人工智能“走进”课堂助力精准个性化学习

刘熔增，陈霞飞，齐静姣

（河南科技大学，河南  洛阳）

摘 要：每个学生都有自己的学习特点，传统教学模式采用班级授课制。对于老师来说，想要满足教室里每个学生的需求是极其困难的，也难以顾及学生之间的个体差异。随着大数据与人工智能的发展，个性化精准教学成为可能。人工智能系统可以轻松适应每个学生的学习需求，根据学生的优缺点进行针对性的教学，为学生提供个性化学习服务。本文将介绍人工智能如何进入课堂助力精准个性化学习。

关键词：人工智能；个性化学习；精准教学；智能辅导系统

Introducing Artificial Intelligence into the Classroom to Enhance Precision

Personalized Learning

LIU Rong-zeng, CHEN Xia-fei, QI Jing-jiao

(Henan University of Science and Technology, Luoyang Henan)

Abstract: Each student has his own learning characteristics, and the traditional teaching model adopts the class teaching system. It is extremely difficult for teachers to meet the needs of every student in the classroom and take individual differences among students into account. With the development of big data and artificial intelligence, personalized and precise teaching becomes possible. Artificial intelligence system can easily adapt to the learning needs of each student, according to the advantages and disadvantages of students for targeted teaching, to provide personalized learning services for students. This article will introduce how artificial intelligence enters the classroom to facilitate precise and personalized learning.

Key words: Artificial intelligence; Personalized learning; Precise teaching; Intelligent tutoring system

一   引言

在过去的几年里，一系列的硬件、软件和在线服务成功地为课堂和教学方法带来了变革。但真正的颠覆式变革还没有到来。人工智能（AI）已经在越来越多的领域证明它可以带来过去无法想象的转变，它所支持的教育工具因其提高教育质量和改进传统教学方法的潜力而受到广泛关注 [1]。随着越来越多的学生通过计算机接受教育，可以收集有关其教育进度的数据，从而产生更加个性化的学习计划，同时帮助教师识别学生的问题所在。人工智能已经显现出可能永远改变学习过程的曙光，而学习过程是人类已经掌握的最古老的技能之一。

一位资深教师认为每一位老师都是一名出色的“医生”。他每天要花两到三个小时批改作业，他把这个过程描述为“诊断”。他说：“通过检查学生的家庭作业，我可以对他们掌握知识的情况有全面的了解。”但是，人工智能教育平台可以把这个耗时的检查过程交给“超级老师”，能够回答 500 万个问题的超强“大脑”。 过去，教育要做到既有效率又有质量是很困难的。有了人工智能，我们就能做到。

二   个性化学习

个性化学习是指根据每个学习者的需求，优化学习节奏和教学方法。学习者的需求不同，其学习目标、教学方法和教学内容 ( 及其顺序 ) 也存在差异。此外，在个性化学习中，学习活动是有意义的，并且与学习者有关，由他们的兴趣驱动并且通常是自发的 [2]。

（1）为什么推崇个性化学习？

原因在于每个学生背景都是不同的，包括他们学习的方式。就像学生在选择大学时应该关注是否适合一样，帮助学生分析实现学业目标的最佳方式时，是否适合也很重要。个性化学习的前提是根据每个学生的学习需求，创建定制的课程和学习目标。

（2）如何实施个性化学习？

实施个性化学习的前提是了解学生及其教育背景、兴趣和学术目标。了解学生的需求有助于创造一种定制的体验。了解学生的背景和当前学术水平的核心要素是他们的考试成绩。在开始标准化考试辅导之前，学生在类似考试的条件下进行练习考试。通过分析，推荐与学生需求相关的备考或学术材料，并将其发送给学生和他们的导师开始辅导。根据学生在考试中的表现，导师将定制他们的学习策略和方法来匹配学生的现有知识水平。

如果将个性化学习视为一种实践，我们可以从认真研究课程设计开始，找出那些学生难以掌握的问题。这些问题因课程而异，因科目而异，因学生群体而异，因教师而异。对于学生来说，虽然在课程中最容易被遗漏的问题没有一个通用的答案，但还是有一些模式值得探索。

对于老师来说，想要知道如何满足教室里每个学生的需求是极其困难的。人工智能系统可以轻松适应每个学生的个人学习需求，并可以根据学生的优缺点进行针对性的教学，为教师提供有意义的工作，为学生提供更有意义的学习体验 [3]。

三   人工智能在课堂上的应用现状

人工智能 (AI) 被定义为开发基于信息技术的计算机系统或其他机器完成通常需要人类智能和逻辑推理的任务的能力。在某些情况下，人工智能独立于教师执行功能，而在另一些情况下，它有助于提高教学水平。基于人工智能的教育技术的应用包括以下几个方面：

（1）补充课堂教学

过去，学校采用一种放之四海而皆准的教学方法。但是学生学习的速度不同，进步的速度也不同。与此同时，教师经常发现很难确定和处理学生上课的教育需求，这正是人工智能要解决的问题 [4]。

机器学习算法，一种从数据中收集模式并提供见解和建议的程序，可以帮助教师找到他们教学中的空白，并指出学生在哪些方面需要努力学习。在线数学辅导平台“第三空间学习 ”(Third Space Learning) 正在探索这一概念。“第三空间”利用从数百万节课中收集的海量师生互动数据，启动了一个旨在发现积极教学模式的人工智能项目。该公司的目标是创建一个平台，提供实时反馈，帮助在线导师更好地教学。例如，系统将检测学生对某个概念的反应是否遵循一种误解模式。通过向教师提供早期预警，该平台可以帮助预防未来的问题。

基于人工智能的辅导系统是另一个有趣的概念，它利用大数据和机器学习为学生提供个性化的补充指导。人工智能辅导系统将提供核心理论，并监控学生对评估问题的回答。反馈使系统能够确定掌握该学科知识的最佳途径。基于人工智能的导师帮助学生采取有效的学习行为，如自我调节和自我解释。这些智能导师系统的一些值得注意的例子包括 Thinkster Math 和 Carnegie Learning。斯坦福大学和华盛顿大学的联合项目也在开发人工智能驱动的辅导系统。这个新引擎利用强化学习来判断当前的课程是否可以让所有学生都学好，然后向人们提问以自我优化系统。斯坦福大学负责这项研究的助理计算机科学教授艾玛 • 布伦斯基尔解释说，这样的人机合作可以帮助学生使用我们还无法想象的方法来学习。

（2）强化版辅导系统

几乎和教室本身一样古老的做法是，学生从私人教师和同学那里获得帮助，以填补空白，补充课堂本身教授的内容。近年来，由于在线服务，学生们能够从千里之外的同龄人那里得到帮助。 现在，人工智能和机器学习为寻找远程帮助提供了便利。社交网络 Brainly 正在探索人工智能的力量，为数百万学生提供合作平台。Brainly 首席研究员 Erik Choi 说，随着机器学习能力的提高，可以为学生提供个性化学习服务。每个学生都可以获得信息，这将帮助他们找到自己独特的学习路径。在未来，这意味着学生将不必与他的 30 个同学以相同的速度学习同样的东西。相反，我们将能够深入研究学生在哪些方面遇到了困难，并为他们量身定制课程，帮助他们解决难题。智能辅导系统根据每个学生的需要定制学习材料、节奏、顺序和难度。此外，人工智能可以执行日常任务，如考勤、评分和生成测试问题等。

评分可以说是最乏味的教学任务之一，且占用了更多的时间。现在的机器已经如此先进，它们能做的远不止给考试打分那么简单；他们可以收集学生表现的数据，甚至可以对论文等更抽象的评估进行评分。AI 可以根据学生在评估中的表现来确定课程内容中的指导差异。例如，如果有相当比例的学生答错了一个问题，人工智能就可以把注意力集中在学生所遗漏的特定信息或概念上，从而让教育工作者有针对性地改进材料和方法。在这个大多数交流都是通过网络进行的时代，学生们对于在老师和同学面前问问题越来越犹豫不决。有了人工智能，学生们可以轻松地犯学习中必要的错误，并得到改进所需要的反馈。

（3）创建定制的内容

传统教学使用的教科书、学生书籍和课程材料通常是为普通学生量身定做的，并大量印刷，供数百万学生使用。但并不是所有的老师和学校都有相同的教学风格。对于一个老师来说，很难满足班上每个学生的需求。人工智能系统却能根据每个学生的个人学习需求，提供针对性的教学，使学生获取更有意义的学习体验。现在，多亏有了人工智能，教师和学校将能够根据他们特定的课程和学生的需求来定制教科书和练习题。CTI 公司是一家利用深度学习来创建定制教材的公司。当教师将教学大纲和教材导入 CTI的引擎后，系统会读取和掌握这些内容，并发现新的模式。然后，这些算法利用所获得的知识，基于核心概念创建教科书和课堂材料。CTI 正在使用该技术为中学和高等教育机构提供出版服务。

四   人工智能在课堂上的优缺点

尽管人工智能可以让世界变得更美好，但它也有自己的问题 [5]。研究人员尚未就基于人工智能的教学效果达成共识。关键术语的定义常常因研究而异，学术文献中既有支持人工智能教育价值的证据，也有反驳人工智能教育价值的证据。额外的研究可能有助于解决这个问题。

一些研究发现，在某些情况下使用基于人工智能的课堂技术是有好处的。2014 年的一项 meta 分析得出的结论是，与传统课堂使用教科书教学相比，人工智能可以显著提高学生学习成果 ( 如掌握力和记忆力 )。然而，专家指出，由于在适应用户反馈、修改核心标准或内容更改方面存在技术挑战，其课程相对死板。

人工智能技术有助于促进个性化学习 ( 根据每个学生的需求量身定制教学 ) 和混合式学习 ( 将技术与面对面交流结合起来 )。学校管理者希望这样的方法能够提高学生的学习成绩，减少学生群体之间的成绩差异。此外，还发现个性化学习可以提高学生的参与度、积极性和独立性。

基于人工智能的学习面临着重大的现实挑战。更大程度的学生独立性可能会让那些自律性较差或在家几乎得不到教育支持的孩子处于不利地位，这可能会加剧成绩差距。此外，调查显示，一些教师难以将他们从个性化学习工具获得的数据转化为可操作的教学，并花费过多的时间创建个性化的作业。此外，对于学生从基于人工智能的系统中学到的知识的保持性如何，以及在电脑上花费大量的课堂时间是否会减少学校的社交学习，也存在争议。

考虑到人工智能技术成本效益的不确定性，在教育领域使用人工智能的预算影响尚不清楚。例如，人工智能的通用性和可扩展性可能会促使一些机构减少教学人员，转而选择人工智能。相比之下，人工智能可能会创造对教育专业人士的需求，这些人能够设计和实施个性化的学习计划。

老师准备。如果人工智能技术得到更广泛的应用，教师不仅要学习使用特定的产品，还要将一系列的人工智能技术整合到他们的课程中。由教师认证的大学和机构提供的准备项目可以提供这种培训。

五   人工智能和教育的未来

个性化的学习可以为每个学生提供完全适合他/ 她个人能力和需求的独特教育方式。这可以直接提高学生的积极性，减少他们辍学的可能性。它还可以让教师更好地了解每个学生的学习过程，使他们能够更有效地教学。《释放智力》论文首次提出终身学习伙伴概念。这些软件代理可以保存在云空间中，用户可以从多个终端访问，通过收集用户数据，为他们的学习过程提供建议。终身学习伙伴成真之前，依然有很长的路要走。但人工智能在教育领域的快速发展预示着一个光明的未来 [6]。在将人工智能引入课堂的问题上，人们自然会有一些犹豫。然而，除了传递知识，教学还是一个复杂的社会互动。人工智能根本无法胜任高技能教育工作者的工作，更不用说超越他们了。与人工智能正在侵入并引发焦虑的其他行业一样，这在很大程度上是对基础技术误解的产物。适当的介绍和告诉教师如何在课堂上利用这些新工具可以大大缓解这种技术可能产生的焦虑。我们开始这样做是至关重要的。这意味着教师们至少可以放心，机器人不会取代他们。相反，他们将帮助教师更好地完成他们的工作，助力精准个性化学习。

参考文献

[1] 吴沁宇 , 王承红 . 人工智能促进教育改革的思考 [J]. 教育现代化 ,2018,5(36):217-218+234.

[2] 牟智佳 .“人工智能 +”时代的个性化学习理论重思与开解 [J].远程教育杂志 ,2017,35(03):22-30.

[3] 尹向艳 . 人工智能时代学生竞争力的培养路径与策略研究 [J]. 教育现代化 ,2019,6(27):16-18.

[4] 何荣钰 , 王书林 . 基于人工智能的个性化学习策略研究 [J]. 课程教学研究 ,2018(11):8-10+20.

[5] 姚玉华 . 人工智能应用在个性化学习中的优势及问题分析 [J].中小学电教 ,2018,(10):10-12.

[6] 杨淑婷 , 梁迎丽 . 浅析教育信息化 2.0 时代下教育人工智能的机遇与挑战 [J]. 教育现代化 ,2019,6(27):162-166+169.