人工智能在高等教育領(lǐng)域中的應(yīng)用和挑戰(zhàn)

[摘 要]工業(yè)4.0時(shí)代，人工智能技術(shù)推進(jìn)了各行業(yè)、各領(lǐng)域的重大變革。高等教育也迎來了數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。本文從人工智能技術(shù)在教育行業(yè)的興起出發(fā)，圍繞AI助教、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室、智能教學(xué)評價(jià)、視頻教學(xué)資源制作、多媒體課件制作五個(gè)方面探討了人工智能在高校中的應(yīng)用。提出人工智能在帶來機(jī)遇的同時(shí)，對高校數(shù)據(jù)和隱私安全也帶來挑戰(zhàn)，可能造成師生對技術(shù)的過度依賴，產(chǎn)生數(shù)字鴻溝。高等院校在迎接人工智能技術(shù)帶來便利的同時(shí)，也要著力尊重和維護(hù)人類自主性和創(chuàng)新性，加強(qiáng)人工智能師資隊(duì)伍建設(shè)，推動教師完成角色轉(zhuǎn)變和能力提升。

[關(guān)鍵詞]人工智能；高等教育；應(yīng)用；挑戰(zhàn)

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)“人工智能是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動力量，將對全球經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人類文明進(jìn)步產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[1]”。當(dāng)前，人工智能應(yīng)用進(jìn)入爆發(fā)式增長，工業(yè)、醫(yī)療、金融、互聯(lián)網(wǎng)、家居等領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)新模式、新業(yè)態(tài)。作為催生教育結(jié)構(gòu)變革的重要力量，人工智能也正引領(lǐng)教育行業(yè)加速走向信息化。教育部發(fā)布的《教育信息化2.0行動計(jì)劃》明確提出，要充分利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)，助力教育教學(xué)、管理和服務(wù)的改革發(fā)展[2]。

早在2011年，一系列人工智能軟硬件應(yīng)用就開始在教育市場落地布局。如批改網(wǎng)利用語義識別技術(shù)在線自動批改英文作文；英語流利說APP，通過語音識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)英語口語在線測評、寫作打分和深度自適應(yīng)學(xué)習(xí)；學(xué)霸君APP，利用圖像識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)拍照答疑。如今，人工智能應(yīng)用更為廣泛和深入，認(rèn)知計(jì)算、情感計(jì)算、高級機(jī)器人等技術(shù)愈發(fā)成熟。作為人工智能技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的主陣地，高等院校也在積極推動人工智能與高等教育的融合發(fā)展，利用人工智能大模型助力教學(xué)科研創(chuàng)新，支撐學(xué)科和專業(yè)發(fā)展，提升高校現(xiàn)代化治理水平。

一、人工智能在高等教育中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，人工智能技術(shù)在國內(nèi)外高校已經(jīng)有了令人欣喜的應(yīng)用場景，對高校教學(xué)、科研和行政管理工作產(chǎn)生了積極的推動作用。以下列舉五類主要應(yīng)用場景。

（一）AI助教

知識的學(xué)習(xí)和消化需要學(xué)生不斷練習(xí)鞏固和教師的有效反饋，但大部分課程的教師數(shù)量有限，很難做到對每個(gè)學(xué)生進(jìn)行及時(shí)有效反饋。特別是在高校通識課程中，學(xué)生數(shù)量能達(dá)到上百人，這種矛盾更為突出。AI助教的產(chǎn)生，使得這種一對一教學(xué)、個(gè)性化教學(xué)成為可能。美國佐治亞理工學(xué)院于2016年推出AI助教Jill Watson，在課程的在線論壇上，她能一對一回答學(xué)生提出的問題，對學(xué)生作業(yè)進(jìn)行批改評價(jià)，同時(shí)還能連線在線學(xué)生和課堂學(xué)生，建立學(xué)生之間的學(xué)習(xí)社群。在國內(nèi)，AI助教也在多所高校進(jìn)行了探索和布局。清華大學(xué)AI助教系統(tǒng)不僅能夠提供全天候的學(xué)習(xí)輔導(dǎo)和智能評價(jià)反饋，還能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入思考；北京大學(xué)AI助教能輔助教師制作課程教案，回答學(xué)生提問，幫助他們建立個(gè)性化知識庫；浙江大學(xué)AI助教能對學(xué)生聽、讀、寫等核心英文能力進(jìn)行考核評估，并提出針對性學(xué)習(xí)建議和方法；香港科技大學(xué)推出AI講師，以不同角色外貌和語言風(fēng)格，為學(xué)生講授課程。AI助教的產(chǎn)生，使得人工智能在高校中的角色從“工具”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盎锇椤?，使得全天候、個(gè)性化、全流程學(xué)習(xí)成為可能。

（二）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室

高校實(shí)驗(yàn)室是實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐實(shí)習(xí)的重要場所，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的搖籃，高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)也是學(xué)科建設(shè)的重要內(nèi)容。目前，我國高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)情況良莠不齊，部分實(shí)驗(yàn)室設(shè)備材料缺乏，資源共享不能滿足學(xué)生自主研究實(shí)驗(yàn)的需要。部分實(shí)驗(yàn)室技術(shù)隊(duì)伍建設(shè)不足，無法勝任指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)、競賽的重任。在“AI+新工科”背景下，人工智能加持下的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室應(yīng)運(yùn)而生。通過學(xué)習(xí)、計(jì)算和可視化渲染，人工智能生成實(shí)驗(yàn)設(shè)備材料的高度仿真模型，建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)場景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，并實(shí)時(shí)生成實(shí)驗(yàn)結(jié)果反饋。北京大學(xué)建設(shè)的口腔虛擬仿真智慧實(shí)驗(yàn)室，不僅能在線上進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)和評估，還能在線下進(jìn)行虛擬仿真訓(xùn)練和評估。目前，該系統(tǒng)已服務(wù)國內(nèi)高校在校大學(xué)生18000人次。

（三）智能教學(xué)評價(jià)系統(tǒng)

教學(xué)評價(jià)是根據(jù)教學(xué)目標(biāo)對教學(xué)過程和結(jié)果進(jìn)行價(jià)值判斷的過程。教學(xué)評價(jià)是教學(xué)活動的“指南針”，對調(diào)整教學(xué)方式和推動教學(xué)質(zhì)量提升具有重要作用。傳統(tǒng)的教學(xué)評價(jià)主要依靠教師的主觀判斷，受個(gè)人認(rèn)知水平、經(jīng)驗(yàn)影響較大，難以真正做到公正、全面、客觀。評價(jià)往往以測評或考試結(jié)果為主，無法獲知學(xué)生課堂參與度、創(chuàng)新能力、批判性思維等綜合表現(xiàn)，而且考試結(jié)果也會受到臨場發(fā)揮的影響，無法真實(shí)反映教學(xué)情況，不能為教學(xué)活動改進(jìn)提供指導(dǎo)意見。在人工智能技術(shù)加持下，智能教學(xué)評價(jià)系統(tǒng)對課堂中學(xué)生的行為表現(xiàn)、面部表情、發(fā)言情況進(jìn)行捕捉采集，形成較為完善的評價(jià)依據(jù)。建立學(xué)生個(gè)人檔案庫，通過每堂課學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的追蹤和橫向?qū)Ρ确治?，?shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)評價(jià)的動態(tài)化和具象化，為教師及時(shí)進(jìn)行學(xué)業(yè)干預(yù)和課程方案調(diào)整提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，智能教學(xué)評價(jià)系統(tǒng)建立多維度教學(xué)評價(jià)指標(biāo)，對不同學(xué)生采用針對性評價(jià)工具，形成以知識性評價(jià)為主，多種素養(yǎng)性評價(jià)為輔的全方位教學(xué)評價(jià)體系。此外，打破單向評價(jià)的傳統(tǒng)，形成“師生評價(jià)+師師評價(jià)+生生評價(jià)+社會評價(jià)”的綜合評價(jià)窗口，讓各方共同參與教學(xué)評價(jià)，使評價(jià)結(jié)果更具說服力。例如，美國普渡大學(xué)開發(fā)的“課程信號系統(tǒng)”，能對學(xué)生的課堂表現(xiàn)、學(xué)習(xí)歷史和學(xué)習(xí)特征進(jìn)行分析，并提供學(xué)業(yè)警告，采取干預(yù)措施，以提高教學(xué)的有效性。

（四）視頻教學(xué)資源制作

視頻教學(xué)資源指為教學(xué)的有效開展提供的以視頻形式呈現(xiàn)的素材。其制作一般包含腳本創(chuàng)作、素材拍攝和搜集、剪輯、特效生成、語音合成、字幕生成等步驟，需要投入較多的時(shí)間和精力，制作周期較長。生成式人工智能AIGC（Artificial Intelligence Generated Content）的興起，帶來了全新的生產(chǎn)力工具，使這一制作周期大大縮短。人工輸入指令，計(jì)算機(jī)能自動生成與之匹配的圖像、視頻和音頻。在這一技術(shù)上，國內(nèi)外已有相對成熟的公有大模型。如在腳本創(chuàng)作方面，有國外OpenAI的GPT-4和國內(nèi)百度AI平臺的文本生成API；在剪輯上，有Adobe Premiere Pro的Auto Reframe功能和國內(nèi)騰訊云智能剪輯服務(wù)；在語音合成上，有谷歌的Text-to-Speech和國內(nèi)的科大訊飛語音合成技術(shù)；字幕生成和翻譯方面，有IBM Watson Speech to Text和百度翻譯API。

人工智能創(chuàng)作，不僅提高了視頻教學(xué)資源的制作效率，節(jié)省了人力資源成本，也帶來了視頻創(chuàng)作的多樣性。根據(jù)學(xué)生不同的學(xué)習(xí)習(xí)慣和接受程度，AIGC能生成不同語言風(fēng)格、內(nèi)容形式的視頻資源，滿足學(xué)生個(gè)性化、多樣化的學(xué)習(xí)需求。

（五）多媒體課件制作

以PPT為代表的多媒體課件是最重要和最常用的教學(xué)輔助材料之一，集成了文字、動畫、圖片、視頻、聲音等內(nèi)容，具有內(nèi)容豐富、形式多樣、互動性強(qiáng)的特點(diǎn)，對構(gòu)建良好的課堂環(huán)境，提升課堂效率具有重要意義[3]。而目前多媒體課件的制作和應(yīng)用仍存在一些問題，如一些教師在制作PPT時(shí)，只是對課本內(nèi)容的簡單照搬，缺乏對內(nèi)容的多角度解析和優(yōu)化；一些教師的PPT色彩堆砌雜亂，缺乏視覺重點(diǎn)；還有一些PPT通篇文字，缺少視頻或圖片的采集和編輯。人工智能技術(shù)為高校多媒體課件制作帶來了新思路和新模式。借助人工智能自然語言處理技術(shù)，教師輸入課程或報(bào)告主題、章節(jié)內(nèi)容，系統(tǒng)匹配出相應(yīng)模板，并自動進(jìn)行分頁設(shè)計(jì)、語句優(yōu)化、動畫設(shè)計(jì)等操作；利用圖像識別技術(shù)，系統(tǒng)自動對圖示和表格進(jìn)行美化，對提供的圖片和視頻進(jìn)行提取插入；利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，系統(tǒng)根據(jù)個(gè)人授課或演講風(fēng)格生成講稿。所有操作還能根據(jù)人工指令進(jìn)行二次修改。目前，市面上已有相關(guān)軟件和插件，如ChatPPT、auxi、Mind Show等。人工智能的出現(xiàn)，提高了高校教師的多媒體課件制作效率和質(zhì)量，促進(jìn)了學(xué)生對課堂知識的理解與吸收，也將教師從煩瑣的課件制作任務(wù)中解放出來，能夠更好地開展課程設(shè)計(jì)、教學(xué)創(chuàng)新和學(xué)生個(gè)性化培養(yǎng)等工作。

二、人工智能給高等教育帶來的挑戰(zhàn)

人工智能給高等教育帶來極大機(jī)遇的同時(shí)，也帶來了隱私安全、學(xué)術(shù)不端和數(shù)字鴻溝等諸多風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。

（一）隱私和數(shù)據(jù)泄漏風(fēng)險(xiǎn)

人工智能大模型在研發(fā)和使用過程中需要攝取海量真實(shí)數(shù)據(jù)，將難以避免地獲取到師生的個(gè)人身份、年齡、興趣、學(xué)習(xí)習(xí)慣甚至面容等隱私信息。高校如果對這些信息不加以保護(hù)，很可能造成信息泄露，被不法分子利用，將危及師生生命和財(cái)產(chǎn)安全。對整個(gè)學(xué)校來講，涉及國家利益的教學(xué)科研數(shù)據(jù)、重要人物數(shù)據(jù)一旦外泄，將對國家安全造成嚴(yán)重威脅。因此，保護(hù)隱私和數(shù)據(jù)安全是發(fā)展人工智能、實(shí)現(xiàn)教育信息化的重要一環(huán)。

（二）學(xué)術(shù)不端和道德敗壞風(fēng)險(xiǎn)

以往耗費(fèi)大量精力才能完成教學(xué)和學(xué)習(xí)任務(wù)，如今借助人工智能，敲敲鍵盤，動動鼠標(biāo)就能輕松完成。但如果盲目貪圖這樣的便捷性，利用人工智能投機(jī)取巧，編造學(xué)科作業(yè)、科研論文、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，就會造成嚴(yán)重的學(xué)術(shù)不端和道德敗壞問題，不僅不利于個(gè)人能力素養(yǎng)的提升，對個(gè)人世界觀和價(jià)值觀、學(xué)科及相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展也會造成不利影響?？v觀世界歷史，無論科技如何進(jìn)步，技術(shù)只是人類社會的生產(chǎn)工具，真正推動社會向前發(fā)展邁進(jìn)的，始終是人的思維和勞動。

（三）數(shù)字鴻溝風(fēng)險(xiǎn)

對學(xué)校來說，購買或定制人工智能大模型、部署大模型需要的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施、訓(xùn)練大模型需要的海量信息數(shù)據(jù)等，都需要較大的資金和資源投入。這對于欠發(fā)達(dá)地區(qū)或者經(jīng)費(fèi)不充足的學(xué)校來講是一個(gè)不小的負(fù)擔(dān)。對學(xué)生個(gè)體來講，一些人工智能平臺只能提供有限的免費(fèi)使用時(shí)長，想要長久使用就需要付費(fèi)訂閱。經(jīng)濟(jì)門檻剝奪了部分學(xué)校和學(xué)生個(gè)體使用人工智能技術(shù)的權(quán)利，導(dǎo)致他們被邊緣化，造成了數(shù)字鴻溝，差距被進(jìn)一步拉大。

三、高等教育應(yīng)對人工智能浪潮的措施

（一）尊重和維護(hù)人類自主性

任何技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展都是為了更好地為人類服務(wù)，而不是取代人類。高校本質(zhì)上是培養(yǎng)人才、塑造靈魂的重要平臺，在享受人工智能帶來便捷的同時(shí)，要尊重和保護(hù)人類自主性，保持獨(dú)立思考和自主學(xué)習(xí)能力，切忌過分依賴人工智能。對教師來說，應(yīng)保持自身在教學(xué)過程中的主體地位，在個(gè)性化教學(xué)、教學(xué)場景革新、課程體系重構(gòu)等方面尋求創(chuàng)新突破。對學(xué)生來講，加強(qiáng)警惕，明辨是非，樹立正確的世界觀和價(jià)值觀。正確使用人工智能，防止“信息繭房”固化思維。努力提升自主學(xué)習(xí)能力和人際交往能力。

（二）推動教師完成角色轉(zhuǎn)變和能力提升

傳統(tǒng)教育模式下，教學(xué)環(huán)節(jié)主要以課堂講授為主。教學(xué)信息化背景下，教師不僅要完成線下教學(xué)，還要利用人工智能模型分析學(xué)生課堂學(xué)習(xí)情況、知識掌握情況，利用人工智能軟硬件制定個(gè)性化教學(xué)設(shè)計(jì)、制作教學(xué)資源。這需要教師完成從知識傳授者到學(xué)生學(xué)習(xí)的引領(lǐng)者的身份轉(zhuǎn)

變[4]，并具備相關(guān)的信息化素養(yǎng)和能力。在繁重的日常教學(xué)科研任務(wù)之余，幫助教師完成這種心理和能力上的轉(zhuǎn)變，也是人工智能成功應(yīng)用于高等教育的重要前提。

（三）加強(qiáng)人才引進(jìn)，提升師生信息化素養(yǎng)

人工智能技術(shù)迭代更新速度快，只有不斷學(xué)習(xí)探索，才能更好地了解和掌握人工智能技術(shù)，助力教師教學(xué)科研和學(xué)生成長成才。而普通教師缺乏這樣的學(xué)習(xí)途徑，且沒有足夠的時(shí)間精力進(jìn)行系統(tǒng)化學(xué)習(xí)。這就要求高校重視起師生信息化素養(yǎng)的提升。一是加強(qiáng)人工智能技術(shù)隊(duì)伍建設(shè)，建立人工智能和教育信息化的崗位和科室，引進(jìn)人工智能和相關(guān)專業(yè)人才；二是對現(xiàn)有教育技術(shù)部門和各學(xué)院教務(wù)秘書等教學(xué)輔助人員進(jìn)行人工智能技術(shù)的系統(tǒng)化培訓(xùn)，通過專家講授、相關(guān)企業(yè)參觀學(xué)習(xí)、技能考核等形式提升其人工智能專業(yè)素養(yǎng)，樹立自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的思想理念；三是針對普通教師和學(xué)生開展人工智能方面的培訓(xùn)，使其能夠掌握相關(guān)軟件、硬件，利用人工智能助力課堂教學(xué)和科研實(shí)習(xí)。

結(jié)束語

人工智能技術(shù)將不斷演進(jìn)迭代，“人工智能+

高等教育”將會以更多更令人興奮的應(yīng)用場景，推動高等教育跨越式發(fā)展。在擁抱新技術(shù)的同時(shí)，高校應(yīng)該識變應(yīng)變，規(guī)避人工智能帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)，提高師生正確使用人工智能技術(shù)的意識和能力，鼓勵(lì)學(xué)生自我創(chuàng)新，打破學(xué)科壁壘，利用人工智能為社會創(chuàng)造更大價(jià)值，使人工智能真正成為高等教育的好工具、好伙伴。

參考文獻(xiàn)

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[3]董曉菲，李靜，唐永光，等.應(yīng)用轉(zhuǎn)型背景下師范生多媒體課件制作能力提升策略[J].科技風(fēng)，2024（12）：85-87.

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作者簡介：何建霄（1996— ），男，漢族，四川樂山人，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)信息化建設(shè)中心，專業(yè)技術(shù)初級，碩士。

研究方向：教育信息化、數(shù)字影像技術(shù)。