1、试论人工智能在教学中的运用 刘鹏 宝鸡文理学院教育学院 摘 要： 人工智能是一门研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术 应用系统的一门科学。1应用于课堂教学中的对于促进教育公平、提高教学效 率具有积极意义。 随着人工智能与课堂教学的深度结合, 人工智能将表现出学校 面临淘汰、强化家长责任、弱化传统规范、转移教育费用、定制个人教材和缺乏 情感教育等一系列发展趋势。 关键词： 人工智能; 课堂教学; 运用现状; 趋势; 作者简介：刘鹏 (1986-) 女, 汉族, 陕西渭南人, 中教二级职称, 现就读于宝 鸡文理学院教育管理专业硕士研究生, 渭南高新中学英语教师. 基金：宝鸡文理
2、学院 2017年“一流专家建设”子项目人工智能时代教育学专 业大学生核心素养培养研究 2016年 10月美国颁布了国家人工智能研究与发展策略规划, 为国家资助的 AI研究与发展划定策略, 此举是为了应对人工智能蓬勃发展大趋势, 着眼长期 对社会的影响与变革, 保持美国政府对人工智能发展的主动性和预见性。2017 年7月 8日我国国务院颁布了新一代人工智能发展规划, 人工智能的高速发 展为加快建设创新型国家和世界科技强国推波助澜。 一、基本概念 1、人工智能 人工智能英文全称 Artificial Intelligence, 简称AI。本质上是一种对人的意 识、思维的模拟, 有望像人类那样思考甚
3、至超过人类的智能。当前, 新一代人工 智能相关学科发展、理论建模、技术创新、软硬件升级等整体推进, 正在引发链 式突破, 推动经济社会各领域从数字化、网络化向智能化加速跃升。2人工智 能与教育深度结合之后成为课堂教学的主力, 同时也将给教育带来前所未有的 挑战。目前, 人工智能正在以公平化、高效化、个性化为导向促进教育教学飞速 发展。 (1) 发展背景。 人工智能的发展可以分为五个阶段:在1956年以前是人工智能的 孕育期, 1945至1970年是人工智能的形成期, 1966年至1974年是暗淡期, 1970 年至1988 年是知识应用期, 1986年至今是集成发展期。3人工智能在移动互 联网
4、、大数据、超级计算、传感网、脑科学等新理论新技术以及经济社会发展强 烈需求的共同驱动下, 目前呈爆炸式发展, 人工智能即将成为经济发展新引擎, 重新整合全球资源。 (2) 特点。 (1) 智能化。智能终端和传感器将无处不在, 基于大数据的自我学 习能力会让智能终端越来越聪明; (2) 交互化。人与智能终端的交互方式将更加 自然, 设备会越来越能读懂人类的想法; (3) 服务化。在人工智能+互联网的驱 动下, 各行各业将越来越“服务化”。不管硬件厂商、还是服务厂商都在整合设 备、云和服务, 开展集成式的服务创新; (4) 创新化。在智能互联时代, 更加呼 唤开源开放的创新平台, 实现依托产业链、
5、生态圈的开放式创新。4 (3) 分类。 (1) 弱人工智能。科学界普遍将不能够模仿人类思维的人工智能称 为“弱人工智能”, 无法与人类进行交互的人工智能、 可以与人类进行交互的人 工智能、可以通过外接设备进行升级的人工智能都属于弱人工智能。我们在现阶 段课堂教学中使用的人工智能均属于弱人工智能范畴。 (2) 强人工智能。与弱 人工智能相对应的, 我们将能够模仿人类思维的人工智能称为“强人工智能”。 5可以通过云端共享信息的人工智能和能够自主学习与创新的人工智能都属于 强人工智能。 其最大的特点是大数据积累达到质变, 终端具备自我学习能力和类 似人类思维的能力。 2、奇点 奇点又名技术奇点, 它
6、是一个时间点。 机器发展的过程中, 数据和系统不断升级, 当从量变达到质变时, 机器将具有自动学习和升级的能力, 也就意味着奇点的 来临。61983年, 数学家佛诺文奇提出技术奇点 (Technological Singularity) 的概念, 他将奇点定义为人工智能超过人类智力极限的时间点, 此后世界的发展将会超出人类的理解范畴, 世界的发展将会脱离人的控制。 美国 未来学家和人工智能先驱雷库兹韦尔在奇点临近中预言 20世纪 50年代左 右奇点临近。 奇点之前人类的智力依然主宰着世界的发展, 不具备感情和自主意 识的人工智能仍然是人类能力的延伸和补充。 因此, 我们预测和研究的人工智能 在
7、课堂教学中的运用和发展趋势是指奇点前阶段的人工智能。 二、现有课堂教学中人工智能运用的积极意义 1、促进教育公平 偏远山区教育资源匮乏, 城乡和区域之间教育差距较大, 优质教育资源总量不 足。 教育资源的落后地区的学生在知识储备、 实验操作、 阅读视野上有很大不足。 我国进城务工人员子女上学难、 高考全国各地同题不同分的录取方式等不公平等 现象的存在成为制约教育均衡发展的关键因素。 人工智能可以应对教育不公平现象中的各种问题。 人工智能将不受地域限制, 整 合优质教学资源并分享于网络教学平台上, 增加优质教育资源的供给, 让更多 孩子享受世界各地“名师”服务。 甚至组合全球优质教学资源, 主动
8、生成针对性 教学内容;人工智能不仅是海量移动知识储存库, 而且具有搜集整理问题并整合 资源, 不断升级学习系统的能力, 能够在课堂上针对学生的提问, 主动设置相 关联知识库, 解决知识储备难题;7推翻旧的地区差异录取, 让学生足不出户 便可享受国家制定的均等优质教学资源。 因此, 未来的教育将不受地域差异, 授 课形式, 年龄区别, 教育背景等问题的困扰, 真正实现教育公平化。 2、提高教学效率 教师工作中的重复性机械性劳动占用了教师在校的大部分工作时间, 从而减少 了课程编排和教学反思等脑力劳动的时间, 造成工作效率低下;目前以教师为主 导的课堂教学和无人工智能设备支持的课堂教学中学生只是吸
9、取率低下。 工作效 率低下和知识吸取率低下都属于教学效率低下。 (1) 人工智能利用其高速运算能力和超强储存空间在课堂教学中, 避免教师做 低附加值工作, 为教师节约时间成本, 提高教学效率。 具体来说, 人工智能可以 将教师从批改试卷等重复性劳动中解放出来, 并且实现课堂和课下的全时互动。 从而让教师腾出更多的时间和精力, 创新教育内容、 改革教学方法, 把教育做得 更好。 智能系统会将学生做题的数据回传数据库, 教师能从中了解学生对知识点 的掌握情况, 避免重复讲解。 (2) 人工智能正在逐渐实现人机交互功能, 这有利于课堂的有效教学, 保持学 生的学习积极性和动力, 从而提高教学效率。
10、无论是人类学习还是机器学习, 人 在进行学习的过程中人机交互也带动了机器数据的不断翻新, 从而达到机器的 自我学习和不断升级。 可以说未来的人工智能在教学过程中是与人类一起学习的 辅助教学工具和共同学习伙伴。 此外, 人工智能已具备图像识别和语义分析技术, 而且具有智能化搜集整理问题并整合资源的能力。8扫描相应课本图片来获得 3D展示, 现场手机扫描后获得的成像效果, 能够帮助学生更直观的理解学科知 识点;这对于课堂教学中知识点查询, 文章检索和自动生成相关推荐, 都有很大 的帮助。海量数据库资源答疑, 帮助学生解决个人学习中的问题。 3、促进教学个性化 班级制课堂教学的授课对象众多, 课堂教
11、学因学生个体差异而接受知识的水平 不一, 统一的教学方案和教学流程很难把握对学生个性发展的培养, 教学过程 中对学生个性的忽略导致学生创造力的衰微。 (1) 人工智能比人类更擅长针对学生的知识、 能力水平和潜在倾向等不同因素进 行因材施教的个性化教学。 由于计算机的高速运算能力远远大于人类, 而且能够 不断进化更新状态, 人工智能时代的计算机更具有自我学习能力, 因此面对相 同数量教学对象, 人工智能更加快速将学生的阶段性知识学习成果进行数据分 析并归类, 针对学生的薄弱环节, 定制、推送知识点, 帮助学生告别“题海”, 走向有效学习。 (2) 面对众多学习者, 人工智能利用图像捕捉技术可以全
12、方位多角度捕捉个人 面部表情, 解读分析表情数据并反馈到终端, 在学习过程中及时反馈学习者的 不同理解程度, 调整个体学习内容和方案。 通过捕捉课堂上学生的面部表情数据 并分析, 进行筛别并制定个性化培养方案有利于因材施教。 三、人工智能在课堂教学运用中的发展趋势 随着人工智能在未来课堂教学中运用的迅猛发展, 将具有积极和消极的双面发 展趋势, 我们应当合理使用人工智能, 使之为人服务, 为课堂教学服务。 1、学校面临淘汰 人工智能与教育的结合会使目前的学校教育落后, 传统意义上的学校会面临淘 汰。 传统意义上的学校提倡一刀切的课程设置, 并对所有学生以固定的速度进行 教学不符合时代的需求。
13、人工智能系统在教学中允许根据学生自身情况定制课程, 学习时间弹性化, 并且减少对教室和教师数量的需求。 因此, 传统学校的规模会 发展地越来越小, 大部分学校会面临淘汰, 一部分创新改革后的学校衍变为小 规模学习中心, 采取一对一授课模式或者成为具有专门性的学习中心。 2、强化家长责任 人工智能终端设备在教学中广泛运用之后, 减少学生在校固定时间, 更加自主 灵活的学习方式增加了家长承担更大的教育责任。 不仅教育面临人工智能的挑战, 家长也面临角色的转换和增加。 与传统旧式家长相比, 人工智能时代的学生在使 用终端设备进行学习的过程中, 家长还充当了教练、管理员和监督人等角色。 3、弱化传统规
14、范 传统学校教育有一系列需要学生遵守的规范, 而面临人工智能的挑战, 出现更 小规模和更个性化学习中心之后, 减少了学生们聚集上课的时间, 也就不需要 遵守一些传统的学校规范, 并且学生们将会失去一些共同的行为, 社会规范和 文化规范。然而, 在特定环境和时间下, 会有新的规范相应产生。 4、转移教育费用 由于传统意义上的大规模学校和教师数量减少, 学生只需要互联网或者人工智 能设备就可以进行学习, 个人教育成本会大幅降低。 但由于社会的竞争不会减弱, 因此家长对孩子的教育投资不会减少。 家长将更多地参与到孩子的学习中来, 增 加陪伴学习时间的同时教育费用将会有新的转移。 5、定制个人教材 人
15、工智能将全面改变传统学校授课的教材, 采取一种全新的教材形式。 人工智能 系统使用教师制定的教学大纲, 结合学生个体差异定个人教材, 或者按照教师的教学大纲中某个主题或学习环节, 结合数据库内容重新组装一本主题教材。 新 定制的个人教材和主题教材更适应具体学习者的需求, 从而更好服务教学过程。 9 6、缺乏情感教育 奇点前的人工智能不具备情感和思维能力, 也难以复制教师的行为模式。 教师利 用其教学管理经验, 情感分析能力和观察能力, 并且对学生给与人文关怀和思 想交流, 教师面对课堂教学的适应能力和对学生挑战的情感反应, 都是人工智 能系统无法模拟的。 人工智能教学系统辅助教学的同时无法为学
16、生提供类似教师 的情感教育是必然现象。 四、人工智能在课堂教学的良性发展保障 1、数据精准无误 数据精准对于人工智能至关重要, 需要严格避免采集的数据客观上不能够准确 反映实际情况或者数据采集的过程中主观上存在结构性偏差。 课堂教学上, 人工 智能终端的海量知识库的数据精准化对于知识传输至关重要。 对于人工智能大数 据和云端数据的采录, 必须严格把控, 要求录入知识库的知识和内容精准无误, 这对于下一步知识的扩散是关键环节。 2、法律政策保护 法律应对知识产权的保护和隐私和数据的安全有政策性保护。 在提供服务的过程 中收集、使用用户知识、个人隐私和数据, 应当遵循合法、正当、必要的原则。 课堂
17、教学上, 不得收集与提供教学所必需以外的学生的人机交互知识、 学生学习 隐私和考试数据或者将学生个人信息用于提供教学之外的目的, 不得以欺骗、 误 导或者强迫等方式收集、使用学生的个人信息。 3、强化道德规范 人工智能时代的到来, 随之而来的是许多新的道德问题, 这也是全人类需要面 对的一个共同挑战。 政府有效并适时的参与到为人工智能的价值观和道德规范的 过程中来, 也将是一种必然行为。英国科普作家 Philip (下转第107 页) Ball 表示, 机器人的道德问题是人类必须重视并且需要持续讨论的议题。 在课堂教学 中, 解答带有种族歧视、 政治敏感话题和蓄意冒犯他人的问题, 人工智能终端
18、应 在道德规范程序的筛选下进行交互, 对他人有尊重和保护的作用。 参考文献 1李连德.一本书读懂人工智能M.中国工信出版集团, 人民邮电出版社, 2016 (07) 6-7. 2新一代人工智能发展规划EB/OL.国发201735 号, 2017-07-08. 3蔡自兴.中南大学公开课:人工智能 PK人类智能OL.网易公开课 . 4杨元庆.未来人工智能的四个特M, 2016-11-17. 5人工智能发展处于弱人工智能阶段OL.中国社会科学网, 2017-04-05. 6Ray Kurzwell (美) .The Sigularity is Near 奇点临近M.机械工程出版 社, 2017 (04) 212-213. 7人工智能如何献力教育均衡发展N.人民日报, 2017-07-07. 8Ray Kurzwell.How to create a mind 人工智能的未来M.浙江人民出版社, 2016 (03) 7-8. 914 Consequences of AI in educationOL.B, 2017-07-06.
