淺談人工智能與教育

張欣　王浩　贠永剛

摘 要 人工智能技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)著社會(huì)生產(chǎn)力的提高，同時(shí)也融入到教育教學(xué)中。介紹目前與教育有關(guān)的人工智能的研究領(lǐng)域，論述人工智能與教育的關(guān)系和人工智能與網(wǎng)絡(luò)教育的結(jié)合點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 人工智能 網(wǎng)絡(luò) 專家系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

20 世紀(jì)以來，計(jì)算機(jī)的發(fā)展日新月異，不斷更新?lián)Q代，以最早期的機(jī)械運(yùn)行方式為基礎(chǔ)，經(jīng)歷了電子管時(shí)代、晶體管時(shí)代直到集成電路，時(shí)至今日已涉及到人們生活、工作和學(xué)習(xí)的各個(gè)方面，伴隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)并逐步普及應(yīng)用，人們又開始力圖根據(jù)認(rèn)識(shí)水平和技術(shù)條件，試圖用機(jī)器來代替人的部分腦力勞動(dòng)，以提高征服自然的能力。

1人工智能的概念

人工智能（Artificial Intelligence），英文縮寫為AI，也稱機(jī)器智能。“人工智能”一詞最初是在1956年的Dartmouth學(xué)會(huì)上提出的。它是計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、語言學(xué)等多種學(xué)科互相滲透而發(fā)展起來的一門綜合性學(xué)科。主要探討如何運(yùn)用計(jì)算機(jī)模仿人腦所從事的推理、證明、識(shí)別、理解、設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)、思考、規(guī)劃以及問題求解等思維活動(dòng)，并以此解決如咨詢、診斷、預(yù)測(cè)、規(guī)劃等需要人類專家才能處理的復(fù)雜問題。通俗的說，人工智能可以分為兩部分來理解，即“人工”和“智能”，顧名思義就是人造的智能。人工智能是研究如何制造智能機(jī)器或智能系統(tǒng)來模擬人類智能活動(dòng)的能力，以延伸人們智能的科學(xué)。

2人工智能和教育的關(guān)系

（1）人工智能和教育的關(guān)系。人工智能以及人工智能科學(xué)從1956年誕生起，其研究和應(yīng)用領(lǐng)域就與教育緊密相關(guān)。人工智能就是研究讓計(jì)算機(jī)接受教育、提高智能的科學(xué)技術(shù)。AI的研究成果又反過來應(yīng)用到我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面，并可以改進(jìn)我們的生活。比如應(yīng)用到教育過程中，促進(jìn)教育的工作效率（減少教師的數(shù)量和工作時(shí)間、甚至直接提高受教育者的智能）。還可以產(chǎn)生新的教學(xué)模式，如網(wǎng)上學(xué)習(xí)共同體、合作學(xué)習(xí)等。（2）人工智能在教育中的應(yīng)用。人工智能原理和技術(shù)從誕生起就應(yīng)用于教育，其產(chǎn)品通常稱作智能指導(dǎo)系統(tǒng)ITS或者智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)ICAI。

ICAI系統(tǒng)可以采用多種形式。從根本上講，它是在保證學(xué)生和程序靈活性的方式下，應(yīng)用人工智能原理和技術(shù)，組織安排教學(xué)系統(tǒng)的各種成分。它并不是根據(jù)預(yù)先輸入的問題、預(yù)先想到的解答、預(yù)先指定的分支等進(jìn)行工作，而是根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)積累的知識(shí)而工作。它的一般工作準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)，是依賴本身的知識(shí)結(jié)構(gòu)和近期活動(dòng)事件，如學(xué)生回答的歷史記錄。許多ICAI系統(tǒng)都具有這樣的重要特點(diǎn)，即能夠?qū)崿F(xiàn)與學(xué)生的自然語言對(duì)話。

3人工智能與網(wǎng)絡(luò)教育的融合

隨著人工智能的理論與技術(shù)發(fā)展，其在教育中的應(yīng)用日漸擴(kuò)大，例如Internet上的web站點(diǎn)，其網(wǎng)頁的組織形式，就包含智能的原理。目前人工智能在教育領(lǐng)域特別是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：

（1）ICAI。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）是由程序教學(xué)發(fā)展而來。但是以程序教學(xué)為理論基礎(chǔ)開發(fā)的CAI課件，在推理機(jī)制和學(xué)生模型方面存在不足，因而不能根據(jù)不同學(xué)生的實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，缺乏靈活的應(yīng)變能力。

借鑒人工智能中的專家系統(tǒng)知識(shí)，由于專家系統(tǒng)中包含知識(shí)庫和推理機(jī)兩個(gè)基本模塊，在一般專家系統(tǒng)中再加入一個(gè)“學(xué)生模型”模塊，就構(gòu)成智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（ICAI）系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。其中推理機(jī)的作用相當(dāng)于現(xiàn)實(shí)教學(xué)中的教師，它可以根據(jù)知識(shí)庫中的內(nèi)容和學(xué)生模型推斷出每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、認(rèn)知特點(diǎn)和當(dāng)前知識(shí)水平，根據(jù)學(xué)生的不同特點(diǎn)選擇最適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法，并可對(duì)學(xué)生進(jìn)行有針對(duì)性的個(gè)別指導(dǎo)，提高教學(xué)效果。

（2）智能代理。在我們傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，最經(jīng)典的教學(xué)模式是以教師為主，教師講、學(xué)生聽，它是一種單向溝通模式。這種教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)是有利于教師主導(dǎo)作用的發(fā)揮，便于教師組織、監(jiān)控整個(gè)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)程，便于師生之間的情感交流，因而有利于系統(tǒng)的科學(xué)知識(shí)的傳授，并能充分考慮情感因素在學(xué)習(xí)過程中的重要作用。

上世紀(jì)90年代以來，隨著多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論日益流行。這種理論強(qiáng)調(diào)在教師主導(dǎo)下以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)，即一種“主導(dǎo)——主體”教學(xué)結(jié)構(gòu)。在這種教學(xué)并重的結(jié)構(gòu)中，教師是教學(xué)過程的組織者、是良好情操的培養(yǎng)者；學(xué)生是信息加工與情感體驗(yàn)的主體，是知識(shí)意義的主動(dòng)建構(gòu)者；教學(xué)媒體既是輔助教師教的演示工具，又是促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的工具。

在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教學(xué)中，為實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)模式，把人工智能中的智能體（Agent）技術(shù)應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教學(xué)中，并逐漸成為在教學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)智能化的一種主流技術(shù)。

實(shí)現(xiàn)智能化信息服務(wù)。Agent技術(shù)應(yīng)用于信息服務(wù)領(lǐng)域可以充分發(fā)揮其主動(dòng)性、智能性和協(xié)作性，為用戶提供方便簡單的信息搜索、處理手段，提高學(xué)習(xí)者的信息獲取、處理能力。將Agent技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)信息搜索，其最主要的特征是具有學(xué)習(xí)功能，能夠在信息交互中獲得用戶的信息，包括用戶的興趣、愛好和思維方式，在此前提下，系統(tǒng)可以主動(dòng)、定期地為用戶查找信息，并根據(jù)用戶搜索信息的變化調(diào)整“知識(shí)庫”中的通用字和關(guān)鍵字，使之能夠有效地適應(yīng)專門領(lǐng)域的信息搜索。

（3）智能數(shù)據(jù)庫。隨著網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的增加，對(duì)其迸行組織管理的難度明顯加大。同時(shí)，進(jìn)行信息檢索的工作量也相應(yīng)地加大。運(yùn)用人工智能中關(guān)于知識(shí)庫系統(tǒng)的理論和技術(shù)，可以提高對(duì)網(wǎng)上信息的管理和檢索能力。近年來關(guān)于數(shù)據(jù)庫研究方面的熱點(diǎn)問題之一數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)，其中的數(shù)據(jù)挖掘也離不開人工智能技術(shù)。