人工智能在英語教育中的應(yīng)用研究綜述

湯智月 楊進(jìn)中 卞鳳

(青島大學(xué)，山東 青島 266071)

一、引言

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展以及信息技術(shù)與教育的深度融合，我國教育信息化進(jìn)入2.0時代，并被賦予了新的使命。大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等技術(shù)的支持為教育提供“互聯(lián)網(wǎng)＋”的交互式、合作式的教學(xué)環(huán)境，這些技術(shù)的迅速發(fā)展，能夠促進(jìn)教育教學(xué)發(fā)展，改變?nèi)瞬判枨蠛徒逃螒B(tài)[1]。近年來，人工智能應(yīng)用于英語教育中出現(xiàn)了很多研究案例，通過文獻(xiàn)檢索，筆者發(fā)現(xiàn)人工智能應(yīng)用于英語教育主要體現(xiàn)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)器翻譯、自動測評系統(tǒng)、聊天機(jī)器人、智能導(dǎo)師系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用等五個方面。

二、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)器翻譯

機(jī)器翻譯是利用計(jì)算機(jī)將文本從一種自然語言翻譯成另一種自然語言的過程。隨著人工智能中的深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)推動神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)器翻譯的出現(xiàn)。目前，國內(nèi)外對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)器翻譯的研究大多停留在技術(shù)層面和效果驗(yàn)證的研究上，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)器翻譯的原理、模型及類型、發(fā)展面臨的困境以及如何改進(jìn)方面，而對該形態(tài)的應(yīng)用案例較少，但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)器翻譯是機(jī)器翻譯的升級，其應(yīng)用案例可參考機(jī)器翻譯。國內(nèi)外對機(jī)器翻譯應(yīng)用案例的研究主要分為課堂應(yīng)用形態(tài)和影響等。首先，機(jī)器翻譯應(yīng)用于英語寫作課堂中主要有兩種形態(tài)，即預(yù)編輯和后編輯。預(yù)編輯指的是在進(jìn)行英語寫作之前，使用翻譯系統(tǒng)對其中的某些固定表達(dá)、專有名詞等詞語進(jìn)行翻譯，在翻譯系統(tǒng)的協(xié)助之下，完成作文的撰寫。土耳其國民教育部發(fā)現(xiàn)使用谷歌翻譯作為預(yù)編輯工具在低水平英語學(xué)習(xí)者的寫作活動，學(xué)生對概念類別的數(shù)量增加了，能產(chǎn)生更多的原創(chuàng)想法，提高了作文的流利度，能更好地用第二語言去表達(dá)自己的觀點(diǎn)，寫作創(chuàng)造力被提升[2]。后編輯指的是學(xué)生在課堂上使用翻譯系統(tǒng)將母語翻譯成英語，然后對機(jī)器翻譯的內(nèi)容進(jìn)行檢測、選擇和修改與同伴進(jìn)行意義協(xié)商，最終完成翻譯。其次，國內(nèi)外對機(jī)器翻譯的影響研究可以分為三個方面，即對學(xué)習(xí)者的認(rèn)知、語言和情感的影響。從認(rèn)知角度來看，通過初步翻譯來減少認(rèn)知負(fù)荷，并促進(jìn)自主學(xué)習(xí)。從語言學(xué)的角度來看，機(jī)器翻譯支持詞匯語法知識，促進(jìn)閱讀理解和寫作，并最終促進(jìn)語言學(xué)習(xí)。從情感的角度來看，它降低了語言焦慮，增加了動機(jī)和信心，并給學(xué)習(xí)者創(chuàng)造了一個無壓力的學(xué)習(xí)環(huán)境。機(jī)器翻譯的使用是兩面性的，外語教師應(yīng)該意識到機(jī)器翻譯的可能性和局限性，并為學(xué)生提供充分的指導(dǎo)。

三、自動測評系統(tǒng)

自動測評系統(tǒng)是基于統(tǒng)計(jì)、大數(shù)據(jù)、自然語言處理和人工智能技術(shù)對所輸入的信息進(jìn)行評估與記分，并輸出修改意見，在英語學(xué)習(xí)中主要側(cè)重于寫作與口語練習(xí)。首先，在寫作自動測評系統(tǒng)中，基于自然語言學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，可幫助用戶完成英語寫作過程中的各個步驟，并為以后的改進(jìn)提供建議和資源。目前，我國對英語寫作自動測評系統(tǒng)研究較多的是句酷批改網(wǎng)，它的原理是通過將輸入信息與標(biāo)準(zhǔn)語料庫中的信息進(jìn)行對比，在詞匯、句子、文章結(jié)構(gòu)和文章內(nèi)容四個方面進(jìn)行分析，通過算法得出分?jǐn)?shù)與修改意見；國外廣泛使用的寫作自動測評系統(tǒng)主要有四種:Essay Grade(PEG)，IntelligentEssay Assessor(IEA)， E -rater 和IntelliMetric。Jill通過對E-rater進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究人類評分和系統(tǒng)評分之間的對比及不同母語學(xué)習(xí)者得分差異，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)與人類評分的差距較小，但不具備人類評分的額外寫作特性分析。同時，學(xué)習(xí)者的母語水平對論文評分也有較大的影響，并有研究者提出了后續(xù)研究應(yīng)改進(jìn)系統(tǒng)，減小差異，促進(jìn)公平[3]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)篇幅較長或包含系統(tǒng)偏愛的某些詞匯語法特征的文章，即使內(nèi)容不夠充分，也能得到高分。另外，也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)這種模型并不關(guān)注寫作的社會和交際維度，致使寫作意義簡化。其次，人們開發(fā)了各種利用自動語音識別技術(shù)為二語口語提供練習(xí)和反饋的系統(tǒng)，如 Fluent，EduSpeak，Carnegie Speech native accent，Saybot 和Rosetta Stone等。該口語測評系統(tǒng)常用于英語課堂中的發(fā)音、對話和閱讀練習(xí)中，學(xué)習(xí)者可以在自學(xué)活動中使用系統(tǒng)對自己的發(fā)音問題進(jìn)行了解并改進(jìn)，對建立口語信心提供極大的幫助；學(xué)生也可以在課堂中進(jìn)行溝通活動，比如講故事或者對話任務(wù)。對于部分弱勢的學(xué)生，包括天生有缺陷的學(xué)習(xí)者來說，他們的文化水平和寫作能力較低，說話比寫試卷更容易，而且用自動語音識別進(jìn)行的評估對這些類型的學(xué)生來說可能比傳統(tǒng)考試更公平。

四、聊天機(jī)器人

教育機(jī)器人是專門針對教育行業(yè)開發(fā)的，通過對機(jī)器人設(shè)定程序，達(dá)到輔助學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)，甚至代替教師的功能。教育機(jī)器人在英語教育中主要表現(xiàn)形式為聊天機(jī)器人。聊天機(jī)器人給英語學(xué)習(xí)者帶來多種機(jī)會，進(jìn)行交流和互動，實(shí)現(xiàn)一對一的支持。Fryer和Carpenter(2006)認(rèn)為[4]，聊天機(jī)器人可以通過多種方式為語言學(xué)習(xí)者提供寶貴的機(jī)會，但也有部分學(xué)者對聊天機(jī)器人做出了一些負(fù)面的報(bào)告。如聊天機(jī)器人的反饋往往是“可預(yù)測的，冗余的和缺乏個性的[5]”，以及考慮語言意義時，聊天機(jī)器人會產(chǎn)生大量沒有邏輯的答案[6]。但是語言的準(zhǔn)確性和意義性并不是檢驗(yàn)聊天機(jī)器人價值的唯一標(biāo)準(zhǔn)。Da-Eun Han[7]通過調(diào)查聊天機(jī)器人在學(xué)生的口語能力和情感領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人能夠有效地提高學(xué)生的英語口語能力，積極地影響學(xué)習(xí)者的興趣、信念和動機(jī)，同時降低焦慮水平。另外，還有研究人員探索了聊天機(jī)器人的外觀對功能的影響，以及二語學(xué)習(xí)者的錯誤輸入時的語言準(zhǔn)確性。Fryer等學(xué)者結(jié)合興趣四階段理論模型調(diào)查了聊天機(jī)器人與學(xué)生興趣的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)好的交流需要學(xué)生對人類伙伴交談感興趣并且擁有良好的交流經(jīng)驗(yàn)[8]。到目前為止，聊天機(jī)器人還不能解釋輕度的發(fā)音、語法和拼寫錯誤，但它們是培養(yǎng)語言熟練者或母語者的會話技巧的理想學(xué)習(xí)輔助工具。然而，AI聊天機(jī)器人無法滿足學(xué)生自發(fā)性、創(chuàng)造性的需要，所以仍然無法替代現(xiàn)實(shí)世界中的教師。

五、智能導(dǎo)師系統(tǒng)

智能導(dǎo)師系統(tǒng)是一種基于計(jì)算機(jī)的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，由四個基本組件組成:領(lǐng)域模型、學(xué)生模型、教學(xué)模型和智能人機(jī)接口，來模擬一對一的個人輔導(dǎo)。旨在通過完成一些傳統(tǒng)意義上由教師執(zhí)行的活動來指導(dǎo)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)，在特定領(lǐng)域解決問題，進(jìn)行建模，為學(xué)習(xí)者提供個性化的支持。國內(nèi)現(xiàn)有的主要英語智能導(dǎo)師系統(tǒng):“句酷批改網(wǎng)”針對學(xué)習(xí)者的寫作進(jìn)行詳細(xì)指導(dǎo)，而“希賽可”對學(xué)生的口語進(jìn)行逐步改善，具備實(shí)時聊天、檢查拼寫和語法、聽力練習(xí)和句子分析等獨(dú)特的功能[9]。后續(xù)“希賽可”的研發(fā)團(tuán)隊(duì)還利用該系統(tǒng)進(jìn)行分層教學(xué)，教師根據(jù)學(xué)生的英語成績進(jìn)行隱形分層，依據(jù)學(xué)生的學(xué)情設(shè)置各項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)的難度，再分層進(jìn)行成績驗(yàn)收和布置作業(yè)[10]。國外的智能導(dǎo)師系統(tǒng)得到很大的發(fā)展，這種通過與學(xué)生互動交流并關(guān)注學(xué)生個體差異的系統(tǒng)是一直被鼓勵發(fā)展的。比較著名的系統(tǒng)有:Mahmoud Abu Ghali使用智能導(dǎo)師系統(tǒng)構(gòu)建器(ITSB)工具來構(gòu)建學(xué)習(xí)英語語法的系統(tǒng)，主要由教師的資源與問答系統(tǒng)和學(xué)生的學(xué)習(xí)與練習(xí)系統(tǒng)兩部分組成。該學(xué)者還通過專業(yè)英語教師對學(xué)生的分析，來對該語法系統(tǒng)進(jìn)行評價，結(jié)果較為滿意。但是，現(xiàn)有的智能導(dǎo)師系統(tǒng)大多是通過以下兩種方法來促進(jìn)英語學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí):在存儲庫中提供單詞、句子和語法等練習(xí)，并隨著學(xué)習(xí)者的發(fā)展逐步加大難度；向?qū)W習(xí)者提供練習(xí)的系統(tǒng)和腳手架，讓學(xué)習(xí)者逐步獨(dú)立完成。這兩種都主要集中在調(diào)整推薦學(xué)習(xí)內(nèi)容，并沒有從學(xué)習(xí)者的角度去設(shè)計(jì)系統(tǒng)，這是我們未來考慮的方向。

六、虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用

智能虛擬現(xiàn)實(shí)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)。對于英語學(xué)習(xí)者來說，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與英語教學(xué)相結(jié)合，利用動畫、聲音、文本等多維感官刺激來呈現(xiàn)生動的事物，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)互動，從而達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果。目前，我國對虛擬現(xiàn)實(shí)與英語教育相結(jié)合的應(yīng)用研究還較少，主要有華東師范大學(xué)開發(fā)了適用于面試和演講等特定場景下，使學(xué)習(xí)者與虛擬面試場景中的人工智能虛擬角色進(jìn)行自然的會話交互平臺[11]、英語詞匯學(xué)習(xí)軟件“Happy Words”“為了博士”的解謎英語游戲等。國外的應(yīng)用研究主要有基于HMD的沉浸式學(xué)習(xí)平臺，比如虛擬現(xiàn)實(shí)生活英語系統(tǒng)VRLE和綜合性的語言學(xué)習(xí)應(yīng)用程序SPELL為初學(xué)者進(jìn)行口語練習(xí)。虛擬現(xiàn)實(shí)與英語教育結(jié)合的研究涉及多個方面，如 James N.Anderson針對SPELL系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)的可用性、應(yīng)用程序的態(tài)度、人物互動的態(tài)度以及系統(tǒng)的語音識別準(zhǔn)確性進(jìn)行研究；Jim Ranalli對教學(xué)設(shè)計(jì)后的暢銷游戲“模擬人生”進(jìn)行了學(xué)習(xí)者詞匯習(xí)得以及態(tài)度的研究。還有科英布拉大學(xué)的研究者側(cè)重于技術(shù)改進(jìn)，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析與虛擬現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，提高了英語學(xué)習(xí)系統(tǒng)的識別與預(yù)測能力。與傳統(tǒng)的英語學(xué)習(xí)相比，虛擬現(xiàn)實(shí)英語學(xué)習(xí)具有沉浸式、交互式和想象力的優(yōu)勢。隨著軟硬件的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)英語教學(xué)系統(tǒng)將從鼠標(biāo)鍵盤交互的非沉浸式學(xué)習(xí)發(fā)展到頭戴式設(shè)備的沉浸式學(xué)習(xí)。虛擬現(xiàn)實(shí)與英語相結(jié)合的研究也存在不足，缺乏英語聽、說、讀、寫的綜合應(yīng)用等。

七、結(jié)語

文章主要通過對國內(nèi)外教育技術(shù)類和優(yōu)秀碩博論文中有關(guān)人工智能應(yīng)用在英語教育中的論文進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)人工智能技術(shù)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)器翻譯、自動測評系統(tǒng)、聊天機(jī)器人、智能導(dǎo)師系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用等五個方面為英語教育助力。人工智能助力英語教育體現(xiàn)出的特點(diǎn)大致表現(xiàn)為助力學(xué)習(xí)的個性化、碎片化、效率化和沉浸式。目前在已有研究中，也存在一些不足之處，主要包括研究內(nèi)容方面忽視教學(xué)模式的設(shè)計(jì)、實(shí)施和驗(yàn)證以及人工智能的應(yīng)用普及；研究方法方面以個例的實(shí)證研究為主，系統(tǒng)的思辨研究較少；研究對象方面只涉及學(xué)生群體以及對其學(xué)習(xí)效果(多方因素)的檢驗(yàn)，存在片面化的問題。