人工智能在基础教育领域的发展路径探究

作者：邱雪莲 齐振国 李京澳

来源：《数字教育》2018年第05期

        摘 要：随着信息技术的不断发展，人工智能为基础教育领域带来了巨大的机遇与挑战，要充分利用人工智能技术为基础教育领域的改革创新带来新的活力，切实办好人民满意的教育。文章先从人工智能在我国教育技术领域的研究现状入手，探索如何将人工智能技术融入到基础教育领域，进而为基础教育领域教学和管理带来个性化、便捷、高效的服务。然后，对基础教育阶段开展人工智能教育课程的形式进行介绍。最后，文章对人工智能在基础教育领域的发展保障及注意事项进行论述。

        关键词：人工智能;基础教育;大平台;课程形式

        中图分类号：G4 文献标志码：A 文章编号：2096-0069（2018）05-0052-05

        一、人工智能在教育领域的研究现状

        人工智能1956年由达特茅斯学院约翰·麦卡锡提出之后，因为计算机有限的计算能力及数据量等因素，它长时间局限于学术研究和实验室中，未能受到社会关注。2016年Google（谷歌）公司研究开发的人工智能程序AlphaGo成功击败围棋世界冠军李世石，使人工智能再一次成为国际社会关注的热点。随着大数据、云计算、移动互联网技术的成熟和快速发展，人工智能技术越来越成为衡量一个国家科技发展水平的重要指标，其应用正逐渐融入工业、金融、医疗、交通、教育、环境、农业等社会生活的各个领域。近年来，人工智能在教育中应用的主要技术是语音识别、视觉计算、可穿戴技术、情感计算技术、机器学习技术、智能挖掘技术等，研究成果包括智慧教育、大数据、机器学习、自适应学习、情感计算、深度学习、学习分析、个性化学习等，研究者在教育领域的探索可谓兴致勃勃，如贾积有就人工智能的学习与人类学习关系、人工智能对人的学习方式的影响等进行了深入探讨[1];刘凯等就通用人工智能对教育学发展的影响进行论述[2];张坤颖等对人工智能教育应用与研究中的新区、误区、盲区与禁区进行了阐述[3];余明华等对人工智能视域下机器学习的教育应用与创新进行探索[4];闫志明等对人工智能的内涵、关键技术及应用趋势等进行初步解析[5];牟智佳对“人工智能+”时代个性化学习培养进行研究[6];陈凯泉等对基础教育阶段人工智能课程与教学实施路径进行了探索[7];唐烨伟等对基于人工智能支持下的STEM跨学科教学进行了教学模式研究[8]。从相关文献的研究内容可以看出，人工智能正在快速融入教育教学的各个层面和环节之中。

        但是，人工智能在基础教育教学中如何更加系统地发展仍需要进一步的思考和探索，尤其是在人工智能如何更好地对基础教育教学进行有效的支持和人工智能教育课程的结构建设方面缺少进一步的研究。为此，我们开展了本研究。

        二、人工智能支持下基础教育教学体系建设

        （一）构建人工智能支持下的“互联网+教育”大平台体系

        基础人工智能体系建设不能脱离现有基础教育信息化发展水平，要利用现有教育信息化资源，将人工智能技术充分融入到“互联网+教育”大平台建设中，进一步加快教育资源公共服务平台和教育管理公共服务平台融合发展速度，促使相关人员在教育教学和管理中生成更多经验案例，为教育行政部门和学校在教育业务管理和教育教学管理方面的决策提供支持，为各级教育管理者提供翔实、快捷、精确的教育教学工作信息，为教师更好地因材施教提供强有力的数据分析，对学生学习过程进行全方位、全过程、全天候的追踪指导，最终形成人工智能支持下的“互联网+教育”大平台体系，如图1所示。

        （二）人工智能支持下的“互联网+教育”大平台应用形态

        《教育部关于数字教育资源公共服务体系建设与应用的指导意见》指出：“数字教育资源公共服务是实现基于信息技术的教育教学模式和教育服务的必备条件，是新时代推进教育现代化的必然要求。”[9]基于人工智能的大平台建设，将“互联网+教育”与人工智能有机融合，反映了基础教育有效利用人工智能的趋势。

        1.人工智能支持下的“互联网+教育”大平台智能教学系统

        人工智能支持下的“互联网+教育”大平台智能教育系统是将人工智能中的领域知识模型、教学知识模型和学习者模型融合到大平台中，使学生尽可能感受到“一对一”教学体验，达到有效使用资源服务、提高学习质量的目的。领域知识模型包含大平台中学生学习各个科目的知识体系;教学知识模型为学习者提供“一对一”的学习活动计划，提供引领课堂学习的学习策略;学习者模型是大平台通过追踪学习轨迹，了解学生在学习过程中的认知能力、情感态度、学习效果等学习情况。它们之间的关系如下：系统分析和加工学生学习知识点的具体情况，进而生成领域知识模型，并将学生需要的大平台教育教学资源灵活推送给学生;系统收集学生在学习过程中表现出的情感心理、学习效果等，以此生成学习者模型，让学习者随时了解个人的学习风格，为领域知识模型和教学知识模型提供数据参考;系统根据学习者模型和领域知识模型的信息生成教学知识模型，为学生提供精准的学习认知服务，最终形成一个持续为学生提供“一对一”个性化教育服务的智能教育循环系统。

        2.人工智能支持下的“互联网+教育”大平台智能测评系统

        随着人工智能技术的发展，智能测评系统已不仅能对客观题型做出精准的判断，更向着主观题和语言学习方面进一步发展。现阶段研究者试图通过设定作文评价标准，将学生的写作手法、风格及结构等进行分析，为学生的写作提供智能化修改和完善服务;试图通过设定理科解题评价标准，帮助学生分析解题思路和步骤，使答题过程更加规范。未来大平台智能测评系统将致力于在全学科开展智能评价与反馈，如在语言学习方面，智能评价系统可以对学生口语的发音、情感调用、流利性、语法掌握等进行评价及反馈。通过智能测评系统学生可以根据自己的需求对外语做提升工作或进行其他语言的学习尝试。

        3.人工智能支持下的“互联网+教育”大平台智能管理系统

        大平台智能管理系统通过建立“互联互通、信息共享、业务协同”式的体系，实现功能得到集成和优化的教育业务管理信息系统，全面提升教育业务管理、教学管理等工作效率，全方位、全过程、全天候地支持和助力教育管理工作的开展。学校可以根据智能管理平台对新入学学生的学习、性格、家庭等基本情况进行了解，对学生进行科学分班，指派相适应的教师进行教学，使教学更加符合和适应学生的特点。智能管理系统帮助学校在学生日常管理、资产管理和财务管理等方面的工作更加科学化、系统化、精确化。教育行政部门可以通过智能系统了解各中小学经费、校舍、教学设备、教学活动等学校办学方面系统的数据信息。通过大数据分析和建立模型而产生的决策，将更好地促进教育优质资源的调动和分配，确保教育经费得到更好的利用，使贫困区域的学生得到精准扶贫，特色发展区域的学校得到支持。