教育人工智能下高校信息化教学模式构建研究

晋晓雨，张俊楷

（河南师范大学教育学部，河南 新乡453007）

1 前言

党的十九大以来，中国教育质量明显提高，教育保障条件显著增强，信息技术的日新月异为教学方式深度变革提供了强有力的技术支持。随着新一代智能信息技术的快速崛起，教育信息化将迎来向智慧教育转向的新阶段，教育信息化2.0也必将引起教育理念和教学模式的重大变革，成为时代提高教育水平的有效手段，实现以教育信息化促进教育发展的目标[1]。2017年，国务院发布了《新一代人工智能发展规划》，规划明确指出在未来教育教学中要充分利用新一代智能信息技术变革传统的教育教学方式和各类人才培养模式，在新兴智能技术的支持下构建新型信息化教育模式体系，推动教育与智能技术深度融合[2]。

随着人工智能技术的迅速发展和教育实际的现实需要，教育与人工智能之间深度融合诞生了教育人工智能，为高校教育教学带来了重大变革。教育人工智能如何促进教育信息化以带动教育现代化的深入发展，如何在教育中运用好教育人工智能来促进高校教育教学和新一代智能信息技术的深度融合，共同促进教育现代化2035计划成为研究的重要议题，因此研究在教育人工智能背景下对高等教育的信息化教学模式进行重新构建具有重要的理论意义和现实意义。

2 教育人工智能内涵

教育人工智能不是简单的教育+人工智能，而是学习科学和人工智能技术两个学科相结合的新兴产物，主要指在教育教学过程中，通过人工智能技术，帮助教师、教育研究者深入理解学习者学习的过程以及影响学习者学习的因素，帮助教师合理运用人工智能技术促进教师对教学过程的灵活设计安排、促进学习者作为教育主体有效的参与教与学的过程并为促进学习者的个性化发展创造良好条件[3]。

教育人工智能技术能够帮助学习者建立智能化、个性化的学习环境，动态分析学习者的特征，结合学习者的兴趣爱好和学习者的学习需要提供个性化的学习资源推送服务，借助可视化分析的方式形象表现学习者的学习过程，实现基于学习过程的动态综合化评价，帮助教育研究者、教育管理者以及教师发现教育规律和学习者的真实需求，根据这些需求进行精准教学。

3 高校信息化教学现存问题分析

教育信息化促进教学方式从先教育后学习转向先学习后教育、从标准化教学转向精准化教学、从传统的学习方式转向个性化的智能学习方式、从知识传授转向实践创新，从而促进教与学过程的深度融合创新发展。信息化教学模式指在信息技术学习环境的帮助下进行教学活动的教学组织形式[4]。研究从已有的高校信息化教学研究和实践出发，对其现存的主要问题进行深入分析阐述。

3.1 学习者特征分析模糊

在教学的课前设计阶段，学习者分析结果对教师教学资源的选择具有很大的影响作用，同时，对学习者的学习兴趣、学习结果等都有很大的影响作用。在传统教学中，教师通常是基于经验的分析学习者特征，无法考虑到所有学习者。教师的教学资源是面向大多数人适用的资源，这会产生学习资源不能满足学习者或者学习者不能理解学习资源的情况，教师在教学中忽视了学习者的学习兴趣，导致学习者的学习成绩下降。

3.2 信息化教学缺乏有效性

在教学中，教师运用信息技术进行的教学活动与传统教学相比缺乏有效性[5]。一方面教师更多的只是将其用作演示工具，没有充分利用信息技术实现教学过程的师生交互，没有调动学习者的学习积极性；另一方面，教师过度强调使用新的技术，在使用信息技术进行教学时不考虑真实情景的教学目标和学习者需要，从而出现信息技术应用与教学实际脱轨、未很好发挥技术优势解决好教育教学问题等现象。此外，教师教学的过程是教学目标实现的过程，因此教师应该充分考虑教学目标和技术应用的情境，切实利用好信息技术进行信息化教学，提高教学的有效性。

3.3 教育评价体系不完善

高校教育评价体系在近年来不断深化改革创新，但就智能技术具备的巨大潜力而言，仍存在评价体系不完善、评价形式单一等问题。一方面，评价体系不完善，体现在未能充分收集分析学习者的学习数据，从而对学习者的学习情况进行全方位的跟踪和辅导，仅将测试结果作为学习结果，对教师的教学未产生很大影响；另一方面，评价形式过于单一，只依据测试题或学习者作品进行教师评价、同伴评价和自我评价，而未以分值量化、语言点评和过程记录等评价形式结合形成综合学习评价报告。

4 教育人工智能下高校信息化教学模式构建

教与学的发生不仅仅只有知识传授过程，而应该是一个学习系统，包括学习者、教师、教学资源、教学活动以及支持教学开展的教学环境。相比于传统教学，教育人工智能时代，学习系统中的各个部分都面临着巨大的变革，技术支持对学习者行为数据进行深度分析，教师借助分析结果，制定个性化的学习指导策略、个性化推荐学习资源；技术支持教师开展智慧教学和自适应性测试评价，减少重复性工作，让教师更好地为学习者提供个性化服务；技术支持教师根据评价结果提供学习反思，帮助学习者反思总结自己的学习，更好培养自主学习能力，建立终身学习型社会。总之，教育人工智能在教育中的融合应用，在提升学习者学习兴趣和学习效果的同时，帮助教师及时发现教与学中的不足，并针对学习者进行个性化指导。基于此，从构建学习者特征分析模型出发，进而重新构建高校信息化教学模式。

4.1 学习者特征分析模型

作为教学活动的参与者，学习者的个体参与程度决定学习者的学习效果，教师的教学方法和策略、教学资源的设计是否符合学习者的认知很大程度上决定了学习者的参与程度。对学习者特征分析可以得知学习者的知识能力水平、学习动机、学习风格、学习需要等特征，使教师根据学习者特征分析结果个性化地设计教学资源、教学过程，这样能提高学习者的个体参与程度，对提高学习者的学习效果具有重要意义。因此，在设计教学之前，学习者分析在整个教学中占有举足轻重的作用。

在教育人工智能出现之前，教师通过经验、假设等对数据进行分析，选择学习资源，学习者学习行为数据的价值未在教育教学中得到真实体现和发挥[6]。而如今随着翻转课堂等混合式信息化教学模式的普及，基于教育人工智能技术的教育数据挖掘通过收集和分析学习者的行为数据，并借助学习者特征分析模型，将海量的数据进行筛选整理为个体特征数据、学习过程类数据、学习结果类数据和学习情感类数据等，进而借助智能分析手段对学习者的行为数据进行更为具体的可视化分析，打造全方位、立体化的学习者特征模型，得知学习者的知识能力水平、学习动机、学习风格等，帮助教师推送给学习者个性化的学习目标并为学习者提供精准的学习服务。此外，在每次教学活动结束后，教育人工智能通过分析评价学习者的学习过程、学习成果、学业情绪，将各类数据再次进行分析，为形成下一次的学习者特征分析报告进行衔接、组成学习者学习情况动态分析的过程，进而针对性地为不同学习者提供个性化的干预。

4.2 高校信息化教学模式构建

在教学过程中，借助人工智能技术帮助教师实现个性化教学、自动化管理、在线测试评价。使用学习者特征分析模型发现学习者特征，根据学习者特征提供个性化的学习任务单和教学资源，在线学习过程教师不需要过多参与学习者自由学习，学习者学习结束后反馈给教师学习问题，在学习结束后参与在线测试，教师根据测试结果提供个性化的干预和学习反馈。

课前，教师通过分析教学需求和教学内容确定合适的教学目标，通过采集到的学习者个体特征类型学习数据等确定学习者特征，编制个性化的学习任务单、定制和推荐相结合的方式为学习者提供不同的学习资源。使用引导的方式激发学习者的学习兴趣、学习动机向认知内驱力的转变，促进学习者进行自主学习和知识内化。学习者研读学习任务单，使用智能化推荐的教学资源进行学习，完成学习任务单的各项学习任务并参加课前测试；学生根据测试结果选择是否补充学习资源进行学习。在线学习应通过教育人工智能技术挖掘和评估课程内容的结构性以及学生学习的有效性，发现学习问题。

课中，教师首先根据课前的学习者学习情况创设教学情景，帮助学生解决学习中的问题；其次通过教育人工智能技术完成学习者的分组，在小组学习过程中，为学习小组智能化提供学习资源，学生也可以从其他渠道获取学习资源，引导学习小组讨论交流总结学习；最后，学习小组之间成果展示、汇报作品。在教育人工智能支撑下的信息化教学过程中，教学能够更好实现“主导-主体”的双主教学模式并发挥出双主教学模式的独特优势，教师作为整个教与学活动中的引领者、助学者、导学者和组织者，根据学习者学习情况及时给予反馈和个性化的辅导，引领学习者按照教学目标和个性化的学习目标进行教育教学，组织学习者更好地参与课堂教学活动，并在活动中通过智能化的推荐帮助学习者完成教学活动；学习者是整个教与学过程的重要参与者和主体，在教育人工智能支持下的智能化教学环境中进行个性化的学习，完全参与到教学过程中，利用适应性的教学资源和针对性辅导对教学内容进行更好的内化吸收，学习者的学习情况能够对课堂教学产生反馈，从而使课堂教学更加灵活多变。

课后，利用教育人工智能记录并分析所得到的整个教学过程的有效数据，对整个教学过程进行反思评价，并且及时将结果反馈给师生双方，促进教学活动建设。教育人工智能技术收集、分析学生在课前、课中、课后学习的整个过程中产生的数据，为教师的教学和学生的学习提供精准的评估，以便于教师对整个教学过程进行评价、提供合适的学习反馈与干预，并为下一次教学和学习者分析提供参考。分析学生学习过程中产生的各种过程性数据，能够发挥技术自身的优势，切入教育教学问题所在，帮助教师更好地评估学习者的学习过程并预测学习者未来的学业表现，发现学习者知识内化过程中的潜在问题[7]，帮助教师反思教学活动，进而对学习者的薄弱环节做出针对性补充教学和辅导。

5 总结与展望

教育人工智能背景下的信息化教学收集学习资源和学习者的数据，通过学习者特征分析模型对学习者进行特征分析，在评价过程中注重对整个学习过程的评价。在教育人工智能背景下重新构建信息化教学模式，为高校教育教学提供了更广阔更智能化的教学环境、更多样更个性化的教学活动，促进教育信息化的快速发展，进而为教育现代化2035作出理论研究贡献。

教育人工智能和高校信息化教学的深度融合终将成为教育教学的新态势，实现智能化、个性化、自主化的教与学模式和人才培养模式也是教育信息化的迫切需要。在教育领域应用人工智能技术，实现高校信息化教学模式的更新。作为教育信息化的重要推动力，教育人工智能背景下高校信息化教学模式的创新发展不是立刻就能实现的，不仅需要教育人工智能技术与教育教学实际深度融合，更需要政策、学校、教师以及学习者的共同努力，并在教学实践中不断完善更新。