人工智能给教学研究变革带来的挑战

甘肃省兰州市教育科学研究所(730046) 吴正帅

甘肃省兰州市第三十四中学(730050) 蒋永胜

我们现在正处于信息化时代后期和人工智能时代前期，人工智能时代是信息化时代发展的必然路径。人工智能(AI)是在人脑之外，基于互联网、大数据、高性能计算的信息技术，将人的智慧融入到机器系统中，通过人脑与人工智能技术整合，从而生成具有人类智能的科技产品和智能机器(包括机器人)。它是以云计算为动力，以大数据为原材料的深度学习算法。

笔者认为，人工智能生成的基本原理类似于自然人的认识发生的原理。瑞士皮亚杰的发生认识论认为，人的认识发生于人的主体与环境的相互作用。人工智能的最大优势是能够深度学习。深度学习是利用一系列“深层次”的神经网络模型来解决更复杂问题的技术。人工智能的产生是人类认识能力发展的必然走向。目前，人类已能够在机器中创造出类似人类的智能。总之，人工智能的发展由“能存会算”到“能听会说，能看会认”，再到“能理解、会思考”，由简单的“机械智能”朝复杂的“人类智能”方向发展。基于互联网、大数据、云计算的人工智能技术，在国际上颇受重视。目前，世界上许多国家十分重视人工智能在企业中的应用，发展人工智能的新高潮在全球范围迅速掀起。人工智能的优点是定制化，人类许多重复性的工作可以由人工智能(机器人)去做，一些危险性较大的工作，亦可由人工智能(机器人)替代。但是，目前人工智能还无法实验人的情感、态度、价值观、个性以及不可言述的精气神等。笔者认为，目前人工智能时代的教学变革主要有如下几方面。

1 “看世界”网站拓展学生学习视野

人工智能技术可进行语音识别、语音合成、机器翻译、知识推理。1999年在香港创办的“看世界”网站和谷歌翻译，通过电脑和人工智能产品，人们可以瞬间将外文资料、信息翻译成中文。这对当代学生而言，不但能提高学习效率，拓宽学习视野，而且能帮助学生“面向世界”。

2 精准学习和个性化指导

学生的发展过程，也是对新知识的学习和掌握的过程。人工智能时代为学生提供“精准学习”和“个别化指导”的条件环境。首先，人工智能产品可以随时随地为学生的发展提供量身定做的、学习内容和更有效的学习方法模式。在学生利用人工智能的学习过程中，AI能精准跟踪、记录每位学生的全部学习过程，包括每位学生的学习过程、不同的学习内容和进度、学习的重点和难点、学习的方式方法、掌握知识的情况。例如，有一个面向考生推出的智能课程，无需教师授课、辅导，仅让学生在线学习。学生学习过哪些知识、想学习哪些知识、曾访问过几次、是否勤奋学习、哪些知识掌握了、还有哪些知识不懂等，都会有相应的记录。这样，机器就能帮助学生做一个系统的整理，节省大量的时间去学习那些还不懂的知识。其次，AI还能够根据每位学生的不同学习需求，对每位学生进行个别化指导，帮助学生及时地调整学习内容和方法，提高学习效率，取得更好的学习效果。

3 智慧校园和智慧课堂

我们正处在信息化和数字生活时代，海量的信息和数据包围着我们。同时，计算机技术的高速发展，计算能力快速提高。在校园内，教师可运用各种数字机器设备和软件实时自动收集学生的各种数字化行为和心理方面的信息，经人工智能的分析、综合，可对学生的行为表现、思维和意念等信息作出正确的判断，从而实现教学管理与监控的目的。如某脑电图公司研制的人工智能产品，如果教师上课时给学生戴上这一产品，教师便可及时了解学生中哪些人在专心听讲，哪些人在开小差或打瞌睡。此外，校长还可以通过人工智能进行智慧校园管理和智慧课堂管理，包括智云平台、校园电视广播等项目。

4 跨界合作学习

在人工智能社会，基于人工智能的跨界有一个总的机构为媒介，各个合作团队共同构成一个合作学习共同体。人工智能是合作者的助手，各个学习共同体成员彼此之间是网络式实时互动的，有些学习内容根据国家统一的课程标准会作进一步的统一要求。共同体中重复性、标准化、普遍性的工作由人工智能代替。合作的时间弹性化、方式多样化。作为合作共同体的个人既是学习者、合作者，又是指导者、服务者。在合作过程中，通过人工智能的分析，可以了解合作者各自的优势、特点、需求和合作学习的效果。教师的备课、学生的学习、学校的教学管理等，都可以进行跨界合作学习。

5 “群体智能”协同工作和备课

所谓“群体智能”，就是指个体通过相互交流、协作、合作，而生成更高的智能。“群体智能”近似于系统论的整体性思想，它强调系统中整体功能大于或优于各部分功能之和，强调群体的智慧行为大于或优于个体的智慧行为。作为“部分”的个体之间的“交互驱动”，即通过相互沟通、协作、合作而形成合力。从人工智能的视角上看，“群体智能”是交互驱动的一种人工智能。例如，2014年1月，Facebook的创始人扎克伯格考试前一周发现自己没有看书，甚至缺课，于是他将作业放到网络中，并加入简短讨论，请其他同学帮忙填补空白，结果24小时内完成了一份高品质的作业，教师认为这是有创意的协同工作并给予高分。基于人工智能技术的“群体智能”亦可用于教师备课。

6 机器人教学情境

1926年普雷希(S.L.Pressey)发明第一台教学机器，使人与机器之间结成关系。继后，斯金纳的操作性条件反射理论运用于教学机器的程序教学，特别是电子计算机产生以来，进一步深化了人的教学思维与机器之间的关系。在人工智能时代，出现了机器人，实现了人与机器人的交往、互动，形成了新的教学互动情境。

人工智能时代，机器人越来越多。机器人取代教师的部分劳动，机器人成为教师的助手。学生与机器人建立一种新型的师生关系。

7 “创客”：学生创新的课程与教学

创新是学生的关键能力。“创客”(Mak-er)能力是指利用人工智能机器和软件能够将个人的创作意图(想象中的东西)变为现实(现实中的东西，即实物)。目前，比较流行的用于“创客”的人工智能机器是3D打印机。3D打印机的原理是利用普通打印机的原理，在三维中拓展，用激光注射器将原料层层累积，最后创造出一个实际物体。“创客”活动有两个关键环节：①大脑“创意”的建构与生成，反映“创客”的创新水平，是创新能力的核心；②创客如何将创作的意图(设计)输入软件。近年来，已有不少学校开设“创客”课程(笔者称之为“创课”)教师指导学生利用人工智能机器开展创造活动，包括研制手机等，有效地培养学生的创新能力。