面向5G時代人工智能智慧課堂的應用展望

薛東 彭志強

摘要：5G 技術相比 4G 技術，具有超高的寬帶、海量的接入以及低時延的網絡能力，尤其是在教育教學數字化應用中，5G 技術為智慧校園的建設提供了廣闊的發展契機。今年3月，國家發改委及工信部發布了《關于組織實施2020年新型基礎設施建設工程（寬帶網絡和5G領域）的通知》，提出要基于5G、VR/AR等技術，打造百校千課萬人優秀案例，探索5G在智慧課堂等場景下的應用，重點開展5G+超高清遠程互動教學、AR/VR沉浸式教學、全息課堂、人工智能等業務，打造智能感知、科學決策、個性化引導的學習空間。

關鍵詞：5G時代;人工智能;智慧課堂;應用展望

一、人工智能技術、智慧課堂、深度學習

1.人工智能技術

人工智能是一門交叉學科，其功能主要是模擬人類的思維，使機器具有智能。它被稱為世界三大技術之一。人工智能是一門介于自然科學與社會科學技術科學之間的交叉學科，根據多元智能理論，可以分為八大類：語言智能、邏輯數學智能、空間智能、身體動覺智能、音樂智能、人際智能、內省智能和自然智能，使計算機的應用實現了高水平。人工智能技術是多層面的，貫穿了應用、算法、器件、芯片、工藝等技術層級。人工智能技術層級如圖1所示。

2.智慧課堂

智慧課堂建設緊緊扣住“針對性、創新性、智慧型”這一關鍵，著眼解決傳統課堂的滯后問題，構建起以人工智能微支撐的集軟硬件智能設施、技術于一體的高效智慧新生態。智慧教育借助現代化信息手段如大數據技術、增強現實技術（VR）、人工智能技術，將教學過程變得不再那么枯燥，樣式多樣、更加智能，從而實現智慧賦能，打造新模式，科學甄別不同專業不同特征的學生特征，盡量滿足不同學生的學習需要，精確定制課程內容，智能優化課堂教學，以師生互動、人機互動為主，實現教育過程的轉變，提升課程的針對性、創新性和智慧型。

3.深度學習

深度學習是一種基于神經網絡的機器學習模型，在計算機視覺、語音識別、自然語言處理等領域有非常突出的優勢。其在數據挖掘、智能搜索、機器翻譯、語音識別、圖像識別、計算機視覺、語音處理的使用多重非線性變換構成的多個處理層對數據高層抽象的算法。

二、人工智能技術在智慧課堂中深度學習的應用

在智能化發展的今天，會讓學習無處不在。智慧教育是對變革的超越性訴求，將使得教育發生重大的結構性變革。在學校里，教師通過智能化的教學平臺給學生提供豐富的資源。與此同時，人工智能首先要獲取現實世界的大數據，要進行數據收集、數據清洗、特征提取與選擇、模型訓練、模型評估測試、模型部署與整合等。

1.人工智能技術在智慧課堂精準教學中的應用

人工智能的自然語言處理技術包括自然語言處理基礎、語言理解、語言生成和機器翻譯等四個子服務。自然語言處理基礎服務為用戶提供包括分詞、命名實體識別、關鍵詞提取、文本相似度等自然語言相關的API，可應用于智能回答、對話機器人、輿情分析、內容推薦等場景中。語言理解服務為用戶提供情感分析、觀點抽取、文本分類、意圖理解等語言理解相關的API，可應用于評論觀點挖掘、輿情分析、智能助手、對話機器人等場景中。語言生成服務基于先進的語言模型，根據輸入的信息，包括文本、數據或圖像，生成可讀的文字表述，可應用于智能問答與對話、新聞摘要、報告生產等人機交互的場景當中。

人工智能技術的應用，就是教師借助智慧云課堂中的資源，讓學生游刃有余地學習，教師設定規則和提問進行模式匹配。教師通過智慧云平臺和光感應黑板可以輕松打造新一代智慧課堂。學生可以隨時隨地學習，通過平臺構建的“云、端、芯”三層生態：在云側豐富的前端主流框架;在端側提供豐富的上層功能業務;在芯端異構資源靈活調度，滿足學習者的需求。首先，可以將線上的在線資源帶到線下環節，實現“一次創建，多次復用”;其次，可以實時、隨時、穩定地進行交流學習，為教師和學生帶來了高性能的非凡體驗。人工智能技術的應用，智慧課堂光感應黑板，PPT、板書、語音、互動等授課內容可以以時間軸無縫銜接在一起，形成線性教學記錄，在課后自動沉淀成為課程資源，這樣方便快捷地實現了“上課即建課”的效果。此外，基于智慧課堂及光感應黑板產生的教學內容及數據，在很大程度上推動教學改革。比如在計算機應用技術專業的Python程序設計課程學習中，以任務驅動的方式完成“打地鼠”游戲，融入python語言的基礎知識、掌握面向對象的程序設計技術、掌握python語言的基本語法、函數、數據庫編程等知識和技能。

2.人工智能技術在智慧課堂人機交互學習中的應用

人工智能技術中的人機交互主要研究人物和機器之間的信息交流，主要通過語音喚醒、語音識別服務、對終端設備發送語音命令，對設備進行實時操作，提升人機交互體驗。語音識別合成服務可以將書本上的文本內容合成為語音，接近真人的發音可模擬真人教學場景，實現專業課程的演示與操作，也可以實現課文的朗讀和帶讀，幫助學生更好地理解和掌握教學內容。例如進行專業課程學習的時候，教師通過人工智能技術將任務進行分解，創建一個游戲，角色有玩家、計算地鼠出現的個數、生成游戲、玩家開始游戲、不服輸接著玩、創建地鼠對象、將玩家信息記入數據庫、完成游戲開發。在學習的過程中，通過鍵盤、鼠標、顯示器、頭盔式顯示器、位置跟蹤器可以實時看到學生實際操作的內容，并且也能實時反饋到數據庫中，教師可以根據實際反饋，了解到每個學生的掌握情況。

結束語

5G與人工智能技術在教育領域的融合發展，加快了教學的智能化、信息化轉型，推動了教學應用場景和教學模式的改革。本文從“以教學為導向”、“以教師為導向”、“以學生為導向”三個方面探討了人工智能智能課堂在5G時代的應用，具體如下：

a）AR/VR教學可以增強教學資源的渲染，增強學生對學習資源的認知和理解。遠程互動雙師教學和網絡同步課程將增加優質資源的傳播，促進優質資源均衡發展。

b）電子書包和學情分析利用人工智能大數據分析技術，科學地掌握即時學情和學生個性化發展的需求，然后機器智能地制定科學的成長策略，引導學生的成長。

c）智能測評和精準培訓借助5G智慧平臺和AI對教師進行教學、測評、培訓賦能，使其個人專業能力的發展與智能技術時代的發展相匹配。

未來迫切需要拓展5G教育應用場景，加快5G教育應用場景的探索，增強對新場景的識別和接受，關注學生的個性化發展。在網絡教學中，要注重師生之間的自然互動，尤其是現場的情感互動。加快優化教育治理，研究教育數據與人工智能如何共同促進教育發展。

參考文獻

[1]任友群.走進新時代的中國教育信息化——《教育信息化2.0行動計劃》解讀之一[J].電化教育研究，2018（6）：27-28.

[2]莊榕霞，楊俊鋒，黃榮懷.5G時代教育面臨的新機遇新挑戰[J].中國電化教育，2020（12）：1-8.

[3]童莉莉，周偉，張鵬.5G技術促進教育公平的理論模型與實現路徑研究[J].中國電化教育，2020（12）：131-135.