基于人工智能技術(shù)的混合式教學(xué)模式研究與設(shè)計(jì)

蘇明 劉中秋

摘要：隨著人工智能領(lǐng)域下多種機(jī)器學(xué)習(xí)的出現(xiàn)，人工智能應(yīng)用于教育將給教育的信息化和智能化帶來諸多新的理念和實(shí)現(xiàn)手段。如何將人工智能融入教學(xué)過程，使智能教學(xué)成為新的信息化模式，以引導(dǎo)新型混合式教學(xué)模式的探索成為研究熱點(diǎn)。本文在研究人工智能技術(shù)相關(guān)內(nèi)容尤其是機(jī)器學(xué)習(xí)和智能教學(xué)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)提出了一種結(jié)合線上智能系統(tǒng)與線下人力教師的全方位多途徑聯(lián)助的混合式教學(xué)模式，能夠較好地適應(yīng)以學(xué)生為中心的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，并對(duì)學(xué)習(xí)者核心素養(yǎng)、情感互動(dòng)及創(chuàng)造性等方面給予啟發(fā)，從而達(dá)到精準(zhǔn)教學(xué)的目的，實(shí)現(xiàn)全方位的人才培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：人工智能技術(shù);智能系統(tǒng);機(jī)器學(xué)習(xí);混合式教學(xué);精準(zhǔn)教學(xué)

【中圖分類號(hào)】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

引言

近年來，隨著國家關(guān)于人工智能等新一代教育信息化的方案和行動(dòng)計(jì)劃的提出，人工智能和教育的深度融合成為教育技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。如何將人工智能融入教學(xué)過程，使智能教學(xué)成為新的信息化模式，以引導(dǎo)新型混合式教學(xué)模式的探索成為研究熱點(diǎn)。

1人工智能的提出及在教育中的應(yīng)用

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。從人工智能概念提出以來，主要的目標(biāo)是將人的思維和智能在機(jī)器中得已實(shí)現(xiàn)和延伸。未來通過人工智能實(shí)現(xiàn)的科技產(chǎn)品，將會(huì)是人類智慧通過機(jī)器實(shí)現(xiàn)的集成器。

我國2016年5月國家發(fā)展和改革委員會(huì)等其他部門發(fā)表了《“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年行動(dòng)實(shí)施方案》。2017年7月國務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》為智慧教育時(shí)代人工智能教育指明了正確的發(fā)展方向和途徑。2018年4月，教育部《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》的核心人工智能與教育的深度融合。另外《中國教育現(xiàn)代化2035》等的提出，為智能教育提供了重要政策保障和教學(xué)的力量。教育AI的發(fā)展，給教學(xué)尤其是遠(yuǎn)程教學(xué)模式帶來了前所未有的機(jī)遇和變革。傳統(tǒng)的尤其是遠(yuǎn)程教學(xué)的原有混合式教學(xué)更呼喚新的教學(xué)方法和模式變革。

2混合式教學(xué)模式概念和優(yōu)勢(shì)

混合教學(xué)模式指的是將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和傳統(tǒng)單一的面授教學(xué)模式更好地結(jié)合在一起的一種教學(xué)方式，包括教學(xué)方法的混合、教學(xué)內(nèi)容的混合以及教學(xué)手段的混合等。它主要是將線上（網(wǎng)絡(luò)教學(xué)）和線下（人力教師）兩種教學(xué)模式結(jié)合在一起。

混合教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)主要包括三個(gè)方面。第一，能夠更好地以學(xué)生為中心，更好地檢驗(yàn)和鞏固線上網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)學(xué)習(xí)到的知識(shí)，從而有的放矢地針對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行線下輔導(dǎo)。第二，從內(nèi)容和方法上存在著較好的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)和較豐富的學(xué)習(xí)資源，把資源盡可能多地整合到一個(gè)平臺(tái)上，有利于資源整合和運(yùn)用。第三，能夠充分利用發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)、同步或異步的知識(shí)講授和輔導(dǎo)，達(dá)到最大效度的學(xué)習(xí)效果。

3基于人工智能技術(shù)的混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)

基于人工智能技術(shù)的混合式教學(xué)模式是大數(shù)據(jù)、人工智能與教育教學(xué)的深度融合，在感知、傳輸以及存儲(chǔ)基礎(chǔ)上，以智能學(xué)習(xí)軟件為核心，以智能教室、智能教學(xué)資源、智能服務(wù)以及智能管理為支撐而形成的智能教育系統(tǒng)或環(huán)境，同時(shí)結(jié)合人力教師動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)和輔導(dǎo)資源，從而全方位適應(yīng)以學(xué)習(xí)者為中心的個(gè)性化學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。它的核心理念是通過人工智能技術(shù)精準(zhǔn)了解學(xué)生知識(shí)基礎(chǔ)、思維類型、品性特征、興趣傾向以及能力類型，配置學(xué)科知識(shí)進(jìn)行人才培養(yǎng)。

本文研究設(shè)計(jì)的基于人工智能技術(shù)的混合式教學(xué)模式，如圖1所示，主要利用人工智能及其相關(guān)技術(shù)在智能計(jì)算、精準(zhǔn)實(shí)施、數(shù)據(jù)挖掘以及個(gè)性服務(wù)等方面發(fā)揮作用，結(jié)合人力教師的全方位教學(xué)和輔導(dǎo)，以學(xué)習(xí)者為中心的個(gè)性化學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)尤其是遠(yuǎn)程教學(xué)中精準(zhǔn)教學(xué)的目的[1]。

3.1課程教學(xué)資源

課程教學(xué)資源以課程學(xué)習(xí)平臺(tái)為載體，可作為在線測(cè)評(píng)系統(tǒng)的資源來源，甚至可以作為答疑交流平臺(tái)的信息基礎(chǔ)。

3.2智能預(yù)測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)成績

運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，進(jìn)行多次訓(xùn)練和自適應(yīng)學(xué)習(xí)的功能，分析與學(xué)生有關(guān)的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，最終達(dá)到精準(zhǔn)測(cè)試程度，可預(yù)測(cè)學(xué)生未來的學(xué)習(xí)情況和成績情況，為改進(jìn)教學(xué)提供重要的依據(jù)分析，從而達(dá)到精準(zhǔn)教學(xué)的目的。

3.3線上教學(xué)及輔導(dǎo)

（1）智能個(gè)性化學(xué)習(xí)導(dǎo)學(xué)支持。借助人工智能技術(shù)讓計(jì)算機(jī)扮演虛擬導(dǎo)師，不同學(xué)生采用不同的教學(xué)策略，針對(duì)不同個(gè)性群體進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)和指導(dǎo)[2]，為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)指導(dǎo)的學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)。

（2）智能個(gè)性化學(xué)習(xí)知識(shí)推送，智能輔助教師進(jìn)行教學(xué)?？梢岳萌斯ぶ悄軝C(jī)器學(xué)習(xí)算法如基于K-means聚類算法，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)劃分不同類群體，將學(xué)生群體進(jìn)行分組，有利于根據(jù)學(xué)生各自不同的學(xué)習(xí)風(fēng)格和學(xué)習(xí)行為，提供群體個(gè)性化的學(xué)習(xí)知識(shí)推送支持。

（3）智能練習(xí)。借助人工智能技術(shù)，按照學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求和學(xué)習(xí)情況，提取、整理并提供適合學(xué)習(xí)者的練習(xí)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化推送練習(xí)。

（4）智能輔導(dǎo)。采用人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法對(duì)學(xué)生重難點(diǎn)知識(shí)及學(xué)習(xí)行為進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和特征提取。系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)推薦類似題目和相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)更精確和及時(shí)的輔助教學(xué)，同時(shí)幫助人力教師了解學(xué)生行為，進(jìn)行學(xué)生學(xué)習(xí)成績分析，加強(qiáng)學(xué)生和教師之間的有效互動(dòng)[3]。

（5）智能批改。利用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線批改作業(yè)功能。如MyScript技術(shù)精確識(shí)別手寫信息，包括各國語言、數(shù)學(xué)符號(hào)、音樂符號(hào)以及圖形等，并對(duì)這些筆跡信息進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)經(jīng)過篩選和比較學(xué)生作業(yè)是否符合系統(tǒng)的正確答案進(jìn)行智能批改。

（6）智能答疑（問答）。運(yùn)用人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)技術(shù)將積累的無序語料信息進(jìn)行有序和科學(xué)的整理，并建立基于知識(shí)的分類模型，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)情景對(duì)話和融合知識(shí)問答。支撐各種形式問題的智能問答。

3.3智能精準(zhǔn)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)

利用人工智能大數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)專門的程序，分析學(xué)生行為軌跡并進(jìn)行即時(shí)反饋，可以給予學(xué)生更具有針對(duì)性的準(zhǔn)確學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、智能化的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)，為學(xué)生提高自身的能力水平提供依據(jù)和基礎(chǔ)。

3.4線下人力教師教學(xué)輔導(dǎo)

基于人工智能技術(shù)的混合式教學(xué)模式中，人力教師從大量煩瑣的重復(fù)性教學(xué)活動(dòng)中解脫出來，主要根據(jù)課程內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)確定科學(xué)合理的教學(xué)任務(wù)，制定符合學(xué)生學(xué)習(xí)能力的學(xué)習(xí)目標(biāo);了解和掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)教學(xué)資源內(nèi)容和形式的調(diào)整，以適應(yīng)線上學(xué)習(xí)資源的動(dòng)態(tài)調(diào)整和更新;對(duì)于學(xué)生人文素養(yǎng)、核心素養(yǎng)、情感互動(dòng)以及創(chuàng)造性等人工智能不能達(dá)到的方面，需要線下人力教師適當(dāng)與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)交流，啟發(fā)學(xué)生，達(dá)到全方位的人才培養(yǎng)目的。整個(gè)模式中，人力教師發(fā)揮了引導(dǎo)者的作用。

3.5基于人工智能技術(shù)的混合式教學(xué)實(shí)施

基于設(shè)計(jì)的混合式教學(xué)模式，在具體教學(xué)過程中的實(shí)施方式如圖1所示。簡單說，整個(gè)教學(xué)模式分為課前、課中、課后3個(gè)環(huán)節(jié)，分為線上和線下2大模塊。通過人機(jī)科學(xué)合理地有機(jī)結(jié)合實(shí)施教學(xué)，能夠全方位適應(yīng)不同學(xué)習(xí)者的個(gè)性化教學(xué)，并最終達(dá)到統(tǒng)一的教學(xué)目標(biāo)。

（1）課前。課前線下人力教師根據(jù)課程模塊教學(xué)內(nèi)容和要求以及學(xué)生學(xué)習(xí)水平和不同學(xué)習(xí)特點(diǎn)確定合適的教學(xué)目標(biāo)，從網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)已有學(xué)習(xí)資源中篩選或制作新的教學(xué)資源形成課程教學(xué)資源庫，可以是視頻、音頻、文檔、圖片或者網(wǎng)頁鏈接等，發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)平臺(tái)供學(xué)生隨時(shí)隨地線上自主學(xué)習(xí)。知識(shí)個(gè)性化推送等的內(nèi)容選取，需適應(yīng)智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)個(gè)性化學(xué)習(xí)指導(dǎo)，完成適合學(xué)生的個(gè)性化知識(shí)傳授;人力教師在設(shè)計(jì)資源庫的同時(shí)，可以根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的情況，設(shè)計(jì)制作相應(yīng)的練習(xí)、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試題目和題庫，以供智能系統(tǒng)合理適配和調(diào)用相應(yīng)的練習(xí)題目推送給學(xué)生，以幫助學(xué)生更好地了解自主學(xué)習(xí)情況。課前線上智能系統(tǒng)從資源庫中調(diào)用適當(dāng)?shù)念}目檢測(cè)，結(jié)合人工智能大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力做出科學(xué)合理判斷并進(jìn)行學(xué)習(xí)成績預(yù)測(cè)，以更加準(zhǔn)確地定位學(xué)習(xí)者，幫助學(xué)習(xí)者更加合理地設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)路徑和個(gè)性化知識(shí)推送。

（2）課中。課中知識(shí)內(nèi)化，線上智能系統(tǒng)發(fā)揮了主導(dǎo)作用。在課前精準(zhǔn)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用人工智能技術(shù)的先進(jìn)性，發(fā)揮智能導(dǎo)學(xué)作用，將學(xué)生分成小組，設(shè)計(jì)和制定一套適合不同學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃，并按照路徑規(guī)劃合理匹配教學(xué)資源，從教學(xué)資源庫中調(diào)用并智能推送給學(xué)生，以適應(yīng)個(gè)性化學(xué)習(xí)的智能知識(shí)傳授。智能系統(tǒng)合理適配和調(diào)用資源庫中的練習(xí)題目，推送給學(xué)生完成智能練習(xí)，以幫助學(xué)生更好地了解自主學(xué)習(xí)情況，并做精確的智能批改。同時(shí)，智能系統(tǒng)與人力教師進(jìn)行互動(dòng)，在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中根據(jù)學(xué)生練習(xí)的情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，進(jìn)行進(jìn)一步的智能輔導(dǎo)，從而幫助學(xué)生更好地理解和掌握知識(shí)內(nèi)容。課中人力教師通過與智能系統(tǒng)溝通發(fā)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)中存在的問題，動(dòng)態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)案例、情境、問題和檢測(cè)等任務(wù)，并更新課程資源，以適應(yīng)學(xué)生不斷變化的學(xué)習(xí)需求[4]。這個(gè)過程中，線下人力教師可以以小組學(xué)習(xí)的方式建議學(xué)生個(gè)性化地搜集學(xué)習(xí)和輔導(dǎo)資料，為學(xué)生提供合適的學(xué)習(xí)工具和方法。例如，提供必要的、可行的學(xué)習(xí)APP，指導(dǎo)學(xué)生做筆記、畫思維導(dǎo)圖、小組討論、分享學(xué)習(xí)內(nèi)容和心得等，在協(xié)同學(xué)習(xí)中獲取一些書本中沒有的知識(shí)，增進(jìn)學(xué)生之間的距離，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)的優(yōu)越性。另外，線上智能系統(tǒng)結(jié)合教學(xué)目標(biāo)，在答疑交流平臺(tái)進(jìn)行個(gè)性化答疑，完成智能問答，解決重難點(diǎn);線下教師聯(lián)合線上學(xué)習(xí)平臺(tái)智能系統(tǒng)，運(yùn)用頭腦風(fēng)暴，開展小組內(nèi)及班內(nèi)的協(xié)同學(xué)習(xí)等討論學(xué)習(xí)與交流，通過協(xié)作培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，探究實(shí)現(xiàn)知識(shí)共學(xué)、問題共同解決、智慧和情感共鳴，開發(fā)學(xué)生的思維和創(chuàng)新能力，并及時(shí)與線上智能系統(tǒng)協(xié)同，對(duì)學(xué)生遇到的問題給予具體化指導(dǎo)。

（3）課后。課后學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)和知識(shí)拓展。線上智能系統(tǒng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行考核測(cè)試，并作出精準(zhǔn)評(píng)價(jià)。線下人力教師根據(jù)人工智能大數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)分析進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)調(diào)整，并做及時(shí)的更新，提高教學(xué)的針對(duì)性和目的性。另外，學(xué)生通過評(píng)價(jià)和反饋對(duì)各自的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行學(xué)習(xí)反思，針對(duì)疑難問題可以通過線上學(xué)習(xí)平臺(tái)的答疑討論、私聊等功能進(jìn)行線上教師和學(xué)生之間以及學(xué)生和學(xué)生之間的討論和交流等互動(dòng)。線上智能系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)運(yùn)用資源庫功能解答學(xué)生問題，線下人力教師進(jìn)行非實(shí)時(shí)答疑解惑，并針對(duì)學(xué)生的共性問題及時(shí)調(diào)整，為教學(xué)做好準(zhǔn)備。同時(shí)，線下人力教師還需提供一些拓展學(xué)習(xí)材料作為課程資源的必要補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)課后學(xué)習(xí)的延伸和擴(kuò)展。學(xué)生可根據(jù)自身的學(xué)習(xí)情況選擇性進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探究知識(shí)的能力。

4結(jié)語

人工智能新技術(shù)的發(fā)展，對(duì)教育領(lǐng)域?qū)W習(xí)數(shù)據(jù)分析、教學(xué)方法和手段等具有積極作用，但目前人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)在教育教學(xué)方面的具體應(yīng)用不多，多處在試驗(yàn)和探索階段。本文研究設(shè)計(jì)的基于人工智能技術(shù)的混合式教學(xué)模式，結(jié)合線上線下，將人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等作用于教育教學(xué)，能夠做到以學(xué)習(xí)者為中心，更加智能精準(zhǔn)地分析學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)特性，并有針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)和輔導(dǎo)。通過線上智能系統(tǒng)和線下人力教師的共同作用，不僅完成了課程知識(shí)的精準(zhǔn)教學(xué)，而且培養(yǎng)了學(xué)生的核心素養(yǎng)，在開發(fā)學(xué)生思維和創(chuàng)新能力等方面有了更多延展空間和可能性。。

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作者簡介：蘇明（1975-），女，遼寧沈陽人、碩士，副教授，研究方向?yàn)槿斯ぶ悄?，?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò);

劉中秋（1979-），男，黑龍江佳木斯人，學(xué)士，助理研究員，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用。