面向5G時(shí)代人工智能智慧課堂的應(yīng)用展望

薛東 彭志強(qiáng)

摘要：5G 技術(shù)相比 4G 技術(shù)，具有超高的寬帶、海量的接入以及低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)能力，尤其是在教育教學(xué)數(shù)字化應(yīng)用中，5G 技術(shù)為智慧校園的建設(shè)提供了廣闊的發(fā)展契機(jī)。今年3月，國(guó)家發(fā)改委及工信部發(fā)布了《關(guān)于組織實(shí)施2020年新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程（寬帶網(wǎng)絡(luò)和5G領(lǐng)域）的通知》，提出要基于5G、VR/AR等技術(shù)，打造百校千課萬人優(yōu)秀案例，探索5G在智慧課堂等場(chǎng)景下的應(yīng)用，重點(diǎn)開展5G+超高清遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué)、AR/VR沉浸式教學(xué)、全息課堂、人工智能等業(yè)務(wù)，打造智能感知、科學(xué)決策、個(gè)性化引導(dǎo)的學(xué)習(xí)空間。

關(guān)鍵詞：5G時(shí)代;人工智能;智慧課堂;應(yīng)用展望

一、人工智能技術(shù)、智慧課堂、深度學(xué)習(xí)

1.人工智能技術(shù)

人工智能是一門交叉學(xué)科，其功能主要是模擬人類的思維，使機(jī)器具有智能。它被稱為世界三大技術(shù)之一。人工智能是一門介于自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)技術(shù)科學(xué)之間的交叉學(xué)科，根據(jù)多元智能理論，可以分為八大類：語言智能、邏輯數(shù)學(xué)智能、空間智能、身體動(dòng)覺智能、音樂智能、人際智能、內(nèi)省智能和自然智能，使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了高水平。人工智能技術(shù)是多層面的，貫穿了應(yīng)用、算法、器件、芯片、工藝等技術(shù)層級(jí)。人工智能技術(shù)層級(jí)如圖1所示。

2.智慧課堂

智慧課堂建設(shè)緊緊扣住“針對(duì)性、創(chuàng)新性、智慧型”這一關(guān)鍵，著眼解決傳統(tǒng)課堂的滯后問題，構(gòu)建起以人工智能微支撐的集軟硬件智能設(shè)施、技術(shù)于一體的高效智慧新生態(tài)。智慧教育借助現(xiàn)代化信息手段如大數(shù)據(jù)技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）、人工智能技術(shù)，將教學(xué)過程變得不再那么枯燥，樣式多樣、更加智能，從而實(shí)現(xiàn)智慧賦能，打造新模式，科學(xué)甄別不同專業(yè)不同特征的學(xué)生特征，盡量滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需要，精確定制課程內(nèi)容，智能優(yōu)化課堂教學(xué)，以師生互動(dòng)、人機(jī)互動(dòng)為主，實(shí)現(xiàn)教育過程的轉(zhuǎn)變，提升課程的針對(duì)性、創(chuàng)新性和智慧型。

3.深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，在計(jì)算機(jī)視覺、語音識(shí)別、自然語言處理等領(lǐng)域有非常突出的優(yōu)勢(shì)。其在數(shù)據(jù)挖掘、智能搜索、機(jī)器翻譯、語音識(shí)別、圖像識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺、語音處理的使用多重非線性變換構(gòu)成的多個(gè)處理層對(duì)數(shù)據(jù)高層抽象的算法。

二、人工智能技術(shù)在智慧課堂中深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用

在智能化發(fā)展的今天，會(huì)讓學(xué)習(xí)無處不在。智慧教育是對(duì)變革的超越性訴求，將使得教育發(fā)生重大的結(jié)構(gòu)性變革。在學(xué)校里，教師通過智能化的教學(xué)平臺(tái)給學(xué)生提供豐富的資源。與此同時(shí)，人工智能首先要獲取現(xiàn)實(shí)世界的大數(shù)據(jù)，要進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)清洗、特征提取與選擇、模型訓(xùn)練、模型評(píng)估測(cè)試、模型部署與整合等。

1.人工智能技術(shù)在智慧課堂精準(zhǔn)教學(xué)中的應(yīng)用

人工智能的自然語言處理技術(shù)包括自然語言處理基礎(chǔ)、語言理解、語言生成和機(jī)器翻譯等四個(gè)子服務(wù)。自然語言處理基礎(chǔ)服務(wù)為用戶提供包括分詞、命名實(shí)體識(shí)別、關(guān)鍵詞提取、文本相似度等自然語言相關(guān)的API，可應(yīng)用于智能回答、對(duì)話機(jī)器人、輿情分析、內(nèi)容推薦等場(chǎng)景中。語言理解服務(wù)為用戶提供情感分析、觀點(diǎn)抽取、文本分類、意圖理解等語言理解相關(guān)的API，可應(yīng)用于評(píng)論觀點(diǎn)挖掘、輿情分析、智能助手、對(duì)話機(jī)器人等場(chǎng)景中。語言生成服務(wù)基于先進(jìn)的語言模型，根據(jù)輸入的信息，包括文本、數(shù)據(jù)或圖像，生成可讀的文字表述，可應(yīng)用于智能問答與對(duì)話、新聞?wù)?、?bào)告生產(chǎn)等人機(jī)交互的場(chǎng)景當(dāng)中。

人工智能技術(shù)的應(yīng)用，就是教師借助智慧云課堂中的資源，讓學(xué)生游刃有余地學(xué)習(xí)，教師設(shè)定規(guī)則和提問進(jìn)行模式匹配。教師通過智慧云平臺(tái)和光感應(yīng)黑板可以輕松打造新一代智慧課堂。學(xué)生可以隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，通過平臺(tái)構(gòu)建的“云、端、芯”三層生態(tài)：在云側(cè)豐富的前端主流框架;在端側(cè)提供豐富的上層功能業(yè)務(wù);在芯端異構(gòu)資源靈活調(diào)度，滿足學(xué)習(xí)者的需求。首先，可以將線上的在線資源帶到線下環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)“一次創(chuàng)建，多次復(fù)用”;其次，可以實(shí)時(shí)、隨時(shí)、穩(wěn)定地進(jìn)行交流學(xué)習(xí)，為教師和學(xué)生帶來了高性能的非凡體驗(yàn)。人工智能技術(shù)的應(yīng)用，智慧課堂光感應(yīng)黑板，PPT、板書、語音、互動(dòng)等授課內(nèi)容可以以時(shí)間軸無縫銜接在一起，形成線性教學(xué)記錄，在課后自動(dòng)沉淀成為課程資源，這樣方便快捷地實(shí)現(xiàn)了“上課即建課”的效果。此外，基于智慧課堂及光感應(yīng)黑板產(chǎn)生的教學(xué)內(nèi)容及數(shù)據(jù)，在很大程度上推動(dòng)教學(xué)改革。比如在計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的Python程序設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)中，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式完成“打地鼠”游戲，融入python語言的基礎(chǔ)知識(shí)、掌握面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)、掌握python語言的基本語法、函數(shù)、數(shù)據(jù)庫編程等知識(shí)和技能。

2.人工智能技術(shù)在智慧課堂人機(jī)交互學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

人工智能技術(shù)中的人機(jī)交互主要研究人物和機(jī)器之間的信息交流，主要通過語音喚醒、語音識(shí)別服務(wù)、對(duì)終端設(shè)備發(fā)送語音命令，對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)操作，提升人機(jī)交互體驗(yàn)。語音識(shí)別合成服務(wù)可以將書本上的文本內(nèi)容合成為語音，接近真人的發(fā)音可模擬真人教學(xué)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程的演示與操作，也可以實(shí)現(xiàn)課文的朗讀和帶讀，幫助學(xué)生更好地理解和掌握教學(xué)內(nèi)容。例如進(jìn)行專業(yè)課程學(xué)習(xí)的時(shí)候，教師通過人工智能技術(shù)將任務(wù)進(jìn)行分解，創(chuàng)建一個(gè)游戲，角色有玩家、計(jì)算地鼠出現(xiàn)的個(gè)數(shù)、生成游戲、玩家開始游戲、不服輸接著玩、創(chuàng)建地鼠對(duì)象、將玩家信息記入數(shù)據(jù)庫、完成游戲開發(fā)。在學(xué)習(xí)的過程中，通過鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、頭盔式顯示器、位置跟蹤器可以實(shí)時(shí)看到學(xué)生實(shí)際操作的內(nèi)容，并且也能實(shí)時(shí)反饋到數(shù)據(jù)庫中，教師可以根據(jù)實(shí)際反饋，了解到每個(gè)學(xué)生的掌握情況。

結(jié)束語

5G與人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的融合發(fā)展，加快了教學(xué)的智能化、信息化轉(zhuǎn)型，推動(dòng)了教學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景和教學(xué)模式的改革。本文從“以教學(xué)為導(dǎo)向”、“以教師為導(dǎo)向”、“以學(xué)生為導(dǎo)向”三個(gè)方面探討了人工智能智能課堂在5G時(shí)代的應(yīng)用，具體如下：

a）AR/VR教學(xué)可以增強(qiáng)教學(xué)資源的渲染，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)資源的認(rèn)知和理解。遠(yuǎn)程互動(dòng)雙師教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)同步課程將增加優(yōu)質(zhì)資源的傳播，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)資源均衡發(fā)展。

b）電子書包和學(xué)情分析利用人工智能大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，科學(xué)地掌握即時(shí)學(xué)情和學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的需求，然后機(jī)器智能地制定科學(xué)的成長(zhǎng)策略，引導(dǎo)學(xué)生的成長(zhǎng)。

c）智能測(cè)評(píng)和精準(zhǔn)培訓(xùn)借助5G智慧平臺(tái)和AI對(duì)教師進(jìn)行教學(xué)、測(cè)評(píng)、培訓(xùn)賦能，使其個(gè)人專業(yè)能力的發(fā)展與智能技術(shù)時(shí)代的發(fā)展相匹配。

未來迫切需要拓展5G教育應(yīng)用場(chǎng)景，加快5G教育應(yīng)用場(chǎng)景的探索，增強(qiáng)對(duì)新場(chǎng)景的識(shí)別和接受，關(guān)注學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展。在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，要注重師生之間的自然互動(dòng)，尤其是現(xiàn)場(chǎng)的情感互動(dòng)。加快優(yōu)化教育治理，研究教育數(shù)據(jù)與人工智能如何共同促進(jìn)教育發(fā)展。

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