AI時代教育人工智能輔助教學(xué)現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

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摘要：隨著人工智能時代的來臨，各國紛紛出臺相應(yīng)的規(guī)章政策以順應(yīng)這一潮流，并加快人工智能在教育領(lǐng)域的發(fā)展?？v觀全球教育人工智能的發(fā)展情況，可以發(fā)現(xiàn)人工智能已滲透進(jìn)教育的方方面面，重點探究教育人工智能的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展阻礙，使教育人工智能技術(shù)更加進(jìn)步，早日實現(xiàn)教育智能化和智慧化。

關(guān)鍵詞：人工智能；輔助教學(xué)；教學(xué)形式；環(huán)境保護(hù)

為迎接人工智能時代的來臨，各國紛紛頒布法律法案，以便在ai領(lǐng)域占領(lǐng)先機。2016-10美國率先《為人工智能的未來做準(zhǔn)備》，其中談到了AI的發(fā)展現(xiàn)狀、對勞動力的影響、法律法規(guī)的制約、國際合作等問題，英國緊隨其后了《人工智能：未來決策制定的機遇與影響》，表明AI是一場新的革命，是數(shù)字革命時代的引擎，已經(jīng)對人們?nèi)粘５纳?、商業(yè)活動和政府的治理帶來了重大的機遇。日本內(nèi)閣審議通過的《科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新綜合戰(zhàn)略2016》中，進(jìn)一步明確提出了“超智能社會”的內(nèi)涵和框架，緊跟人工智能全球發(fā)展的潮流。中國政府在2017-07《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提到：“人工智能在教育、醫(yī)療、養(yǎng)老、環(huán)境保護(hù)、城市運行、司法服務(wù)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，將極大提高公共服務(wù)精準(zhǔn)化水平，全面提升人民生活品質(zhì)”[1]。至此，全球已經(jīng)掀起發(fā)展人工智能的浪潮，教育領(lǐng)域也不能置身事外。2018-04，教育部了《教育信息化2.0行動計劃》，該計劃明確指出將信息技術(shù)納入初、高中學(xué)業(yè)水平考試，從提高學(xué)生在IT技能應(yīng)用到提高IT成就[2]。以前人工智能主要運用在高等教育，基礎(chǔ)教育階段還是以傳統(tǒng)教育方式為主，但是隨著“教育+AI”領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，基礎(chǔ)教育也必將受到影響，每一個教育者和受教育者都要做好迎接轉(zhuǎn)變的準(zhǔn)備。

1教育人工智能發(fā)展現(xiàn)狀

1.1改革傳統(tǒng)學(xué)校

人工智能對學(xué)校的改變體現(xiàn)在兩種形式上，包括對傳統(tǒng)學(xué)校進(jìn)行改革或創(chuàng)辦虛擬學(xué)校。中國河南省教育廳于2019年決定在全省遴選10個縣（市、區(qū)）作為全省中小學(xué)人工智能教育實驗區(qū)、500所中小學(xué)校作為全省中小學(xué)人工智能教育實驗校。美國虛擬學(xué)校教育是K-12教育中發(fā)展最快的教學(xué)形式之一，自2012年以來，美國已有32個州的教育部門主動提供了中小學(xué)在線教育。以路易斯安那州為例，2010年開設(shè)了全州第一所遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)高中，該所高中提供在線或混合授課，學(xué)校從不同的教育供應(yīng)商選擇課程，并能靈活調(diào)整課程內(nèi)容與教學(xué)安排。1.2輔助課堂教學(xué)智能輔助系統(tǒng)可以模擬一對一人工輔導(dǎo)，尊重學(xué)習(xí)者認(rèn)知需求，提供適當(dāng)?shù)幕顒雍头答?。在美國得克薩斯州，每年有超過十萬名學(xué)生輟學(xué)，面對這個驚人的數(shù)字，許多地區(qū)正在創(chuàng)建虛擬在線系統(tǒng)來代替學(xué)校幫助落后生重回正常的學(xué)習(xí)軌道，擺脫輟學(xué)的風(fēng)險。Plato是提供高中核心課程的在線程序，由課程的教程、應(yīng)用程序和測試組件組成，提供的主要學(xué)習(xí)活動就是讓學(xué)生閱讀材料并進(jìn)行測試，測試的題目包括概念、原理和排序，也會對學(xué)生進(jìn)行寫作訓(xùn)練；Apex最初是為高級選修課而創(chuàng)建的在線程序，現(xiàn)在已經(jīng)對其課程進(jìn)行了修改，增加常規(guī)的高中核心課程和能恢復(fù)學(xué)分的課程。

1.3開放教育資源

當(dāng)今全球交往通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的聯(lián)系日益密切，全球?qū)W校也跨越國界團(tuán)結(jié)起來，教育資源的開放程度也成為衡量各國教育人工智能發(fā)展水平和教育公平的一個標(biāo)準(zhǔn)?！伴_放教育資源”（OER）一詞最早于2002年在聯(lián)合國教科文組織舉辦的關(guān)于高等教育開放論壇上被提出，英國公開大學(xué)是最早采用OER的高等教育機構(gòu)之一，該學(xué)校于2006年啟動了OpenLearn平臺。中國通過教育部的中國精品課程計劃將開放教育資源納入政府政策支持，并為OER的開發(fā)和維護(hù)提供資金。美國聯(lián)邦政府在《每個學(xué)生都成功法案》中數(shù)字學(xué)習(xí)定義部分強調(diào)了開放資源以增強學(xué)生的教育體驗，該法律也明確允許各州使用聯(lián)邦整體撥款運行開放教育資源項目。

2人工智能輔助教學(xué)的應(yīng)用

2.1提供個性化學(xué)習(xí)方案

因材施教一直是教育者遵循的重要教學(xué)原則，但在傳統(tǒng)課堂中，由于時間和精力的限制，教師要做到這一點非常困難。隨著AI技術(shù)的發(fā)展，這一問題將得到有效解決。計算機程序能給學(xué)生提供各種學(xué)習(xí)資源并使學(xué)生參與互動學(xué)習(xí)，當(dāng)學(xué)生在回答問題時犯了錯誤時，程序會在學(xué)生與程序的所有先前交互中搜索模式并進(jìn)行分析。同時，計算機程序創(chuàng)建了一個學(xué)生模型，并將其用于最佳響應(yīng)，其給學(xué)生的回復(fù)可能是建議復(fù)習(xí)相關(guān)知識，觀看短片或者回答一系列難度增加的問題等，這個回復(fù)不僅取決于一個錯誤的答案，還取決于該程序至今已積累的有關(guān)學(xué)生的全面知識以及學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，使學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成既不容易也不困難。2.2降低輟學(xué)率使用人工智能技術(shù)對學(xué)生的家庭信息、考試成績、上課記錄、圖書館借閱記錄等信息的分析能夠幫助學(xué)校篩選出輟學(xué)風(fēng)險較高的學(xué)生。校方可以提前采取措施，最大限度地減少輟學(xué)人數(shù)。比如佐治亞州立大學(xué)每年夏天都有10%～20%的學(xué)生輟學(xué)離校，為了緩解這種情況，佐治亞州立大學(xué)引入了人工智能系統(tǒng)，在佐治亞州立大學(xué)使用聊天機器人Pounce的第一年，夏季的輟學(xué)人數(shù)減少20%以上，收效顯著。

2.3改進(jìn)教育評價模式

在一段時間學(xué)習(xí)后衡量學(xué)生的成績，這種總結(jié)性評價對于總結(jié)一個階段內(nèi)的教學(xué)效果很有用，但對指導(dǎo)日常教學(xué)卻沒有幫助。相比之下，以學(xué)生為中心的形成性評價在指導(dǎo)教學(xué)和支持學(xué)生學(xué)習(xí)方面很有用，卻不能總結(jié)和對比學(xué)習(xí)成果。為解決這一問題，現(xiàn)可以將這兩種評價模式合并到人工智能評價系統(tǒng)，系統(tǒng)可以使用兩種評價方法，并利用計算機技術(shù)、教育測量方法來解決。例如ASSISTments平臺可通過首先評估標(biāo)準(zhǔn)化考試中學(xué)生所需的知識，根據(jù)學(xué)生已有的和所需的知識提出量身定制的問題，在總結(jié)性評估和形成性評估之間提供良好的協(xié)同作用。

2.4輔助特殊教育

在特殊教育領(lǐng)域，人工智能系統(tǒng)將幫助更多生理或心理缺陷兒童完成學(xué)業(yè)。為期3年的歐洲項目MaTHiSiS將在意大利、西班牙和英國大約二十所學(xué)校進(jìn)行試點，選取5～18歲患有多重感覺障礙、智力困難或自閉癥的學(xué)習(xí)者與主流教育的學(xué)習(xí)者使用MaTHiSiS系統(tǒng)，評估該系統(tǒng)對每個學(xué)習(xí)者的促進(jìn)作用。該項目通過分析學(xué)生的面部表情和反應(yīng)來使因疾病或精神殘疾而出現(xiàn)嚴(yán)重學(xué)習(xí)問題的人繼續(xù)學(xué)習(xí)，創(chuàng)建了新的教育框架，使新技術(shù)與正規(guī)和非正規(guī)教育相結(jié)合[3]。

3教育人工智能發(fā)展的挑戰(zhàn)

3.1增加教育成本

無論哪個國家要在教育中普及AI，成本和可持續(xù)性都是必須考慮的問題，教育人工智能的程序、軟件和其他教育資源一樣，都需要創(chuàng)建和維護(hù)的成本。佐治亞州立大學(xué)所使用的Pounce程序價格為每名學(xué)生7～15美元；弗吉尼亞州有22所學(xué)校嘗試使用了弗吉尼亞社區(qū)學(xué)院系統(tǒng)，其中包括GETAnswers視頻和經(jīng)濟(jì)援助聊天機器人，這些軟件的報價從17500～385000美元不等。可見在教育領(lǐng)域普及人工智能，必然會增加教育成本和教育投入，這也需要政府在資金方面進(jìn)行大力支持。3.2教師和學(xué)生缺乏情感互動師生之間的接觸和對話是影響教學(xué)效果的重要因素，面對面的課堂交往使得教師和學(xué)生間的互動更加便捷、高效，互動方式也多樣化，更容易進(jìn)行情感互動和集體教育。而在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)時，任何互動都是通過在線進(jìn)行，會使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生孤獨感和沮喪感，從而影響了其對學(xué)習(xí)的興趣。欣慰的是，許多通過網(wǎng)絡(luò)授課的教師已經(jīng)認(rèn)識到這一問題，增加對學(xué)生的有效監(jiān)控和及時反饋，調(diào)動學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性。

3.3教師隊伍建設(shè)亟需改進(jìn)

《中共中央國務(wù)院關(guān)于全面深化新時代教師隊伍建設(shè)改革的意見》要求“教師主動適應(yīng)信息化、人工智能等新技術(shù)變革，積極有效開展教育教學(xué)”[4]，并將教師隊伍建設(shè)作為推動人工智能時代教育變革的關(guān)鍵，放在優(yōu)先考慮的地位。同時教育者的角色和責(zé)任也將被重新定義，教師的任務(wù)變?yōu)橹С謱W(xué)習(xí)者尋找、發(fā)現(xiàn)和整合信息，并使學(xué)習(xí)者們成為獨立的思考者。因此在新時代，教師的專業(yè)發(fā)展不僅僅是教育教學(xué)專業(yè)知識的增長，還要學(xué)習(xí)人工智能工具的使用，以此來順應(yīng)時展。

3.4尚未建立標(biāo)準(zhǔn)的審核體系

當(dāng)在線教育這種學(xué)習(xí)方式在未來越來越普及時，人工智能程序可能會取代教科書，成為未來主要的教育資源。教科書的推廣使用會經(jīng)過教材審定委員會的重重考查，但對種類繁多的人工智能教育程序或軟件進(jìn)行審查的評估系統(tǒng)卻還沒有建立，并且基于人工智能的自動分類系統(tǒng)可作為補充和協(xié)助人類的一種手段，但目前尚不能替代人類對教育資源和教育內(nèi)容分類。目前也缺乏專門的教育平臺或系統(tǒng)用于評估在線教育，主要還是依靠教師進(jìn)行考核評估，因此建立一個標(biāo)準(zhǔn)化的審查評估體系對于教育人工智能長久發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

［1］國務(wù)院.國務(wù)院印發(fā)關(guān)于新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知［EB/OL］.［2017-07-20］.

［2］教育部.教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》的通知［EB/OL］.［2018-05-08］.

［3］教育部.普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）［M］.北京：人民教育出版社，2017：27.

［4］中華人民共和國教育部.中共中央國務(wù)院關(guān)于全面深化新時代教師隊伍建設(shè)改革的意見［EB/OL］.［2018-12-27］.

作者：胡靜漪 單位：喀什大學(xué)