人工智能与教育视角下学生创新能力的培养研究

何颖, 林智慧, 张卫钢

(西安思源学院 电子信息工程学院， 西安 710038)

0 引言

为了深化教育体制改革，培养学生创新能力的发展。运用人工智能技术，加快人才培养方案模式、信息技术与教学设计方法的改革更新，构建包括智能学习、互动的新型教育体系势在必行。通过学习，提供准确的推送教育服务，实现日常教育和终身教育定制。新型的教育体系要以“人工智能服务教育”的理念为指导，利用高速发展中的移动互联技术等，旨在打造“人人皆学、处处能学，时时可学”的智能化教育环境，促进学习方式变革和教育模式的创新，为学生、教师和各级教育管理者提供适合、精准、便捷、人性化的优质服务，最终形成“人工智能+教育”的生态系统[1]。人工智能进入2.0时代，信息流将成为人工智能的新时代的领导者，在人工智能的高度重视和持续的投资由政府和资本市场提供，将促使中国人工智能的迅速发展。在相关政策和技术的推动下，国内人工智能产业的投资进程明显加快，人工智能企业的年增长也呈现明显上升的趋势。中国人工智能新增企业数量发展趋势如图1所示。2012-2015年，中国的人工智能获得投资次数达43次，总投资额为14.23亿元。随着移动互联网、大数据、云计算等的深入发展，基于深度学习的智能语音和图像识别等人工智能技术开始渗透到各个领域，进入了工业化的初期阶段[2-3]。

图1 中国人工智能新增企业数量发展趋势

1 “人工智能+教育”的主要特征

“人工智能+教育”的主要特征体现在以下六个方面。

(1) 创新驱动。“人工智能+教育”通过人工智能技术在教育应用上实现创新，基于语音识别技术的语音教学和基于图像识别技术的智能评价等，促进了教育本身的不断改革和创新。

(2) 改变教育结构和师生关系。在教育资源数字化的基础上，“人工智能+教育”更强调资源的多样性和非结构化，并赋予资源新的语义，能随时为学生提供个性化的、学得舒服的学习资源；同时，“人工智能+教育”改变了师生关系的结构，使教师从冗余和重复的机械工作中解放出来，成为一名学生的教练或主人，并有精力去关注学生。高阶思维和创新能力。

(3) 开放生态。在“大众创新、万众创新”时代，“人工智能+教育”以人工智能技术为基础，利用技术的优势来拓展教育边界，向先进领域开放。同时，在人工智能技术的支持下，社会各企业研发产生的各类教育智能产品，会不断与教育各要素发生“化学反应”，形成双向互补与多赢格局。“AI+教育”将使教育不再局限于校园，将学校、社会、企业有机连为一体，最终构建起互联网时代新型教育生态环境，成为教育向外开放的接口。

(4) 尊重个性教育服务。“人工智能+教育”提供的教育服务充分尊重师生人性，能依据教师、学生的特征和需求，提供精细、富有实效的个性化教育服务。当学习者的学习特征不明确或效果不明显时，人工智能技术可通过智能算法或数据分析，基于各类知识库进行推理，即时反馈，不断矫正服务不足，提高个性化服务水平。

(5) 动态智能教学服务。教学服务是动态的、智能的。“人工智能+教育”所需的教学环境包括物理环境与人文环境。其中，物理环境包括教学地点、时间等因素，人文环境包括学习者、教师、文化背景等因素。根据不同的教育场景、角色、文化背景等因素，它提供的教育服务是智能的，是尊重人性的，能依据用户的特征和不同需求，能够动态化调节。

(6) 自治演进 。“人工智能+教育”系统不受周围环境以及用户的干扰，它可以独立控制自身的行为和内部状态。例如，学生考试完成后，人工智能系统依据评分规则在后台自主评测学生试卷，而不受教师、学生行为的影响。系统能够根据学生以前的学习习惯及经验进行预测并进入深度自主学习，不断完善其功能，实现自治演进[4-5]。

2 教育培养以学生创造力为核心

未来，人工智能在知识记忆和简单理解上超越人类，这些工作将完全被人工智能所取代。面对学生的知识教育，学校必须及时调整人才培养方案及教学大纲，重视培养学生的批判性思维、创造能力、创新精神和创业精神，注重培养合作的能力。创造力要求一个人在一个领域有着深厚的技术专业知识的同时，还要在其他领域具有广博的知识创造力取决于一个人能否以新方式将不相关的基本要素结合在一起，并在很大程度上依赖于一个人的整合能力，创造力不是一瞬间的洞察力，而是几个关键因素的结合：

(1) 知识：深入认识一个领域并广泛接触多个领域；

(2) 创造性思维能力：以新方式整合信息的能力，分析创意并促使实用性、创造性想法产生的能力；

(3) 动力：好奇心、内在兴趣、毅力、愿意承担风险，并且能够对意义的不确定性安之若素；

(4) 环境：内在诱因推动，协作环境以及鼓励冒险。

3 学生创新能力路径的培养研究

新时期新人才的核心素质是指学生应具备的基本素质和核心能力，能够满足终身发展和社会发展的需要。创造性思维和创造性人格铸就创造性人才[6,7]。创造性思维属于人们智力的范畴，创造性人格属于非智力的范畴，两者要同时具备。对学生实施创新教育的要点是，

培养具有创新精神和能力的创新型人才；创造的潜能，教育是探索每个人潜能的基本途径；

个人追求成功的内在动机是创造性的主要动力，强烈的创造动机会激发人的创造能力；创造力的高低与任何职业的成就成正比，创造力开发对于各种职业和各个领域的每个受教育者都是十分重要的。

建设有品质的课程，关键就是课程的重心，不应该再是知识的获得，而是回归教育本源，回到人格的塑造、知识的运用和创新能力的培养上来。原先从基本知识、基本技能传授开始、然后逐渐提高学习能力的路径值得反思，未来的学习路径不仅有自下而上，也应该有自上而下的，甚至有中间进入的，至少有以下3种：

(1) 组合式知识建构学习。从传统的阶梯式学习变成了从个性出发的组合式学习，有了共同的学习基础，然后再根据个人认知的水平、爱好特长、未来职业的规划进行组合式的个人的知识建构。

(2) 问题驱动的项目学习。首先提出问题并做出假设，制定计划进行实验，然后进行测试观察，不断修改调整再对此进行分析，最后与别人分享和表达成果。

(3) 翻转课堂式学习。学生自己可以在教室以外的地方学习知识，上课时老师在课堂上提问，了解学生在学习中遇到的问题，带着问题教授学生知识，而且学生、老师可相互讨论，老师最后可总结知识点与应用。学生会觉得翻转式学习不是那么轻松，但它却能提高学习气氛，课堂效果，学生学习效率[8]。

4 总结

以人工智能技术为基础的教育形态是未来主要的教学形式。“人工智能+教育”是以学习者为中心的教育体系，其应用形式是以智能校园、三维综合教学场、基于大数据智能的在线学习教育平台、智能教育助理等为支撑，以更新信息技术、不断完善教学方法，改进人才培养方案，促进教学的不断改革发展及更新。学习能力的路径以组合式知识建构学习、项目式学习、翻转式学习等创新能力培养路径为研究出发点，激发学生的创造思维，探索学生创新精神和创造能力的潜能，培养学生终身学习的品质。