人工智能與教育視角下學生創新能力的培養研究

何穎, 林智慧, 張衛鋼

(西安思源學院 電子信息工程學院， 西安 710038)

0 引言

為了深化教育體制改革，培養學生創新能力的發展。運用人工智能技術，加快人才培養方案模式、信息技術與教學設計方法的改革更新，構建包括智能學習、互動的新型教育體系勢在必行。通過學習，提供準確的推送教育服務，實現日常教育和終身教育定制。新型的教育體系要以“人工智能服務教育”的理念為指導，利用高速發展中的移動互聯技術等，旨在打造“人人皆學、處處能學，時時可學”的智能化教育環境，促進學習方式變革和教育模式的創新，為學生、教師和各級教育管理者提供適合、精準、便捷、人性化的優質服務，最終形成“人工智能+教育”的生態系統[1]。人工智能進入2.0時代，信息流將成為人工智能的新時代的領導者，在人工智能的高度重視和持續的投資由政府和資本市場提供，將促使中國人工智能的迅速發展。在相關政策和技術的推動下，國內人工智能產業的投資進程明顯加快，人工智能企業的年增長也呈現明顯上升的趨勢。中國人工智能新增企業數量發展趨勢如圖1所示。2012-2015年，中國的人工智能獲得投資次數達43次，總投資額為14.23億元。隨著移動互聯網、大數據、云計算等的深入發展，基于深度學習的智能語音和圖像識別等人工智能技術開始滲透到各個領域，進入了工業化的初期階段[2-3]。

圖1 中國人工智能新增企業數量發展趨勢

1 “人工智能+教育”的主要特征

“人工智能+教育”的主要特征體現在以下六個方面。

(1) 創新驅動。“人工智能+教育”通過人工智能技術在教育應用上實現創新，基于語音識別技術的語音教學和基于圖像識別技術的智能評價等，促進了教育本身的不斷改革和創新。

(2) 改變教育結構和師生關系。在教育資源數字化的基礎上，“人工智能+教育”更強調資源的多樣性和非結構化，并賦予資源新的語義，能隨時為學生提供個性化的、學得舒服的學習資源；同時，“人工智能+教育”改變了師生關系的結構，使教師從冗余和重復的機械工作中解放出來，成為一名學生的教練或主人，并有精力去關注學生。高階思維和創新能力。

(3) 開放生態。在“大眾創新、萬眾創新”時代，“人工智能+教育”以人工智能技術為基礎，利用技術的優勢來拓展教育邊界，向先進領域開放。同時，在人工智能技術的支持下，社會各企業研發產生的各類教育智能產品，會不斷與教育各要素發生“化學反應”，形成雙向互補與多贏格局。“AI+教育”將使教育不再局限于校園，將學校、社會、企業有機連為一體，最終構建起互聯網時代新型教育生態環境，成為教育向外開放的接口。

(4) 尊重個性教育服務。“人工智能+教育”提供的教育服務充分尊重師生人性，能依據教師、學生的特征和需求，提供精細、富有實效的個性化教育服務。當學習者的學習特征不明確或效果不明顯時，人工智能技術可通過智能算法或數據分析，基于各類知識庫進行推理，即時反饋，不斷矯正服務不足，提高個性化服務水平。

(5) 動態智能教學服務。教學服務是動態的、智能的。“人工智能+教育”所需的教學環境包括物理環境與人文環境。其中，物理環境包括教學地點、時間等因素，人文環境包括學習者、教師、文化背景等因素。根據不同的教育場景、角色、文化背景等因素，它提供的教育服務是智能的，是尊重人性的，能依據用戶的特征和不同需求，能夠動態化調節。

(6) 自治演進 。“人工智能+教育”系統不受周圍環境以及用戶的干擾，它可以獨立控制自身的行為和內部狀態。例如，學生考試完成后，人工智能系統依據評分規則在后臺自主評測學生試卷，而不受教師、學生行為的影響。系統能夠根據學生以前的學習習慣及經驗進行預測并進入深度自主學習，不斷完善其功能，實現自治演進[4-5]。

2 教育培養以學生創造力為核心

未來，人工智能在知識記憶和簡單理解上超越人類，這些工作將完全被人工智能所取代。面對學生的知識教育，學校必須及時調整人才培養方案及教學大綱，重視培養學生的批判性思維、創造能力、創新精神和創業精神，注重培養合作的能力。創造力要求一個人在一個領域有著深厚的技術專業知識的同時，還要在其他領域具有廣博的知識創造力取決于一個人能否以新方式將不相關的基本要素結合在一起，并在很大程度上依賴于一個人的整合能力，創造力不是一瞬間的洞察力，而是幾個關鍵因素的結合：

(1) 知識：深入認識一個領域并廣泛接觸多個領域；

(2) 創造性思維能力：以新方式整合信息的能力，分析創意并促使實用性、創造性想法產生的能力；

(3) 動力：好奇心、內在興趣、毅力、愿意承擔風險，并且能夠對意義的不確定性安之若素；

(4) 環境：內在誘因推動，協作環境以及鼓勵冒險。

3 學生創新能力路徑的培養研究

新時期新人才的核心素質是指學生應具備的基本素質和核心能力，能夠滿足終身發展和社會發展的需要。創造性思維和創造性人格鑄就創造性人才[6,7]。創造性思維屬于人們智力的范疇，創造性人格屬于非智力的范疇，兩者要同時具備。對學生實施創新教育的要點是，

培養具有創新精神和能力的創新型人才；創造的潛能，教育是探索每個人潛能的基本途徑；

個人追求成功的內在動機是創造性的主要動力，強烈的創造動機會激發人的創造能力；創造力的高低與任何職業的成就成正比，創造力開發對于各種職業和各個領域的每個受教育者都是十分重要的。

建設有品質的課程，關鍵就是課程的重心，不應該再是知識的獲得，而是回歸教育本源，回到人格的塑造、知識的運用和創新能力的培養上來。原先從基本知識、基本技能傳授開始、然后逐漸提高學習能力的路徑值得反思，未來的學習路徑不僅有自下而上，也應該有自上而下的，甚至有中間進入的，至少有以下3種：

(1) 組合式知識建構學習。從傳統的階梯式學習變成了從個性出發的組合式學習，有了共同的學習基礎，然后再根據個人認知的水平、愛好特長、未來職業的規劃進行組合式的個人的知識建構。

(2) 問題驅動的項目學習。首先提出問題并做出假設，制定計劃進行實驗，然后進行測試觀察，不斷修改調整再對此進行分析，最后與別人分享和表達成果。

(3) 翻轉課堂式學習。學生自己可以在教室以外的地方學習知識，上課時老師在課堂上提問，了解學生在學習中遇到的問題，帶著問題教授學生知識，而且學生、老師可相互討論，老師最后可總結知識點與應用。學生會覺得翻轉式學習不是那么輕松，但它卻能提高學習氣氛，課堂效果，學生學習效率[8]。

4 總結

以人工智能技術為基礎的教育形態是未來主要的教學形式。“人工智能+教育”是以學習者為中心的教育體系，其應用形式是以智能校園、三維綜合教學場、基于大數據智能的在線學習教育平臺、智能教育助理等為支撐，以更新信息技術、不斷完善教學方法，改進人才培養方案，促進教學的不斷改革發展及更新。學習能力的路徑以組合式知識建構學習、項目式學習、翻轉式學習等創新能力培養路徑為研究出發點，激發學生的創造思維，探索學生創新精神和創造能力的潛能，培養學生終身學習的品質。