人工智能在中小學(xué)藝術(shù)測(cè)評(píng)中的應(yīng)用探究

向莉

近年來，隨著教育改革的深入，在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，藝術(shù)教育質(zhì)量監(jiān)測(cè)作為改進(jìn)美育教學(xué)、提高學(xué)生審美和人文素養(yǎng)的推手，得到了國內(nèi)外的重視。國際上，實(shí)施藝術(shù)測(cè)評(píng)中起步較早、經(jīng)驗(yàn)豐富的以美國、新西蘭等國家為首。美國教育進(jìn)展評(píng)估（National Assessment of Educational Progress，簡稱NAEP）始于1969年，是全美唯一對(duì)各學(xué)科基礎(chǔ)教育進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)的評(píng)估項(xiàng)目，主要考查學(xué)生各學(xué)科的學(xué)業(yè)表現(xiàn)及相關(guān)背景信息。到目前為止，藝術(shù)學(xué)科測(cè)試已經(jīng)進(jìn)行了六次，最近一次測(cè)試是在2016年，參與學(xué)生人數(shù)8800名，測(cè)試內(nèi)容包括音樂與視覺藝術(shù)兩個(gè)學(xué)科。新西蘭教育監(jiān)測(cè)項(xiàng)目（The National Education Monitoring Project，簡稱NEMP）始于1995年，四年為一個(gè)監(jiān)測(cè)周期，分別在1995年、1999年、2003年和2007年進(jìn)行了視覺藝術(shù)監(jiān)測(cè)，每次分別在四年級(jí)、八年級(jí)學(xué)生中各抽取1440名學(xué)生作為監(jiān)測(cè)樣本。

2015年4月，國務(wù)院教育督導(dǎo)委員會(huì)辦公室印發(fā)《國家義務(wù)教育質(zhì)量監(jiān)測(cè)方案》，標(biāo)志著我國義務(wù)教育質(zhì)量監(jiān)測(cè)制度的建立。同年5月25日，教育部印發(fā)《中小學(xué)生藝術(shù)素質(zhì)測(cè)評(píng)辦法》，明確了測(cè)評(píng)指標(biāo)體系。2020年10月，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于全面加強(qiáng)和改進(jìn)新時(shí)代學(xué)校美育工作的意見》，明確推進(jìn)評(píng)價(jià)改革：把中小學(xué)生藝術(shù)實(shí)踐活動(dòng)情況納入學(xué)業(yè)要求，全面實(shí)施中小學(xué)生藝術(shù)素質(zhì)測(cè)評(píng)，將測(cè)評(píng)結(jié)果納入初、高中學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)；探索將藝術(shù)類科目納入中考改革試點(diǎn)，納入高中階段學(xué)?？荚囌猩浫∮?jì)分科目，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)確定考試內(nèi)容，利用現(xiàn)代技術(shù)手段促進(jìn)客觀公正評(píng)價(jià)。

通過對(duì)指標(biāo)內(nèi)容的分析，我們發(fā)現(xiàn)測(cè)評(píng)內(nèi)容涵蓋了學(xué)生課內(nèi)課外、校內(nèi)校外的方方面面，基于我國學(xué)生基數(shù)龐大的現(xiàn)狀，如此巨量的采樣、記錄、測(cè)試、評(píng)價(jià)、統(tǒng)計(jì)、分析等工作，通過傳統(tǒng)的手段幾乎沒有完成的可能。幸運(yùn)的是，隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，以人工智能為代表的現(xiàn)代技術(shù)手段被廣泛應(yīng)用，給人們的工作和生活帶來了極大的便利。利用人工智能手段輔助美術(shù)教學(xué)和測(cè)評(píng)，以提高測(cè)評(píng)效率、優(yōu)化教育策略，對(duì)美育的未來或許是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。對(duì)此，筆者有如下思考。

人工智能在藝術(shù)測(cè)評(píng)中的積極作用

人工智能對(duì)藝術(shù)測(cè)評(píng)的影響。人工智能（Artificial?Intelligence），英文縮寫為AI，是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)，其研究的領(lǐng)域包括計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理、機(jī)器人技術(shù)、生物識(shí)別技術(shù)等。在藝術(shù)素質(zhì)測(cè)評(píng)方面，人工智能的應(yīng)用具體體現(xiàn)為音樂類的唱、奏等音頻識(shí)別和美術(shù)類的圖形圖像識(shí)別及大數(shù)據(jù)智能畫像。

在這些測(cè)評(píng)活動(dòng)中，測(cè)試通常由知識(shí)性測(cè)試和技能性測(cè)試兩部分組成。知識(shí)性測(cè)試采用人機(jī)對(duì)話形式完成，主要考查學(xué)生對(duì)藝術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握、對(duì)作品主題風(fēng)格及情緒情感的辨析以及運(yùn)用藝術(shù)知識(shí)的能力。技能性測(cè)試則主要考查學(xué)生的創(chuàng)造力與表現(xiàn)力。

在測(cè)評(píng)活動(dòng)的實(shí)施過程中，存在一些實(shí)質(zhì)性的問題。一是效率相對(duì)低。我國學(xué)生的基數(shù)龐大，每一次測(cè)評(píng)組織時(shí)間長、關(guān)聯(lián)部門多，這其中耗費(fèi)的人力、物力、財(cái)力可想而知。二是評(píng)價(jià)難度大。藝術(shù)學(xué)科評(píng)價(jià)的特點(diǎn)在于其高度的主觀性，在知識(shí)性測(cè)試中部分客觀題尚能采用機(jī)器閱卷提高效率，但是在技能性測(cè)試中，如唱歌、作畫、奏曲的評(píng)價(jià)需要大量的評(píng)價(jià)者參與，尤其是美術(shù)作品，沒有任何參照，評(píng)價(jià)者的審美態(tài)度也有差異，很難標(biāo)準(zhǔn)化。三是數(shù)據(jù)分析難。根據(jù)教育部《中小學(xué)生藝術(shù)素質(zhì)測(cè)評(píng)辦法》中的測(cè)評(píng)指標(biāo)內(nèi)容，我們發(fā)現(xiàn)其涵蓋的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，維度相當(dāng)多，統(tǒng)計(jì)每個(gè)學(xué)生的考勤率、學(xué)習(xí)任務(wù)、社團(tuán)活動(dòng)、社會(huì)實(shí)踐、知識(shí)技能測(cè)試等數(shù)據(jù)再進(jìn)行分析，單靠人力來完成是不可想象的。

基于學(xué)習(xí)的人工智能算法對(duì)藝術(shù)測(cè)評(píng)的作用。人工智能在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)時(shí)有兩種不同的方式。一種是采用傳統(tǒng)的編程技術(shù)，使系統(tǒng)呈現(xiàn)智能的效果，而不考慮所用方法是否與人或動(dòng)物機(jī)體所用的方法相同。這種方法叫工程學(xué)方法，已在一些領(lǐng)域內(nèi)作出了成果，如文字識(shí)別、電腦下棋等。另一種是模擬法，不僅要看效果，還要求實(shí)現(xiàn)方法也和人類或生物機(jī)體所用的方法相同或相類似，這是基于學(xué)習(xí)的算法。利用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)藝術(shù)作品的智能評(píng)價(jià)，能最大程度地減輕評(píng)價(jià)者的負(fù)擔(dān)，提高評(píng)價(jià)效率，接近實(shí)現(xiàn)公平和公正。因此，基于學(xué)習(xí)的人工智能算法在藝術(shù)測(cè)評(píng)領(lǐng)域的作用得以凸顯。

人工智能在藝術(shù)測(cè)評(píng)中的多種應(yīng)用

利用人臉識(shí)別技術(shù)完成身份識(shí)別。人臉識(shí)別是基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識(shí)別的一種生物識(shí)別技術(shù)，是用攝像機(jī)或攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流，并自動(dòng)在圖像中檢測(cè)和跟蹤人臉，進(jìn)而對(duì)檢測(cè)到的人臉進(jìn)行臉部識(shí)別的一系列相關(guān)技術(shù)。人臉識(shí)別系統(tǒng)成功的關(guān)鍵在于是否擁有尖端的核心算法，并使識(shí)別結(jié)果具有實(shí)用化的識(shí)別率和識(shí)別速度。人臉識(shí)別技術(shù)已廣泛應(yīng)用于金融、司法、航天、醫(yī)療等領(lǐng)域，目前也開始在教育領(lǐng)域中應(yīng)用。

我們?cè)谶M(jìn)行網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)時(shí)，首先需要身份識(shí)別。例如，學(xué)生上傳自己的美術(shù)作品到云空間。一般情況下，學(xué)生需要輸入用戶名和密碼，或者輸入手機(jī)號(hào)和驗(yàn)證碼進(jìn)行登錄以進(jìn)行身份識(shí)別，但這對(duì)于低年級(jí)的學(xué)生來說比較困難，即便高年級(jí)學(xué)生也容易出錯(cuò)。所以，利用人臉識(shí)別的方式完成登錄顯得尤為重要。試想，只要每個(gè)學(xué)生舉著自己的畫作，面對(duì)攝像頭，系統(tǒng)就可以將身份認(rèn)證和作品上傳兩件事同時(shí)完成，這是多么智能高效的事情。

需要注意的是，中小學(xué)藝術(shù)測(cè)評(píng)涵蓋1～9年級(jí)，這個(gè)階段是學(xué)生生長發(fā)育的主要時(shí)段，面容可能會(huì)發(fā)生很大的變化，會(huì)影響人臉識(shí)別的準(zhǔn)確率。為了提高準(zhǔn)確率，一是采用更新的方法，即每學(xué)期（學(xué)年）重新采集以保持最新的面部生物特征；二是采用更先進(jìn)的人臉識(shí)別技術(shù)，即集成了機(jī)器識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、模型理論、專家系統(tǒng)、視頻圖像處理等多種專業(yè)技術(shù)，并結(jié)合中間值處理的技術(shù)，方可達(dá)到精準(zhǔn)、快速的應(yīng)用效果。

利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)行作品評(píng)價(jià)。計(jì)算機(jī)視覺是指用攝像機(jī)和電腦及其他相關(guān)設(shè)備，對(duì)生物視覺的一種模擬，主要任務(wù)是讓計(jì)算機(jī)理解圖片或視頻中的內(nèi)容。例如：理解圖片中的場(chǎng)景（辦公室、客廳、教室等）；識(shí)別場(chǎng)景中的物體（動(dòng)物、交通工具、人等）；定位物體在圖像中的位置（大小、邊界等）；理解物體之間的關(guān)系或行為（對(duì)話、運(yùn)動(dòng)等）以及圖像表達(dá)的意義（喜慶、悲傷等），通常在以圖搜圖、商品識(shí)別、車型識(shí)別中應(yīng)用。該技術(shù)在藝術(shù)測(cè)評(píng)上的應(yīng)用包括智能客觀評(píng)價(jià)和智能主觀評(píng)價(jià)兩個(gè)方面。

智能客觀評(píng)價(jià)。以繪畫作品為例，繪畫是現(xiàn)實(shí)視覺的情感表現(xiàn)，與照片的寫實(shí)完全不同，尤其中小學(xué)階段的學(xué)生作品容易出現(xiàn)變形、夸張，用照片的圖像識(shí)別技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)測(cè)評(píng)。對(duì)這些作品可以使用基于圖像本體的分析，即對(duì)光譜特征、紋理特征、形狀特征、空間關(guān)系特征等進(jìn)行信息提取，將提取到的色彩、形狀、大小、紋理、輪廓、相鄰關(guān)系、填充率等一系列因素轉(zhuǎn)化為客觀評(píng)語。

依照上表，當(dāng)收到一幅學(xué)生上傳的作品時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)給出如下評(píng)語：

智能主觀評(píng)價(jià)。主觀評(píng)價(jià)富有強(qiáng)烈的感情色彩和個(gè)性意識(shí)，如美術(shù)作品中的落筆肯定、想象豐富、創(chuàng)意獨(dú)特、形象生動(dòng)、形神兼?zhèn)?、?gòu)思巧妙等，需要大量的有價(jià)值的作品數(shù)據(jù)及評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，以幫助人工智能進(jìn)行長期的深度學(xué)習(xí)，方有可能實(shí)現(xiàn)。目前尚未發(fā)現(xiàn)相關(guān)有意義的研究及文獻(xiàn)，因此，這項(xiàng)研究還須經(jīng)歷更多實(shí)驗(yàn)和論證，以期得出更多結(jié)論。

利用題庫數(shù)據(jù)進(jìn)行智能組卷。智能組卷是指利用人工智能技術(shù)，結(jié)合教材上的知識(shí)，采用合理的組卷算法，從題庫中選擇試題，隨機(jī)、科學(xué)、合理地組成滿足多重約束目標(biāo)的試卷。智能組卷的效率與質(zhì)量主要取決于組卷算法的設(shè)計(jì)。使用試卷進(jìn)行藝術(shù)測(cè)評(píng)，尤其是知識(shí)性評(píng)價(jià)，是目前常見的測(cè)試手段。智能組卷是采用人工智能技術(shù)對(duì)題庫已有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并重組，生成滿足不同需求的練習(xí)試卷。智能組卷系統(tǒng)能夠?qū)︻}目知識(shí)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)延展進(jìn)行全方位跟蹤管理。智能化組卷可提高組卷效率和質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)多種形式的考試。

題庫建設(shè)和組卷是整個(gè)考試流程中最基礎(chǔ)、最重要的環(huán)節(jié)?？荚嚱M織者要通過定義試題的知識(shí)點(diǎn)、難度、教學(xué)要求、分?jǐn)?shù)等指標(biāo)以及題型完成試卷的創(chuàng)建。其中，涉及的幾項(xiàng)重要任務(wù)如下。

題庫建設(shè)。題庫是智能組卷的數(shù)據(jù)來源，一個(gè)邏輯合理、屬性豐富、數(shù)量龐大的題庫決定著組卷的質(zhì)量。每道試題具有多種屬性指標(biāo)，每一種屬性指標(biāo)實(shí)際上針對(duì)一個(gè)約束條件?？紤]到藝術(shù)學(xué)科教材版本的多樣化，錄入每一道試題時(shí)需要賦予多重屬性：教材版本、知識(shí)點(diǎn)、所屬領(lǐng)域、難度系數(shù)、題型、出處等。

智能組卷。目前組卷系統(tǒng)大多采用智能搜索算法，即組卷者根據(jù)要求輸入試題約束條件，系統(tǒng)按條件分別匹配題庫的知識(shí)點(diǎn)、題型、難度、區(qū)分度、時(shí)間、分?jǐn)?shù)等，形成組卷?xiàng)l件表，然后根據(jù)條件表從題庫中既快速又精準(zhǔn)地選出一套最符合條件的試題。

在智能組卷過程中，每一個(gè)約束條件又有若干屬性。例如，一份美術(shù)試卷就有填空、選擇、判斷、連線、排序、簡述、拼圖等不同的題型，每種屬性約束條件又對(duì)應(yīng)相應(yīng)數(shù)量的題目，所有這些屬性約束條件都可以通過題型的性能指標(biāo)量化來滿足。一般選擇順序是：首先滿足題型、知識(shí)點(diǎn)分布、分?jǐn)?shù)、版本等一級(jí)條件，其次滿足難度系數(shù)、區(qū)分度、重復(fù)率等二級(jí)條件，最后再自動(dòng)優(yōu)化。

本文僅探討了人工智能技術(shù)在美術(shù)學(xué)科測(cè)評(píng)中的部分應(yīng)用方向，事實(shí)上還有其他更多的應(yīng)用。例如，利用大數(shù)據(jù)分析給學(xué)生進(jìn)行智能數(shù)據(jù)畫像，并根據(jù)畫像生成智能評(píng)語，以藝術(shù)檔案的形式記錄學(xué)生的成長歷程，全面精確地進(jìn)行藝術(shù)評(píng)價(jià)，將基礎(chǔ)指標(biāo)、學(xué)業(yè)指標(biāo)、發(fā)展指標(biāo)高度統(tǒng)一，把過程性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)全方位記錄，給教育管理者提供可視化數(shù)據(jù)，給出教學(xué)分析及建議，為優(yōu)化改進(jìn)學(xué)校和地區(qū)的美術(shù)教育提供充足的依據(jù)。

2022年4月，教育部發(fā)布了最新的《義務(wù)教育藝術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》，根據(jù)新課標(biāo)要求，未來藝術(shù)課程內(nèi)容將拓展為美術(shù)、音樂、戲?。ê瑧蚯?、舞蹈、影視（含數(shù)字媒體藝術(shù)）五個(gè)方面，相信更多的人工智能技術(shù)，如自然語言生成、聲音識(shí)別、動(dòng)作（行為）識(shí)別、智能創(chuàng)作等，會(huì)伴隨教育改革的推進(jìn)大放異彩。

（本文系湖北省教育科學(xué)規(guī)劃2022年度立項(xiàng)課題“大觀念下的人工智能技術(shù)在中小學(xué)藝術(shù)素質(zhì)測(cè)評(píng)中的運(yùn)用”的研究成果，課題編號(hào)：2022JB287）