人工智能改变基础教育师生关系

（一）人工智能和教育的关系

人工智能从1956年诞生起，其研究和应用领域就与教育紧密相关。人工智能是研究让计算机接受教育、提高智能的科学技术。将人工智能的研究成果反过来应用到人们日常生活的各个方面，可以改进人们的生活。比如，将其应用到教育过程中，可以提高教育的工作效率（减少教师的数量和工作时间，甚至直接提高受教育者的智能），还可以产生新的教学模式，如网上学习共同体、合作学习等。

人工智能原理和技术从诞生起就应用于教育，其产品通常称为智能指导系统或者智能计算机辅助教学系统。计算机辅助教学系统可以采用多种形式。

（二）人工智能与网络教育的融合

随着人工智能理论与技术的发展，其在教育中的应用日渐增多，如网络上网页的组织形式，就包含人工智能的原理。目前计算机辅助教学系统智能在教学领域特别是网络环境下的应用主要有以下几个方面。

1．计算机辅助教学

计算机辅助教学是由程序教学发展而来的。但是以程序教学为理论基础开发的计算机辅助教学课件，在推理机制和学生模型方面存在不足，因而不能根据不同学生的实际情况进行动态调整，缺乏灵活的应变能力。借鉴人工智能中的专家系统知识，在一般专家系统中再加入一个学生模型模块，就构成了智能计算机辅助教学系统的基本结构。其中推理机的作用相当于现实教学中的教师，它可以根据知识库中的内容和学生模型推断出每个学生的学习能力、认知特点和当前知识水平，根据学生的不同特点选择适当的教学内容与教学方法，并可对学生进行有针对性个别指导，提高教学效果。如果再把自然语言理解技术引入计算机辅助教学系统，构成智能接收模块，就能实现人机自然语言对话，使计算机辅助教学系统真正能够与人类教师相媲美，这在师生分离的网络教育环境中将更具意义。

2．智能代理

在传统的教学过程中，最经典的教学模式是以教师为主，教师讲、学生听，它是一种单向沟通模式。这种教学模式的优点是有利于教师主导作用的发挥，便于教师组织、监控整个教学活动进程，便于师生之间的情感交流，因而有利于系统的科学知识传授，并能充分考虑情感因素在学习过程中的重要作用。其主要缺点是完全以教师为中心，忽视学生的学习主体作用，不利于发挥学生的积极主动性，也不利于创造型人才的培养。20世纪90年代以来，随着多媒体和网络技术迅速发展，强调以学生为中心的建构主义学习理论日益流行。这种理论强调在教师主导下以学生为中心的学习，即一种“主导—主体”教学结构。在这种教学并重的结构中，教师是教学过程的组织者、学生良好情操的培养者；学生是信息加工与情感体验的主体，是知识意义的主动建构者；教学媒体既是辅助教师教的演示工具，又是促进学生自主学习的工具。为实现上述教学模式，把人工智能中的智能体技术应用到网络远程教学中，这逐渐成为在教学领域实现智能化的一种主流技术。

3．智能数据库

随着网络教学资源增加，对其进行组织管理的难度明显加大。同时，进行信息检索的工作量也相应加大。运用人工智能中关于知识库系统的理论和技术，可以提高对网上信息的管理和检索能力。近年来关于数据库研究方面的热点问题之一是数据仓库系统，其中的数据挖掘也离不开人工智能技术。人工智能在教育中的应用有利于学习者认知水平提高。认知是个人关于自己的认知活动过程和结果以及与之有关的任何事项的认知，其实质是个体对自己认知活动的自我意识和自我调节。有人认为，人们对自身思维过程了解和控制的元认知能力，相比单纯的认知能力更能影响到智力，普通教育中往往忽视了对学习者认知能力的培养。人工智能这门新兴的学科应用于教育中，可以让学习者接触前沿的技术，学习到更新的知识，开拓他们的视野。在学习的过程中，学习者通过意义建构和情境创造，不断反思自己的思维过程，将原来零碎的未成形的知识概念化、形式化和条理化，从而内化为自己的东西，以提高自我的认知水平，有利于培养学习者的创新能力。创新是一个国家和民族的活力所在，人工智能教育由于更加注重个体的个性发展，因而能够最大限度地发挥学习者的潜力，提高学习者的创造性。同时，由于人工智能在教育中的应用广泛涉及网络教育，网络教育资源的丰富性及发展的快速性也要求学习者具有创新能力，从而使学习者紧跟时代步伐。智能技术在网络教育平台上得到了更好地利用。网络资源十分丰富，但是资源是以一种无序、杂乱的状态存在的，只能算是一种信息或者数据，而学习者需要的是一种知识。把这些信息和数据转换成为有用的知识是一项庞大而复杂的工程。人工智能技术应用于教育中，可以降低网络通信量，有效获得有用知识点，主动为学习者将网络的信息和数据变成学习者所需的知识。此外，其他一些智能技术，如分布式人工智能等还可以提高网上信息的管理和检索能力，使师生充分利用资源。目前，随着网络计算和信息技术快速发展，人类社会正在走向信息时代，这为人工智能提出了新的课题，如分布式人工智能、因特网及数据库挖掘、智能系统之间的交互与通信、智能系统之间的合作等，而人工智能在教育中的应用有利于这些技术的发展。智能技术在教育中既有应用的优势，也有许多不足。因此，应该进一步发展智能技术，使之更适应教育教学，更好地为教育服务。(www.xing528.com)

（三）智能技术在教育中的应用

人工智能在教育中的实际应用十分广泛。教育环境中常用的智能技术有很多，如专家系统、自然语言理解、知识库系统、分布式人工智能系统、机器学习、人工神经网络等，相应产生了教学设计自动化和教学自动测评等技术。

专家系统是一类具有大量专门知识的计算机智能程序系统。它能运用特定领域一位或众多专家提供的专门知识和经验，并采用人工智能中的推理技术来求解和模拟由专家才能解决的各种复杂问题，达到与专家具有同等解决问题的能力。目前，被大多数人认可的专家系统在教育中的应用主要有两种，即将专家系统作为学习的工具和学习的对象，可以对学生各方面能力培养起到积极作用。

自然语言理解是语音信息处理的一个分支，主要研究使用计算机理解和生成自然语言的理论基础和基本技术。目前的研究主要集中在书面语理解、口语理解及手写文字识别上。在教育中，自然语言理解对学生英语语言学习有很大帮助，尤其是英语词法和语法的基本功学习。

知识库系统的任务是存储记忆全部智能检索所需要的知识，并利用知识库的知识推导出新的知识，又称智能数据库，它广泛应用于网络教育中。运用知识库系统的理论和技术，可以提高对网上信息的管理和检索能力。

分布式人工智能系统不是一个新的概念。分布式人工智能在教育中主要解决教学方式单一、教学内容没有针对性、对学生的关心程度为零等问题。

机器学习是研究怎样使用计算机模拟或实现人类学习活动的一门学科，因此，机器学习的研究同认知科学、逻辑学、心理学、教育学等学科有着密切的关系。

人工神经网络是基于模仿生物大脑结构而构成的一种信息处理系统。在教育中，它可用于图像或数据压缩、字符识别、自然语言处理等。

人工智能技术渗透到教育中，进一步衍生出了教学设计自动化这一新技术，教学设计自动化即有效利用计算机技术，为教学设计人员和其他教学产品开发人员在教学设计和教学产品开发过程中提供辅助、指导、咨询、帮助或决策的过程。教学设计自动化技术一个最直接的应用是为教师提供教学设计模板。

人工智能技术渗透到教育中而衍生出的另一项技术是教学自动测评技术，它是把问题和任务通过计算机终端传给学习者，学习者通过计算机输入设备将问题的答案输入计算机，计算机自动或半自动判断答案并记录分数。教学自动测评既可以用于学习者的自我评价，也可以用于教师对学习者的评价。