楊力

摘要：隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，智慧學(xué)習(xí)將迎來更加廣闊的發(fā)展前景。通過協(xié)作、廣泛應(yīng)用、管理優(yōu)化、融合發(fā)展了解人工智能在高校應(yīng)用的特點(diǎn)，分析了智慧教育轉(zhuǎn)型與變革的五個(gè)維度。建立了主動智能的教育系統(tǒng)，根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)和需求，提供個(gè)性化、智能化的學(xué)習(xí)支持和輔導(dǎo)，基于Logistic模型和因子分析追蹤和預(yù)測學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，提升學(xué)生答題的準(zhǔn)確率。利用學(xué)習(xí)曲線和學(xué)生個(gè)體的數(shù)據(jù)，建立學(xué)生能力和知識難度的關(guān)系，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。分析結(jié)果表明，學(xué)校在投入智慧學(xué)習(xí)設(shè)施后，學(xué)生對教育系統(tǒng)的滿意度整體較高，大多數(shù)評價(jià)項(xiàng)的均值在4.4以上。

關(guān)鍵詞：人工智能；智慧教育；應(yīng)用策略；知識追蹤；因子分析

一、前言

本文充分了解人工智能在高校應(yīng)用的特點(diǎn)，然后從五個(gè)維度，對智慧教育的轉(zhuǎn)型與變革進(jìn)行全面分析。通過建立主動智能教育系統(tǒng)，能夠提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。利用學(xué)習(xí)曲線和學(xué)生個(gè)體數(shù)據(jù)建立因子分析模型，了解學(xué)生能力和學(xué)習(xí)過程中面臨的困難，以跟蹤和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。

二、人工智能技術(shù)對智慧學(xué)習(xí)支持分析

人工智能技術(shù)對智慧學(xué)習(xí)的支持主要體現(xiàn)在個(gè)性化學(xué)習(xí)支持、智能教學(xué)輔助、智能評估和反饋，以及自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的支持等方面。通過這些支持，智慧學(xué)習(xí)能夠更好地滿足學(xué)生的個(gè)性化需求，提高學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)體驗(yàn)[1]。

（一）人工智能在高校中應(yīng)用的特點(diǎn)

人工智能在高校應(yīng)用的特點(diǎn)包括四個(gè)部分：

1.協(xié)作

引入人工智能可以促進(jìn)高校各部門之間的協(xié)作與資源共享。通過集成開發(fā)教育測量指標(biāo)的多維特征，可以建設(shè)共享的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與互聯(lián)，促進(jìn)共同創(chuàng)新[2]。

2.廣泛應(yīng)用

高校是復(fù)雜工作的集中場所，人工智能數(shù)據(jù)采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用可以提高高校的智能化水平。人工智能技術(shù)廣泛應(yīng)用于教學(xué)、科研、學(xué)生服務(wù)等方面，提供了更高效、精確和個(gè)性化的支持[3]。

3.管理優(yōu)化

人工智能在高校的日常管理中發(fā)揮著重要作用，從最初的工具逐漸演變?yōu)橹匾墓芾砉ぞ?。通過應(yīng)用人工智能技術(shù)，可以優(yōu)化高校的資源配置、教務(wù)管理、人事管理等方面的工作，提高工作效率和質(zhì)量[4]。

4.融合發(fā)展

目前，高校在推動“人工智能+教育”發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。高校資源整合屬性日益顯現(xiàn)，智能算力運(yùn)用領(lǐng)域幾乎全面整合，通過融合不同領(lǐng)域的智能技術(shù)和教育資源，提供更全面、多樣化的智能化教育服務(wù)。

人工智能在高校應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)，如隱私與數(shù)據(jù)安全、算法公平性等問題。因此，需要高校積極探索適合自身情況的人工智能應(yīng)用模式，并建立有效的管理與監(jiān)管機(jī)制，以確保人工智能技術(shù)的合理應(yīng)用和最大化效益的實(shí)現(xiàn)。

（二）智慧教育轉(zhuǎn)型

智能時(shí)代的智慧教育，依托于智能技術(shù)與教育的深度融合，在基礎(chǔ)環(huán)境、智能形態(tài)、培養(yǎng)模式、教育生態(tài)、育人目標(biāo)五個(gè)維度，全面促進(jìn)教育的轉(zhuǎn)型與變革，在教育全過程中使用新技術(shù)、服務(wù)新場景、創(chuàng)生新業(yè)態(tài)、提供新服務(wù)。智慧教育轉(zhuǎn)型與變革的五個(gè)維度，在人工智能時(shí)代智慧教育在基礎(chǔ)環(huán)境、智能形態(tài)、培養(yǎng)模式、教育生態(tài)、育人目標(biāo)等各個(gè)維度上展現(xiàn)出新的特征和趨勢，為教育提供了更廣闊的發(fā)展空間和機(jī)遇。通過深度融合智能技術(shù)與教育，智慧教育能夠?qū)崿F(xiàn)個(gè)性化、智能化和全面發(fā)展的目標(biāo)，為學(xué)生成長和社會進(jìn)步做出積極貢獻(xiàn)。

智慧教育在基礎(chǔ)環(huán)境方面加強(qiáng)了信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，提供了網(wǎng)絡(luò)覆蓋、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)支持，為教育提供了強(qiáng)大的技術(shù)基礎(chǔ)和資源保障。主動智能的教育環(huán)境是指利用人工智能技術(shù)和先進(jìn)的教育科技，為學(xué)生提供具有主動性和針對性的學(xué)習(xí)環(huán)境。在主動智能的教育環(huán)境中，學(xué)生通過與智能教育系統(tǒng)的互動和合作，能夠主動參與學(xué)習(xí)活動并獲取個(gè)性化的學(xué)習(xí)支持。

主動智能教育系統(tǒng)能夠根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和需求，提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)支持和資源。通過分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和模型，系統(tǒng)能夠自動匹配合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容、教學(xué)活動和評估方式，以滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求[4]。教育系統(tǒng)通過人工智能技術(shù)能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)行為和表現(xiàn)進(jìn)行監(jiān)測和分析，提供智能輔導(dǎo)和個(gè)性化的學(xué)習(xí)反饋[5]。

三、智慧教育應(yīng)用策略

（一）基于Logistic模型的知識追蹤

人工智能中的Logistic模型通過知識追蹤幫助教師和教育機(jī)構(gòu)更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的知識漏洞和困難，提供個(gè)性化的教學(xué)和輔導(dǎo)。同時(shí)，對于學(xué)生而言，知識追蹤可以幫助學(xué)生更清晰地了解自己的學(xué)習(xí)進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)自身的優(yōu)勢和不足，并根據(jù)追蹤結(jié)果調(diào)整學(xué)習(xí)策略?；贚ogistic回歸方法脈絡(luò)圖如圖1所示，分為項(xiàng)目反應(yīng)理論和因子分析模型等類型。該模型基于Logistic函數(shù)，用于表示學(xué)生回答題目的概率，并利用歷史學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)來預(yù)測學(xué)生的答題情況，該模型在知識追蹤和學(xué)生建模中具有重要的應(yīng)用和研究價(jià)值。

（二）項(xiàng)目反應(yīng)理論

項(xiàng)目反應(yīng)理論作為現(xiàn)代心理測量理論，用于分析學(xué)生在特定題目上的作答情況。在IRT模型中，以Logistic模型作為項(xiàng)目反應(yīng)函數(shù)。模型運(yùn)算公式如下：

（1）

p（a）表示學(xué)生在給定能力θ的情況下回答某個(gè)項(xiàng)目正確的概率，βj表示項(xiàng)目的難度參數(shù)。通過IRT模型的分析，獲得更準(zhǔn)確和精細(xì)的測量結(jié)果，給教育決策提供有價(jià)值的信息。

（三）基于知識追蹤的因子分析

因子分析模型和IRT模型在某種程度上相似，兩者都嘗試通過參數(shù)估計(jì)學(xué)生正確回答題目的概率。然而，因子分析模型和IRT模型在建模方法和假設(shè)方面存在一些差異。

學(xué)習(xí)因子分析主要用于學(xué)習(xí)曲線的研究，是一種半自動化的方法，結(jié)合了統(tǒng)計(jì)模型、人類專業(yè)知識和組合檢索等認(rèn)知模型。LFA模型設(shè)定不同學(xué)生的學(xué)習(xí)速度相同，并指定了學(xué)生的初始水平和學(xué)習(xí)增長率等參數(shù)。LFA模型的標(biāo)準(zhǔn)形式如下：

（2）

在LFA模型中，Xi和Yj被看作學(xué)生i和知識點(diǎn)j的協(xié)變量，αi表示學(xué)生i的先驗(yàn)知識水平，∑表示題目涉及的知識點(diǎn)數(shù)量，參數(shù)γj表示題目涉及的知識點(diǎn)j數(shù)量，p（θ）表示對正確答案的概率估計(jì)。

PFA是對LFA的改進(jìn)方法。相比于LFA只考慮學(xué)生的練習(xí)時(shí)間，PFA考慮了學(xué)生的正確和錯(cuò)誤回答，更加細(xì)致地分析學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。在PFA中，每個(gè)學(xué)生被視為獨(dú)特的個(gè)體，通過自身的正確和錯(cuò)誤回答來積累知識。PFA在LFA的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，得到如下表達(dá)式：

（3）

fij表示學(xué)生i次嘗試失敗知識點(diǎn)j的次數(shù)。ρj代表相應(yīng)的權(quán)重參數(shù)。

PFA的改進(jìn)在于從學(xué)生的正確和錯(cuò)誤的嘗試中提取信息，更準(zhǔn)確地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。通過考慮學(xué)生個(gè)體的不同學(xué)習(xí)方式和經(jīng)驗(yàn)，PFA能更好地解釋學(xué)生在知識點(diǎn)上的表現(xiàn)。這種方法對于個(gè)性化教育和智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開發(fā)具有重要的意義。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

（一）硬件環(huán)境

智慧教育利用人工智能技術(shù)，可以為學(xué)生和教師提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)和教學(xué)支持。通過充分配備硬件設(shè)備，如電腦、平板、智能手機(jī)等，學(xué)生可以方便地使用智慧教育軟件和應(yīng)用程序進(jìn)行在線學(xué)習(xí)、教學(xué)資源獲取和互動交流。課堂硬件環(huán)境情況見表1，可以觀察到各個(gè)學(xué)習(xí)類別的占比情況。Pad智慧教室是被使用最廣泛的學(xué)習(xí)類別，占比達(dá)到了91.48%。數(shù)字紙筆教室是次受歡迎的學(xué)習(xí)類別，占比為74.32%。VR/AR教室占比為50.21%，顯示了它在學(xué)習(xí)中的一定受歡迎程度。多媒體教室占比為38.74%，在學(xué)習(xí)中也有一定程度的應(yīng)用。錄播教室在使用方面較少，占比為16.54%。其他學(xué)習(xí)類別占比為8.11%，包含了其他不同的學(xué)習(xí)環(huán)境或設(shè)備。通過對各學(xué)習(xí)類別的占比分析，可以根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化和提升受歡迎度較低的學(xué)習(xí)類別，并進(jìn)一步滿足學(xué)生對不同學(xué)習(xí)環(huán)境的需求，提供更全面、多樣化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

（二）軟件環(huán)境

除了硬件環(huán)境的充分配備，軟件環(huán)境在實(shí)現(xiàn)智慧教育中的應(yīng)用也起著至關(guān)重要的作用。軟件環(huán)境包括教育應(yīng)用軟件、學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)和智能教學(xué)平臺等，它們提供了豐富的學(xué)習(xí)資源和功能。

在智慧教育中，教育應(yīng)用軟件可以為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)支持和資源，包括在線課程、電子教材、學(xué)習(xí)游戲、智能練習(xí)等。這些應(yīng)用軟件結(jié)合了人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和需求，提供定制化的學(xué)習(xí)內(nèi)容和推薦。教育應(yīng)用軟件的豐富性和多樣性能夠滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，促進(jìn)個(gè)性化學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)。

表2為學(xué)生學(xué)習(xí)系統(tǒng)使用情況，結(jié)果顯示微課學(xué)習(xí)類學(xué)習(xí)系統(tǒng)是使用最多的系統(tǒng)，占比達(dá)到81.34%。其次是作業(yè)考試類學(xué)習(xí)系統(tǒng)，占比為72.68%。互動學(xué)習(xí)類學(xué)習(xí)系統(tǒng)的使用較少，僅占比36.82%。

（三）學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)環(huán)境滿意度的影響分析

學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)環(huán)境的滿意度會對其學(xué)習(xí)和教育體驗(yàn)產(chǎn)生影響。在此分析中，通過調(diào)查問卷來了解學(xué)生對智慧教育系統(tǒng)的滿意度，以評估學(xué)習(xí)環(huán)境對學(xué)生的影響。在各個(gè)班級發(fā)放48份調(diào)查問卷，學(xué)生均填寫了《智慧教育系統(tǒng)滿意度調(diào)查表》，問卷調(diào)查表的回收率為100%。問卷通過老師在課堂上組織學(xué)生填寫。設(shè)定最高分為5分，調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)班和對照班的學(xué)生普遍對智慧教育系統(tǒng)較為滿意。各維度平均值均超過4分，表明學(xué)生對智慧教育系統(tǒng)的使用體驗(yàn)非常滿意。反映了學(xué)生對系統(tǒng)功能、界面設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)資源和交互體驗(yàn)的欣賞和滿意度，智慧教育系統(tǒng)滿意度測量值見表3。

根據(jù)給定的數(shù)據(jù)，能夠得出教學(xué)系統(tǒng)在大多數(shù)評價(jià)項(xiàng)上得到了較高的分?jǐn)?shù)，均值通常在4.4及以上，說明學(xué)生對教學(xué)系統(tǒng)的滿意度較高。教學(xué)系統(tǒng)在提高課程質(zhì)量、拓展學(xué)習(xí)視野、幫助知識發(fā)現(xiàn)和構(gòu)想、支持學(xué)生的學(xué)習(xí)期望等方面得到了較高的評價(jià)。教學(xué)系統(tǒng)在交互性和支持合作學(xué)習(xí)方面的表現(xiàn)得到了較好的評價(jià)，這對于鼓勵(lì)學(xué)生的互動和合作非常重要。教學(xué)系統(tǒng)在提供學(xué)生指導(dǎo)方面得到了較高的評價(jià)，這說明教學(xué)系統(tǒng)能夠?yàn)閷W(xué)生提供必要的支持和指導(dǎo)。絕大多數(shù)學(xué)生表示愿意在教學(xué)系統(tǒng)上進(jìn)行后續(xù)課程學(xué)習(xí)，這表明他們對這個(gè)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的信任和認(rèn)可。

根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和模型，利用人工智能技術(shù)為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)推薦，以滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。教師可以通過智能教學(xué)助手或輔助教學(xué)工具，利用人工智能技術(shù)快速分析學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，提供個(gè)性化的教學(xué)反饋和指導(dǎo)。通過人工智能技術(shù)，可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展和理解程度，自動調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容和難度，使學(xué)習(xí)過程更加適應(yīng)學(xué)生的能力和需求。

五、結(jié)語

介紹了人工智能在高校應(yīng)用的特點(diǎn)，然后從五個(gè)維度分析智慧教育的轉(zhuǎn)型與變革，以及人工智能在教育中的應(yīng)用特征。通過主動智能教育系統(tǒng)，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和教學(xué)效果，促進(jìn)智慧教育的發(fā)展和創(chuàng)新。通過Logistic模型和因子分析模型的應(yīng)用，分析了學(xué)生對教學(xué)系統(tǒng)的滿意度。結(jié)果表明，學(xué)生對教學(xué)系統(tǒng)的滿意度整體較高。大多數(shù)評價(jià)項(xiàng)的均值在4.4以上，說明學(xué)生對主動智能教育系統(tǒng)的各方面表現(xiàn)十分認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)

[1]謝娟.如何識別與判定人工智能教育應(yīng)用倫理問題——基于倫理策略形成的視角[J].電化教育研究，2023，44（01）：36-41.

[2]陳增照，石雅文，王夢珂.人工智能助推教育變革的現(xiàn)實(shí)圖景——教師對ChatGPT的應(yīng)對策略分析[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào)：哲學(xué)社會科學(xué)版，2023，59（02）：75-85.

[3]邱葉.基于人工智能的應(yīng)用型高校思政理論課精準(zhǔn)教學(xué)模式構(gòu)建與實(shí)踐[J].職業(yè)技術(shù)教育，2022，43（05）：46-50.

[4]顧小清，胡藝齡，郝祥軍.AGI臨近了嗎：ChatGPT熱潮之下再看人工智能與未來教育發(fā)展[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)：教育科學(xué)版，2023，41（07）：117-130.

[5]蔡子凡，蔚海燕.人工智能生成內(nèi)容（AIGC）的演進(jìn)歷程及其圖書館智慧服務(wù)應(yīng)用場景[J].圖書館雜志，2023，42（04）：34-43.

基金項(xiàng)目：1.廣東省教育廳2022年廣東省普通高校特色創(chuàng)新類項(xiàng)目“3D 打印技術(shù)與高職院校教學(xué)應(yīng)用研究”（項(xiàng)目編號：2022WTSCX302）；2.茂名市2023年度哲學(xué)社會科學(xué)規(guī)劃一般項(xiàng)目“茂名地區(qū)非農(nóng)高職院校助力新時(shí)代鄉(xiāng)村振興的路徑研究”（項(xiàng)目編號：2023YB03）

作者單位：廣東茂名幼兒師范?？茖W(xué)校

責(zé)任編輯：王穎振、周航