人工智能技術對教育教學的影響

許鵬飛

摘要：隨著人工智能的快速發展和日益普及，人工智能正在教育教學領域產生深遠的影響。本文從知網關鍵詞“人工智能”+“教育”的搜索發文量統計結果出發，首先引出人工智能和教育是相輔相成的關系，并舉宿遷學院人工智能專業的主要課程為例，闡述高校對人工智能人才的培養方案，然后分類說明人工智能技術在幾種教育系統中的應用，最后從宏觀層面、中觀層面和微觀層面進行總結，說明人工智能技術在教育教學領域中的巨大潛力。

關鍵詞：人工智能；教育；教學；影響

中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2022.21.106

0引言

人工智能（AI）在全世界日常生活中的使用呈指數級增長。例如，人工智能科學家目前正在利用機器學習、計算機建模和概率統計中的新方法來改進財務決策，并使用決策理論和神經科學來推動更有效的醫療診斷的發展。2017 年國務院正式印發《新一代人工智能發展規劃》，明確了人工智能的國家戰略地位。人工智能是現代互聯網快速發展中的一項重要創新，隨著人工智能的快速發展和日益普及，教育領域也在悄悄發生變化，人工智能正在對教育產生深遠的影響，這必將在未來幾十年繼續下去。在人工智能時代長大的學生和兒童對人工智能系統有著不同的期望，這對提高教育效果有很大的幫助。支持手勢、觸摸和語音交互的新型人工智能設備界面可以允許越來越小的孩子訪問各類數字內容和服務。隨著人工智能的發展，教育格局也開始發生變化。世界各地越來越多的教育項目將數字文化納入課程。關于人工智能的科普、技術普及讀物也已出現，人工智能教材已經開始走進小學生的課堂，小學課堂的“教”與“學”改變了小學生的學習方式 。孩子們了解人工智能知識，建立正確的科技價值觀和科學的方法論，為將來人工智能的研究和應用做好準備，在知網搜索關鍵詞：“人工智能”+“教育”、出版年度范圍：2015到2022，搜索結果總共有10778條文獻記錄。圖1為主題為“人工智能”+“教育”的發文量（篇）統計。

從圖1中可以看出，主題為“人工智能”+“教育”的論文發表量每年都在不斷攀升。教育是經濟生產力和競爭力的關鍵驅動力，因此，有必要探究人工智能將如何在教育政策背景下改變學習、工作和就業。當代人工智能的迅速發展和在各個領域的廣泛應用，必將激發、凝聚全社會的學習智慧、教育資源，創生出各種改善社會異化、教育異化的有效行為和變革教育的強大力量。

就像早期電力被發現并帶來工業革命一樣，人工智能技術也將帶來另一場工業革命。除了教育外，人工智能技術巨大影響的四個領域是制造業、專業服務業、金融服務業和批發零售業。第七次全國人口普查后，中國人口共141178萬人，截至2021年12月，我國網民規模達10.32億，較2020年12月增長4296萬，互聯網普及率達73.0%。這個數字代表了收集各類數據的潛力，而人工智能技術對數據的需求也越來越大。人工智能已經成為我國的新動力，我國已經設定了到2030年成為人工智能研究全球領導者的目標，對科學研究的不斷投資將是我國突破和利用人工智能技術的關鍵。人工智能技術可以改變工作性質、創造人與機器之間的新關系，繼續擴大和超越現有的資本和勞動能力，以快速推動我國的經濟增長。

1人工智能與教育的關系

1.1教育發展的未來包含在人工智能及其發展中

隨著高等教育發展，教育從學歷教育向知識教育發展是必然趨勢，也就是從學歷導向以學歷教育為主，轉為非學歷導向以繼續教育培訓為主。

1.2通過現代教育和知識體系促進人工智能的持續發展

人工智能的基礎是計算機程序和基本數據結構，其本質是人類的理性認知。目前各個高校都在開設智能專業，講授計算機、人工智能、智能科學的基本理論、使學生掌握智能信息處理與智能系統分析、設計、開發的方法，具備跟蹤計算機領域前沿技術發展的能力，具有綜合運用人工智能技術知識和技能進行科學研究、工程技術開發，解決復雜智能系統工程問題的能力，促進人工智能技術的持續發展。表1是宿遷學院人工智能專業主要課程。

1.3考核類型：S為考試，C為考查

從表1中可以看出，畢業生需要了解人工智能學科的理論前沿與發展動態，能將人工智能理論用于解決人工智能領域設計、開發等相關復雜工程問題，設計滿足特定需求的系統、功能模塊或系統流程。人工智能在教育領域可以提供更個性化的服務和更靈活的學習方式，它可以為教師和學習者提供各類有趣的學習工具，使我們不僅能夠對所學內容做出反應，而且能夠對所學內容以及感受做出及時反饋。它可以幫助學習者發展就業市場所需的知識和技能，也可以幫助教師創造更復雜的教學環境。

2人工智能技術在教育系統中的應用

2.1智能教育系統

人工智能技術已用于智能教育系統，如模糊邏輯、決策樹、貝葉斯網絡、神經網絡、遺傳算法和隱馬爾可夫模型。例如，在一些教學系統中，主要關注點是仔細檢查和評估學生的特征，以生成學生的個人資料，目的是評估他們的整體知識水平，這個評估結果可以作為教師因材施教教學方法的依據。人工智能方法也用于促進診斷過程的完成，以便調整課程內容以滿足每個學生的需求，其中一些方法可以從學生學習的行為中進行調整。基于模型（比如學習者數學知識、認知需求、情感情緒狀態等）的智能系統可以更加靈活，它使用機器學習技術、基于大數據集的自訓練算法和神經網絡，使他們能夠就向不同的學習者提供不同的學習內容。智能教育系統提供最符合學習者認知需求的學習活動，學習者提供學習控制權，以幫助學生培養自我調節技能，使學習者得到適當的挑戰和強化，并提供有針對性的及時反饋。 智能教育系統科學地、有針對性地對每一個學生的知識狀態進行有效追蹤，及時發現學生的知識斷點和薄弱點，為學生量身定制個性化的學習路徑。

2.2協作學習系統

任何形式的合作都可以比單純的學習更好地促進學習成果，比如在一起進行項目的兩名學生之間或參與在線課程的學生社區之間。協作學習之所以有效，是因為它激勵參與者表達并證明自己的想法，反思其他人的想法，參與者帶來了不同但互補的知識和技能，每位參與者有虛擬同伴（與學習者認知水平相似的人工學生，但能夠引入新想法），通過建設性對話解決分歧，最后達成共識。協作學習也可以提高動機，如果學生關心他們所在的群體，他們就會更多地參與到任務中，從而獲得更好的學習成果。尤其在疫情期間，參與者很少現場見面，這是人工智能在教育領域可以做出貢獻。機器學習或馬爾可夫建模等人工智能技術已被用于確定有效的協作問題解決策略。此外，還可以利用人工智能技術，如機器學習和淺文本處理來分析和總結討論，以便配備一名指導教師來引導學生進行富有成效的合作。例如，該系統可能會向指導教師提供警報，告知他們可能需要他們干預或支持的重大事件（例如學生偏離主題或重復誤解）。

2.3智能教學專家系統

專家系統作為一種在特定領域具有大量知識和經驗的智能計算機程序系統，能夠根據過去的事件和經驗進行推理和預判斷，并合理地揭示推理結果，它是人工智能應用研究中最成熟的領域之一，應用專家系統輔助完成在線教學也是人工智能與教育結合發展的關鍵，使用專家系統可以解決該知識領域的各種問題。傳統的網絡教學依賴于網絡資源，網絡資源量龐大，質量水平參差不齊，學生很難專注于學習過程，學習效率偏低。學校可以通過引入智能教學專家系統，關注教師以往的教學經驗和智慧，利用虛擬現實或人機交互，幫助估計學生學習內容、學習效率和學習習慣的統計分布。同時，基于有效的教學方法，它也可以來避免學生在學習過程中經常犯的錯誤。由于其強大的數據存儲和分析計算能力，可以改善人腦在遺忘和邏輯相關性方面存在個體差異的事實，并在以往事實和經驗的基礎上形成合理的推理和判別。用戶還可以通過人機交互界面與專家系統進行交互，通過交互界面，學習者將省去從冗余的圖書館數據和專家經驗中選擇有用信息的過程，直接進入基于專家經驗的實施預判斷過程，大大提高了學習效率。專家系統應用后，通過結合專家系統對網絡教育系統的運行、學生的認知情況，構建統一的學習認知模型，并生成個別學困生的報告，采取有針對性的引導策略和智能故障診斷，幫助學困生更好地適應性學習和強化學習。

2.4職業教育系統

隨著人工智能的發展，職業教育面臨前所未有的壓力和發展機遇，人工智能對職業教育的影響是深刻而長期的，原有的職業教育人才培養模式將難以適應未來產業發展的需要。在未來十年，人工智能可能會取代數百萬個工作崗位，其中大多數是職業教育培訓崗位。隨著基礎工作被人工智能接管，社會和企業將對職業教育人才培養的質量提出更高的要求。因此，未來職業教育必須升級職業教育人才培養模式，重構專業人才的知識結構和知識體系。隨著人工智能的不斷發展，教育資源的科學配置和整合日益增多。由于人工智能的發展，現在可以通過關注職業教育的更高維度價值，例如學生的創造力、好奇心、多學科思維能力、批判性思維和問題解決能力，更加關注職業學生的個性化學習。人工智能的發展將基于對學生優缺點以及個性特征的分析，對學生的學習習慣和行為習慣可以糾正，教學可以根據學生的能力定制化。

3結論

隨著人工智能在我們的生活中發揮著重要作用，人工智能教育的問題變得越來越重要。本文總結了人工智能的普及及其對教育教學方法和學習系統的影響，人工智能與教育的關系和人工智能技術在教育系統中的應用。人工智能支持的學習技術，即基于機器學習、教育數據挖掘或學習分析等技術的解決方案，在教育系統的各個層面都有著巨大的潛力：在宏觀層面（學校組織），數據挖掘和分析可以幫助優化評估和規劃等過程。在中觀層面（課堂教學），人工智能可以實現評估、評分、輔導和課堂管理的新方法。在微觀層面（學習過程），智能學習應用程序通過允許實施更個性化的學習方式和輔助系統以及自動預測、性能評估和學習建議，具有廣闊的市場空間和應用前景。

參考文獻

［1］馬應瑾.當前信息技術和人工智能條件下小學生學習方式的轉變[J].新課程，2022，（24）：136-137.

[2]桑新民.教育視野中的人工智能與人工智能教育——理念、戰略和工程化設計[J].中國教育科學（中英文），2022，5（03）：3-21.

[3]陶澤澤.智能教育系統中的知識追蹤模型研究[D].河北大學，2020.