人工智能技術促進地方高校教學變革的路徑

宋權華，白靜華，廖守琴，方昕

(安康學院 電子與信息工程學院， 陜西 安康 725000)

0 引言

2011年以來，隨著互聯網、物聯網、云計算和大數據等信息技術的蓬勃發展，以圖像識別、模式識別和泛在感知數據等為代表的人工智能技術的廣泛應用，人工智能跨越了科學與應用之間的“技術鴻溝”，實現了從“不能用、不好用”到“可以用”的技術突破，迎來了迅猛增長[1]。2015年10月21日，教育部、發改委和財政部發布了《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》，貫徹落實黨中央、國務院關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變(簡稱轉型發展)的決策部署，推動高校轉型發展，明確指出高校在轉型發展過程中應該履行任務之一便是要“深化人才培養方案和課程體系改革”。應用人工智能技術推動高等教育改革和創新對于推動地方高校轉型發展具有重要意義，人工智能技術促進地方高校教學變革有四條主要的路徑：重塑教育理念、重構在線教育資源、變革教育方式和創新應用模式。

1 更新教育理念：人工智能技術與教育融合發展

目前，雖然越來越多的地方高校改革教育教學模式，引入了MOOC、在線互動教學等新型教學形態，但這些模式只是將傳統的課堂教學搬到了網絡，適用于大量重復性知識講解和記憶學習，缺乏深度學習能力的開發，本質上是“弱人工智能”。無論是應用和研究的深度還是廣度，人工智能在地方高校中的應用還處于起步階段，人工智能技術的復雜性和應用經驗的不足給其在地方高校的應用和發展帶來了很大的困難。

在教育理念層面，多數思考的立足點仍然是工業時代以知識傳授為主的教學模式，而非智能時代以核心素養為主導的教育理念[2]，人工智能應用偏重技術化導向而忽視育人本質。對于地方高等院校來說，要將人工智能完全引入教學、研究和管理領域，就必須根據自身發展的實際情況，設計或引入一系列符合學校特點和教育教學規律的人工智能系統。首先，教學管理經費的投入是最重要的保障；其次，人工智能技術和系統引進后，為了提高使用幾率和效率，要顛覆傳統的教學組織、管理過程和模式；最后，當前地方高校教師的信息素養水平普遍偏低，在人工智能系統引入和學校教學研究、管理運維智能化后，要進行一系列的信息化培訓，包括人工智能技術的使用培訓和信息化教學理念、方法的培訓。在人工智能技術與教育融合發展的進程中，高校教師要轉變教育教學理念，既不能有片面狹隘的“技術依賴”，也不能產生教師消亡論導致的“技術恐慌”，辯證地看待人工智能技術與教育的關系，積極適應新形勢和新常態，謀劃教育教學的新發展。

2 重構在線資源：優質在線資源體系和包容性的數據系統

智能導學系統專家胡恩祥教授[3]曾提出“學習者與教育資源對稱性假設”的人工智能教育應用的新理論框架，強調了教育資源在人工智能教育過程中的重要性以及學習者與教育資源雙向互動促進，實現學生知識結構優化和資源整合改進，在人工智能教育應用的理論和實踐層面都具有重要的學術價值和應用價值。隨著教育信息化與人工智能的發展，語音語義識別、自然語言處理(NLP)、圖像識別、虛擬現實(VR)、增強現實(AR)、深度學習、腦神經科學、量子計算和區塊鏈等智能化技術將更多與教育結合，自適應學習、基于大數據的學習分析、智能批改和虛擬教學場景等將是未來高校教學的新形態，把教師從繁重的重復性勞動中解放出來，也必將推動學生思維方式和學校工作方式發生重大變化。

在人工智能技術促進地方高校變革的過程中，在線教育資源是最重要的組成部分之一。匯聚優質資源，構建新的教育生態，改變數字資源呈現形態，提高數字資源質量，以有效互動促進學習效果是建設“人人皆學、處處能學、時時可學”的學習型社會的前提。目前在線教育資源質量參差不齊，人工智能教育資源普遍缺乏有效的互動機制，資源的設計和整合缺乏教學設計的指導和幫助，技術含量低，人工智能的應用主要偏重于知識性教學，以在線練習和測試為主，是網絡化的應試教育，違背了教育教學規律，不可避免出現部分教師和教學管理人員的“技術依賴”或“技術恐懼”。大多數基于信息技術開發的在線學習資源和平臺主要作為傳統教學的補充和替代，是一種“補償式應用”和“替代式應用”，而適合學習者個性化需要的適應性教育資源不是很充分。

數據是發展人工智能的一個基本要素。數據在人工智能教育應用中的作用一方面在于要評價人工智能促進地方高等教育發展效果的好壞，學習數據是重要的依據，而數據質量就是人工智能教育應用主要關注的問題；另一方面在于創造真正個性化學習的唯一途徑是跟蹤學生的學習行為，收集學習數據。學習數據可以提供關于學習者兩個層次的信息：第一層是提供給學習者訪問的實際內容，稱之為一階信息；第二層次的信息是部分隱藏的，是與用戶訪問和使用內容的行為方面有關的數據，這是由人工智能控制的數據，并不是每個人都能輕易獲得，稱之為二階信息[4]。地方高校要改進教育管理系統、智能化學習系統或教育應用中的其他人工智能設備，利用硬件設備和網絡化系統全面綜合采集教育數據，將學生個性化學習狀況、心理發展狀況、行為變化狀況和思維發展狀況等作為數據采集評價的指標，及時發現應用中的盲點，為教學決策和研究提供第一手資料，以便快速優化提升人工智能教育系統的性能以及教育教學質量。

3 變革教育方式：數據驅動的個性化學習

教育信息化的高端形態是智能教育，構建人工智能教育環境，變革傳統的教育教學方式，促進教育的系統性變革是人工智能教育應用的首要目標。人工智能技術在地方高校中應用的關鍵在于要利用人工智能創設互動學習空間以及以虛擬現實、混合現實等為代表的虛擬學習空間；開展以游戲化學習、體驗式學習和適應性學習等為主的教學，促進學生多元智力的提升和發展；對地方高校教師和學生進行科學教育，促進人工智能導師系統在大學生學習中的應用；設計出適應智能時代個性化學習、自主學習的系統；引入智能機器人，智能測評系統等，開展基于教育大數據的學習效果智能評估，有效提高評價的實效和準確性；對教與學過程給予及時的評估和反饋，并提供數據計算和統計，為正確的教學決策提供重要幫助；促進個性化學習和學生自主發展，全面提高人工智能的應用效能。

綜合這些應用的關鍵點，首先，在教育教學中合理使用人工智能技術。地方高校要積極探索基于人工智能技術構建智能化、交互式學習環境，滿足學生的個性化學習支持服務的思路和方法。當前信息技術沒有從根本上引發地方高校課堂教學和學生個性化學習革命[5]，在人工智能融合地方高校教學的發展過程中要探索基于數據精準支持的疑難知識學習，基于大數據精準供給師資的高品質個性化學習的實現方式和路徑，也要關注人工智能對計算機教育應用的增強和擴展，專家系統等智能輔導系統促進教學智能化的方法以及以深度學習為主的學習分析系統促進教學智能化的方法和過程，人機協同解決教與學過程中的問題等智能教育過程中技術化的問題[6]。人工智能可以在教與學中不斷增長的學習分析、課程材料質量評估、適應性學習和推薦引擎等領域發揮作用，可以基于現有的MOOC等網絡化學習系統，為個體學習者以及混合式學習創造學習實踐和優化的途徑。

其次，提高教師信息素養。教師信息素養是人工智能技術與地方高校教育教學深度融合發展的時代要求，是加快人工智能驅動教學范式轉型發展的關鍵所在。據調查，大部分地方高校教師和管理人員對人工智能+教育、人工智能+教學、人工智能+學習和人工智能+評價等教育教學新常態認識不足，教師們對人工智能與教育融合的認識還停留在信息技術技能的掌握和信息技術的教學應用上，將“人工智能+教育”簡單理解為“教育+人工智能”，即在傳統的教學中使用互聯網技術和信息技術。目前，由于教師信息素養不夠，在教育信息化過程中面對眾多的教育教學新問題時無法處理，教學過程中的教學決策和教學組織更多依賴多年的教學經驗，不能精確分析學生的狀況導致教學目標寬泛不精準，教學環節和過程的設計依靠教師的主觀判斷，對課程教學效果的評價片面化、簡單依賴考試、缺乏科學性。這些狀況的存在導致課程教學模式改革流于形式，為了應用技術而應用技術，人工智能教育脫離學生發展需求，人工智能教育模式的應用難以實現個性化教學的需要[7]。

最后，基于教育數據實施精準教學決策。教育大數據是人工智能時代教育的基本要素，“人工智能+教育”是要利用人工智能技術來營造全新的教育教學環境，要具備從人工智能技術在地方高校教育應用過程中發現并明確問題，運用教育數據對問題進行分析和解釋，最終將教育數據轉化為教學決策的依據，并基于教學決策進行個性化教學實踐與評估[8]，從而在本質上徹底革新和顛覆傳統的教育教學模式。地方高校教師要正確認識人工智能教育應用，并主動培養自身適應信息社會的能力，在人工智能環境中生存的能力和創新能力。

4 創新應用模式：“三位一體”融合發展

人工智能技術教育應用的基本邏輯要回歸到“教育目標及評價”這一教育教學活動的根本出發點，人工智能教育應用要突出以人的發展為核心以及弱人工智能階段技術促進教育發展的實現流程[9]，從而為人工智能技術的教育應用模式明晰方向，并為實現深度人機協同發展探索和積累理論以及實踐層面的借鑒經驗。如前文所述，目前人工智能與地方院校融合發展中存在的主要問題：一是經費和資源問題，二是師資能力問題。要促進人工智能技術與教育教學的融合發展，地方院校既要更新觀念，主動擁抱人工智能，又要冷靜思維，探索適合院校實際的發展路徑，從當前現實和趨勢來看，以人工智能技術支持下學生綜合能力培養為主體、以人機協同發展、校企協作共進和多學科交叉融合三個維度為核心的“三位一體”融合發展是比較理想的模式，如圖1所示。

圖1 人工智能技術與地方高校教學融合發展的“三位一體”模式

首先，人機協同育人，促進人的智慧發展。人工智能技術支撐的機器人在感知、識別、分析和運算方面具有精準、快速的先天優勢，但是它完全依賴于外部海量數據的輸入，在經驗和創造力方面存在短板。與機器相比，人具有經驗和知識創造能力，地方高校在人工智能應用過程中不能搞“一刀切”，盲目地將所有課程簡單轉化為在線學習，導致“技術依賴”和“技術恐懼”。要發揮教師的主導、影響作用和人工智能技術的輔助作用，因此，人機協同、互相彌補是解決人工智能應用的有效途徑。

其次，校企協同發展，解決場景、經費和技術迭代更新問題。人工智能技術還遠未達到普及應用，學校教育中的應用還停留在理念層面，人工智能產品的設計開發又需要龐大的經費和人力物力，校企合作、協同發展是解決途徑之一。在設計制造層面，企業提供場地和經費，學校提供智力支持和人力資源，直接將實習實訓的場地設在企業，避免高校專門建設此類實驗室和教學場景，緩解財力、物力、人力的壓力；在應用層面，學校提供教育教學數據資源以便更新升級產品，企業提供技術和實驗條件支撐，形成產學合作育人的新常態、新模式，促進人工智能產品的優化升級和地方高等教育應用，驅動創新人才培養。

最后，人工智能技術與多學科多領域創新融合發展。人工智能與各學科領域都有著千絲萬縷的聯系，與神經科學、心理學、計算機科學和信息技術等領域都有廣泛交叉，人工智能與多學科的交叉有利于促進傳統教學模式的改革，實現高校教學和研究的跨學科、跨平臺和跨時空發展。地方高校要打造一批跨學科綜合課程、跨學科專業教師隊伍，培養具備人工智能時代跨學科實踐能力、綜合多種學科解決問題能力的學生，利用人工智能技術的推動突破學科之間的壁壘。

基于以上分析，在人工智能與教學融合的過程中，高校可采取的舉措有：第一，重新設定人才培養目標，將傳統的以知識、技能為主的專業學習目標轉為培養學生具有合理的價值觀、具有較好的創新思維能力以及自主學習能力等終身學習能力的培養。第二，改變學習資源供給體系，突破書本、教師與課堂的限制，廣泛利用網絡資源促進學習資源全面、立體化呈現；同時拓展應用企業實踐環境和資源，促進知識理解與創生。第三，轉變學習方式，有效利用各種學習空間，形成課堂學習與移動學習、線上學習與線下學習、學校學習與校外實踐交融共生的學習新格局。

5 總結

人工智能技術作為新一輪科技革命的重要代表之一，正從技術研發走向產業應用，已成為全球經濟發展的新動力。目前，國家對利用人工智能促進高等教育變革已經提出了明確的指示和要求，地方高校要在改革創新中強化人工智能應用的主體地位。對于地方高校來說，充分利用以人工智能為代表的新信息技術將是抓住機遇、實現教育教學變革和升級發展的關鍵。毫無疑問，智能教育是未來的教育發展趨勢，在推動人工智能高等教育應用的過程中，需要地方高校、企業和教師個人、學生等各方共同努力，如何有效解決應用過程中出現的問題、滿足新的教學需求將是人工智能促進地方高等教育發展的關鍵。