AI 时代教育人工智能辅助教学的现状及挑战

胡静漪

（喀什大学，新疆 喀什 844000）

为迎接人工智能时代的来临，各国纷纷颁布法律法案，以便在AI 领域占领先机。2016-10 美国率先发布《为人工智能的未来做准备》，其中谈到了AI 的发展现状、对劳动力的影响、法律法规的制约、国际合作等问题，英国紧随其后发布了《人工智能：未来决策制定的机遇与影响》，表明AI 是一场新的革命，是数字革命时代的引擎，已经对人们日常的生活、商业活动和政府的治理带来了重大的机遇。日本内阁审议通过的 《科学技术创新综合战略2016》中，进一步明确提出了“超智能社会”的内涵和框架，紧跟人工智能全球发展的潮流。中国政府在2017-07 发布《新一代人工智能发展规划》提到：“人工智能在教育、医疗、养老、环境保护、城市运行、司法服务等领域广泛应用，将极大提高公共服务精准化水平，全面提升人民生活品质”[1]。

至此，全球已经掀起发展人工智能的浪潮，教育领域也不能置身事外。2018-04，教育部发布了《教育信息化2.0 行动计划》，该计划明确指出将信息技术纳入初、高中学业水平考试，从提高学生在IT 技能应用到提高IT 成就[2]。以前人工智能主要运用在高等教育，基础教育阶段还是以传统教育方式为主，但是随着“教育+AI”领域的技术发展，基础教育也必将受到影响，每一个教育者和受教育者都要做好迎接转变的准备。

1 教育人工智能发展现状

1.1 改革传统学校

人工智能对学校的改变体现在两种形式上，包括对传统学校进行改革或创办虚拟学校。中国河南省教育厅于2019年决定在全省遴选10 个县（市、区）作为全省中小学人工智能教育实验区、500 所中小学校作为全省中小学人工智能教育实验校。美国虚拟学校教育是K-12 教育中发展最快的教学形式之一，自2012 年以来，美国已有32 个州的教育部门主动提供了中小学在线教育。以路易斯安那州为例，2010年开设了全州第一所远程学习高中，该所高中提供在线或混合授课，学校从不同的教育供应商选择课程，并能灵活调整课程内容与教学安排。

1.2 辅助课堂教学

智能辅助系统可以模拟一对一人工辅导，尊重学习者认知需求，提供适当的活动和反馈。在美国得克萨斯州，每年有超过十万名学生辍学，面对这个惊人的数字，许多地区正在创建虚拟在线系统来代替学校帮助落后生重回正常的学习轨道，摆脱辍学的风险。Plato 是提供高中核心课程的在线程序，由课程的教程、应用程序和测试组件组成，提供的主要学习活动就是让学生阅读材料并进行测试，测试的题目包括概念、原理和排序，也会对学生进行写作训练；Apex最初是为高级选修课而创建的在线程序，现在已经对其课程进行了修改，增加常规的高中核心课程和能恢复学分的课程。

1.3 开放教育资源

当今全球交往通过互联网技术的联系日益密切，全球学校也跨越国界团结起来，教育资源的开放程度也成为衡量各国教育人工智能发展水平和教育公平的一个标准。

“开放教育资源”（OER）一词最早于2002 年在联合国教科文组织举办的关于高等教育开放论坛上被提出，英国公开大学是最早采用OER 的高等教育机构之一，该学校于2006 年启动了OpenLearn 平台。中国通过教育部的中国精品课程计划将开放教育资源纳入政府政策支持，并为OER的开发和维护提供资金。美国联邦政府在《每个学生都成功法案》中数字学习定义部分强调了开放资源以增强学生的教育体验，该法律也明确允许各州使用联邦整体拨款运行开放教育资源项目。

2 人工智能辅助教学的应用

2.1 提供个性化学习方案

因材施教一直是教育者遵循的重要教学原则，但在传统课堂中，由于时间和精力的限制，教师要做到这一点非常困难。随着AI 技术的发展，这一问题将得到有效解决。

计算机程序能给学生提供各种学习资源并使学生参与互动学习，当学生在回答问题时犯了错误时，程序会在学生与程序的所有先前交互中搜索模式并进行分析。同时，计算机程序创建了一个学生模型，并将其用于最佳响应，其给学生的回复可能是建议复习相关知识，观看短片或者回答一系列难度增加的问题等，这个回复不仅取决于一个错误的答案，还取决于该程序至今已积累的有关学生的全面知识以及学生的最近发展区，使学习目标的达成既不容易也不困难。

2.2 降低辍学率

使用人工智能技术对学生的家庭信息、考试成绩、上课记录、图书馆借阅记录等信息的分析能够帮助学校筛选出辍学风险较高的学生。校方可以提前采取措施，最大限度地减少辍学人数。比如佐治亚州立大学每年夏天都有10%～20%的学生辍学离校，为了缓解这种情况，佐治亚州立大学引入了人工智能系统，在佐治亚州立大学使用聊天机器人Pounce的第一年，夏季的辍学人数减少20%以上，收效显著。

2.3 改进教育评价模式

在一段时间学习后衡量学生的成绩，这种总结性评价对于总结一个阶段内的教学效果很有用，但对指导日常教学却没有帮助。相比之下，以学生为中心的形成性评价在指导教学和支持学生学习方面很有用，却不能总结和对比学习成果。为解决这一问题，现可以将这两种评价模式合并到人工智能评价系统，系统可以使用两种评价方法，并利用计算机技术、教育测量方法来解决。例如ASSISTments 平台可通过首先评估标准化考试中学生所需的知识，根据学生已有的和所需的知识提出量身定制的问题，在总结性评估和形成性评估之间提供良好的协同作用。

2.4 辅助特殊教育

在特殊教育领域，人工智能系统将帮助更多生理或心理缺陷儿童完成学业。为期3 年的欧洲项目MaTHiSiS 将在意大利、西班牙和英国大约二十所学校进行试点，选取5～18岁患有多重感觉障碍、智力困难或自闭症的学习者与主流教育的学习者使用MaTHiSiS 系统，评估该系统对每个学习者的促进作用。该项目通过分析学生的面部表情和反应来使因疾病或精神残疾而出现严重学习问题的人继续学习，创建了新的教育框架，使新技术与正规和非正规教育相结合[3]。

3 教育人工智能发展的挑战

3.1 增加教育成本

无论哪个国家要在教育中普及AI，成本和可持续性都是必须考虑的问题，教育人工智能的程序、软件和其他教育资源一样，都需要创建和维护的成本。佐治亚州立大学所使用的Pounce 程序价格为每名学生7～15 美元；弗吉尼亚州有22 所学校尝试使用了弗吉尼亚社区学院系统，其中包括GET Answers 视频和经济援助聊天机器人，这些软件的报价从17 500～385 000 美元不等。可见在教育领域普及人工智能，必然会增加教育成本和教育投入，这也需要政府在资金方面进行大力支持。

3.2 教师和学生缺乏情感互动

师生之间的接触和对话是影响教学效果的重要因素，面对面的课堂交往使得教师和学生间的互动更加便捷、高效，互动方式也多样化，更容易进行情感互动和集体教育。而在网络学习时，任何互动都是通过在线进行，会使学习者产生孤独感和沮丧感，从而影响了其对学习的兴趣。欣慰的是，许多通过网络授课的教师已经认识到这一问题，增加对学生的有效监控和及时反馈，调动学生参与学习的积极性。

3.3 教师队伍建设亟需改进

《中共中央国务院关于全面深化新时代教师队伍建设改革的意见》要求“教师主动适应信息化、人工智能等新技术变革，积极有效开展教育教学”[4]，并将教师队伍建设作为推动人工智能时代教育变革的关键，放在优先考虑的地位。同时教育者的角色和责任也将被重新定义，教师的任务变为支持学习者寻找、发现和整合信息，并使学习者们成为独立的思考者。因此在新时代，教师的专业发展不仅仅是教育教学专业知识的增长，还要学习人工智能工具的使用，以此来顺应时代发展。

3.4 尚未建立标准的审核体系

当在线教育这种学习方式在未来越来越普及时，人工智能程序可能会取代教科书，成为未来主要的教育资源。教科书的推广使用会经过教材审定委员会的重重考查，但对种类繁多的人工智能教育程序或软件进行审查的评估系统却还没有建立，并且基于人工智能的自动分类系统可作为补充和协助人类的一种手段，但目前尚不能替代人类对教育资源和教育内容分类。目前也缺乏专门的教育平台或系统用于评估在线教育，主要还是依靠教师进行考核评估，因此建立一个标准化的审查评估体系对于教育人工智能长久发展具有重要意义。