試論人工智能在教學(xué)中的運(yùn)用

劉鵬

【摘 要】 人工智能是一門研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)的一門科學(xué)。[1]應(yīng)用于課堂教學(xué)中的對(duì)于促進(jìn)教育公平、提高教學(xué)效率具有積極意義。隨著人工智能與課堂教學(xué)的深度結(jié)合，人工智能將表現(xiàn)出學(xué)校面臨淘汰、強(qiáng)化家長(zhǎng)責(zé)任、弱化傳統(tǒng)規(guī)范、轉(zhuǎn)移教育費(fèi)用、定制個(gè)人教材和缺乏情感教育等一系列發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】 人工智能；課堂教學(xué)；運(yùn)用現(xiàn)狀；趨勢(shì)

2016年10月美國(guó)頒布了《國(guó)家人工智能研究與發(fā)展策略規(guī)劃》，為國(guó)家資助的AI研究與發(fā)展劃定策略，此舉是為了應(yīng)對(duì)人工智能蓬勃發(fā)展大趨勢(shì)，著眼長(zhǎng)期對(duì)社會(huì)的影響與變革，保持美國(guó)政府對(duì)人工智能發(fā)展的主動(dòng)性和預(yù)見性。2017年7月8日我國(guó)國(guó)務(wù)院頒布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，人工智能的高速發(fā)展為加快建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和世界科技強(qiáng)國(guó)推波助瀾。

一、基本概念

1、人工智能

人工智能英文全稱Artificial Intelligence，簡(jiǎn)稱AI。本質(zhì)上是一種對(duì)人的意識(shí)、思維的模擬，有望像人類那樣思考甚至超過(guò)人類的智能。當(dāng)前，新一代人工智能相關(guān)學(xué)科發(fā)展、理論建模、技術(shù)創(chuàng)新、軟硬件升級(jí)等整體推進(jìn)，正在引發(fā)鏈?zhǔn)酵黄疲苿?dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向智能化加速躍升。[2]人工智能與教育深度結(jié)合之后成為課堂教學(xué)的主力，同時(shí)也將給教育帶來(lái)前所未有的挑戰(zhàn)。目前，人工智能正在以公平化、高效化、個(gè)性化為導(dǎo)向促進(jìn)教育教學(xué)飛速發(fā)展。

（1）發(fā)展背景。人工智能的發(fā)展可以分為五個(gè)階段：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年是知識(shí)應(yīng)用期，1986年至今是集成發(fā)展期。[3]人工智能在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、超級(jí)計(jì)算、傳感網(wǎng)、腦科學(xué)等新理論新技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展強(qiáng)烈需求的共同驅(qū)動(dòng)下，目前呈爆炸式發(fā)展，人工智能即將成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展新引擎，重新整合全球資源。

（2）特點(diǎn)。①智能化。智能終端和傳感器將無(wú)處不在，基于大數(shù)據(jù)的自我學(xué)習(xí)能力會(huì)讓智能終端越來(lái)越聰明；②交互化。人與智能終端的交互方式將更加自然，設(shè)備會(huì)越來(lái)越能讀懂人類的想法；③服務(wù)化。在人工智能+互聯(lián)網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)下，各行各業(yè)將越來(lái)越“服務(wù)化”。不管硬件廠商、還是服務(wù)廠商都在整合設(shè)備、云和服務(wù)，開展集成式的服務(wù)創(chuàng)新；④創(chuàng)新化。在智能互聯(lián)時(shí)代，更加呼喚開源開放的創(chuàng)新平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)依托產(chǎn)業(yè)鏈、生態(tài)圈的開放式創(chuàng)新。[4]

（3）分類。①弱人工智能。科學(xué)界普遍將不能夠模仿人類思維的人工智能稱為“弱人工智能”，無(wú)法與人類進(jìn)行交互的人工智能、可以與人類進(jìn)行交互的人工智能、可以通過(guò)外接設(shè)備進(jìn)行升級(jí)的人工智能都屬于弱人工智能。我們?cè)诂F(xiàn)階段課堂教學(xué)中使用的人工智能均屬于弱人工智能范疇。②強(qiáng)人工智能。與弱人工智能相對(duì)應(yīng)的，我們將能夠模仿人類思維的人工智能稱為“強(qiáng)人工智能”。[5]可以通過(guò)云端共享信息的人工智能和能夠自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的人工智能都屬于強(qiáng)人工智能。其最大的特點(diǎn)是大數(shù)據(jù)積累達(dá)到質(zhì)變，終端具備自我學(xué)習(xí)能力和類似人類思維的能力。

2、奇點(diǎn)

奇點(diǎn)又名技術(shù)奇點(diǎn)，它是一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。機(jī)器發(fā)展的過(guò)程中，數(shù)據(jù)和系統(tǒng)不斷升級(jí)，當(dāng)從量變達(dá)到質(zhì)變時(shí)，機(jī)器將具有自動(dòng)學(xué)習(xí)和升級(jí)的能力，也就意味著奇點(diǎn)的來(lái)臨。[6] 1983年，數(shù)學(xué)家佛諾·文奇提出技術(shù)奇點(diǎn)（Technological Singularity）的概念，他將奇點(diǎn)定義為人工智能超過(guò)人類智力極限的時(shí)間點(diǎn)，此后世界的發(fā)展將會(huì)超出人類的理解范疇，世界的發(fā)展將會(huì)脫離人的控制。美國(guó)未來(lái)學(xué)家和人工智能先驅(qū)雷·庫(kù)茲韋爾在《奇點(diǎn)臨近》中預(yù)言20世紀(jì)50年代左右奇點(diǎn)臨近。奇點(diǎn)之前人類的智力依然主宰著世界的發(fā)展，不具備感情和自主意識(shí)的人工智能仍然是人類能力的延伸和補(bǔ)充。因此，我們預(yù)測(cè)和研究的人工智能在課堂教學(xué)中的運(yùn)用和發(fā)展趨勢(shì)是指奇點(diǎn)前階段的人工智能。

二、現(xiàn)有課堂教學(xué)中人工智能運(yùn)用的積極意義

1、促進(jìn)教育公平

偏遠(yuǎn)山區(qū)教育資源匱乏，城鄉(xiāng)和區(qū)域之間教育差距較大，優(yōu)質(zhì)教育資源總量不足。教育資源的落后地區(qū)的學(xué)生在知識(shí)儲(chǔ)備、實(shí)驗(yàn)操作、閱讀視野上有很大不足。我國(guó)進(jìn)城務(wù)工人員子女上學(xué)難、高考全國(guó)各地同題不同分的錄取方式等不公平等現(xiàn)象的存在成為制約教育均衡發(fā)展的關(guān)鍵因素。

人工智能可以應(yīng)對(duì)教育不公平現(xiàn)象中的各種問(wèn)題。人工智能將不受地域限制，整合優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源并分享于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上，增加優(yōu)質(zhì)教育資源的供給，讓更多孩子享受世界各地“名師”服務(wù)。甚至組合全球優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，主動(dòng)生成針對(duì)性教學(xué)內(nèi)容；人工智能不僅是海量移動(dòng)知識(shí)儲(chǔ)存庫(kù)，而且具有搜集整理問(wèn)題并整合資源，不斷升級(jí)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的能力，能夠在課堂上針對(duì)學(xué)生的提問(wèn)，主動(dòng)設(shè)置相關(guān)聯(lián)知識(shí)庫(kù)，解決知識(shí)儲(chǔ)備難題；[7]推翻舊的地區(qū)差異錄取，讓學(xué)生足不出戶便可享受國(guó)家制定的均等優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。因此，未來(lái)的教育將不受地域差異，授課形式，年齡區(qū)別，教育背景等問(wèn)題的困擾，真正實(shí)現(xiàn)教育公平化。

2、提高教學(xué)效率

教師工作中的重復(fù)性機(jī)械性勞動(dòng)占用了教師在校的大部分工作時(shí)間，從而減少了課程編排和教學(xué)反思等腦力勞動(dòng)的時(shí)間，造成工作效率低下；目前以教師為主導(dǎo)的課堂教學(xué)和無(wú)人工智能設(shè)備支持的課堂教學(xué)中學(xué)生只是吸取率低下。工作效率低下和知識(shí)吸取率低下都屬于教學(xué)效率低下。

（1）人工智能利用其高速運(yùn)算能力和超強(qiáng)儲(chǔ)存空間在課堂教學(xué)中，避免教師做低附加值工作，為教師節(jié)約時(shí)間成本，提高教學(xué)效率。具體來(lái)說(shuō)，人工智能可以將教師從批改試卷等重復(fù)性勞動(dòng)中解放出來(lái)，并且實(shí)現(xiàn)課堂和課下的全時(shí)互動(dòng)。從而讓教師騰出更多的時(shí)間和精力，創(chuàng)新教育內(nèi)容、改革教學(xué)方法，把教育做得更好。智能系統(tǒng)會(huì)將學(xué)生做題的數(shù)據(jù)回傳數(shù)據(jù)庫(kù)，教師能從中了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，避免重復(fù)講解。

（2）人工智能正在逐漸實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，這有利于課堂的有效教學(xué)，保持學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和動(dòng)力，從而提高教學(xué)效率。無(wú)論是人類學(xué)習(xí)還是機(jī)器學(xué)習(xí)，人在進(jìn)行學(xué)習(xí)的過(guò)程中人機(jī)交互也帶動(dòng)了機(jī)器數(shù)據(jù)的不斷翻新，從而達(dá)到機(jī)器的自我學(xué)習(xí)和不斷升級(jí)。可以說(shuō)未來(lái)的人工智能在教學(xué)過(guò)程中是與人類一起學(xué)習(xí)的輔助教學(xué)工具和共同學(xué)習(xí)伙伴。此外，人工智能已具備圖像識(shí)別和語(yǔ)義分析技術(shù)，而且具有智能化搜集整理問(wèn)題并整合資源的能力。[8] 掃描相應(yīng)課本圖片來(lái)獲得3D展示，現(xiàn)場(chǎng)手機(jī)掃描后獲得的成像效果，能夠幫助學(xué)生更直觀的理解學(xué)科知識(shí)點(diǎn)；這對(duì)于課堂教學(xué)中知識(shí)點(diǎn)查詢，文章檢索和自動(dòng)生成相關(guān)推薦，都有很大的幫助。海量數(shù)據(jù)庫(kù)資源答疑，幫助學(xué)生解決個(gè)人學(xué)習(xí)中的問(wèn)題。

3、促進(jìn)教學(xué)個(gè)性化

班級(jí)制課堂教學(xué)的授課對(duì)象眾多，課堂教學(xué)因?qū)W生個(gè)體差異而接受知識(shí)的水平不一，統(tǒng)一的教學(xué)方案和教學(xué)流程很難把握對(duì)學(xué)生個(gè)性發(fā)展的培養(yǎng)，教學(xué)過(guò)程中對(duì)學(xué)生個(gè)性的忽略導(dǎo)致學(xué)生創(chuàng)造力的衰微。

（1）人工智能比人類更擅長(zhǎng)針對(duì)學(xué)生的知識(shí)、能力水平和潛在傾向等不同因素進(jìn)行因材施教的個(gè)性化教學(xué)。由于計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人類，而且能夠不斷進(jìn)化更新狀態(tài)，人工智能時(shí)代的計(jì)算機(jī)更具有自我學(xué)習(xí)能力，因此面對(duì)相同數(shù)量教學(xué)對(duì)象，人工智能更加快速將學(xué)生的階段性知識(shí)學(xué)習(xí)成果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并歸類，針對(duì)學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)，定制、推送知識(shí)點(diǎn)，幫助學(xué)生告別“題海”，走向有效學(xué)習(xí)。

（2）面對(duì)眾多學(xué)習(xí)者，人工智能利用圖像捕捉技術(shù)可以全方位多角度捕捉個(gè)人面部表情，解讀分析表情數(shù)據(jù)并反饋到終端，在學(xué)習(xí)過(guò)程中及時(shí)反饋學(xué)習(xí)者的不同理解程度，調(diào)整個(gè)體學(xué)習(xí)內(nèi)容和方案。通過(guò)捕捉課堂上學(xué)生的面部表情數(shù)據(jù)并分析，進(jìn)行篩別并制定個(gè)性化培養(yǎng)方案有利于因材施教。

三、人工智能在課堂教學(xué)運(yùn)用中的發(fā)展趨勢(shì)

隨著人工智能在未來(lái)課堂教學(xué)中運(yùn)用的迅猛發(fā)展，將具有積極和消極的雙面發(fā)展趨勢(shì)，我們應(yīng)當(dāng)合理使用人工智能，使之為人服務(wù)，為課堂教學(xué)服務(wù)。

1、學(xué)校面臨淘汰

人工智能與教育的結(jié)合會(huì)使目前的學(xué)校教育落后，傳統(tǒng)意義上的學(xué)校會(huì)面臨淘汰。傳統(tǒng)意義上的學(xué)校提倡一刀切的課程設(shè)置，并對(duì)所有學(xué)生以固定的速度進(jìn)行教學(xué)不符合時(shí)代的需求。人工智能系統(tǒng)在教學(xué)中允許根據(jù)學(xué)生自身情況定制課程，學(xué)習(xí)時(shí)間彈性化，并且減少對(duì)教室和教師數(shù)量的需求。因此，傳統(tǒng)學(xué)校的規(guī)模會(huì)發(fā)展地越來(lái)越小，大部分學(xué)校會(huì)面臨淘汰，一部分創(chuàng)新改革后的學(xué)校衍變?yōu)樾∫?guī)模學(xué)習(xí)中心，采取一對(duì)一授課模式或者成為具有專門性的學(xué)習(xí)中心。

2、強(qiáng)化家長(zhǎng)責(zé)任

人工智能終端設(shè)備在教學(xué)中廣泛運(yùn)用之后，減少學(xué)生在校固定時(shí)間，更加自主靈活的學(xué)習(xí)方式增加了家長(zhǎng)承擔(dān)更大的教育責(zé)任。不僅教育面臨人工智能的挑戰(zhàn)，家長(zhǎng)也面臨角色的轉(zhuǎn)換和增加。與傳統(tǒng)舊式家長(zhǎng)相比，人工智能時(shí)代的學(xué)生在使用終端設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)的過(guò)程中，家長(zhǎng)還充當(dāng)了教練、管理員和監(jiān)督人等角色。

3、弱化傳統(tǒng)規(guī)范

傳統(tǒng)學(xué)校教育有一系列需要學(xué)生遵守的規(guī)范，而面臨人工智能的挑戰(zhàn)，出現(xiàn)更小規(guī)模和更個(gè)性化學(xué)習(xí)中心之后，減少了學(xué)生們聚集上課的時(shí)間，也就不需要遵守一些傳統(tǒng)的學(xué)校規(guī)范，并且學(xué)生們將會(huì)失去一些共同的行為，社會(huì)規(guī)范和文化規(guī)范。然而，在特定環(huán)境和時(shí)間下，會(huì)有新的規(guī)范相應(yīng)產(chǎn)生。

4、轉(zhuǎn)移教育費(fèi)用

由于傳統(tǒng)意義上的大規(guī)模學(xué)校和教師數(shù)量減少，學(xué)生只需要互聯(lián)網(wǎng)或者人工智能設(shè)備就可以進(jìn)行學(xué)習(xí)，個(gè)人教育成本會(huì)大幅降低。但由于社會(huì)的競(jìng)爭(zhēng)不會(huì)減弱，因此家長(zhǎng)對(duì)孩子的教育投資不會(huì)減少。家長(zhǎng)將更多地參與到孩子的學(xué)習(xí)中來(lái)，增加陪伴學(xué)習(xí)時(shí)間的同時(shí)教育費(fèi)用將會(huì)有新的轉(zhuǎn)移。

5、定制個(gè)人教材

人工智能將全面改變傳統(tǒng)學(xué)校授課的教材，采取一種全新的教材形式。人工智能系統(tǒng)使用教師制定的教學(xué)大綱，結(jié)合學(xué)生個(gè)體差異定個(gè)人教材，或者按照教師的教學(xué)大綱中某個(gè)主題或?qū)W習(xí)環(huán)節(jié)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容重新組裝一本主題教材。新定制的個(gè)人教材和主題教材更適應(yīng)具體學(xué)習(xí)者的需求，從而更好服務(wù)教學(xué)過(guò)程。[9]

6、缺乏情感教育

奇點(diǎn)前的人工智能不具備情感和思維能力，也難以復(fù)制教師的行為模式。教師利用其教學(xué)管理經(jīng)驗(yàn)，情感分析能力和觀察能力，并且對(duì)學(xué)生給與人文關(guān)懷和思想交流，教師面對(duì)課堂教學(xué)的適應(yīng)能力和對(duì)學(xué)生挑戰(zhàn)的情感反應(yīng)，都是人工智能系統(tǒng)無(wú)法模擬的。人工智能教學(xué)系統(tǒng)輔助教學(xué)的同時(shí)無(wú)法為學(xué)生提供類似教師的情感教育是必然現(xiàn)象。

四、人工智能在課堂教學(xué)的良性發(fā)展保障

1、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)無(wú)誤

數(shù)據(jù)精準(zhǔn)對(duì)于人工智能至關(guān)重要，需要嚴(yán)格避免采集的數(shù)據(jù)客觀上不能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際情況或者數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中主觀上存在結(jié)構(gòu)性偏差。課堂教學(xué)上，人工智能終端的海量知識(shí)庫(kù)的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)化對(duì)于知識(shí)傳輸至關(guān)重要。對(duì)于人工智能大數(shù)據(jù)和云端數(shù)據(jù)的采錄，必須嚴(yán)格把控，要求錄入知識(shí)庫(kù)的知識(shí)和內(nèi)容精準(zhǔn)無(wú)誤，這對(duì)于下一步知識(shí)的擴(kuò)散是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2、法律政策保護(hù)

法律應(yīng)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)和隱私和數(shù)據(jù)的安全有政策性保護(hù)。在提供服務(wù)的過(guò)程中收集、使用用戶知識(shí)、個(gè)人隱私和數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)遵循合法、正當(dāng)、必要的原則。課堂教學(xué)上，不得收集與提供教學(xué)所必需以外的學(xué)生的人機(jī)交互知識(shí)、學(xué)生學(xué)習(xí)隱私和考試數(shù)據(jù)或者將學(xué)生個(gè)人信息用于提供教學(xué)之外的目的，不得以欺騙、誤導(dǎo)或者強(qiáng)迫等方式收集、使用學(xué)生的個(gè)人信息。

3、強(qiáng)化道德規(guī)范

人工智能時(shí)代的到來(lái)，隨之而來(lái)的是許多新的道德問(wèn)題，這也是全人類需要面對(duì)的一個(gè)共同挑戰(zhàn)。政府有效并適時(shí)的參與到為人工智能的價(jià)值觀和道德規(guī)范的過(guò)程中來(lái)，也將是一種必然行為。英國(guó)科普作家Philip Ball表示，機(jī)器人的道德問(wèn)題是人類必須重視并且需要持續(xù)討論的議題。在課堂教學(xué)中，解答帶有種族歧視、政治敏感話題和蓄意冒犯他人的問(wèn)題，人工智能終端應(yīng)在道德規(guī)范程序的篩選下進(jìn)行交互，對(duì)他人有尊重和保護(hù)的作用。

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【作者簡(jiǎn)介】

劉 鵬（1986-）女，漢族，陜西渭南人，中教二級(jí)職稱，現(xiàn)就讀于寶雞文理學(xué)院教育管理專業(yè)碩士研究生，渭南高新中學(xué)英語(yǔ)教師.