基于AI架構(gòu)的智慧課堂研究*

摘? ?要? ?人工智能的極速發(fā)展，已經(jīng)為其介入學(xué)校教育、實(shí)現(xiàn)智慧課堂做好了充足準(zhǔn)備，基于人工智能的智慧架構(gòu)，將以其智能交互、智能深度學(xué)習(xí)形成的閉環(huán)架構(gòu)，重新定義課堂教學(xué)。同時(shí)，人工智能架構(gòu)及其教學(xué)應(yīng)用，所帶來(lái)的多種技術(shù)的深度融合，有機(jī)建構(gòu)起來(lái)的深度智慧，更將為課堂教學(xué)整合出面向未來(lái)的基于智篩選、智適應(yīng)、智學(xué)習(xí)等更為進(jìn)階的一體化智慧建構(gòu)。

關(guān)鍵詞? ?AI架構(gòu)? 智慧課堂? 整合建構(gòu)? 深度智慧

從人類所經(jīng)歷的三次教育改革歷覽，即將到來(lái)的第四次教育改革，將是人工智能全面占領(lǐng)教育領(lǐng)域，并重新定義課堂教學(xué)手段、教學(xué)模式、教學(xué)形態(tài)的時(shí)代變革。同時(shí)，亦將以智慧課堂為授受關(guān)系帶來(lái)一場(chǎng)前所未有的驚天巨變。

一、智慧課堂的人工智能架構(gòu)整合概述

1.人工智能架構(gòu)應(yīng)用概述

人工智能作為計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，試圖透過(guò)智能的本質(zhì)，以技術(shù)途徑生產(chǎn)出一種與人類智能相類似的、能夠做出辨識(shí)反應(yīng)、機(jī)會(huì)研判、邏輯推演、模型優(yōu)化等復(fù)雜智能任務(wù)的模擬智能系統(tǒng)。人工智能中的模擬智能，目前已經(jīng)涵蓋了語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、專家系統(tǒng)、自動(dòng)化應(yīng)用、擬人機(jī)器等研究分支。人工智能僅僅只是機(jī)器系統(tǒng)對(duì)于人類智能的一種數(shù)字化、程序化、抽象化模擬，目前尚不能像人類那樣具備獨(dú)立意志，因此無(wú)法進(jìn)行真正意義上的獨(dú)立思考。短時(shí)期內(nèi)除運(yùn)算、邏輯、數(shù)控等數(shù)字化能力外，不可能超過(guò)人類的智能水平[1]。人工智能的廣泛應(yīng)用，為各行各業(yè)的自動(dòng)化發(fā)展，帶來(lái)了翻天覆地的技術(shù)變革。近年來(lái)，人工智能開(kāi)始在教育領(lǐng)域大顯身手，正在成為教育變革的一股中堅(jiān)力量。課堂教學(xué)亦將由此而發(fā)生形態(tài)、模式、手段等諸多方面的嬗變躍遷。

2.智慧課堂的人工智能架構(gòu)整合意義

人工智能具有數(shù)字化、程序化、抽象化的智能模擬，因機(jī)器化操作而有著更快、更準(zhǔn)、更精、更強(qiáng)等先天性優(yōu)勢(shì)，尤其是在復(fù)雜任務(wù)方面，人工智能的完成度、完成質(zhì)量、完成效果等均遠(yuǎn)勝人工。人工智能一旦應(yīng)用于課堂教學(xué)，將能夠?yàn)閷W(xué)校教育帶來(lái)徹底改變，由傳統(tǒng)課堂到智慧課堂的改變，極大地提高課堂教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效率、教學(xué)管理水平。智慧課堂不僅能夠極大地提高教學(xué)信息容量、輔助教學(xué)信息容量，而且還能極大地提高基于人工智能的深度智慧含量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)課堂教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生有近三分之一的時(shí)間被浪費(fèi)，而引入智慧課堂，則能夠更加充分地發(fā)揮人工智能的智慧篩選、智慧適應(yīng)、智慧學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)。以人工智能為核心，加持大數(shù)據(jù)與云端服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)基于人工智能的課前、課中、課后的完整的教學(xué)閉環(huán)，傳統(tǒng)教學(xué)可望而不可及的差別化教學(xué)、精準(zhǔn)化教學(xué)、智能化教學(xué)，都可以通過(guò)人工智能得以完美實(shí)現(xiàn)與解決。

3.智慧課堂的人工智能架構(gòu)整合建構(gòu)

智慧課堂中的人工智能架構(gòu)，涵蓋了課堂教學(xué)中的課堂場(chǎng)景、課堂氛圍、課堂監(jiān)控、課堂管理等方方面面。智慧課堂在人工智能的助力下，以學(xué)習(xí)單元個(gè)體的最小單位學(xué)生作為主要對(duì)象，在智慧課堂中，依托于人工智能架構(gòu)的數(shù)據(jù)采集與分析研判，能夠獲得學(xué)生個(gè)體全景式的一目了然的學(xué)習(xí)狀態(tài)圖譜，并能夠據(jù)此針對(duì)學(xué)習(xí)狀態(tài)，因人而異地進(jìn)行有差別化的學(xué)習(xí)路線、學(xué)習(xí)內(nèi)容、課后作業(yè)等全方位的學(xué)習(xí)路徑優(yōu)化。人工智能架構(gòu)的在線學(xué)習(xí)助手，還能夠使學(xué)生、師資、校方三者形成有機(jī)的關(guān)聯(lián)，使得師資能夠監(jiān)控學(xué)生、校方能夠監(jiān)控師資、學(xué)生能夠向校方反饋師資，三者能夠有機(jī)地形成整合化的教育體系一體化建構(gòu)。未來(lái)的智慧課堂將呈現(xiàn)出一種規(guī)范高效的智篩選、智適應(yīng)、智學(xué)習(xí)的深度智慧的學(xué)習(xí)圖景。全息課堂與電子助理等，將隨時(shí)伴隨在師生的左右，智慧課堂將不再受制于時(shí)空的限制，完全按照智慧的策略運(yùn)作規(guī)則、運(yùn)作機(jī)器、運(yùn)作思維，無(wú)效信息將被篩選、無(wú)用的流程將被精簡(jiǎn)、無(wú)關(guān)的操作將被剔除，一切都將在人工智能的驅(qū)策之下，以深度智慧的法則，按照智能優(yōu)化與教育優(yōu)化的深度融合原則加以高效整合建構(gòu)。

二、智慧課堂的人機(jī)互動(dòng)架構(gòu)整合

1.智慧課堂的靜態(tài)接口建構(gòu)

人機(jī)之間基于靜態(tài)接口的互動(dòng)，是整個(gè)智慧課堂最為基礎(chǔ)的部分。傳統(tǒng)的課堂靜態(tài)人機(jī)接口，包括了身份識(shí)別與認(rèn)證、人數(shù)統(tǒng)計(jì)、出入監(jiān)控與統(tǒng)計(jì)等基礎(chǔ)性靜態(tài)交互過(guò)程。其中的身份識(shí)別與認(rèn)證，能夠有效區(qū)分學(xué)生個(gè)體、師資個(gè)體、校方管理者個(gè)體、校方服務(wù)者個(gè)體。在此基礎(chǔ)之上，能夠?yàn)榉謱儆诓煌I(lǐng)域的個(gè)體，分配各自所屬的不同的功能與機(jī)制。并且，還能夠?yàn)橥活I(lǐng)域的學(xué)生個(gè)體，建構(gòu)出因個(gè)體差異較大而產(chǎn)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)狀態(tài)圖譜，這才是智慧課堂靜態(tài)接口的存在意義。同時(shí)，智慧課堂的靜態(tài)接口還會(huì)在人工智能與區(qū)塊鏈的雙重加持之下，形成一種具有增益功能的拓展性應(yīng)用。還能夠?yàn)閷W(xué)生個(gè)體整合建構(gòu)出類似身份證明的、由幼兒園直至步入社會(huì)的學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)狀況的全局檔案。靜態(tài)接口的人機(jī)互動(dòng)整合建構(gòu)為進(jìn)一步動(dòng)態(tài)乃至實(shí)時(shí)的人機(jī)互動(dòng)整合建構(gòu)打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。智慧課堂因此得以由靜態(tài)智慧接口可視化，向動(dòng)態(tài)智慧行為可視化嬗變躍遷[2]。

2.智慧課堂的手勢(shì)識(shí)別整合建構(gòu)

智慧課堂應(yīng)該是人工智能應(yīng)用于教育領(lǐng)域的一個(gè)比較重要的方面?；陟o態(tài)接口的成熟應(yīng)用，人工智能可以進(jìn)一步針對(duì)某一部分身體行為，進(jìn)行更為復(fù)雜的能夠動(dòng)態(tài)識(shí)別的人機(jī)互動(dòng)整合建構(gòu)。舉一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，比如學(xué)生在課堂踴躍舉手發(fā)言，任何教師可能都無(wú)法精確地統(tǒng)計(jì)哪些學(xué)生舉手了，而智慧課堂的手勢(shì)識(shí)別，則能夠居高臨下地從課堂空中的不同視角，毫無(wú)遺漏地向教師面前的智能大屏即時(shí)反饋舉手的學(xué)生，將舉手的學(xué)生進(jìn)行高對(duì)比色彩加以標(biāo)識(shí)。同時(shí)，還會(huì)將近期提問(wèn)過(guò)的學(xué)生依智能統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行不同的色彩標(biāo)識(shí)區(qū)分。這樣，教師在授課的過(guò)程中，就能夠一目了然地看到學(xué)生的舉手狀況、已經(jīng)提問(wèn)的狀況、未進(jìn)行提問(wèn)的狀況。當(dāng)然，這只是手勢(shì)識(shí)別的一個(gè)十分有限的應(yīng)用方面而已。實(shí)際上，手勢(shì)識(shí)別推而廣之，可以針對(duì)學(xué)生、師資、校方服務(wù)人員的行為進(jìn)行全方位的深度智慧整合建構(gòu)，從而為深度智慧的人機(jī)互動(dòng)，整合建構(gòu)起一種更加進(jìn)階的人機(jī)共通、共建、共享的技術(shù)表達(dá)，從而進(jìn)一步由智慧行為可視化向智慧思維可視化嬗變躍遷。

3.智慧課堂的思維可視建構(gòu)

目前的人工智能面部識(shí)別研究，已經(jīng)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，頭部動(dòng)作的分析建模，已經(jīng)基本成熟完備，眼動(dòng)與表情的深度智慧識(shí)別等，也會(huì)隨著AI架構(gòu)的智能分布、智能物聯(lián)、聚類分析等的不斷研發(fā)，快速地為智慧課堂帶來(lái)現(xiàn)實(shí)化的技術(shù)支撐。根據(jù)頭動(dòng)、眼動(dòng)、表情三個(gè)維度的課堂授受實(shí)時(shí)反饋，透視思維活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)思維的可視化整合建構(gòu)，不僅能夠?yàn)樵趫?chǎng)與在線的教師提供即時(shí)反饋，而且，還能夠?qū)?shí)時(shí)綜合分析的結(jié)果，即時(shí)反饋給學(xué)校的教學(xué)管理部門。在人工智能的深度智慧輔助下，不僅課堂的授受將變得更加智能，而且與課堂息息相關(guān)的教學(xué)監(jiān)控、教學(xué)管理、教學(xué)服務(wù)等亦將變得更加智能。這些基于人工智能架構(gòu)的深度智慧，將共同輔助課堂教學(xué)，成為未來(lái)智慧課堂思維可視化整合建構(gòu)不可或缺的關(guān)鍵。同時(shí)，通過(guò)人工智能物聯(lián)設(shè)備等無(wú)處不在的輔助，還可以透過(guò)設(shè)定的場(chǎng)景與學(xué)生個(gè)體進(jìn)行有差別的互動(dòng)，極大地提高實(shí)時(shí)授受效果，達(dá)到更加有效的授受教育教學(xué)目標(biāo)。人機(jī)互動(dòng)在深度智慧的基礎(chǔ)之上，還將通過(guò)人機(jī)之間、信息與系統(tǒng)機(jī)制之間、機(jī)器物聯(lián)之間等更加全方位、多元、復(fù)雜的良性互動(dòng)，進(jìn)一步拓展智慧課堂上的靜態(tài)交互、動(dòng)態(tài)交互、實(shí)時(shí)交互，為授受雙方帶來(lái)更加多姿多彩的趣味課堂，師生與人工智能之間，更加有機(jī)地建構(gòu)成為一種智慧課堂交互的整合共同體[3]。

三、智慧課堂的深度智慧架構(gòu)整合

1.智慧課堂的智篩選建構(gòu)

如果說(shuō)人機(jī)互動(dòng)整合建構(gòu)屬于一種進(jìn)階的智慧整合建構(gòu)，那么深度智慧的整合建構(gòu)就屬于一種較為高級(jí)的智慧整合建構(gòu)范疇。這一范疇首當(dāng)其沖的人工智能架構(gòu)，就是智篩選在整個(gè)智慧課堂中的人工智能集成。智篩選是智適應(yīng)與智學(xué)習(xí)等深度智慧整合的建構(gòu)基礎(chǔ)。信息時(shí)代紛紛擾擾的信息，實(shí)際上已經(jīng)給現(xiàn)代人帶來(lái)了諸多煩惱，對(duì)于學(xué)生而言同樣如此。傳統(tǒng)的課堂授受由于師資水平的差異，必然存在授受的差異化。這就必然會(huì)給學(xué)生帶來(lái)無(wú)法避免的差異化的成績(jī)分布。人工智能介入的智慧課堂，則能夠在課堂上針對(duì)名師的授課內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)的篩選，為不同程度、不同階段、不同接受能力的學(xué)生，基于深度智慧進(jìn)行智篩選。智篩選能夠?yàn)檎麄€(gè)智慧課堂的整合，建構(gòu)出因人而異的差別化表達(dá)，哪怕是兩名學(xué)生在學(xué)習(xí)成績(jī)之間毫無(wú)差別，智篩選系統(tǒng)也能夠在二者之間，根據(jù)整個(gè)泛學(xué)習(xí)周期的學(xué)習(xí)狀態(tài)圖譜，在人工智能深度智慧的分析研判下，為二者各自實(shí)時(shí)描繪出有差異化的課前預(yù)習(xí)、課中學(xué)習(xí)、課后復(fù)習(xí)等一整套閉環(huán)的定制化的學(xué)習(xí)日程。同樣，對(duì)于教師而言，智篩選也會(huì)有差異化地給出師資因人而異的有差別化的改進(jìn)與進(jìn)修日程，曾經(jīng)流存于理想化想象狀態(tài)的“有教無(wú)類、因材施教”等差異化授受，即將成為人工智能時(shí)代的一種基于深度智慧智篩選整合建構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)配置[4]。

2.智慧課堂的智適應(yīng)建構(gòu)

針對(duì)智慧課堂整合建構(gòu)的人機(jī)互動(dòng)的不斷發(fā)展與不斷推進(jìn)，為更加智慧化的智篩選與智適應(yīng)集成提供了必然的遞進(jìn)路徑。所謂智適應(yīng)即更加高級(jí)的抽象化層級(jí)上的人機(jī)互動(dòng)。這種抽象化層級(jí)的人機(jī)互動(dòng)，已經(jīng)具備更為高級(jí)的人工智能識(shí)別技術(shù)，不僅能夠智慧化地識(shí)別出與機(jī)器正在交互的人物身份，而且還能夠在本地局域云端、遠(yuǎn)程互聯(lián)云端的支持下，在大數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)挖掘的支持下，在人工智能架構(gòu)的核心支撐下，為不同身份的智慧課堂授受角色提供因人而異、因能而異、因習(xí)而異的智慧化授受[5]。在智適應(yīng)集成下，極大地提高了授受的整體教學(xué)進(jìn)度，對(duì)于那些喜歡探索的學(xué)生而言，在游戲場(chǎng)景般的趣味性課堂氛圍中，將能夠極大地吸引他們對(duì)于學(xué)習(xí)的興趣。學(xué)生在主觀能動(dòng)性的驅(qū)策下，自主掌握學(xué)習(xí)進(jìn)度。在差異化智適應(yīng)適配的學(xué)習(xí)過(guò)程中，絕大多數(shù)學(xué)生可能會(huì)遇到的最基本的疑問(wèn)，早已經(jīng)被人工智能捕捉下來(lái)，成為一種隨時(shí)即時(shí)更新的問(wèn)答范式。學(xué)生可以在學(xué)習(xí)過(guò)程中，隨時(shí)在輔助屏幕上看到與可能疑問(wèn)相關(guān)的輔助學(xué)習(xí)信息。同時(shí)，在線的各院校的教師，亦能夠隨時(shí)針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的疑問(wèn)，予以非常詳盡的由淺入深的解答。解答的結(jié)果均將被人工智能捕捉成為一種問(wèn)答范式，以便于這些可能重復(fù)的問(wèn)題能夠即時(shí)直接推送給學(xué)生。這種深度智慧驅(qū)策的智適應(yīng)，使得授受效率與學(xué)習(xí)效率成倍提升。

3.智慧課堂的智學(xué)習(xí)建構(gòu)

作為智慧課堂深度智慧的智學(xué)習(xí)集成，早在2018年即已成為刺激AI熱潮的一種代表性的技術(shù)指征，目前正在由巔峰期向平穩(wěn)發(fā)展的平臺(tái)期過(guò)渡。智慧課堂中那些流于表象化的視覺(jué)化技術(shù)，實(shí)際上無(wú)不需要更加智慧化的深度智慧與深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)，給予其不可或缺的系統(tǒng)化支撐。無(wú)論是視覺(jué)技術(shù)中的視頻識(shí)別還是音頻識(shí)別等，最終都必然需要通過(guò)AI架構(gòu)，加以建模、辯識(shí)、區(qū)分、研判，并最終通過(guò)深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)，給出機(jī)器識(shí)別的最終結(jié)果。深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)對(duì)于活動(dòng)圖像的識(shí)別，亦將隨著計(jì)算機(jī)算力、速度、存儲(chǔ)以及計(jì)算機(jī)云集群、大數(shù)據(jù)、5G通信技術(shù)的飛速發(fā)展而獲得前所未有的發(fā)展。深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)對(duì)活動(dòng)音視頻等的識(shí)別，目前已經(jīng)達(dá)到了全面應(yīng)用的階段。對(duì)于智慧課堂而言，深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)的不斷學(xué)習(xí)記憶功能，能夠輕松地針對(duì)動(dòng)作、行為、表情，甚至是抽象化的思維等進(jìn)行充分且可靠的研判，從而能夠在可持續(xù)的深度學(xué)習(xí)過(guò)程中，不斷積累針對(duì)課堂授受過(guò)程的智慧表達(dá)，不斷改進(jìn)智慧模型，不斷升級(jí)智慧設(shè)備，最終通過(guò)交互系統(tǒng)建構(gòu)、識(shí)別系統(tǒng)建構(gòu)、學(xué)習(xí)系統(tǒng)建構(gòu)等，以深度智慧與智學(xué)習(xí)機(jī)制，整合建構(gòu)出課堂授受的智慧共同體表達(dá)[6]。

基于AI架構(gòu)的智慧課堂，解決了傳統(tǒng)課堂的體驗(yàn)性、趣味性、效率性等諸多方面的問(wèn)題。基于人工智能的進(jìn)階智能交互與智能深度學(xué)習(xí)，形成了智慧課堂的閉環(huán)架構(gòu)，二者的深度整合與融合建構(gòu)，不僅為實(shí)時(shí)教學(xué)提供了涉及教、學(xué)兩個(gè)授受層面的智慧表達(dá)，而且還為考、評(píng)、管三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供了高度集成的一體化架構(gòu)的全過(guò)程支撐。同時(shí)，更為教育教學(xué)帶來(lái)立體交互與實(shí)時(shí)反饋等更為精準(zhǔn)且更具深度智慧的教學(xué)氛圍、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)手段。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉勉，張際平.未來(lái)課堂智能教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究——以手勢(shì)識(shí)別為技術(shù)支持[J].中國(guó)電化教育，2019（07）.

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[3] 呂愷悅，施智平，孫眾.人工智能時(shí)代下的教師教育發(fā)展——“2019人工智能+教師教育國(guó)際研討會(huì)”在北京舉行[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2019，29（07）.

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[6] 鄭慶華.人工智能促進(jìn)智慧教育，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量[J].高等工程教育研究，2019（04）.

[作者：張宇哲（1984-），女，吉林長(zhǎng)春人，長(zhǎng)春廣播電視大學(xué)文法系，講師，碩士。]

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