借助人工智能技术构建教育教学一站式平台

张晓庆　刘伟科

摘 要 借助人工智能技术构建教育教学一站式平台是对教育变革的一次有效尝试：平台依据以学生为中心的个性化服务理念，通过第一版本的一站式平台第一期选修的学生数达到240人，学生反映课程内容编排紧凑，先导课程与主要课程安排合理。通过平台课程学生能够快速掌握人工智能行业动态。对比计算机专业同层次的其他选修课程，无论是选修人数、课程满意度都有明显提高，证明了一站式平台是切实可行的，符合现代智慧教育的教学理念。

关键词 人工智能 智慧教育 一站式平台 教育变革

中图分类号：G642                                   文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2021.01.031

Abstracts The one-stop platform for education and teaching constructed by intelligent technology is an effective attempt to this education reform. The platform is based on the concept of student-centered personalized service， through the first version of one-stop platform， the number of students selected in the first phase has reached 240， students reflect that the content of courses is arranged compactly， the arrangement of leading courses and main courses is reasonable， and students can quickly grasp the trends of artificial intelligence industry through platform courses. Compared with other elective courses of the same level of computer major， the number of elective students and the satisfaction degree of courses are all significantly improved， which proves that the one-stop platform of education and teaching constructed by using intelligent technology is feasible and conforms to the teaching and learning concept of modern intelligent education.

Keywords artificial intelligence; intelligent education; one-stop platform; education reform

0 引言

從美国新媒体联盟（NMC）发布的《2019年地平线报告》[1]来看，教育行业在未来2～3年内被采用的技术包括：自适应的学习技术和人工智能技术。[2，3]在国内外教育教学中，人工智能的应用都取得了不错的效果。[4-6]

我们在教育教学一站式平台（以下称：平台）中借助人工智能技术优化教学资源，构建以学生为中心的个性化智能化课程体系，利用学习目标和问题为导向，促进了学生学习的积极性;在教学中转变淡化教师的角色以引导者与组织者的角色出现，平台在使用中收到了很好的教学成果，受到选课同学较高的评价最终的学习测验也取得了较好的成绩。

1 一站式教学平台的教学模式

1.1 一站式教学平台介绍

平台借助人工智能技术，让智能教学平台模拟或辅助教师的角色，实施个性化教学，对不同需求、不同能力、不同特征的学习者传授知识，提供智能化学习支持系统并提供实时的反馈。[7]针对不同年级、不同学习背景的学生结合人工智能课程的特点，我们设计了一站式平台的三位一体的教学模式，如图1。三位一体的教学模式中，三个中心既相互作用也相互影响，其中学生信息中心是核心部分。

1.2 个性化设计的先导课程中心

平台为全校十几个专业，不同年级，不同教育背景及能力层次的学生添加了先导课程，如图2。先导课程的内容依据人工智能课程的教学目标、每一名同学的知识背景以及所学专业，统计出来的。

先导课程一个最大的特点并非是理论的深入讲解，而是依据人工智能课程中心的教学实验内容的引导式教学，由点带线、由线构面的形成先导知识体系。

1.3 利用智能技术构建学生信息中心

为构建以学生为中心的平台，[8，9]首先对接了若干的信息系统，收集了学生的特征数据为学生画像，包括学生日常考勤信息（电子班牌系统）、借阅图书信息（校园一卡通）、英语考试成绩（教务系统）、专业课成绩（教务系统）、选修课成绩（教务系统）从而描绘出学生的基本学习情况。通过学生的基本情况能够大致了解学生的基本学习能力，并且设计个性化的人工智能先导课程。

学生信息中心（如图3）的核心模块是智能分析模块，包括：先导课程分析、学科偏好倾向以及思维偏好倾向三个部分。

2 一站式教学平台的教育思考

2.1 将学生的个性化培养与终生培养相结合

在人工智能课程框架下，平台三位一体的教学模式利用深度学习的方法通过不断的收集、归类、整理学生的学习轨迹数据，并积极向第三方系统（教务系统）提供接口支持。

2.2 教师在“隐形”状态下全方位参与教学

为了使学生掌握人工智能课程并达到融会贯通的教学目标，教师需要对课程的内容及随时可能出现的新问题进行深入引导。[10，11]教师的主要任务是将三个中心紧密的连接在一起，教师不但要全程把控人工智能课程的进度，而且也要时刻关注学生状态及时调整课程内容。

2.3 切合实际教学环境的课程实践

不同高校的教师面对的学生、教学环境、文化氛围都存在较大的区别，这意味着应该为教师提供与本校教学实际密切相关的信息化教学资源。[12]在一站式平台中，实验事例、数据的收集整理标定是一项重要且繁重的工作，一站式平台采用了三个步骤完成：

首先，平台运用网络爬虫实时抓取跟踪本课程热点问题以及问题的解决方案，例如自然语言处理、结果趋势预测、图像辨识与分类等;其次，用不同问题的解决方案对接不同专业学生个性化数据以及先导课程，采用视频播放、实验教学、考卷问答等方式使得学生掌握这个知识点及专业相关拓展知识;最终，通过考查学生自我设定模拟问题及解决方案检验学生知识点掌握程度，并反馈到学生信息中心。

3 构建更高层次的教与学智能平台

在一站式教学平台中，我们将以讲授为中心转变为以学生主体为中心，而最终我们的目的将会是让教授浅层的如何使用工具、掌握方法转变为——让学生主动探索如何去选择工具甚至是创造工具，创新的方式利用技术，能够根据各种不同环境选择合适的技术。

3.1 平台构建的两点收获

一是反馈机制是否完善，二是课程内容的新颖性及更新速度。能否及时给予学生问题的反馈是保持学生热度至关重要的因素之一。平台增加了用户反馈机制，并做了两方面的工作，一般性问题通过平台进行即时智能回答，问题的答案由平台技术人员、教师用户、平台学员、平台管理员提前编辑完成或利用网络爬虫技术自动捕捉、自我完善、更新完成;个别的特殊问题开放式回答，没有提前编辑的问题由同学们或老师在规定的时间内完成回答。

3.2 反问平台构建智慧教育的三个问题

一是，利用大数据分析的学生个人信息是否能准确反映一个学生的学习特征？我们利用人工智能、大数据分析技术对学生的数据收集分析，将教育重心转向学生，但这些都是学生产生的历史数据，历史数据（更何况也不能收集所有个人数据）基本反映了学生的某段历史状态的某个或某些特征，没法衡量学生全面的特征，也就不能推演出学生将来发展的情况。

二是，如何实现真正的个性化学习平台？面对同样的问题，即使由相同的老师在相同的教學环境下讲解，不同学生的反映与接收能力也是不同的。这种情况并不是由知识的传播媒介产生的，而是知识接收者本身的原因：知识背景、接受能力、反应速度、个人喜好等等决定的。真正实现个性化教育需要更新观念与认识，这不单需要学生的自我完善、自我更新，更需要高校主管部门、社会力量的协作。

三是，学生学习成果的评价机制。怎样才能正确的评价学生学习效果，我们从结课考试以及动手实验两个方面做了对比分析，平台对比了同样是选修课的“C++程序语言与设计”与“计算机文化基础”，而且这三门课程都是有课程操作实验的，结果如表1。

从表1的学生成绩检测来看人工智能技术并不是最好的，这样的考试成绩也是意料之中的结果，但是学生最终提交实验作品117件（以小组形式），其中优秀的有52件，从作品成绩结果来看这样的效果是非常好的，本来人工智能的目的是引导学生个性化培养，但如果用单纯考试的检验方式却不能达到很优秀的结果，所以学生最终学习效果的评价指标仍然有待探讨。

4 智能化教育教学延伸思考与展望

人工智能作为一门新的快速发展的科学技术在自身不断完善的同时也给教育带来一次新的变革。[13，14]通过一站式平台的建设，我们深刻体会到单纯的利用智能技术生搬硬套是远远不够的，要真正的实现以学生为中心的教学，需要实现从教育理念、教育管理模式、教育评价体系、教学课程内容编排等一系列的改革创新，而借助人工智能技术能够使我们的快速的实现由传统教育到智慧教育的转变。

参考文献

[1] 李加强，何超，王艳艳.高等教育中技术应用的热点——《地平线报告》的启示.教育现代化，2019（70）.

[2] 吕文晶，陈劲，刘进.第四次工业革命与人工智能创新.高等工程教育研究，2018（08）.

[3] 华梁，杨光祥，健胡，等.面向新工科的人工智能教学科研复合型实验室体系建设.实验技术与管理，2019（36）.

[4] 刘清堂，刚毛，琳杨，等.智能教学技术的发展与展望.中国电化教育，2016（253）.

[5] 李宝兴，刘军.一种基于AI 的信息化教学平台研究.教育现代化，2019（37）.

[6] 王成，柳锴.基于“卓越计划”的双创型人才培养实践平台构建. 实验技术与管理，2019（36）.

[7] 吴晓如，刘邦奇，袁婷婷.新一代智慧课堂：概念、平台及体系架构.中国电化教育，2019（03）.

[8] 曾文婕.从“教学目标”到“学习目标”——论学习为本课程的目标转化原理.全球教育展望，2018（369）.

[9] 丁继红.深度学习中的学习者认知网络和动机策略分析.远程教育杂志，2019（255）.

[10] 王永花，李春燕，殷旭彪.高校教师翻转课堂胜任力现状与对策研究.高教探索，2019（11）.

[11] 何学林.浅议三环智能教学模式中的教师导学.基础教育参考，2017（20）.

[12] 刘菲菲.高职院校混合式教学实施状况及影响因素分析.职业技术教育，2019（40）.

[13] 刘邦奇，袁婷婷.智能教育系统的总体架构及区域实践模式研究.远程教育杂志，2019（3）.

[14] 陈天云，张剑平.智能教学系统（ITS）的研究现状及其在中国的发展.中国电化教育，2007（241）.