人工智能的教育應(yīng)用-概念、現(xiàn)狀與發(fā)展P課件

人工智能的教育應(yīng)用

之研究框架張劍平浙江師范大學(xué)教育信息技術(shù)研究所teacher.zjnu/zjp人工智能的教育應(yīng)用

之研究框架AI教育應(yīng)用的分類智能教學(xué)系統(tǒng)及其發(fā)展AI教育及其現(xiàn)狀機器人教育與創(chuàng)新能力培養(yǎng)AI的教育應(yīng)用之研究框架人工智能教育應(yīng)用的分類人工智能的教育應(yīng)用

什么是“人工智能”人工智能（ArtificialIntelligence:AI）是研究運用計算機模擬和延伸人腦功能的綜合性學(xué)科是計算機科學(xué)的一個分支,也是一門交叉和邊緣學(xué)科人工智能研究處于信息技術(shù)發(fā)展的前沿，它的研究和應(yīng)用在一定程度上反映了信息技術(shù)的發(fā)展方向。教育信息化是教育領(lǐng)域全面、深入地運用IT來促進教育改革的過程，新世紀(jì)教育信息化的風(fēng)起云涌呼喚AI的教育與應(yīng)用。AI的教育應(yīng)用之類型從應(yīng)用對象看，“計算機的教育應(yīng)用”包括（3L）：學(xué)習(xí)計算機(Learnaboutcomputer)；用計算機學(xué)習(xí)(Learnwithcomputer)；從計算機學(xué)習(xí)(Learnfromcomputer)。

同理，“AI的教育應(yīng)用”包括：學(xué)習(xí)AI(LearnaboutAI)

把AI作為學(xué)習(xí)對象，內(nèi)容包括AI的基礎(chǔ)知識、基本技能及其對社會的影響等。用AI學(xué)習(xí)(LearnwithAI)

學(xué)生把AI技術(shù)與工具作為學(xué)習(xí)工具，主要包括用AI來處理信息。從AI學(xué)習(xí)(LearnfromAI)

教師把AI作為一種輔助的教學(xué)工具來輔助教學(xué)、輔助測試、輔助備課、管理教學(xué)等工作。智能教學(xué)系統(tǒng)及其發(fā)展

——AI在教育中的主流應(yīng)用人工智能的教育應(yīng)用

智能教學(xué)系統(tǒng)及其特征智能教學(xué)系統(tǒng)是借助人工智能技術(shù)，讓計算機扮演教師的角色實施個別化教學(xué)，向不同需求不同特征的學(xué)習(xí)者傳授知識、提供指導(dǎo)的一種適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)。就本質(zhì)上看，以下系統(tǒng)是相同的：ITS，IntelligentTutoringSystemICAI，IntelligentComputer-AssistedInstructionIIS，IntelligentInstructionSystemAIS，AdaptiveInstructionalSystems智能教學(xué)系統(tǒng)的特征：能了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況能進行有針對性的教學(xué)可以用自然語言交互——學(xué)生模型——教師模型——智能接口ITS系統(tǒng)的組成教師模型相當(dāng)于專家系統(tǒng)的推理機ITS也稱為教學(xué)專家系統(tǒng)ITS的國際研討會屆時間地點論文數(shù)7thAugust30-Sept.3,2019Maceio,Alagoas,Brazil796thJune2-7,2019Biarritz,FranceandSanSebastian,Spain985thJune19-23,2000Montreal,Canada674thAugust16-19,2019SanAntonio,Texas,USA653rdJune12-14,2019Montreal,Canada752ndJune10-12,1992Montreal,Canada781st1988Montreal,Canada－ITS國際研討會的論文主題

論文主題\屆別2nd3rd4th5th6th7th合計（篇）特邀論文66565634ITS結(jié)構(gòu)856610540著作系統(tǒng)42636829學(xué)生模型1166641043教學(xué)策略8756531協(xié)作學(xué)習(xí)0753621認(rèn)知模型653317教學(xué)評價4325844教學(xué)代理5910327自然語言對話和分布式學(xué)習(xí)環(huán)境12911121155智能遠程教育358基于Web的ITS1521018模擬369其他232022610990合計（篇）787565679879462ITS實例：

ADELE作者：美國南加利福尼亞大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院功能：臨床醫(yī)學(xué)診斷的教學(xué)由模擬角色、解釋引擎、會話管理器三部分組成，可以利用因特網(wǎng)進行遠程教學(xué)?；诓±呐R床診斷：

系統(tǒng)向?qū)W生提供某一特殊的醫(yī)學(xué)條件和病例，讓學(xué)生通過練習(xí)和ADELE系統(tǒng)適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)來學(xué)習(xí)臨床醫(yī)學(xué)知識。

ADELEAgentforDistanceEducation－LightEditionITS實例：Z＋Z智能教學(xué)系統(tǒng)由中科院張景中院士主持開發(fā)的智能教育系列軟件，包括初中代數(shù)、三角函數(shù)、解析幾何、立體幾何、初中物理、初中化學(xué)等多個軟件?；竟δ?能夠進行智能解題、人機交互、自動推理和動態(tài)作圖。該軟件已經(jīng)通過審定并作為教育部推薦軟件列入中小學(xué)教材圖書目錄。ITS的發(fā)展：智能代理

代理（Agent）一種具有智能的實體,它具有自主性、反應(yīng)性、適應(yīng)性和社會性等基本特性。教師代理運用自身的推理機制，在了解學(xué)生實際情況的前提下，產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略。學(xué)生代理充當(dāng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)伙伴或知心朋友，與學(xué)習(xí)者進行平等的討論、交流。實現(xiàn)智能化信息服務(wù)可以充分發(fā)揮其主動性、智能性和協(xié)作性，為用戶提供方便簡單的信息搜索、處理手段，提高學(xué)習(xí)者的信息獲取、處理能力。ICAI的發(fā)展：知識庫系統(tǒng)

任務(wù):存儲記憶全部智能檢索所需要的知識，并利用知識庫的知識推導(dǎo)出新的知識?；竟δ埽耗芾斫庾匀徽Z言，允許用自然語言提出各種詢問。具有較強的聯(lián)想能力，能根據(jù)對需求的大致描述找到有關(guān)知識。具有推理能力，能根據(jù)存儲的知識，演繹出所需的答案。具有較強的知識獲取能力，并具有自學(xué)功能。

目前的研究側(cè)重于知識檢索，即智能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。目的：提高對網(wǎng)上信息的管理和檢索能力熱點：數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘

ITS的發(fā)展趨勢自組織與個性化的信息系統(tǒng)——新的人工智能研究趨勢

NewAI:TowardSelf-OrganizingandPersonalizedInformationSystems

——克勞斯.邁因策爾（德國奧克斯堡大學(xué)跨學(xué)科信息科學(xué)研究所所長）現(xiàn)代社會最能被預(yù)見到的特質(zhì)就是它的不可預(yù)見性?！诺滤惯_（美國密西根大學(xué)前校長）ITS的發(fā)展趨勢

現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論的應(yīng)用將現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論用于ITS，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性，為學(xué)生建構(gòu)知識提供有效的信息，滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需求。智能代理技術(shù)的應(yīng)用智能代理技術(shù)是由各種技術(shù)支撐著的，許多實用的應(yīng)用特性的集合，系統(tǒng)正是利用這些特性來擴展并達到能自動執(zhí)行用戶委托任務(wù)的目的。自然語言處理技術(shù)的應(yīng)用通過自然語言人機接口更加方便地進行人機交互；實現(xiàn)知識點之間的層次關(guān)系和復(fù)雜的語義聯(lián)系；技術(shù)實現(xiàn)知識的查找和利用；進行跨語種的知識學(xué)習(xí)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)是多媒體技術(shù)的最新發(fā)展，在ITS中，可以通過在虛擬環(huán)境中的親身體驗，來達到演示、操作的教學(xué)目的，也為增強學(xué)生的學(xué)習(xí)實踐提供了方便、高效的途徑。人工智能教育及其發(fā)展

——以我國高中新課程為例人工智能的教育應(yīng)用

學(xué)習(xí)領(lǐng)域科目必修學(xué)分選修I學(xué)分選修II學(xué)分語言與文學(xué)語文10國家為滿足學(xué)生的興趣、愛好和未來發(fā)展的需要，在共同必修的基礎(chǔ)上，各科課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置若干選修模塊，供學(xué)生選擇。

學(xué)校根據(jù)當(dāng)?shù)厣鐣?、?jīng)濟、科技、文化以及自身條件開設(shè)，供學(xué)生選擇。外語10數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)10人文與社會政治8歷史6地理6科學(xué)物理6化學(xué)6生物6技術(shù)信息技術(shù)4通用技術(shù)4藝術(shù)藝術(shù)或音樂、美術(shù)6體育與健康體育與健康11綜合實踐活動研究性學(xué)習(xí)15社區(qū)服務(wù)2社會實踐6普通高中新課程概況多媒體技術(shù)應(yīng)用

算法與程序設(shè)計數(shù)據(jù)管理技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用人工智能初步

信息技術(shù)基礎(chǔ)高中《信息技術(shù)》新課程的構(gòu)成必修（2學(xué)分）:選修(2+X學(xué)分):信息獲取信息加工與表達信息資源管理信息技術(shù)與社會12345人工智能教育對于

信息素養(yǎng)培育的重要作用

對多種思維方式的培養(yǎng)和信息素養(yǎng)的綜合鍛煉求解結(jié)構(gòu)化問題的傳統(tǒng)程序＝算法＋數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)求解非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化問題的人工智能程序＝知識＋推理體驗人類專家解決復(fù)雜問題的思路，提高學(xué)生的邏輯思維能力Jonassen認(rèn)為：那些自行設(shè)計專家系統(tǒng)的學(xué)生將會在這種活動中受益匪淺，因為這是一個對所學(xué)知識進行深度加工的過程。

了解信息技術(shù)發(fā)展的前沿，激發(fā)對信息技術(shù)未來的追求

高中教材:

《人工智能初步》第1章初識人工智能1.1什么是人工智能1.2人工智能可以為我們做什么第2章了解人工智能語言2.1了解Prolog2.2使用Prolog2.3人工智能語言第3章用計算機表示知識3.1知識及其類型3.2知識表示入門3.3知識表示的常用方法第4章用計算機推理4.1什么是專家系統(tǒng)4.2專家系統(tǒng)如何工作4.3如何開發(fā)專家系統(tǒng)第5章用智能搜索解決問題5.1可以通過搜索求解的問題5.2窮舉式搜索5.3啟發(fā)式搜索與博弈第六章人工智能的發(fā)展與未來6.1人工智能的發(fā)展6.2人工智能的未來張劍平主編教育科學(xué)出版社2019高中人工智能教材的比較研究機器人教育與創(chuàng)新能力培養(yǎng)人工智能的教育應(yīng)用

機器人的教育價值作為家庭的益智玩具作為幼教工具與傳統(tǒng)的幼教工具相比有較強的交互性，交互形式多樣，不易產(chǎn)生厭煩感。可以讓孩子承擔(dān)更錯綜復(fù)雜的探索并促成其全面發(fā)展。作為成人的益智玩具作為學(xué)校課外活動的載體教育機器人課外活動的形式：課外興趣小組各種機器人競賽作為基礎(chǔ)教育課程的載體機器人教學(xué)的基本目標(biāo)（供討論）知識與技能

了解機器人硬件結(jié)構(gòu)、功能與應(yīng)用等方面的基本知識；具備開展機器人活動的基本能力。過程與方法

能夠規(guī)劃、拼裝簡易機器人、進行相應(yīng)程序編寫,能進行機器人的使用和維護。態(tài)度、情感與價值觀

培養(yǎng)對人工智能技術(shù)的興趣；認(rèn)識到智能機器人對社會進步與經(jīng)濟發(fā)展的作用；有應(yīng)用機器人、參加機器人競技活動的意識。機器人教育現(xiàn)狀3：

教育機器人產(chǎn)品

（據(jù)不完全統(tǒng)計）

產(chǎn)品生產(chǎn)/經(jīng)銷企業(yè)1諾寶機器人深圳市諾博特智能科技有限公司2能力風(fēng)暴機器人上海廣茂達3樂高機器人西覓亞科技4慧魚機器人慧魚中國5紫光機器人南京紫光科教儀器有限公司6通用機器人北京通用依耐特技術(shù)開發(fā)有限公司7中鳴機器人中鳴數(shù)碼科技8納英特機器人杭州納英特電腦電子工程有限公司9研究版、大學(xué)版機器人上海英集斯自動化技術(shù)有限公司10教育機器人系列北京博創(chuàng)興業(yè)科技有限公司12教學(xué)模型兩足機器人，教學(xué)模型足球機器人中山大谷電子科技有限公司13未來之星教育機器人上海積成電子系統(tǒng)有限公司14交大智能機器人交大智通智能機器人事業(yè)部15英羅智能機器人（主要提供傳感器等配件）上海英羅智能機器人有限公司16重慶友恒機器人重慶友恒電腦科技有限責(zé)任公司17利德機器人（足球比賽用）沈陽東大利德電子有限公司18滅火機器人套裝博思電子數(shù)碼科技有限公司18MythBusters、RadioShackVEX機器人教育面臨的問題教學(xué)目標(biāo)的科學(xué)性不強小學(xué)、初中、高中機器人教育的教學(xué)目標(biāo)問題教育行政部門的重視不夠目前主要由企業(yè)的積極性推動著相關(guān)活動的開展缺乏科學(xué)規(guī)劃與教學(xué)設(shè)計機器人“教材”大多是“產(chǎn)品說明書”或“用戶指南”對于“智能”概念的使用過于泛化缺少從教育視角進行的研究相關(guān)研究涉及多個領(lǐng)域，課題申報的難度較大機器人產(chǎn)品缺少規(guī)范教育機器人品牌繁雜，自成體系，互不兼容，開放度低教育功能完善且性能價格比高的教育機器人產(chǎn)品不多……推進AI&R教育的思考：

關(guān)于AI&R教育的研究研究意義為我國中小學(xué)開展人工智能與機器人（AI&R）教學(xué)提供可操作的教學(xué)與學(xué)習(xí)模式、教學(xué)評價方法，推進中小學(xué)人工智能與機器人教育的健康發(fā)展探索機器人作為人工智能教育的應(yīng)用平臺，更好地與基礎(chǔ)教育課程改革相結(jié)合。課題指南《中國電化教育》2019（12）專題文章：機器人教育：現(xiàn)狀、問題與推進策略開展機器人教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神對機器人學(xué)科教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容的認(rèn)識

編者按：隨著基礎(chǔ)教育教育信息化的不斷深入，目前機器人教育已經(jīng)在中小學(xué)逐步得到開展。教育部2019年頒布的高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中，把“人工智能初步”和“簡易機器人制作”設(shè)為技術(shù)領(lǐng)域的選修模塊，意味著我國的人工智能和機器人教育在大眾化、普及化層面上進入了一個新階段。我國中小學(xué)人工智能與機器人教育剛剛起步，就廣大一線教師而言，一些相關(guān)問題尚有待進一步實踐和多視角的研究。其中包括：適合小學(xué)、初中、高中不同學(xué)段學(xué)生認(rèn)知水平的機器人教育教學(xué)目標(biāo)問題、如何為學(xué)生選擇合適的機器人產(chǎn)品、機器人教學(xué)資源建設(shè)問題、機器人教育活動的設(shè)計、組織與實施問題、相關(guān)的教學(xué)評價問題。更進一步，如何將人工智能教育與當(dāng)前的機器人教育有機結(jié)合等問題。為了有助于上述問題的探索，本刊特編發(fā)了下面一組文章。同時，我們還將繼續(xù)關(guān)注人工智能與機器人教育實踐與研究的進展，假如你也在進行著相關(guān)的探索，歡迎向本刊投稿。人工智能教育的研究框架人工智能的教育應(yīng)用

人工智能的教育應(yīng)用

研究框架學(xué)人工智能走進人工智能的神秘殿堂