基于人工智能的區(qū)域教育模式與教學(xué)數(shù)據(jù)閉環(huán)研究

郭政

摘?要：隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)到來，海量教育數(shù)據(jù)的匯聚為區(qū)域教育均衡發(fā)展提供了新的思路。教育正邁向智能化時(shí)代，人工智能與教育的融合創(chuàng)新已成為未來教育變革的重要趨勢。

在智慧教育中應(yīng)用人工智能技術(shù)，形成教學(xué)數(shù)據(jù)的閉環(huán)，自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)是一種非常有用的學(xué)習(xí)形式。

通過人工智能技術(shù)將學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程“記錄”下來，與教學(xué)（學(xué)習(xí)）計(jì)劃要求進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，分析得出教學(xué)者（學(xué)習(xí)者）的關(guān)鍵達(dá)標(biāo)點(diǎn)和欠缺點(diǎn)，給出“建議優(yōu)化路徑”，進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正，實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)化”反饋，個(gè)性化教學(xué)。

關(guān)鍵詞：區(qū)域教育均衡;教育人工智能;大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析

引言：

幾千年來，學(xué)校教育是以教師為中心，強(qiáng)調(diào)教師的主導(dǎo)作用，教師擔(dān)負(fù)著“傳道授業(yè)解惑”的角色。教師需要及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容，以滿足學(xué)生不斷變化的學(xué)習(xí)需求。

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)到來，海量教育數(shù)據(jù)的匯聚為區(qū)域教育均衡發(fā)展提供了新的思路，教育正邁向智能化時(shí)代，人工智能與教育的融合創(chuàng)新已成為未來教育變革的重要趨勢。在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，區(qū)域教育均衡發(fā)展以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，準(zhǔn)確把握區(qū)域教育發(fā)展動(dòng)態(tài)。從教育環(huán)境均衡、教育資源均衡、教育機(jī)會(huì)均等和教育質(zhì)量均衡等角度出發(fā)，促進(jìn)區(qū)域教育的均衡發(fā)展。

人工智能技術(shù)支持之下的智慧教育理念構(gòu)建，推動(dòng)了教育系統(tǒng)顛覆性創(chuàng)新與變革的科學(xué)發(fā)展，已經(jīng)成為一種新型教育態(tài)勢和人們的關(guān)注焦點(diǎn)。理清智慧教育的內(nèi)涵與特征，分析人工智能的發(fā)展現(xiàn)狀，更好地利用人工智能技術(shù)開展智慧教育意義重大。人工智能在智慧教育中的具體應(yīng)用方式的探析和教學(xué)數(shù)據(jù)閉環(huán)形成，對(duì)于教育現(xiàn)代化的發(fā)展具有較大的現(xiàn)實(shí)價(jià)值，值得大家都來探索和實(shí)踐。

一、相關(guān)概念界定

（一）智慧教育

智慧教育從狹義的角度出發(fā)，一般是指在教育領(lǐng)域（教育管理、教育教學(xué)和教育科研）的教育信息化環(huán)境的現(xiàn)代化，利用現(xiàn)代信息技術(shù)來促進(jìn)教育改革與發(fā)展的過程。目前的智慧教育尚屬于一種輔助“學(xué)習(xí)”階段。其技術(shù)特點(diǎn)是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化和多媒體化;基本特征是開放、共享、交互、協(xié)作;建設(shè)特征是在一個(gè)“教室”“學(xué)?！薄皡^(qū)域”中的相關(guān)資源的集中配置。

（二）教育人工智能

教育人工智能是人工智能應(yīng)用于教育教學(xué)領(lǐng)域的一種融合。作為人工智能，就是要讓機(jī)器的行為看起來就象是人所表現(xiàn)出的智能行為一樣（JOHN MCCARTHY，1965）。教育人工智能則是人工智能與學(xué)習(xí)科學(xué)相結(jié)合而形成的一個(gè)新領(lǐng)域，目標(biāo)是促進(jìn)自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境的發(fā)展和人工智能工具在教育中高效、靈活及個(gè)性化的使用。在教育人工智能中，學(xué)習(xí)模型、知識(shí)模型和業(yè)務(wù)模型是其核心。

（三）區(qū)域教育均衡

教育均衡，實(shí)質(zhì)上是指在教育公平思想和教育平等原則的支配下，教育機(jī)構(gòu)、受教育者在教育活動(dòng)中，平等待遇的教育理想和確保其實(shí)際操作的教育政策和法律制度。在市場經(jīng)濟(jì)條件下，政府要為社會(huì)和教育發(fā)展建立一個(gè)公平規(guī)則，因?yàn)榻逃馐枪竦幕窘逃龣?quán)利保障和教育政策價(jià)值取向演變的必然趨勢。

區(qū)域教育均衡最基本的要求是在教育機(jī)構(gòu)和教育群體之間，平等地獲得教育資源，達(dá)到教育需求與教育供給的相對(duì)均衡，并最終落實(shí)在人們對(duì)教育資源的分配和使用上。

（四）自適應(yīng)學(xué)習(xí)

自適應(yīng)學(xué)習(xí)是一種基于信息化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的學(xué)習(xí)（教學(xué)）模式。無論是針對(duì)教學(xué)中的“助教”環(huán)節(jié)，還是針對(duì)學(xué)習(xí)中的“助學(xué)”環(huán)節(jié)，自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的核心在于系統(tǒng)平臺(tái)具有海量的學(xué)習(xí)素材和資源的同時(shí)，能夠?qū)W(xué)習(xí)中產(chǎn)生的“數(shù)據(jù)”進(jìn)行“采集、跟蹤、評(píng)估、反饋”，使得教育教學(xué)資源應(yīng)用能夠“自動(dòng)適應(yīng)”于學(xué)生的表現(xiàn)和能力需求。

二、信息化推動(dòng)區(qū)域教育現(xiàn)代化的現(xiàn)狀分析

隨著國家GDP的不斷提高，對(duì)教育的投資也越來越高?；仡櫧迥陙恚块T對(duì)教育的投資形式經(jīng)歷了基層學(xué)校信息化配置普及達(dá)標(biāo)、信息化系統(tǒng)構(gòu)建完善、信息化教學(xué)課程開發(fā)與應(yīng)用、以應(yīng)用效果為主導(dǎo)的教學(xué)課題評(píng)估和區(qū)域教育現(xiàn)代化模式的發(fā)展若干階段。在基層學(xué)校信息化建設(shè)基本普及之后，理性化的投資立項(xiàng)和重點(diǎn)建設(shè)目標(biāo)突破開始引起政府管理部門、專家學(xué)者、教學(xué)單位的高度重視。高密度投資和低水平應(yīng)用現(xiàn)象逐步成為社會(huì)所詬病的對(duì)象，投資效果和績效評(píng)估更是成為基層學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的決策依據(jù)。

首先，教育現(xiàn)代化是一個(gè)系統(tǒng)工程，針對(duì)新的教學(xué)環(huán)境，對(duì)教育者、受教育者、教育方法、教育內(nèi)容都會(huì)發(fā)生改變。所以教學(xué)過程是要從“做功”的角度設(shè)計(jì)，而不是以“做秀”的形式展開。其次，教師的主要職責(zé)是教書育人，教育現(xiàn)代化對(duì)教師的信息化素養(yǎng)提出了許多“跨界要求”，教育方法和教育內(nèi)容都將發(fā)生變化。對(duì)于“受教育者”來說，以前是“被動(dòng)受教育”，現(xiàn)在提倡“主動(dòng)學(xué)習(xí)”，單一的選擇其中的一種都是有偏頗的。根據(jù)工業(yè)自動(dòng)化原理，采集教學(xué)和學(xué)習(xí)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)平臺(tái)的智能化評(píng)估形成“優(yōu)化建議”，反饋給教育者和受教育者進(jìn)行選擇和修正，借助教育環(huán)境達(dá)到最佳效果，形成一種“閉環(huán)”的教、學(xué)模式。

綜上所述，我們需要進(jìn)一步解決以下幾個(gè)問題：

1.改變傳統(tǒng)教學(xué)中的單純教的課程設(shè)計(jì)方法，應(yīng)該針對(duì)學(xué)習(xí)者的實(shí)際情況去設(shè)計(jì)教學(xué)流程。這樣的流程是根據(jù)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程的反饋信息選擇不同的素材策略并且進(jìn)行不斷修正的。

2.針對(duì)學(xué)習(xí)者自我需求不明確的困惑，必須改變?cè)瓉淼撵o態(tài)資源庫（海量素材倉庫）功能，通過實(shí)時(shí)分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況，有選擇地推送學(xué)習(xí)素材，提高學(xué)習(xí)效率和效果。

3.建立基于人工智能和大數(shù)據(jù)采集的教學(xué)數(shù)據(jù)閉環(huán)，通過實(shí)時(shí)評(píng)估算法跟蹤教育者和學(xué)習(xí)者的教、學(xué)過程，優(yōu)化現(xiàn)代教育教學(xué)實(shí)施路徑。使信息化效益最大化，投入和產(chǎn)出得到很好的協(xié)調(diào)。區(qū)域教育現(xiàn)代化將為上述問題的解決提供有效的促進(jìn)作用。

三、人工智能技術(shù)在智慧教育中的應(yīng)用

隨著教育現(xiàn)代化和信息技術(shù)的快速發(fā)展，基層信息化校園建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展階段，智慧校園和智慧教室項(xiàng)目大量出現(xiàn)。許多教育研究者所關(guān)注的焦點(diǎn)，也都開始轉(zhuǎn)向“智慧化”應(yīng)用研究方向?，F(xiàn)階段的智慧教育正朝著智能化、個(gè)性化、精準(zhǔn)化、泛在化等方向發(fā)展，已成為當(dāng)前國際社會(huì)教育信息化推進(jìn)過程中的重要發(fā)展戰(zhàn)略和長期任務(wù)。

智慧教室是目前基層學(xué)校大量投資建設(shè)的一種教學(xué)環(huán)境，從目前的應(yīng)用功能定位來看，大多數(shù)智慧教室還是立足于教學(xué)手段和教學(xué)資源獲得的多樣化方面。智慧校園則是目前基層學(xué)校中大量投資建設(shè)的一種教學(xué)管理平臺(tái)，從目前的應(yīng)用功能定位來看，多數(shù)的智慧校園還是立足于教學(xué)行政管理、教學(xué)資源管理、教學(xué)信息管理等等方面。

四、對(duì)自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)應(yīng)用的再分析

在智慧教育中應(yīng)用人工智能技術(shù)，形成教學(xué)數(shù)據(jù)的閉環(huán)，自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)是一種非常有用的學(xué)習(xí)形式。王楓博士認(rèn)為，自適應(yīng)學(xué)習(xí)引擎就像一個(gè)大腦，它是以前期積累的內(nèi)容以及學(xué)生大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，再通過后臺(tái)算法，為學(xué)生推薦最有價(jià)值的知識(shí)點(diǎn)和習(xí)題，最大限度地提高學(xué)習(xí)效率，真正做到因材施教。自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)就是能夠根據(jù)學(xué)生的不同情況進(jìn)行“自動(dòng)適應(yīng)”，然后給出學(xué)生最適合他的學(xué)習(xí)內(nèi)容，根據(jù)不同學(xué)生的情況，可能會(huì)推送不同的題目或者視頻等內(nèi)容。在這種推送的背后所隱藏的，是大數(shù)據(jù)和智能技術(shù)在教育層面的深度應(yīng)用。

從現(xiàn)代教育理念出發(fā)，教育中的“教”和“學(xué)”，已經(jīng)不再是相對(duì)孤立的兩個(gè)方面了。根據(jù)工業(yè)自動(dòng)化控制理論，“把控制系統(tǒng)輸出量的一部分或全部，通過一定方法和裝置反送回系統(tǒng)的輸入端，然后將反饋信息與原輸入信息進(jìn)行比較，再將比較的結(jié)果施加于系統(tǒng)進(jìn)行控制，避免系統(tǒng)偏離預(yù)定目標(biāo)”。所謂反饋原理，就是根據(jù)系統(tǒng)輸出變化的信息來進(jìn)行控制，即通過比較系統(tǒng)行為（輸出）與期望行為之間的偏差，并消除偏差以獲得預(yù)期的系統(tǒng)性能。

在教學(xué)實(shí)踐中，如果將反饋控制的思想引入其中，從而將教學(xué)過程看作為一個(gè)“反饋控制系統(tǒng)”。將教和學(xué)的活動(dòng)假設(shè)為“被控過程”，教學(xué)設(shè)計(jì)方案是“控制器”，教師和學(xué)生充當(dāng)“執(zhí)行器”角色。在教和學(xué)的過程中，采集教師教學(xué)過程和學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的各種“數(shù)據(jù)”，與設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)計(jì)劃進(jìn)行比較，產(chǎn)生以“教”和以“學(xué)”為核心的“偏離情況”。在這樣的教學(xué)反饋控制系統(tǒng)中，針對(duì)被控過程的動(dòng)態(tài)特性和控制目標(biāo)制定切實(shí)可行的教學(xué)實(shí)施修正方案，建立科學(xué)合理的教學(xué)考核措施，能夠?qū)崟r(shí)反映出實(shí)際的教學(xué)效果。

五、基于人工智能應(yīng)用的區(qū)域教育生態(tài)環(huán)境探究

構(gòu)建區(qū)域教育生態(tài)系統(tǒng)的核心，應(yīng)該是教育資源分配的均衡化以及相適應(yīng)的教育教學(xué)環(huán)境和績效評(píng)估條件的優(yōu)化配置。這不僅僅取決于區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)之間物質(zhì)、能量的流動(dòng)和轉(zhuǎn)化，而且還包含著各教育系統(tǒng)內(nèi)部有效運(yùn)作時(shí)的數(shù)據(jù)交換過程。教育理念和教育技術(shù)的快速發(fā)展，伴隨著教育信息化技術(shù)的進(jìn)步和普及，構(gòu)建績效理念下區(qū)域教育信息化生態(tài)環(huán)境建設(shè)是當(dāng)今教育現(xiàn)代化發(fā)展的必由之路。教育信息化生態(tài)環(huán)境是建立在媒體資源的教學(xué)應(yīng)用的基礎(chǔ)之上，以網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為基本架構(gòu)的多元化環(huán)境體系。人工智能技術(shù)和手段在教育領(lǐng)域的跨界應(yīng)用，則可以解決不同學(xué)校之間的教育資源不均衡，消除學(xué)校“信息化建設(shè)”中可能產(chǎn)生的“信息孤島”現(xiàn)象?！皫熧Y”的均衡問題是“人工智能應(yīng)用”試圖解決的重要特征之一。

在生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)中，需要思考以下方面的內(nèi)容：

1.基于學(xué)習(xí)者的應(yīng)用需求分析

在教學(xué)設(shè)計(jì)的過程中，提倡以學(xué)習(xí)者為中心的理念，這是正確的。但是這并不意味著就是將海量的資源推送到“學(xué)習(xí)者”面前，供其選擇、使用、滿足要求。因?yàn)閷?duì)于大部分的大學(xué)以下學(xué)歷，非重點(diǎn)學(xué)校少數(shù)“尖子學(xué)生”之外的情況，大量的“學(xué)習(xí)者”并不清楚自己要學(xué)什么、怎樣學(xué)、學(xué)習(xí)效果如何。面對(duì)“海量的資源”，他們往往會(huì)感到迷茫、困惑和不知所措，無法通過自我評(píng)估來修正、提高學(xué)習(xí)效率、優(yōu)化學(xué)習(xí)路徑。這樣的工作內(nèi)容，在傳統(tǒng)的學(xué)校中，經(jīng)常是由教師來完成的。

學(xué)校教育的另一個(gè)功能，是對(duì)“學(xué)習(xí)者”進(jìn)行督促。因?yàn)楹⒆觽冊(cè)谥袑W(xué)以下的學(xué)習(xí)過程中，不是每個(gè)人都具備獨(dú)立學(xué)習(xí)和主動(dòng)學(xué)習(xí)的源動(dòng)力和迫切感。所以，學(xué)校的督促和背書（文憑）作用是客觀存在的。

2.基于教學(xué)評(píng)估的應(yīng)用需求分析

在教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)確定之后，教師設(shè)計(jì)一個(gè)學(xué)習(xí)周期的教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)資源并且實(shí)施。通過階段性的考核，獲得學(xué)習(xí)者的結(jié)果性學(xué)習(xí)評(píng)估內(nèi)容。由于班級(jí)教學(xué)模式，教師同時(shí)面對(duì)多個(gè)學(xué)生，無法全面的掌握過程性學(xué)習(xí)情況，更無法進(jìn)行個(gè)體化和精準(zhǔn)化的優(yōu)化輔導(dǎo)活動(dòng)。結(jié)果性學(xué)習(xí)評(píng)估主要發(fā)生在教學(xué)計(jì)劃完成之后而不是實(shí)施之中，這就是一種“開環(huán)”的教學(xué)形態(tài)。面對(duì)各位、各班級(jí)、各屆學(xué)生之間的參差不齊，和教師的教學(xué)、管控能力的參差不齊，這樣的形態(tài)對(duì)教學(xué)計(jì)劃的實(shí)施產(chǎn)生了一種滯后。

3.教學(xué)數(shù)據(jù)閉環(huán)是一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

將學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程“記錄”下來，與教學(xué)（學(xué)習(xí)）計(jì)劃要求進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，分析得出教學(xué)者（學(xué)習(xí)者）的關(guān)鍵達(dá)標(biāo)點(diǎn)和欠缺點(diǎn)，給出“建議優(yōu)化路徑”，進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正。這是“教學(xué)數(shù)據(jù)閉環(huán)設(shè)計(jì)”的基本需求。這樣的“路徑”，是可以實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)化”反饋的。

六、結(jié)束語

人工智能應(yīng)用于教育現(xiàn)代化，將人腦的智慧和電腦的智能相結(jié)合，構(gòu)建出一個(gè)新型的現(xiàn)代教育形態(tài)，這是將工業(yè)自動(dòng)化理念跨界應(yīng)用到教育教學(xué)過程中的必然發(fā)展。當(dāng)我們走進(jìn)學(xué)校，面對(duì)真實(shí)的教學(xué)應(yīng)用環(huán)境，我們卻不得不遺憾地發(fā)現(xiàn)，有一些方案只是看起來很美而已，真正能夠“落地”并且取得績效成果的應(yīng)用方案屈指可數(shù)。這是因?yàn)閷W(xué)校和教師的人才配置，對(duì)于教育現(xiàn)代化進(jìn)程中的許多新技術(shù)和新理念，還是存在著許多專業(yè)上的不適應(yīng)。

從一個(gè)教育行政區(qū)的角度出發(fā)，學(xué)校教育發(fā)展的均衡是區(qū)域教育均衡發(fā)展的主要目的和高級(jí)階段。因此，優(yōu)化教育資源配置、提升教育質(zhì)量、提升教育效率和促進(jìn)教育公平，將成為區(qū)域教育治理的下一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)。