AI在中學(xué)課程教學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展前景暢想

孫 宏

一、人工智能的概念

人工智能（Artificial Intelligence，簡稱AI）是通過計算機(jī)和機(jī)器模擬人類智能的科學(xué)和技術(shù)。它涉及設(shè)計和開發(fā)能夠模仿人類思維、學(xué)習(xí)、推理、感知和解決問題能力的系統(tǒng)，使機(jī)器能夠自主地執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)，識別模式、做出決策并適應(yīng)環(huán)境變化。人工智能包括多個子領(lǐng)域和技術(shù)，如機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語言處理、計算機(jī)視覺等。人工智能的目標(biāo)是讓計算機(jī)具備類似人類的智能，包括理解和處理語言、視覺和聲音，解決復(fù)雜的問題，進(jìn)行自主決策和學(xué)習(xí)，并不斷適應(yīng)新情境。人工智能的應(yīng)用范圍廣泛，涵蓋多個領(lǐng)域。目前人工智能尚有較大的發(fā)展空間，人工智能的概念也在不斷演變與拓展。隨著科技的進(jìn)步和新的研究成果的出現(xiàn)，人工智能的應(yīng)用范圍和潛力將繼續(xù)擴(kuò)大。

二、人工智能在教育領(lǐng)域的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，人工智能在教育領(lǐng)域的研究和應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下5個方面：

（一）個性化學(xué)習(xí)

人工智能可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，提供個性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和內(nèi)容。通過分析大量的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和學(xué)生行為模式，人工智能系統(tǒng)能夠?yàn)閷W(xué)生設(shè)計合適的學(xué)習(xí)路徑和資源，幫助他們更有效地學(xué)習(xí)和掌握知識。

（二）智能輔導(dǎo)和評估

基于自然語言處理和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，人工智能可以為學(xué)生提供個性化輔導(dǎo)和指導(dǎo)。它可以通過聊天機(jī)器人或虛擬助教的方式與學(xué)生互動，回答問題解釋概念，并提供反饋和評估。這樣的系統(tǒng)有助于提高學(xué)習(xí)效果和學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

（三）自適應(yīng)教育系統(tǒng)

人工智能技術(shù)還可以用于開發(fā)自適應(yīng)的教育系統(tǒng)。這些系統(tǒng)能夠根據(jù)學(xué)生的進(jìn)步和需求，動態(tài)地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和難度，以提供更貼合學(xué)生能力水平的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

（四）學(xué)習(xí)分析和預(yù)測

人工智能可以通過對學(xué)生行為和學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的分析，提取模式并預(yù)測學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和需求。這樣的分析可以幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，及時調(diào)整教學(xué)策略和資源，以更好地支持學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。

（五）虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

人工智能與虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）等技術(shù)結(jié)合，為學(xué)生提供沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。通過虛擬實(shí)驗(yàn)室、互動模擬和可視化呈現(xiàn)，學(xué)生可以更深入地理解抽象的概念和現(xiàn)象。

世界各地在教育領(lǐng)域利用人工智能技術(shù)開展教育教學(xué)遍地開花，個性化學(xué)習(xí)、智能輔導(dǎo)和教學(xué)助手、虛擬實(shí)驗(yàn)室和模擬器、智能化評估和考試監(jiān)控、語音和自然語言交互、智能化學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)等AI 應(yīng)用的出現(xiàn)，不僅可以提供更好的教學(xué)效果，還有助于應(yīng)對教育資源不均衡和個別化學(xué)習(xí)需求的挑戰(zhàn)。

三、人工智能在中學(xué)課程教學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展

（一）人工智能開發(fā)的心理學(xué)基礎(chǔ)

中學(xué)生正經(jīng)歷著身份的探索和建立階段，他們開始思考自己的身份、角色和與他人的關(guān)系，對自己的存在和價值經(jīng)常有疑問，需要身份認(rèn)同。中學(xué)生開始對自己的外貌、能力、成就等方面產(chǎn)生更強(qiáng)烈的關(guān)注和意識，他們更容易受到同伴的評價和比較影響，對自己的形象和自尊心敏感，自我意識增強(qiáng)，需要獲得贊賞。成就感讓他們內(nèi)心自信，自尊得到滿足。中學(xué)生的情緒復(fù)雜和不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)憤怒、焦慮、抑郁等情緒，這與他們生理和認(rèn)知發(fā)展密切相關(guān)。中學(xué)生希望獲得更多的自主權(quán)和決策權(quán)，自主性增強(qiáng)。他們想要在社交、學(xué)習(xí)和個人生活方面發(fā)展自己的獨(dú)立性和自主性，且已經(jīng)具備一定的獨(dú)立性和自主性，同時也需要適度的指導(dǎo)和支持。中學(xué)生更加關(guān)注和重視同伴間的關(guān)系和交往，同伴關(guān)系在他們心里非常重要。他們追求歸屬感和群體認(rèn)同，同學(xué)之間的友誼和互動對他們的心理健康和發(fā)展起著重要的作用。中學(xué)生面臨著升學(xué)壓力和對未來的不確定性，他們可能感到焦慮和壓力，需要支持和引導(dǎo)來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。了解中學(xué)生的心理特點(diǎn)，才能夠更好地設(shè)計出人工智能環(huán)境下學(xué)生的學(xué)習(xí)活動。

（二）人工智能發(fā)展前景暢想

1.隨時隨地的個性化學(xué)習(xí)

在學(xué)習(xí)終端AI學(xué)習(xí)平臺（AI機(jī)器人）面前，學(xué)生完全可以在教師或家長的監(jiān)護(hù)下，根據(jù)自己的興趣和情緒隨時隨地、自主獨(dú)立性地進(jìn)行學(xué)習(xí)，個別自控能力強(qiáng)的學(xué)生甚至完全可以在不需要任何監(jiān)護(hù)的情況下自己去完成學(xué)習(xí)任務(wù)。AI 可以提供全天候不間斷的學(xué)習(xí)支持，解答學(xué)生的疑問，提供作業(yè)幫助和學(xué)習(xí)建議。在學(xué)習(xí)過程中，AI 會逐漸為每個同學(xué)量身定制打造出個性化鮮明的完美學(xué)習(xí)路線圖。

AI通過學(xué)習(xí)，對每個學(xué)生的智商情商、性格心理、習(xí)慣愛好以及知識能力等各方面的情況了如指掌，總能抓住他們的心理，適時推出他們感興趣的內(nèi)容，使其無縫進(jìn)入到學(xué)習(xí)勝境之中。AI是學(xué)生的良師益友、知心伴侶，它總能根據(jù)現(xiàn)時情況恰如其分地適時推出適合學(xué)生的學(xué)習(xí)課程。對待學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生，AI 會逐漸地加深難度，向培優(yōu)方面去努力，喂飽喂足，讓他們的才智得到充分的展示和發(fā)揮，讓他們能夠始終保持著旺盛的求知欲，對未知的領(lǐng)域有著強(qiáng)烈的探索欲望；對于學(xué)習(xí)能力相對比較弱的學(xué)生，則逐漸轉(zhuǎn)向最基礎(chǔ)方面的知識學(xué)習(xí)、最基本技能的把握及最基本能力的培養(yǎng)。這種系統(tǒng)能夠根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、學(xué)生反饋和學(xué)習(xí)進(jìn)度，調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容。

學(xué)生在利用AI 進(jìn)行學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)習(xí)的方式方法、難度選擇、挑戰(zhàn)模式等，有著更多的選擇權(quán)。AI 能夠準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)學(xué)生的特長，進(jìn)而將學(xué)生引向其可以充分施展和發(fā)揮才能的方向。AI 通過攝像頭能關(guān)注到學(xué)生的情緒變化，并通過人機(jī)對話和互動進(jìn)行及時的引導(dǎo)，逐漸讓學(xué)生克服心理障礙。人機(jī)對話與互動并不只限于鍵盤和手寫，完全可以是面對面的自然交流。AI 知識的豐富和廣博程度是教師難以企及的，想問就問，隨問隨答，對答如流。AI的性格能夠根據(jù)人們的性格變化而變化，或由你任意設(shè)定。AI 可以讓學(xué)生獲得成就感和自信，從而變得陽光正直、平和善良。AI 的理解、關(guān)心和體貼，讓學(xué)生覺得這個世界是如此的神奇與美好。當(dāng)學(xué)生有疑問和困惑，或想探討交流，或想驗(yàn)證結(jié)果的時候，可以隨時和ChatAI進(jìn)行對話；可以和自己希望交流的人發(fā)起群體聊天進(jìn)行探討；可以進(jìn)入VR/AR，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)和擴(kuò)增現(xiàn)實(shí)技術(shù)，進(jìn)行身臨其境的體驗(yàn)……

人工智能環(huán)境下的教育教學(xué)，是實(shí)現(xiàn)教育公正公平的最佳路徑和最好的選擇。畢竟沒有人能夠?qū)崿F(xiàn)對每個學(xué)生都進(jìn)行恰如其分的差異化教學(xué)，或者能夠?qū)W(xué)生與學(xué)生之間的差異做出準(zhǔn)確的認(rèn)知和判斷。

2.應(yīng)對復(fù)雜情況的教師

對于中學(xué)的課堂教學(xué)課程學(xué)習(xí)，教師應(yīng)做好學(xué)生學(xué)習(xí)活動的組織者和激勵者。在課堂教學(xué)中，教師需要對學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)技能和方法的培訓(xùn)和引導(dǎo)，做好課堂學(xué)習(xí)環(huán)境紀(jì)律的維護(hù)，對自控能力比較弱的學(xué)生需要做好監(jiān)護(hù)，幫助其逐步走上正軌。在人工智能環(huán)境下的學(xué)習(xí)，學(xué)生的知識面、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)方法、所提出的問題、所出現(xiàn)的情況……很多時候都不是教師能夠預(yù)料到的，教師將面臨更大的挑戰(zhàn)。如果教師的知識面狹窄，學(xué)習(xí)體驗(yàn)貧乏，應(yīng)對突發(fā)情況的經(jīng)驗(yàn)不夠，沒有創(chuàng)新性，不具備開放性思維的話，他們在與學(xué)生的交往過程中會很尷尬。

雖然人工智能很強(qiáng)大，但是學(xué)生在人工智能環(huán)境下完全自主學(xué)習(xí)也是離不開教師的，更何況學(xué)校教育是個龐大的系統(tǒng)工程，學(xué)校教育并不只是課程學(xué)習(xí)，比如手工活動、美術(shù)活動、體育活動、文藝活動、實(shí)驗(yàn)活動、生產(chǎn)勞動、社會活動、娛樂活動、走進(jìn)大自然……所有的這些實(shí)踐活動都是需要教師去做認(rèn)真籌劃和組織的。微軟和谷歌都有圖像機(jī)器人，它們的作品確實(shí)神奇美妙，給人一種很奇特的感受，但他們永遠(yuǎn)替代不了梵高和達(dá)·芬奇。人類活動不可能沒有教育，無論科技怎樣發(fā)展，也還是需要教育，特別是基礎(chǔ)教育?？萍际枪ぞ?，是為人類服務(wù)的，科技的發(fā)展只會減輕教師某些方面的工作負(fù)擔(dān)。人工智能會代替現(xiàn)在教師絕大部分的工作，但有些教育工作必須要由教師來完成，基礎(chǔ)教育的教師不會因人工智能的出現(xiàn)而失業(yè)?？萍嫉陌l(fā)展使得教育向更深的領(lǐng)域拓展，教師將面對新的任務(wù)和挑戰(zhàn)。

3.智能評估、精準(zhǔn)決策

AI 會采集學(xué)生學(xué)習(xí)的各種成績數(shù)據(jù)，用于學(xué)校和教師評估學(xué)生在知識和技能方面的掌握程度；會采集學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度數(shù)據(jù)，記錄學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的進(jìn)展情況，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)速度和節(jié)奏；會采集學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，監(jiān)測學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的行為、情緒和心理狀態(tài)，例如參與討論、提問、答題等，以評估學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性；會采集學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度數(shù)據(jù)，通過問卷調(diào)查或情緒識別等方式，評估學(xué)生對學(xué)習(xí)的態(tài)度和情感反應(yīng)，例如學(xué)習(xí)動機(jī)、興趣程度、自信心等；會采集學(xué)生學(xué)習(xí)資源使用情況數(shù)據(jù)，記錄學(xué)生在學(xué)習(xí)平臺或教育應(yīng)用中的資源使用情況，例如在線閱讀、視頻觀看、練習(xí)題答題等等，以了解學(xué)習(xí)資源的有效性和學(xué)生的互動程度；會采集學(xué)生學(xué)習(xí)反饋和評價數(shù)據(jù)，比如學(xué)習(xí)過程中遇到的困難、需求和建議，以幫助學(xué)生改進(jìn)學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

通過采集數(shù)據(jù)，教師可以了解對學(xué)生學(xué)習(xí)有幫助的各種信息。這種信息不僅能用于對學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評估，還可以作為開展下一步教學(xué)活動的決策依據(jù)。對各種數(shù)據(jù)的采集還是AI 自身機(jī)器學(xué)習(xí)的需要。運(yùn)用大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)方法，AI 會不斷地完善自己，對學(xué)生的學(xué)習(xí)做出準(zhǔn)確的評估，對學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)行更精準(zhǔn)的推送，為學(xué)生提供更個性化的學(xué)習(xí)方案和評價。比如，基于學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)可以推薦適合學(xué)生的學(xué)習(xí)時間安排和學(xué)習(xí)路徑；基于學(xué)習(xí)成績數(shù)據(jù)可以為學(xué)生提供有針對性的輔導(dǎo)和資源推薦；基于學(xué)習(xí)反饋數(shù)據(jù)可以提供針對性的建議和改進(jìn)方案。當(dāng)然，在數(shù)據(jù)采集的過程中學(xué)校和教師要遵循相應(yīng)的法律和道德準(zhǔn)則，需要注意保護(hù)好學(xué)生的隱私和數(shù)據(jù)安全。

四、訓(xùn)練人工智能教育模型的方法

為了對人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用有更多的認(rèn)識和理解，了解人類對人工智能在教育教學(xué)領(lǐng)域中的可操作性和可控性，避免對人工智能在教育領(lǐng)域某些方面的應(yīng)用造成誤解和短視，筆者認(rèn)為訓(xùn)練人工智能教育模型應(yīng)從以下幾個方面入手：數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)清洗和預(yù)處理、定義目標(biāo)和指標(biāo)、特征工程、模型選擇和構(gòu)建、模型訓(xùn)練和優(yōu)化、模型評估和驗(yàn)證、部署和應(yīng)用。

訓(xùn)練人工智能教育教學(xué)模型是一個復(fù)雜的過程，涉及多個領(lǐng)域的知識和技術(shù)，需要專業(yè)團(tuán)隊的合作和指導(dǎo)。隨著新的數(shù)據(jù)和需求的出現(xiàn)，模型也需要不斷地更新和優(yōu)化，以適應(yīng)不斷變化的教育環(huán)境。

目前國內(nèi)外關(guān)于人工智能在教育領(lǐng)域中學(xué)教育階段的研究和應(yīng)用，一般都定位為教學(xué)的輔助手段。其實(shí)在課程教學(xué)中，人工智能可以作為重要手段協(xié)同開展教育教學(xué)，這對培養(yǎng)學(xué)生自主獨(dú)立性的學(xué)習(xí)習(xí)慣和提高其能力有著無可比擬的效果。