù)業(yè)和批發(fā)零售業(yè)。第七次全國人口普查后，中國人口共141178萬人，截至2021年12月，我國網(wǎng)民規(guī)模達(dá)10.32億，較2020年12月增長4296萬，互聯(lián)網(wǎng)普及率達(dá)73.0%。這個數(shù)字代表了收集各類數(shù)據(jù)的潛力，而人工智能技術(shù)對數(shù)據(jù)的需求也越來越大。人工智能已經(jīng)成為我國的新動力，我國已經(jīng)設(shè)定了到2030年成為人工智能研究全球領(lǐng)導(dǎo)者的目標(biāo)，對科學(xué)研究的不斷投資將是我國突破和利用人工智能技術(shù)的關(guān)鍵。人工智能技術(shù)可以改變工作性質(zhì)、創(chuàng)造人與機(jī)器之間的新關(guān)系，繼續(xù)擴(kuò)大和超越現(xiàn)有的資本和勞動能力，以快速推動我國的經(jīng)濟(jì)增長。

1人工智能與教育的關(guān)系

1.1教育發(fā)展的未來包含在人工智能及其發(fā)展中

隨著高等教育發(fā)展，教育從學(xué)歷教育向知識教育發(fā)展是必然趨勢，也就是從學(xué)歷導(dǎo)向以學(xué)歷教育為主，轉(zhuǎn)為非學(xué)歷導(dǎo)向以繼續(xù)教育培訓(xùn)為主。

1.2通過現(xiàn)代教育和知識體系促進(jìn)人工智能的持續(xù)發(fā)展

人工智能的基礎(chǔ)是計算機(jī)程序和基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其本質(zhì)是人類的理性認(rèn)知。目前各個高校都在開設(shè)智能專業(yè)，講授計算機(jī)、人工智能、智能科學(xué)的基本理論、使學(xué)生掌握智能信息處理與智能系統(tǒng)分析、設(shè)計、開發(fā)的方法，具備跟蹤計算機(jī)領(lǐng)域前沿技術(shù)發(fā)展的能力，具有綜合運用人工智能技術(shù)知識和技能進(jìn)行科學(xué)研究、工程技術(shù)開發(fā)，解決復(fù)雜智能系統(tǒng)工程問題的能力，促進(jìn)人工智能技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。表1是宿遷學(xué)院人工智能專業(yè)主要課程。

1.3考核類型：S為考試，C為考查

從表1中可以看出，畢業(yè)生需要了解人工智能學(xué)科的理論前沿與發(fā)展動態(tài)，能將人工智能理論用于解決人工智能領(lǐng)域設(shè)計、開發(fā)等相關(guān)復(fù)雜工程問題，設(shè)計滿足特定需求的系統(tǒng)、功能模塊或系統(tǒng)流程。人工智能在教育領(lǐng)域可以提供更個性化的服務(wù)和更靈活的學(xué)習(xí)方式，它可以為教師和學(xué)習(xí)者提供各類有趣的學(xué)習(xí)工具，使我們不僅能夠?qū)λ鶎W(xué)內(nèi)容做出反應(yīng)，而且能夠?qū)λ鶎W(xué)內(nèi)容以及感受做出及時反饋。它可以幫助學(xué)習(xí)者發(fā)展就業(yè)市場所需的知識和技能，也可以幫助教師創(chuàng)造更復(fù)雜的教學(xué)環(huán)境。

2人工智能技術(shù)在教育系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1智能教育系統(tǒng)

人工智能技術(shù)已用于智能教育系統(tǒng)，如模糊邏輯、決策樹、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和隱馬爾可夫模型。例如，在一些教學(xué)系統(tǒng)中，主要關(guān)注點是仔細(xì)檢查和評估學(xué)生的特征，以生成學(xué)生的個人資料，目的是評估他們的整體知識水平，這個評估結(jié)果可以作為教師因材施教教學(xué)方法的依據(jù)。人工智能方法也用于促進(jìn)診斷過程的完成，以便調(diào)整課程內(nèi)容以滿足每個學(xué)生的需求，其中一些方法可以從學(xué)生學(xué)習(xí)的行為中進(jìn)行調(diào)整?；谀Ｐ停ū热鐚W(xué)習(xí)者數(shù)學(xué)知識、認(rèn)知需求、情感情緒狀態(tài)等）的智能系統(tǒng)可以更加靈活，它使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)、基于大數(shù)據(jù)集的自訓(xùn)練算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使他們能夠就向不同的學(xué)習(xí)者提供不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容。智能教育系統(tǒng)提供最符合學(xué)習(xí)者認(rèn)知需求的學(xué)習(xí)活動，學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)控制權(quán)，以幫助學(xué)生培養(yǎng)自我調(diào)節(jié)技能，使學(xué)習(xí)者得到適當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)和強(qiáng)化，并提供有針對性的及時反饋。 智能教育系統(tǒng)科學(xué)地、有針對性地對每一個學(xué)生的知識狀態(tài)進(jìn)行有效追蹤，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生的知識斷點和薄弱點，為學(xué)生量身定制個性化的學(xué)習(xí)路徑。

2.2協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)

任何形式的合作都可以比單純的學(xué)習(xí)更好地促進(jìn)學(xué)習(xí)成果，比如在一起進(jìn)行項目的兩名學(xué)生之間或參與在線課程的學(xué)生社區(qū)之間。協(xié)作學(xué)習(xí)之所以有效，是因為它激勵參與者表達(dá)并證明自己的想法，反思其他人的想法，參與者帶來了不同但互補(bǔ)的知識和技能，每位參與者有虛擬同伴（與學(xué)習(xí)者認(rèn)知水平相似的人工學(xué)生，但能夠引入新想法），通過建設(shè)性對話解決分歧，最后達(dá)成共識。協(xié)作學(xué)習(xí)也可以提高動機(jī)，如果學(xué)生關(guān)心他們所在的群體，他們就會更多地參與到任務(wù)中，從而獲得更好的學(xué)習(xí)成果。尤其在疫情期間，參與者很少現(xiàn)場見面，這是人工智能在教育領(lǐng)域可以做出貢獻(xiàn)。機(jī)器學(xué)習(xí)或馬爾可夫建模等人工智能技術(shù)已被用于確定有效的協(xié)作問題解決策略。此外，還可以利用人工智能技術(shù)，如機(jī)器學(xué)習(xí)和淺文本處理來分析和總結(jié)討論，以便配備一名指導(dǎo)教師來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行富有成效的合作。例如，該系統(tǒng)可能會向指導(dǎo)教師提供警報，告知他們可能需要他們干預(yù)或支持的重大事件（例如學(xué)生偏離主題或重復(fù)誤解）。

2.3智能教學(xué)專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)作為一種在特定領(lǐng)域具有大量知識和經(jīng)驗的智能計算機(jī)程序系統(tǒng)，能夠根據(jù)過去的事件和經(jīng)驗進(jìn)行推理和預(yù)判斷，并合理地揭示推理結(jié)果，它是人工智能應(yīng)用研究中最成熟的領(lǐng)域之一，應(yīng)用專家系統(tǒng)輔助完成在線教學(xué)也是人工智能與教育結(jié)合發(fā)展的關(guān)鍵，使用專家系統(tǒng)可以解決該知識領(lǐng)域的各種問題。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)依賴于網(wǎng)絡(luò)資源，網(wǎng)絡(luò)資源量龐大，質(zhì)量水平參差不齊，學(xué)生很難專注于學(xué)習(xí)過程，學(xué)習(xí)效率偏低。學(xué)?？梢酝ㄟ^引入智能教學(xué)專家系統(tǒng)，關(guān)注教師以往的教學(xué)經(jīng)驗和智慧，利用虛擬現(xiàn)實或人機(jī)交互，幫助估計學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)習(xí)慣的統(tǒng)計分布。同時，基于有效的教學(xué)方法，它也可以來避免學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常犯的錯誤。由于其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲和分析計算能力，可以改善人腦在遺忘和邏輯相關(guān)性方面存在個體差異的事實，并在以往事實和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上形成合理的推理和判別。用戶還可以通過人機(jī)交互界面與專家系統(tǒng)進(jìn)行交互，通過交互界面，學(xué)習(xí)者將省去從冗余的圖書館數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗中選擇有用信息的過程，直接進(jìn)入基于專家經(jīng)驗的實施預(yù)判斷過程，大大提高了學(xué)習(xí)效率。專家系統(tǒng)應(yīng)用后，通過結(jié)合專家系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)的運行、學(xué)生的認(rèn)知情況，構(gòu)建統(tǒng)一的學(xué)習(xí)認(rèn)知模型，并生成個別學(xué)困生的報告，采取有針對性的引導(dǎo)策略和智能故障診斷，幫助學(xué)困生更好地適應(yīng)性學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)。

2.4職業(yè)教育系統(tǒng)

隨著人工智能的發(fā)展，職業(yè)教育面臨前所未有的壓力和發(fā)展機(jī)遇，人工智能對職業(yè)教育的影響是深刻而長期的，原有的職業(yè)教育人才培養(yǎng)模式將難以適應(yīng)未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。在未來十年，人工智能可能會取代數(shù)百萬個工作崗位，其中大多數(shù)是職業(yè)教育培訓(xùn)崗位。隨著基礎(chǔ)工作被人工智能接管，社會和企業(yè)將對職業(yè)教育人才培養(yǎng)的質(zhì)量提出更高的要求。因此，未來職業(yè)教育必須升級職業(yè)教育人才培養(yǎng)模式，重構(gòu)專業(yè)人才的知識結(jié)構(gòu)和知識體系。隨著人工智能的不斷發(fā)展，教育資源的科學(xué)配置和整合日益增多。由于人工智能的發(fā)展，現(xiàn)在可以通過關(guān)注職業(yè)教育的更高維度價值，例如學(xué)生的創(chuàng)造力、好奇心、多學(xué)科思維能力、批判性思維和問題解決能力，更加關(guān)注職業(yè)學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)。人工智能的發(fā)展將基于對學(xué)生優(yōu)缺點以及個性特征的分析，對學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和行為習(xí)慣可以糾正，教學(xué)可以根據(jù)學(xué)生的能力定制化。

3結(jié)論

隨著人工智能在我們的生活中發(fā)揮著重要作用，人工智能教育的問題變得越來越重要。本文總結(jié)了人工智能的普及及其對教育教學(xué)方法和學(xué)習(xí)系統(tǒng)的影響，人工智能與教育的關(guān)系和人工智能技術(shù)在教育系統(tǒng)中的應(yīng)用。人工智能支持的學(xué)習(xí)技術(shù)，即基于機(jī)器學(xué)習(xí)、教育數(shù)據(jù)挖掘或?qū)W習(xí)分析等技術(shù)的解決方案，在教育系統(tǒng)的各個層面都有著巨大的潛力：在宏觀層面（學(xué)校組織），數(shù)據(jù)挖掘和分析可以幫助優(yōu)化評估和規(guī)劃等過程。在中觀層面（課堂教學(xué)），人工智能可以實現(xiàn)評估、評分、輔導(dǎo)和課堂管理的新方法。在微觀層面（學(xué)習(xí)過程），智能學(xué)習(xí)應(yīng)用程序通過允許實施更個性化的學(xué)習(xí)方式和輔助系統(tǒng)以及自動預(yù)測、性能評估和學(xué)習(xí)建議，具有廣闊的市場空間和應(yīng)用前景。

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