人工智能視域下個性化深層學習方法的探索與研究

浦慧忠

摘要：隨著人工智能在教育信息化中的不斷深入，各種新技術下的教育方式、學習方式的轉變，推進AI環境下的個性化、深層學習相關研究應用有很大的前景。本文從現階段數字素養、成就差距、知識過時等現實狀況出發，探索尋找適合新環境下的新方法，如角色轉變、創新教育、整合多種學習方式、創設新的學習空間等手段，為實現在人工智能環境下高等教育的進一步發展提供探索和發現，為學生的未來服務。

關鍵詞：人工智能;個性化;機器學習;深層學習;混合式學習

0引言

也許很多年前誰也不會想到，汽車自動駕駛竟然成為現實。到如今人工智能算法能夠帶動計算機與人類交流、駕駛汽車、玩游戲，也可以做許多人類無法做到的事情。數學算法驅動的機器學習以及科學創新已經成為人們生活的重要組成部分。

如今，人工智能在教育領域發揮著至關重要的作用。因而從諸多方面提高了正式和非正式課程的質量。人在計算機中輸入的數據越多，算法就會變得越智能。從而能夠利用統計模式充分識別各個領域。隨著人工智能各項技術的整合，教育和教學效率都有極大的提高，同時也為教師和學生提供了可定制的個性化地學習體驗。因此，高等教育應該充分挖掘人工智能領域科技發展帶來的各種潛能，并在某些層面上取得突破。

1 國內外研究現狀及趨勢

2016年10月美國白宮科技政策辦公室（TheOffice of Science and Technology Policy，OSTP）發布了兩份有關人工智能方面的研究報告：一是《為人工智能的未來做好準備》;二是《國家人工智能研發戰略規劃》。這兩份報告中指出：“人工智能出現以來，經歷了“基于規則的專家系統”的第一次熱潮和“機器學習”的第二次熱潮。“解釋性和通用人工智能技術”的第三次熱潮即將來臨”。

2017年國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》中明確提出：“利用智能技術加快推動人才培養模式、教學方法改革，構建包含智能學習、交互式學習的新型教育體系”。早在2010年，國家教育部《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》中也明確提出：“信息技術對教育發展具有革命性影響”;2012年，國家教育部發布的《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》中再次明確要求“以教育信息化帶動教育現代化，促進教育的創新與變革?！?/p>

在人工智能領域。隨著機器學習的不斷深入。一個新的研究方向出現——深度學習。其逐漸成為關注的焦點。深度學習是學習樣本數據的內在規律和表示層次，所獲得的信息對文字、圖像和聲音等數據的解釋有很大的幫助。最終目標是讓機器能夠像人一樣具有分析學習能力，能夠識別文字、圖像和聲音等數據。深度學習其實是一個復雜的機器學習算法，在語音和圖像識別方面取得的效果，遠遠超過先前相關技術。

教育學中的深層學習就是通過批判性思考、互相協作、自主學習、解決問題，從而掌握學習內容。在過去的若干年，深層學習法越來越融入高等教育，且不斷有新的發展。目前基于探究式學習的策略主要有兩種：一是基于問題的學習，學生解決實際問題：二是基于項目的學習，學生創造出完整的產品。國外大學有關研究表明：學生在課程學習中，通過開展小組分工合作，帶著問題去學習，能夠有效調動學生積極性，促使學生參與到解決實際問題的過程中。學生課后反饋：網絡日志和維基博客這類的新技術可以輔助學習，幫助理解新知識，引導學生用新方法解決實際問題。

2存在的問題

當然，對于人工智能不能過高估計其對教育學習的影響。如有專家所言：“人工智能不會取代教師，但是使用人工智能的教師會取代不使用人工智能的教師?！爆F階段，利用人工智能開展個性化深層學習的過程中，面臨著諸多問題。

2.1 數字素養不高

數字素養是指在數字環境下利用一定的信息技術的手段和方法。能夠快速有效地發現并獲取信息、評價信息、整合信息、交流信息的綜合科學技能與文化素養。數字素養還包括準確評估網上出現的各種輿論信息。調查發現，在校大學生很難辨認社會輿論媒體所報道內容的真實性和公正性。因此注重培養學生數字素養至關重要。

目前，數字素養正在或已經影響學校的教學課程設計、專業發展和面向學生的服務與資源。數字素養的提升首先要確保學生能夠使用新技術，進而培養學生能夠自主選擇正確的工具來處理特殊情況，最終深化學習成果并創新性的去解決問題。

學校應制定跨課程、跨專業的數字素養培養計劃，而教師應考慮在自己的專業學科情景中嵌入應用數字素養，學生自身通過課外閱讀類似圖書館的高品質學習資料提升數字技能的不足。

2.2存在成就差距

成就差距是反映學生在入學率和學業成績上差距的指標，受社會經濟地位、民族或性別等影響。如低收入、少數民族裔、單親家庭和其它社會弱勢群體的學生就面臨比較嚴重的機會與公平問題。

教育是最重要的投資這一觀點已經得到大多數人的認可，獲到名牌大學的學位就意味著今后獲得穩定收入和長期成功的職業生涯。而來自人力資源方面的統計?，F在85%的工作崗位和超過90%高薪、有發展前景的工作，都要求求職者接受過高等教育。哪怕就是普通制造業的工作崗位現在也越來越需要通過大學教育的培訓和獲得相應的技能。

成就差距或可以歸因于社會經濟因素，亦或源于招生考試的方式、入學后學分轉換等細節因素?？傊绾未龠M學生的成功，減少成就差距的影響成為當務之急。完成學習率的一種解決方案可以通過嘗試在線或混合式學習輔以個性化和自適應學習的策略。

2.3 存在知識過時

在需求與技術均以驚人速度向前發展的世界里。任何新發展給提高學習和教育的質量帶來了巨大的潛力。技術存在生命周期問題，同時還要確保所選擇的任何工具可以用來衡量學習成果。研究發現，目前技術沒有充分滿足教師和學生的需求。比如在線學習，53%的教師斷言虛擬課程比面對面課程的質量差。

移動互聯網的出現，使學生有了更多獲取新知識技能的選擇，而傳統教育因為其采用的技術可能會隨時被替代或者終止，所以必須做出相應的改變。另外，教師自身也必須不斷地努力填補知識鴻溝，無論今后是否終身教職。

為了解決教師的知識過時問題可以嘗試下列方法：比如提供新技術進行自由實驗：參與合作重新想象“技術如何改變課堂”：讓管理者和教師一起研究“如何創造性地解決問題”。

3 改進方法

數字素養、成就差距、知識過時帶來的教師角色轉變，人工智能的出現和發展帶來的機遇，要求人們從更多方面改變。大學需要創設專用空間，開展多種實驗和重復這些實驗。

3.1 教育角色轉變

隨著個性化學習和情境化學習的興起?；ヂ摼W媒體的介入和移動互聯網的普及，教師不再是唯一的、權威的信息來源，人們更期望教師能夠幫助學生掌握知識和技能，督促學生進行主動學習、解決問題。因此，教師的職責應逐漸轉變為管理和推動學生學習經歷，鼓勵學生養成良好的學習習慣，設定更深層的問題。

除此以外。還要求教師能及時發現教學中的突發事件，應對由于人口結構轉變導致的入學率下降，為畢業生提供未來工作環境所需掌握的技能。而高校必須轉變運作方式，重新定義教師角色。教育主管部門也要設計解決方案，幫助教師嘗試使用創新教學法推進自身教學實踐，進一步幫助高校對遠程教育進行嚴格的檢查，確定影響學習和教學效果的變量。

3.2 推動創新文化發展

如何創設創新文化，以帶來對環境、經濟和社會影響面的改變呢？有專家認為：未來十年大學的基石可用4個大寫字母工開頭的單詞表述。即國際化（internationalism）、跨學科（interdisciplinary）、影響力（impact）和創新性（innovation）。高校有責任去創設環境，失敗是成功之母，失敗也是學習的一部分，這種觀念也是對傳統文化的挑戰。

很多大學已經認識到這一趨勢，正在有序的開展項目，營造創新的文化氛圍。例如通過產品開發，培養多層次協作能力。在活動中，學生共同參與構思，進行原型設計，甚至主動去尋求資金來源。有研究認為，高校將學歷和資格認證分離，就業可選擇資格認證而不只是文憑，這些都是對傳統高等教育模式的演化。

3.3 整合正式和非正式學習

移動互聯網的普及給人們提供了在任何時間、任意地點、學習任何東西的機會，自主學習、好奇心驅動下的學習越來越受到關注。非正式學習既包含這些類型的活動，也包括平時的日常生活經驗和偶然發現。在線非正式學習的流行對辦好正規普通教育同樣有重要價值。正式和非正式學習的混合可以創造一個具有實踐能力、充滿好奇心和創造力的環境。學生根據自己特定的需求來判斷對自己學習有益的資源以及如何最大限度地去利用?？焖俚募夹g發展迫使人們不斷更新自身的技能，終身學習成為可能。

教師的首要目標是培養學生對終身學習的追求，鼓勵學生自主學習，引導學生使用一切可用的資源。非正式學習可以使學生接觸到自己所學專業以外的新領域，教師應發揮不可替代的作用。

由于對“什么是被認可的非正式學習”未形成一致意見，阻礙了非正式學習與正式學習的整合。例如，學生通過社會服務工作、家庭休閑活動和興趣愛好以及其他它正式途徑參與的項目和課程應該一樣獲得學分。所以整合非正式和正式學習的關鍵是找到一個統一的方式來評估和認證通過各種途徑獲得的知識和技能。有了合理的評估框架，學生就可以不受傳統學分的限制，有時比獲得的學歷證書更能準確的展示自己的能力。

3.4 重新設計學習空間

為了適應數字化帶來的教學方式轉變，在實體課堂中更多的采用主動學習。有必要對實體環境做出一些調整。如可以將教室改造成類似工作場所，放棄原有的固定座位，將傳統的報告廳改造成動態布局，每個房間都配有攝像機、大屏幕顯示、中央控制室。教師可以在各個房間自由活動，同時跨班級授課，而學生利用輪詢系統可以跨界互動。共享文件和筆記。另外通過仿真技術，不同地方的學生和教師也可以非常方便地聚集在一起工作。

授課時間上，傳統授課在同一教室進行，這種形式具有自身的局限性。而開放的長時間空間讓學生更具靈活性，業余時間也有機會進行學習，甚至可以將工作區域與非正式休閑空間相結合，鼓勵學生們開展跨學科互動，參與實踐項目和協作?？捎每臻g的增多和使用時間的自由可以讓學生隨時隨地使用工具進行學習，這也符合終身學習的理念。

開放的教育資源和帶有分享性質的學習空間設計為學生今后提供職業發展機會，鼓勵建立和創新空間，真正實現創新教學。

4發展與展望

4.1 人工智能的進一步發展

隨著AI技術的不斷發展，人工智能在高等教育領域有良好應用前景。通過網上收集學生的學習數據，能夠更直接地為學生提供反饋，更多的學生參與學習，從而增強在線學習、自適應學習和學術研究甚至預測未來招生情況。AI環境下的機器學習和深度學習正在加速改變職業生涯和非正式學習方式。

例如，教師批改課后作業是一個費時費力的過程。通過虛擬教師不僅可以檢查表面錯誤，還能進一步分析意義、主題和論點，給學生提供細粒度的反饋。在網絡課程中，虛擬教師還可以中斷視頻講座直接向學生提問，回放視頻片段幫助學生理解。這種無處不在的支持和指導可以填補現實教師的空白。

4.2 下一代學習管理系統

學習管理系統（LMS）（又稱虛擬學習環境）是通過計算機、網絡等數字化方法進行電子化學習與教學的活動，是一種高效的信息化培訓管理模式。LMS被用來運行和管理在線與混合式課程，一直被作為完整學習活動的集中載體。學生通過LMS可以訪問課程教學大綱、閱讀課程資料、提交課后作業、檢查學習成績、與同學和教師聯系，同時教師也可以監控學生的參與和表現。

未來LMS的首要目標是將重點從支撐管理任務轉移到深化學習行為。第二目標是開發更靈活的空間，支持個性化，并參與到過程性學習評價中，而傳統的LMS功能仍然是生態系統的一部分。例如，目前如火如荼的大規模開放在線課程MOOC。未來的LMS應當以類似“樂高”的方式進行搭建，讓教師和學生能夠靈活地創建或適應獨特需求的學習環境，無縫的定制虛擬環境，整合資源，利用大量開放的教育資源和學習分析來提供個性化學習體驗。

5 結束語

隨著科學技術的不斷發展。人工智能也將為高等教育的進一步發展提供新機遇，從而在各個層面實現教育的信息化、全面化、個性化。然而，在擁有巨大前景的同時也面臨潛在的危險。如何適應人工智能環境下教師角色的轉變，教育手段，學習方式的變化。個性化學習和深層學習是現代學習型社會的必然需要。也需要嘗試更多的新方法，新手段去適應。