基于人工智能的区域教育模式与教学数据闭环研究

郭政

摘 要：随着大数据时代已经到来，海量教育数据的汇聚为区域教育均衡发展提供了新的思路。教育正迈向智能化时代，人工智能与教育的融合创新已成为未来教育变革的重要趋势。

在智慧教育中应用人工智能技术，形成教学数据的闭环，自适应学习系统是一种非常有用的学习形式。

通过人工智能技术将学习者的学习过程“记录”下来，与教学（学习）计划要求进行实时比较，分析得出教学者（学习者）的关键达标点和欠缺点，给出“建议优化路径”，进行动态修正，实现“精准化”反馈，个性化教学。

关键词：区域教育均衡;教育人工智能;大数据学习分析

引言：

几千年来，学校教育是以教师为中心，强调教师的主导作用，教师担负着“传道授业解惑”的角色。教师需要及时调整学习内容，以满足学生不断变化的学习需求。

随着大数据时代已经到来，海量教育数据的汇聚为区域教育均衡发展提供了新的思路，教育正迈向智能化时代，人工智能与教育的融合创新已成为未来教育变革的重要趋势。在大数据时代背景下，区域教育均衡发展以数据为基础，准确把握区域教育发展动态。从教育环境均衡、教育资源均衡、教育机会均等和教育质量均衡等角度出发，促进区域教育的均衡发展。

人工智能技术支持之下的智慧教育理念构建，推动了教育系统颠覆性创新与变革的科学发展，已经成为一种新型教育态势和人们的关注焦点。理清智慧教育的内涵与特征，分析人工智能的发展现状，更好地利用人工智能技术开展智慧教育意义重大。人工智能在智慧教育中的具体应用方式的探析和教学数据闭环形成，对于教育现代化的发展具有较大的现实价值，值得大家都来探索和实践。

一、相关概念界定

（一）智慧教育

智慧教育从狭义的角度出发，一般是指在教育领域（教育管理、教育教学和教育科研）的教育信息化环境的现代化，利用现代信息技术来促进教育改革与发展的过程。目前的智慧教育尚属于一种辅助“学习”阶段。其技术特点是数字化、网络化、虚拟化和多媒体化;基本特征是开放、共享、交互、协作;建设特征是在一个“教室”“学校”“区域”中的相关资源的集中配置。

（二）教育人工智能

教育人工智能是人工智能应用于教育教学领域的一种融合。作为人工智能，就是要让机器的行为看起来就象是人所表现出的智能行为一样（JOHN MCCARTHY，1965）。教育人工智能则是人工智能与学习科学相结合而形成的一个新领域，目标是促进自适应学习环境的发展和人工智能工具在教育中高效、灵活及个性化的使用。在教育人工智能中，学习模型、知识模型和业务模型是其核心。

（三）区域教育均衡

教育均衡，实质上是指在教育公平思想和教育平等原则的支配下，教育机构、受教育者在教育活动中，平等待遇的教育理想和确保其实际操作的教育政策和法律制度。在市场经济条件下，政府要为社会和教育发展建立一个公平规则，因为教育均衡是公民的基本教育权利保障和教育政策价值取向演变的必然趋势。

区域教育均衡最基本的要求是在教育机构和教育群体之间，平等地获得教育资源，达到教育需求与教育供给的相对均衡，并最终落实在人们对教育资源的分配和使用上。

（四）自适应学习

自适应学习是一种基于信息化网络平台的学习（教学）模式。无论是针对教学中的“助教”环节，还是针对学习中的“助学”环节，自适应学习系统的核心在于系统平台具有海量的学习素材和资源的同时，能够对学习中产生的“数据”进行“采集、跟踪、评估、反馈”，使得教育教学资源应用能够“自动适应”于学生的表现和能力需求。

二、信息化推动区域教育现代化的现状分析

随着国家GDP的不断提高，对教育的投资也越来越高。回顾近五年来，政府部门对教育的投资形式经历了基层学校信息化配置普及达标、信息化系统构建完善、信息化教学课程开发与应用、以应用效果为主导的教学课题评估和区域教育现代化模式的發展若干阶段。在基层学校信息化建设基本普及之后，理性化的投资立项和重点建设目标突破开始引起政府管理部门、专家学者、教学单位的高度重视。高密度投资和低水平应用现象逐步成为社会所诟病的对象，投资效果和绩效评估更是成为基层学校领导的决策依据。

首先，教育现代化是一个系统工程，针对新的教学环境，对教育者、受教育者、教育方法、教育内容都会发生改变。所以教学过程是要从“做功”的角度设计，而不是以“做秀”的形式展开。其次，教师的主要职责是教书育人，教育现代化对教师的信息化素养提出了许多“跨界要求”，教育方法和教育内容都将发生变化。对于“受教育者”来说，以前是“被动受教育”，现在提倡“主动学习”，单一的选择其中的一种都是有偏颇的。根据工业自动化原理，采集教学和学习过程中的相关数据，通过系统平台的智能化评估形成“优化建议”，反馈给教育者和受教育者进行选择和修正，借助教育环境达到最佳效果，形成一种“闭环”的教、学模式。

综上所述，我们需要进一步解决以下几个问题：

1.改变传统教学中的单纯教的课程设计方法，应该针对学习者的实际情况去设计教学流程。这样的流程是根据学习者学习过程的反馈信息选择不同的素材策略并且进行不断修正的。

2.针对学习者自我需求不明确的困惑，必须改变原来的静态资源库（海量素材仓库）功能，通过实时分析学习者的学习情况，有选择地推送学习素材，提高学习效率和效果。

3.建立基于人工智能和大数据采集的教学数据闭环，通过实时评估算法跟踪教育者和学习者的教、学过程，优化现代教育教学实施路径。使信息化效益最大化，投入和产出得到很好的协调。区域教育现代化将为上述问题的解决提供有效的促进作用。

三、人工智能技术在智慧教育中的应用

随着教育现代化和信息技术的快速发展，基层信息化校园建设已经进入了一个全新的发展阶段，智慧校园和智慧教室项目大量出现。许多教育研究者所关注的焦点，也都开始转向“智慧化”应用研究方向。现阶段的智慧教育正朝着智能化、个性化、精准化、泛在化等方向发展，已成为当前国际社会教育信息化推进过程中的重要发展战略和长期任务。

智慧教室是目前基层学校大量投资建设的一种教学环境，从目前的应用功能定位来看，大多数智慧教室还是立足于教学手段和教学资源获得的多样化方面。智慧校园则是目前基层学校中大量投资建设的一种教学管理平台，从目前的应用功能定位来看，多数的智慧校园还是立足于教学行政管理、教学资源管理、教学信息管理等等方面。

四、对自适应学习系统应用的再分析

在智慧教育中应用人工智能技术，形成教学数据的闭环，自适应学习系统是一种非常有用的学习形式。王枫博士认为，自适应学习引擎就像一个大脑，它是以前期积累的内容以及学生大数据为基础，再通过后台算法，为学生推荐最有价值的知识点和习题，最大限度地提高学习效率，真正做到因材施教。自适应学习系统就是能够根据学生的不同情况进行“自动适应”，然后给出学生最适合他的学习内容，根据不同学生的情况，可能会推送不同的题目或者视频等内容。在这种推送的背后所隐藏的，是大数据和智能技术在教育层面的深度应用。

从现代教育理念出发，教育中的“教”和“学”，已经不再是相对孤立的两个方面了。根据工业自动化控制理论，“把控制系统输出量的一部分或全部，通过一定方法和装置反送回系统的输入端，然后将反馈信息与原输入信息进行比较，再将比较的结果施加于系统进行控制，避免系统偏离预定目标”。所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。

在教学实践中，如果将反馈控制的思想引入其中，从而将教学过程看作为一个“反馈控制系统”。将教和学的活动假设为“被控过程”，教学设计方案是“控制器”，教师和学生充当“执行器”角色。在教和学的过程中，采集教师教学过程和学生学习过程中的各种“数据”，与设定的教学目标计划进行比较，产生以“教”和以“学”为核心的“偏离情况”。在这样的教学反馈控制系统中，针对被控过程的动态特性和控制目标制定切实可行的教学实施修正方案，建立科学合理的教学考核措施，能够实时反映出实际的教学效果。

五、基于人工智能应用的区域教育生态环境探究

构建区域教育生态系统的核心，应该是教育资源分配的均衡化以及相适应的教育教学环境和绩效评估条件的优化配置。这不仅仅取决于区域经济社会之间物质、能量的流动和转化，而且还包含着各教育系统内部有效运作时的数据交换过程。教育理念和教育技术的快速发展，伴随着教育信息化技术的进步和普及，构建绩效理念下区域教育信息化生态环境建设是当今教育现代化发展的必由之路。教育信息化生态环境是建立在媒体资源的教学应用的基础之上，以网络平台为基本架构的多元化环境体系。人工智能技术和手段在教育领域的跨界应用，则可以解决不同学校之间的教育资源不均衡，消除学校“信息化建设”中可能产生的“信息孤岛”现象。“师资”的均衡问题是“人工智能应用”试图解决的重要特征之一。

在生态环境设计中，需要思考以下方面的内容：

1.基于学习者的应用需求分析

在教学设计的过程中，提倡以学习者为中心的理念，这是正确的。但是这并不意味着就是将海量的资源推送到“学习者”面前，供其选择、使用、满足要求。因为对于大部分的大学以下学历，非重点学校少数“尖子学生”之外的情况，大量的“学习者”并不清楚自己要学什么、怎样学、学习效果如何。面对“海量的资源”，他们往往会感到迷茫、困惑和不知所措，无法通过自我评估来修正、提高学习效率、优化学习路径。这样的工作内容，在传统的学校中，经常是由教师来完成的。

學校教育的另一个功能，是对“学习者”进行督促。因为孩子们在中学以下的学习过程中，不是每个人都具备独立学习和主动学习的源动力和迫切感。所以，学校的督促和背书（文凭）作用是客观存在的。

2.基于教学评估的应用需求分析

在教学标准确定之后，教师设计一个学习周期的教学计划和教学资源并且实施。通过阶段性的考核，获得学习者的结果性学习评估内容。由于班级教学模式，教师同时面对多个学生，无法全面的掌握过程性学习情况，更无法进行个体化和精准化的优化辅导活动。结果性学习评估主要发生在教学计划完成之后而不是实施之中，这就是一种“开环”的教学形态。面对各位、各班级、各届学生之间的参差不齐，和教师的教学、管控能力的参差不齐，这样的形态对教学计划的实施产生了一种滞后。

3.教学数据闭环是一个系统设计

将学习者的学习过程“记录”下来，与教学（学习）计划要求进行实时比较，分析得出教学者（学习者）的关键达标点和欠缺点，给出“建议优化路径”，进行动态修正。这是“教学数据闭环设计”的基本需求。这样的“路径”，是可以实现“精准化”反馈的。

六、结束语

人工智能应用于教育现代化，将人脑的智慧和电脑的智能相结合，构建出一个新型的现代教育形态，这是将工业自动化理念跨界应用到教育教学过程中的必然发展。当我们走进学校，面对真实的教学应用环境，我们却不得不遗憾地发现，有一些方案只是看起来很美而已，真正能够“落地”并且取得绩效成果的应用方案屈指可数。这是因为学校和教师的人才配置，对于教育现代化进程中的许多新技术和新理念，还是存在着许多专业上的不适应。

从一个教育行政区的角度出发，学校教育发展的均衡是区域教育均衡发展的主要目的和高级阶段。因此，优化教育资源配置、提升教育质量、提升教育效率和促进教育公平，将成为区域教育治理的下一个关键目标。