基于人工智能的個性化學(xué)習(xí)模式設(shè)計與實(shí)踐探究

曹 琳

(福建商貿(mào)學(xué)校，福建 福州 350007)

引言

2019年，我國出臺《中國教育現(xiàn)代化2035》，明確強(qiáng)調(diào)了人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，將人工智能技術(shù)融入教育教學(xué)中(1)中共中央、國務(wù)院印發(fā)《中國教育現(xiàn)代化2035》(2019-02-23)[2023-09-04]，據(jù)中華人民共和國中央人民政府網(wǎng)：https：//www.gov.cn/zhengce/2019-02/23/content_5367987.htm。。本文以中職學(xué)生為研究對象，根據(jù)問卷數(shù)據(jù)分析中職學(xué)生個性化學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，并基于人工智能技術(shù)從學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)評價等方面探討和設(shè)計個性化學(xué)習(xí)模式，最后提出個性化學(xué)習(xí)策略，為教育領(lǐng)域的智能化發(fā)展提供有益的參考。

一、基于人工智能和個性化學(xué)習(xí)的基本概念

(一)人工智能的概念

人工智能是指利用計算機(jī)技術(shù)和算法模擬人類智能的一門科學(xué)和技術(shù)[1]。它使機(jī)器能夠感知、理解、學(xué)習(xí)和推理，能像人類一樣進(jìn)行決策和解決問題。近年來，有學(xué)者提出教育人工智能、“智慧學(xué)伴”及教育知識圖譜等概念，為教育領(lǐng)域發(fā)展注入活力。

(二)個性化學(xué)習(xí)的概念

個性化學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)重視學(xué)生個體差異，不同學(xué)習(xí)速度、認(rèn)知能力、興趣和學(xué)習(xí)偏好，可根據(jù)個人學(xué)習(xí)情況來選擇學(xué)習(xí)資源和路徑來達(dá)到掌握知識、獲取技能的目的[2]。通過定制化的學(xué)習(xí)目標(biāo)、內(nèi)容，達(dá)到一定的學(xué)習(xí)目的，并在學(xué)習(xí)過程中提供綜合性評價[3]，幫助學(xué)生更好地理解和掌握專業(yè)知識，激發(fā)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果和實(shí)踐技能。

(三)人工智能和個性化學(xué)習(xí)間的關(guān)聯(lián)

為達(dá)到精準(zhǔn)的教學(xué)干預(yù)，對學(xué)習(xí)資源進(jìn)行個性化推薦，要先進(jìn)行學(xué)習(xí)模型構(gòu)建并利用人工智能技術(shù)對學(xué)生的數(shù)據(jù)和行為進(jìn)行分析。人工智能還能根據(jù)每個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)需求提供個性化的學(xué)習(xí)輔導(dǎo)和反饋，以此幫助學(xué)生接觸到更貼合其能力水平的學(xué)習(xí)內(nèi)容，不斷優(yōu)化個性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)[4]。

二、中職生個性化學(xué)習(xí)現(xiàn)狀分析

(一)調(diào)查目的與對象

為了解人工智能技術(shù)在個性化學(xué)習(xí)中的應(yīng)用情況，分析學(xué)生個性化學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，筆者設(shè)計了《中職學(xué)生個性化學(xué)習(xí)現(xiàn)狀調(diào)查問卷》，在福建省內(nèi)10所中職學(xué)校發(fā)放問卷1 300份，收回1 130份問卷，問卷統(tǒng)計情況如表1所示。通過問卷結(jié)果的統(tǒng)計和分析，了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，探究當(dāng)前中職學(xué)生在個性化學(xué)習(xí)過程中存在的問題及其形成原因。

表1 中職學(xué)生個性化學(xué)習(xí)現(xiàn)狀調(diào)查問卷統(tǒng)計

(二)個性化學(xué)習(xí)現(xiàn)狀分析

對中職學(xué)生的問卷調(diào)查分析，得到個性化學(xué)習(xí)現(xiàn)狀如下。首先，學(xué)生對人工智能了解程度有待提高。大多數(shù)學(xué)生對人工智能技術(shù)支持的教學(xué)資源或平臺有一定了解，但對于人工智能的了解較少。其次，學(xué)生對個性化學(xué)習(xí)的需求日益增加。中職學(xué)校普遍實(shí)施傳統(tǒng)教學(xué)模式，重視集體授課，課程內(nèi)容統(tǒng)一，個性化學(xué)習(xí)往往被忽視。學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)任務(wù)等方面，智能化平臺能夠提供個性化支持有普遍需求。再次，學(xué)生對個性化學(xué)習(xí)平臺認(rèn)知較低。大部分學(xué)生對有關(guān)智能學(xué)習(xí)的平臺的信息有所了解，但對于平臺在個性化學(xué)習(xí)中的使用知之甚少。最后，缺乏技術(shù)支持。中職學(xué)生在個性化學(xué)習(xí)過程中面臨技術(shù)支持不足的問題。人工智能技術(shù)的應(yīng)用在中職學(xué)生的理論和實(shí)踐學(xué)習(xí)中，具有重要作用。

基于人工智能的個性化學(xué)習(xí)現(xiàn)存問題的原因如下：一是傳統(tǒng)教育注重集中式教學(xué)，真正的個性化學(xué)習(xí)理念還未轉(zhuǎn)變；二是學(xué)生在個性化學(xué)習(xí)方面的意識和能力有待提高，對個體化差異認(rèn)識不夠；三是缺乏有效多元的評估和即時反饋機(jī)制，學(xué)生無法及時了解學(xué)習(xí)進(jìn)展，導(dǎo)致個性化學(xué)習(xí)的效果無法及時評價和改善。解決這些問題需要積極探究和設(shè)計基于人工智能的個性化學(xué)習(xí)模式，完善評估和反饋機(jī)制，以推動中職學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的發(fā)展。

三、個性化學(xué)習(xí)模式設(shè)計

智能化的學(xué)習(xí)輔助工具可以檢測學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的困難和疑惑，提供實(shí)時的解答和指導(dǎo)，使學(xué)生能夠更迅速地克服學(xué)習(xí)障礙，提高學(xué)習(xí)效率，促使他們進(jìn)行進(jìn)階學(xué)習(xí)。通過人工智能對學(xué)生學(xué)習(xí)行為和反饋的分析，我們可以了解學(xué)生更喜歡的學(xué)習(xí)方式(如文字、視頻、圖表等)，并根據(jù)這些信息為他們推薦合適的學(xué)習(xí)資源。人工智能可以識別學(xué)生已經(jīng)掌握的知識領(lǐng)域，并推薦相關(guān)的深度學(xué)習(xí)內(nèi)容，幫助學(xué)生拓展知識邊界，不斷提升自己的學(xué)習(xí)水平?；谌斯ぶ悄艿膫€性化學(xué)習(xí)模式設(shè)計框架圖如圖1所示。

圖1 基于人工智能的個性化學(xué)習(xí)模式設(shè)計框架圖

(一)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境

智慧學(xué)習(xí)環(huán)境包含智能教室、在線學(xué)習(xí)和移動終端學(xué)習(xí)等，依托物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，賦能個性化學(xué)習(xí)。在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生可以自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式，與教師和同學(xué)進(jìn)行互動和合作，通過在線討論和協(xié)作學(xué)習(xí)提高溝通能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。智慧學(xué)習(xí)環(huán)境集成豐富的教學(xué)資源，包括在線課程、教學(xué)視頻、電子書籍、練習(xí)題等，滿足學(xué)生的多樣化學(xué)習(xí)需求[5]。學(xué)習(xí)資源的無縫銜接是指通過在線教育平臺、數(shù)字圖書館等工具，將各種學(xué)習(xí)資源整合在一起，實(shí)現(xiàn)隨時隨地訪問。泛在化網(wǎng)絡(luò)接入是指通過移動設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在任何時候、任何地點(diǎn)都能夠接入學(xué)習(xí)內(nèi)容和平臺。便捷的網(wǎng)絡(luò)接入方式為學(xué)生創(chuàng)造了更加靈活的學(xué)習(xí)環(huán)境，使互動交流，獲取信息更便捷。開放性交互協(xié)作則強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的互動和合作。通過在線討論、群組協(xié)作、共享文檔等方式，學(xué)生可以自由地展開討論，分享自己的觀點(diǎn)和心得，與同學(xué)共同解決問題。既能培養(yǎng)學(xué)生的合作意識和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，還能拓寬了他們的思維視野，激發(fā)了深度學(xué)習(xí)的動力。

(二)智能環(huán)境數(shù)據(jù)

智能環(huán)境數(shù)據(jù)是指通過傳感器、設(shè)備和系統(tǒng)等技術(shù)手段收集和記錄的有關(guān)智能環(huán)境中的各種物理、行為和環(huán)境數(shù)據(jù)，分為數(shù)字學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)者互動和課后評價。數(shù)字學(xué)習(xí)資源庫是收集、整理和管理各類數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的存儲和共享平臺，包括各種在線課程、教學(xué)視頻、電子書籍、學(xué)習(xí)軟件和應(yīng)用程序等。資源庫中的各類資源按學(xué)科進(jìn)行整合，為個性化學(xué)習(xí)提供智能環(huán)境數(shù)據(jù)保障。通過與同學(xué)和教師的互動交流，學(xué)生可以分享彼此的看法、經(jīng)驗(yàn)和思考，拓展思維，開闊眼界。智能環(huán)境數(shù)據(jù)還能夠進(jìn)行學(xué)習(xí)評估和學(xué)習(xí)效果的量化分析，幫助教師評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和改進(jìn)教學(xué)策略。

(三)人工智能技術(shù)支持

人工智能技術(shù)支持是在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中使用AI技術(shù)來提供個性化學(xué)習(xí)支持和教學(xué)指導(dǎo)。通過自然語言處理技術(shù)根據(jù)學(xué)習(xí)者需求，自動生成個性化學(xué)習(xí)內(nèi)容[6]；對資源異構(gòu)整合，將不同來源的學(xué)習(xí)資源整合到一個平臺上，供學(xué)習(xí)者自由選擇和使用，提高學(xué)習(xí)效果，增強(qiáng)學(xué)習(xí)動力。通過智能教育軟件和虛擬助教，及時調(diào)整學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，實(shí)時反饋學(xué)習(xí)成果，提供個性化指導(dǎo)，構(gòu)建學(xué)習(xí)模型。通過自然語言處理和智能對話系統(tǒng)，與學(xué)習(xí)者進(jìn)行個性化交互和答疑解惑。分析學(xué)習(xí)者模型數(shù)據(jù)，提供實(shí)時評價與反饋，學(xué)習(xí)自評功能，鼓勵學(xué)生進(jìn)行自我評估和反思。學(xué)生可通過回答問題、提交作品或?qū)W習(xí)日志等方式，主動參與學(xué)習(xí)評價，進(jìn)行個性化反思和總結(jié)。

(四)學(xué)習(xí)者個人數(shù)據(jù)模型

學(xué)習(xí)者個人數(shù)據(jù)模型包含知識數(shù)據(jù)、能力數(shù)據(jù)、認(rèn)知數(shù)據(jù)、行為數(shù)據(jù)和情感數(shù)據(jù)，是指學(xué)習(xí)者個體在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)的集合和模型化表示[7]。知識數(shù)據(jù)指的是學(xué)生已經(jīng)掌握的知識和概念，包括他們在各個學(xué)科領(lǐng)域的知識水平和理解程度。能力數(shù)據(jù)是指學(xué)生已經(jīng)具備的技能，例如解決問題的能力、分析能力和創(chuàng)造力等。行為數(shù)據(jù)記錄了學(xué)生的行為特征，包括學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)習(xí)慣等。認(rèn)知數(shù)據(jù)涉及學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的思考方式和認(rèn)知過程，例如學(xué)習(xí)目標(biāo)的設(shè)定、學(xué)習(xí)計劃的制定和思維模式的發(fā)展等。情感數(shù)據(jù)則反映了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的情感體驗(yàn)和情感狀態(tài)，通過有效地收集和整理，形成學(xué)習(xí)者的個人數(shù)據(jù)模型。然而，在使用學(xué)習(xí)者個人數(shù)據(jù)模型時也需要考慮隱私和安全問題。保護(hù)學(xué)生個人數(shù)據(jù)的隱私，確保數(shù)據(jù)收集和使用的合法性和道德性，是使用學(xué)習(xí)者個人數(shù)據(jù)模型的重要關(guān)注點(diǎn)。

(五)個性化學(xué)習(xí)模式應(yīng)用

個性化學(xué)習(xí)模式的應(yīng)用包含個性化資源推薦、精準(zhǔn)教學(xué)干預(yù)、個性化學(xué)習(xí)反饋和多元化成果評價。依據(jù)學(xué)生的個人特點(diǎn)，如學(xué)習(xí)興趣、愛好等，推送定制化的學(xué)習(xí)資源。智能化的應(yīng)用，可自動調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)難度，保持學(xué)習(xí)的恰當(dāng)挑戰(zhàn)，幫助學(xué)生逐步提高學(xué)習(xí)能力。通過對學(xué)生學(xué)習(xí)需求和學(xué)習(xí)目標(biāo)的了解，個性化學(xué)習(xí)模式能夠?yàn)閷W(xué)生制定個性化的學(xué)習(xí)計劃和學(xué)習(xí)策略，指導(dǎo)學(xué)生高效地組織學(xué)習(xí)時間和學(xué)習(xí)內(nèi)容。通過線上討論、協(xié)作學(xué)習(xí)和實(shí)時互動等方式，個性化學(xué)習(xí)模式可以促進(jìn)學(xué)生之間的交流和合作，拓展學(xué)生的思維和能力。

四、基于人工智能的個性化學(xué)習(xí)策略

(一)技術(shù)推動創(chuàng)新，促進(jìn)中職學(xué)生個性化學(xué)習(xí)

中職學(xué)生正處于青春期，充滿好奇心和求知欲，對新事物和新技術(shù)充滿興趣。在這個背景下，教師可以充分利用新興智能技術(shù)，將其融入課堂教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，為他們提供更個性化的學(xué)習(xí)支持，促進(jìn)個性化學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)。一方面，新興智能技術(shù)可以為中職學(xué)生創(chuàng)造一個富有活力和多樣性的學(xué)習(xí)環(huán)境。例如，教師可以運(yùn)用計算機(jī)人臉識別技術(shù)，通過學(xué)生的面部特征識別，實(shí)現(xiàn)簽到和出勤管理，提高課堂效率。上下文感知計算技術(shù)可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和興趣，智能調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和難度，使學(xué)習(xí)更貼近學(xué)生的實(shí)際需求。數(shù)據(jù)無縫管理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的自動記錄和分析，幫助教師更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時調(diào)整教學(xué)策略。另一方面，借助新興智能技術(shù)，教師可以為中職學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)支持和輔導(dǎo)。如教師可以基于學(xué)生的學(xué)習(xí)情況推送相關(guān)學(xué)習(xí)資源和練習(xí)題，幫助學(xué)生更好地鞏固所學(xué)知識。

(二)智慧平臺創(chuàng)新，支撐中職生個性化學(xué)習(xí)

在當(dāng)今時代，人工智能技術(shù)如機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、自然語言處理和視覺感知等正日益成為教育領(lǐng)域的重要支撐，為實(shí)現(xiàn)智能化場景和個性化學(xué)習(xí)提供了有力的工具。借助人工智能技術(shù)可以構(gòu)建智能場景和環(huán)境，實(shí)現(xiàn)課堂和學(xué)習(xí)活動的智能化。數(shù)據(jù)挖掘和自然語言處理能夠使教師更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)需求，從而為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)資源。視覺感知技術(shù)可以用于創(chuàng)造沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。教師應(yīng)鼓勵學(xué)生使用智慧學(xué)習(xí)支持工具，通過定制化的學(xué)習(xí)路徑和資源，滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。教師還應(yīng)在實(shí)踐中不斷創(chuàng)新，將智能技術(shù)與教學(xué)相結(jié)合，開發(fā)出更多符合學(xué)生需求的創(chuàng)新教育方法和工具。

(三)智能資源庫共享，保障中職學(xué)生個性化學(xué)習(xí)

一個具有“智慧性”的學(xué)習(xí)資源庫應(yīng)當(dāng)整合現(xiàn)代技術(shù)手段，如人工智能和大數(shù)據(jù)分析。學(xué)習(xí)資源庫應(yīng)具備“個性化”的特點(diǎn)，即根據(jù)學(xué)生的不同需求和學(xué)習(xí)階段，提供多樣化的學(xué)習(xí)內(nèi)容和形式。教學(xué)PPT、練習(xí)題、測試題以及智能化學(xué)習(xí)視頻等資源可以根據(jù)難易程度和深度進(jìn)行分類，學(xué)生能夠根據(jù)自己的學(xué)習(xí)需求進(jìn)行個性化的學(xué)習(xí)。這個學(xué)習(xí)資源庫應(yīng)當(dāng)追求“高品質(zhì)”，即資源內(nèi)容應(yīng)當(dāng)具有豐富性、準(zhǔn)確性和專業(yè)性。教師可以將自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識融入資源的制作中，確保資源內(nèi)容的權(quán)威性和實(shí)用性。教學(xué)PPT應(yīng)當(dāng)精心設(shè)計，能夠清晰地呈現(xiàn)重點(diǎn)知識，練習(xí)題和測試題應(yīng)當(dāng)具有一定的難度和挑戰(zhàn)性，智能化學(xué)習(xí)視頻應(yīng)當(dāng)生動有趣，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在學(xué)習(xí)視頻中，基于學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，不是一次性地播放完整的視頻，而是在知識的重難點(diǎn)處及時停頓，提出問題和學(xué)生及時互動，讓學(xué)生真正根據(jù)自身的情況選擇學(xué)習(xí)的方向，進(jìn)而更好地掌握知識點(diǎn)，便于學(xué)生動態(tài)獲取最佳的學(xué)習(xí)資源，保障中職學(xué)生高效開展個性化學(xué)習(xí)。

(四)教學(xué)評價多元，實(shí)現(xiàn)中職學(xué)生個性化發(fā)展

基于人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)中職學(xué)生評價的多元化，以形成性評估為主，注重學(xué)生自身發(fā)展，尊重其獨(dú)特的思維方式。通過多樣化的教學(xué)評價，將線上和線下評估有機(jī)結(jié)合，不僅能精準(zhǔn)評估，優(yōu)化和豐富評價手段，還能驗(yàn)證智慧學(xué)習(xí)平臺所獲取的信息數(shù)據(jù)在“多維”“精準(zhǔn)”和“豐富”等方面的特點(diǎn)。結(jié)合教師的觀察與學(xué)生的直接互動，獲得個性化的、有溫度的、情感豐富的數(shù)據(jù)，以描述中職學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。這與中職學(xué)生被視為“不斷發(fā)展的個體”“具備獨(dú)立意義的個人”以及“充滿活力的個體”的理念相契合，能夠?qū)崿F(xiàn)中職學(xué)生的個性化成長。

結(jié)語

基于人工智能的個性化學(xué)習(xí)模式是教育創(chuàng)新的重要方向，具有提高教育質(zhì)量和滿足學(xué)生個性化需求的優(yōu)勢。要充分利用人工智能技術(shù)，設(shè)計和實(shí)現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)模式，同時關(guān)注數(shù)據(jù)隱私、安全和技術(shù)難度等挑戰(zhàn)，促進(jìn)教育改革和提高教育質(zhì)量。本文基于人工智能設(shè)計了一個個性化學(xué)習(xí)模式，并在實(shí)際教學(xué)中進(jìn)行了應(yīng)用與驗(yàn)證，證明了其在提升教學(xué)質(zhì)量和優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)方面的有效性。