人工智能技术在辅助教学中的应用研究

作者/李姗姗、沈羽，河南质量工程职业学院

人工智能技术在辅助教学中的应用研究

作者/李姗姗、沈羽，河南质量工程职业学院

随着信息时代科学技术的不断发展和进步，人工智能的研究已经屡见不鲜，人工智能的应用类别也在逐渐增多。人工智能辅助教学系统是现代科研的重要成果，是新技术的体现，人工智能技术应用教育教学上，有利于促进学生和教师的发展，促进教育领域方面的改革。本文首先介绍了人工智能技术基本原理，对传统计算机辅助教学系统现状和特点进行分析，并且对人工智能辅助教学系统功能进行了阐明，最后说明了人工智能技术在辅助教学中的重要作用。

人工智能技术；计算机辅助教学；学习模型

人工智能技术作为信息时代一门新兴技术，以计算机科学为主导，将心理学、控制论、语言学、神经生理学、数学等多学科进行综合开发应用的学科。人工智能具有很高智慧属性，能够仿造人类进行日常活动和思维推理，其具有的强大信息储存、提取能力能够帮助人们在生活中解决困难、提供帮助。人工智能技术目前已经应用在医学、汽车、教育等多个领域，并且产生较大的影响。当前教育教学观念和方式已经发生很多变化，许多教学新方式、新方法得到应用，本文对人工智能技术在教育中的应用进行分析，结果如下。

1.辅助教学的现状

■1.1 系统缺乏开放性

当前教育模式中，辅助教学基本上采用的是计算机辅助教学系统（CAI），CAI辅助教学系统一般是将教学内容信息以编程方式制作在系统中，若是出现错误或者需要修改需要重新编程，给教学工作带来不便。当前教学内容每年都有变化，CAI系统无法对教学内容进行修改，只能利用设置好的程序进行教学，系统缺乏开放性。主要体现在：教学内容课件使用范围狭窄；教师无法调节教学顺序；无法及时补充、拓展教学内容等几个方面。

■1.2 课程教学没有特色

不同学科在教学方法上都有不同的针对性，现在的CAI系统偏重于知识内容的强行灌输，很容易导致学生对各个学科都会丧失学习兴趣。例如在地理教学中，空间地理的学习需要大量图片进行，能够将知识内容直观传达给学生，但是CAI系统图片数量较少，还都是旧图片，达不到最好的教学效果。因此，CAI系统需要录入内容较多，工作量大，很容易就使所有学科知识内容不一样，知识展现方式、表达方式基本相同，教学效率低下。

■1.3 师生之间缺乏交流

当前在应用辅助教学系统时，学生基本上依赖于自我学习，教师无法对学生学习结果进行正确评价，教师无法了解学生情况，学生在碰到问题时也无法向教师需求帮助，师生之间相互封闭，使得教学系统的作用大打折扣。现有的大多数CAI课件都是在学校的局域网内运行，与网络分离，使教学内容无法及时更新，更是无法提供便捷的学习交流空间，教师也很难使用远程教学的方式为学生提供帮助。

■1.4 缺乏智能性

现在使用CAI辅助系统无法对学生个人学习情况进行正确评估，所有学生使用系统进行学习的内容都是一致的，系统无法提供针对性学习内容，会使学生在重复学习的过程中浪费了许多时间和精力。系统无法将学生的学习成果正确反馈给教师，使得教师很难为学生选择重点学习内容，也不能给予多种类的教学方法，CAI系统不具有智能性。

2.人工智能辅助教学系统

人工智能辅助教学系统（ICAI）是将人工智能（AI）应用到CAI系统中，将CAI系统进行升级。在该系统芯片采用的是300M单片机集成电路芯片，体积小，功能强大，能够将CAI升级成为“智能型系统”。智能型系统主要优点有自主性、协作性、通信性，能够解决学生被动接收知识信息的学习方式。

智能系统硬件设备由处理器、500GB内存硬盘、键盘、鼠标、显示器等组成，软件使用C语言进行程序编写，同时配置有线宽带连接互联网。系统设置数据库，数据库内容包含了当前国内外中小学教学知识点和教学策略、方法，数据库内存储了大量的信息单元和描写事实，系统根据数据库内容自动整合出教学相关信息。

在人工只能辅助教学系统中，搭建强大、智能的知识库能够将诸多教学内容用事实和规则表示，配合教学型专家系统判断学生学习特点、弱点，从而以最适合的教学方法对学生提供学习上的帮助。人工智能辅助教学系统的设计充分考虑学生使用的感受，护眼设计、休息提醒、锻炼方式选择等设置为学生提供了一个良好的界面和使用过程，从而提高学生的学习效果。

3.人工智能辅助教学功能

ICAI系统能够将教学知识内容进行选择和处理，帮助学生进行针对式学习，提高学习效果。ICAI系统具有以下特点：根据学生录入信息查看学生学习水平，依照学习水平进行学习内容的调整；对教学内容有解释咨询的能力；能够依照学习情况设置习题；能够对习题进行批改，正确诊断学生出现的错误，且对错误原因进行分析；能够对学生的学习结果进行综合性评价，帮助教师更好的进行教学工作。

ICAI系统一般由内容模块、学生模块、专业教师模块、专家模块组成。

■3.1 内容模块

内容模块的知识是专家系统从数据库中筛选出来，其中主要包含学生的学习内容和教师的教学策略，对整个教学过程具有指导能力。学习内容包括各学科的知识内容、习题内容以及考试内容；教学策略内容包括不同教学时期的教学策略、与学生模块内容结合生成学生个体学习方案。

■3.2 学生模块

学生模块是学生使用系统的方式，ICAI能够记载学生学习情况并且进行学习情况评估。主要具有以下功能：根据学生在使用学生模块期间的信息进行收集、记录和分析，并且找出该学生当前学习中的优点和不足，进行解释指导和因材施教；为学生建立学习模型并进行更新，为后续教学提供依据；记录学生学习情况，对学生进行整体评估。

■3.3 专业教师模块

专业教师模块主要用于教师使用，能够指导教师的教学过程，模块中的知识内容主要是教学策略方面。主要功能为：根据实际教学要求选择最优教学策略，根据教学策略选择教学内容；读取学生模块信息，查看学生学习模型，根据模型判断学生缺少的知识，然后进行教学策略的更改，提高教学策略。

■3.4 专家模块

专家模块是ICAI系统中的核心部分，其具有专业教育领域知识和解答教育问题的能力，能够为教学进步产生作用。主要功能如下：首先读取学生模块中学生学习情况的信息，通过智能数据分析和推导，为每个学生选择最合适的教学方法；能够对学生的学习兴趣和习惯进行比较分析，推导出学生知识需求和常犯错误；能够对学生学习水平进行科学评估，从而针对性的提出学习内容和学习方法；能够对学生的错误原因进行深入分析，提出合理的改进建议；能够利用知识库的知识，按照教学需求生成教学内容，将专业的、系统的知识内容提供给学生模块，供学生学习使用。

在对传统辅助教学CAI与人工智能ICAI进行比较分析后，能够发现人工智能辅助教学系统在知识内容、教学策略和方法等方面都有着明显的不同。ICAI知识体系是通过设置专家模块进行选择，注重学生的差异化，针对学生在学习系统表现的不同进行合理评估，避免了传统CAI系统一视同仁的情况，使学生的学习效率提高。教师在ICAI系统中，由知识的传授者、灌输者变成指引学生学习的引导者，教师的主要任务也由备课、课堂教学转变为调控教学过程、引导学习习惯、提供学习必要环境为主。

4.结语

随着人工智能技术不断的发展和应用，智能化机器将会对我们日常生活、学习、工作提供巨大的帮助，对个人发展起到深远影响。计算机辅助教学系统目前已经应用在各学科学习中，而人工智能在辅助学生学习上能够改变传统学习方式，能够明确教学任务，以正确的教学方式进行内容传授，帮助教师选择教学重点；同时能够区分学生之间存在的差异，并且提出解决方案；对学生学习生涯进行正确的评估，对学生发展起重要推动作用。进入21世纪以后，教育的重视程度得到空前提升，新的教育模式和教学手段不断出现。人工智能辅助教学系统是现代科研结果的重要运用，是新技术的体现，有利于学生和教师的发展，促进教育领域方面的改革。

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