人工智能在教學中的應用

1、人工智能在教學中的運用 一、基本概念 1、人工智能 人工智能英文全稱Artificial Intelligence，簡稱AI。本質上是一種對人的意識、思維的模擬，有望像人類那樣思考甚至超過人類的智能。當前，新一代人工智能相關學科發(fā)展、理論建模、技術創(chuàng)新、軟硬件升級等整體推進，正在引發(fā)鏈式突破，推動經濟社會各領域從數字化、網絡化向智能化加速躍升。2人工智能與教育深度結合之后成為課堂教學的主力，同時也將給教育帶來前所未有的挑戰(zhàn)。目前，人工智能正在以公平化、高效化、個性化為導向促進教育教學飛速發(fā)展。 （1）發(fā)展背景。人工智能的發(fā)展可以分為五個階段：在1956年以前是人工智能的孕育期，1945至197

2、0年是人工智能的形成期，1966年至1974年是暗淡期，1970年至1988年是知識應用期，1986年至今是集成發(fā)展期。3人工智能在移動互聯(lián)網、大數據、超級計算、傳感網、腦科學等新理論新技術以及經濟社會發(fā)展強烈需求的共同驅動下，目前呈爆炸式發(fā)展，人工智能即將成為經濟發(fā)展新引擎，重新整合全球資源。 （2）特點。智能化。智能終端和傳感器將無處不在，基于大數據的自我學習能力會讓智能終端越來越聰明；交互化。人與智能終端的交互方式將更加自然，設備會越來越能讀懂人類的想法；服務化。在人工智能+互聯(lián)網的驅動下，各行各業(yè)將越來越“服務化”。不管硬件廠商、還是服務廠商都在整合設備、云和服務，開展集成式的服務創(chuàng)新

3、；創(chuàng)新化。在智能互聯(lián)時代，更加呼喚開源開放的創(chuàng)新平臺，實現依托產業(yè)鏈、生態(tài)圈的開放式創(chuàng)新。4 （3）分類。弱人工智能。科學界普遍將不能夠模仿人類思維的人工智能稱為“弱人工智能”，無法與人類進行交互的人工智能、可以與人類進行交互的人工智能、可以通過外接設備進行升級的人工智能都屬于弱人工智能。我們在現階段課堂教學中使用的人工智能均屬于弱人工智能范疇。強人工智能。與弱人工智能相對應的，我們將能夠模仿人類思維的人工智能稱為“強人工智能”。5可以通過云端共享信息的人工智能和能夠自主學習與創(chuàng)新的人工智能都屬于強人工智能。其最大的特點是大數據積累達到質變，終端具備自我學習能力和類似人類思維的能力。 2、奇點

4、 奇點又名技術奇點，它是一個時間點。機器發(fā)展的過程中，數據和系統(tǒng)不斷升級，當從量變達到質變時，機器將具有自動學習和升級的能力，也就意味著奇點的來臨。6 1983年，數學家佛諾?文奇提出技術奇點（Technological Singularity）的概念，他將奇點定義為人工智能超過人類智力極限的時間點，此后世界的發(fā)展將會超出人類的理解范疇，世界的發(fā)展將會脫離人的控制。美國未來學家和人工智能先驅雷?庫茲韋爾在奇點臨近中預言20世紀50年代左右奇點臨近。奇點之前人類的智力依然主宰著世界的發(fā)展，不具備感情和自主意識的人工智能仍然是人類能力的延伸和補充。因此，我們預測和研究的人工智能在課堂教學中的運用和

5、發(fā)展趨勢是指奇點前階段的人工智能。 二、現有課堂教學中人工智能運用的積極意義 1、促進教育公平 偏遠山區(qū)教育資源匱乏，城鄉(xiāng)和區(qū)域之間教育差距較大，優(yōu)質教育資源總量不足。教育資源的落后地區(qū)的學生在知識儲備、實驗操作、閱讀視野上有很大不足。我國進城務工人員子女上學難、高考全國各地同題不同分的錄取方式等不公平等現象的存在成為制約教育均衡發(fā)展的關鍵因素。 人工智能可以應對教育不公平現象中的各種問題。人工智能將不受地域限制，整合優(yōu)質教學資源并分享于網絡教學平臺上，增加優(yōu)質教育資源的供給，讓更多孩子享受世界各地“名師”服務。甚至組合全球優(yōu)質教學資源，主動生成針對性教學內容；人工智能不僅是海量移動知識儲存庫

6、，而且具有搜集整理問題并整合資源，不斷升級學習系統(tǒng)的能力，能夠在課堂上針對學生的提問，主動設置相關聯(lián)知識庫，解決知識儲備難題；7推翻舊的地區(qū)差異錄取，讓學生足不出戶便可享受國家制定的均等優(yōu)質教學資源。因此，未來的教育將不受地域差異，授課形式，年齡區(qū)別，教育背景等問題的困擾，真正實現教育公平化。 2、提高教學效率 教師工作中的重復性機械性勞動占用了教師在校的大部分工作時間，從而減少了課程編排和教學反思等腦力勞動的時間，造成工作效率低下；目前以教師為主導的課堂教學和無人工智能設備支持的課堂教學中學生只是吸取率低下。工作效率低下和知識吸取率低下都屬于教學效率低下。 （1）人工智能利用其高速運算能力和

7、超強儲存空間在課堂教學中，避免教師做低附加值工作，為教師節(jié)約時間成本，提高教學效率。具體來說，人工智能可以將教師從批改試卷等重復性勞動中解放出來，并且實現課堂和課下的全時互動。從而讓教師騰出更多的時間和精力，創(chuàng)新教育內容、改革教學方法，把教育做得更好。智能系統(tǒng)會將學生做題的數據回傳數據庫，教師能從中了解學生對知識點的掌握情況，避免重復講解。 （2）人工智能正在逐?u實現人機交互功能，這有利于課堂的有效教學，保持學生的學習積極性和動力，從而提高教學效率。無論是人類學習還是機器學習，人在進行學習的過程中人機交互也帶動了機器數據的不斷翻新，從而達到機器的自我學習和不斷升級。可以說未來的人工智能在教學

8、過程中是與人類一起學習的輔助教學工具和共同學習伙伴。此外，人工智能已具備圖像識別和語義分析技術，而且具有智能化搜集整理問題并整合資源的能力。8 掃描相應課本圖片來獲得3D展示，現場手機掃描后獲得的成像效果，能夠幫助學生更直觀的理解學科知識點；這對于課堂教學中知識點查詢，文章檢索和自動生成相關推薦，都有很大的幫助。海量數據庫資源答疑，幫助學生解決個人學習中的問題。 3、促進教學個性化 班級制課堂教學的授課對象眾多，課堂教學因學生個體差異而接受知識的水平不一，統(tǒng)一的教學方案和教學流程很難把握對學生個性發(fā)展的培養(yǎng)，教學過程中對學生個性的忽略導致學生創(chuàng)造力的衰微。 （1）人工智能比人類更擅長針對學生的

9、知識、能力水平和潛在傾向等不同因素進行因材施教的個性化教學。由于計算機的高速運算能力遠遠大于人類，而且能夠不斷進化更新狀態(tài)，人工智能時代的計算機更具有自我學習能力，因此面對相同數量教學對象，人工智能更加快速將學生的階段性知識學習成果進行數據分析并歸類，針對學生的薄弱環(huán)節(jié)，定制、推送知識點，幫助學生告別“題海”，走向有效學習。 （2）面對眾多學習者，人工智能利用圖像捕捉技術可以全方位多角度捕捉個人面部表情，解讀分析表情數據并反饋到終端，在學習過程中及時反饋學習者的不同理解程度，調整個體學習內容和方案。通過捕捉課堂上學生的面部表情數據并分析，進行篩別并制定個性化培養(yǎng)方案有利于因材施教。 三、人工智

10、能在課堂教學運用中的發(fā)展趨勢 隨著人工智能在未來課堂教學中運用的迅猛發(fā)展，將具有積極和消極的雙面發(fā)展趨勢，我們應當合理使用人工智能，使之為人服務，為課堂教學服務。 1、學校面臨淘汰 人工智能與教育的結合會使目前的學校教育落后，傳統(tǒng)意義上的學校會面臨淘汰。傳統(tǒng)意義上的學校提倡一刀切的課程設置，并對所有學生以固定的速度進行教學不符合時代的需求。人工智能系統(tǒng)在教學中允許根據學生自身情況定制課程，學習時間彈性化，并且減少對教室和教師數量的需求。因此，傳統(tǒng)學校的規(guī)模會發(fā)展地越來越小，大部分學校會面臨淘汰，一部分創(chuàng)新改革后的學校衍變?yōu)樾∫?guī)模學習中心，采取一對一授課模式或者成為具有專門性的學習中心。 2、強

11、化家長責任 人工智能終端設備在教學中廣泛運用之后，減少學生在校固定時間，更加自主靈活的學習方式增加了家長承擔更大的教育責任。不僅教育面臨人工智能的挑戰(zhàn)，家長也面臨角色的轉換和增加。與傳統(tǒng)舊式家長相比，人工智能時代的學生在使用終端設備進行學習的過程中，家長還充當了教練、管理員和監(jiān)督人等角色。 3、弱化傳統(tǒng)規(guī)范 傳統(tǒng)學校教育有一系列需要學生遵守的規(guī)范，而面臨人工智能的挑戰(zhàn)，出現更小規(guī)模和更個性化學習中心之后，減少了學生們聚集上課的時間，也就不需要遵守一些傳統(tǒng)的學校規(guī)范，并且學生們將會失去一些共同的行為，社會規(guī)范和文化規(guī)范。然而，在特定環(huán)境和時間下，會有新的規(guī)范相應產生。 4、轉移教育費用 由于傳統(tǒng)意義上的大規(guī)模學校和教師數量減少，學生只需要互聯(lián)網或者人工智能設備就可以進行學習，個人教育成本會大幅降低。但由于社會的競爭不會減弱，因此家長對孩子的教育投資不會減少。家長將更多地參與到孩子的學習中來，增加陪伴學習時間的同時教育費用將會有新的轉移。 5、定制個人教材 人工智能將全面改變傳統(tǒng)學校授課的教材，采取一種全新的教材形式。人工智能系統(tǒng)使用教師制定的教學大綱，結合學生個體差異定個人教材，或者按照教師的教學大綱中某個主題或學習環(huán)節(jié)，結合數據庫內容重新組裝一本主題教材。新定制的個人教材和