人工智能時代信息技術(shù)教學(xué)模式探究

周 婧，王曉楠

（天津市河?xùn)|區(qū)職工大學(xué)計算機系，天津300162）

0 引言

20 17年5月，我國現(xiàn)排名世界第一的19歲圍棋棋手柯潔以0:3的總比分敗給人工智能程序AlphaGo，此番對弈再度讓人工智能領(lǐng)域成為公眾視線的焦點。人工智能，簡稱AI（artificial intelligence），是一個模擬人類能力和智慧行為的跨領(lǐng)域?qū)W科[1]，是計算機學(xué)科的一個重要分支。人工智能這一概念出現(xiàn)在20世紀(jì)中葉，始終被人們稱為世界的三大尖端科技之一，其目標(biāo)是通過探索和剖析人類智能活動的規(guī)律，繼而構(gòu)造或模擬出具備一定智能的系統(tǒng)，以實現(xiàn)讓計算機代替人類完成原本需要人類智能才可完成的工作。

圖1 世界人工智能新增企業(yè)數(shù)量發(fā)展趨勢

1 人工智能時代悄然來臨

1.1 人工智能的發(fā)展現(xiàn)狀

20 15年7月，中華人民共和國國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》，以下簡稱《指導(dǎo)意見》。《指導(dǎo)意見》中羅列了11項重點行動，其中就包括“互聯(lián)網(wǎng)+人工智能”?！吨笇?dǎo)意見》中還提到，依托互聯(lián)網(wǎng)平臺提供人工智能公共創(chuàng)新服務(wù)，加快人工智能核心技術(shù)突破，促進人工智能在智能家居、智能終端、智能汽車、機器人等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，培育若干引領(lǐng)全球人工智能發(fā)展的骨干企業(yè)和創(chuàng)新團隊，形成

創(chuàng)新活躍、開放合作、協(xié)同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)生態(tài)[2]。

根據(jù)《2016年全球人工智能發(fā)展報告》顯示，世界人工智能新增企業(yè)數(shù)量呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢，特別是進入21世紀(jì)以來，人工智能企業(yè)的年增長量態(tài)勢迅猛，如圖1所示。全世界人工智能領(lǐng)域在2015年整年的投資總額約為23.88億美元，這一年在人工智能領(lǐng)域累計實現(xiàn)的交易量約為397筆。2016年，在人工智能領(lǐng)域的全球投資資金總額則達到了近300億美元?？梢?，全球人工智能領(lǐng)域的投資融資交易有著空前的活躍度，人工智能領(lǐng)域的發(fā)展前景是無限的。

在相關(guān)政策和技術(shù)的推動下，國內(nèi)人工智能產(chǎn)業(yè)的投資進程明顯加快，人工智能企業(yè)的年增長也呈現(xiàn)明顯上升的趨勢，如圖2所示。2012—

20 15年，中國的人工智能獲得投資次數(shù)達43次，

總投資額為14.23億元?！?017—2021年中國人工智能行業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測報告》顯示：截止2016年9月20日，中國人工智能創(chuàng)業(yè)公司數(shù)量約在200～250家，大部分創(chuàng)建于2010年后[3]。

1.2 人工智能正逐漸改變世界

根據(jù)網(wǎng)易新聞2017年7月10日的報道，阿里巴巴公司開創(chuàng)了全球首個無人零售店并在杭州開門營業(yè)，顧客通過掃碼就可以開啟閘機進入店鋪，隨后便可以隨意選購商品，而后臺運行的支付寶則會直接扣費。在人工智能的幫助下，這家名為天貓?zhí)钥Х鹊牧闶鄣昴軌驇Ыo用戶方便快捷的極致消費體驗。

圖2 中國人工智能新增企業(yè)數(shù)量發(fā)展趨勢

20 17年7月15日網(wǎng)易新聞報道，目前在我國北京、上海、成都等城市，共享睡眠艙已經(jīng)開始正式營業(yè)。共享睡眠艙又稱“無人酒店”，24小時不打烊，顧客見不到任何一個服務(wù)員，也無需交付押金或者額外費用，更不用登記身份證，掃碼即可入住，按照休息時間計費，經(jīng)濟實惠又簡單快捷。

不難看出，人工智能時代正在悄然走進并影響人類生活的方方面面。智能機器或者人工智能程序?qū)诤芏喾矫娉饺祟惿踔寥〈祟?，所以未來要求人類必須高度關(guān)注教育，探索新的教育教學(xué)方法，成為可以應(yīng)對人工智能時代變革的教育者，同時培養(yǎng)可以應(yīng)對人工智能時代變革的學(xué)習(xí)者。

2 人工智能時代信息技術(shù)教學(xué)模式轉(zhuǎn)變

2.1 課程內(nèi)容轉(zhuǎn)變

信息技術(shù)課是一門綜合性很強的基礎(chǔ)性課程，是一門蘊含著人類無限未來的年輕課程，是一門無論哪個教育階段或者哪個專業(yè)領(lǐng)域都需要學(xué)習(xí)掌握的重要課程。它涉及知識、技術(shù)、能力、倫理道德等多個方面，如果沒有理解信息技術(shù)教育教學(xué)的本質(zhì)，只是用教某項技術(shù)的傳統(tǒng)方法講授這門課程，將無法適應(yīng)未來對人才的需要，因此課程內(nèi)容轉(zhuǎn)變勢在必行，而這種轉(zhuǎn)變主要分為科學(xué)技術(shù)知識和信息素養(yǎng)培育兩個方面。

科學(xué)技術(shù)知識層面的課程內(nèi)容轉(zhuǎn)變指的是要在課程教學(xué)內(nèi)容的高、新上下工夫，在課程原有教學(xué)大綱規(guī)定下的內(nèi)容基礎(chǔ)上，加入最新信息科技前沿知識和技術(shù)，緊跟時代的步伐，有效地結(jié)合時事和科技潮流，充分調(diào)動青年學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

信息素養(yǎng)培育層面的課程內(nèi)容轉(zhuǎn)變指的是要注重鍛煉學(xué)生的自主、合作、探究學(xué)習(xí)能力，注重培養(yǎng)學(xué)生判斷、分辨和審視的眼光，創(chuàng)新學(xué)習(xí)內(nèi)容和設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)時要加強挖掘德育素材，豐富信息技術(shù)課堂的人文內(nèi)涵。在互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展和人工智能逐漸影響人類生活的時代背景下，要加強網(wǎng)絡(luò)文明建設(shè)，引發(fā)學(xué)生深入思考，為學(xué)生的健康成長和未來適應(yīng)社會保駕護航。

2.2 教學(xué)手段轉(zhuǎn)變

2.2 .1智能化作業(yè)批改

語音識別技術(shù)和語義分析技術(shù)的發(fā)展，大大提高了自動批改作業(yè)系統(tǒng)實現(xiàn)的可能性。目前，由計算機科學(xué)家研發(fā)的英語語法糾錯軟件已經(jīng)能夠通過聯(lián)系上下文理解全文，除此以外，該軟件還可以分析判斷文中的語法問題并進行糾錯。這款軟件的出現(xiàn)將為智能批改作業(yè)系統(tǒng)的產(chǎn)生奠定基礎(chǔ)。隨著人工智能時代的來臨，機器人或者智能程序也許會在未來代替信息技術(shù)教師批改學(xué)生的學(xué)科作業(yè)，甚至是考核測評。教師將從繁重的作業(yè)批改工作中解放，從而將注意力和精力更多地投入教學(xué)手段的改革和對教學(xué)內(nèi)容的研究上。

2.2 .2個性化學(xué)習(xí)定制

通過對足夠多的學(xué)生進行信息采集，大數(shù)據(jù)可以描述每個學(xué)生的學(xué)習(xí)特性，為個性化教學(xué)提供充分的依據(jù)，并利用人工智能的處理能力和分析能力，為每個學(xué)生創(chuàng)建個性化的學(xué)習(xí)體驗過程。當(dāng)學(xué)生瀏覽課程資料并回答相關(guān)問題時，智能化的學(xué)習(xí)系統(tǒng)會根據(jù)學(xué)生對知識的掌握程度和學(xué)習(xí)進度，給出相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容并實時進行調(diào)整，還會自動選擇相對適合該學(xué)生能力水平的知識模塊進行測驗，以及為任課教師提示該學(xué)生相對容易接受的授課方式以及提問方式，從而使學(xué)生產(chǎn)生較濃厚的學(xué)習(xí)興趣，擁有較好的學(xué)習(xí)體驗和學(xué)習(xí)反饋，幫助學(xué)生建立信心并提高學(xué)習(xí)效率。

傳統(tǒng)的信息技術(shù)課堂教學(xué)強調(diào)從原理到應(yīng)用的遞進，而人工智能時代的教學(xué)將從原理到應(yīng)用的遞進過渡到從案例到原理、再從原理到應(yīng)用的閉環(huán)教學(xué)方法。信息技術(shù)課程教師需要借助先進的技術(shù)手段，注重從案例到原理教學(xué)方法的應(yīng)用。

2.2 .3智能輔導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)用

智能輔導(dǎo)系統(tǒng)（intelligenttutoringsystem，簡稱ITS）主要幫助學(xué)生提高認知水平以及改進教師的教育方法與學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)方法。典型的ITS由專家模塊、學(xué)生模型模塊、輔導(dǎo)模塊和學(xué)生—機器接口模塊這4個模塊組成。在這種典型的智能輔導(dǎo)系統(tǒng)中，學(xué)生與計算機之間的交互需要通過接口模塊實現(xiàn)，專家模塊中則設(shè)置了學(xué)生需要學(xué)習(xí)的知識和規(guī)則策略，學(xué)生對知識掌握的情況狀態(tài)設(shè)置在學(xué)生模塊中，所使用的教學(xué)方法全部集成在輔導(dǎo)模塊里。模塊之間的相互作用形成了對學(xué)生教學(xué)過程的控制，4個模塊共同作用，動態(tài)地定義并改變著學(xué)生與系統(tǒng)之間的相互作用，如圖3所示。這種智能輔導(dǎo)系統(tǒng)已逐漸形成并被普遍接受，學(xué)習(xí)者可以借助它的幫助，以更高效的方式掌握所學(xué)到的信息技術(shù)知識，使他們的學(xué)習(xí)更加精準(zhǔn)。

2.2 .4仿真教學(xué)

實踐動手能力對于學(xué)習(xí)者來說是十分重要的，也是檢驗學(xué)習(xí)的重要手段，但是在傳統(tǒng)的信息技術(shù)課程教學(xué)模式下，由于客觀條件所限等因素，學(xué)生的實踐動手能力難以得到有效的培養(yǎng)，而仿真教學(xué)則可以在很大程度上解決這個難題。信息技術(shù)課程教學(xué)中應(yīng)用仿真教學(xué)模擬手段，再現(xiàn)實物場景，再配合虛擬現(xiàn)實技術(shù)和增強現(xiàn)實技術(shù)，可以使許多原本抽象的信息技術(shù)知識內(nèi)容具象化，最大限度地解決教學(xué)形式單調(diào)以及教學(xué)過程枯燥的問題。

圖3 典型的智能輔導(dǎo)系統(tǒng)機構(gòu)

圖4 教學(xué)反饋和評測體系結(jié)構(gòu)

2.2 .5教學(xué)體系反饋和評測

有了人工智能的輔助，在對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的長時間跟蹤后，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計和計算分析，診斷信息技術(shù)課程教學(xué)過程中學(xué)生存在的知識結(jié)構(gòu)、能力水平、學(xué)習(xí)需求等多方面的現(xiàn)實差異，不僅可以使學(xué)生清楚看到自身的學(xué)習(xí)問題所在，以便于及時作出調(diào)整，還可以幫助教師針對具體情況，調(diào)整教學(xué)目標(biāo)、知識結(jié)構(gòu)和重難點，更有針對性地改進教學(xué)方法，如圖4所示。在人工智能和大數(shù)據(jù)分析的共同支持下，教與學(xué)的針對性、有效性和科學(xué)性都得到大幅度的提高。

2.3 教師觀念轉(zhuǎn)變

在人工智能時代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，教師將從傳統(tǒng)的教學(xué)工作中得到解放，并且今后信息技術(shù)課程的教學(xué)工作對教師提出新的要求，需要教師樹立新的知識觀、教學(xué)觀和學(xué)習(xí)觀。

知識可分為兩種：一種是硬知識，一種是軟知識。硬知識是相對固定、變動不大、持久力較長的知識，而軟知識是不斷變化、穩(wěn)定性不高、流動性較快的知識[4]。隨著人工智能的不斷發(fā)展，知識的信息量急速增長，知識的更新?lián)Q代變得非常頻繁，涌現(xiàn)了大量可替代性的軟知識。傳統(tǒng)學(xué)科所包含的硬知識非常多，完全可以借由人工智能技術(shù)將這些穩(wěn)定性較高的硬知識傳授給學(xué)習(xí)者，甚至直接有人工智能技術(shù)代替學(xué)習(xí)者，那么，在人工智能不斷發(fā)展的時代，信息技術(shù)教師就應(yīng)該注意樹立新的知識觀。

人工智能技術(shù)的發(fā)展推動著整個教育教學(xué)的發(fā)展，教師在新的時代背景下需要適應(yīng)這個時代的教學(xué)觀，將以往灌輸式的教學(xué)方法轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅貙W(xué)生深度學(xué)習(xí)和個性化學(xué)習(xí)的新方法。教師在教育教學(xué)過程的始終都要保持對學(xué)生深度學(xué)習(xí)和個性化學(xué)習(xí)的高度關(guān)注，特別是在大數(shù)據(jù)分析和人工智能的輔助下，每個學(xué)生的特點和習(xí)慣將會更加清晰可見，如何能夠在技術(shù)的輔助下，實現(xiàn)教育的真諦，是擺在每一位教育教學(xué)工作者面前亟待解決的問題。除此之外，教師還要更加重視師生間的情感交互，充分調(diào)動和激發(fā)教學(xué)過程中學(xué)生的情感參與，控制學(xué)生在教學(xué)活動中的情緒，并使之成為處于最佳狀態(tài)的一種雙向交流活動。充分的情感交互是保證學(xué)習(xí)順利進行的必要條件，也是促使學(xué)生進一步學(xué)習(xí)的興趣和動力[5]。

在人工智能時代，教師應(yīng)該樹立新的學(xué)習(xí)觀，首先要明確終身學(xué)習(xí)的思想；其次要明確知識的更新速度非常快，要注重新知識的吸收，及時淘汰過時的軟知識，提取有用的軟知識轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬Ψ€(wěn)定的硬知識；最后要有一定的辨別能力，面對信息量巨大的知識，能夠有自主辨別的批判性思維能力。人工智能時代的到來，對教師能力的考驗很大，教師要隨著時代和環(huán)境的變化提升自身的職業(yè)素養(yǎng)。

3 結(jié)語

人工智能已經(jīng)在教育領(lǐng)域中得到應(yīng)用，雖然仍然處于初級階段，但我們要客觀看到人工智能技術(shù)與教育領(lǐng)域的應(yīng)用需求有著天然的契合，未來人工智能技術(shù)將不斷成熟，與教育領(lǐng)域的融合也將不斷深化。信息技術(shù)這門課程的傳統(tǒng)教育方式將被顛覆，傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式將被革新，人工智能將從提高教與學(xué)的效率、滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)、增強師生交互與學(xué)情反饋等多方面為信息技術(shù)課程的教學(xué)過程注入新動力。

[1]ResearchGate. Intelligence unleashed: An argument for AI in education[EB/OL]. [2017-08-08]. https://www.researchgate.net/publication/299561597_Intelligence_Unleashed_An_argument_for_AI_in_Education.

[2]中華人民共和國中央人民政府.國務(wù)院關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見[EB/OL].(2015-07-04)[2017-08-08].http://www.gov.cn/zhengce/content/2015-07/04/content_10002.htm.

[3]搜狐.我國人工智能產(chǎn)業(yè)融資現(xiàn)狀分析[EB/OL].（2017-03-15）[2017-08-08].http://www.sohu.com/a/128930857_255580.

[4]王竹立.面向智能時代的知識觀與學(xué)習(xí)觀新論[J].遠程教育雜志,2017(3):3-10.

[5]范曉姝,范曉琪.網(wǎng)絡(luò)教育中師生情感交互的缺失與構(gòu)建[J].現(xiàn)代教育管理,2013(1):76-79.