“人工智能＋教育”背景下的小學(xué)在線課堂構(gòu)建研究

林曉春

“人工智能+教育”是利用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語言處理等人工智能相關(guān)技術(shù)，將人工智能的創(chuàng)新成果與傳統(tǒng)教育進(jìn)行深度融合而產(chǎn)生的教育應(yīng)用產(chǎn)物。隨著近幾年“人工智能+教育”浪潮的沖擊，傳統(tǒng)的在線學(xué)習(xí)課堂由于缺乏互動(dòng)性、情境性、約束性等弊端，已無法滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。在此背景下，研究如何更好地使用人工智能教育技術(shù)來推動(dòng)小學(xué)在線課堂的變革與發(fā)展具有重要意義，本文嘗試提出在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上較理想的小學(xué)在線課堂模式。

一、“人工智能+教育”中的關(guān)鍵技術(shù)

1. 機(jī)器學(xué)習(xí)。機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，其技術(shù)核心是利用算法來分析相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)于用戶的喜好進(jìn)行預(yù)判，找到內(nèi)在規(guī)律，最終形成對(duì)某一事件的預(yù)測(cè)及決策。與傳統(tǒng)的為解決特定任務(wù)、硬編碼的軟件程序不同，機(jī)器學(xué)習(xí)是用大量的數(shù)據(jù)來訓(xùn)練，通過各種算法從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)如何完成任務(wù)。

2. 深度學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)即深度網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，它受人類大腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，由一組單元組成，每個(gè)單元借由一組輸入值而產(chǎn)生輸出值，該輸出值又繼續(xù)被傳遞到下游神經(jīng)元。深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)通常使用許多層次，且在每層使用大量單元，以便識(shí)別海量數(shù)據(jù)中極其復(fù)雜和精確的模式。深度學(xué)習(xí)能夠自動(dòng)從海量數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，自動(dòng)調(diào)整規(guī)則參數(shù)并優(yōu)化規(guī)則和模型。

3. 自然語言處理技術(shù)。自然語言處理技術(shù)能實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間用自然語言進(jìn)行有效通信的各種理論和方法，主要包括訓(xùn)練與識(shí)別兩種學(xué)習(xí)活動(dòng)。訓(xùn)練是指對(duì)預(yù)先收集好的海量語音、語言數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行信號(hào)處理和知識(shí)挖掘，獲取語音識(shí)別系統(tǒng)所需要的“聲學(xué)模型”和“語言模型”，例如在線翻譯軟件。而識(shí)別過程通常是在線完成的，對(duì)用戶實(shí)時(shí)的語音進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別并回復(fù)，如手機(jī)語音輸入法、語音助理等。

4. 圖像識(shí)別技術(shù)。圖像識(shí)別技術(shù)是人工智能的一個(gè)重要領(lǐng)域，主要是模擬人類圖像識(shí)別過程，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類與識(shí)別，包括文字識(shí)別，數(shù)字圖像處理與識(shí)別，物體識(shí)別三個(gè)種類。圖像識(shí)別技術(shù)的產(chǎn)生讓計(jì)算機(jī)代替學(xué)習(xí)者在大數(shù)據(jù)中快速檢索到相關(guān)信息，大大提高了信息檢索的速度、便捷度和精確度。

二、“人工智能+教育”技術(shù)在小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

當(dāng)前“人工智能+教育”的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)逐步運(yùn)用到小學(xué)教學(xué)過程中，在這些技術(shù)的支持下，在線學(xué)習(xí)課堂能夠充當(dāng)一個(gè)“助學(xué)者”的角色。首先，它能夠在課前預(yù)習(xí)時(shí)為學(xué)生提供大量的學(xué)習(xí)資源，教師也可通過微課、文檔等形式將本課重難點(diǎn)推送給學(xué)生，提高學(xué)生預(yù)習(xí)的有效性，同時(shí)依照本班學(xué)生的預(yù)習(xí)情況自動(dòng)生成學(xué)生學(xué)情分析，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)習(xí)階段的可視化，以便于教師更有針對(duì)性地進(jìn)行課堂教學(xué)。其次，課后測(cè)評(píng)能夠及時(shí)檢驗(yàn)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成度，完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)反饋和分析，同時(shí)改變傳統(tǒng)課堂上以抽查為主的提問方式，保證每位學(xué)生都有回答問題的“權(quán)利”，對(duì)于開放性問題還可以幫助教師更好地發(fā)現(xiàn)不同學(xué)生的個(gè)性化答案。最后，對(duì)于一些知識(shí)性為主、有標(biāo)準(zhǔn)答案的客觀題，平臺(tái)能夠自動(dòng)批改，減輕了教師批改作業(yè)的工作量，讓教師能夠減少重復(fù)性的勞動(dòng)，更加專注于課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)的組織，更加注重鍛煉學(xué)生思維能力、提升學(xué)生核心素養(yǎng)。

三、“人工智能+教育”背景下小學(xué)在線課堂的技術(shù)框架設(shè)計(jì)

1. 課前導(dǎo)學(xué)模塊。預(yù)習(xí)是學(xué)習(xí)活動(dòng)中的重要一環(huán)，傳統(tǒng)的預(yù)習(xí)方式缺乏有效的監(jiān)督工具，學(xué)生的預(yù)習(xí)效果往往不盡如人意。在人工智能技術(shù)的支持下，教師可以將每天的課程資源包上傳到課前導(dǎo)學(xué)模塊，讓學(xué)生通過電腦、手機(jī)等方式登錄在線課堂進(jìn)行學(xué)習(xí)，最后通過課前導(dǎo)學(xué)小測(cè)作為學(xué)生預(yù)習(xí)的有效監(jiān)督手段，讓預(yù)習(xí)結(jié)果可視化，提高學(xué)生自主預(yù)習(xí)的積極性。

2. 課后學(xué)業(yè)測(cè)評(píng)模塊。學(xué)生在完成每天的課堂學(xué)習(xí)之后，就可以參與本課知識(shí)在線測(cè)評(píng)，只有通過該測(cè)評(píng)，學(xué)生才能解鎖下一個(gè)學(xué)習(xí)課程，否則平臺(tái)就會(huì)通過分析學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況識(shí)別學(xué)生當(dāng)前所處的學(xué)習(xí)水平，要求該學(xué)生返回課前導(dǎo)學(xué)模塊進(jìn)行查缺補(bǔ)漏，為學(xué)生推送個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源，直到學(xué)生有能力通過測(cè)評(píng)為止。此外，如果有學(xué)生多次無法通過測(cè)試，在線平臺(tái)會(huì)將該生的情況反饋給科任教師，看學(xué)生是否需要教師的幫助，讓有學(xué)習(xí)困難的學(xué)生能夠在教師的幫助與鼓勵(lì)下完成測(cè)試，保證不讓一位學(xué)生掉隊(duì)。同時(shí)，每天的班級(jí)作業(yè)完成情況的整體分析將及時(shí)反饋給教師，讓教師在數(shù)據(jù)化的分析報(bào)告中直觀地了解班級(jí)學(xué)情，從而能夠及時(shí)調(diào)整教學(xué)方案，更加有針對(duì)性地開展課堂教學(xué)。

3. 課文朗讀自動(dòng)化測(cè)評(píng)模塊。朗讀是學(xué)生語言學(xué)習(xí)的關(guān)鍵技能，也是提升學(xué)生口頭表達(dá)能力的重要方法。然而傳統(tǒng)的課堂教學(xué)過程中，由于學(xué)生多、時(shí)間緊、教學(xué)任務(wù)重，教師沒辦法對(duì)學(xué)生的朗讀能力進(jìn)行一對(duì)一的個(gè)性化指導(dǎo)。所幸在“人工智能+教育”背景下，語音識(shí)別技術(shù)發(fā)展日趨成熟，基于移動(dòng)終端的自動(dòng)化朗讀測(cè)評(píng)已經(jīng)成為小學(xué)語文和英語學(xué)科教學(xué)的有效輔助手段。該測(cè)評(píng)模塊的具體流程可以為：學(xué)生通過手機(jī)、電腦等移動(dòng)智能終端進(jìn)行語音輸入，平臺(tái)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行語音識(shí)別，對(duì)學(xué)生的朗讀水平進(jìn)行評(píng)價(jià)反饋，再將優(yōu)秀的學(xué)生朗讀作品進(jìn)行推送展示，通過同學(xué)間的橫向比較讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己朗讀方面的不足，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的朗讀激情，在一次次“你追我趕”的評(píng)比中提升學(xué)生的朗讀能力。

4. 系統(tǒng)資源模塊?！叭斯ぶ悄?教育”是建立在大數(shù)據(jù)背景下的教育應(yīng)用產(chǎn)物，其海量的學(xué)習(xí)資源是學(xué)生課外知識(shí)的重要補(bǔ)充來源。與傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)資源搜索方式不同的是，在人工智能技術(shù)的支持下，在線課堂會(huì)抓取分析學(xué)生學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行分析，繪制學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)地圖，為學(xué)生智能推送個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源，并且為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)方式。除此之外，在拍照取字、圖片識(shí)別、語音互動(dòng)等技術(shù)的支持下，學(xué)生可以隨時(shí)隨地上傳自己學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，進(jìn)行搜索，聆聽講解，這一功能將大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)角色從被動(dòng)的接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的探索者。

5. 個(gè)性化學(xué)習(xí)與互助模塊。培養(yǎng)獨(dú)立自主學(xué)習(xí)的能力已經(jīng)成為當(dāng)今時(shí)代人才培養(yǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。人工智能時(shí)代的到來，讓學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力發(fā)展形式更加多樣化，同時(shí)也為學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)提供了確切可行的方案。在線課堂可以通過學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)積極性、學(xué)業(yè)測(cè)評(píng)結(jié)果等多方數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)給予學(xué)生數(shù)據(jù)化的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)，為學(xué)生智能生成個(gè)性化學(xué)習(xí)方案，并且根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中對(duì)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)業(yè)水平有一個(gè)清晰的認(rèn)知，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的提高。與此同時(shí)，學(xué)習(xí)平臺(tái)也將根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)偏好、學(xué)業(yè)水平為學(xué)生推薦“志同道合”的在線學(xué)習(xí)伙伴，讓小組互助行為從學(xué)校課堂延伸到網(wǎng)絡(luò)空間，為學(xué)生拓寬合作學(xué)習(xí)的方式與途徑。

（作者單位：泉州師范學(xué)院附屬小學(xué)臺(tái)商區(qū)分校）