人工智能技术在教育领域的应用

文/曾辉

1 引言

人工智能最早成形于上世纪中期，近年来在神经网络、智能算法、云计算等相关技术先行发展的铺垫上，在算力、应用面等方面获得巨大的突破，受到全社会各行业的广泛关注，成为了大众焦点，也被国家战略所重视。在经过几十年来的发展之后，目前人工智能已经在各行各业里被广泛应用，给社会生产带来了深刻的变化。

教育行业作为面向未来的行业，一直紧随着先进技术的发展与时俱进，人工智能与教育的结合是一个明显的发展趋势，随着教育信息化进程的推进，教育教学模式与过去相比已经发生了很大的改变，目前已经有一部分人工智能产品开始落地到教育领域，未来更多的智能产品将走进课堂。

2 内容

人工智能技术，基于PCA、LBP、迁移学习和度量学习等算法可以在教育应用系统中应用，实现图形识别、语音识别、大数据等技术应用。人工智能也能作为老师的教学辅助手段，人工智能技术手段可以帮助老师判断教学质量，产生针对性的教与学的效应、效率和质量。

学生的学习水平能在教学过程由AI智能化诊断，学生存在的问题更易被找到，在此基础上AI还能给出解决方案，并提出意见和建议，实现机器与人的一对一定制化教学，并能结合学生已有的知识水平调整教学进度，智能生成适合该学生的教学方法和教学策略。

2.1 人工智能在教育中应用的类型

2.1.1 学习人工智能

AI被认为是人工智能中学习的对象，可以学习其基本知识、基本技能及其对社会的影响。

（1）课程改革的推行，新时代的学生需要接触和融入当代前沿技术，人工智能技术属于该范畴，将人工智能技术基础为核心内容的课程加入到学生课程列表中符合课程改革的策略。

（2）学生尚处于对于教学体系的认知阶段，使其明白知识和应用的关系是教育的重要一环。按照布鲁斯教育目标分析法，在认知层面上有从低到高六个层级：知道、领会、应用、分析、综合、评价，从基础层面知识的认知和记忆到高级逻辑思维去做出推断分析，这是连续的对于知识的从浅入深的应用能力。通过在当前的教育中增加人工智能课程的方式，学生可以了解人工智能的基本特征和智能解决问题的基本策略，借此还可以充分培养学生建立问题解决方法具有多样性的、逻辑缜密的认知，形成对解决问题大有裨益的多元思维方式。

2.1.2 用人工智能学习

人工智能可以作为学生课程学习的首选工具，在课前使用人工智能技术进行浅层学习，而教师则可以在课中使用人工智能技术给学生带来深度学习的授业。

得益于人工智能的发展，“教学自动化设计”正在教学一线场景中普及。从事教育设计和教育相关产品开发的人群可以不再局限于信息孤岛和思维局限的困境当中，教学自动化设计可以帮助教育从业者在开发过程中避免重复性工作、精力限制、无效工作等情形的发生。教学自动化设计来源于计算机辅助教学设计，目前已被广泛接受的研究成果有：

（1）一体化的输出工具。比如异步课程传递管理系统，WebCL（用Javascript在Web中实现OpenCL）等平台，通过互联网发布，将写作和表达更具备更强的传播性和时效性，避免了传统书写对于场所和工具的依赖。

（2）教学自动测评技术。在接收到课程的问题和任务后，学生通过终端将问题的答案输入计算机，计算机在不需要监督的情形下判断答案，输出分数或给出评价。

（3）提供教学设计的专家系统。人工智能把教育从业人员的经验和既有资料作为资料库，通过训练后，不断强化，在顶层规划、课程设计、施教决策等方面提出更新建议，为特定教学用户输出定制化的咨询服务及教学自动化设计信息管理系统。

2.1.3 从人工智能学习

AI在数据分析、自我学习、边缘计算等方面更具优势，可以承担教与学各层次的辅助功能。AI成为从教师授业之外的另一来源，这也是智能教学系统ITS（Intelligent Tutoring System）诞生的契机。

ITS是运用人工智能技术，让计算机应用发挥作用，实现个性化教育，传授知识，引导具有不同需求和特点的学生的自适应教学系统。它能在解析学生学情资料后给予有针对性的教学，并能利用自然语言进行互动。ITS能对每一位学生的行为、情感状态、动机都做出记录和判断，并生成开放的学生模型，能收录并归纳教学中已有的问题和学生解决时会发生的错误，并支持自然语言对话，具备异向特征读取，需求各异的学生教授知识的能力。

2.2 人工智能在教育中的具体应用

人工智能技术在教育中的重要程度与日俱增。近年来，我国教育的发展，与人工智能技术与教育的融合关系密不可分，人工智能技术即将走入教室、参与学生学习中，将为一线教学提供前沿科技。

智能教育包括但不限于创新思维、人文素养、传感通讯、超融合计算、决策设计、信息容灾、边缘计算、互联网工程、AI编程、跨学科融合、跨行业融合。人工智能在这些细分领域推动教育信息化的同时，也与教育不仅仅局限于绑定的关系，而是深度参与到教育当中，产生更为深远的影响。

2.2.1 人工智能教学

人工智能的发展中，训练机器人能大大加快推动人工智能技术的发展，机器人学习是让机器人模拟人类学习的过程，并在这个过程里能够发掘新的知识。机器人学习的过程速度快，并能够轻松应对学习庞大数据量的任务，与此同时，机器人学习还能得到更加准确的结果。

教育机器人满足教学的相关需求，具有一定的开源性和二次开发性，可以依照需要进行功能的加减，便于自主创新，人机交互体验更佳。

教育机器人指是通过人工智能技术，应用机器人，优化教与学及效应。主要按照功能划分可以分为五类：

2.2.1.1 人工智能辅助教学

人工智能辅助教学是指在教学活动中教师和学生将机器人作为新的重要的教学媒介和工具。它具有智能、自动化、人性化、自学、可控性和机动性等性质。人工智能辅助教学中，核心的模式为机器人模拟教学。

2.2.1.2 人工智能学科教学

人工智能学科教学是指将机器人视为一门科学而不仅仅是技术，作为现代教育者的智慧文化。以特殊课题或项目参与（整合）的形式，全体学生都被教导有关机器人的基础原理和初级技能。

2.2.1.3 人工智能管理教学

人工智能管理教学指机器人在管理层面的应用，运用人工智能技术对教学计划、教学组织、人事调控、教学协同、教学管控进行统一中枢体系化管理。

2.2.1.4 人工智能代理事务

机器人在物理上也具备部分功能，由此可以来承担人类在特定场景里的非核心功能。可自定义非核心教学的其它事务。例如，为他们借书，为他们记笔记，或为他们点餐。利用机器人代理交易功能的目的是提高学习效率，提高学生的素质。

2.2.1.5 人工智能主持教学

机器人教学是指机器人作为教学主体参与教学事务当中，这种模式的普及能够拓宽学生获取知识的渠道，机器人作为教学活动的实施者发挥性能允许下的更大的作用。人们对此存在很多忧虑，其中一个问题是机器人抢占工作机会，老师失业。这种恐惧实际上是多余的，来自于对机器人科学的误解和新模式的疑惑。由于任何先进的机械设备都能提高效率和质量，必然会将人从原来的机械的、重复的工作中解放出来，提供更多新的就业岗位。

2.2.2 人工智能服务

2.2.2.1 技术类核心服务

此类服务通常是以真实的教育应用场景为对象，用封装好的人工智能技术去实现用户需要的功能，从而使各类教育应用产品能够迅速形成包含学习成本低的交互界面、普适通用的接口的人工智能技术。这种服务能够在一线教学场景中给予师生迫切需要的使用体验，从技术产品的起点出发，以解决现有需求为导向，也被称作“人工智能代理”。

2.2.2.2 业务类核心服务

这类服务也是从现实的教与学的多样化场景出发，结合分散的人工智能技术应用，以场景的角度进行系统化的多核运算处理，能整合教学链条上的各项要求，具备强大的学习能力，给予每个受众个性化服务。这类服务能从宏观的角度开展业务，利用数据整合的优势，在分析、定制方案、管理学校等方面发挥作用，也被称作“人工智能助手”。

3 结语

在教育领域中，人工智能已经从纯算法走到了应用，从入局者成长到参与者，从零散地实现功能到与教育紧密融合。在初入教育领域时，由于师生对人工智能的陌生感和整个环境的技术配套未完善，只作为一项功能存在；随着应用的逐渐铺开，开始熟悉和发现人工智能技术带来的便捷，人工智能开始在教育领域快速部署，师生对人工智能的需求也渗入了学校事务中的方方面面。这也符合一个新事物被接纳的普遍发展情形，而目前这个趋势仍在继续，对于人工智能将来的发展可以抱有更乐观的态度。

在新时代不断涌现的新局面，利用人工智能实现有益教与学的功能，顺应教育信息化2.0时代的发展趋势。