人工智能技术促进地方高校教学变革的路径

宋权华，白静华，廖守琴，方昕

(安康学院 电子与信息工程学院， 陕西 安康 725000)

0 引言

2011年以来，随着互联网、物联网、云计算和大数据等信息技术的蓬勃发展，以图像识别、模式识别和泛在感知数据等为代表的人工智能技术的广泛应用，人工智能跨越了科学与应用之间的“技术鸿沟”，实现了从“不能用、不好用”到“可以用”的技术突破，迎来了迅猛增长[1]。2015年10月21日，教育部、发改委和财政部发布了《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》，贯彻落实党中央、国务院关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变(简称转型发展)的决策部署，推动高校转型发展，明确指出高校在转型发展过程中应该履行任务之一便是要“深化人才培养方案和课程体系改革”。应用人工智能技术推动高等教育改革和创新对于推动地方高校转型发展具有重要意义，人工智能技术促进地方高校教学变革有四条主要的路径：重塑教育理念、重构在线教育资源、变革教育方式和创新应用模式。

1 更新教育理念：人工智能技术与教育融合发展

目前，虽然越来越多的地方高校改革教育教学模式，引入了MOOC、在线互动教学等新型教学形态，但这些模式只是将传统的课堂教学搬到了网络，适用于大量重复性知识讲解和记忆学习，缺乏深度学习能力的开发，本质上是“弱人工智能”。无论是应用和研究的深度还是广度，人工智能在地方高校中的应用还处于起步阶段，人工智能技术的复杂性和应用经验的不足给其在地方高校的应用和发展带来了很大的困难。

在教育理念层面，多数思考的立足点仍然是工业时代以知识传授为主的教学模式，而非智能时代以核心素养为主导的教育理念[2]，人工智能应用偏重技术化导向而忽视育人本质。对于地方高等院校来说，要将人工智能完全引入教学、研究和管理领域，就必须根据自身发展的实际情况，设计或引入一系列符合学校特点和教育教学规律的人工智能系统。首先，教学管理经费的投入是最重要的保障；其次，人工智能技术和系统引进后，为了提高使用几率和效率，要颠覆传统的教学组织、管理过程和模式；最后，当前地方高校教师的信息素养水平普遍偏低，在人工智能系统引入和学校教学研究、管理运维智能化后，要进行一系列的信息化培训，包括人工智能技术的使用培训和信息化教学理念、方法的培训。在人工智能技术与教育融合发展的进程中，高校教师要转变教育教学理念，既不能有片面狭隘的“技术依赖”，也不能产生教师消亡论导致的“技术恐慌”，辩证地看待人工智能技术与教育的关系，积极适应新形势和新常态，谋划教育教学的新发展。

2 重构在线资源：优质在线资源体系和包容性的数据系统

智能导学系统专家胡恩祥教授[3]曾提出“学习者与教育资源对称性假设”的人工智能教育应用的新理论框架，强调了教育资源在人工智能教育过程中的重要性以及学习者与教育资源双向互动促进，实现学生知识结构优化和资源整合改进，在人工智能教育应用的理论和实践层面都具有重要的学术价值和应用价值。随着教育信息化与人工智能的发展，语音语义识别、自然语言处理(NLP)、图像识别、虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、深度学习、脑神经科学、量子计算和区块链等智能化技术将更多与教育结合，自适应学习、基于大数据的学习分析、智能批改和虚拟教学场景等将是未来高校教学的新形态，把教师从繁重的重复性劳动中解放出来，也必将推动学生思维方式和学校工作方式发生重大变化。

在人工智能技术促进地方高校变革的过程中，在线教育资源是最重要的组成部分之一。汇聚优质资源，构建新的教育生态，改变数字资源呈现形态，提高数字资源质量，以有效互动促进学习效果是建设“人人皆学、处处能学、时时可学”的学习型社会的前提。目前在线教育资源质量参差不齐，人工智能教育资源普遍缺乏有效的互动机制，资源的设计和整合缺乏教学设计的指导和帮助，技术含量低，人工智能的应用主要偏重于知识性教学，以在线练习和测试为主，是网络化的应试教育，违背了教育教学规律，不可避免出现部分教师和教学管理人员的“技术依赖”或“技术恐惧”。大多数基于信息技术开发的在线学习资源和平台主要作为传统教学的补充和替代，是一种“补偿式应用”和“替代式应用”，而适合学习者个性化需要的适应性教育资源不是很充分。

数据是发展人工智能的一个基本要素。数据在人工智能教育应用中的作用一方面在于要评价人工智能促进地方高等教育发展效果的好坏，学习数据是重要的依据，而数据质量就是人工智能教育应用主要关注的问题；另一方面在于创造真正个性化学习的唯一途径是跟踪学生的学习行为，收集学习数据。学习数据可以提供关于学习者两个层次的信息：第一层是提供给学习者访问的实际内容，称之为一阶信息；第二层次的信息是部分隐藏的，是与用户访问和使用内容的行为方面有关的数据，这是由人工智能控制的数据，并不是每个人都能轻易获得，称之为二阶信息[4]。地方高校要改进教育管理系统、智能化学习系统或教育应用中的其他人工智能设备，利用硬件设备和网络化系统全面综合采集教育数据，将学生个性化学习状况、心理发展状况、行为变化状况和思维发展状况等作为数据采集评价的指标，及时发现应用中的盲点，为教学决策和研究提供第一手资料，以便快速优化提升人工智能教育系统的性能以及教育教学质量。

3 变革教育方式：数据驱动的个性化学习

教育信息化的高端形态是智能教育，构建人工智能教育环境，变革传统的教育教学方式，促进教育的系统性变革是人工智能教育应用的首要目标。人工智能技术在地方高校中应用的关键在于要利用人工智能创设互动学习空间以及以虚拟现实、混合现实等为代表的虚拟学习空间；开展以游戏化学习、体验式学习和适应性学习等为主的教学，促进学生多元智力的提升和发展；对地方高校教师和学生进行科学教育，促进人工智能导师系统在大学生学习中的应用；设计出适应智能时代个性化学习、自主学习的系统；引入智能机器人，智能测评系统等，开展基于教育大数据的学习效果智能评估，有效提高评价的实效和准确性；对教与学过程给予及时的评估和反馈，并提供数据计算和统计，为正确的教学决策提供重要帮助；促进个性化学习和学生自主发展，全面提高人工智能的应用效能。

综合这些应用的关键点，首先，在教育教学中合理使用人工智能技术。地方高校要积极探索基于人工智能技术构建智能化、交互式学习环境，满足学生的个性化学习支持服务的思路和方法。当前信息技术没有从根本上引发地方高校课堂教学和学生个性化学习革命[5]，在人工智能融合地方高校教学的发展过程中要探索基于数据精准支持的疑难知识学习，基于大数据精准供给师资的高品质个性化学习的实现方式和路径，也要关注人工智能对计算机教育应用的增强和扩展，专家系统等智能辅导系统促进教学智能化的方法以及以深度学习为主的学习分析系统促进教学智能化的方法和过程，人机协同解决教与学过程中的问题等智能教育过程中技术化的问题[6]。人工智能可以在教与学中不断增长的学习分析、课程材料质量评估、适应性学习和推荐引擎等领域发挥作用，可以基于现有的MOOC等网络化学习系统，为个体学习者以及混合式学习创造学习实践和优化的途径。

其次，提高教师信息素养。教师信息素养是人工智能技术与地方高校教育教学深度融合发展的时代要求，是加快人工智能驱动教学范式转型发展的关键所在。据调查，大部分地方高校教师和管理人员对人工智能+教育、人工智能+教学、人工智能+学习和人工智能+评价等教育教学新常态认识不足，教师们对人工智能与教育融合的认识还停留在信息技术技能的掌握和信息技术的教学应用上，将“人工智能+教育”简单理解为“教育+人工智能”，即在传统的教学中使用互联网技术和信息技术。目前，由于教师信息素养不够，在教育信息化过程中面对众多的教育教学新问题时无法处理，教学过程中的教学决策和教学组织更多依赖多年的教学经验，不能精确分析学生的状况导致教学目标宽泛不精准，教学环节和过程的设计依靠教师的主观判断，对课程教学效果的评价片面化、简单依赖考试、缺乏科学性。这些状况的存在导致课程教学模式改革流于形式，为了应用技术而应用技术，人工智能教育脱离学生发展需求，人工智能教育模式的应用难以实现个性化教学的需要[7]。

最后，基于教育数据实施精准教学决策。教育大数据是人工智能时代教育的基本要素，“人工智能+教育”是要利用人工智能技术来营造全新的教育教学环境，要具备从人工智能技术在地方高校教育应用过程中发现并明确问题，运用教育数据对问题进行分析和解释，最终将教育数据转化为教学决策的依据，并基于教学决策进行个性化教学实践与评估[8]，从而在本质上彻底革新和颠覆传统的教育教学模式。地方高校教师要正确认识人工智能教育应用，并主动培养自身适应信息社会的能力，在人工智能环境中生存的能力和创新能力。

4 创新应用模式：“三位一体”融合发展

人工智能技术教育应用的基本逻辑要回归到“教育目标及评价”这一教育教学活动的根本出发点，人工智能教育应用要突出以人的发展为核心以及弱人工智能阶段技术促进教育发展的实现流程[9]，从而为人工智能技术的教育应用模式明晰方向，并为实现深度人机协同发展探索和积累理论以及实践层面的借鉴经验。如前文所述，目前人工智能与地方院校融合发展中存在的主要问题：一是经费和资源问题，二是师资能力问题。要促进人工智能技术与教育教学的融合发展，地方院校既要更新观念，主动拥抱人工智能，又要冷静思维，探索适合院校实际的发展路径，从当前现实和趋势来看，以人工智能技术支持下学生综合能力培养为主体、以人机协同发展、校企协作共进和多学科交叉融合三个维度为核心的“三位一体”融合发展是比较理想的模式，如图1所示。

图1 人工智能技术与地方高校教学融合发展的“三位一体”模式

首先，人机协同育人，促进人的智慧发展。人工智能技术支撑的机器人在感知、识别、分析和运算方面具有精准、快速的先天优势，但是它完全依赖于外部海量数据的输入，在经验和创造力方面存在短板。与机器相比，人具有经验和知识创造能力，地方高校在人工智能应用过程中不能搞“一刀切”，盲目地将所有课程简单转化为在线学习，导致“技术依赖”和“技术恐惧”。要发挥教师的主导、影响作用和人工智能技术的辅助作用，因此，人机协同、互相弥补是解决人工智能应用的有效途径。

其次，校企协同发展，解决场景、经费和技术迭代更新问题。人工智能技术还远未达到普及应用，学校教育中的应用还停留在理念层面，人工智能产品的设计开发又需要庞大的经费和人力物力，校企合作、协同发展是解决途径之一。在设计制造层面，企业提供场地和经费，学校提供智力支持和人力资源，直接将实习实训的场地设在企业，避免高校专门建设此类实验室和教学场景，缓解财力、物力、人力的压力；在应用层面，学校提供教育教学数据资源以便更新升级产品，企业提供技术和实验条件支撑，形成产学合作育人的新常态、新模式，促进人工智能产品的优化升级和地方高等教育应用，驱动创新人才培养。

最后，人工智能技术与多学科多领域创新融合发展。人工智能与各学科领域都有着千丝万缕的联系，与神经科学、心理学、计算机科学和信息技术等领域都有广泛交叉，人工智能与多学科的交叉有利于促进传统教学模式的改革，实现高校教学和研究的跨学科、跨平台和跨时空发展。地方高校要打造一批跨学科综合课程、跨学科专业教师队伍，培养具备人工智能时代跨学科实践能力、综合多种学科解决问题能力的学生，利用人工智能技术的推动突破学科之间的壁垒。

基于以上分析，在人工智能与教学融合的过程中，高校可采取的举措有：第一，重新设定人才培养目标，将传统的以知识、技能为主的专业学习目标转为培养学生具有合理的价值观、具有较好的创新思维能力以及自主学习能力等终身学习能力的培养。第二，改变学习资源供给体系，突破书本、教师与课堂的限制，广泛利用网络资源促进学习资源全面、立体化呈现；同时拓展应用企业实践环境和资源，促进知识理解与创生。第三，转变学习方式，有效利用各种学习空间，形成课堂学习与移动学习、线上学习与线下学习、学校学习与校外实践交融共生的学习新格局。

5 总结

人工智能技术作为新一轮科技革命的重要代表之一，正从技术研发走向产业应用，已成为全球经济发展的新动力。目前，国家对利用人工智能促进高等教育变革已经提出了明确的指示和要求，地方高校要在改革创新中强化人工智能应用的主体地位。对于地方高校来说，充分利用以人工智能为代表的新信息技术将是抓住机遇、实现教育教学变革和升级发展的关键。毫无疑问，智能教育是未来的教育发展趋势，在推动人工智能高等教育应用的过程中，需要地方高校、企业和教师个人、学生等各方共同努力，如何有效解决应用过程中出现的问题、满足新的教学需求将是人工智能促进地方高等教育发展的关键。