基于人工智能和元宇宙的人機(jī)交互學(xué)習(xí)智能代理

葛 睿，陳秀真

(1.上海信息技術(shù)學(xué)校 信息技術(shù)系，上海 200331；2.上海交通大學(xué) 信息安全工程學(xué)院，上海 200126)

0 引言

隨著人工智能的發(fā)展，自然語(yǔ)言處理(natural language processing，NLP)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于諸如語(yǔ)音識(shí)別、機(jī)器翻譯和輿情監(jiān)測(cè)等許多領(lǐng)域，如最近大熱的聊天機(jī)器人chatgpt其中NLP的身影便無(wú)處不在[1]。人工智能標(biāo)記語(yǔ)言(artificial intelligence markup language，AIML)是一種基于XML(可擴(kuò)展標(biāo)示語(yǔ)言，Extensive Markup Language)格式的語(yǔ)言，可用于開(kāi)發(fā)具有NLP能力的軟件代理，主要用于基于人工語(yǔ)言互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算實(shí)體的聊天室應(yīng)用程序的創(chuàng)建和定制[2]。類(lèi)似地，模糊標(biāo)記語(yǔ)言(fuzzy markup language，F(xiàn)ML)同樣是一個(gè)基于XML的標(biāo)記語(yǔ)言，主要可用于描述模糊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為且模糊系統(tǒng)獨(dú)立于專(zhuān)用于托管和運(yùn)行它的硬件架構(gòu)[3]。計(jì)算智能(computational intelligence，CI)是人工智能的核心技術(shù)之一，它由模糊邏輯(fuzzy logic，F(xiàn)L)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(neural network，NN)和進(jìn)化計(jì)算(evolutionary computation，EC)三大部分組成。AI-FML是一個(gè)可以為中小學(xué)生提供學(xué)習(xí)人類(lèi)知識(shí)和邏輯運(yùn)算規(guī)則的設(shè)計(jì)模型[4]。元學(xué)習(xí)(Meta-learning)是指讓AI學(xué)會(huì)如何學(xué)習(xí)，從而提高其效率的技術(shù)，同時(shí)也是將物理和數(shù)字相融合的可視化世界[5]。一般來(lái)說(shuō)，元宇宙技術(shù)包括虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality，VR)以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(augmented reality，AR)。文獻(xiàn)[6]將元宇宙分類(lèi)為硬件、軟件、內(nèi)容、用戶(hù)交互、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用幾大部分。此外，他們還提到了教育會(huì)是元宇宙的重要應(yīng)用領(lǐng)域，如視聽(tīng)教學(xué)(audiovisual-based education)和問(wèn)題導(dǎo)向式教學(xué)(problem-based learning)。對(duì)于學(xué)生們來(lái)說(shuō)，因?yàn)闀?shū)面上的內(nèi)容和實(shí)際體驗(yàn)的感受是完全不同的，因此體驗(yàn)式學(xué)習(xí)(Experiential learning)非常重要。受此啟發(fā)，本文提出了一種基于AI-FML元宇宙的架構(gòu)，包括元數(shù)據(jù)收集、元信息處理、元知識(shí)抽取、模糊本體構(gòu)建和元智能學(xué)習(xí)，可供中小學(xué)生實(shí)際體驗(yàn)計(jì)算智能的應(yīng)用?！缎慕?jīng)》是佛教傳統(tǒng)中使用最為頻繁的經(jīng)文[8]，本文將AI-FML與《心經(jīng)》的教義相結(jié)合，使提出的智能代理更加具有可解釋性。此外，也將AI-FML元宇宙引入到上海4所中小校的實(shí)驗(yàn)課中。參與的學(xué)生使用AI-FML平臺(tái)來(lái)構(gòu)建基于CI應(yīng)用程序的知識(shí)庫(kù)(knowledge base，KB)和規(guī)則庫(kù)(rule base，RB)；然后可以應(yīng)用基于FML的粒子群優(yōu)化(particle swarm optimization，PSO)工具[9]，將FML和PSO進(jìn)行結(jié)合，使用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集訓(xùn)練KB和RB；接下來(lái)，在導(dǎo)入學(xué)習(xí)模型并輸入值后，學(xué)生可以進(jìn)行模塊化編程，以控制位于不同空間中的AI-FML機(jī)器人或其他學(xué)習(xí)工具的語(yǔ)音，表情和動(dòng)作。通過(guò)這種方式，他們可以與AI-FML共同學(xué)習(xí)，以模擬這些工具的感知和認(rèn)知特征。

1 本文的人機(jī)交互學(xué)習(xí)智能代理

1.1 AI-FML元宇宙

本文的整體框架，包括提出的智能代理、軟硬件(AI-FML hardware and software)、元宇宙學(xué)習(xí)域以及基于AI-FML的學(xué)習(xí)CI模型。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)概念式學(xué)習(xí)(concept-based learning)、體驗(yàn)式學(xué)習(xí)(experience-based learning)、操作式學(xué)習(xí)(operation-based learning)、實(shí)踐式學(xué)習(xí)(practice-based learning)、應(yīng)用式學(xué)習(xí)(application-based learning)和表達(dá)式學(xué)習(xí)(expression-based learning)來(lái)熟悉AI-FML。學(xué)生在元宇宙學(xué)習(xí)域中在機(jī)器的引導(dǎo)下學(xué)習(xí)，并學(xué)習(xí)如何與機(jī)器進(jìn)行互動(dòng)。該智能代理進(jìn)行元數(shù)據(jù)的收集來(lái)評(píng)估學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)成績(jī)，以表達(dá)他們對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的感知。

1.2 CI基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)

IEEE(電氣與電子工程師協(xié)會(huì)，institute of electrical and electronic engineers)計(jì)算智能學(xué)會(huì)(computational intelligence society，CIS)中學(xué)生外展小組(high school outreach，HSO)的愿景是將CI引入課堂，以激發(fā)學(xué)生們的興趣。FL系統(tǒng)有五個(gè)重要組成部分，包括模糊規(guī)則(fuzzy rule)、模糊變量(fuzzy variable)、模糊集合(fuzzy set)、隸屬度(membership degree)和隸屬函數(shù)(membership function)。

2 基于《心經(jīng)》的模糊本體論在AI-FML元宇宙中的語(yǔ)義理解

《心經(jīng)》是佛教中最常被背誦的經(jīng)文之一，其中充滿(mǎn)了人類(lèi)智慧的結(jié)晶。基于CI學(xué)習(xí)空間域、人類(lèi)學(xué)習(xí)時(shí)間域以及基本模糊本體論的AI-FML元宇宙結(jié)構(gòu)，可用于中小學(xué)生的學(xué)習(xí)?？梢钥吹?，學(xué)生們可在各自的AI-FML時(shí)域和空域上觀察元智能，通過(guò)不斷深入學(xué)習(xí)不同年齡段的HI(human intelligence)，并逐步擴(kuò)展AI-FML的學(xué)習(xí)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)從小學(xué)到大學(xué)的學(xué)習(xí)目標(biāo)。這樣一來(lái)，學(xué)生們便可看見(jiàn)并親身體驗(yàn)所學(xué)的知識(shí)，理解奮斗過(guò)程中所付出的汗水。隨著時(shí)間的推移，學(xué)習(xí)到的元智能越來(lái)越接近IEEE CIS HSO的實(shí)際情況，同時(shí)不同年齡段的人學(xué)習(xí)時(shí)所掌握的知識(shí)量以及與實(shí)際情況的接近程度也不同。

表1 模糊變量表

圖1為基于CI和人類(lèi)對(duì)《心經(jīng)》語(yǔ)義理解的AI-FML元宇宙學(xué)習(xí)平臺(tái)。AI-FML元宇宙學(xué)習(xí)平臺(tái)包括人類(lèi)智能和人工智能。此外，該平臺(tái)還包含元數(shù)據(jù)、元信息、元知識(shí)、元智能和模糊本體等供學(xué)習(xí)。表2為人類(lèi)基于《心經(jīng)》的語(yǔ)義理解，用于AI-FML元宇宙的體驗(yàn)和學(xué)習(xí)。

圖1 基于CI和人類(lèi)對(duì)心經(jīng)語(yǔ)義理解的AI-FML元宇宙學(xué)習(xí)平臺(tái)

表2 基于CKIP 標(biāo)注工具的模糊變量表

人類(lèi)對(duì)心經(jīng)的語(yǔ)義理解用于AI-FML元宇宙的學(xué)習(xí)和體驗(yàn)如下。

1)AI-FML初學(xué)者在其AI-FML元宇宙的時(shí)空域中觀察元智能。

①他深入學(xué)習(xí)FS、NN、EC和FML，以提高到達(dá)學(xué)習(xí)目的地(如小學(xué)(elementary school，ES)、初中(junior high school，JHS)、高中(senior high school，SHS)或大學(xué)(university，U)時(shí)HI的表現(xiàn)。

②然后，他才能理解和體驗(yàn)形相、感覺(jué)、認(rèn)知、形成和意識(shí)，并超越一切苦難和困難。

2)在AI-FML元宇宙中，智者明白形式并不與空性有所不同，而空性也不與形式有所不同。

①形即為空，空即為形。

②感覺(jué)、認(rèn)知、形成和意識(shí)在AI-FML元宇宙中的情況也類(lèi)似。

3)在AI-FML元宇宙中，智者明白所有法相都是空無(wú)特性的。

①它們不產(chǎn)生，不毀滅，不玷污，不純潔；它們既不增加也不減少。

②它們沒(méi)有形式、感覺(jué)、認(rèn)知、形成或意識(shí)。

③無(wú)眼睛、耳朵、鼻子、舌頭、身體或思想。

④無(wú)色、聲、香、味、觸、法。

4)在AI-FML元宇宙中，無(wú)眼界，直至無(wú)意識(shí)的境界。

①無(wú)無(wú)明亦無(wú)無(wú)明盡。

②直至無(wú)老死亦無(wú)老死盡。

③無(wú)苦、無(wú)聚、無(wú)滅、無(wú)道、無(wú)智、無(wú)得。

④學(xué)者通過(guò)跟隨人類(lèi)到達(dá)目的地的智能來(lái)獲得元智能。

5)在AI-FML元宇宙中，學(xué)者的思想是暢通無(wú)阻的。

①因?yàn)闆](méi)有障礙，他不會(huì)感到恐懼。

②同時(shí)他也將遠(yuǎn)離扭曲的夢(mèng)幻思維。

③最終，他從學(xué)校畢業(yè)，并獲得進(jìn)化元智能。

④根據(jù)到達(dá)目的地的人類(lèi)智能，他獲得了最高層次的普適元智能。

6)因此，AI-FML元宇宙的學(xué)者理解了HI。

①它是一個(gè)偉大的精神，一個(gè)光輝璀璨、超然至高、無(wú)與倫比的元宇宙。

②它能消除一切苦難。

③它是真實(shí)而非虛假。

④因此，他講述并傳授關(guān)于AI-FML學(xué)習(xí)之路的HI。

⑤他是這樣朗誦的：

(a)請(qǐng)前往AI-FML元宇宙之門(mén)。

(b)你將獲得AI-FML學(xué)習(xí)和體驗(yàn)的美妙HI。

fAIFML_HS(x：a，b，c，d)=ES[a，b，c，d]=

JHS[a，b，c，d]=SHS[a，b，c，d]=U[a，b，c，d]=

(1)

公式(2)和(3)分別表示隸屬函數(shù)fAIFML_HS(Learning Content：a，b，c，d)和fAIFML_HS(Learning Episode：a，b，c，d)。

fAIFML_HS(Learning Content：a，b，c，d)=

{ES[FS，NN，EC，F(xiàn)ML]，JHS[FS，NN，EC，F(xiàn)ML]，

SHS[FS，NN，EC，F(xiàn)ML]，U[FS，NN，EC，F(xiàn)ML]}=

(2)

fAIFML_HS(Learning Episode：a，b，c，d)={ES[6，7，11，12].

JHS[11，12，14，15]，SHS[14，15，17，18]，

(3)

3 用于學(xué)生體驗(yàn)和學(xué)習(xí)的AI-FML元宇宙智能代理

3.1 AI-FML元宇宙體驗(yàn)課堂平臺(tái)

在地區(qū)1到N的城市1、…、L分別設(shè)有體驗(yàn)室和體驗(yàn)中心。此外，基于人類(lèi)智能的元知識(shí)和領(lǐng)域本體位于學(xué)習(xí)域1～N中，人工智能和機(jī)器智能也存在于學(xué)習(xí)域1～N中。AI-FML機(jī)器人的智能代理，包括視覺(jué)智能、聽(tīng)覺(jué)智能、語(yǔ)言表達(dá)智能、觸覺(jué)智能和大腦智能，因此可以是觀察者、行動(dòng)者或執(zhí)行者。觀察者將視覺(jué)數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸I-FML 元宇宙平臺(tái)，行動(dòng)者執(zhí)行模塊化程序的表達(dá)動(dòng)作，執(zhí)行者接收AI-FML的結(jié)果并執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作。不同地區(qū)不同城市的AI-FML學(xué)習(xí)域的年輕學(xué)生，可以通過(guò)元宇宙體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，與AI-FML工具的機(jī)器智能共享或共同學(xué)習(xí)他們的人類(lèi)智能。

學(xué)習(xí)域中的學(xué)生將其人類(lèi)智能發(fā)送到元宇宙中的AI-FML學(xué)習(xí)平臺(tái)或?qū)嶒?yàn)室。此后，AI-FML學(xué)習(xí)平臺(tái)或?qū)嶒?yàn)室將機(jī)器智能發(fā)送到學(xué)習(xí)域中的AI-FML工具。

3.2 AI-FML元知識(shí)提取與構(gòu)建

圖2展示了基于模糊本體論的智能代理的實(shí)現(xiàn)，可用于中學(xué)生在AI-FML元宇宙中的學(xué)習(xí)和元知識(shí)構(gòu)建。整個(gè)過(guò)程分為數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)評(píng)估兩個(gè)階段。首先，領(lǐng)域?qū)＜腋鶕?jù)CI相關(guān)內(nèi)容構(gòu)建CI相關(guān)本體論。在數(shù)據(jù)收集階段，學(xué)生將CI元素與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用相結(jié)合，并學(xué)習(xí)如何與嵌入到基于CI的學(xué)習(xí)體驗(yàn)體(learning experience agent)中的AI-FML工具交互。與此同時(shí)，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行了存儲(chǔ)。在數(shù)據(jù)評(píng)估階段，智能學(xué)習(xí)標(biāo)簽體(intelligent learning label agent)提取收集到學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵概念，并存儲(chǔ)帶標(biāo)簽的內(nèi)容。最后，智能學(xué)習(xí)評(píng)估體(intelligent learning evaluation agent)以熱力圖的形式反映學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。

圖2 用于元知識(shí)構(gòu)建的智能代理結(jié)構(gòu)(增加人機(jī)交互畫(huà)面)

3.3 智能學(xué)習(xí)標(biāo)簽和評(píng)估代理

智能學(xué)習(xí)標(biāo)簽代理負(fù)責(zé)從收集到的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵概念，圖3顯示了收集到的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)示例，在小學(xué)A的AI俱樂(lè)部中，四名學(xué)生在觀看計(jì)算機(jī)圍棋程序教學(xué)視頻(視頻1)和AI-FML人機(jī)協(xié)作教學(xué)視頻(視頻2)后的書(shū)面陳述。圖4為本文的軟件架構(gòu)界面，包括領(lǐng)域本體構(gòu)建和標(biāo)注。

圖4 軟件架構(gòu)展示圖

提出的智能代理算法輸入：學(xué)生學(xué)習(xí)元數(shù)據(jù)如下。

輸出：學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況熱力圖

過(guò)程：

1)使用Protégé軟件構(gòu)建領(lǐng)域本體。

2)使用CKIP 標(biāo)注器創(chuàng)建字典文件。

①讀取領(lǐng)域本體的.owl文件。

②提取主題RDF(資源描述框架，resource description framework)語(yǔ)句的主語(yǔ)，謂語(yǔ)和賓語(yǔ)。

③儲(chǔ)存主謂賓語(yǔ)。

④根據(jù)提取的主語(yǔ)為CKIP標(biāo)注器創(chuàng)建字典文件。

3)從學(xué)生的學(xué)習(xí)元數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵概念。

①給定學(xué)生學(xué)習(xí)元數(shù)據(jù)的目標(biāo)URL(統(tǒng)一資源定位器，uniform resource locator)。

②將提取的標(biāo)題設(shè)置為元數(shù)據(jù)。

③設(shè)置要提取的HTML標(biāo)簽。

④執(zhí)行提取。

⑤存儲(chǔ)提取的關(guān)鍵概念。

4)提取的關(guān)鍵概念在CKIP中進(jìn)行操作(使用CKIP提取關(guān)鍵概念)。

①給定學(xué)生學(xué)習(xí)元數(shù)據(jù)的目標(biāo)URL(統(tǒng)一資源定位器，uniform resource locator)。

②提取CKIP 標(biāo)注器中的結(jié)果并存儲(chǔ)。

5)學(xué)習(xí)熱力圖中的成績(jī)。

①利用CKIP提取的學(xué)生元數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵信息，計(jì)算本體概念之間的相似度。

②給予這種學(xué)習(xí)元數(shù)據(jù)適當(dāng)?shù)臋?quán)重，以計(jì)算學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。

6)輸出學(xué)習(xí)元數(shù)據(jù)中的學(xué)習(xí)成績(jī)。

下面為基于CKIP標(biāo)記器的小學(xué)A中視頻1和視頻2提取的詞集。我們提取本體的概念，以計(jì)算 (Concepti，Conceptj)的相似性，其中 Concepti和 Conceptj分別表示來(lái)自構(gòu)建的本體和學(xué)生學(xué)習(xí)元數(shù)據(jù)提取的詞集中的概念。

小學(xué)A視頻1和視頻2中的詞集：

視頻(Na)的(DE)三(Neu)個(gè)(Nf)重點(diǎn)(Na)視頻(Na)三(Neu)大部分視頻(Na)三(Neu)以人為中心的 AI(VA)以人為中心的 AI(FW)以人為中心的 AI(FW)人類(lèi)(Na)協(xié)作(VA)模式(Na)以(P)人(Na)為(VG)中心(Nc)的(DE)AI(FW)人類(lèi)智慧(VH)人類(lèi)智慧(Na)人工智能(Na)人類(lèi)(Na)協(xié)作(VA)模式(Na)教育學(xué)習(xí)應(yīng)用(Na)人類(lèi)(Na)協(xié)作(VA)模式(Na)人類(lèi)(Na)協(xié)作(VA)模式(Na)教育學(xué)習(xí)應(yīng)用(Na)智慧(Na)學(xué)習(xí)(VC)和(Caa)執(zhí)行(VC)智能(Na)學(xué)習(xí)(VC)和(Caa)執(zhí)行(VC)不(D)確定(VK)的(DE)外部(Ncd)環(huán)境(Na)視頻(Na)1(Neu)內(nèi)容(Na)視頻(Na)內(nèi)容(Na)智能(Na)學(xué)習(xí)(VC)和(Caa)執(zhí)行(VC)學(xué)習(xí)(VC)和(Caa)執(zhí)行(VC)可以(D)模仿(VC)人類(lèi)(Na)學(xué)習(xí)(VC)AI(FW)是(SHI)可以(D)以(P)簡(jiǎn)單(VH)的(DE)方式(Na)來(lái)(D)學(xué)習(xí)(VC)人工智能(VH)以(P)聰明(VH)的(DE)方式(Na)執(zhí)行(VC)任務(wù)(Na)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)本體模型的智能代理

2022年秋季學(xué)期，我們向上海的4所國(guó)際學(xué)校(包括上海市民辦中芯學(xué)校，上海協(xié)和國(guó)際學(xué)校，上?；蒽`頓國(guó)際學(xué)校和上海長(zhǎng)寧國(guó)際學(xué)校，以下簡(jiǎn)稱(chēng)小學(xué)A，小學(xué)B，中學(xué)C與中學(xué)D)引入了AI-FML元宇宙學(xué)習(xí)。小學(xué)A的五年級(jí)學(xué)生每周在AI俱樂(lè)部學(xué)習(xí)120分鐘，小學(xué)B的六年級(jí)學(xué)生每周在計(jì)算機(jī)課上學(xué)習(xí)兩節(jié)AI-FML課程，每次80分鐘，中學(xué)C和中學(xué)D的學(xué)生每周分別學(xué)習(xí)兩個(gè)小時(shí)和一個(gè)小時(shí)。在每個(gè)學(xué)習(xí)階段中進(jìn)行了基于概念、經(jīng)驗(yàn)、操作、實(shí)踐、應(yīng)用和表達(dá)等不同組合的學(xué)習(xí)，使學(xué)生們熟悉AI-FML元宇宙。值得一提的是，在小學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)，進(jìn)行的操作式學(xué)習(xí)比初中學(xué)生要少得多；與之相對(duì)，表達(dá)式學(xué)習(xí)對(duì)所有不同年齡組的學(xué)生都很重要。

4.2 通過(guò)模糊本體論實(shí)現(xiàn)學(xué)生《心經(jīng)》的學(xué)習(xí)

本節(jié)中設(shè)計(jì)了基于《心經(jīng)》模糊本體概念的學(xué)習(xí)模型，將人類(lèi)智能和機(jī)器智能應(yīng)用于基于AI-FML的學(xué)習(xí)CI模型，讓初學(xué)者通過(guò)與機(jī)器和AI-FML機(jī)器人互動(dòng)來(lái)理解CI的基本概念。這種寓教于樂(lè)的方式對(duì)學(xué)生們來(lái)說(shuō)很容易接受，通過(guò)AI-FML工具或機(jī)器人的視覺(jué)智能，他們可以在不同的空間中體驗(yàn)機(jī)器智能。圖5(a)顯示了小學(xué)A中的學(xué)生登錄Google虛擬課堂和AI-FML元宇宙的計(jì)劃時(shí)間和實(shí)際花費(fèi)時(shí)間的曲線(xiàn)圖，可以看到，計(jì)劃時(shí)間與實(shí)際時(shí)間逐步匹配。此外，我們還進(jìn)行了概念式學(xué)習(xí)、實(shí)踐式學(xué)習(xí)和表達(dá)式學(xué)習(xí)的比較：由圖5(b)可以看到，小學(xué)A的學(xué)生在學(xué)習(xí)AI-FML概念時(shí)，實(shí)際花費(fèi)的時(shí)間比計(jì)劃的時(shí)間更長(zhǎng)，也許對(duì)于小學(xué)生來(lái)說(shuō)學(xué)習(xí)AI-FML的概念很難，因?yàn)樵趯?shí)際中我們也的確發(fā)現(xiàn)了他們使用平板電腦花了很多時(shí)間在AI-FML元宇宙中對(duì)他們理解的概念進(jìn)行標(biāo)注。由圖5(c)可以看到，小學(xué)生在每一個(gè)階段中都花了很多時(shí)間一起玩耍并學(xué)習(xí)，以在AI-FML元宇宙中體驗(yàn)、實(shí)踐、操作和應(yīng)用現(xiàn)實(shí)世界的CI應(yīng)用。由圖5(d)可以看出，表達(dá)式學(xué)習(xí)實(shí)際花費(fèi)的時(shí)間比計(jì)劃的時(shí)間多，但最終在課程結(jié)束時(shí)趨于一致。

圖5 學(xué)生在各方面計(jì)劃和實(shí)際花費(fèi)的時(shí)間

4.3 CI學(xué)習(xí)熱力圖

我們應(yīng)用學(xué)習(xí)熱力計(jì)來(lái)評(píng)估在2022年秋季學(xué)期，小學(xué)A和小學(xué)B的學(xué)生學(xué)習(xí)AI-FML和英語(yǔ)時(shí)，根據(jù)學(xué)生的聽(tīng)覺(jué)智力、口頭表達(dá)能力、視覺(jué)智力和書(shū)面表述表現(xiàn)來(lái)評(píng)估其學(xué)習(xí)情況。

表3給出了他們與機(jī)器人共同學(xué)習(xí)AI-FML的一些基本信息。學(xué)習(xí)熱力圖的關(guān)鍵評(píng)估要點(diǎn)，以學(xué)習(xí)機(jī)器語(yǔ)言AI-FML為例，關(guān)鍵要點(diǎn)包括1)看講座視頻，然后把他聽(tīng)到和看到的關(guān)鍵概念標(biāo)注出來(lái)；2)說(shuō)出他所學(xué)到的知識(shí)；3)練習(xí)構(gòu)建其AI-FML應(yīng)用的KB和RB以及4)測(cè)試題作答。

表3 共同學(xué)習(xí)AI-FML的信息

圖6為不同階段學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的曲線(xiàn)及其趨線(xiàn)，可以看到：1)小學(xué)B學(xué)生的趨線(xiàn)斜率比小學(xué)A學(xué)生的更高，表明小學(xué)B的參與模式使學(xué)生進(jìn)步更快；2)小學(xué)B學(xué)生在第三和第四階段的學(xué)習(xí)成績(jī)最低，因?yàn)楦拍钍?、?shí)踐式和操作式學(xué)習(xí)對(duì)這些學(xué)生來(lái)說(shuō)很難標(biāo)注其關(guān)鍵概念；3)第四課時(shí)之后，小學(xué)B學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)逐漸增加，并在最后兩課時(shí)中達(dá)到最高，這表示小學(xué)B學(xué)生持續(xù)保持進(jìn)步，這種學(xué)習(xí)方式有助于小學(xué)生學(xué)習(xí)CI；4)與小學(xué)B相比，小學(xué)A學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)趨線(xiàn)更平緩。但是，小學(xué)A的平均學(xué)習(xí)成績(jī)?yōu)?6，高于小學(xué)B的平均學(xué)習(xí)成績(jī)。

圖6 兩個(gè)小學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的變化及其趨勢(shì)

4.4 英語(yǔ)學(xué)習(xí)熱力圖

本節(jié)中，提出的智能代理對(duì)中學(xué)C參與的32名初二學(xué)生在AI-FML 元宇宙中進(jìn)行人機(jī)共學(xué)英語(yǔ)的學(xué)習(xí)成績(jī)進(jìn)行了評(píng)估。表4顯示了其基本信息。參與的學(xué)生來(lái)自?xún)蓚€(gè)初二班級(jí)，第一課時(shí)和第二課時(shí)中每節(jié)課的總時(shí)長(zhǎng)分別為90分鐘和45分鐘。此外，采用異質(zhì)分組法將每個(gè)班級(jí)的學(xué)生分成四組，因此每個(gè)班級(jí)第1組的英語(yǔ)水平最高。每個(gè)班級(jí)第1組和第2組的學(xué)生人數(shù)分別為(4，4，4，3)和(4，4，5，4)，因?yàn)榘嗉?jí)1的第1組中有兩名學(xué)生缺席了第一節(jié)課的學(xué)習(xí)課程。

表4 共同學(xué)習(xí)英語(yǔ)的信息

基于CI的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)代理具備視覺(jué)智能、聽(tīng)覺(jué)智能、書(shū)面表達(dá)和口頭表達(dá)能力，他們與年輕學(xué)生交互以收集其學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。智能學(xué)習(xí)標(biāo)簽代理和智能學(xué)習(xí)評(píng)估代理根據(jù)學(xué)生在英語(yǔ)聽(tīng)、說(shuō)、讀、寫(xiě)能力的表現(xiàn)評(píng)估其學(xué)習(xí)成績(jī)，其中聽(tīng)占30%，說(shuō)占30%，讀占10%，寫(xiě)占30%。

圖7和圖8分別展示了班級(jí)1和班級(jí)2的學(xué)習(xí)熱力圖，其中左上角、右上角、左下角和右下角的四個(gè)六邊形分別表示第1、2、3、4組，中心的六邊形表示整個(gè)班級(jí)的平均值，熱力圖旁邊的數(shù)字表示根據(jù)參與學(xué)生的元數(shù)據(jù)測(cè)量的整體學(xué)習(xí)成績(jī)。0到100表示學(xué)生們學(xué)習(xí)熱力圖的范圍，其中50為中點(diǎn)。1班的平均學(xué)習(xí)成績(jī)從49上升到60，2班的平均學(xué)習(xí)成績(jī)從64上升到70。觀察到兩個(gè)班級(jí)中皆是第1組的學(xué)習(xí)熱力圖表現(xiàn)最好。

圖8 班級(jí)2的學(xué)習(xí)熱力圖

5 總結(jié)與展望

本文提出一種基于人工智能和元宇宙的人機(jī)交互學(xué)習(xí)智能代理，將《心經(jīng)》中模糊本體論的概念應(yīng)用于小學(xué)生和中學(xué)生學(xué)習(xí)英語(yǔ)以及AI-FML元宇宙中的FML。通過(guò)將《心經(jīng)》的原則與基于模糊本體論的智能代理相結(jié)合，提出了一種面向年輕學(xué)生在AI-FML元宇宙中學(xué)習(xí)的智能代理，以賦予其計(jì)算、感知和認(rèn)知智能。在引入AI-FML人機(jī)交互學(xué)習(xí)到上海的4所中小學(xué)后，觀察到智能代理可以有效地工作，并且學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情在結(jié)束時(shí)呈上升趨勢(shì)。未來(lái)，我們希望將這種學(xué)習(xí)CI模型推廣到國(guó)內(nèi)甚至世界上的其他學(xué)校，讓他們?cè)谕嫠?、享受的同時(shí)也能學(xué)習(xí)到CI的實(shí)際應(yīng)用。