人工智能在高等教育领域中的应用和挑战

[摘 要]工业4.0时代，人工智能技术推进了各行业、各领域的重大变革。高等教育也迎来了数字化转型升级。本文从人工智能技术在教育行业的兴起出发，围绕AI助教、虚拟仿真实验室、智能教学评价、视频教学资源制作、多媒体课件制作五个方面探讨了人工智能在高校中的应用。提出人工智能在带来机遇的同时，对高校数据和隐私安全也带来挑战，可能造成师生对技术的过度依赖，产生数字鸿沟。高等院校在迎接人工智能技术带来便利的同时，也要着力尊重和维护人类自主性和创新性，加强人工智能师资队伍建设，推动教师完成角色转变和能力提升。

[关键词]人工智能；高等教育；应用；挑战

习近平总书记强调“人工智能是新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量，将对全球经济社会发展和人类文明进步产生深远影响[1]”。当前，人工智能应用进入爆发式增长，工业、医疗、金融、互联网、家居等领域不断涌现新模式、新业态。作为催生教育结构变革的重要力量，人工智能也正引领教育行业加速走向信息化。教育部发布的《教育信息化2.0行动计划》明确提出，要充分利用云计算、大数据、人工智能等新技术，助力教育教学、管理和服务的改革发展[2]。

早在2011年，一系列人工智能软硬件应用就开始在教育市场落地布局。如批改网利用语义识别技术在线自动批改英文作文；英语流利说APP，通过语音识别技术实现英语口语在线测评、写作打分和深度自适应学习；学霸君APP，利用图像识别技术实现拍照答疑。如今，人工智能应用更为广泛和深入，认知计算、情感计算、高级机器人等技术愈发成熟。作为人工智能技术研发和应用的主阵地，高等院校也在积极推动人工智能与高等教育的融合发展，利用人工智能大模型助力教学科研创新，支撑学科和专业发展，提升高校现代化治理水平。

一、人工智能在高等教育中的应用

现阶段，人工智能技术在国内外高校已经有了令人欣喜的应用场景，对高校教学、科研和行政管理工作产生了积极的推动作用。以下列举五类主要应用场景。

（一）AI助教

知识的学习和消化需要学生不断练习巩固和教师的有效反馈，但大部分课程的教师数量有限，很难做到对每个学生进行及时有效反馈。特别是在高校通识课程中，学生数量能达到上百人，这种矛盾更为突出。AI助教的产生，使得这种一对一教学、个性化教学成为可能。美国佐治亚理工学院于2016年推出AI助教Jill Watson，在课程的在线论坛上，她能一对一回答学生提出的问题，对学生作业进行批改评价，同时还能连线在线学生和课堂学生，建立学生之间的学习社群。在国内，AI助教也在多所高校进行了探索和布局。清华大学AI助教系统不仅能够提供全天候的学习辅导和智能评价反馈，还能引导学生进行深入思考；北京大学AI助教能辅助教师制作课程教案，回答学生提问，帮助他们建立个性化知识库；浙江大学AI助教能对学生听、读、写等核心英文能力进行考核评估，并提出针对性学习建议和方法；香港科技大学推出AI讲师，以不同角色外貌和语言风格，为学生讲授课程。AI助教的产生，使得人工智能在高校中的角色从“工具”转变为“伙伴”，使得全天候、个性化、全流程学习成为可能。

（二）虚拟仿真实验室

高校实验室是实验教学和实践实习的重要场所，是培养创新人才的摇篮，高校实验室建设也是学科建设的重要内容。目前，我国高校实验室建设情况良莠不齐，部分实验室设备材料缺乏，资源共享不能满足学生自主研究实验的需要。部分实验室技术队伍建设不足，无法胜任指导学生实验、竞赛的重任。在“AI+新工科”背景下，人工智能加持下的虚拟仿真实验室应运而生。通过学习、计算和可视化渲染，人工智能生成实验设备材料的高度仿真模型，建立虚拟仿真实验场景，引导学生进行模拟实验，并实时生成实验结果反馈。北京大学建设的口腔虚拟仿真智慧实验室，不仅能在线上进行虚拟仿真实验教学和评估，还能在线下进行虚拟仿真训练和评估。目前，该系统已服务国内高校在校大学生18000人次。

（三）智能教学评价系统

教学评价是根据教学目标对教学过程和结果进行价值判断的过程。教学评价是教学活动的“指南针”，对调整教学方式和推动教学质量提升具有重要作用。传统的教学评价主要依靠教师的主观判断，受个人认知水平、经验影响较大，难以真正做到公正、全面、客观。评价往往以测评或考试结果为主，无法获知学生课堂参与度、创新能力、批判性思维等综合表现，而且考试结果也会受到临场发挥的影响，无法真实反映教学情况，不能为教学活动改进提供指导意见。在人工智能技术加持下，智能教学评价系统对课堂中学生的行为表现、面部表情、发言情况进行捕捉采集，形成较为完善的评价依据。建立学生个人档案库，通过每堂课学生学习数据的追踪和横向对比分析，实现学生学习评价的动态化和具象化，为教师及时进行学业干预和课程方案调整提供数据支持。同时，智能教学评价系统建立多维度教学评价指标，对不同学生采用针对性评价工具，形成以知识性评价为主，多种素养性评价为辅的全方位教学评价体系。此外，打破单向评价的传统，形成“师生评价+师师评价+生生评价+社会评价”的综合评价窗口，让各方共同参与教学评价，使评价结果更具说服力。例如，美国普渡大学开发的“课程信号系统”，能对学生的课堂表现、学习历史和学习特征进行分析，并提供学业警告，采取干预措施，以提高教学的有效性。

（四）视频教学资源制作

视频教学资源指为教学的有效开展提供的以视频形式呈现的素材。其制作一般包含脚本创作、素材拍摄和搜集、剪辑、特效生成、语音合成、字幕生成等步骤，需要投入较多的时间和精力，制作周期较长。生成式人工智能AIGC（Artificial Intelligence Generated Content）的兴起，带来了全新的生产力工具，使这一制作周期大大缩短。人工输入指令，计算机能自动生成与之匹配的图像、视频和音频。在这一技术上，国内外已有相对成熟的公有大模型。如在脚本创作方面，有国外OpenAI的GPT-4和国内百度AI平台的文本生成API；在剪辑上，有Adobe Premiere Pro的Auto Reframe功能和国内腾讯云智能剪辑服务；在语音合成上，有谷歌的Text-to-Speech和国内的科大讯飞语音合成技术；字幕生成和翻译方面，有IBM Watson Speech to Text和百度翻译API。

人工智能创作，不仅提高了视频教学资源的制作效率，节省了人力资源成本，也带来了视频创作的多样性。根据学生不同的学习习惯和接受程度，AIGC能生成不同语言风格、内容形式的视频资源，满足学生个性化、多样化的学习需求。

（五）多媒体课件制作

以PPT为代表的多媒体课件是最重要和最常用的教学辅助材料之一，集成了文字、动画、图片、视频、声音等内容，具有内容丰富、形式多样、互动性强的特点，对构建良好的课堂环境，提升课堂效率具有重要意义[3]。而目前多媒体课件的制作和应用仍存在一些问题，如一些教师在制作PPT时，只是对课本内容的简单照搬，缺乏对内容的多角度解析和优化；一些教师的PPT色彩堆砌杂乱，缺乏视觉重点；还有一些PPT通篇文字，缺少视频或图片的采集和编辑。人工智能技术为高校多媒体课件制作带来了新思路和新模式。借助人工智能自然语言处理技术，教师输入课程或报告主题、章节内容，系统匹配出相应模板，并自动进行分页设计、语句优化、动画设计等操作；利用图像识别技术，系统自动对图示和表格进行美化，对提供的图片和视频进行提取插入；利用机器学习算法，系统根据个人授课或演讲风格生成讲稿。所有操作还能根据人工指令进行二次修改。目前，市面上已有相关软件和插件，如ChatPPT、auxi、Mind Show等。人工智能的出现，提高了高校教师的多媒体课件制作效率和质量，促进了学生对课堂知识的理解与吸收，也将教师从烦琐的课件制作任务中解放出来，能够更好地开展课程设计、教学创新和学生个性化培养等工作。

二、人工智能给高等教育带来的挑战

人工智能给高等教育带来极大机遇的同时，也带来了隐私安全、学术不端和数字鸿沟等诸多风险和挑战。

（一）隐私和数据泄漏风险

人工智能大模型在研发和使用过程中需要摄取海量真实数据，将难以避免地获取到师生的个人身份、年龄、兴趣、学习习惯甚至面容等隐私信息。高校如果对这些信息不加以保护，很可能造成信息泄露，被不法分子利用，将危及师生生命和财产安全。对整个学校来讲，涉及国家利益的教学科研数据、重要人物数据一旦外泄，将对国家安全造成严重威胁。因此，保护隐私和数据安全是发展人工智能、实现教育信息化的重要一环。

（二）学术不端和道德败坏风险

以往耗费大量精力才能完成教学和学习任务，如今借助人工智能，敲敲键盘，动动鼠标就能轻松完成。但如果盲目贪图这样的便捷性，利用人工智能投机取巧，编造学科作业、科研论文、实验数据，就会造成严重的学术不端和道德败坏问题，不仅不利于个人能力素养的提升，对个人世界观和价值观、学科及相关领域的发展也会造成不利影响。纵观世界历史，无论科技如何进步，技术只是人类社会的生产工具，真正推动社会向前发展迈进的，始终是人的思维和劳动。

（三）数字鸿沟风险

对学校来说，购买或定制人工智能大模型、部署大模型需要的数字基础设施、训练大模型需要的海量信息数据等，都需要较大的资金和资源投入。这对于欠发达地区或者经费不充足的学校来讲是一个不小的负担。对学生个体来讲，一些人工智能平台只能提供有限的免费使用时长，想要长久使用就需要付费订阅。经济门槛剥夺了部分学校和学生个体使用人工智能技术的权利，导致他们被边缘化，造成了数字鸿沟，差距被进一步拉大。

三、高等教育应对人工智能浪潮的措施

（一）尊重和维护人类自主性

任何技术的产生和发展都是为了更好地为人类服务，而不是取代人类。高校本质上是培养人才、塑造灵魂的重要平台，在享受人工智能带来便捷的同时，要尊重和保护人类自主性，保持独立思考和自主学习能力，切忌过分依赖人工智能。对教师来说，应保持自身在教学过程中的主体地位，在个性化教学、教学场景革新、课程体系重构等方面寻求创新突破。对学生来讲，加强警惕，明辨是非，树立正确的世界观和价值观。正确使用人工智能，防止“信息茧房”固化思维。努力提升自主学习能力和人际交往能力。

（二）推动教师完成角色转变和能力提升

传统教育模式下，教学环节主要以课堂讲授为主。教学信息化背景下，教师不仅要完成线下教学，还要利用人工智能模型分析学生课堂学习情况、知识掌握情况，利用人工智能软硬件制定个性化教学设计、制作教学资源。这需要教师完成从知识传授者到学生学习的引领者的身份转

变[4]，并具备相关的信息化素养和能力。在繁重的日常教学科研任务之余，帮助教师完成这种心理和能力上的转变，也是人工智能成功应用于高等教育的重要前提。

（三）加强人才引进，提升师生信息化素养

人工智能技术迭代更新速度快，只有不断学习探索，才能更好地了解和掌握人工智能技术，助力教师教学科研和学生成长成才。而普通教师缺乏这样的学习途径，且没有足够的时间精力进行系统化学习。这就要求高校重视起师生信息化素养的提升。一是加强人工智能技术队伍建设，建立人工智能和教育信息化的岗位和科室，引进人工智能和相关专业人才；二是对现有教育技术部门和各学院教务秘书等教学辅助人员进行人工智能技术的系统化培训，通过专家讲授、相关企业参观学习、技能考核等形式提升其人工智能专业素养，树立自主学习、终身学习的思想理念；三是针对普通教师和学生开展人工智能方面的培训，使其能够掌握相关软件、硬件，利用人工智能助力课堂教学和科研实习。

结束语

人工智能技术将不断演进迭代，“人工智能+

高等教育”将会以更多更令人兴奋的应用场景，推动高等教育跨越式发展。在拥抱新技术的同时，高校应该识变应变，规避人工智能带来的潜在风险，提高师生正确使用人工智能技术的意识和能力，鼓励学生自我创新，打破学科壁垒，利用人工智能为社会创造更大价值，使人工智能真正成为高等教育的好工具、好伙伴。

参考文献

[1]王政.加速人工智能应用落地[N].人民日报，2024-8-7（17）.

[2]中华人民共和国教育部，教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知[EB/OL].教技（2018）6号.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html.2018-04-18.

[3]董晓菲，李静，唐永光，等.应用转型背景下师范生多媒体课件制作能力提升策略[J].科技风，2024（12）：85-87.

[4]陈凌白.人工智能在高校个性化教育中的应用与挑战[J].教书育人（高教论坛），2024（9）：12-17.

作者简介：何建霄（1996— ），男，汉族，四川乐山人，南京农业大学信息化建设中心，专业技术初级，硕士。

研究方向：教育信息化、数字影像技术。