人工智能教学平台的分析与建议

原千慧 贾积有

人工智能教学平台是用于人工智能知识教学的虚拟学习环境，英文是Virtual Learning Environment（以下简称VLE）。虚拟学习环境是一种独立的、基于网络的系统，其中整合了音频、动画、视频和文本等要素。教师可以在该系统中分享教学资源，学生可以像在传统课堂一样学习。与计算机辅助教学（CAI：Computer Aided Instruction）和智能教学系统（ITS：Intelligent Tutoring System）不同的是，VLE让学生可以与其他参与者互动，而老师也可以在VLE中利用多种技术来促进课堂活动。人工智能教学平台有助于破解当前中小学人工智能教育资源分配不均、优秀师资匮乏的难题。

人工智能教学平台的发展

早在1983年，VLE的雏形就已经出现，并被应用于教学。当时，有人为脑瘫儿童设计了一个基于计算机的学习环境，设置了各种各样的标识游戏，辅助脑瘫儿童的治疗与学习。结果，该系统帮助这些儿童提升了对几何与数学概念的理解。1994年，Virtual Learning Environment这一概念被正式提出。随着技术水平和教育理念的不断发展，VLE的应用领域越来越广泛，其功能也在不断丰富。1996年，VLE开始被用于STEM教育。在一门面向研究生开设的以“信息系统”为主题的讨论课上，来自玛丽斯特学院的两名学者使用了一个名为Diversity University的VLE模块，为分散在不同地区实地研究的学生提供在线文本互动的平台。其教学效果完全不输现场教学，不仅帮助参与者跨越了空间距离的障碍，还比现场教学更加节省金钱和时间。

1999年，VLE中的虚拟实验室在STEM学科的课堂上投入使用。德国国家信息技术研究中心和海德堡大学的研究团队将DELTA虚拟物理实验室应用于物理与天文的教学，不仅节省了大量实验经费，让每个学生都有机会进行自由的尝试，还不用担心实验失败带来的危险和损失，更好地促进了学生对理论知识的理解。

在人工智能学科创立和发展之后，VLE开始逐渐与人工智能教育融合。有的平台配备了机器人实验室，老师通过软件与硬件的结合，促进了课堂教学;有的平台允许老师对现有教学资源进行修改和补充，让平台上的知识更新与技术发展保持同步。人工智能教学平台所具备的功能已经相当全面，并且能够有效地支持教学活动的开展。

2008年7月，麻省理工学院“终身幼儿园”团队发布了团队开发的Scratch图形化编程工具。Scratch脚本模块具体表现为舞台的设计与更换、角色的分配与分角色设置代码、循环结构的应用和逻辑条件的判断;Scratch软件的程序设计是将符号和指令代码代替自然语言分析问题。与其他编程语言相比，Scratch拥有更为美观的界面和更为简易的操作方式。学生可以通过组合代表不同语句的积木块来设计程序。目前，Scratch平台已被翻译为70多种语言，在世界大部分国家和地区使用。

人工智能教学平台的组成

现有的人工智能教学平台大多包括以下四个部分。

第一，编程环境。平台的首要功能是提供编写程序的开发环境——支持以Scratch为基础的图形编程（或积木编程）和以Python语言、C语言、R语言等为基础的文本编程。在人工智能教学的过程中，老师和同学可以运用平台中认知AI、分类AI等模块结合逻辑框架进行编程，以感受人工智能应用的原理与效果。由于Scratch扩展性稍差，这些平台还提供Scratch与常用编程语言间的过渡与转化，帮助学生与实际应用接轨。

第二，硬件设备。除了给平台上创作空间中的动画形象编程，学生还可以通过蓝牙或无线网络把程序与LED灯、各式传感器、小车、机器人等开源硬件连接起来，让程序效果真实可感。有的公司甚至帮助学校建设人工智能课程的实验室，提升人工智能教学的硬件水平。此类课程实践性强，需要学生在反复尝试中理解所学概念和原理，而很多人工智能技术的发明成果转化成本高昂，比如无人驾驶汽车、智能翻译机等，难以大量配置在传统教室中供学生普遍使用。而在虚拟实验室中，平台开发者只需要设计出模拟人工智能功能的模块和虚拟形象，学生就可以编写代码，操纵该形象完成人脸识别、语音识别等课堂任务。因此，借助虚拟实验室辅助人工智能教学，可以保证课堂质量。

第三，课程资源。平台可以提供一些教学资源，如人工智能公开课和编程教程。这些教学资源可以为老师提供更加广阔的教学思路，大大减轻老师的负担，缓解优质师资不足的窘境。平台资源共享的功能还可以为教师提供人工智能领域的前沿成果和高质量的教学素材，让老师在平台上学习，帮助教师提升人工智能课程的教学质量。学生则可以利用平台丰富的资源自主学习，查缺补漏。

第四，交流社区。绝大多数现有的人工智能教育平台都设置了“社区”，为使用者提供展示、交流的空间。在此类社区中，用户可以上传自己的程序作品、独创的积木块或课程设计，供大家学习参考;用户也可以提出创作中遇到的问题，等待同学和老师的解答。社区的建设可以有效促进课上课下的互动，方便老师组织管理。

人工智能教学平台建设的问题与对策

目前人工智能教学平台还存在一些问题。

平台设计脱离实际教学。平台开发过程中，一线教师的缺位和测试环节的不到位导致平台开发者局限于程序设计的专业思维，忽略了教学过程和教学对象的特点，给授课教师和学生带来不便。

开放式、探索式的学习环境中赋予了学生较高的自由度，以激发他们的创造力。但是，这也产生了课堂秩序混乱、课堂纪律难以维持等问题。有老师表示，希望平台能有相应的功能，赋予老师更高的权限，加强对学生的管控，避免学生在课堂上出现注意力分散、扰乱课堂秩序的现象。

数据安全问题缺乏保障。使用人工智能教学平台进行教学的过程中会产生大量的数据，而如何确保这些数据的安全，是平台建设的重中之重。在学校没有能力开发平台的情况下，很多老师只能使用网上面向公众免费开放的开源平台。但这些平台提供的免费服务不受协议约束，平台对于数据的处置完全不透明。个别学校有实力购买高端的服务，但这些公司提供的数据保障也是有一定限度的。这就给学校带来了风险。目前来看，较为妥帖的解决方案是由教育部或地方教育部门牵头建设人工智能教学平台，并在建设过程中引入企业，为平台开发提供必要的技术支持。以官方的担保避免数据被泄漏或滥用。

缺乏与其他系统的有机整合。目前许多中小学都已经使用管理平台进行精准教学和高效管理。有的平台可以通过大数据与人工智能技术实现基于学生常态化学情的诊断分析，提升教学效率与课堂教学容量。有的平台具备智能排课、师生管理、OA办公等功能，能够全面地满足学校在教务管理、教师发展、学生成长等多方面诉求。负责人工智能教学的专用平台也为老师和学生提供了多样化的选择。

各种各样的平台之间数据信息不能共享，使得各个平台难免成为一座座信息孤岛，就会给教师带来重复输入、信息冗余、信息交流的一致性无法保证等困难。记忆多个账户的账号和密码，频繁切换不同的平台既會消耗不必要的精力，也会给学生和老师造成混乱，违背了使用技术化繁为简的初衷。如果在未来的建设过程中，能把这些平台的功能与人工智能教学平台有机整合，让学生和老师只需要一套身份验证就可以在不同的平台之间切换，就可以提高各个平台的使用效率。

思考与建议

现有人工智能教学平台尽管在上述三个方面还存在很大的提升空间，但其现有功能已经能满足大多数老师和学生的需求，并且已在中小学人工智能的课堂上得到了广泛的应用。不过，人工智能教育的普及并不能仅仅依靠人工智能平台的建设。除了“缺乏优质师资”以外，“课时不足”和“经费不足”也是人工智能教育难以普及的主要障碍，一个重要的原因是学校对人工智能课不够重视，把考试成绩作为衡量教学成果的唯一标准。对学校而言，由于验证教育成效耗时较长，“投资”中高考科目的性价比也相对更高。同时，师生对信息技术课“副科”的认知也令课堂教学效果大打折扣。人工智能课程虽进了学校，却未能走进老师和学生的心。

为此，除了考虑将信息技术考试纳入高考科目，提升人们对人工智能教育的重视外，为中小学人工智能教育的成果提供展示的平台也能凸显人工智能教育的价值。中学、大学在招生时应给予中小学生在比赛和展会中取得的成绩一定的认可，以鼓励他们学习并参与人工智能实践活动，以此提高人工智能课程在学校课程体系中的地位，让日趋完善的人工智能平台有用武之地。