AI時(shí)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(shí)代的來臨，各國紛紛出臺(tái)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(diǎn)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(shí)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(shí)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(jī)。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(dòng)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(jī)遇與影響》，表明AI是一場新的革命，是數(shù)字革命時(shí)代的引擎，已經(jīng)對人們?nèi)粘５纳?、商業(yè)活動(dòng)和政府的治理帶來了重大的機(jī)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(huì)”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(yùn)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(dòng)計(jì)劃》，該計(jì)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(yùn)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(gè)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(gè)縣（市、區(qū)）作為全省中小學(xué)人工智能教育實(shí)驗(yàn)區(qū)、500所中小學(xué)校作為全省中小學(xué)人工智能教育實(shí)驗(yàn)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(gè)州的教育部門主動(dòng)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?dòng)和反饋。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(gè)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(xiǎn)。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(dòng)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(huì)對學(xué)生進(jìn)行寫作訓(xùn)練；Apex最初是為高級(jí)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)。“開放教育資源”（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(jī)構(gòu)之一，該學(xué)校于2006年啟動(dòng)了OpenLearn平臺(tái)。中國通過教育部的中國精品課程計(jì)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(gè)學(xué)生都成功法案》中數(shù)字學(xué)習(xí)定義部分強(qiáng)調(diào)了開放資源以增強(qiáng)學(xué)生的教育體驗(yàn)，該法律也明確允許各州使用聯(lián)邦整體撥款運(yùn)行開放教育資源項(xiàng)目。

2人工智能輔助教學(xué)的應(yīng)用

2.1提供個(gè)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(shí)間和精力的限制，教師要做到這一點(diǎn)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(jì)算機(jī)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(dòng)學(xué)習(xí)，當(dāng)學(xué)生在回答問題時(shí)犯了錯(cuò)誤時(shí)，程序會(huì)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(shí)，計(jì)算機(jī)程序創(chuàng)建了一個(gè)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(shí)，觀看短片或者回答一系列難度增加的問題等，這個(gè)回復(fù)不僅取決于一個(gè)錯(cuò)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(shí)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(xiǎn)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(jī)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(jià)模式

在一段時(shí)間學(xué)習(xí)后衡量學(xué)生的成績，這種總結(jié)性評價(jià)對于總結(jié)一個(gè)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(jià)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(jià)模式合并到人工智能評價(jià)系統(tǒng)，系統(tǒng)可以使用兩種評價(jià)方法，并利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、教育測量方法來解決。例如ASSISTments平臺(tái)可通過首先評估標(biāo)準(zhǔn)化考試中學(xué)生所需的知識(shí)，根據(jù)學(xué)生已有的和所需的知識(shí)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(xiàng)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(diǎn)，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(gè)學(xué)習(xí)者的促進(jìn)作用。該項(xiàng)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(gè)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?jiǎng)?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(jià)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(jī)器人，這些軟件的報(bào)價(jià)從17500～385000美元不等?？梢娫诮逃I(lǐng)域普及人工智能，必然會(huì)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(dòng)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(dòng)更加便捷、高效，互動(dòng)方式也多樣化，更容易進(jìn)行情感互動(dòng)和集體教育。而在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)時(shí)，任何互動(dòng)都是通過在線進(jìn)行，會(huì)使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生孤獨(dú)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(shí)到這一問題，增加對學(xué)生的有效監(jiān)控和及時(shí)反饋，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性。

3.3教師隊(duì)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(shí)代教師隊(duì)伍建設(shè)改革的意見》要求“教師主動(dòng)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(duì)伍建設(shè)作為推動(dòng)人工智能時(shí)代教育變革的關(guān)鍵，放在優(yōu)先考慮的地位。同時(shí)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(dú)立的思考者。因此在新時(shí)代，教師的專業(yè)發(fā)展不僅僅是教育教學(xué)專業(yè)知識(shí)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(shí)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(shí)，人工智能程序可能會(huì)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(huì)經(jīng)過教材審定委員會(huì)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(dòng)分類系統(tǒng)可作為補(bǔ)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(tái)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(gè)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(dòng)計(jì)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(shí)代教師隊(duì)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)