基于AI學(xué)習(xí)的生態(tài)圈平臺(tái)建構(gòu)與開(kāi)發(fā)

廖奔益，胡曉容

(內(nèi)江師范學(xué)院 人工智能學(xué)院，四川 內(nèi)江 641100)

1 引言

伴隨著信息技術(shù)的不斷推進(jìn)，智慧機(jī)器人，智慧學(xué)習(xí)平臺(tái)的不斷出現(xiàn)，社會(huì)整體信息化程度不斷加深，教育行業(yè)也慢慢向著信息化大數(shù)據(jù)方向改革。2016年6月7日，教育部印發(fā)《教育信息化“十三五”規(guī)劃》明確表明要推動(dòng)信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合的核心理念。《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》也特別強(qiáng)調(diào)要構(gòu)建一體化的“互聯(lián)網(wǎng)+教育”大平臺(tái)[1]。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，智慧地球、智慧醫(yī)療、智慧城市、智慧交通等“智慧化”理念陸續(xù)被提出[2，3]，信息技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入智能化的發(fā)展和應(yīng)用階段，智慧教育開(kāi)始生根發(fā)芽[4，5]。基于AI學(xué)習(xí)建構(gòu)和開(kāi)發(fā)生態(tài)圈平臺(tái)將進(jìn)一步推進(jìn)我國(guó)智慧教育的進(jìn)程。

2 學(xué)習(xí)生態(tài)圈闡述

2.1 生態(tài)圈的內(nèi)涵

生態(tài)圈是地球所有生態(tài)因子的總稱，最大的特點(diǎn)就是食物鏈。生態(tài)系統(tǒng)是生態(tài)圈中的一個(gè)因子或一個(gè)部分。生態(tài)學(xué)最早是在1886年由德國(guó)生物學(xué)家Haeckel提出[6]，意思是研究動(dòng)物與周圍環(huán)境之間的相互作用和關(guān)系。不同生態(tài)圈之間相互關(guān)聯(lián)，相互依存，相互作用的關(guān)系。

2.2 學(xué)習(xí)生態(tài)圈的涵義

學(xué)習(xí)生態(tài)圈中的一個(gè)重點(diǎn)組成部分即是學(xué)習(xí)共同體[7]，而學(xué)習(xí)共同體是根據(jù)人類是群居動(dòng)物的社會(huì)屬性提出的一種形式，其中人類的學(xué)習(xí)活動(dòng)在父母、老師、朋友、同伴的共同學(xué)習(xí)作用下進(jìn)行的。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的盛行，在網(wǎng)絡(luò)生態(tài)環(huán)境中配套各種線上和線下的協(xié)作學(xué)習(xí)服務(wù)，逐漸組成了線上的學(xué)習(xí)共同體，形成了線上學(xué)習(xí)生態(tài)圈，促進(jìn)了人與教學(xué)資源的高度融合。

3 學(xué)習(xí)能力調(diào)查

對(duì)內(nèi)江師范學(xué)院人工智能學(xué)院部分學(xué)生的學(xué)習(xí)能力進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查。調(diào)查顯示大學(xué)生學(xué)習(xí)能力存在3個(gè)主要方面的差異。

(1)成績(jī)不好的學(xué)生大多害怕教師上課對(duì)自己提問(wèn)，不愿意也不好意思與任課教師進(jìn)行學(xué)習(xí)交流。不少學(xué)者認(rèn)為對(duì)于老師的恐懼心理是影響自己學(xué)習(xí)成績(jī)的主要因素之一[8～10]。如果能夠讓學(xué)生克服這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)就能夠得到較快地提升。

(2)其次是學(xué)生不能對(duì)于錯(cuò)題進(jìn)行有效的管理，在題海戰(zhàn)術(shù)中錯(cuò)題總是一錯(cuò)再錯(cuò)[11]。學(xué)生會(huì)參照錯(cuò)題進(jìn)行自我批判但是再次進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)效果并不好，具體表現(xiàn)在只記錄摘抄正確答案和解析，不剖析錯(cuò)因，也缺少反思意識(shí)；就題論題，歸納概括不足；復(fù)習(xí)鞏固欠缺。有些學(xué)生在老師講解錯(cuò)題后能夠跟上教師思路，但是擱置一段時(shí)間后就又不知道怎么解題了。對(duì)于錯(cuò)題學(xué)生一味地刷題其實(shí)作用并不大，對(duì)錯(cuò)題進(jìn)行有效的管理，彌補(bǔ)知識(shí)缺陷尤為重要。

(3)學(xué)生線上學(xué)習(xí)的效果太差。學(xué)生線上學(xué)習(xí)不自覺(jué)，將手機(jī)、電腦當(dāng)成純娛樂(lè)工具[12]。在生活中手機(jī)已經(jīng)成為人們生活中必不可少的部分。在進(jìn)行學(xué)生情況調(diào)查時(shí)，調(diào)查學(xué)生利用手機(jī)的功能時(shí)，結(jié)果顯示學(xué)生主要使用的是聊天軟件以及娛樂(lè)游戲軟件。學(xué)生對(duì)電子學(xué)習(xí)設(shè)備的定位還停留在初步認(rèn)識(shí)階段。現(xiàn)階段學(xué)習(xí)已經(jīng)形成下線講課，線上復(fù)習(xí)階段，而學(xué)生定位手機(jī)的用途不準(zhǔn)確。

4 AI學(xué)習(xí)生態(tài)圈APP功能搭建

基于AI學(xué)習(xí)建構(gòu)并開(kāi)發(fā)一個(gè)學(xué)習(xí)生態(tài)圈對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行約束，讓師生相互督促一起學(xué)習(xí)很有必要。生態(tài)圈需要確定生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者以及無(wú)機(jī)環(huán)境。在學(xué)習(xí)生態(tài)圈鐘以學(xué)生作為消費(fèi)者；教師作為生產(chǎn)者；學(xué)校、家庭、平臺(tái)作為無(wú)機(jī)環(huán)境；將平臺(tái)管理人員和助教作為分解者。AI學(xué)習(xí)生態(tài)圈APP平臺(tái)功能劃分如圖1所示。

圖1 AI學(xué)習(xí)生態(tài)圈APP功能劃分

AI學(xué)習(xí)生態(tài)圈APP主要由問(wèn)題解答、娛樂(lè)、師生互動(dòng)、智慧設(shè)備、AI助手、成績(jī)分析、在線復(fù)習(xí)、積分兌換等模塊構(gòu)成。在線下課前或者課堂學(xué)習(xí)中，學(xué)生遇到不懂的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容，可以通過(guò)遙控設(shè)備確定需要課后進(jìn)行復(fù)習(xí)鞏固和需要進(jìn)行視頻錄制生成視頻回放的知識(shí)點(diǎn)，并適時(shí)向老師反饋課堂知識(shí)掌握情況，由于是匿名方式進(jìn)行反饋，學(xué)生也不用擔(dān)心同學(xué)的嘲笑和老師的責(zé)備。學(xué)生也可以在課后通過(guò)AI學(xué)習(xí)生態(tài)圈APP的師生互動(dòng)模塊和問(wèn)題解答模塊與在線教師以及學(xué)習(xí)同伴進(jìn)行學(xué)習(xí)交流和信息反饋，如圖2所示。

AI學(xué)習(xí)生態(tài)圈APP實(shí)行積分制。學(xué)生在課后放學(xué)回家拿到手機(jī)可以對(duì)不懂得問(wèn)題進(jìn)行匿名提問(wèn)，當(dāng)問(wèn)題回復(fù)和學(xué)生需求相同時(shí)將由提問(wèn)者進(jìn)行打賞，回答者會(huì)獲得積分。對(duì)于回答的問(wèn)題和答案，老師必須進(jìn)行查看確認(rèn)，如果為雙方作弊將不得積分。提問(wèn)時(shí)間和回答時(shí)間由老師設(shè)定。通常設(shè)定時(shí)間為0.5 h，時(shí)間通常設(shè)置在10:00～10:30。這樣不會(huì)影響學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間。學(xué)生能夠在短時(shí)間得到很多種解法以及很多經(jīng)驗(yàn)方法。獲得的積分獎(jiǎng)勵(lì)可以在積分商城兌換學(xué)習(xí)獎(jiǎng)品。

娛樂(lè)模塊由吐槽專區(qū)、軟件分享、視聽(tīng)推薦、游戲空間和解題分享組成，在指定時(shí)間段進(jìn)行娛樂(lè)放松減壓。老師和學(xué)生通過(guò)視聽(tīng)推薦、軟件分享、解題分享到共同興趣和愛(ài)好，增加學(xué)生和老師之間的師生情，拉近了師生關(guān)系和同伴距離，在學(xué)習(xí)中能起到推波助瀾的作用。娛樂(lè)模塊能夠增加班級(jí)凝聚力，也能夠及時(shí)的糾正班風(fēng)，讓學(xué)生成長(zhǎng)不是機(jī)器式的學(xué)習(xí)。

圖2 “問(wèn)題解答”模塊界面

5 智慧學(xué)習(xí)生態(tài)圈師生客戶端設(shè)計(jì)

教師客戶端通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)分析學(xué)生的反饋，幫助教師掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，適時(shí)調(diào)節(jié)教學(xué)進(jìn)度。AI學(xué)習(xí)生態(tài)圈教師客戶端設(shè)計(jì)為電腦版，如圖3所示。客戶端主頁(yè)能夠顯示學(xué)生的問(wèn)題、學(xué)生的錯(cuò)題要點(diǎn)和其他未處理的事件。課堂采用面部識(shí)別攝像機(jī)掃描學(xué)生的面部表情。通過(guò)面部識(shí)別技術(shù)和智慧課堂學(xué)生行為管理系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析，分析學(xué)生上課行為，重點(diǎn)檢測(cè)學(xué)生上課打瞌睡、注意力不集中等行為，輔助改進(jìn)教師教學(xué)。系統(tǒng)捕捉分析出的學(xué)生注意力不集中的數(shù)據(jù)將在客戶端注意力檢測(cè)區(qū)顯示出來(lái)。學(xué)生要求進(jìn)行知識(shí)鞏固的知識(shí)點(diǎn)將以學(xué)生點(diǎn)擊集中分布圖的方式顯示出來(lái)。對(duì)于點(diǎn)擊集中較高區(qū)域，老師

圖4 教師客戶端設(shè)計(jì)

可以選擇復(fù)習(xí)講解，對(duì)于人數(shù)較低的點(diǎn)擊則可以在平臺(tái)進(jìn)行一對(duì)一的輔導(dǎo)和回答,這樣不會(huì)耽誤總體的學(xué)習(xí)進(jìn)度。客戶端還設(shè)計(jì)有師生活動(dòng)、智能推送、娛樂(lè)等模塊。

6 結(jié)論

基于AI學(xué)習(xí)構(gòu)建的生態(tài)圈幫助學(xué)生了解自己的學(xué)習(xí)狀況、調(diào)整學(xué)習(xí)計(jì)劃、和老師同伴互動(dòng)學(xué)習(xí)交流；便于教師實(shí)時(shí)跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度、進(jìn)行師生有效溝通，適時(shí)調(diào)整教學(xué)計(jì)劃，改進(jìn)教學(xué)方法。希望每個(gè)學(xué)生能夠在生態(tài)圈中得到更好的學(xué)習(xí)效果、成長(zhǎng)和關(guān)注，每位教師在生態(tài)圈中不再是單純的授課者，更多的是以學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者身份呈現(xiàn)；學(xué)生也不再僅僅是知識(shí)的接受者，而是學(xué)習(xí)的主體，主動(dòng)去學(xué)習(xí)和吸收適合自己或自己需要的知識(shí)。正是由于這些顛覆性的改變，在AI學(xué)習(xí)過(guò)程，教師更應(yīng)不斷提升對(duì)先進(jìn)教育技術(shù)、多媒體技術(shù)的應(yīng)用能力，更新教學(xué)理念，形成自我獨(dú)特的教育風(fēng)格。