教育人工智能下高校信息化教學模式構建研究

晉曉雨，張俊楷

（河南師范大學教育學部，河南 新鄉453007）

1 前言

黨的十九大以來，中國教育質量明顯提高，教育保障條件顯著增強，信息技術的日新月異為教學方式深度變革提供了強有力的技術支持。隨著新一代智能信息技術的快速崛起，教育信息化將迎來向智慧教育轉向的新階段，教育信息化2.0也必將引起教育理念和教學模式的重大變革，成為時代提高教育水平的有效手段，實現以教育信息化促進教育發展的目標[1]。2017年，國務院發布了《新一代人工智能發展規劃》，規劃明確指出在未來教育教學中要充分利用新一代智能信息技術變革傳統的教育教學方式和各類人才培養模式，在新興智能技術的支持下構建新型信息化教育模式體系，推動教育與智能技術深度融合[2]。

隨著人工智能技術的迅速發展和教育實際的現實需要，教育與人工智能之間深度融合誕生了教育人工智能，為高校教育教學帶來了重大變革。教育人工智能如何促進教育信息化以帶動教育現代化的深入發展，如何在教育中運用好教育人工智能來促進高校教育教學和新一代智能信息技術的深度融合，共同促進教育現代化2035計劃成為研究的重要議題，因此研究在教育人工智能背景下對高等教育的信息化教學模式進行重新構建具有重要的理論意義和現實意義。

2 教育人工智能內涵

教育人工智能不是簡單的教育+人工智能，而是學習科學和人工智能技術兩個學科相結合的新興產物，主要指在教育教學過程中，通過人工智能技術，幫助教師、教育研究者深入理解學習者學習的過程以及影響學習者學習的因素，幫助教師合理運用人工智能技術促進教師對教學過程的靈活設計安排、促進學習者作為教育主體有效的參與教與學的過程并為促進學習者的個性化發展創造良好條件[3]。

教育人工智能技術能夠幫助學習者建立智能化、個性化的學習環境，動態分析學習者的特征，結合學習者的興趣愛好和學習者的學習需要提供個性化的學習資源推送服務，借助可視化分析的方式形象表現學習者的學習過程，實現基于學習過程的動態綜合化評價，幫助教育研究者、教育管理者以及教師發現教育規律和學習者的真實需求，根據這些需求進行精準教學。

3 高校信息化教學現存問題分析

教育信息化促進教學方式從先教育后學習轉向先學習后教育、從標準化教學轉向精準化教學、從傳統的學習方式轉向個性化的智能學習方式、從知識傳授轉向實踐創新，從而促進教與學過程的深度融合創新發展。信息化教學模式指在信息技術學習環境的幫助下進行教學活動的教學組織形式[4]。研究從已有的高校信息化教學研究和實踐出發，對其現存的主要問題進行深入分析闡述。

3.1 學習者特征分析模糊

在教學的課前設計階段，學習者分析結果對教師教學資源的選擇具有很大的影響作用，同時，對學習者的學習興趣、學習結果等都有很大的影響作用。在傳統教學中，教師通常是基于經驗的分析學習者特征，無法考慮到所有學習者。教師的教學資源是面向大多數人適用的資源，這會產生學習資源不能滿足學習者或者學習者不能理解學習資源的情況，教師在教學中忽視了學習者的學習興趣，導致學習者的學習成績下降。

3.2 信息化教學缺乏有效性

在教學中，教師運用信息技術進行的教學活動與傳統教學相比缺乏有效性[5]。一方面教師更多的只是將其用作演示工具，沒有充分利用信息技術實現教學過程的師生交互，沒有調動學習者的學習積極性；另一方面，教師過度強調使用新的技術，在使用信息技術進行教學時不考慮真實情景的教學目標和學習者需要，從而出現信息技術應用與教學實際脫軌、未很好發揮技術優勢解決好教育教學問題等現象。此外，教師教學的過程是教學目標實現的過程，因此教師應該充分考慮教學目標和技術應用的情境，切實利用好信息技術進行信息化教學，提高教學的有效性。

3.3 教育評價體系不完善

高校教育評價體系在近年來不斷深化改革創新，但就智能技術具備的巨大潛力而言，仍存在評價體系不完善、評價形式單一等問題。一方面，評價體系不完善，體現在未能充分收集分析學習者的學習數據，從而對學習者的學習情況進行全方位的跟蹤和輔導，僅將測試結果作為學習結果，對教師的教學未產生很大影響；另一方面，評價形式過于單一，只依據測試題或學習者作品進行教師評價、同伴評價和自我評價，而未以分值量化、語言點評和過程記錄等評價形式結合形成綜合學習評價報告。

4 教育人工智能下高校信息化教學模式構建

教與學的發生不僅僅只有知識傳授過程，而應該是一個學習系統，包括學習者、教師、教學資源、教學活動以及支持教學開展的教學環境。相比于傳統教學，教育人工智能時代，學習系統中的各個部分都面臨著巨大的變革，技術支持對學習者行為數據進行深度分析，教師借助分析結果，制定個性化的學習指導策略、個性化推薦學習資源；技術支持教師開展智慧教學和自適應性測試評價，減少重復性工作，讓教師更好地為學習者提供個性化服務；技術支持教師根據評價結果提供學習反思，幫助學習者反思總結自己的學習，更好培養自主學習能力，建立終身學習型社會。總之，教育人工智能在教育中的融合應用，在提升學習者學習興趣和學習效果的同時，幫助教師及時發現教與學中的不足，并針對學習者進行個性化指導。基于此，從構建學習者特征分析模型出發，進而重新構建高校信息化教學模式。

4.1 學習者特征分析模型

作為教學活動的參與者，學習者的個體參與程度決定學習者的學習效果，教師的教學方法和策略、教學資源的設計是否符合學習者的認知很大程度上決定了學習者的參與程度。對學習者特征分析可以得知學習者的知識能力水平、學習動機、學習風格、學習需要等特征，使教師根據學習者特征分析結果個性化地設計教學資源、教學過程，這樣能提高學習者的個體參與程度，對提高學習者的學習效果具有重要意義。因此，在設計教學之前，學習者分析在整個教學中占有舉足輕重的作用。

在教育人工智能出現之前，教師通過經驗、假設等對數據進行分析，選擇學習資源，學習者學習行為數據的價值未在教育教學中得到真實體現和發揮[6]。而如今隨著翻轉課堂等混合式信息化教學模式的普及，基于教育人工智能技術的教育數據挖掘通過收集和分析學習者的行為數據，并借助學習者特征分析模型，將海量的數據進行篩選整理為個體特征數據、學習過程類數據、學習結果類數據和學習情感類數據等，進而借助智能分析手段對學習者的行為數據進行更為具體的可視化分析，打造全方位、立體化的學習者特征模型，得知學習者的知識能力水平、學習動機、學習風格等，幫助教師推送給學習者個性化的學習目標并為學習者提供精準的學習服務。此外，在每次教學活動結束后，教育人工智能通過分析評價學習者的學習過程、學習成果、學業情緒，將各類數據再次進行分析，為形成下一次的學習者特征分析報告進行銜接、組成學習者學習情況動態分析的過程，進而針對性地為不同學習者提供個性化的干預。

4.2 高校信息化教學模式構建

在教學過程中，借助人工智能技術幫助教師實現個性化教學、自動化管理、在線測試評價。使用學習者特征分析模型發現學習者特征，根據學習者特征提供個性化的學習任務單和教學資源，在線學習過程教師不需要過多參與學習者自由學習，學習者學習結束后反饋給教師學習問題，在學習結束后參與在線測試，教師根據測試結果提供個性化的干預和學習反饋。

課前，教師通過分析教學需求和教學內容確定合適的教學目標，通過采集到的學習者個體特征類型學習數據等確定學習者特征，編制個性化的學習任務單、定制和推薦相結合的方式為學習者提供不同的學習資源。使用引導的方式激發學習者的學習興趣、學習動機向認知內驅力的轉變，促進學習者進行自主學習和知識內化。學習者研讀學習任務單，使用智能化推薦的教學資源進行學習，完成學習任務單的各項學習任務并參加課前測試；學生根據測試結果選擇是否補充學習資源進行學習。在線學習應通過教育人工智能技術挖掘和評估課程內容的結構性以及學生學習的有效性，發現學習問題。

課中，教師首先根據課前的學習者學習情況創設教學情景，幫助學生解決學習中的問題；其次通過教育人工智能技術完成學習者的分組，在小組學習過程中，為學習小組智能化提供學習資源，學生也可以從其他渠道獲取學習資源，引導學習小組討論交流總結學習；最后，學習小組之間成果展示、匯報作品。在教育人工智能支撐下的信息化教學過程中，教學能夠更好實現“主導-主體”的雙主教學模式并發揮出雙主教學模式的獨特優勢，教師作為整個教與學活動中的引領者、助學者、導學者和組織者，根據學習者學習情況及時給予反饋和個性化的輔導，引領學習者按照教學目標和個性化的學習目標進行教育教學，組織學習者更好地參與課堂教學活動，并在活動中通過智能化的推薦幫助學習者完成教學活動；學習者是整個教與學過程的重要參與者和主體，在教育人工智能支持下的智能化教學環境中進行個性化的學習，完全參與到教學過程中，利用適應性的教學資源和針對性輔導對教學內容進行更好的內化吸收，學習者的學習情況能夠對課堂教學產生反饋，從而使課堂教學更加靈活多變。

課后，利用教育人工智能記錄并分析所得到的整個教學過程的有效數據，對整個教學過程進行反思評價，并且及時將結果反饋給師生雙方，促進教學活動建設。教育人工智能技術收集、分析學生在課前、課中、課后學習的整個過程中產生的數據，為教師的教學和學生的學習提供精準的評估，以便于教師對整個教學過程進行評價、提供合適的學習反饋與干預，并為下一次教學和學習者分析提供參考。分析學生學習過程中產生的各種過程性數據，能夠發揮技術自身的優勢，切入教育教學問題所在，幫助教師更好地評估學習者的學習過程并預測學習者未來的學業表現，發現學習者知識內化過程中的潛在問題[7]，幫助教師反思教學活動，進而對學習者的薄弱環節做出針對性補充教學和輔導。

5 總結與展望

教育人工智能背景下的信息化教學收集學習資源和學習者的數據，通過學習者特征分析模型對學習者進行特征分析，在評價過程中注重對整個學習過程的評價。在教育人工智能背景下重新構建信息化教學模式，為高校教育教學提供了更廣闊更智能化的教學環境、更多樣更個性化的教學活動，促進教育信息化的快速發展，進而為教育現代化2035作出理論研究貢獻。

教育人工智能和高校信息化教學的深度融合終將成為教育教學的新態勢，實現智能化、個性化、自主化的教與學模式和人才培養模式也是教育信息化的迫切需要。在教育領域應用人工智能技術，實現高校信息化教學模式的更新。作為教育信息化的重要推動力，教育人工智能背景下高校信息化教學模式的創新發展不是立刻就能實現的，不僅需要教育人工智能技術與教育教學實際深度融合，更需要政策、學校、教師以及學習者的共同努力，并在教學實踐中不斷完善更新。