探索人工智能技術(shù)在高等教育改革中的應(yīng)用

摘要：人工智能技術(shù)的杰出表現(xiàn)吸引了眾多學(xué)者對于將人工智能技術(shù)應(yīng)用于教育行業(yè)的研究。無論從學(xué)校教學(xué)管理還是教師教學(xué)輔助和學(xué)生學(xué)習(xí)引導(dǎo)，在高等教育中應(yīng)用人工智能技術(shù)都不可避免并且具有迫切需求。新技術(shù)的實施會面臨工作量增加等挑戰(zhàn)，同時可能存在隱私保護不當(dāng)?shù)蕊L(fēng)險。針對以上問題，持續(xù)、合理的監(jiān)督機制等應(yīng)對方案需要同時實施。研究表明，在人工智能蓬勃發(fā)展的時代，充分利用以其為代表的新信息技術(shù)，抓住機遇，做好充分準備，迎接挑戰(zhàn)，做出調(diào)整，將實現(xiàn)教育變革的又一次飛躍。

關(guān)鍵詞：高等教育改革人工智能應(yīng)用教學(xué)輔助教學(xué)管理

ExploretheApplicationofArtificialIntelligenceTechnologyinHigherEducationReform

ZHANGXingliGAOMingliangJINJinZHOULijun

SchoolofElectricalEngineering，NorthwestMinzuUniversity，Lanzhou，

GansuProvince，730030China

Abstract：Theremarkableperformanceofartificialintelligence（AI）technologyhasattractedmanyscholarstostudytheapplicationofAItechnologytotheeducationindustry.Whetherinschoolteachingadministration，teachingassistanceforeducators，orpersonalizedlearningguidanceforstudents，theapplicationofAItechnologyinhighereducationisinevitableandurgentlyneeded.Theimplementationofnewtechnologieswillfacechallengessuchasincreasedworkload，andtheremayberiskssuchasinadequateprivacyprotection.Addressingtheseissuesrequirestheimplementationofongoing，sensiblesupervisionmechanismsandotherappropriatemeasures.StudiesindicatethatintheeraofburgeoningAI，harnessingthepotentialofnewinformationtechnologies，includingAI，beingproactiveinreadiness，confrontingchallenges，andmakingnecessaryadjustmentswillfacilitateasignificantleapforwardineducationalreform.

KeyWords：Highereducationreform;ArtificialIntelligenceapplication;Teachingassistance;Teachingadministration

隨著核心算法的突破、計算能力的提升及海量互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的支撐，人工智能技術(shù)也迎來了質(zhì)的飛躍，其技術(shù)的發(fā)展和在各行業(yè)的應(yīng)用是世界各國爭相關(guān)注和研發(fā)的焦點。包括了深度學(xué)習(xí)、計算機視覺和自然語言處理技術(shù)在內(nèi)的人工智能，在不斷突破人類智能的界限。高等教育的未來與其密不可分，人工智能在高等教育中的應(yīng)用成為高等教育最強大的變革推動者之一已經(jīng)成為國際共識[1，2]。

1高等教育中引入人工智能應(yīng)用的迫切性

目前，人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在將其相關(guān)技術(shù)作為輔助學(xué)習(xí)的工具和應(yīng)用在智慧校園等方面。工具型輔助教學(xué)包括AI+大數(shù)據(jù)、語音語義識別、計算機視覺識別等應(yīng)用，使線上教育產(chǎn)品趨于個性化。智慧校園將以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的校園工作、學(xué)習(xí)和生活一體化，以各種應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)為載體，使教學(xué)、科研、管理和校園生活充分融合。本文中的討論以輔助教學(xué)工具的應(yīng)用為主。

從學(xué)生的角度來講，他們獲取新知識的途徑和媒介由于互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，相較于之前的任何時期，都更加地多樣化。由于新知識的寬泛程度和獲取的容易程度提高，學(xué)生由被動接受，變成了對于符合自己需求和特點的知識的主動選擇。傳統(tǒng)的教學(xué)方式無論是從內(nèi)容還是形式上，都已經(jīng)無法滿足學(xué)生獲取知識的需求。從教師的角度，在內(nèi)容上，人類無法以計算機那么快的速度更新知識，也無法提供互聯(lián)網(wǎng)所能達到的全面性。在形式上，人灌或者“機灌”都會導(dǎo)致學(xué)生很快失去對課堂的注意力[3]。

人工智能應(yīng)用程序的前景在于它們的效率和功效。人工智能系統(tǒng)可以捕獲范圍更廣、粒度更細的數(shù)據(jù)，能以極低的成本快速地提供出色的觀察和推理。類似ChatGPT的大型語言模型的人機交互方式，可以根據(jù)提示語言進行內(nèi)容生成、代碼編寫、論文撰寫，似乎更能吸引青年一代的注意力。于是引發(fā)了對教育方式的思考，何不結(jié)合這些人工智能方法到教育中，寓教于樂，達到更好的教學(xué)效果？聯(lián)合國教科文組織于2021年出版的《人工智能與教育：政策制定者指南》就包含有關(guān)使用人工智能進行教育管理和交付、學(xué)習(xí)和評估以及增強教師能力和加強教學(xué)等方面的章節(jié)[4]。他們最近還發(fā)布了ChatGPT和高等教育的快速入門指南，概述了ChatGPT的工作原理以及如何在高等教育中使用[5]。

2應(yīng)用的具體措施

人工智能在教育領(lǐng)域不僅會對未來學(xué)校的管理、教育方式和學(xué)習(xí)方式產(chǎn)生重大影響，更重要的是牽動教育理念的變化，推進人工智能與教育融合發(fā)展，是時代賦予教育的使命。

2.1學(xué)校層級的教學(xué)管理

2.1.1

提供預(yù)測信息類：選取影響學(xué)生選課的主要因素（如學(xué)時、課程所屬科目、教師、授課方式、考試形式、考核方式設(shè)置等）作為特征，建立預(yù)測模型去預(yù)測其他課程的選課情況。使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法訓(xùn)練以往的數(shù)據(jù)去預(yù)測各省份錄取新生報到注冊率，提前進行合理的資源安排，如寢室分配、班級分配等。Chu等人總結(jié)了1996年至2020年高等教育中被引用次數(shù)最多的50篇人工智能論文，發(fā)現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的預(yù)測是最常討論的[6]。

2.1.2

因素分析類：有研究人員使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策樹和邏輯回歸三種機器學(xué)習(xí)算法分析學(xué)生輟學(xué)的可能因素和預(yù)測輟學(xué)。作者以最近8年中25224名美國大學(xué)新生的數(shù)據(jù)作為特征，如年齡、性別、種族、績點、學(xué)費的來源等，得出結(jié)論：對本科生輟學(xué)影響最大的因素是學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和他們是否獲得了經(jīng)濟支持[7]。學(xué)?？筛鶕?jù)預(yù)測結(jié)果，向有輟學(xué)風(fēng)險的學(xué)生提供必要的幫助和支持。另外，對于就業(yè)方向迷茫并且愿意提供自己成長數(shù)據(jù)的學(xué)生，可以通過基于數(shù)據(jù)的分析，幫助學(xué)生在就業(yè)選擇方向上給出參考[8]。

2.1.3

人工智能技術(shù)支撐的智慧教室實現(xiàn)輔助教學(xué)功能。在工科的專業(yè)課中，教師經(jīng)常需要在課堂上演示儀器的使用和結(jié)構(gòu)。目前還是主要通過多媒體圖片和視頻等形式，展示的實物都是二維的，很難使學(xué)生真正全面地看到要展示的儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和理解其工作原理。如果在類似這樣的課堂中引入AR/VR技術(shù)，當(dāng)學(xué)生點擊儀器某個部位的時候，該部位就可以從整個儀器中分解出來，并且可以通過拖拽放大以三維的形式呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，他們就可以了解該零件更多的細節(jié)。其次，可實現(xiàn)更生動地遠程教學(xué)，特別是對于工程專業(yè)的學(xué)生，有行業(yè)經(jīng)驗的工程師可以在工廠實地進行實踐示范教學(xué)。另外，對室內(nèi)環(huán)境的智能感知控制可以提供更舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境，如室內(nèi)燈光、溫濕度、空氣質(zhì)量等。最后，學(xué)生出勤率、學(xué)生課堂反映統(tǒng)計分析，可以精準地提前察覺學(xué)生在學(xué)習(xí)上的異常，教師可以及時對于這些學(xué)生予以關(guān)注和幫助。

智慧教室可以進行數(shù)據(jù)采集，根據(jù)學(xué)生正在查看的內(nèi)容和持續(xù)的時間、交互的動作、面部表情識別（如傾聽、思考、疑惑、走神等）和眼睛專注（如跟蹤學(xué)習(xí)者眼球運動識別其無聊和注意力分散狀態(tài)）的時長等信息，基于關(guān)注度、參與度、疑難度、活躍時間等方面數(shù)據(jù)評價課堂教學(xué)效果。通過模型的分析，教師可以實時學(xué)生得到學(xué)生關(guān)注的知識內(nèi)容、情緒感知與狀態(tài)等信息的總結(jié)，教師隨時調(diào)整授課方法或鼓勵學(xué)生互動[9]。有研究人員基于師生對話文本及計算機視覺技術(shù)（包括表情識別與視線檢測）建立課堂教學(xué)自動評價體系[10]。多模態(tài)數(shù)據(jù)下的課堂教學(xué)評價模型，挖掘了數(shù)據(jù)間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，可以更客觀及時地給予教師和學(xué)生反饋。

2.2教師層級的教學(xué)輔助

實際上人工智能技術(shù)已經(jīng)在不知不覺中進行著教學(xué)輔助工作。比如老師們在工作中常用到的word，其中已經(jīng)集成了利用了深度學(xué)習(xí)和自然語言處理技術(shù)的拼寫檢查和用詞建議功能。教師可以使用ChatGPT起草課程大綱，生成講課內(nèi)容、作業(yè)題目和評分標準。人工智能技術(shù)的應(yīng)用可以實時分析學(xué)生的表現(xiàn)數(shù)據(jù)，教師能更早地識別學(xué)習(xí)差距，調(diào)整教學(xué)策略，為有困難的學(xué)生提供額外的支持。在考試后的閱卷中可以運用計算機視覺技術(shù)，通過將掃描后的試卷進行識圖處理，提取其中的作答部分，與預(yù)設(shè)的評分規(guī)則進行對比，實現(xiàn)自動評分。利用機器學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練打分模型，還可以對主觀題進行評分。讓老師有更多時間用于課程的創(chuàng)新和專業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)研究等具有更高價值的工作，同時緩解了人類偏見在主觀題上評分造成的誤差。2019年的一項研究表明，在人工評分的論文數(shù)據(jù)集上訓(xùn)練生成的模型與人工評分的相關(guān)性為0.86，能很好地識別好的論文的關(guān)鍵特征[11]?？荚嚱Y(jié)束后，通過機器學(xué)習(xí)方法分析歷年試卷，建立知識點庫，利用歷年學(xué)生答題的對錯情況，1、將知識點分難、中等、容易等；2、失分多的地方在之后的教學(xué)中注意加強講解，優(yōu)化課程學(xué)時的分配。

2.3學(xué)生層級的學(xué)習(xí)引導(dǎo)

人工智能技術(shù)整合開放的教育資源，并可以精準地推送給學(xué)生。許多在線課程資源免費開放，學(xué)生可以聽到名校教師講課，使教育資源的分配更加平均，彌補了國家之間、地區(qū)之間的教育資源差距。相比于傳統(tǒng)的如教科書的教育材料，開放式教育資源可以快速更新、調(diào)整和改進。人工智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)提供引人入勝的交互式學(xué)習(xí)體驗來提高學(xué)生的參與度，如交互式測驗或游戲，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和練習(xí)重要概念。虛擬聊天機器人助教提供隨時隨地的輔導(dǎo)。美國佐治亞理工學(xué)院和瓦爾登大學(xué)的人工智能虛擬研究生助教（JillWatson和Julian）可以在任何時間在在線論壇上回答學(xué)生的問題。類似ChatGPT的大語言模型，通過聊天的方式與學(xué)生進行交互，可以根據(jù)學(xué)生的個人學(xué)習(xí)需求和進度，為他們提供個性化輔導(dǎo)和反饋。研究表明，基于生成模型的對話代理通過給學(xué)生提供個性化的教學(xué)輔導(dǎo)，幫助學(xué)生提高了學(xué)習(xí)成果[12]。ChatGPT還可以幫助工程相關(guān)學(xué)科的學(xué)生編寫代碼、調(diào)試程序和理解算法。它以所有互聯(lián)網(wǎng)上的知識為背景，通過提供來自多個領(lǐng)域的見解來彌合這些跨學(xué)科差距，可以促進對復(fù)雜問題的整體理解。計算機視覺技術(shù)可以實現(xiàn)拍照搜題，然后推送相應(yīng)的視頻講解相關(guān)的問題。

3可能面臨的挑戰(zhàn)

新的人工智能系統(tǒng)平臺的使用，需要教師參加培訓(xùn)和學(xué)習(xí)。教師要制訂新的教學(xué)方案，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，使教學(xué)和教輔崗位的工作量都大幅度增加，導(dǎo)致他們不愿意去探索人工智能應(yīng)用在高等教育中的潛力。推進的速度過快，教職員工則可能產(chǎn)生抵觸情緒。人工智能技術(shù)的加入會要求引入新的技術(shù)和設(shè)備，這些在建設(shè)初期會造成學(xué)校運營的成本增加。

4需要做出的調(diào)整

相關(guān)應(yīng)用人員培訓(xùn)：引入新的科技雖然不能取代教師，但使用科技的教師能取代不使用科技的教師。培訓(xùn)的重點之一是使被培訓(xùn)人員意識到改革的重要性、緊迫性和它帶來的好處。培訓(xùn)需要行政人員和教師了解這些工具的優(yōu)點和缺點，并明確教師的參與會使數(shù)據(jù)集更健全，模型更健壯，得到的結(jié)果更準確。培訓(xùn)和新技術(shù)的引進都需要循序漸進。學(xué)校需要在全校范圍內(nèi)討論人工智能對行政管理、教學(xué)和科研的影響。人工智能對于現(xiàn)代先進高效的教育方式已經(jīng)是必選項。校方必須仔細評估人工智能將如何影響未來的勞動力市場，包括教育行業(yè)。這種分析應(yīng)該能使教育工作者和學(xué)生都重新思考教育途徑，讓老師和學(xué)生都為人工智能將在其中發(fā)揮重要作用的混合勞動力市場做好準備。同時，學(xué)校應(yīng)該組建專門的人工智能項目組，分析結(jié)合自己學(xué)校的特點，研究將人工智能加入教育中將帶來的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)。同時注意討論并解決諸如數(shù)據(jù)收集和所有權(quán)、知識產(chǎn)權(quán)、數(shù)據(jù)存儲、安全以及各利益相關(guān)者的權(quán)利和隱私等問題。學(xué)校需要安排教師參加培訓(xùn)，學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)在教育中的融合方法，將人工智能技術(shù)納入其教學(xué)計劃中。了解人工智能的局限性及在教育中教師的價值的保留是也是必不可少的一部分。

伴隨著人工智能技術(shù)不可避免地融入，高等教育的主要目標發(fā)生了改變，重點從培養(yǎng)與信息識別、收集、理解和應(yīng)用解決問題相關(guān)的技能轉(zhuǎn)向磨練研究技能，包括信息分析、比較、評估、篩選、解釋以及生成和創(chuàng)建的能力。這種轉(zhuǎn)變鼓勵學(xué)生在新技術(shù)快速涌現(xiàn)和迭代的時代，不斷發(fā)現(xiàn)新的挑戰(zhàn)并思考設(shè)計最佳解決方案。

人工智能技術(shù)引入教育的不斷完善需要建立一個持續(xù)的監(jiān)督過程來檢查這些工具是否有效，是否對應(yīng)用的學(xué)生群體有效。需要建立合理全面的評分機制，周期地對當(dāng)前的方法進行審核，及時了解目前的方法是否依然有用。在使用的過程中持續(xù)地聽取學(xué)生和教職工的意見，了解他們的擔(dān)憂以及他們希望從應(yīng)用中得到什么結(jié)果。

各個部門要將數(shù)據(jù)電子化，并對多元異構(gòu)的數(shù)據(jù)進行清洗、整合、挖掘和關(guān)聯(lián)分析，才能實現(xiàn)更準確的預(yù)測和推送。要求領(lǐng)導(dǎo)層有更好的統(tǒng)籌規(guī)劃和各部門的協(xié)調(diào)和溝通能力。

5可能存在的風(fēng)險

數(shù)據(jù)可能是過時的和片面的。用十年前的學(xué)生的數(shù)據(jù)建立的模型就未必適用于當(dāng)代的學(xué)生；排名差別過大的學(xué)校的學(xué)生數(shù)據(jù)互用，也會導(dǎo)致不準確的推薦。有錯誤或者帶有偏見的數(shù)據(jù)也會污染模型，導(dǎo)致AI生成的結(jié)果成為了偏見延續(xù)甚至強化，讓學(xué)生獲得不客觀或不公平的教育體驗。需要提前分析應(yīng)用的場景，對數(shù)據(jù)進行謹慎的篩選和清洗，建立合理的評估標準。

類似于ChatGPT的輔助工具的使用可能會引發(fā)抄襲、知識產(chǎn)權(quán)等道德和法律問題，擾亂學(xué)術(shù)誠信。盡管人工智能生成的內(nèi)容檢測工具的研發(fā)數(shù)量一直不停地增長，高校和教師們?nèi)孕枰屑毧紤]這些道德和法律因素。

學(xué)生在學(xué)習(xí)中過度依賴人工智能技術(shù)，或者完全相信其產(chǎn)生的答案，懶于思考，失去獨立思考能力和批判性思維。人工智能可以總結(jié)提煉已經(jīng)存在的知識，但無法取代培養(yǎng)學(xué)生的思考能力。需要教師引導(dǎo)學(xué)生如何正確地使用人工智能工具和技術(shù)；虛擬助教的設(shè)置要引導(dǎo)學(xué)生思考并逐步得出正確答案，而不是直接給出最后答案。

隱私和數(shù)據(jù)保密問題。要對學(xué)生做個性化定制，需要大量收集他們的數(shù)據(jù)，可能導(dǎo)致由數(shù)據(jù)泄露和數(shù)據(jù)濫用帶來的數(shù)據(jù)隱私的安全風(fēng)險。使用者需要接受關(guān)于數(shù)據(jù)使用的倫理、道德、法律的培訓(xùn)。機構(gòu)需要建立完善的數(shù)據(jù)監(jiān)管機構(gòu)。

運用人工智能進行作業(yè)批改，雖然能極大地提高效率，但存在著標準化批改問題，學(xué)生思維的多樣性會因消極的評分反饋而制約。需要教師的不斷參與反饋修正模型，使模型更加健全。線上的工具也會削弱學(xué)生對教師的信任度，但師生關(guān)系與學(xué)生的大學(xué)體驗和學(xué)習(xí)興趣息息相關(guān)。要求教師與學(xué)生更多地溝通交流，鼓勵學(xué)生表達自己想法的多樣性。

僅依賴技術(shù)指標可能導(dǎo)致不完善的評價體系。如僅依靠課堂教學(xué)的共性特征設(shè)計指標（如追蹤學(xué)生眼球的轉(zhuǎn)動來推斷學(xué)生的注意力是否集中，進而判斷教師課堂的吸引力）只能評價教師教學(xué)的基本規(guī)范，無法使評價深入學(xué)科。如果課堂授課內(nèi)容設(shè)置得相對簡單的話，可以在統(tǒng)一的評價方式下得到較高的分數(shù)。

6、結(jié)語

高等教育要擁抱和善于利用人工智能，而不是忽視、害怕或者抵觸，高等教育機構(gòu)應(yīng)該認真制訂計劃來采用和整合這項技術(shù)，教育理念、目標和評價體系同步改革，幫助學(xué)生做好在人工智能無處不在的世界中工作的準備。人工智能技術(shù)不會終結(jié)教育，只會為加速教育轉(zhuǎn)型提供巨大幫助。人工智能賦能教育的宗旨是以人工智能技術(shù)為手段，實現(xiàn)更高效的教育，需警惕因為在技術(shù)上的過度注意而忽略了應(yīng)用的目的和教學(xué)改革的主體。

參考文獻

[1]嚴曉梅，高博俊等.智能技術(shù)變革教育的發(fā)展趨勢[J].中國電化教育，2019（7）：31-37.

[2]余勝泉.“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，教育走向何方[J].中國德育，2017（14）：46-50.

[3]祝士明，劉帥瑤.世界高校智能教育的發(fā)展脈絡(luò)及啟示[J].中國電化教育，2019（11）：49-59.

[4]FengchunMiao等.AIandEducation：GuidanceforPolicy-Makers.UnitedNationsEducational，ScientificandCulturalOrganization，2021.

[5]EmmaSabzalieva，AriannaValentini.ChatGPTandArtificialIntelligenceinHigherEducationQuickStartGuide.UnitedNationsEducational，ScientificandCulturalOrganization，2023.

[6]Chu，H.，Tu，Y.，&Yang，K..Rolesandresearchtrendsofartificialintelligenceinhighereducation：Asystematicreviewofthetop50most-citedarticles[J].AustralasianJournalofEducationalTechnology，2022，38（3）：22–42.

[7]Feng，S.，Zhou，S.，Liu，Y.Researchondatamininginuniversityadmissionsdecision-making[J].InternationalJournalofAdvancementsinComputingTechnology，2011，3（6），176–186.

[8]DouglasBelkin.CollegesMineDataonTheirApplicants[EB/OL].（2019-01-26）[2024-03-10].https：//www.wsj.com/articles/the-data-colleges-collect-on-applicants-11548507602

[9]韓麗，李洋等.課堂環(huán)境中基于面部表情的教學(xué)效果分析[J].現(xiàn)代遠程教育研究，2017，（4）：97-103.

[10]駱祖瑩，張丹慧.課堂教學(xué)自動評價及其初步研究成果[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2018，28（8）：38-44.

[11]Kim，S.，Park，J.，Lee，H.Automatedessayscoringusingadeeplearningmodel[J].JournalofEducationalTechnologyDevelopmentandExchange，2019，2（1），1-17.

[12]Chen，Y.，Chen，Y.，Heffernan，N.（2020）.Personalizedmathtutoringwithaconversationalagent.arXivpreprintarXiv：2012.12121.