現代教育中人工智能的應用

王露 孫麗 劉曉瑩

【摘要】隨著科技的高速發展以及教育在社會中地位的不斷提高，人工智能在現代教育中的應用也備受關注。教育人工智能一方面增強了學生的學習興趣，提高了學生的學習效率，另一方面提高了教師的教學準確度和有效性。本文探討了人工智能在教育中的主要應用形式，闡述了人工智能的意義，并分析人工智能在現代教育中應用的發展趨勢。

【關鍵詞】人工智能 ?教育 ?應用 ?前景

【基金項目】海南省自然科學基金117109。

【中圖分類號】G40 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）13-0040-02

1.引言

隨著科技的發展，人工智能作為計算機科學的一個重要組成部分，已逐漸滲透到社會的各個領域。自二十一世紀初，人工智能進入高速發展階段，教育信息化的概念也逐漸深入人心，教育人工智能也得到了越來越多人的重視[1-4]。

近年來，隨著人工智能的日趨完善，其對教育教學改革和促進教育現代化過程中將發揮重要作用已形成共識。

2.人工智能在現代教育中的應用形式

2.1智能教學系統

在教育技術學中，智能教學系統處于重要地位。該系統基于人工智能技術，可以在一定程度上代替教師的作用，能夠自主的指導學生學習知識與技能，提高學生學習的主動性與便利性。

智能教學系統由三個基本模塊組成：領域知識模塊、學生模型和教師模型。領域知識模塊又稱為專家模塊，它包含了需要傳授給學生的知識和技能，具體包括學生需要學習的基本概念、規則以及解決問題的策略。目前我國教育界已經在這方面有所突破，如在計算機技能考試中已經可以對學生的操作進行跟蹤和測評。學生模型主要應用于管理學生相關信息庫，由此測定出學生的學習水平和認知特點[5]。當學生學習新知識時，它會對其之前的學習情況進行評估測試，并給學生提供最合適的學習內容，從而達到最佳的學習效果。教師模型又稱為教學策略模塊，能夠在一定程度上實現教師的功能，它可以針對每個學習者的特點提供合適的學習活動和教學策略。如美國國防高級研究計劃署贊助開發的一種模擬專家和新手之間互動的數字導師系統，能夠幫助學習者獲得所需的技能，從而極大地減少了訓練新手成為技術技能專家所需的時間[6]。

2.2智能測評系統

測評是教學活動中必不可少的，就像考試需要老師評分和作業需要老師批改一樣。但是，如何能讓老師從繁重的閱卷和批改作業的工作中解放出來，從而能夠用更好的精神狀態從事更有意義的工作呢？智能測評系統的出現改善了這一現狀，不僅減輕了教師的負擔，而且有效的提高了教學效率。

2.2.1智能閱卷系統

智能閱卷系統是基于圖像識別、云計算與大數據分析的系統。該系統主要為基礎教育服務，通過對學校的作業和考試數據進行分析和采集，可以讓教師準確的了解學生的學習情況，不但能提高學生的學習質量，也能提高教師的工作效率。目前，基于這一系統而創建的教育平臺有很多，例如，上海易教智能閱卷系統，它主要包括智能閱卷平臺和閱卷大師（教師客戶端）。智能閱卷平臺可以將上傳的學生試卷數據設置統計分析指標進行多維度數據分析，自動生成各類統計分析報表。教師通過分析報表可以對學生的知識掌握情況有非常直觀的了解，能夠及時掌握學生學習的重難點和學生成績的波動情況，從而針對性的設置教學策略，幫助學生攻克難點。教師客戶端的閱卷大師可以自動識別試卷的客觀題，并準確的賦予分值，主觀題部分則需要教師批改賦分。這些都是通過智能掃描儀實現的，掃描完成后會通過智慧評價平臺統計出總分數，不但減輕了教師的負擔，閱卷的質量也會更加的精準高效。

2.2.2智能口語測評系統

基于語音識別技術的智能口語測評系統能夠對考生的語音、語調等進行多維度的評判，并能生成卷面評測報告，指出考生答卷中的錯誤，從而讓考生能夠針對性的練習改正。操作該測評系統需要計算機與耳機連接，通過人機對話完成聽力和口語測試，測試完成后系統會自動給出評分。例如，基于這一系統所開發的大學英語四六級口語考試系統可以極好地改善我國學生學習英語環境匱乏的問題，從而提高學生的英語口語水平。另外，我國普通話智能測試系統也對普通話的普及產生了重要影響。

2.3教育游戲

人工智能在教育方面的快速發展也開啟了教育游戲的狂潮。在這個電子設備普及化的時代，學生需要面對很多來自網絡世界的誘惑，其中已經有不少學生因沉迷于網絡游戲、網絡視頻等而荒廢學業。教育游戲屬于益智休閑類游戲，它的開發改變了學生們以往枯燥、單調的學習模式，學生可以通過玩游戲來獲取知識，不僅具有教育性也具有娛樂性，有利于激起學生學習的興趣。

最早提出教育游戲的是美國，自八十年代發展到今天，它早已形成了完整的系統和操作規范。而我國對教育游戲的研究相對較晚，其中比較出名的有：盛大公司研發的我國首款網絡教育游戲《學雷鋒》;北京娛教網絡有限公司的“k12play快樂教育”;北京中教電信有限公司開創的《真知探索》等等[7]。另外，《樂萌學堂之家有小寵》是我國第一款手機教育游戲，通過玩游戲來學習課本中的知識而得到孩子們的喜愛。

2.4教育機器人

隨著科技的發展，人們越來越重視在教育方面的科技創新，教育機器人就是為了激發學生的學習興趣，培養學生的綜合能力所開發的。教育機器人主要是由機器人本身、控制軟件和教學課程組成的。

教育機器人在國外已經發展的較為成熟，早在1994年，麻省理工學院為了完成機器人教育與理科實驗的整合，便創辦了“設計和建造LEGO機器人”課程。這幾年來，國內對機器人教育的研究也有了極大的進展，已經有一些企業能夠生產出教育機器人，較為知名的產品有北京樂博機器人、 能力風暴機器人、樂高機器人等。教育機器人的開發不僅可以提高學生的學習興趣和創新思維，也對增強學生的溝通交流能力有所幫助，有助于學生更好地理解和解決一些復雜的問題。除了上述學習型機器人外，教育機器人還有比賽型機器人。如清理水浮蓮的機器人——水體清道夫就屬于比賽型機器人，是惠州舉行環保主題青少年機器人競賽時惠東中學學生參賽的作品。

3.現代教育中人工智能應用的意義及發展前景

將人工智能技術應用在教學中，對于學生來說，可以檢測學生在學習過程中所遇到的問題以及學習程度，從而給予學生一些合理性的建議，為學生調整出最合適的學習方式。對于老師來說，可以及時了解學生的學習狀態，同時對老師制定的教學策略給出有效的建議[8]。同時教育游戲和教育機器人的應用，既滿足了學生對游戲和課外知識的癡迷，又使得學生從中學到高于書本的知識，寓教于樂，極大地提高了學習效率。

人工智能的應用中，如何實現完美的人機交互是一直以來所面臨的主要問題。目前人工智能在教學中更多的是作為教學輔助手段發揮其優勢。要摒棄傳統的人工教學，完全實現人工智能教學，需要教育學、心理學、計算機軟件和網絡技術等多方面的發展與融合，實現智能計算機輔助教學（ICAI）[9]。實現智能計算機輔助教學，一方面要允許學生與計算機進行情感上的交流，從而讓系統更加了解學生的心態，能夠像人類一樣幫助學生解決問題，這樣不僅可以幫助學生擺正心態，也可以讓學生的學習效率有一定的提升;其次系統能夠通過每個學生認知模型所顯示的信息，準確地診斷出學生的學習水平并推理出適合該學生的教學策略;最后系統能夠及時地向教師反饋學生的學習情況和心理狀態，從而使教師能夠及時確定教學內容，調整教學策略，極大地提高了教學效率。人工智能在教育中具有巨大的應用潛力，但要使人工智能更好的服務于現代教育，研究者們也面臨著知識和技術方面的雙重挑戰。

4.結束語

在人工智能應用于教育的大背景下，本文主要介紹了目前人工智能在教育中主要應用形式：智能教學系統、智能測評系統、教育游戲和教育機器人。但人工智能在教育方面的發展仍然存在很多問題，無論是作為輔助傳統人工教學的手段，還是完全使用教育人工智能，都需要更高水平的教師專業知識、計算機網絡技術和軟件技術。完全實現教育人工智能的智能計算機輔助教學（ICAI），將是未來人工智能在教育中應用的巨大挑戰。

參考文獻：

[1]吳吉義，平玲娣.人工智能在現代遠程教育中的應用研究[J].技術應用，2008年12月：66-69.

[2]徐陶冶，姜學軍.淺談基于專家系統的人工智能在教育領域中的應用[J].科技信息，2011年第11期，55頁轉31頁.

[3]梁迎麗，劉陳.人工智能教育應用的現狀分析、典型特征與發展趨勢[J].中國電化教育，2018年3月總第374期，24-30.

[4]姜皓文.淺談人工智能在教育中的應用[J].電子技術與軟件工程，2018（05）：255.

[5]胡繼禮，殷云霞.人工智能技術在教育中的應用[J].電腦知識與技術（學術交流），2007（12）：1667-1668.

[6]Uraikul V. Artificial intelligence and modern network technology[J].Engineering Applications of artifical Intelligence，2016（2）：119-131.

[7]焦加麟，徐良賢，戴克昌.人工智能在智能教學系統中的應用[J]，計算機仿真，2003（8）：49.

[8]鐘琦，胡水星.人工智能在教育中的整合應用研究[N].贛南師范學院報，2011年12月第6期：66-69.

[9]胡繼禮，殷云霞.人工智能技術在教育中的應用[J].電腦知識與技術，2007（12）：1667-1668.

作者簡介：

王露（1995年5月-），河南省登封市人，漢族，女，本科，在校學生，研究方向：電子信息科學與技術。

孫麗（1981.04-），山東省濱州市人，漢族，女，博士研究生，副教授，研究方向：物理學凝聚態物理。