人工智能在高校教育教學(xué)中的應(yīng)用與研究

陸世堯

(南京城市職業(yè)學(xué)院，南京 211200)

通過人工智能提高人才培養(yǎng)質(zhì)量和學(xué)生素養(yǎng)，滿足個性化教學(xué)需求是人工智能在教育教學(xué)中的研究方向，高校也期望通過人工智能的先進技術(shù)助力于教育教學(xué)改革，實現(xiàn)智慧化教學(xué)。科技無法替代人類，但在人工智能時代，教師可利用科技手段進行教育模式的變革，提高教學(xué)質(zhì)量[1]。國務(wù)院發(fā)布的《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中也明確指出，要加快推進“三通兩平臺”建設(shè)與應(yīng)用，加速推動教育信息化的發(fā)展，利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能及虛擬現(xiàn)實技術(shù)探索教育教學(xué)新模式，建立建成智慧化校園。國務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中指出，要加快人工智能創(chuàng)新運用，發(fā)展智慧教育，構(gòu)建包含智慧學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的新型教育體系，開展智慧校園建設(shè)，推動人工智能在教學(xué)、管理、資源建設(shè)等方面的全流程應(yīng)用[2]。沒有教育信息化就沒有教育現(xiàn)代化，“人工智能+教育”引發(fā)了教育顛覆性變革，人工智能和教育的深度融合或?qū)⒊蔀榻逃母锏闹卮笸屏Α?/p>

1 人工智能在教育教學(xué)中的應(yīng)用及優(yōu)勢

在互聯(lián)網(wǎng)時代背景下，通過人工智能技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)智慧教育，滿足個性化需求，現(xiàn)已取得了一定成果。人工智能技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用對于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、個人能力、職業(yè)素養(yǎng)等都有極大幫助。人們對于人工智能的依賴度越高，就越期望該技術(shù)能夠成熟、穩(wěn)定地應(yīng)用于教育教學(xué)之中，從而帶來教育教學(xué)的改革和創(chuàng)新。雖然科技不能完全取代教師，但在萬物互聯(lián)時代，教師可以采用信息化技術(shù)及智能化設(shè)備結(jié)合傳統(tǒng)的教學(xué)方法對教學(xué)模式進行改革[3]。

隨著高校教育體系科技化程度的深入發(fā)展，人工智能不僅在教學(xué)中受到關(guān)注，也在高效的科研和行政管理中逐漸凸顯出優(yōu)勢。教育資源已經(jīng)形成了大量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)原型，利用人工智能技術(shù)建立大數(shù)據(jù)模型即可實現(xiàn)教育資源的整合。大量的數(shù)據(jù)模型提供了各業(yè)務(wù)信息化平臺的數(shù)據(jù)抽取，如教務(wù)系統(tǒng)、教學(xué)系統(tǒng)、學(xué)工管理系統(tǒng)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理，方便了教師與學(xué)生的使用。高校的教育教學(xué)離不開實驗實訓(xùn)，引入人工智能實驗實訓(xùn)系統(tǒng)可以對學(xué)生實驗實訓(xùn)環(huán)節(jié)進行指導(dǎo)和分析，準(zhǔn)確判斷出學(xué)生對操作技能掌握的短板，從而有針對性地強化短板訓(xùn)練。人工智能所提供的人機交互式學(xué)習(xí)不僅增強了學(xué)生個人體驗性和課題娛樂性，還大大降低了學(xué)習(xí)成本。在課外自主學(xué)習(xí)方面，學(xué)生可通過智能檢索或智能語音問答等技術(shù)來進行，不用完全依賴于教師指導(dǎo)，提升自主學(xué)習(xí)能力的同時也降低了教師的工作量。

2 人工智能在教育教學(xué)中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 智能識別技術(shù)

智能識別技術(shù)是人工智能領(lǐng)域中最基本的技術(shù)，它由兩部分構(gòu)成，分別是圖像識別技術(shù)和語音識別技術(shù)。圖像識別技術(shù)在高校的教育體系中運用的最早，也是最為廣泛的技術(shù)。例如，在學(xué)習(xí)過程中遇到難以解答的問題時，學(xué)生可以使用智能手機把問題內(nèi)容拍攝成圖片，然后上傳到學(xué)習(xí)平臺中，學(xué)習(xí)平臺中的智能識別模塊通過圖像識別技術(shù)對上傳的圖片進行識別處理，處理完成后再通過檢索得出結(jié)果，最終反饋給學(xué)生。目前的圖像識別技術(shù)不僅能識別出印刷文本，對手寫文本也具有較高的識別度，而且還能對學(xué)生的作業(yè)及考卷進行自動化批閱。人臉識別技術(shù)可以通過人臉進行身份驗證，比如對簽到、替考等行為的管理，有效提高了教學(xué)管理效率。人臉識別技術(shù)還可以對學(xué)生在課堂中的微動作、微表情進行識別，結(jié)合學(xué)習(xí)分析技術(shù)得出學(xué)生在不同學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的心理狀態(tài)和學(xué)習(xí)狀況。

除了圖像識別技術(shù)外，語音識別、語義識別等技術(shù)也飛快運用到了教育教學(xué)中，教師和學(xué)生在使用智能教學(xué)平臺進行人機交互的過程中，語音識別技術(shù)能夠?qū)崟r將識別到的語音轉(zhuǎn)化為文字，有效提高了人機交互的效率。智能語音識別技術(shù)還能對一些語言類的課程進行自動化評估，不僅減輕了教師重復(fù)批閱的工作量，也降低了一些主觀因素帶來的偏差，有利于形成科學(xué)的教學(xué)評價。

2.2 學(xué)習(xí)分析技術(shù)

學(xué)習(xí)分析技術(shù)主要是以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析。高校教務(wù)教學(xué)平臺會將學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心通過大數(shù)據(jù)的跟蹤和比對形成學(xué)生畫像，教師再結(jié)合學(xué)生畫像中的學(xué)習(xí)規(guī)律和特征調(diào)整教學(xué)計劃，制定因材施教策略，實施開展個性化教學(xué)。學(xué)習(xí)分析技術(shù)能夠動態(tài)預(yù)先評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，將抽象的學(xué)習(xí)過程通過可視化的數(shù)據(jù)駕駛艙呈現(xiàn)出來，教師通過接收到的反饋信息，及時、有針對性地調(diào)整教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生也能以此為參考，實時改變學(xué)習(xí)方法，合理安排學(xué)習(xí)時間。結(jié)合大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析技術(shù)能夠得出學(xué)生學(xué)習(xí)特征，然后通過學(xué)習(xí)特征篩選出匹配度較高的知識內(nèi)容，再將匹配度較高的知識內(nèi)容推送至學(xué)生，以此提高教學(xué)內(nèi)容推送的適應(yīng)性及精準(zhǔn)度。學(xué)習(xí)分析技術(shù)也是人工智能技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺中最核心的功能。

2.3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

人工智能技術(shù)的應(yīng)用帶來了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的高速發(fā)展。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以說是學(xué)生學(xué)習(xí)方法上的革命，它使學(xué)生能夠充分調(diào)動自身感官參與學(xué)習(xí)，不僅帶給學(xué)生沉浸式的學(xué)習(xí)體驗，還使他們的專注力、理解力、學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率都有極大提升。按照不同應(yīng)用場景下的功能可以分為虛擬校園、虛擬漫游及虛擬實驗等。教師在授課前從三維數(shù)據(jù)庫中配置好課程對應(yīng)的模型和場景，這樣就會在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中看到各種3D視覺效果，讓學(xué)生感同身受地參與在虛擬環(huán)境中必然能產(chǎn)生傳統(tǒng)教學(xué)模式所達不到的效果。除了使用計算機設(shè)備以外，還會配置一些特殊設(shè)備，如三維顯示器、數(shù)據(jù)手套、智能頭盔等。沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以營造一種較理想的虛擬現(xiàn)實環(huán)境，使體驗者有親臨其境的感覺。還有一種非沉浸式體驗，只需要通過計算機設(shè)備就能感受視覺與聽覺，非沉浸式體驗盡量使用軟件去模擬接近較理想的虛擬現(xiàn)實環(huán)境。雖然在沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境中對硬件設(shè)施的投入相對較高，但對應(yīng)產(chǎn)生的仿真教學(xué)情境效果和感受也更加真實[4]。

3 人工智能在高校教育教學(xué)中的應(yīng)用場景

人工智能在高校中的應(yīng)用場景越來越廣泛，其中教育教學(xué)的應(yīng)用效果最為明顯，通過與教育教學(xué)的互相結(jié)合給教育教學(xué)改革帶來了無限的可能，這與各大院校積極、主動推行這種教育教學(xué)改革是分不開的。現(xiàn)介紹三個在高校教育教學(xué)中較為普遍的應(yīng)用方向。

3.1 認(rèn)知智能技術(shù)促進教學(xué)測評的自動化

通過圖像識別技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)測評自動化，圖像識別技術(shù)不僅可以準(zhǔn)確識別出機打的書面文字，還可以對一些模糊的手寫文字識別達到較高的識別率。采用人工智能技術(shù)的測評系統(tǒng)在早期的學(xué)習(xí)過程中分別從寫作的各個環(huán)節(jié)對學(xué)生進行指導(dǎo)，再綜合分析學(xué)生的具體學(xué)習(xí)狀態(tài)，然后結(jié)合反饋意見進行仔細(xì)修正，最后測評系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)定的各項分值標(biāo)準(zhǔn)綜合性對學(xué)生的寫作內(nèi)容進行自動評價。

3.2 用人臉識別和行為識別技術(shù)進行學(xué)習(xí)行為分析

學(xué)習(xí)行為分析系統(tǒng)可以利用人臉識別技術(shù)的比對分析、動作行為分析和視頻結(jié)構(gòu)化分析等技術(shù)來實現(xiàn)室內(nèi)無感知點名、課堂教學(xué)數(shù)據(jù)搜集，并對數(shù)據(jù)進行跟蹤比對、綜合建模，實時動態(tài)跟蹤教學(xué)效果，提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生管理的工作效率。

3.3 學(xué)習(xí)分析技術(shù)推動智能化教學(xué)

大數(shù)據(jù)的分析及處理技術(shù)越發(fā)成熟，高校數(shù)據(jù)中心對于捕獲來的數(shù)據(jù)分析也越來越精細(xì)化，教師在教學(xué)過程中更多是采用融媒體顯示系統(tǒng)來實時動態(tài)掌握每個學(xué)生及每個學(xué)習(xí)小組的具體表現(xiàn)。

4 結(jié)語

人工智能的識別技術(shù)及學(xué)習(xí)分析技術(shù)在高校的教育教學(xué)改革中越來越重要。在傳統(tǒng)教育教學(xué)模式中，學(xué)生無法離開教師的指導(dǎo)，如果脫離了教師的指導(dǎo)，學(xué)生必須花費較大的精力去尋找解決方法。而人工智能打破了這種模式，通過利用人工智能學(xué)習(xí)分析技術(shù)的教學(xué)系統(tǒng)，可以在傳授知識的同時結(jié)合大數(shù)據(jù)平臺收集和整理學(xué)生學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，實時分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為并進行有效跟蹤及指導(dǎo)反饋，實現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)的個性化學(xué)習(xí)[5]。在教育部大力倡導(dǎo)“人工智能+教育”的相關(guān)政策指引下，人工智能成為了高校教育信息化創(chuàng)新發(fā)展的研究方向，通過融合創(chuàng)新及優(yōu)化教育服務(wù)的供給方式來深化教學(xué)模式變革將成為人工智能在高校教育教學(xué)應(yīng)用中的未來。