人工智能在教育有多少潜能可挖

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“以教育信息化全面推动教育现代化专家谈”

一艘虚拟潜艇可能允许学生将学习场景缩小到微观水平,调查在岩石池表面下发生的自然过程,或者给学生设置条件,能够去探索一座核电站,甚至穿越到古罗马或外行星。

《美国2010国家教育技术计划》(简称NETP/2010)通过回顾和总结近三十年来企业部门应用信息技术的经验与教训,一针见血地提出“如果想要看到教育生产力的显著提升,就需要实现由技术支持的、重大的教育结构性变革,而不是渐进式的修修补补”。同时,我国颁布的《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》给出了新的定位:“信息技术对教育发展具有革命性影响,必须高度重视。”规划为解决“如何使信息技术真正对教育发展产生革命性影响”这个问题找到明确的方向。

可见,技术与教育的深度融合体现在学校教育层面上,主要表现为信息技术(AI)对课堂教学的深层次变革。

智能辅助系统和教育机器人实现技术融合效应的潜能

学校教育环境正发生颠覆性变化:自20世纪90年代以来,以多媒体计算机与网络通信为标志的信息技术被广泛地应用于学校教育,走进我们的学校教室,现如今的教室早已不是传统意义上由黑板、粉笔、课桌、座椅以及书本和钢笔构成的,由先进技术配置的多功能/多媒体教室包括现代五大件和五小件。然而,信息技术在教育领域的应用成效却并不明显,教学环境被现代技术不断丰富和更新的同时,也面临着由技术带来的、无法回避的教学困境:如教学内容冗杂堆砌,不利于学生消化;教学内容逐页呈现,割裂了内在的结构联系;被软件控制的程序一旦锁定,教学将严重受限;固定配置的座椅导致教学活动单一;设备更新迟缓,技术难以满足学生探究需求;电子白板自身的局限性导致师生、生生互动缺失。

以前,“信息技术”只被看作是一种工具、手段,大多数仍然停留在教育手段和方法的改进上,在教育效率和效益影响力上,信息技术似乎成了可有可无、锦上添花的东西。我们不禁发问:从教师的视角而言,课堂教育技术应用是否真正有效支持教学?在技术的支持下教师能否腾出时间优化课程教学,并能感受到学生是否从中受益?从学生的视角,技术是否真正有效地支持学习,学生是否能够深度地投入学习过程并获得好奇、敬畏、满足等积极的情感体验?技术与教育的融合效应值得期待。

事实上,现代教育技术的本质并不只是“使用什么教学”,更应是怎样教学,即运用现代先进信息技术来优化教育教学过程,达到提高教育教学效果、效率及效益的三重目标。在具体体现上,除了对教育环境的提升和改善、对教学资源(含各种学习工具软件)丰富及优化之外,最为关键的就是在信息化教学环境下实现教育思想、教学观念、教学方式以及课堂教学结构的根本性变革。而AIED(智能辅助系统/教育机器人)技术所具有的灵活性、包容性、个性化和有效性等特征,将最大限度地与教育教学有效结合,具体在以下领域中发挥潜能:

人工智能将释放教师生产力,成为教师角色转变的催化剂

众所周知,早期的信息通信系统由于专家系统/知识模型领域的技术局限,在学科资源以及知识领域一直受限,只能应用于知识和逻辑结构清晰的自然学科,如低阶段的数学、物理等。随着AI(人工智能)核心技术如知识表征方法以及自然语言系统的发展应用,学科资源领域得到了拓展,历史、语言类等社会学科的专家系统开发,知识建构获得长足的进步,将来的智能教学系统将逐步包含电子工程、管理类等应用学科领域,智能教学系统也将更广泛地应用于教育培训以及职业教育中。

在教师角色转换上,人工智能技术的增加应成为教师角色转变的催化剂,传统的备课、课堂讲授、答疑辅导和作业批改等教学环节将不必再是教师的专属:如辅导答疑任务可以由虚拟代理来替代,作业批改可以由学习伙伴或系统来支持。智能辅助系统/教育机器人通过承担教师的某些任务,帮教师从日常繁琐耗时的重复性工作中解放出来,把更多的精力投入到创新性和启发性的教学活动中。

在技术支持和认知上,随着人工智能技术的不断成熟,教师不仅能获得技术人员的及时支持,还能深度了解人工智能系统的功能,对全新的人工智能产品做出合理的评价和判断;同时,教师的能力结构也将发生解构与重构, AI技术应用将激发教师的研究能力,提出与数据相关的最有价值的问题,并引导学生使用数据分析的方法。

在管理协作上,将培养新的团队协作和管理能力,除了常见的教学助理,每位教师会配备人工智能助手,协作承担起教学环节当中可重复性的、程式性的、靠记忆、靠反复练习的教学模块,教师将集中在情感的交互、个性化的引导、创造性思维的开发上面,不断为教师效率赋能。

人工智能技术将激发学生学习潜能

数字环境下成长起来的新一代学习者对学习环境提出了更高诉求,固定的、单一有限的学习空间和场景将被打破,智能辅助系统/教育机器人将使移动学习、实景学习成为可能。人工智能可以使用简单的方法来增强虚拟世界,使它能够与学生交互并以更自然的方式响应学生的学习行为要求。许多研究也表明,沉浸在智能虚拟现实中可以提高教育水平,使学生能够构建对所探索的世界的个人理解。

智能辅助系统/教育机器人的应用在不断拓展知识领域和知识类型的过程中将不断创新学习方式,协作学习、游戏化式学习等新的学习模式将成为可能。例如,人工智能可以充当智能虚拟代理,即在学习“任务”中扮演教师、专家,或者扮演被指导者或学习同伴的角色,访问专业的专家系统,使所有学习者获得最适合他们需要的学习资源;人工智能技术还可以通过个人参与者的信息,以学习者模型的形式,组成一个最适合完成特定协作任务的学习者共同体。还可以设计游戏式的学习场景,随着游戏中故事的展开,从游戏和玩家那里获取信息,并基于这些信息,使用人工智能算法来确定采用哪些适合的学习行动。

AIED(智能辅助系统/教育机器人)通过模仿学习者的认知和情感状态,能将学习活动与学习者的认知需求和情感状态相匹配,保证学习过程中学生的深度投入;不仅激发学习兴趣、保持好奇心并通过学习成就获得满足,同时促进消极情感(挫折、混淆、迷惑、放弃)向积极情感(好奇心、专注)的正向转化;智能辅助系统/教育机器人利用对话让学生参与苏格拉底式的开放式学习模式,促进反思和自我意识;采用元认知支架提供动态帮助,提高学习者的动机和参与程度;使用社会模拟模型,通过理解文化和社会规范,使学生能够与目标语言使用对象进行更充分的接触。(中国教育报)

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