人工智能融入課程教學(xué)探討

王國琿，田 會，馬衛(wèi)紅

（西安工業(yè)大學(xué)光電工程學(xué)院 陜西 西安 710021）

自1956年美國達特茅斯學(xué)院的夏季學(xué)術(shù)研討會上首次正式使用人工智能這一術(shù)語后[1]，人工智能的發(fā)展經(jīng)歷了3次浪潮和2次寒冬，直到2006年隨著深度學(xué)習(xí)的出現(xiàn)，人工智能迎來了蓬勃發(fā)展期，并逐漸與教育、醫(yī)療、交通等領(lǐng)域融合，對這些領(lǐng)域產(chǎn)生了重要影響。

李德毅院士在2019年中國智能教育大會上做主題報告時指出，人工智能影響最大的行業(yè)是教育。聯(lián)合國教科文組織也在2019年國際人工智能與教育大會成果文件《北京共識——人工智能與教育》中提出[2]：通過人工智能與教育的系統(tǒng)融合，全面創(chuàng)新教育、教學(xué)和學(xué)習(xí)方式，并利用人工智能加快建設(shè)開放靈活的教育體系，確保全民享有公平、適合每個人且優(yōu)質(zhì)的終身學(xué)習(xí)機會。由此可見，人工智能與教育融合以促進教育改革已經(jīng)成為國際社會的共識。人工智能與教育的融合發(fā)展給教育帶來了深刻變革，推動教育向智能化方向邁進。

吳巖表示，課程是人才培養(yǎng)的核心要素，是教育的微觀問題，解決的卻是戰(zhàn)略大問題[3]。在我國，課程教學(xué)仍然是學(xué)校培養(yǎng)人才的重要途徑，人工智能融入課程教學(xué)是教育改革發(fā)展的必然，那么人工智能融入課程教學(xué)的動因有哪些？能給課程教學(xué)帶來哪些變革？人工智能融入課程教學(xué)時遇到的難題是什么？這些問題的解答，對于推動人工智能融入課程教學(xué)具有重要意義。本文將從普通教育工作者的視角審視并試圖回答這些問題。

1 人工智能融入課程教學(xué)的動因

1.1 國家戰(zhàn)略：人工智能融入課程教學(xué)的時代背景

2017年，國家發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[4]，標志著人工智能已上升為國家戰(zhàn)略，《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》作出開發(fā)基于大數(shù)據(jù)智能的在線學(xué)習(xí)教育平臺和智能教育助理、提供精準推送的教育服務(wù)、積極開展智能教育的重大戰(zhàn)略部署。為了加快推進人工智能與教育的深度融合和創(chuàng)新發(fā)展，教育部先后印發(fā)了《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》[5]《教育信息化2.0行動計劃》[6]等文件，對構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化、個性化、終身化的教育體系，建設(shè)人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時時可學(xué)的學(xué)習(xí)型社會提出了具體要求。課程教學(xué)作為學(xué)校教育、教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)的重要方式，必須與人工智能融合發(fā)展，充分利用人工智能技術(shù)輔助課程教學(xué)，構(gòu)建符合學(xué)生自適應(yīng)學(xué)習(xí)需要的課程教學(xué)體系以提高課程教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量?？梢?，人工智能融入課程教學(xué)是國家戰(zhàn)略的需要。

1.2 教育需求：人工智能融入課程教學(xué)的內(nèi)生動力

傳統(tǒng)的課程教學(xué)普遍采用“班級授課制”[7]，即同一年齡階段的學(xué)生坐在同一教室，采用同一教學(xué)內(nèi)容和評價方式的課程教學(xué)組織形式。然而單一的“班級授課制”難以實現(xiàn)學(xué)生的個性化培養(yǎng)，亟待對這種課程教學(xué)組織形式進行改革以滿足學(xué)生個性化發(fā)展的需要。人工智能技術(shù)所帶來的學(xué)情分析、學(xué)習(xí)資源智能化推薦、學(xué)習(xí)效果自動化測評使得學(xué)校精準化教學(xué)、學(xué)生個性化學(xué)習(xí)成為可能。人工智能融入課程教學(xué)是學(xué)生個性化發(fā)展的必然要求，是教育自身求變的迫切需要。

1.3 技術(shù)進展：人工智能融入課程教學(xué)的強大驅(qū)動

人工智能技術(shù)加速了教育的變革，改變了教與學(xué)的方式。與課程教學(xué)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括大數(shù)據(jù)技術(shù)、深度學(xué)習(xí)、語音與圖像識別、自然語言處理、情感計算、智能感知技術(shù)等[8]，目前這些技術(shù)已經(jīng)取得了突破性進展，利用這些技術(shù)研發(fā)出來的教育人工智能產(chǎn)品在課程教學(xué)方面表現(xiàn)不凡。比如，訊飛智能語音系統(tǒng)對口音不作任何訓(xùn)練的演講人，識別準確率可達95%，如果能夠?qū)谝艉蛯τ谑褂玫念I(lǐng)域做訓(xùn)練，準確率可以做到近乎百分之百。這些技術(shù)的進展和產(chǎn)品的應(yīng)用，為課程教學(xué)提供了強有力的輔助，拓展了課程教學(xué)的內(nèi)涵和空間，有力地推動了課程教學(xué)革命。

2 人工智能融入課程教學(xué)帶來了課程教學(xué)的重要變革

2.1 有的放矢：人工智能融入課程教學(xué)實現(xiàn)課程教學(xué)精準化

人工智能融入課程教學(xué)實現(xiàn)課程教學(xué)精準化主要體現(xiàn)在學(xué)情分析和課程教學(xué)目標確定上。課程教學(xué)過程中運用數(shù)據(jù)挖掘、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)對智能終端設(shè)備、可穿戴設(shè)備等收集來的教育大數(shù)據(jù)進行聚類、回歸、預(yù)測等分析，揭示文本、圖像、視頻等非結(jié)構(gòu)性教育大數(shù)據(jù)背后蘊含的教學(xué)問題和規(guī)律，得到所需的學(xué)情信息。學(xué)情分析包括兩個方面：一方面依據(jù)每個學(xué)生的學(xué)習(xí)記錄、學(xué)習(xí)態(tài)度、性格特征、興趣愛好、生活軌跡等具體信息，分析學(xué)生學(xué)習(xí)的困難所在、知識掌握情況，刻畫學(xué)生的數(shù)字肖像，生成學(xué)生個人學(xué)情報告；另一方面對整個班級的學(xué)習(xí)氣氛、成績分布等進行分析，得到班級學(xué)情報告。學(xué)情分析是開展課程精準教學(xué)的基礎(chǔ)，授課教師在進行課程教學(xué)時根據(jù)學(xué)情報告，采用針對性的教學(xué)內(nèi)容、個性化的教學(xué)策略和適切的評價方式。課程教學(xué)目標的確定建立在學(xué)情分析基礎(chǔ)上，課程教學(xué)目標不再是知識傳授、能力提升，而是在培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科思維和基于知識的能力時，更關(guān)注學(xué)生的個性化差別，通過精準教學(xué)，滿足學(xué)生的個性化發(fā)展需求，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)、綜合素養(yǎng)，實現(xiàn)學(xué)生全面發(fā)展。

2.2 因材施教：人工智能融入課程教學(xué)實現(xiàn)學(xué)生培養(yǎng)個性化

人工智能融入課程教學(xué)實現(xiàn)學(xué)生培養(yǎng)個性化主要通過學(xué)生個性化課程學(xué)習(xí)路徑來實現(xiàn)。課程學(xué)習(xí)路徑是指借助大數(shù)據(jù)、機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，針對課程知識點和能力要求構(gòu)建的符合不同學(xué)生知識水平、能力層次、興趣愛好等的課程學(xué)習(xí)路線[9]。依據(jù)學(xué)情分析、課程教學(xué)目標、課程教學(xué)內(nèi)容、課程知識體系等，學(xué)生個性化課程學(xué)習(xí)路徑將被生成，具體如圖1所示。學(xué)生課程學(xué)習(xí)路徑是動態(tài)調(diào)整的，根據(jù)學(xué)生當(dāng)前的學(xué)習(xí)情況確定線上學(xué)習(xí)、線下學(xué)習(xí)的時間、內(nèi)容、進度等的安排，從而滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需要。

人工智能融入背景下的課程教學(xué)以線上、線下混合式教學(xué)為主要形式。線下教學(xué)采用智慧課堂授課的方式進行；線上教學(xué)需要借助智能教學(xué)系統(tǒng)，主要包括課程資源推薦、學(xué)生自主學(xué)習(xí)。線上教學(xué)與線下教學(xué)密不可分、相互補充，兩者的關(guān)系如圖2所示。

線下學(xué)習(xí)。人工智能融入背景下的課程教學(xué)中課堂授課仍然是重要形式，只不過課堂授課已經(jīng)“智慧化”了。依據(jù)學(xué)生個性化課程學(xué)習(xí)路徑，每個學(xué)生只需接受自己所需的課堂教學(xué)，因此每個學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容、時間不盡相同。智慧課堂授課依賴于智慧教室建設(shè)，根據(jù)智慧教室反饋回來的信息，教師實時調(diào)整教學(xué)進度：如果學(xué)生感到吃力則放緩教學(xué)進度；如果學(xué)生掌握牢固則加快教學(xué)進度。智慧課堂的具體教學(xué)形式采用傳遞—接受式教學(xué)、探究式教學(xué)等。

線上學(xué)習(xí)。①課程資源推薦。智能教學(xué)系統(tǒng)依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、知識掌握情況、興趣愛好等，然后再根據(jù)本課程中的知識點為學(xué)生進行智能化課程資源推薦。②學(xué)生自主學(xué)習(xí)。學(xué)生根據(jù)實際的需要使用智能教學(xué)系統(tǒng)提供的虛擬教學(xué)場景在課前或課后進行個性化自主學(xué)習(xí)。智能教學(xué)系統(tǒng)能夠模擬有效的一對一教學(xué)，通過智能記憶復(fù)習(xí)、自助問答、真人問答、知識點導(dǎo)航、智能提問、游戲化激勵、學(xué)習(xí)能力訓(xùn)練與提升等方式，幫助學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)。

在開展課程教學(xué)時，線上教學(xué)與線下教學(xué)相結(jié)合，根據(jù)學(xué)生個性化課程學(xué)習(xí)路徑科學(xué)合理地安排課堂教學(xué)計劃與個性化自主學(xué)習(xí)活動，在課堂授課滿足班級學(xué)習(xí)利益最大化的同時，讓學(xué)生實現(xiàn)個性化自主學(xué)習(xí)。人工智能融入背景下的課程教學(xué)中人機協(xié)同是最突出的特征，傳統(tǒng)課程教學(xué)過程中所涉及的輔助性或重復(fù)性的工作交由智能助理來完成，將授課教師從繁重、機械的工作中解放出來，使授課教師將主要精力放在教學(xué)設(shè)計、課堂授課等核心工作上，從而提高工作效率。此外，課程教學(xué)過程還體現(xiàn)了師生協(xié)同、生生協(xié)同。人機協(xié)同、師生協(xié)同、生生協(xié)同三位一體、互為補充、相互促進，共同推動課程教學(xué)有效開展。

2.3 不拘一格：人工智能融入課程教學(xué)實現(xiàn)課程評價多元化

人工智能技術(shù)的發(fā)展使得課程教學(xué)全過程信息的收集、分析、展示成為可能，從而改變了課程教學(xué)效果的評價方法和評價形式：①由單一的結(jié)果性評價轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣倪^程性評價，課程評價貫穿于課前、課堂、課后等課程教學(xué)的各個階段，以課程評價來診斷、反思、調(diào)節(jié)課程教學(xué)過程，確保課程教學(xué)取得好的成效。②評價主體由單一的教師評價轉(zhuǎn)變?yōu)闄C器助評、教師評價等多主體參與，機器助評不僅能夠得到實時、客觀、有效、可用的測評結(jié)果，還能根據(jù)分析結(jié)果給出學(xué)習(xí)建議或?qū)W習(xí)策略，減輕了教師評價的工作負擔(dān)，提高了課程教學(xué)評價的效率。根據(jù)學(xué)生整個課程的知識掌握情況、學(xué)習(xí)成績、學(xué)習(xí)狀態(tài)等綜合進行課程學(xué)習(xí)效果分析生成的課程學(xué)習(xí)報告，為學(xué)生整個學(xué)業(yè)評價、學(xué)校教學(xué)管理提供重要依據(jù)。

3 人工智能融入課程教學(xué)遇到的發(fā)展難題

3.1 數(shù)據(jù)共享方面

人工智能融入背景下，課程教學(xué)中線下教學(xué)所使用的智慧教室與線上教學(xué)所使用的智能教學(xué)系統(tǒng)目前還屬于不同的系統(tǒng)，可能由不同的公司開發(fā)和維護，不同系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)接口不一致、數(shù)據(jù)耦合性差等問題，教育數(shù)據(jù)共享較難?；谝陨显颍沟萌斯ぶ悄苋谌氡尘跋碌恼n程教學(xué)中存在教育大數(shù)據(jù)數(shù)量不足、質(zhì)量不高、數(shù)據(jù)共享困難等問題。

3.2 政策制度方面

人工智能與教育的融合發(fā)展處于起步階段，人工智能融入課程教學(xué)是一個新生事物，將會面臨一系列問題，比如如何對專業(yè)教師進行培訓(xùn)，如何對教師進行激勵獎勵，如何實現(xiàn)課程教學(xué)過程中的數(shù)據(jù)隱私保護和倫理教育，等等。針對這些問題的具體政策制度尚未建立，這在一定程度上阻礙了人工智能融入課程教學(xué)的進程。

3.3 專業(yè)師資方面

教師的能力決定了人工智能融入課程教學(xué)的質(zhì)量和開展課程教學(xué)的效果。教師不僅需要全面掌握所講授課程的內(nèi)容，而且需要對人工智能融入課程教學(xué)的本質(zhì)有明確的了解，具備在人工智能技術(shù)輔助下駕馭課程教學(xué)的能力。就目前情形來看，各高校對人工智能融入背景下從事教學(xué)的專業(yè)教師隊伍建設(shè)沒有清晰統(tǒng)一的認識，加大了人工智能融入課程教學(xué)的難度。

此外，人工智能融入課程教學(xué)還遇到其他一些實際困難，如教師及教育管理者對其認識不夠清晰；課程教學(xué)體系還未建立；在人工智能融入背景下開展課程教學(xué)沒有成熟的經(jīng)驗可供借鑒；所需的智慧教室、智能教學(xué)系統(tǒng)等軟硬件建設(shè)周期長、成本高，等等。這些都在一定程度上限制了人工智能融入背景下課程教學(xué)的開展。

4 結(jié)語

針對人工智能融入課程教學(xué)遇到的發(fā)展難題，需要國家、高校、教師、企業(yè)共同努力，推動人工智能融入課程教學(xué)過程中。

人工智能融入課程教學(xué)是對傳統(tǒng)課程教學(xué)的改革與創(chuàng)新。本文回答了人工智能融入背景下的課程教學(xué)能做什么、人工智能融入課程教學(xué)的困難在哪等問題，以期為人工智能融入課程教學(xué)貢獻力量。