人工智能技術(shù)與大學計算機基礎(chǔ)課程教學融合路徑探索

［摘 要］在人工智能與教育教學深度融合的趨勢下，文章以大學計算機基礎(chǔ)課程教學現(xiàn)狀與需求為切入點，對人工智能概念及關(guān)鍵技術(shù)進行梳理，闡述課程深化改革的重要性，分析人工智能技術(shù)在教育教學中的應用，展現(xiàn)新技術(shù)在教育領(lǐng)域的應用價值和推廣性，探討教學模式創(chuàng)新、課程內(nèi)容重構(gòu)、教學方法改進、教學管理提效以及教學評價優(yōu)化的路徑，推進人工智能技術(shù)與大學計算機基礎(chǔ)課程教學的融合，以期為實現(xiàn)教育現(xiàn)代化提供新思路和參考。

［關(guān)鍵詞］人工智能；大學計算機基礎(chǔ)；教學融合；教育信息化

［中圖分類號］G642 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）16-0060-04

隨著信息技術(shù)高速發(fā)展，大學教育經(jīng)歷了一系列教學范式變革，從早期的E?Learning，即利用信息和通信技術(shù)輔助傳統(tǒng)課堂教學，發(fā)展到近年來依托MOOC、SPOC、學堂在線和超星學習通等在線開放教育平臺的微課、翻轉(zhuǎn)課堂以及線上線下混合教學模式，標志著信息技術(shù)與教育教學的深度融合。然而，在智能時代，人工智能賦予了教育新的功能，并在推進智能教育發(fā)展方面表現(xiàn)出極大潛力，開啟了人機交互的智慧教學新模式[1]。2018年，教育部印發(fā)的《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》指出，要利用智能技術(shù)支撐人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新、教學方法的改革、教育治理能力的提升，要探索基于人工智能的新教學模式[2]。2019年，習近平總書記向國際人工智能與教育大會致賀信，強調(diào)了中國高度重視人工智能對教育的深刻影響，積極推動人工智能和教育深度融合，促進教育變革創(chuàng)新[3]。因此，如何利用人工智能技術(shù)推動大學計算機基礎(chǔ)課程教學的持續(xù)優(yōu)化發(fā)展，以應對新的教學任務和時代需求，成為計算機教學工作者不斷探索與實踐的重要課題。

一、人工智能概述

（一）人工智能相關(guān)概念

人工智能（Artificial Intelligence，AI）這一術(shù)語最早由約翰·麥卡錫在1956年的達特茅斯會議上提出，其概念隨時間的推移而不斷演變，但至今尚未有統(tǒng)一定義，普遍被認為是計算機通過模擬人類的思維過程和智能行為，以執(zhí)行任務并實現(xiàn)自我迭代改進的智能系統(tǒng)[4]。它通過分析大量數(shù)據(jù)來探索人類智能活動的規(guī)律，核心在于開發(fā)和應用算法、模型及技術(shù)，使機器能夠感知、理解、學習、推理、決策、交互和解決問題，旨在模擬、延伸甚至超越人類智能。近年來，隨著大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實和網(wǎng)絡通信等技術(shù)的迅猛發(fā)展，人工智能領(lǐng)域取得了顯著的技術(shù)進步和前沿突破，在各行各業(yè)中產(chǎn)生了前所未有的深度影響力。

（二）人工智能主要技術(shù)

人工智能的發(fā)展經(jīng)歷多個階段的起伏與變革，呈現(xiàn)出螺旋式緩慢上升的趨勢，每個階段的跨越都是在前一階段研究成果和技術(shù)積累的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。從智能發(fā)展的角度看，人工智能經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：基于計算機智能的任務執(zhí)行、智能感知的環(huán)境理解、智能認知的高級思維模擬[5]。隨著當前計算機技術(shù)和算法的進步，人工智能正飛速朝著模擬人類高級認知過程的方向發(fā)展，主要技術(shù)有自然語言處理、機器學習、深度學習、知識圖譜、計算機視覺、機器人技術(shù)以及人工智能代理等。其中，自然語言處理使計算機能夠理解、解釋、生成和模擬人類語言；機器學習使計算機能夠通過數(shù)據(jù)來學習和自動改進性能；深度學習通過多層神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)對高復雜性數(shù)據(jù)的特征學習和模式識別；知識圖譜能以符號形式描述物理世界中的概念及其語義關(guān)系；計算機視覺使計算機能夠發(fā)現(xiàn)、觀察和理解圖像和視頻中的視覺信息；機器人技術(shù)通過開發(fā)具備智能的編程機器人，協(xié)助人類自動優(yōu)化地執(zhí)行任務；人工智能代理能夠感知環(huán)境、自主決策和執(zhí)行任務，以實現(xiàn)預定目標。在人工智能技術(shù)的推動下，智能系統(tǒng)能更好地理解、學習和適應復雜環(huán)境，并執(zhí)行以往僅人類能夠勝任的任務和決策。

二、大學計算機基礎(chǔ)課程教學現(xiàn)狀與需求

大學計算機基礎(chǔ)課程是普通高校非計算機專業(yè)學生的公共必修課，旨在培養(yǎng)學生綜合運用計算機知識和技能解決問題的能力，并提升他們自主學習和適應新技術(shù)發(fā)展的能力。近年來，為滿足課程思政建設的要求和教學的實際需求，大學計算機基礎(chǔ)課程進行了一系列教學改革，包括教學資源、教學內(nèi)容、教學設計、教學實施和考核評價等。教育部在2018年發(fā)布的《教育信息化2.0行動計劃》中強調(diào)，以教育信息化支撐引領(lǐng)教育現(xiàn)代化，信息技術(shù)和智能技術(shù)深度融入教育全過程[6]?？梢?，積極開展大學計算機基礎(chǔ)課程智能教育的探索與實踐，全面融人工智能技術(shù)于教學資源建設、課程設計、教學互動、個性化學習及教學評估等環(huán)節(jié)，以發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，對提高教學質(zhì)量和管理效率，推進教育現(xiàn)代化具有重要意義。

三、人工智能技術(shù)在教育教學中的應用

近年來，人工智能在全球不斷掀起科技創(chuàng)新的浪潮，特別是以無人駕駛、數(shù)字孿生、元宇宙和大語言模型等為代表的新一代人工智能技術(shù)，正引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展新趨勢，為金融、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、制造、交通、教育、國防、能源以及娛樂等領(lǐng)域帶來了機遇與挑戰(zhàn)。在此背景下，智能教育作為教育發(fā)展的新模式應運而生，通過利用智能系統(tǒng)、算法、數(shù)據(jù)分析和認知計算構(gòu)造智能化學習環(huán)境，為學習者提供更優(yōu)化的教學資源配置，以及更高效、更個性化的學習體驗，助力教育信息化的智能升級、融合創(chuàng)新。著眼于智能教育的整體目標，人工智能技術(shù)在教育教學中的應用及影響愈發(fā)顯著。它不僅極大地促進了教師角色從傳統(tǒng)知識傳授者向引導者、組織者、協(xié)調(diào)者和陪伴者等多重身份的轉(zhuǎn)變，還推動了“師—生—機”協(xié)同共生教育生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建[7]以及教育教學全過程的重構(gòu)?，F(xiàn)階段人工智能技術(shù)在國內(nèi)外教育領(lǐng)域中常見的應用形態(tài)[8-9]包括自動化測評、個性化學習、自適應學習、智能輔導、教育游戲、智能教學助手、智能機器人、教學管理、學習評價、情感分析、語言學習以及輔助殘障學生等。隨著技術(shù)的不斷進步，這些應用形態(tài)將持續(xù)拓展和深化，為整體教育水平的提高注入新動力。

四、人工智能技術(shù)與大學計算機基礎(chǔ)課程教學的融合路徑

（一）融入人工智能技術(shù)的教學模式創(chuàng)新

人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的應用正推動著教育教學的創(chuàng)新發(fā)展，這必將引發(fā)教學模式和教學理念的新變革。目前，大學計算機基礎(chǔ)課程普遍采用線上線下混合式教學模式，相較于傳統(tǒng)面對面教學，其優(yōu)勢在于打破了時間和空間的限制，不僅能讓學生獲得個性化的學習體驗，還便于教師高效整合優(yōu)質(zhì)在線資源，從而豐富教學內(nèi)容，提高學生的課堂參與度。這種個性化學習主要體現(xiàn)在學生能夠自主選擇學習的時間、地點、進度、學習資源以及師生互動方式，但更多還是依賴于人的決策和靈活性。為了進一步提升個性化學習的效果，可以根據(jù)學生的個性特征、能力、學習風格和知識水平構(gòu)建學習者畫像模型，并利用特征匹配、協(xié)同過濾或知識建模等方法，為學生推薦最優(yōu)學習路徑[10]。這樣既能根據(jù)學生的學習進度和認知理解能力調(diào)整學習資源的難度和復雜度，也能為學生提供精準的學習過程引導和適時的學習方案，從而更好地滿足學生個性化學習的需求。基于人工智能技術(shù)的個性化學習主要依賴于數(shù)據(jù)驅(qū)動和算法的自動化決策，在個性化學習與自適應學習方面表現(xiàn)出更高的先進性，不僅有助于學生高效達成學習目標，還能促進他們自主學習能力和終身學習能力的發(fā)展。

（二）利用人工智能技術(shù)的課程內(nèi)容重構(gòu)

大學計算機基礎(chǔ)課程的知識面廣，涉及計算機基礎(chǔ)理論和應用實踐。教師利用豐富的在線教學資源，能夠根據(jù)不同專業(yè)學生的特點，精心設計教學內(nèi)容，并制作成微課，為不同水平學生提供個性化拓展資源。實施差異化教學通常會增加教師的工作負擔，而借助機器學習、深度學習、數(shù)據(jù)分析、知識圖譜以及AIGC技術(shù)，教師可以更全面地了解學生的學習需求，實時調(diào)整教學策略，并預測學生在學習中可能遇到的困難，從而為他們提供合適的學習資料，同時有效減輕工作負擔。目前，美國內(nèi)容技術(shù)公司（Content Technologies Inc.）已實現(xiàn)利用深度學習技術(shù)對美國的一些現(xiàn)有課程教育資源進行識別與整合，生成和提供定制書籍與學習教材，并能將復雜的學習內(nèi)容分解成更便于學習的內(nèi)容[11]，幫助學生提升學習效率?？梢?，未來準確的課程內(nèi)容設計和學習者畫像模型構(gòu)建是實現(xiàn)個性化學習的關(guān)鍵，直接影響著學生的學習效率和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

（三）結(jié)合人工智能技術(shù)的教學方法改進

課堂教學是高校育人的主渠道，其質(zhì)量直接決定了學生的學習成效。保障課堂教學質(zhì)量關(guān)鍵在于采用包容開放的教學模式、設計豐富多樣的教學內(nèi)容、運用靈活有效的教學方法以及組織互動有趣的教學活動。在當前的教育環(huán)境中，利用人工智能技術(shù)開展智慧化的課堂教學是必然選擇，它不僅能在教學資源整合、課程內(nèi)容重構(gòu)、數(shù)據(jù)采集與分析、學情動態(tài)追蹤以及學生學習行為表征等方面為教師提供技術(shù)支持，幫助教師實施個性化教學和輔導，也能為實現(xiàn)學生個性化學習、自適應學習、學習資源定制與推薦以及學習反饋等提供技術(shù)保障，促進學生深度學習能力的發(fā)展。現(xiàn)階段大學計算機基礎(chǔ)課堂教學主要采用課堂講授、在線學習、案例演示、問題導向、任務驅(qū)動、合作學習、實踐操作以及小組項目等多元化的教學方法，教師根據(jù)具體教學目標和教學內(nèi)容靈活選擇和結(jié)合不同的教學方法。借助智能機器人、AI智能教學助手，以及智能學習系統(tǒng)、程序和軟件，教師可以創(chuàng)新實施翻轉(zhuǎn)課堂模式，為學生設置課堂外的學習目標，將更多時間和精力投入教學活動中，引導學生獲取知識、啟發(fā)智慧、發(fā)展?jié)摿?，并解答學生的疑問，加強知識鞏固訓練。同時，鼓勵學生掌握自主探究、問學結(jié)合、實踐反思的學習方法，從而更高效地完成課堂教學任務，提升課堂教學效果。

（四）依托人工智能技術(shù)的教學管理提效

教學管理是教育工作的重要組成部分，負責監(jiān)測、控制和協(xié)調(diào)教學過程的各個環(huán)節(jié)，對課堂效率和教學效果產(chǎn)生直接影響。大學計算機基礎(chǔ)課程通常采用集體授課形式進行教學，但由于學生個體差異性較大，教學管理工作復雜且煩瑣，若僅依賴教師管理和基礎(chǔ)水平的信息化系統(tǒng)，難以實現(xiàn)個性化和精細化的教學管理。

將人工智能技術(shù)應用在教學管理中，可以顯著提高管理效率。一方面，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動和算法模型決策的智能教學管理系統(tǒng)能夠采集、分析和處理大量學生行為數(shù)據(jù)，準確識別學生的學情和個性化學習需求，實時跟蹤并評估其學習效果，有效預測其學習成果。這不僅能幫助教師及時調(diào)整課程規(guī)劃、教學策略和教學資源配置，還能精準實施個性化學習輔導、答疑和心理疏導，為學生提供更優(yōu)質(zhì)、高效的教學服務。另一方面，借助智能設備和智能處理技術(shù)，教師能夠自動化處理繁雜的教學管理任務，如考勤管理、學生課堂行為監(jiān)督與反饋、課堂表現(xiàn)評估、成績統(tǒng)計、學習報告生成以及考評管理等，構(gòu)建更加完善的學生學習數(shù)據(jù)庫，這不僅方便日后快速、精準地調(diào)取和利用學生個體的數(shù)據(jù)信息，還能通過對這些數(shù)據(jù)信息的分析，進一步完善和優(yōu)化教學管理工作。

（五）借助人工智能技術(shù)的教學評價優(yōu)化

教學評價是提高教育教學質(zhì)量的重要手段，它具備監(jiān)督、導向、診斷、分析和反饋的功能，能夠強化教學效果，并為教學提供決策指導服務。大學計算機基礎(chǔ)課程普遍采取問卷調(diào)查、數(shù)字化評價系統(tǒng)、訪談、同行評審、教學督導聽評課、教師教學反思與自評以及教學成果評價等方式對教師教學工作進行評價。然而，受個人偏見、數(shù)據(jù)不完備、課堂表現(xiàn)的非常態(tài)化、專家經(jīng)驗與主觀分析以及非教學因素的干擾，評價結(jié)果可能缺乏科學性、專業(yè)性和客觀性。通過收集課堂教學中的師生語音、面部表情、身體姿態(tài)、課堂互動以及生理信號等多模態(tài)數(shù)據(jù)，建立課堂語言、行為和情感測評數(shù)據(jù)集，并利用人工智能技術(shù)對數(shù)據(jù)集進行自動識別與分析，能夠形成多元化的課堂教學智能評價，實現(xiàn)師生成長軌跡的精準追蹤與預測[12]。人工智能技術(shù)能夠提高教學評價的效率和準確性，但由于其只能采集和分析量化數(shù)據(jù)，評價結(jié)果可能在全面性與深度上有所不足。因此，人工智能不應被視為教學評價的決定性標準，而應作為輔助教師進行數(shù)據(jù)分析和教學反思的評估工具。

五、結(jié)語

在智能時代背景下，隨著國家政策引導、新技術(shù)發(fā)展和教育信息化需求的演變，人工智能與教育教學的融合日益緊密，教育教學正朝著智能化、個性化、精準化和泛在化的方向發(fā)展。面對新形勢和新要求，大學計算機基礎(chǔ)課程教育工作者要積極探索如何利用人工智能新技術(shù)、新產(chǎn)品來優(yōu)化教學模式、更新教學內(nèi)容、改進教學方法、提升教學管理效率和完善教學評價，以推動人工智能與課程教學的深度融合，實現(xiàn)課程教學的更大突破和創(chuàng)新，進而提升教學質(zhì)量和效率。盡管人工智能技術(shù)在教育教學中應用廣泛，為教育工作者提供了科學高效的決策支持，并為學習者創(chuàng)造了個性化的交互式學習體驗，但要實現(xiàn)人工智能技術(shù)與課程教學的深度融合，不僅需要學校相關(guān)部門進一步重視智能教學系統(tǒng)和智能設備的引進與建設，還需要提高教育工作者的智能教育意識及信息化技能水平。此外，教育工作者需長期不懈地探索和實踐，以實現(xiàn)人工智能技術(shù)與課程教學的深度融合，共同推動教育事業(yè)的發(fā)展。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 高斐. AI開啟智慧教學新模式[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備， 2020（11）：22-23.

[2］ 中華人民共和國教育部. 教育部關(guān)于印發(fā)《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》的通知[EB/OL].（2018-04-03）[2024-03-05].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s7062/201804/t20180410_332722.html.

[3] 習近平向國際人工智能與教育大會致賀信[EB/OL].（2019-05-16）[2024-03-05].http：//www.qstheory.cn/yaowen/2019-05/16/c_1124502535.htm.

[4] RUSSELL S，NORVIG P. 人工智能：現(xiàn)代方法[M].4版.張博雅，陳坤，田超，等譯.北京：人民郵電出版社， 2022.

[5］ 王東，利節(jié)，許莎. 人工智能[M]. 北京：清華大學出版社， 2019.

[6] 中華人民共和國教育部. 教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》的通知[EB/OL].（2018-04-18）[2024-03-05].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html.

[7] 崔金貴，馬瑩瑩. 我國人工智能教育研究進展與展望[J]. 高校教育管理， 2023，17（6）： 31-39.

[8] 張爽. 美國“AI+教育”應用探索[J]. 上海信息化， 2020（1）：54-57.

[9] 楊凱鴿，董雪. 人工智能技術(shù)在教育中的應用現(xiàn)狀與展望[J]. 科技創(chuàng)新與應用， 2022，12（12）：189-192.

[10] 王劍，李易清，石琦. 融合多維偏好與知識追蹤的個性化學習路徑推薦：以“系統(tǒng)建?！闭n程為例[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù)， 2023，33（11）：99-108.

[11］ 王正青，但金鳳. 人工智能技術(shù)在美國學校教學中的應用領(lǐng)域與推進策略[J]. 比較教育研究， 2020，42（6）：43-49.

[12] 吳立寶，曹雅楠，曹一鳴. 人工智能賦能課堂教學評價改革與技術(shù)實現(xiàn)的框架構(gòu)建[J]. 中國電化教育， 2021（5）：94-101.

［責任編輯：梁金鳳］