人工智能在英語教育中的應用研究綜述

湯智月 楊進中 卞鳳

(青島大學，山東 青島 266071)

一、引言

隨著信息技術的高速發展以及信息技術與教育的深度融合，我國教育信息化進入2.0時代，并被賦予了新的使命。大數據、云計算、虛擬現實、人工智能等技術的支持為教育提供“互聯網＋”的交互式、合作式的教學環境，這些技術的迅速發展，能夠促進教育教學發展，改變人才需求和教育形態[1]。近年來，人工智能應用于英語教育中出現了很多研究案例，通過文獻檢索，筆者發現人工智能應用于英語教育主要體現在神經網絡機器翻譯、自動測評系統、聊天機器人、智能導師系統和虛擬現實應用等五個方面。

二、神經網絡機器翻譯

機器翻譯是利用計算機將文本從一種自然語言翻譯成另一種自然語言的過程。隨著人工智能中的深度學習、機器學習和神經網絡等技術推動神經網絡機器翻譯的出現。目前，國內外對神經網絡機器翻譯的研究大多停留在技術層面和效果驗證的研究上，如神經網絡機器翻譯的原理、模型及類型、發展面臨的困境以及如何改進方面，而對該形態的應用案例較少，但是神經網絡機器翻譯是機器翻譯的升級，其應用案例可參考機器翻譯。國內外對機器翻譯應用案例的研究主要分為課堂應用形態和影響等。首先，機器翻譯應用于英語寫作課堂中主要有兩種形態，即預編輯和后編輯。預編輯指的是在進行英語寫作之前，使用翻譯系統對其中的某些固定表達、專有名詞等詞語進行翻譯，在翻譯系統的協助之下，完成作文的撰寫。土耳其國民教育部發現使用谷歌翻譯作為預編輯工具在低水平英語學習者的寫作活動，學生對概念類別的數量增加了，能產生更多的原創想法，提高了作文的流利度，能更好地用第二語言去表達自己的觀點，寫作創造力被提升[2]。后編輯指的是學生在課堂上使用翻譯系統將母語翻譯成英語，然后對機器翻譯的內容進行檢測、選擇和修改與同伴進行意義協商，最終完成翻譯。其次，國內外對機器翻譯的影響研究可以分為三個方面，即對學習者的認知、語言和情感的影響。從認知角度來看，通過初步翻譯來減少認知負荷，并促進自主學習。從語言學的角度來看，機器翻譯支持詞匯語法知識，促進閱讀理解和寫作，并最終促進語言學習。從情感的角度來看，它降低了語言焦慮，增加了動機和信心，并給學習者創造了一個無壓力的學習環境。機器翻譯的使用是兩面性的，外語教師應該意識到機器翻譯的可能性和局限性，并為學生提供充分的指導。

三、自動測評系統

自動測評系統是基于統計、大數據、自然語言處理和人工智能技術對所輸入的信息進行評估與記分，并輸出修改意見，在英語學習中主要側重于寫作與口語練習。首先，在寫作自動測評系統中，基于自然語言學習和機器學習技術，可幫助用戶完成英語寫作過程中的各個步驟，并為以后的改進提供建議和資源。目前，我國對英語寫作自動測評系統研究較多的是句酷批改網，它的原理是通過將輸入信息與標準語料庫中的信息進行對比，在詞匯、句子、文章結構和文章內容四個方面進行分析，通過算法得出分數與修改意見；國外廣泛使用的寫作自動測評系統主要有四種:Essay Grade(PEG)，IntelligentEssay Assessor(IEA)， E -rater 和IntelliMetric。Jill通過對E-rater進行實驗，研究人類評分和系統評分之間的對比及不同母語學習者得分差異，發現該系統與人類評分的差距較小，但不具備人類評分的額外寫作特性分析。同時，學習者的母語水平對論文評分也有較大的影響，并有研究者提出了后續研究應改進系統，減小差異，促進公平[3]。有學者研究發現篇幅較長或包含系統偏愛的某些詞匯語法特征的文章，即使內容不夠充分，也能得到高分。另外，也有學者發現這種模型并不關注寫作的社會和交際維度，致使寫作意義簡化。其次，人們開發了各種利用自動語音識別技術為二語口語提供練習和反饋的系統，如 Fluent，EduSpeak，Carnegie Speech native accent，Saybot 和Rosetta Stone等。該口語測評系統常用于英語課堂中的發音、對話和閱讀練習中，學習者可以在自學活動中使用系統對自己的發音問題進行了解并改進，對建立口語信心提供極大的幫助；學生也可以在課堂中進行溝通活動，比如講故事或者對話任務。對于部分弱勢的學生，包括天生有缺陷的學習者來說，他們的文化水平和寫作能力較低，說話比寫試卷更容易，而且用自動語音識別進行的評估對這些類型的學生來說可能比傳統考試更公平。

四、聊天機器人

教育機器人是專門針對教育行業開發的，通過對機器人設定程序，達到輔助學習者的學習，甚至代替教師的功能。教育機器人在英語教育中主要表現形式為聊天機器人。聊天機器人給英語學習者帶來多種機會，進行交流和互動，實現一對一的支持。Fryer和Carpenter(2006)認為[4]，聊天機器人可以通過多種方式為語言學習者提供寶貴的機會，但也有部分學者對聊天機器人做出了一些負面的報告。如聊天機器人的反饋往往是“可預測的，冗余的和缺乏個性的[5]”，以及考慮語言意義時，聊天機器人會產生大量沒有邏輯的答案[6]。但是語言的準確性和意義性并不是檢驗聊天機器人價值的唯一標準。Da-Eun Han[7]通過調查聊天機器人在學生的口語能力和情感領域發現，機器人能夠有效地提高學生的英語口語能力，積極地影響學習者的興趣、信念和動機，同時降低焦慮水平。另外，還有研究人員探索了聊天機器人的外觀對功能的影響，以及二語學習者的錯誤輸入時的語言準確性。Fryer等學者結合興趣四階段理論模型調查了聊天機器人與學生興趣的關系，發現好的交流需要學生對人類伙伴交談感興趣并且擁有良好的交流經驗[8]。到目前為止，聊天機器人還不能解釋輕度的發音、語法和拼寫錯誤，但它們是培養語言熟練者或母語者的會話技巧的理想學習輔助工具。然而，AI聊天機器人無法滿足學生自發性、創造性的需要，所以仍然無法替代現實世界中的教師。

五、智能導師系統

智能導師系統是一種基于計算機的學習系統，由四個基本組件組成:領域模型、學生模型、教學模型和智能人機接口，來模擬一對一的個人輔導。旨在通過完成一些傳統意義上由教師執行的活動來指導學習者的學習，在特定領域解決問題，進行建模，為學習者提供個性化的支持。國內現有的主要英語智能導師系統:“句酷批改網”針對學習者的寫作進行詳細指導，而“希賽可”對學生的口語進行逐步改善，具備實時聊天、檢查拼寫和語法、聽力練習和句子分析等獨特的功能[9]。后續“希賽可”的研發團隊還利用該系統進行分層教學，教師根據學生的英語成績進行隱形分層，依據學生的學情設置各項學習任務的難度，再分層進行成績驗收和布置作業[10]。國外的智能導師系統得到很大的發展，這種通過與學生互動交流并關注學生個體差異的系統是一直被鼓勵發展的。比較著名的系統有:Mahmoud Abu Ghali使用智能導師系統構建器(ITSB)工具來構建學習英語語法的系統，主要由教師的資源與問答系統和學生的學習與練習系統兩部分組成。該學者還通過專業英語教師對學生的分析，來對該語法系統進行評價，結果較為滿意。但是，現有的智能導師系統大多是通過以下兩種方法來促進英語學習者的學習:在存儲庫中提供單詞、句子和語法等練習，并隨著學習者的發展逐步加大難度；向學習者提供練習的系統和腳手架，讓學習者逐步獨立完成。這兩種都主要集中在調整推薦學習內容，并沒有從學習者的角度去設計系統，這是我們未來考慮的方向。

六、虛擬現實應用

智能虛擬現實是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統。對于英語學習者來說，虛擬現實技術與英語教學相結合，利用動畫、聲音、文本等多維感官刺激來呈現生動的事物，激發學習者的學習興趣，促進互動，從而達到良好的學習效果。目前，我國對虛擬現實與英語教育相結合的應用研究還較少，主要有華東師范大學開發了適用于面試和演講等特定場景下，使學習者與虛擬面試場景中的人工智能虛擬角色進行自然的會話交互平臺[11]、英語詞匯學習軟件“Happy Words”“為了博士”的解謎英語游戲等。國外的應用研究主要有基于HMD的沉浸式學習平臺，比如虛擬現實生活英語系統VRLE和綜合性的語言學習應用程序SPELL為初學者進行口語練習。虛擬現實與英語教育結合的研究涉及多個方面，如 James N.Anderson針對SPELL系統的界面設計的可用性、應用程序的態度、人物互動的態度以及系統的語音識別準確性進行研究；Jim Ranalli對教學設計后的暢銷游戲“模擬人生”進行了學習者詞匯習得以及態度的研究。還有科英布拉大學的研究者側重于技術改進，將神經網絡分析與虛擬現實相結合，提高了英語學習系統的識別與預測能力。與傳統的英語學習相比，虛擬現實英語學習具有沉浸式、交互式和想象力的優勢。隨著軟硬件的發展，虛擬現實英語教學系統將從鼠標鍵盤交互的非沉浸式學習發展到頭戴式設備的沉浸式學習。虛擬現實與英語相結合的研究也存在不足，缺乏英語聽、說、讀、寫的綜合應用等。

七、結語

文章主要通過對國內外教育技術類和優秀碩博論文中有關人工智能應用在英語教育中的論文進行分析，發現人工智能技術在神經網絡機器翻譯、自動測評系統、聊天機器人、智能導師系統和虛擬現實應用等五個方面為英語教育助力。人工智能助力英語教育體現出的特點大致表現為助力學習的個性化、碎片化、效率化和沉浸式。目前在已有研究中，也存在一些不足之處，主要包括研究內容方面忽視教學模式的設計、實施和驗證以及人工智能的應用普及；研究方法方面以個例的實證研究為主，系統的思辨研究較少；研究對象方面只涉及學生群體以及對其學習效果(多方因素)的檢驗，存在片面化的問題。