人工智能教育應用環境下的探究學習及未來發展

王忠華 呂雪淳

10.3969/j.issn.1671-489X.2020.21.071

摘? 要 人工智能技術的發展給當今教育形態帶來強烈的沖擊，不僅推動了新的教育實踐，對于新的學習方式、學習環境以及學習內容的改變也十分顯著。分析人工智能教育應用環境可能帶給探究學習的支持和變化，對人工智能教育應用的未來發展提出若干建議。

關鍵詞 人工智能;人工智能教育;探究學習;創新型人才

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）21-0071-03

1 引言

人工智能時代使教育實踐發生十分顯著的變化，教學方式和教育形態也會隨之改變。在2019年5月16日召開的首屆人工智能與教育大會上，國家主席習近平在發給大會的賀信中指出：“把握全球人工智能發展態勢，找準突破口和主攻方向，培養大批具有創新能力和合作精神的人工智能高端人才，是教育的重要使命。”[1]而人工智能教育正是實現該使命的重要實踐途徑。在人工智能的強烈沖擊下，教育領域也正發生巨大變革。

2 目前人工智能在教育領域的主要應用

人工智能發展迅速，已在社會各個領域獲得廣泛應用。人工智能與教育的深度融合已成為教育發展不可阻擋的趨勢[2]。目前，人工智能在教育領域的應用主要有五個方面：智能教學系統、智能代理系統、智能答疑系統、智能決策支持系統、智能測評系統。

智能教學系統可以幫助教師進行個性化教學，計算機強大的計算能力及數據分析能力可以根據學生的學習情況提供即時、有效、全面和針對性的學習診斷，以此來幫助教師進行個性化的教學。

智能代理系統主要是搜集教學活動中教師與學生的相關信息，整理后儲存在數據庫中。當用戶提出信息需求時，智能代理就會查詢數據庫是否擁有需求信息，有則提取信息并發送給用戶，沒有則搜索信息，將信息整理歸納后存入數據庫，再將信息發送給用戶[3]。這不僅提高了用戶獲取信息的效率，也提高了信息的全面性和精準性。

智能答疑系統是指能夠自動解答用戶提出的問題的系統，主要通過自然語言的語意理解技術來實現這一功能，不僅可以有效解決學生自主學習遇到的困難，也可以有效地提高學生自主學習的效率。

智能決策支持系統是用來幫助用戶解決復雜的決策問題的輔助系統，它在DSS的基礎上增加了知識庫和推理機。決策的制定需要經過分析、思考、討論等一系列環節一步一步得出來，而該系統通過嚴謹的邏輯來幫助學生解決復雜的決策問題，大大加快了制定決策的速度。

智能測評系統則可根據學生的表現自動化地給出全面的評價，進一步提高了評價的準確性，既減輕了教師的負擔，也為教學方法的改進提供了極大的幫助。

3 人工智能教育應用環境下的探究學習

探究式學習是指教師在教學中創設一定的開放性問題情境，學生通過自主思考、動手實踐，主動發現問題、解決問題并獲得知識和能力的一種學習方式。它強調學生在學習過程中的主體性，主要特點是自主性和探究性，更注重學習過程而非結果。而隨著人工智能教育應用的不斷發展，智能導師系統、智能答疑系統、智能代理系統、智能測評系統、智能決策支持系統等為探究性學習提供了良好的智能學習環境，可以部分代替教師，為學生的探究性學習過程提供強大的支持和幫助服務，從而能更好地培養學生主動分析問題和解決問題的能力，滿足信息時代對大量創新型人才培養的需要。下面就從探究學習的教學過程來分析人工智能應用于探究學習會給教學帶來的變化。

創設問題情境? 探究性學習情境的創設要有一定的真實性，這樣才能使學生產生一種沉浸感，學習環境越真實，這種沉浸感就會越強烈[4]。然而很多真實的問題情境在教學中是難以提供的，這會導致學生無法更好地進行探究學習。比如，現在的骨科臨床醫學生在教學實踐中一般只能使用標本或骨骼模型進行操作，然而標本來源有限，且由于很多部位解剖結構和損傷機制的復雜性，正常結構標本或模型很難全面揭示其特點，又不可能提供真人去給學生做研究，因而教學面臨缺乏直觀性和可操作性的大問題。而依托于智能感知、虛擬現實技術構建的高度情境化的學習環境，則可以使學生沉浸在真實的問題情境中，最大限度地激發學生的探究欲望，大幅度提高學習的臨場感，從而使學生真正地去探索新知、解決問題、獲得能力。

啟發思考? 當創設的學習情境激發了學生的學習積極性之后，教師要及時提出相應問題，問題需要具有一定的啟發性，且要與當前所學知識相聯系，以此來活躍學生思維，培養自主思考的能力。在人工智能技術的支持下，根據人工智能平臺形成的針對所有學生和每個學生的數據集，教師可以清楚地掌握每個學生的學習水平，提出更加適合學生的問題，甚至是不一樣的個性化啟發問題，使問題既能夠真正啟發每個學生思考，又不至于太難而打消有些學困生的學習積極性。在以往探究學習的這一階段，教師需要告訴學生應當利用哪種認知工具或者學習資源去解決該問題，并需要幫助學生解決在探究過程中遇到的難題。但在人工智能教育應用環境下，有豐富的在線資源供學生使用，教師無須規定學生使用的學習資源，且智能答疑系統也可以幫助教師共同解決學生思考過程中遇到的難題，培養學生的計算思維和創新思維。

自主探究? 該過程是學生針對教師提出的問題自主去探索和解決的過程，他們需要利用相應的學習資源進行輔助。在人工智能教育應用環境下，教學資源更加豐富，學生可隨時利用各種網絡終端獲取自己需要的信息，通過線上包括文本資源、多媒體資源、交互教材、影音資源等各種資源的資源庫來查找與問題相關的資料，拓寬自己的思維;并主動對所獲取的新信息進行分析、加工與評價，完成對當前所學知識的意義建構;甚至還可以利用虛擬仿真的學習環境來檢驗自己的方案是否可行，以便進一步思考和修改。在各種軟硬件的支撐下，通過大數據分析，在線學習平臺能夠將教育資源結構化和碎片化，建立起資源推送與學生特征精準匹配的智能體系，有效保證個性化資源推送。

協作交流? 在自主探究的基礎上，教師還應組織學生以小組為單位進行組間或組內的交流與討論，這一過程既可以幫助學生獲得更多的知識，又可以培養學生的合作交流和表達能力。在傳統課堂中，學生因為受到空間和位置的限制而只能和固定的組內成員或者相鄰小組進行合作交流。但智慧教室的使用，突破了傳統教室信息交流方式的局限，也突破了原有教室的桌椅擺放方式，活動桌椅的使用使得學生交流、合作更加方便。頭腦風暴式的學習交流，不僅可以調動學生學習的積極性和參與度，也能激發學生的思維。交流之后，各小組可以將探究成果上傳到電子白板，小組代表面對全體同學進行展示講解，分享合作成果，以供全班同學交流分享。這樣既能提高學生的合作學習能力，又可促進學生對知識的全方位理解，實現學生思維過程的具體化、形象化[5]。

總結評價? 總結評價是實施探究性學習的最后一個步驟。在這一過程中，教師要對學生整節課的表現進行評價，總結學生的優點和不足并提出相應的改進建議，使學生進一步達到最終的教學目標。在人工智能教育應用的教學環境下，通過綜合運用學習分析、智能測評等技術，對學生的各類數據進行分析，包括學生學習行為和教學互動等的學習過程數據、各類作業和練習等的評測數據[6]，多維、客觀、個性化地分析學生的不足和需求，提高對其評價的準確性和針對性，并根據分析結果向學生推送個性化學習服務，進一步提高學生對所學知識的理解與應用。

4 人工智能教育的優勢

人工智能技術應用于教育可以推動個性化學習的發展，有利于創新型人才的培養，可以滿足公民生存和發展的終身學習需要。

滿足個性化學習需求? 首先，利用人工智能技術，學生可以根據自己的需求、學習特點、能力等自主制訂學習計劃、安排學習進度甚至自主選擇學習內容。其次，通過人工智能技術可以精準地對每個學生的學習偏好、作業完成情況、注意力集中情況等進行大數據收集并對其進行分析，根據分析結果為學生制訂相應的階段性學習方案，并對進一步的學習狀況進行跟蹤反饋，不斷完善學習方案，從而真正做到為每位學生提供個性化教育[7]。

有利于培養創新型人才? 人工智能技術應用于教學中，可以促進學生創新思維和創新能力的發展，培養創新人才。中國教育發展戰略學會副會長周滿生說過，如果老師只做簡單的知識傳遞，人工智能可以取代60%;而在培養學生各方面，包括創新能力、批判性思維能力、復雜決策能力、團體管理能力、溝通能力等，人工智能能取代的可能只有30%[8]。而人工智能與教育的深度融合，人機相互協助、相互協同，能夠增強教育服務創新發展能力，培養學生的創新能力。

滿足公民的終身學習需要? 隨著人工智能技術的發展，人們可以隨時隨地學習，盡管不在學校，也可以在人工智能的輔助下根據自己的興趣、生活、工作等需要進行學習，真正地實現人人都是學習者的學習型社會。隨著學習者年齡的增長，可以自動調整和更新學習內容，使學習者始終保持對學習的熱愛，養成主動、不斷探索、學以致用的良好習慣，真正做到學習伴隨每個人終身。

5 人工智能教育應用的未來發展

人工智能技術在教育中的應用，在提升教學質量、創新教學方式、優化人才培養、促進個性化和終身化學習等方面發揮了積極作用，但目前我國的人工智能教育應用還處于初級發展階段，面臨很大的挑戰，同樣面臨巨大的機遇。教育智能化的實現不是一蹴而就的事情，而是一個需要不斷探索、不斷前進的過程。

完善智能時代的教育理論體系? 由于人工智能技術發展過快，新型教學內容不確定，教學目標和教學模式也不明確，教師缺乏相關經驗，成熟的教育理論體系尚未形成，等等，都給教育工作者和教育管理機構帶來困惑。要想解決這些困惑，就要從數據、技術、應用場景等多方面入手，拓寬人工智能教育的應用空間，健全人工智能教育跨學科人才培養體系，而這些教育實踐首先需要一個完整的教育理論體系的指導。

注重人工智能教育應用中的倫理教育? 在人工智能時代不斷發展過程中，維護整個教育發展過程的科學性、健康性成為不可忽視的要點。在人工智能教育應用過程中需要大量數據的挖掘和整合，但由于其技術的復雜性和不可預知性，給倫理帶來挑戰。因此，要重視數據的安全使用和隱私保護，要具備一定的信息意識和計算思維，不僅要將人工智能教育納入課程體系，更要將倫理教育納入，在人工智能教育應用的發展問題上也要制定出科學合理、符合社會規范倫理的法規和制度。

6 結語

人工智能教育應用在促進教學方式變革、創新教學內容和方法、實現教育的個性化和終身化等方面發揮著越來越重要的作用，但在看到其取得重要進展的同時也要意識到其不足之處。人工智能教育應用可以為改變傳統的學習方式帶來可能，目前對于人工智能如何在不同的新型學習方式中進行應用研究還在不斷探索之中，但人工智能教育應用已經成為未來教育的趨勢，學者也將在該領域不斷研究和探索，它終會引領未來教育的發展，引領未來人的發展，引領未來社會的發展。

參考文獻

[1]習近平向國際人工智能與教育大會致賀信[EB/OL].[2019-05-16].http：//www.xinhuanet.com/politics/lea

ders/2019-05/16/c_1124502111.htm.

[2]鄭珂，趙偉剛.人工智能教育應用的典型特征與發展趨向分析[J].中國信息技術教育，2019（Z4）：152-154.

[3]施佳瑋.人工智能在教育中的應用研究[J].北極光，

2020（1）：129-130.

[4]張雪，羅恒，李文昊，等.基于虛擬現實技術的探究式學習環境設計與效果研究：以兒童交通安全教育為例[J].電化教育研究，2020（1）：69-75，83.

[5]楊麗萍.利用智慧教室提升政治教學效益的策略[J].名師在線，2020（5）：89-90.

[6]管玨琪，孫一冰，祝智庭.智慧教室環境下數據啟發的教學決策研究[J].中國電化教育，2019（2）：22-28，42.

[7]王弘揚，龍耘.人工智能助力高等教育發展的動因、特征和方向[J].中國高等教育，2019（20）：57-58.

[8]周滿生：人工智能時代，我們該如何培養創新人才[EB/

OL].[2018-03-14].http：//jyj.gmw.cn/2018-03/14/con

tent_27977150.htm.