探究智慧教育的应用场景

人工智能技术可以应用于智能学伴、自动化评测系统、自适应学习系统、智慧教室、教育机器人等方面。利用传感器、摄像头等设备采集学生的学习状态、学习内容、学习表情等环境参数,为每个学生建立档案,并对学生的生活、学习、个人习惯等进行综合、全面的分析,为学生的智能管理提供依据。AI技术在教育领域的不断应用,势必将促进教育公平化发展,助推我国实现教育强国。

1.智能学伴

中国拥有世界上最大规模的教师队伍,总人数超过1 600万,同时,中国慕课的数量和应用规模已位居世界第一,拥有超过2亿人次的学习者。知识的获取和传授方式已经发生重要变化,人工智能与教育的深度融合,正推动着智能学伴、虚拟教师等新型教师形态的产生。例如,由清华大学研发的智能学习助手“小木”,通过人工智能技术,不仅可以为学习者答疑解惑,还可以与学习者进行主动交互,从而解决了慕课学习缺乏有效师生沟通的难题。当学习者选择一门课程的时候,“小木”会提示是否需要制订学习计划,并在不同学习阶段做不同的提示,日常学习中加油鼓励,进度落后时善意提醒,甚至当课程结束后,还可以细心地根据学习者的喜好为其推荐一些课程和论文。目前,“小木”已在学堂在线175门课程上部署,服务学习者近万人次。

2.自动化测评系统

评价选拔一直是教育发展中的一道难题,智能时代对人的综合素质评价提出了更高的要求。人工智能技术的导入将打破传统单一维度、以分数为主的评价机制,全面加强对师生动态数据的感知、采集、分析和监测,为实现学生综合素质的多维度评价提供了可能。学校运用智慧教室、线上学习平台进行教学,并采集学生在不同学习环境下的多模态数据,通过对学生学习习惯、课堂互动、学业表现等数据进行分析,实现对学生综合素质的精准评价和反馈,有助于提升教师精准化教学能力和学生自主学习能力,从而实现教育规模化与个性化的统一。

3.自适应学习系统

人工智能实现个性化学习教育。人工智能借助大数据挖掘、算法计算、学习分析和自适应学习系统等集成数字平台,识别学习者认知状态、情绪状态、认知风格等心理特征,通过“个性化学习”来支持和提高教育质量与效率。多数教育人工智能产品通过学习数据考察学生的认知状态,进行记录和预测。自适应学习系统在识别学习者认知状态方面尤为突出,逐渐取代教学机器,以建构主义为理论基础,通过自适应交互、自适应课程交付、内容发现组合及自适应协作支持满足学生个性化的学习顺序和学习需求。在此类学习平台上,数据对学习的反馈和强化作用体现在将“学习者产生数据”转化为“数据产生学习者”,并通过面部表情识别和语音识别,利用网络摄像头和麦克风进行学习监控,以观察学习者的行为并直接转化为情绪状态,从而通过智能化提高学习质量;另外,学习平台还能通过虚拟现实(VR)和增强现实(AR)使学生获得沉浸式体验,并通过增强现实让学生通过增加的虚拟物体数字层查看自己的真实世界,增强学生体验。在教学中运用VR技术实现全息教学,如图5-33所示。

图5-33　全息教学(www.xing528.com)

4.智慧教室

随着人工智能的发展,智慧教室成为未来教室的发展趋势,它将传感器、芯片和通信器等物联网设备嵌入教室中,通过收集数据实现智能化教室管理。此外,还可以通过对富有成效的教室管理的视频流进行数据挖掘,以识别有效的学习空间的特征,并建立预测模型。不断发展的人工智能为智慧教室提供了技术支持。智慧教室和传统教室对比如图5-34所示。

图5-34　智慧教室

图5-35　教育机器人

5.教育机器人

人机协作是教育机器人领域的重要议题。机器人作为教师的协助者,能够捕获和保持学生的注意力、参与度和兴趣,标记并照顾教师无法顾及的学生,回答学生可能遇到的问题,还可以在特定学科(例如物理或化学)使用设备,以物理方式演示现象,而不仅仅是通过视频或模拟,以便教师可以将精力集中在需要深度学习的内容上。机器人具备类人的特征时,能加强与学生的互动,如能够自由移动、识别学生脸部表情和声音、做手势等。教育机器人如图5-35所示。

目前,在教育机器人领域做得比较好的公司有很多,其中就有科大讯飞公司的产品。科大讯飞拥有多项自主知识产权,拥有世界领先的智能语音技术,如中文语音合成、语音识别、口语评测等,科大讯飞也因此被誉为“中文语音产业国家队”。作为国内语音识别领域的绝对霸主,科大讯飞发挥自身较强的语音识别能力,将人工智能与儿童教育结合,推出了科大讯飞智能学习机,能够提供AI同步精准育、个性化学习功能。科大讯飞智能学习机基于人工智能的学习系统,采用知识图谱、大数据分析、模式识别等技术整合,实现学生学习过程中的个性化推送,并通过人工智能系统更精准地把握学生不同学科的知识水平、不同知识点的熟练程度,以及运用知识的迁移应用能力,进而实现大规模的“因材施教”。让先进的教育教学理念走进千家万户,采用人工智能技术促进教育公平化,科大讯飞智能学习机或许是一个很好探索切口。