智能技术的教育应用探索与思考

陈曦 张渝江

如今，在家中、工作场所等地随处可见让我们生活变得更方便的智能产品。每一次技术的进步都会带来耳目一新的运用，课堂也不例外。近年来，教育领域中技术的升级和创新使用带来了教育水平的显著提高。教室里的新技术的确使教育更加容易互动和更吸引学生的学习，但是一些教师却仍在抱怨技术繁琐，对技术避而远之，或无法充分利用技术的特性提高工作效率。原因在于教室中的技术大多是简单堆砌而缺乏整合协调的运作，且智能化程度不高。

全球知名信息技术咨询公司Gartner发布的2019年技术趋势中预测：随着各种硬件和应用程序在创建数字环境的过程中变得更加集成，智能空间正在成为现实。这里提到的智能空间指的是一种物理和数字环境。在这种环境中，人和技术相互作用，为目标人群和行业场景创造一种更加沉浸式、交互式和自动化的体验。

智能教学空间设想

根据智能空间的理念，我们可以试想一下未来的课堂：当教师走进教室时，电脑会自动登录，并根据他的个人喜好，打开某个文件夹，或者加载特定的课程网页；教师不再需要动手调整教室内的灯光和音响，也不需要操作电脑进行控制，而是使用口头命令来完成这些动作；在上课前，学生通过移动设备接收当天课程安排的即时信息，如小组作业、讨论问题等。课堂上，智能技术帮助教师将枯燥的讲座变成一场引人入胜的对话，让学生使用移动终端实时参与互动、分享成果和获取个性化学习材料……

从以上描述中，研究者们初步勾勒出了智慧教室的轮廓，即建立一个聪明的学习环境，该环境为教职员工和学生提供技术丰富的空间，且复杂性低，最大限度地减少支持需求；该环境可以预见和自动化常见的课堂任务，从而让师生避开琐碎的日常事务，更好地利用教学时间；该环境以各种方式积极影响学生和教师在课堂上的体验，包括效率、学习体验和舒适度。

智慧教室探索

2018年，为创建智慧教室，美国印第安纳大学的信息技术服务部门召集了一个智慧教室工作组，提出了智慧教室的解决方案。这个解决方案能实现：生物识别登录到教室设备，快捷控制灯光和自动考勤，教师可在教室任何地方控制设备；将课程内容从后台传输到教室显示器，白板内容可以被捕获、传输到教室中不同显示器并保存以备将来查看和编辑，提供小组协作显示，并能够轻松地多屏传输；通过简单、用户友好且可靠的界面提供这些功能。

为了让解决方案更加完满，该工作组还广泛征求了学校教职员工的看法，并且邀请企业合作伙伴、教育工作者、建筑师和技术人员一起召开了智慧教室峰会。峰会采用协作式头脑风暴，讨论了智慧教室的新想法和新技术，并确认了下一代智慧教室的关键功能：

①身份验证。师生能通过各种认证方式进入教室，如面部或语音识别、眼睛扫描、指纹识别等，可节省时间并提高效率。

②远程学习。将增强现实融入小组讨论为学生提供更真实的小组合作体验。

③环境。墙壁和桌子有显示功能，能够实现内容的快速交换显示。

④自动化。房间的智能功能将自动完成一些占用教学时间的繁重任务，如考勤。

根据上面这些特性，峰会还发布了关于智慧教室的五项调查结果：

①无屏显示和生物识别技术将在高等教育教室的发展中发挥重要作用，并且能通过语音激活和其他物联网技术来为师生简化使用流程。

②整个教室将成为学生活动和头脑风暴的空间；墙壁、窗户、桌子和所有活动都很容易被云捕捉到，允许在课外或下一次课堂活动中继续对话。

③技术将被用于各种任务的高级自动化，因此教师将不再受到“学用”技术的困扰，能全身心专注于教学。

④技术将会变得过程不可见，并为学习者增强和定制体验。

⑤虚拟助理可以在学生整个校园生涯为他们提供支持性体验方面发挥重要作用。

由此，研究人员发现，智慧教室的搭建并非要创造出新的技术形态，而是把一些成熟的技术集成整合以满足教室这种特定环境的需求。这些技术包括大数据、云计算、物联网和人工智能等。当这些技术依照教育的特性被整合起来后，智慧教室就能识别教师和学生的个人特点，进而提供个性化的服务。在这个服务过程中师生感受不到技术的复杂性，而只需采用简单的自然行为与之互动即可。这样教师将从与教学无关的事务中解放出来，把重心放到学生身上，有更多的时间与学生互动。而学生也将获得更好的学习体验，如便捷获取丰富多元的学习材料（图、表、流程图、动画和视频等），使得知识的掌握更容易。课堂内外学生都可以与同伴和教师进行互动，不再必须写很长的笔记而耽误听课，教师的PPT、板书以及讲解视频都能轻松获取。学困生不再是孤立无援，虚拟助理帮助解决个性化问题。

根据盖洛普调查，在学校引入智能技术后，学生的参与度提高了55%。这表明，耗费学校大量经费的新技术正进一步地发挥其巨大的作用。

教育人工智能探索

不过也有质疑者担心，智能技术特别是人工智能的广泛采用，可能会带来教师被替代的风险。2018年11月，在丹佛举行的EDUCAUSE会议上，两位来自宾夕法尼亚州立大学的教授根据之前他们在课堂上使用人工智能技术的经验，提出了机器人不会替代教师工作的观点。

詹妮弗·斯派洛（Jennifer Sparrow）是该大学的教育技术高级主管。她和她的同事凯尔·鲍恩（Kyle Bowen）认为人工智能和机器学习是教师已做工作的补充。具体来说，它将帮助教师们准备和实施课程，其中包括几个阶段——构思、设计、评估、促进、反思和研究。他们描述了基于这个观点来开发和使用人工智能的一些案例。

Eureka！是一个人工智能推荐引擎，能帮助教师找到新的材料来丰富他们的课程。当教师在Eureka！中输入一个概念或想法，如“工业设计”时，Eureka！会使用维基百科作为信息来源向教师推荐相应内容。在这个过程中教师可以识别哪些是自己需要的内容。教师如果发现其中的内容不够好，还可以进行修改完善。Eureka！可以反向通過教师选择或修改的内容进行“学习”，以更好地改进搜索内容。这样Eureka！将越来越聪明，这是传统搜索引擎无法做到的。

BBookX是一个创建开放教育资源（OER）的人工智能工具。它能快速创建OER文本，供教授们在他们的教学中使用，而不仅是采用传统的教科书。教师不一定会向学生发布或传递BBookX生成的内容，但是他们可以利用这些内容作为起点，为他们的课程获取基本的背景资料。BBookX还可以用于课堂个性化学习——这样学生也能制作出他们自己的学习材料。

Inquizitive是一个人工智能问答引擎。开放教育资源存在的一个问题是缺少测验题目，教师们不得不经常耗费时间自己添加这样的选项。Inquizitive能帮助教师快速寻找测试题。当教师输入教学内容文本中的段落时，Inquizitive可以识别文本中的关键概念，并把相关的题目显示出来供其进行选择。这能节省教师准备测试题的时间，也能帮助教师获取更多的测试资源。

史派洛和鲍恩的团队目前正在研究的另一个项目是：如何使用人工智能来评估课堂演讲的录音，以便向教师提供反馈。史派洛强调，人工智能在课堂上的潜在应用，以及在其他领域的应用，并不是为了取代人类，而是让人类变得更有创造力，更有吸引力，有更多的对话，最终变得更人性化。

乔纳森·伯格曼（Jonathan Bergmann）认为，教师拥有的最宝贵的资产就是每天与学生一起度过的分分秒秒，利用这些时间将教学效果最大化是教师必须要做的事情。毫无疑问，智能技术正在帮助教师有更多的时间与学生在一起，使其更了解学生和更好地帮助学生。这才是技术革新教育的真正价值所在。