人工智能與教育視角下學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)研究

何穎, 林智慧, 張衛(wèi)鋼

(西安思源學(xué)院 電子信息工程學(xué)院， 西安 710038)

0 引言

為了深化教育體制改革，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展。運(yùn)用人工智能技術(shù)，加快人才培養(yǎng)方案模式、信息技術(shù)與教學(xué)設(shè)計方法的改革更新，構(gòu)建包括智能學(xué)習(xí)、互動的新型教育體系勢在必行。通過學(xué)習(xí)，提供準(zhǔn)確的推送教育服務(wù)，實現(xiàn)日常教育和終身教育定制。新型的教育體系要以“人工智能服務(wù)教育”的理念為指導(dǎo)，利用高速發(fā)展中的移動互聯(lián)技術(shù)等，旨在打造“人人皆學(xué)、處處能學(xué)，時時可學(xué)”的智能化教育環(huán)境，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式變革和教育模式的創(chuàng)新，為學(xué)生、教師和各級教育管理者提供適合、精準(zhǔn)、便捷、人性化的優(yōu)質(zhì)服務(wù)，最終形成“人工智能+教育”的生態(tài)系統(tǒng)[1]。人工智能進(jìn)入2.0時代，信息流將成為人工智能的新時代的領(lǐng)導(dǎo)者，在人工智能的高度重視和持續(xù)的投資由政府和資本市場提供，將促使中國人工智能的迅速發(fā)展。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(jìn)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。中國人工智能新增企業(yè)數(shù)量發(fā)展趨勢如圖1所示。2012-2015年，中國的人工智能獲得投資次數(shù)達(dá)43次，總投資額為14.23億元。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等的深入發(fā)展，基于深度學(xué)習(xí)的智能語音和圖像識別等人工智能技術(shù)開始滲透到各個領(lǐng)域，進(jìn)入了工業(yè)化的初期階段[2-3]。

圖1 中國人工智能新增企業(yè)數(shù)量發(fā)展趨勢

1 “人工智能+教育”的主要特征

“人工智能+教育”的主要特征體現(xiàn)在以下六個方面。

(1) 創(chuàng)新驅(qū)動?！叭斯ぶ悄?教育”通過人工智能技術(shù)在教育應(yīng)用上實現(xiàn)創(chuàng)新，基于語音識別技術(shù)的語音教學(xué)和基于圖像識別技術(shù)的智能評價等，促進(jìn)了教育本身的不斷改革和創(chuàng)新。

(2) 改變教育結(jié)構(gòu)和師生關(guān)系。在教育資源數(shù)字化的基礎(chǔ)上，“人工智能+教育”更強(qiáng)調(diào)資源的多樣性和非結(jié)構(gòu)化，并賦予資源新的語義，能隨時為學(xué)生提供個性化的、學(xué)得舒服的學(xué)習(xí)資源；同時，“人工智能+教育”改變了師生關(guān)系的結(jié)構(gòu)，使教師從冗余和重復(fù)的機(jī)械工作中解放出來，成為一名學(xué)生的教練或主人，并有精力去關(guān)注學(xué)生。高階思維和創(chuàng)新能力。

(3) 開放生態(tài)。在“大眾創(chuàng)新、萬眾創(chuàng)新”時代，“人工智能+教育”以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)，利用技術(shù)的優(yōu)勢來拓展教育邊界，向先進(jìn)領(lǐng)域開放。同時，在人工智能技術(shù)的支持下，社會各企業(yè)研發(fā)產(chǎn)生的各類教育智能產(chǎn)品，會不斷與教育各要素發(fā)生“化學(xué)反應(yīng)”，形成雙向互補(bǔ)與多贏格局?！癆I+教育”將使教育不再局限于校園，將學(xué)校、社會、企業(yè)有機(jī)連為一體，最終構(gòu)建起互聯(lián)網(wǎng)時代新型教育生態(tài)環(huán)境，成為教育向外開放的接口。

(4) 尊重個性教育服務(wù)?！叭斯ぶ悄?教育”提供的教育服務(wù)充分尊重師生人性，能依據(jù)教師、學(xué)生的特征和需求，提供精細(xì)、富有實效的個性化教育服務(wù)。當(dāng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征不明確或效果不明顯時，人工智能技術(shù)可通過智能算法或數(shù)據(jù)分析，基于各類知識庫進(jìn)行推理，即時反饋，不斷矯正服務(wù)不足，提高個性化服務(wù)水平。

(5) 動態(tài)智能教學(xué)服務(wù)。教學(xué)服務(wù)是動態(tài)的、智能的?！叭斯ぶ悄?教育”所需的教學(xué)環(huán)境包括物理環(huán)境與人文環(huán)境。其中，物理環(huán)境包括教學(xué)地點、時間等因素，人文環(huán)境包括學(xué)習(xí)者、教師、文化背景等因素。根據(jù)不同的教育場景、角色、文化背景等因素，它提供的教育服務(wù)是智能的，是尊重人性的，能依據(jù)用戶的特征和不同需求，能夠動態(tài)化調(diào)節(jié)。

(6) 自治演進(jìn) ?！叭斯ぶ悄?教育”系統(tǒng)不受周圍環(huán)境以及用戶的干擾，它可以獨(dú)立控制自身的行為和內(nèi)部狀態(tài)。例如，學(xué)生考試完成后，人工智能系統(tǒng)依據(jù)評分規(guī)則在后臺自主評測學(xué)生試卷，而不受教師、學(xué)生行為的影響。系統(tǒng)能夠根據(jù)學(xué)生以前的學(xué)習(xí)習(xí)慣及經(jīng)驗進(jìn)行預(yù)測并進(jìn)入深度自主學(xué)習(xí)，不斷完善其功能，實現(xiàn)自治演進(jìn)[4-5]。

2 教育培養(yǎng)以學(xué)生創(chuàng)造力為核心

未來，人工智能在知識記憶和簡單理解上超越人類，這些工作將完全被人工智能所取代。面對學(xué)生的知識教育，學(xué)校必須及時調(diào)整人才培養(yǎng)方案及教學(xué)大綱，重視培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)造能力、創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)精神，注重培養(yǎng)合作的能力。創(chuàng)造力要求一個人在一個領(lǐng)域有著深厚的技術(shù)專業(yè)知識的同時，還要在其他領(lǐng)域具有廣博的知識創(chuàng)造力取決于一個人能否以新方式將不相關(guān)的基本要素結(jié)合在一起，并在很大程度上依賴于一個人的整合能力，創(chuàng)造力不是一瞬間的洞察力，而是幾個關(guān)鍵因素的結(jié)合：

(1) 知識：深入認(rèn)識一個領(lǐng)域并廣泛接觸多個領(lǐng)域；

(2) 創(chuàng)造性思維能力：以新方式整合信息的能力，分析創(chuàng)意并促使實用性、創(chuàng)造性想法產(chǎn)生的能力；

(3) 動力：好奇心、內(nèi)在興趣、毅力、愿意承擔(dān)風(fēng)險，并且能夠?qū)σ饬x的不確定性安之若素；

(4) 環(huán)境：內(nèi)在誘因推動，協(xié)作環(huán)境以及鼓勵冒險。

3 學(xué)生創(chuàng)新能力路徑的培養(yǎng)研究

新時期新人才的核心素質(zhì)是指學(xué)生應(yīng)具備的基本素質(zhì)和核心能力，能夠滿足終身發(fā)展和社會發(fā)展的需要。創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造性人格鑄就創(chuàng)造性人才[6,7]。創(chuàng)造性思維屬于人們智力的范疇，創(chuàng)造性人格屬于非智力的范疇，兩者要同時具備。對學(xué)生實施創(chuàng)新教育的要點是，

培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和能力的創(chuàng)新型人才；創(chuàng)造的潛能，教育是探索每個人潛能的基本途徑；

個人追求成功的內(nèi)在動機(jī)是創(chuàng)造性的主要動力，強(qiáng)烈的創(chuàng)造動機(jī)會激發(fā)人的創(chuàng)造能力；創(chuàng)造力的高低與任何職業(yè)的成就成正比，創(chuàng)造力開發(fā)對于各種職業(yè)和各個領(lǐng)域的每個受教育者都是十分重要的。

建設(shè)有品質(zhì)的課程，關(guān)鍵就是課程的重心，不應(yīng)該再是知識的獲得，而是回歸教育本源，回到人格的塑造、知識的運(yùn)用和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上來。原先從基本知識、基本技能傳授開始、然后逐漸提高學(xué)習(xí)能力的路徑值得反思，未來的學(xué)習(xí)路徑不僅有自下而上，也應(yīng)該有自上而下的，甚至有中間進(jìn)入的，至少有以下3種：

(1) 組合式知識建構(gòu)學(xué)習(xí)。從傳統(tǒng)的階梯式學(xué)習(xí)變成了從個性出發(fā)的組合式學(xué)習(xí)，有了共同的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，然后再根據(jù)個人認(rèn)知的水平、愛好特長、未來職業(yè)的規(guī)劃進(jìn)行組合式的個人的知識建構(gòu)。

(2) 問題驅(qū)動的項目學(xué)習(xí)。首先提出問題并做出假設(shè)，制定計劃進(jìn)行實驗，然后進(jìn)行測試觀察，不斷修改調(diào)整再對此進(jìn)行分析，最后與別人分享和表達(dá)成果。

(3) 翻轉(zhuǎn)課堂式學(xué)習(xí)。學(xué)生自己可以在教室以外的地方學(xué)習(xí)知識，上課時老師在課堂上提問，了解學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的問題，帶著問題教授學(xué)生知識，而且學(xué)生、老師可相互討論，老師最后可總結(jié)知識點與應(yīng)用。學(xué)生會覺得翻轉(zhuǎn)式學(xué)習(xí)不是那么輕松，但它卻能提高學(xué)習(xí)氣氛，課堂效果，學(xué)生學(xué)習(xí)效率[8]。

4 總結(jié)

以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)的教育形態(tài)是未來主要的教學(xué)形式。“人工智能+教育”是以學(xué)習(xí)者為中心的教育體系，其應(yīng)用形式是以智能校園、三維綜合教學(xué)場、基于大數(shù)據(jù)智能的在線學(xué)習(xí)教育平臺、智能教育助理等為支撐，以更新信息技術(shù)、不斷完善教學(xué)方法，改進(jìn)人才培養(yǎng)方案，促進(jìn)教學(xué)的不斷改革發(fā)展及更新。學(xué)習(xí)能力的路徑以組合式知識建構(gòu)學(xué)習(xí)、項目式學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)式學(xué)習(xí)等創(chuàng)新能力培養(yǎng)路徑為研究出發(fā)點，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造思維，探索學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力的潛能，培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的品質(zhì)。