AI 時代教育人工智能輔助教學的現狀及挑戰

胡靜漪

（喀什大學，新疆 喀什 844000）

為迎接人工智能時代的來臨，各國紛紛頒布法律法案，以便在AI 領域占領先機。2016-10 美國率先發布《為人工智能的未來做準備》，其中談到了AI 的發展現狀、對勞動力的影響、法律法規的制約、國際合作等問題，英國緊隨其后發布了《人工智能：未來決策制定的機遇與影響》，表明AI 是一場新的革命，是數字革命時代的引擎，已經對人們日常的生活、商業活動和政府的治理帶來了重大的機遇。日本內閣審議通過的 《科學技術創新綜合戰略2016》中，進一步明確提出了“超智能社會”的內涵和框架，緊跟人工智能全球發展的潮流。中國政府在2017-07 發布《新一代人工智能發展規劃》提到：“人工智能在教育、醫療、養老、環境保護、城市運行、司法服務等領域廣泛應用，將極大提高公共服務精準化水平，全面提升人民生活品質”[1]。

至此，全球已經掀起發展人工智能的浪潮，教育領域也不能置身事外。2018-04，教育部發布了《教育信息化2.0 行動計劃》，該計劃明確指出將信息技術納入初、高中學業水平考試，從提高學生在IT 技能應用到提高IT 成就[2]。以前人工智能主要運用在高等教育，基礎教育階段還是以傳統教育方式為主，但是隨著“教育+AI”領域的技術發展，基礎教育也必將受到影響，每一個教育者和受教育者都要做好迎接轉變的準備。

1 教育人工智能發展現狀

1.1 改革傳統學校

人工智能對學校的改變體現在兩種形式上，包括對傳統學校進行改革或創辦虛擬學校。中國河南省教育廳于2019年決定在全省遴選10 個縣（市、區）作為全省中小學人工智能教育實驗區、500 所中小學校作為全省中小學人工智能教育實驗校。美國虛擬學校教育是K-12 教育中發展最快的教學形式之一，自2012 年以來，美國已有32 個州的教育部門主動提供了中小學在線教育。以路易斯安那州為例，2010年開設了全州第一所遠程學習高中，該所高中提供在線或混合授課，學校從不同的教育供應商選擇課程，并能靈活調整課程內容與教學安排。

1.2 輔助課堂教學

智能輔助系統可以模擬一對一人工輔導，尊重學習者認知需求，提供適當的活動和反饋。在美國得克薩斯州，每年有超過十萬名學生輟學，面對這個驚人的數字，許多地區正在創建虛擬在線系統來代替學校幫助落后生重回正常的學習軌道，擺脫輟學的風險。Plato 是提供高中核心課程的在線程序，由課程的教程、應用程序和測試組件組成，提供的主要學習活動就是讓學生閱讀材料并進行測試，測試的題目包括概念、原理和排序，也會對學生進行寫作訓練；Apex最初是為高級選修課而創建的在線程序，現在已經對其課程進行了修改，增加常規的高中核心課程和能恢復學分的課程。

1.3 開放教育資源

當今全球交往通過互聯網技術的聯系日益密切，全球學校也跨越國界團結起來，教育資源的開放程度也成為衡量各國教育人工智能發展水平和教育公平的一個標準。

“開放教育資源”（OER）一詞最早于2002 年在聯合國教科文組織舉辦的關于高等教育開放論壇上被提出，英國公開大學是最早采用OER 的高等教育機構之一，該學校于2006 年啟動了OpenLearn 平臺。中國通過教育部的中國精品課程計劃將開放教育資源納入政府政策支持，并為OER的開發和維護提供資金。美國聯邦政府在《每個學生都成功法案》中數字學習定義部分強調了開放資源以增強學生的教育體驗，該法律也明確允許各州使用聯邦整體撥款運行開放教育資源項目。

2 人工智能輔助教學的應用

2.1 提供個性化學習方案

因材施教一直是教育者遵循的重要教學原則，但在傳統課堂中，由于時間和精力的限制，教師要做到這一點非常困難。隨著AI 技術的發展，這一問題將得到有效解決。

計算機程序能給學生提供各種學習資源并使學生參與互動學習，當學生在回答問題時犯了錯誤時，程序會在學生與程序的所有先前交互中搜索模式并進行分析。同時，計算機程序創建了一個學生模型，并將其用于最佳響應，其給學生的回復可能是建議復習相關知識，觀看短片或者回答一系列難度增加的問題等，這個回復不僅取決于一個錯誤的答案，還取決于該程序至今已積累的有關學生的全面知識以及學生的最近發展區，使學習目標的達成既不容易也不困難。

2.2 降低輟學率

使用人工智能技術對學生的家庭信息、考試成績、上課記錄、圖書館借閱記錄等信息的分析能夠幫助學校篩選出輟學風險較高的學生。校方可以提前采取措施，最大限度地減少輟學人數。比如佐治亞州立大學每年夏天都有10%～20%的學生輟學離校，為了緩解這種情況，佐治亞州立大學引入了人工智能系統，在佐治亞州立大學使用聊天機器人Pounce的第一年，夏季的輟學人數減少20%以上，收效顯著。

2.3 改進教育評價模式

在一段時間學習后衡量學生的成績，這種總結性評價對于總結一個階段內的教學效果很有用，但對指導日常教學卻沒有幫助。相比之下，以學生為中心的形成性評價在指導教學和支持學生學習方面很有用，卻不能總結和對比學習成果。為解決這一問題，現可以將這兩種評價模式合并到人工智能評價系統，系統可以使用兩種評價方法，并利用計算機技術、教育測量方法來解決。例如ASSISTments 平臺可通過首先評估標準化考試中學生所需的知識，根據學生已有的和所需的知識提出量身定制的問題，在總結性評估和形成性評估之間提供良好的協同作用。

2.4 輔助特殊教育

在特殊教育領域，人工智能系統將幫助更多生理或心理缺陷兒童完成學業。為期3 年的歐洲項目MaTHiSiS 將在意大利、西班牙和英國大約二十所學校進行試點，選取5～18歲患有多重感覺障礙、智力困難或自閉癥的學習者與主流教育的學習者使用MaTHiSiS 系統，評估該系統對每個學習者的促進作用。該項目通過分析學生的面部表情和反應來使因疾病或精神殘疾而出現嚴重學習問題的人繼續學習，創建了新的教育框架，使新技術與正規和非正規教育相結合[3]。

3 教育人工智能發展的挑戰

3.1 增加教育成本

無論哪個國家要在教育中普及AI，成本和可持續性都是必須考慮的問題，教育人工智能的程序、軟件和其他教育資源一樣，都需要創建和維護的成本。佐治亞州立大學所使用的Pounce 程序價格為每名學生7～15 美元；弗吉尼亞州有22 所學校嘗試使用了弗吉尼亞社區學院系統，其中包括GET Answers 視頻和經濟援助聊天機器人，這些軟件的報價從17 500～385 000 美元不等。可見在教育領域普及人工智能，必然會增加教育成本和教育投入，這也需要政府在資金方面進行大力支持。

3.2 教師和學生缺乏情感互動

師生之間的接觸和對話是影響教學效果的重要因素，面對面的課堂交往使得教師和學生間的互動更加便捷、高效，互動方式也多樣化，更容易進行情感互動和集體教育。而在網絡學習時，任何互動都是通過在線進行，會使學習者產生孤獨感和沮喪感，從而影響了其對學習的興趣。欣慰的是，許多通過網絡授課的教師已經認識到這一問題，增加對學生的有效監控和及時反饋，調動學生參與學習的積極性。

3.3 教師隊伍建設亟需改進

《中共中央國務院關于全面深化新時代教師隊伍建設改革的意見》要求“教師主動適應信息化、人工智能等新技術變革，積極有效開展教育教學”[4]，并將教師隊伍建設作為推動人工智能時代教育變革的關鍵，放在優先考慮的地位。同時教育者的角色和責任也將被重新定義，教師的任務變為支持學習者尋找、發現和整合信息，并使學習者們成為獨立的思考者。因此在新時代，教師的專業發展不僅僅是教育教學專業知識的增長，還要學習人工智能工具的使用，以此來順應時代發展。

3.4 尚未建立標準的審核體系

當在線教育這種學習方式在未來越來越普及時，人工智能程序可能會取代教科書，成為未來主要的教育資源。教科書的推廣使用會經過教材審定委員會的重重考查，但對種類繁多的人工智能教育程序或軟件進行審查的評估系統卻還沒有建立，并且基于人工智能的自動分類系統可作為補充和協助人類的一種手段，但目前尚不能替代人類對教育資源和教育內容分類。目前也缺乏專門的教育平臺或系統用于評估在線教育，主要還是依靠教師進行考核評估，因此建立一個標準化的審查評估體系對于教育人工智能長久發展具有重要意義。