人工智能在信息技術(shù)課程中的應(yīng)用研究

孫瑋

摘要：隨著科技的發(fā)展，人工智能技術(shù)在諸多領(lǐng)域都取得了顯著的成果。教育領(lǐng)域作為人類發(fā)展的重要支柱，也在不斷地進(jìn)行改革與創(chuàng)新。文章旨在探討人工智能在信息技術(shù)課程中的應(yīng)用研究，分析人工智能技術(shù)如何改變教育方式、提高教育質(zhì)量，并分析可能存在的挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：人工智能；信息技術(shù)；應(yīng)用研究

中圖分類號：G642? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）34-0026-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

0 引言

隨著“數(shù)字時代”的到來，人工智能教育的發(fā)展日益加速，在信息技術(shù)課程中，引入人工智能技術(shù)有助于提升學(xué)生的綜合能力，增強(qiáng)他們對信息技術(shù)的理解和操作能力[1]，這不僅滿足了個性化教育的需求，也提高了教師的教學(xué)效率。本文將從以下三個方面進(jìn)行深入研究。

1）人工智能技術(shù)的基本概念。

2）人工智能在信息技術(shù)課程中的應(yīng)用。

3）人工智能在信息技術(shù)課程中的應(yīng)用挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢。

1 人工智能技術(shù)的基本概念

人工智能（Artificial Intelligence，簡稱AI） 是指由計算機(jī)系統(tǒng)或其他數(shù)字設(shè)備模擬、擴(kuò)展和輔助人類智能的技術(shù)。它涵蓋了機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理、知識圖譜、智能控制等多個領(lǐng)域，如圖1所示。在教育領(lǐng)域，人工智能技術(shù)的應(yīng)用主要包括智能輔導(dǎo)系統(tǒng)、自動評分系統(tǒng)以及自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)等。

1.1 智能輔導(dǎo)系統(tǒng)

智能輔導(dǎo)系統(tǒng)是一種基于人工智能技術(shù)的教育輔助工具，它能為學(xué)生提供個性化、自適應(yīng)的學(xué)習(xí)支持和指導(dǎo)[2]。智能輔導(dǎo)系統(tǒng)通常采用機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理、知識表示和推理等技術(shù)，通過分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和表現(xiàn)，構(gòu)建學(xué)習(xí)模型，并根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和需求，推薦適合的學(xué)習(xí)資源和策略，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

智能輔導(dǎo)系統(tǒng)的主要功能包括。

1） 個性化學(xué)習(xí)支持：根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和需求，推薦適合的學(xué)習(xí)資源和策略，滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

2） 自適應(yīng)評估和反饋：收集并分析學(xué)生在線學(xué)習(xí)的各種數(shù)據(jù)，然后不斷調(diào)整提供給學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

3） 知識表示和推理：將知識表示為語義網(wǎng)絡(luò)或本體，并通過推理引擎來實(shí)現(xiàn)知識的自動推理和應(yīng)用。

4） 交互式學(xué)習(xí)環(huán)境：提供交互式的學(xué)習(xí)環(huán)境，如虛擬實(shí)驗(yàn)室、模擬環(huán)境等，幫助學(xué)生更好地理解和掌握知識。

智能輔導(dǎo)系統(tǒng)可以應(yīng)用于多個領(lǐng)域，例如語言學(xué)習(xí)、數(shù)學(xué)教育、計算機(jī)編程等。它可以幫助學(xué)生更高效地學(xué)習(xí)和掌握知識，提高學(xué)習(xí)效果和成績。同時，智能輔導(dǎo)系統(tǒng)也可以為教師提供教學(xué)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和及時反饋，幫助教師更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求，優(yōu)化教學(xué)過程和策略。

1.2 自動評分系統(tǒng)

自動評分系統(tǒng)是一種基于人工智能技術(shù)的自動化評分工具，通過機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理等技術(shù)，對學(xué)生的信息技術(shù)基礎(chǔ)知識、軟件操作等進(jìn)行評分。自動評分系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、一致地評分，減輕教師的工作量，提高評分效率和公正性。

自動評分系統(tǒng)的主要功能包括。

1） 文本分析和特征：提取通過自然語言處理技術(shù)，對學(xué)生的作文、翻譯等文本進(jìn)行分析和特征提取，來獲取有用的評分特征和指標(biāo)。

2） 評分模型構(gòu)建：通過機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，構(gòu)建評分模型，并對模型進(jìn)行訓(xùn)練和優(yōu)化，提高評分準(zhǔn)確度和一致性。

3） 自動評分和反饋：根據(jù)評分模型，對學(xué)生的作文、翻譯等文本進(jìn)行自動評分，然后生成相應(yīng)的反饋和建議，幫助學(xué)生改進(jìn)寫作能力。

4） 評分結(jié)果可視化：將評分結(jié)果可視化，方便教師和學(xué)生了解評分情況和改進(jìn)方向。

自動評分系統(tǒng)可以應(yīng)用于多個領(lǐng)域，例如語言學(xué)習(xí)、考試評估、招聘篩選等。它可以提高評分效率和公正性，減輕教師評分工作量，同時為學(xué)生提供及時的反饋和建議，幫助他們更好地掌握知識和技能。

1.3 自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)

自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和需求[3]，自動調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容、方式和節(jié)奏，以實(shí)現(xiàn)個性化、自適應(yīng)的學(xué)習(xí)支持和指導(dǎo)。其通過機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理、知識圖譜等技術(shù)，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和表現(xiàn)，構(gòu)建學(xué)習(xí)模型，并根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和需求，推薦適合的學(xué)習(xí)資源和策略，幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)效果。

主要功能包括以下幾個方面：

1） 學(xué)習(xí)模型構(gòu)建：通過機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，構(gòu)建學(xué)習(xí)模型，并對模型進(jìn)行訓(xùn)練和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的個性化、自適應(yīng)的學(xué)習(xí)支持和指導(dǎo)。

2） 學(xué)習(xí)內(nèi)容推薦：根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和需求，推薦適合的學(xué)習(xí)資源和策略，滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

3） 學(xué)習(xí)進(jìn)度管理：根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和表現(xiàn)，自動調(diào)整學(xué)習(xí)節(jié)奏和難度，來保證學(xué)生在合理的時間內(nèi)完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

4） 學(xué)習(xí)反饋和評估：根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和反饋，提供相應(yīng)的反饋和評估，幫助學(xué)生更好地了解自己的學(xué)習(xí)情況和進(jìn)步方向。

2 人工智能在信息技術(shù)課程中的應(yīng)用

2.1 個性化教學(xué)

個性化教學(xué)是指針對每個學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和需求，量身定制教育方案，使學(xué)生能夠更加高效地學(xué)習(xí)。人工智能技術(shù)可以通過分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為[4]、評估學(xué)生的學(xué)習(xí)水平和預(yù)測學(xué)生的學(xué)習(xí)需求等手段，為教師提供更加準(zhǔn)確的教學(xué)建議和方案，從而實(shí)現(xiàn)個性化教學(xué)。

人工智能在個性化教學(xué)中的應(yīng)用主要包括：

1） 人工智能可以收集學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到每個學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和學(xué)習(xí)需求。例如，人工智能可以分析學(xué)生的閱讀時間、答題時間、答題正確率等數(shù)據(jù)，判斷出學(xué)生的知識掌握情況及能力水平。

2） 人工智能可以根據(jù)掌握的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，為每個學(xué)生制定契合個人實(shí)際的個性化教育方案。例如為每個學(xué)生推薦適合他們的專題課程和練習(xí)題等。

3） 人工智能還可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，為每個學(xué)生提供24小時不間斷在線的智能化輔導(dǎo)和糾錯答疑服務(wù)，便于學(xué)生能靈活安排時間學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率和成績。

2.2 智能評估與反饋

教育智能評估與反饋是人工智能在教育教學(xué)工作中必不可少的應(yīng)用之一。人工智能評估和反饋系統(tǒng)能夠自動化地對每個學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)進(jìn)行評估。例如，人工智能可以通過自動批改作業(yè)和測驗(yàn)等方式，為教師提供每個學(xué)生的得分和表現(xiàn)情況，并針對不同的學(xué)生提供不同的評價和反饋。這樣，教師可以更加全面地了解每個學(xué)生的優(yōu)勢和不足，并針對不同的學(xué)生制定不同的教育方案。

教育智能評估與反饋主要包括兩個方面：一是對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評估，包括學(xué)習(xí)水平、學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)習(xí)慣等方面；二是根據(jù)評估結(jié)果，給予學(xué)生針對性的反饋，包括學(xué)習(xí)建議、學(xué)習(xí)資源推薦等。這些反饋都是根據(jù)學(xué)生的具體情況而定制的，能夠更好地幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)效果。

人工智能在教育智能評估與反饋中的應(yīng)用主要有兩種方式：一是基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自動評估系統(tǒng)，通過對大量數(shù)據(jù)的分析和處理，自動評估學(xué)生的學(xué)習(xí)情況；二是基于自然語言處理的智能輔導(dǎo)系統(tǒng)[5]，通過與學(xué)生進(jìn)行自然語言交互，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并給予相應(yīng)的反饋和建議。

2.3 虛擬實(shí)驗(yàn)與仿真

人工智能技術(shù)在信息技術(shù)課程中的另一個重要應(yīng)用是虛擬實(shí)驗(yàn)與仿真。虛擬實(shí)驗(yàn)與仿真是利用計算機(jī)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過模擬真實(shí)場景或?qū)嶒?yàn)環(huán)境，讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和知識掌握的一種教學(xué)方式。例如利用Boson Netsim平臺學(xué)習(xí)路由器和自定義網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及連接，如圖2所示，與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相比，使用它省去了制作網(wǎng)線連接設(shè)備，頻繁變換連接線，不停地往返于設(shè)備之間的環(huán)節(jié)。同時，它的命令也和最新的Cisco的IOS保持一致。可以更好地理解網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，深入地掌握路由、交換設(shè)備的配置與命令。

人工智能技術(shù)在虛擬實(shí)驗(yàn)與仿真中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。首先，人工智能技術(shù)可以優(yōu)化虛擬實(shí)驗(yàn)與仿真的場景和環(huán)境，提高其真實(shí)感和互動性，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度。其次，人工智能技術(shù)可以根據(jù)學(xué)生的個人水平和學(xué)習(xí)習(xí)慣對參數(shù)進(jìn)行智能化的調(diào)整和優(yōu)化，為學(xué)生設(shè)計個性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，幫助學(xué)生更加高效地掌握知識。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比，虛擬實(shí)驗(yàn)與仿真具有更高的靈活性和安全性，利于學(xué)生更好地理解和掌握知識和操作技能。

2.4 在線教育資源的智能推薦

在線教育作為一種新興的教育模式，為學(xué)生提供了更加便利的學(xué)習(xí)方式。然而，由于在線教育資源的數(shù)量龐大，學(xué)生在尋找適合自己的學(xué)習(xí)資源時往往會感到困惑。人工智能可以通過對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和興趣進(jìn)行分析，為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)資源推薦。具體來說，智能推薦系統(tǒng)通過對學(xué)生的歷史學(xué)習(xí)記錄、瀏覽行為、搜索關(guān)鍵詞等信息進(jìn)行分析，提取學(xué)生的學(xué)科偏好、學(xué)習(xí)習(xí)慣和知識水平等方面的特征，從而為其推薦最適合的學(xué)習(xí)資源，如圖3所示。

此外，人工智能還可以通過自然語言處理技術(shù)，對在線教育資源進(jìn)行語義分析和分類，從而可以更加準(zhǔn)確地為學(xué)生推薦符合其需求的學(xué)習(xí)資源。同時，在線教育平臺也可以通過計算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)等對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行監(jiān)控和分析，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)問題，并提供相應(yīng)的解決方案，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和滿意度[6]。

4 人工智能在信息技術(shù)課程中面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢

4.1 面臨挑戰(zhàn)

盡管人工智能在信息技術(shù)課程中的應(yīng)用取得了一定的成果，但仍然面臨一些挑戰(zhàn)。

1） 數(shù)據(jù)隱私與安全問題

隨著人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用不斷增加，數(shù)據(jù)隱私與安全問題也日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用，尤其是在學(xué)習(xí)內(nèi)容的個性化推薦、學(xué)生行為分析、學(xué)習(xí)評估等方面，需要大量的數(shù)據(jù)支持，而這些數(shù)據(jù)往往包含了學(xué)生的個人信息（如姓名、密碼、郵箱賬號、教育背景等）、學(xué)習(xí)記錄等私密數(shù)據(jù)。如何保護(hù)教育領(lǐng)域的數(shù)據(jù)安全和隱私成了一個重要的挑戰(zhàn)。

首先，要建立完善的數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制，確保學(xué)生數(shù)據(jù)的安全和隱私。其中包括制定相關(guān)法律法規(guī)和政策，規(guī)范數(shù)據(jù)收集、存儲、使用和共享的過程。同時，需要加強(qiáng)對數(shù)據(jù)使用者的監(jiān)管和審查，確保他們遵守相關(guān)規(guī)定并且只使用數(shù)據(jù)進(jìn)行合法用途。此外，還需要加強(qiáng)對數(shù)據(jù)泄露和濫用的預(yù)防和打擊，保護(hù)學(xué)生的隱私和權(quán)益。

其次，要加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全技術(shù)的研究和應(yīng)用，確保數(shù)據(jù)在傳輸、存儲和處理過程中不被竊取或篡改。其中包括加密技術(shù)、訪問控制技術(shù)、身份認(rèn)證技術(shù)等多種技術(shù)手段的應(yīng)用。同時，還需要開展數(shù)據(jù)安全漏洞的檢測和修復(fù)工作，及時發(fā)現(xiàn)并解決安全問題。

最后，要加強(qiáng)對人工智能算法的監(jiān)管和評估，確保算法不會對學(xué)生造成負(fù)面影響。這包括對算法的透明度和可解釋性進(jìn)行評估，確保算法的決策過程公正、可理解和可接受。同時，還需要對算法進(jìn)行定期審查和更新，以適應(yīng)需求的不斷變化。

2） 人工智能促進(jìn)教師角色多元化擴(kuò)展

首先，人工智能技術(shù)的應(yīng)用需要教師具備一定的專業(yè)技術(shù)能力和道德修養(yǎng)，才能更好地利用其工作。因此學(xué)校需要加強(qiáng)對教師的技術(shù)培訓(xùn)和支持，提高教師使用人工智能技術(shù)的能力。教師應(yīng)堅(jiān)持以人為本、以德為先的教育理念，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的價值觀和世界觀，培養(yǎng)學(xué)生的法治意識和倫理道德素養(yǎng)，成為人工智能時代的 “行為示范者”。

其次，信息技術(shù)課要培養(yǎng)學(xué)生的AI素養(yǎng)，教室不再是唯一的學(xué)習(xí)場所，學(xué)生將通過在線平臺聯(lián)結(jié)式的、人機(jī)協(xié)同的智能化方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。學(xué)生要掌握利用人工智能技術(shù)解決生活、學(xué)習(xí)問題的能力；在人工智能時代，教師還應(yīng)注重教導(dǎo)學(xué)生如何進(jìn)行批判性和創(chuàng)造性的思考，讓他們明白AI生成的回答并不總是準(zhǔn)確可信的，需要判斷信息來源和真實(shí)性，進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證和思考。教師要成為“AI能力培養(yǎng)者”。

第三，學(xué)生在學(xué)習(xí)和發(fā)展過程中除了會遇到知識技術(shù)性問題和困難外，還會產(chǎn)生有關(guān)道德、情感、信念等方面的問題。人工智能目前不具備人類的情感溝通關(guān)懷能力，教師要發(fā)揮優(yōu)勢、架設(shè)和學(xué)生之間的心橋，探討化解學(xué)習(xí)之外的難題，成為AI不可取代的“心靈溝通者”。

第四，人工智能技術(shù)的發(fā)展需要數(shù)據(jù)分析和挖掘，而這些數(shù)據(jù)往往需要由教師和學(xué)生共同產(chǎn)生。因此，教師需要積極參與人工智能技術(shù)的應(yīng)用中，為其提供足夠的數(shù)據(jù)支持。人工智能技術(shù)為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，但也存在一定的問題和風(fēng)險。例如，人工智能技術(shù)可能會將學(xué)生歸類為某種類型，從而影響其發(fā)展方向。因此，在應(yīng)用人工智能技術(shù)時，教師需要不斷反思教育教學(xué)行為提出反饋，研究解決出現(xiàn)的教育教學(xué)新問題，改進(jìn)教育教學(xué)實(shí)踐、注意保護(hù)學(xué)生的隱私和個人發(fā)展空間，教師要成為人工智能技術(shù)應(yīng)用的“發(fā)展推動者”。

4.2 發(fā)展趨勢

人工智能技術(shù)將更加深入地融入教育領(lǐng)域，越來越多地應(yīng)用在教學(xué)管理的各個環(huán)節(jié)，為學(xué)生提供更加個性化、智能化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。教育數(shù)據(jù)分析將成為教育領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，有助于教師更好地了解學(xué)生需求，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和方法。跨學(xué)科合作將成為教育領(lǐng)域的一大趨勢，未來將利用人工智能技術(shù)解決更多實(shí)際問題，人工智能也逐漸成為信息技術(shù)課程的重要教學(xué)內(nèi)容之一。

5 結(jié)束語

通過對信息技術(shù)課程中人工智能的應(yīng)用研究探索，可以看到人工智能在信息技術(shù)課程中具有廣泛的應(yīng)用前景，通過在個性化教學(xué)、智能評估與反饋、虛擬實(shí)驗(yàn)與仿真、在線教育資源的智能推薦等方面的運(yùn)用，能滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和興趣愛好，為學(xué)生提供更加豐富、深入的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，幫助學(xué)生更好地理解理論概念、掌握實(shí)際操作能力。

人工智能技術(shù)在信息技術(shù)課程中的應(yīng)用仍然存在很多挑戰(zhàn)和問題，如數(shù)據(jù)隱私保護(hù)、算法可解釋性等方面需要進(jìn)一步研究和探索。因此需要不斷加強(qiáng)對人工智能在信息技術(shù)課程中的應(yīng)用研究，推動信息技術(shù)課程的教學(xué)改革和創(chuàng)新，為培養(yǎng)信息技術(shù)人才做出更多貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫亮.人工智能在初中信息技術(shù)課中的應(yīng)用[J].中小學(xué)電教（教學(xué)），2021（11）：11-12.

[2] 聶瑞華，王欣明，李卓越.從概念走向?qū)嵺`：基礎(chǔ)教育大數(shù)據(jù)的框架與實(shí)現(xiàn)研究[J].中國電化教育，2017（3）：70-75.

[3] 江波，章恒遠(yuǎn)，魏雨昂.如何判定自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的有效性：基于因果結(jié)構(gòu)分析框架[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2023，35（2）：95-101.

[4] 陳劍洪，陳劍萍.基于人工智能的體育沉浸式教學(xué)研究[J].當(dāng)代體育科技，2023，13（11）：77-80.

[5] 吳健.開啟“人工智能+”模式 賦能學(xué)校高質(zhì)量發(fā)展[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2023（5）：26-27.

[6] 孟琳，朱偉.課程思政背景下高職語文教學(xué)改革探析[J].時代報告（奔流），2023（5）：113-115.

【通聯(lián)編輯：朱寶貴】