人工智能在在線教育教學支持服務中的應用與研究

摘要：基于在線教育中教學支持服務的內涵和人工智能的發展，研究人工智能與在線教育教學支持服務的智能知識圖譜、智能資源推薦、智能答疑等學術性支持服務和智能輔助學習、智能學習計劃、智能問答等非學術性支持服務的應用，并討論了機器學習、學習資源、人工智能倫理等問題對人工智能在在線教育教學支持服務應用的挑戰，以及對未來發展的思考。

關鍵詞：人工智能；在線教育；教學支持服務

一、前言

2018年教育部印發了《教育信息化2.0行動計劃》，文件明確提出要充分利用人工智能等新興技術促進教育教學管理、服務和評價改革[1]。2020年，中共中央、國務院印發了《深化新時代教育評價改革總體方案》，對利用信息技術提高教育教學評價的科學性、專業性、客觀性提出了明確的要求。2022年，科技部發布了《關于支持建設新一代人工智能示范應用場景的通知》，人工智能技術從此落地應用，逐漸走進社會大眾。2022年，黨的二十大報告指出“推進教育數字化，建設全民終身學習的學習型社會、學習型大國”。2023年，中共中央、國務院印發了《數字中國建設整體布局規劃》，文件強調“數字中國建設按照‘2522’整體框架布局”“到2035年數字化發展水平進入世界前列。”[2]

在線教育作為信息化教育和應用最廣泛的教育模式之一，正在接受著人工智能帶來的變革和創新。近幾年，人工智能技術的應用在全球范圍持續升溫，在線學習已經成為世界性潮流，更是未來學習的主流方式。新華社曾報道：“伴隨中國國家實力與影響力提升，還會有更多的人學習，尤其是隨著 AI 技術的越發成熟，學習成本將會大幅度下降，有在線教育需求的人員還會繼續上升。”隨著“以人為本”的教育理念完全融入在線教育，如何發揮人工智能在在線教育過程中的價值和作用，如何賦能教學支持服務則是目前亟待解決的問題。

二、人工智能賦能在線教育學習支持服務

（一）人工智能的技術屬性

關于人工智能的概念說法比較多，國外普遍認為“智能是指學習和理解、解決、決策的能力，而人工智能是使機器像人那樣用智能做事的一門學科，如果機器在某些任職任務中達到了人類同等水平，它就是智能機器”。在國內的學者中，鐘義信教授提出：“自然進化所造就的智能被稱為自然智能，人類所制造的機器的智能就是人工智能，人工智能研究的任務就是理解自然智能奧秘，創制人工智能機器，增強人類智力能力[3]。”從技術的角度來看，人工智能是指通過算法和計算機系統模擬、理解和執行人類智能活動的技術，包括但不限于學習、推理、解決問題、語言理解等能力[4]。因此，可以認為人工智能是一種人類制造的，模擬人類開展學習、理解，并模仿人類創造的技術，它的目標是增強人類智力能力。

（二）在線教育的技術依賴

在線教育是隨著技術的發展而發展的，技術依賴是其最大的特點。早在上世紀90年代，互聯網的興起打破了傳統教育的模式，突破了教育在時間和空間上的約束，開啟了早期的在線教育。進入20世紀后，隨著個人電腦的普及和網絡帶寬的增加，在線教育得到進一步的提升，以網絡學院為代表的在線教育蓬勃發展，在線教育資源數字化特征突出。在2016年，直播技術的普及讓在線教育進入另一個發展模式，大量的直播平臺和學習工具的建立，大大提升了在線教育的學習體驗和學習質量。尤其是疫情期間，為滿足“停課不停學”的要求，“互聯網+教育”得到前所未有的關注，在線教育成為當時最好的教學方式，逐漸深入并融入了現代教育。2022年11月，ChatGPT橫空出世，開啟了人人可接觸的人工智能時代，基于人工智能的教育應用研究如雨后春筍般涌現。2024年2月，Sora的發布讓人工智能的發展推向更高、更深、更廣的應用。

作為和技術緊密聯系的在線教育感受到了人工智能帶來的變革。一方面，人工智能帶來了教育的創新，“因材施教”得到進一步發展，個性化學習成為現實的可能。另一方面，人工智能改變了教學過程中教和學的角色，讓傳統的教學關系變得更傾向于教學服務的關系。教師為不同學習者提供不同的學習服務，學生為滿足學習需要選擇不同的學習服務。在人工智能的賦能下，在線教育的內涵和方式正在進行自我蛻變。

（三）在線教育的學習支持服務依賴

萬光龍強調學習支持服務在在線教育教學過程中的重要作用[5]，他強調教學支持服務不僅是提升教學效果、確保教育質量的關鍵因素，更是現代遠程教育教學的核心要素，對整體教學質量產生深遠影響。2014年，白濱、陳麗等人研究了英國開放大學遠程教育質量保證的關鍵要素，研究結果顯示有86.7%的受訪者認為學習支持服務工作是遠程教育質量的關鍵保證。其中，學術性支持服務、社會性支持服務和個性化支持服務尤為重要[6]。丁興富教授經過對國內外遠程教育質量保證體系的綜合分析，發現共同的基本要素中，學習支持服務占據了核心地位。他強調遠程教育質量評價的內容確實與傳統高等教育質量評價有著較大的區別，學習支持服務的能力將直接影響遠程教育的質量[7]。

（四）人工智能賦能學習支持服務

人工智能目前涵蓋了自然語言處理、機器學習、深度學習、計算機視覺及大數據處理等核心技術。這些技術的融合賦予了人工智能自動化、智能化、高度適應性和靈活性的特點，使其能夠精準模擬人類的智能行為和決策過程。通過有效運用這些技術，不僅顯著降低了學習支持服務所需的人力資源，還大幅縮短了服務響應時間，從而提升了學習支持服務的效率和質量。這種賦能不僅為學習者帶來了更為流暢和高效的學習體驗，更推動了在線教育的整體教育質量邁向新的高度。

三、人工智能在在線教育學習支持服務中的應用

（一）學術性支持服務

1.智能知識圖譜

知識圖譜（Knowledge Graph）是一種用圖模型來描述知識和建模世界萬物之間關聯關系的技術方法[8]。知識圖譜通過對實體、屬性和關系進行建模，可以更好地描述和表達現實世界中的知識，可以幫助學習者更好地理解和獲取知識，支持學習者的知識推斷和問題解決能力，還可以用于資源推薦和學習路徑規劃等方面，幫助學習者更高效地學習和發展。

人工智能技術對知識圖譜的發展和應用有著重要的推動作用。通過自然語言處理和信息抽取技術，可以從大量的文本數據中自動提取和構建知識圖譜。通過機器學習和數據挖掘技術，可以自動分析和識別新的實體、屬性和關系，不斷豐富和完善知識圖譜。通過數據清洗和錯誤修正等技術，可以提高知識圖譜的準確性和完整性。通過優化圖數據庫和推理引擎，可以實現更高效的知識檢索和推理，提升知識圖譜的應用效果。還可以結合其他技術，如自然語言生成和圖神經網絡等，進一步提升知識圖譜的表達能力和應用效果。

2.個性化學習路徑規劃

個性化學習路徑規劃的主要作用是幫助學習者制定適合自己的學習計劃，提供有針對性的學習資源和活動推薦。通過個性化學習路徑規劃，學習者可以更好地安排學習時間，有針對性地選擇適合自己的學習任務，提高學習效率和成果。

人工智能對個性化學習路徑規劃應用主要表現在以下兩方面。

（1）通過分析學生的學習歷史和行為模式，系統可以為學生制定合適的學習計劃，并推薦相關的學習資源和活動，提供更貼合學生需求的學習內容和任務，幫助學生更好地安排學習時間，提高學習的深度和廣度，從而提升學習效果和成績。

（2）系統可以分析學生的學習目標和能力水平，制定適合他們的個性化學習路徑，學生可以更好地了解自己的學習進度和成果，從而提高學生的學習動力和參與度，增強學習的自信心和滿足感。

3.智能資源推薦

智能資源推薦是人工智能在教學支持服務中的重要應用。通過人工智能技術能夠構建出精準的學習者畫像，并對相似或者相同類型的學生進行分組歸類，從而準確地根據畫像為學習狀況相似或者相同的學生提供個性化學習資源[9]。

（1）人工智能通過分析學生的學習行為、學習歷史和評估結果，可以判斷學生的興趣、愛好和特點，從而提供適合的學習材料、教學視頻、參考書籍等。

（2）人工智能通過使用機器學習和推薦算法，可以根據學習者的特征和歷史數據，挖掘出潛在的興趣模式，并據此生成相關的推薦結果，從而幫助學習者更快速地找到適合自己的學習材料、課程或工具，提高學習效果和滿意度。

（3）人工智能可以整合和分析來自多個數據源的信息，包括學習平臺、社交媒體、圖書館等，從而了解學習者的興趣、學習歷史和行為模式，為學習者提供更準確和全面的資源推薦。

（4）人工智能可以根據學習者的實時操作和反饋，動態地調整和更新推薦結果。例如，當學習者瀏覽某個主題的學習材料時，人工智能可以根據學習者的瀏覽行為和相關數據，實時推薦相關的學習資源，提供更好的學習支持。

（5）傳統的資源推薦系統往往依賴于學習者的歷史行為和興趣，容易陷入“過濾氣泡”問題，限制學習者的選擇和發展。人工智能可以通過引入隨機性、探索性推薦和推薦多樣性的優化目標，提供更多樣化和新穎化的資源推薦，激發學習者的創造力和興趣。

4.智能題庫和練習

人工智能在智能題庫和練習方面的應用旨在根據學生的學習水平和知識點的掌握情況，提供智能化的題庫和練習平臺，從而幫助學生進行有針對性和有效的練習，提高學習效果和成績。具體應用在以下幾個方面。

（1）人工智能可以通過機器學習和自然語言處理技術，自動識別題目的類型、難度等信息，并將題目與相應的知識點進行關聯，以自動化的方式建設題庫。

（2）人工智能可以通過分析學生的學習歷史、練習表現和學習結果，結合學生的能力和知識點的掌握情況，推薦恰當難度和相關知識點的題目，幫助學生鞏固和應用所學的知識。

（3）人工智能可以根據學生的答題情況，自動調整后續題目的難度，確保題目的適宜性，同時挑戰學生的能力，提高學習效果。

（4）人工智能可以通過分析學生的學習情況和練習需求，智能地規劃練習內容和時間分配，幫助學生合理安排學習時間，提高練習效率。

（5）人工智能可以對學生的答題情況、練習時間、題目正確率等進行分析，幫助教師評估學生的學習進度和掌握情況，并根據分析結果優化練習內容和策略。

5.智能答疑系統

目前在線教育教學過程中，一般通過E-mail、BBS、聊天工具以及系統集成這些工具等方式實現在線答疑等[10]。這種模式雖然解決了答疑的時間和空間的異步問題，但答疑效率和過度依賴教師的問題飽受詬病，學習者的學習體驗受到影響。而人工智能技術剛好可以填補這類缺點。

人工智能可以通過自然語言處理技術分析問題的語義和結構，再利用大型知識庫和數據源進行數據挖掘和知識抽取，然后根據問題的內容和上下文從知識庫中找到相關信息并生成準確的答案，最后根據問題的理解和推理結果生成準確和易懂的答案，并將其以學生可理解的形式實時回答學生。同時，還可以結合學生的歷史學習行為和特點，匯集大量的知識和數據資源，提供綜合、全面、個性化的答案和解釋，幫助學生深入理解和掌握學習內容。

（二）非學術性支持服務

1.智能學習評估和反饋

學習評估是檢驗學習者學習質量的重要手段。研究表明，學習評估對學生行為和學習體驗等的影響要遠遠大于教師課堂講授內容的影響[11]。通過人工智能技術的應用，可以改變傳統的學習評估方式，讓學習評估結果更準確、評估反饋更及時、學習建議更個性化，從而提高學習的質量。

一方面，人工智能可以通過分析學生的作業、測驗或考試答案等，自動化地實現學習成果的評估，并給予學生及時反饋和建議。另一方面，人工智能可以對學生的學習數據進行分析和挖掘，提供對學生學習情況深入理解的畫像。教師和學生可以根據數據提供的指導，調整學習策略、個性化輔導和教學過程。

2.智能學習社區

學習社區的建立需要的是更方便、更直接、更契合需求的交流。人工智能通過自然語言處理和情感分析技術，可以理解和生成自然的對話，幫助學習者進行有意義的討論、提問和回答，并優化學習者的交流需求。同時還可以根據學習者個性化的學習路徑特點，通過推薦、分享等方式，將具有相同特點的學習者會聚起來，形成積極的學習環境，促進學習者之間的交流和合作，讓學習社區變得更有活力，提升學習者的學習動力和學習效果。

四、人工智能在在線教育學習支持服務中的挑戰和思考

雖然人工智能在在線教育中有廣泛的應用場景和可預期的應用效果，但是也存在一些挑戰，需要我們進一步探索和研究。

（一）數據質量和隱私

人工智能的學習支持服務需要大量的學習數據作為輸入，在這種情況下，數據的質量和隱私保護是一個關鍵問題，需要確保數據的準確性、完整性，并采取適當的措施保護學生的隱私。

（二）個性化和智能化的挑戰

人工智能學習支持服務的目標是提供個性化、智能化的學習輔助。然而，每個學生的學習需求和情況都是獨特的，個性化支持能否實現是一個很大的挑戰，人工智能分析結果的準確性和可靠性成為關鍵的問題。

（三）計算機算力和算法支持

人工智能學習支持服務需要強大的高性能計算資源、大規模數據存儲和處理能力，以滿足海量的計算。同時更需要先進的人工智能算法和模型，以實現人工智能的預期效果。

（四）智能反饋與教師的結合

雖然人工智能可以給學生提供自動化的學習評估和反饋，減少教師的工作，但并不意味著可以完全取代教師，和教師的評估和反饋相比還有些差距。教師需要合理地利用人工智能重新構造教學過程和教學方法，為學生提供質量更高的教學。

五、結語

隨著人工智能技術的不斷發展和完善，其在在線教育領域的應用將會更加廣泛和深入。一方面，AI系統將會更加智能化和個性化，能夠更準確地捕捉學習者的需求和特點，為他們提供更加精準的學習支持服務。另一方面，AI技術還將與在線教育平臺深度融合，推動在線教育在內容、形式、模式等方面的不斷創新和發展。

總之，人工智能為在線教育帶來了革命性的變革，不僅提高了學習支持服務的質量和效率，也推動了在線教育的不斷創新和發展。我們有理由相信，在人工智能技術的推動下，未來的在線教育將會更加智能、高效和個性化，為學習者帶來更加優質的學習體驗和發展機會。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.教育部關于印發《教育信息化2.0行動計劃》的通知[EB/OL].[2018-04-25].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html.

[2]新華網.中共中央 國務院印發《數字中國建設整體布局規劃》[EB/OL].[2023-02-27].http：//www.xinhuanet.com/politics/2023-02/27/c_1129401407.htm.

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[11]" Gavin T. L. Brown，Gerrit H. F. Hirschfel.Students’Conceptions of Assessment：Links to Outcomes[J].Assessment in Education： Principles，Policy ＆ Practice，2008（01）：3-17．

基金項目：重慶開放大學重慶工商職業學院非學歷教育研究項目“基于開放大學環境下的非學歷學習平臺功能構建研究”（項目編號：NDFXL2022-11）

作者單位：重慶開放大學

■ 責任編輯：張津平、尚丹