人工智能在教育教學(xué)中的應(yīng)用

人工智能在教育教學(xué)中的應(yīng)用一、AI+教育行業(yè)現(xiàn)狀隨著近年來人工智能的快速發(fā)展，AI逐漸融入到各行業(yè)，產(chǎn)生新的行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。除了金融、城市管理、醫(yī)療等行業(yè)已經(jīng)快速智慧化轉(zhuǎn)型。而教育作為立國(guó)之本，重中之重，在2000年初，人工智能就被逐漸賦能到教育產(chǎn)業(yè)中。在國(guó)內(nèi)，AI+教育賽道備受資本關(guān)注。2013年-2019年，AI+教育領(lǐng)域共發(fā)生274筆投融資事件，總?cè)谫Y額達(dá)145億。從融資增速上來看，融資事件數(shù)復(fù)合增速達(dá)34%，融資總額增速達(dá)57%，資本一度狂熱，其中K12與教育信息化領(lǐng)域的融資規(guī)模領(lǐng)跑其他細(xì)分賽道，期間各自總共融資78億與20億，分別占整體融資額的53.5%和13.6%。二、AI+教育行業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景我主要是從”教“、“學(xué)"、”評(píng)“的角度總結(jié)了下AI在教育行業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景?！具@些場(chǎng)景都是作為普通大眾能夠接觸到的。】”教“即教授，主要包含：智慧課堂、語音輔助教學(xué)等應(yīng)用”學(xué)“即學(xué)習(xí)，主要包含：智能搜題、智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)等應(yīng)用”評(píng)“即測(cè)評(píng)，主要包含口語測(cè)評(píng)、智能批改等應(yīng)用營(yíng)銷客服應(yīng)用并不屬于教學(xué)評(píng)的范疇，屬于”管“的范疇。給教育者和被教育者、平臺(tái)及平臺(tái)使用者提供了一個(gè)AI橋梁。1、AI+教育的應(yīng)用：口語測(cè)評(píng)口語評(píng)測(cè)包含三類：朗讀與復(fù)述、陳述與討論、演講與問答，不同場(chǎng)景對(duì)應(yīng)考察學(xué)生不同的口語能力，并且學(xué)生表達(dá)的主觀靈活性逐漸提升。朗讀的場(chǎng)景：如很多英語學(xué)習(xí)的app有跟讀和配音的功能，普通話等級(jí)測(cè)評(píng)。由于測(cè)試的對(duì)比材料固定，評(píng)測(cè)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要是語音、調(diào)節(jié)奏準(zhǔn)確清晰度。復(fù)述的場(chǎng)景：根據(jù)看到的文本或聽到的語音內(nèi)容，記憶后通過自己的理解進(jìn)行口述。就要求機(jī)器能夠“聽懂”學(xué)生的復(fù)述的整體內(nèi)容，主要測(cè)評(píng)有表達(dá)連貫、內(nèi)容完整語言規(guī)范情感恰當(dāng)表達(dá)連貫、內(nèi)容完整語言規(guī)范情感恰當(dāng)，人稱轉(zhuǎn)換、時(shí)態(tài)歸納概括要點(diǎn)記錄，而非僅僅是逐詞校對(duì)，目前復(fù)述題模型需要基于朗讀題數(shù)據(jù)做自適應(yīng)處理，以提升識(shí)別性能。陳述的場(chǎng)景：比如英語流利說口語考試中，app出一道”whatdoyouthinkofhowtobeagoodleader?"題目，給5分鐘答題時(shí)間。觀點(diǎn)明確、內(nèi)容充實(shí)語言連貫、結(jié)構(gòu)完整。討論的場(chǎng)景：幾個(gè)人就一個(gè)主題進(jìn)行開放式討論，比如辯論。能夠參與討論，并針對(duì)他人的論點(diǎn)進(jìn)行反駁。演講的場(chǎng)景：與陳述的場(chǎng)景有些相似，但是演講一般是提前準(zhǔn)備好的，主要是測(cè)評(píng)演講內(nèi)容的邏輯性和完整度、流利度、情緒飽滿度，緊扣主題，論證合理、引用規(guī)范、語言豐富等。問答的場(chǎng)景：由AI代替老師進(jìn)行提問，學(xué)生進(jìn)行回答，一部分主要是場(chǎng)景式對(duì)話的內(nèi)容。如在機(jī)場(chǎng)的英語對(duì)話場(chǎng)景中，和你對(duì)話和以及評(píng)測(cè)的都是AI.主要測(cè)評(píng)回復(fù)內(nèi)容的相關(guān)性、準(zhǔn)確性。并能夠針對(duì)題目回答相關(guān)提問。在陳述、討論、演講和問答等半開放場(chǎng)景下，例如學(xué)生在和AI口語老師進(jìn)行交際口語、情景問答的過程中，可以還原真實(shí)語言應(yīng)用環(huán)境，讓學(xué)生更主題場(chǎng)景式地練習(xí)、應(yīng)用語言知識(shí)。2、智慧課堂（虛擬教師）和智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)由于2020年疫情的突發(fā)，加快了在線課堂的智能化應(yīng)用。虛擬教師：對(duì)話方式實(shí)時(shí)反饋反饋通過虛擬教室以對(duì)話的方式讓學(xué)生感覺更親切，接受度更高個(gè)性化對(duì)話輔導(dǎo)根據(jù)學(xué)生歷史數(shù)據(jù)、教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生反饋提供最佳的對(duì)話路徑、學(xué)習(xí)速度課堂專注度分析通過對(duì)學(xué)生課堂狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，包括學(xué)生人數(shù)、姿態(tài)、行為、面部角度、表情等，實(shí)現(xiàn)抬頭率、看手機(jī)率、微笑率、專注度、離席率等課堂效果指標(biāo)的智能統(tǒng)計(jì)。智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)：智能推薦，難度調(diào)控讓成績(jī)優(yōu)異孩子學(xué)習(xí)具有挑戰(zhàn)的內(nèi)容，成績(jī)一般或者成績(jī)不佳的孩子學(xué)習(xí)能聽懂并接受的知識(shí)點(diǎn)，考試更輕松動(dòng)態(tài)規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑根據(jù)每個(gè)孩子學(xué)習(xí)進(jìn)度情況的不同，制定個(gè)性化學(xué)習(xí)方案，將時(shí)間花在薄弱的知識(shí)點(diǎn)上，更快看見學(xué)習(xí)效果智能查找學(xué)習(xí)漏洞一個(gè)8年級(jí)的知識(shí)點(diǎn)學(xué)不會(huì)可能是因?yàn)?、7年級(jí)的某些知識(shí)點(diǎn)沒有掌握而導(dǎo)致的，從源頭找準(zhǔn)孩子的知識(shí)漏洞3、智能搜題、批改智能搜題和智能批改相信家長(zhǎng)都老師都不陌生，都是OCR的文字識(shí)別和手寫識(shí)別的應(yīng)用。目前OCR技術(shù)已趨于成熟，手寫體識(shí)別準(zhǔn)確率可達(dá)90%以上，印刷體的識(shí)別準(zhǔn)確率更高。智能搜題：在技術(shù)層面上，各類拍照搜題產(chǎn)品都大同小異，能夠構(gòu)建起競(jìng)爭(zhēng)壁壘的部分是需要依靠強(qiáng)大的人力和組織力生產(chǎn)的題庫，這是決定產(chǎn)品用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵因素。如果題庫中搜索不到，一些產(chǎn)品會(huì)加入在線問答、向?qū)W霸提問的功能增加用戶粘性。同時(shí)產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)人員會(huì)將為搜到題的圖片進(jìn)行標(biāo)注處理豐富題庫。智能批改：數(shù)學(xué)、英語、語文、作文三年級(jí)語數(shù)外效果還不錯(cuò)，特別是數(shù)學(xué)。智能語音指令通過語音識(shí)別，APP能夠識(shí)別出學(xué)生的指令，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻頁、查詢搜索、跳轉(zhuǎn)頁面等指令功能。智能語音控制設(shè)備，使用更靈活，更有趣。點(diǎn)讀播報(bào)語音合成技術(shù)，能夠配合學(xué)生的教學(xué)內(nèi)容，流暢自然地朗讀播報(bào)。多種發(fā)音人，能夠結(jié)合文本內(nèi)容為學(xué)生提供多樣化的朗讀風(fēng)格，增加閱讀趣味性。網(wǎng)課直播字幕通過實(shí)時(shí)語音識(shí)別，能夠?qū)⒗蠋熣f的話實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)成文字，并展示在屏幕上，方便學(xué)生清晰快速了解教學(xué)內(nèi)容。4、語音輔助教學(xué)語音輔助教學(xué)是ASR、TTS和NLP（指令式）的簡(jiǎn)單應(yīng)用。智能語音指令(ASR+NLP)通過語音識(shí)別，APP能夠識(shí)別出學(xué)生的指令，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻頁、查詢搜索、跳轉(zhuǎn)頁面等指令功能。智能語音控制設(shè)備，使用更靈活，更有趣。點(diǎn)讀播報(bào)(TTS)語音合成技術(shù)，能夠配合學(xué)生的教學(xué)內(nèi)容，流暢自然地朗讀播報(bào)。多種發(fā)音人，能夠結(jié)合文本內(nèi)容為學(xué)生提供多樣化的朗讀風(fēng)格，增加閱讀趣味性。網(wǎng)課直播字幕（ASR）通過實(shí)時(shí)語音識(shí)別，能夠?qū)⒗蠋熣f的話實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)成文字，并展示在屏幕上，方便學(xué)生清晰快速了解教學(xué)內(nèi)容。5、智能營(yíng)銷客服目前智能營(yíng)銷客服已經(jīng)在其他行業(yè)全面開花，金融（銀行、證券、報(bào)銷、基金、消金）、政務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等早在多年前就已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用智能客服以起到降本增效的作用。在教育行業(yè)也是售前、售中、售后三個(gè)階段實(shí)現(xiàn)基于用戶畫像的智能營(yíng)銷和推薦、售中的業(yè)務(wù)資源以及售后問題解答和滿意度調(diào)查、回訪等。對(duì)智能客服感興趣的朋友們可以去看看我其他的文章。三、AI+教育行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力分析五類玩家各有所長(zhǎng)，行業(yè)定位逐漸清晰從技術(shù)與業(yè)務(wù)的角度來看，AI+教育的主要行業(yè)玩家可分為具有教育與業(yè)務(wù)背景的線上與線下教育機(jī)構(gòu)和具有技術(shù)與產(chǎn)品背景的AI技術(shù)供應(yīng)商與互聯(lián)網(wǎng)巨頭，以及綜合教育與技術(shù)背景的教育信息化廠商，這五類玩家各有所長(zhǎng)，對(duì)AI+教育的滲透程度不一，發(fā)展階段各異，其中在線教育機(jī)構(gòu)與AI技術(shù)供應(yīng)商因業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)資源積累和技術(shù)開發(fā)優(yōu)勢(shì)，滲透程度較高。隨著各類行業(yè)玩家對(duì)AI+教育領(lǐng)域的不斷探索，未來行業(yè)分工將進(jìn)一步明確，在競(jìng)爭(zhēng)中走向融合創(chuàng)新。四、未來趨勢(shì)目前，人工智能技術(shù)在教育上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在圖像識(shí)別、語義識(shí)別、語音識(shí)別等方面。這些技術(shù)雖然得到了應(yīng)用，但目前尚處于初級(jí)階段。在技術(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景上還需要更多的探索，未來仍存在著廣闊的提升空間。1、個(gè)性化教學(xué)升級(jí)人工智能教育的核心是數(shù)據(jù)、算法與知識(shí)圖譜，人工智能需要海量精準(zhǔn)和標(biāo)記的數(shù)據(jù)。然而，現(xiàn)在從各個(gè)細(xì)分教育方向切入的人工智能教育企業(yè)都在數(shù)據(jù)方面存在不同程度的缺失。例如數(shù)據(jù)無法進(jìn)行有效評(píng)估，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)還未形成閉環(huán)，某些重要環(huán)節(jié)仍然缺失，比如學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)、知識(shí)點(diǎn)掌握情況數(shù)據(jù)等。因此現(xiàn)階段利用AI無法形成有效評(píng)估，來推動(dòng)學(xué)習(xí)改進(jìn)。但是隨著基于AI教學(xué)過程互動(dòng)越來越頻繁，可收集和利用的數(shù)據(jù)越來越多,再加上AI技術(shù)的的不斷更新升級(jí)，從而使得對(duì)學(xué)生與老師在教與學(xué)的狀態(tài)越來越清楚，推送也變得越來越精確，例如將同一缺陷的學(xué)生歸為一類，并判斷該類學(xué)生的缺陷程度、認(rèn)知水平、個(gè)性特征及學(xué)習(xí)方式，進(jìn)而為其制定相應(yīng)的課程學(xué)習(xí)計(jì)劃，從而使用戶接受知識(shí)的效率能夠大大提升。2、學(xué)習(xí)模式新增——沉浸式學(xué)習(xí)教學(xué)場(chǎng)景不再僅限于簡(jiǎn)單的文本、圖像、音頻、視頻等，人們將獲得沉浸式的立體化學(xué)習(xí)體驗(yàn)。市場(chǎng)中出現(xiàn)的VR(虛擬現(xiàn)實(shí))眼鏡及頭盔等產(chǎn)品就可以將人們帶入一個(gè)極具沉浸感的虛擬場(chǎng)景中。通過豐富多元的教學(xué)場(chǎng)景，輕松、快樂地學(xué)習(xí)知識(shí)與技能。3、線下智慧課堂落地智能家居、無人智慧賓館/酒店已經(jīng)走進(jìn)大眾的生活，線下智慧課堂的落地也不會(huì)太遠(yuǎn)。以K12教育行業(yè)為例，學(xué)生的大部分學(xué)習(xí)時(shí)間在學(xué)校，傳統(tǒng)教育體制下的學(xué)校還保持傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式。要不是疫情原因，線上教育難以又這么快速的發(fā)展。而傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式也不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)完全被線上教育所取代，仍然會(huì)是線下為主，線上為輔的混合教學(xué)模式。傳統(tǒng)線下教育系統(tǒng)對(duì)于落地教育場(chǎng)景的接受度也將成為Al+教育面臨的棘手問題。但是技術(shù)的發(fā)展必然會(huì)引發(fā)模式的變更。為標(biāo)準(zhǔn)型教室配備采集設(shè)備與AI技術(shù)，記錄與理解課堂教學(xué)過程，挖掘課堂教學(xué)數(shù)據(jù)。通過對(duì)學(xué)生課堂狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，包括學(xué)生人數(shù)、姿態(tài)、行為、面部角度、表情等，實(shí)現(xiàn)抬頭率、看手機(jī)率、微笑率、專注度、離席率等課堂效果指標(biāo)的智能統(tǒng)計(jì)。幫助學(xué)校利用大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)管理決策、助推教師專業(yè)發(fā)展。Al+教育的線下智慧課堂落地需要學(xué)校、老師、家長(zhǎng)和學(xué)生的共同配合。4、AI在特殊教育領(lǐng)域的應(yīng)用加強(qiáng)當(dāng)前人工智能與教育的融合探索主要聚焦在基礎(chǔ)教育和高等教育領(lǐng)域，并取得了一些成績(jī)，特殊教育作為整個(gè)國(guó)民教育的重要組成部分，人工智能的應(yīng)用場(chǎng)景也同