马羊琴　蒋晶　周勇

关键词：人工智能技术;教学改革;实践创新;Waston软件;Knewton平台

一、概述

近年来，随着大数据以及云计算等技术的涌现，人工智能技术在控制工程、机器人、医疗、智能交通等领域备受关注的同时，也在教育领域掀起了一股新浪潮。中国对人工智能教育是非常重视的，在2019年举办的国际人工智能与教育大会中曾提到，人工智能深刻影响着教育，人工智能和教育的纵深交融正向推进教育创新。因而将人工智能技术应用到高职高校是顺应时代潮流，也是促进高职高校教学质量提升的有效途径。

所谓人工智能指的就是通过对机器的操控来实现人类不愿意从事的简单烦琐或人类无法依靠自身来完成一系列操作的过程。目前，关于人工智能与教育融合的研究正紧锣密鼓地进行着，虽然国内在这方面的研究起步比较晚，但总体趋势是逐年递增的，如图1所示。

由图1可知，尤其从2017年开始，急速上升，这与国家颁布相关文件政策离不开关系。通过采用Bicomb2.0与Ucinet技术对现有文献进行量化分析后得知，国内大多研究聚集在这几方面：

（1）“人工智能”这门课程教学设计构思、师资队伍的建设和人才培养课程体系的建设的研究，以及存在的问题和如何改革;

（2）人工智能与教育融合的相关理论探究以及在不同学科教学中的应用研究;

（3）人工智能系统实践创新平台的建设。

综合上述，国内大多学者对于人工智能应用于实践教学的研究总体注重教学工具、教学模式、学科课堂分析等总结性的理论研究，对于真正实现人工智能技术促进教学变革还存在一定差距。而且对于人工智能技术在实践教学中引起的教学变革以及如何在教学资源中发挥有效作用的研究还是比较少的。为了将人工智能较好地融入教学，需要对人工智能支持的教学有准确定位和总体规划。本文在信息化教学的基础上，主要从教与学等方面提出了实践教学变革的策略，建出基于人工智能技术的教学变革分析框架、智能化教学模式框架。

二、基于人工智能技术的实践教学改革

我国教育的发展目前一共经历两次变革：第一次是由传统教育向信息化教育变革;第二次就是信息化教育向人工智能教育变革。

对于传统教育与信息化教育的对比如表1所示。传统教育的教学方式主要是以老师为主，教学资源有限，环境比较单一，不利于调动学生的积极性，而且有时间地域限制。而信息化教学主要以学生为主，教学资源丰富、多样化，充分利用了计算机、互联网等现代教学媒体优势，提高了学生的主动性，而且不受时间与地域限制，教学环境也向互联网智慧教学平台过渡。

信息化教学虽然在教育教学发展中起到了不可或缺的作用，但它过分强调的是利用共享资源库和现代信息技术，而学生对知识点的掌握情况教师无法获悉，学生也不能自主地选择自己感兴趣的模块学习。除此之外，有些东西很有局限性，不能实际演示。而在人工智能大背景下，技术已经不仅仅作为一种工具或者手段了，突破了技术以往的角色局限，力求实现教学目标、教学内容、教学环境等系统要素与信息技术的融合。人工智能促进教学改革的整体框架如图2所示。

（一）存在问题分析

1.缺乏师生互动

当前的人工智能课件大多都由学生自学和操作，教师无法完全了解学习者的处境，当学生遇到问题时，无法及时向老师寻求帮助，师生彼此封闭，无法互动，因此，课件的效果大大降低了。在教学过程中还存在许多不合理的方面，过分强调教师的教学，学生的独立思考的时间比较少。

2.缺少人机交互功能

现有的大多数人工智能都使用CD-ROM作为信息载体来显示教材的内容，根据预设的教学过程将教学信息机械地提供给学习者，完全处于被动使用人工智能课件学习。而且在实际教学过程中，教师只能根据预先设计好的课件流程进行操作，人机交互没有很好地实现。

（二）人工智能技术下的教与学变革

1.变革教学主体

当人工智能技术引入教学领域后，教学主体也由以前的教师、学生为主体的二体论向教师、学生、人工智能助手都为主体的三体论过渡，如图3所示。

对于老师来说，首先，人工智能可以作为助手来辅助教师进行智能备课、答疑解惑、批改作业等，这样一来就为教师提供更多的精力与时间去了解每位学生。其次人工智能可以作为学伴，随时指出教师在教学过程中存在的问题并给出改进意见，提高教学水平。最后，人工智能还可以充当虚拟学生角色，帮助教师提前演示课堂或者公开课教学。如图4所示。

对于学生来说，首先，人工智能可以作为导师来分析每位学生的基础、感兴趣的风格，从而为学生推送适合他们各自特点的学习课件，然后将结果反馈给教师。其次，人工智能可作为学生的学伴，为学生制订合理的学习计划，陪伴练习并监督学生在规定时间内完成。最后，人工智能还可以扮演学生的玩伴，在学习任务完成的情况下，人工智能助手可以陪学生一起锻炼、唱歌等，如图5所示。

2.基于人工智能技术的教学模式设计

针对以教师、学生、机器为主体，借鉴华璐璐等人构建的智能化教学模式，充分利用大数据、互联网、云计算、人工智能等硬件设备和软件设备，设计了人工智能技术下的教学策略，分别包含课前、課中和课后教学模式，如图6所示。该模式下的教学方法通过人机融合、师生智能化实时互动，实现了精准教学和个性化教学。

课前智能备课。备课对老师来说是开展教学的基础，然而大多老师都是根据自己的主观意识和经验来分析学生的学情，教学资料和课件基本都是拿现成的网络资源用，这样的话就很难把握教学进度和教学目标。因此，为了克服这些不足，本文提出利用备课软件Waston1.0进行智能化备课。此软件可以实时记录学生学习的数据，这些数据经大数据智能分析后，可以根据具体章节知识点向老师推送各种符合学情分析的优秀教学资源，个性化地向学生推送教学课件。

课中个性化教学。当前实际教学模式很难提高教学质量和带动学生的积极性，而人工智能技术恰好可以解决这个问题，我们可以借用Knewton平台，根据学生的學习风格动态组合出与其符合的个性化内容，采用多种方法设计教学情境，多屏切换互动，课堂即时测验点评，充分调动他们对学习的激情。除此之外，我们可以利用人工智能里面的图像处理技术和语音识别技术去分析处理课堂实录的视频，通过对视频与语音进行技术处理后，教师就可以掌握每个学生在课堂上的动态，及时发现问题，有针对性地开展教学，从而真正实现个性化、人性化教学。

课后智能化答疑辅导与优化教学活动。由于课堂留给教师答疑的时间有限，部分学生的疑问无法解决，为了解决此问题，设计了相关方案：

（1） Wasten智能系统已经建立专家知识库，可以进行智能化在线指导答疑，对于比较典型的问题，系统会传达给老师，经过老师答疑上传答案后会自动传递给学生。

（2）借助AR技术。首先将手机拍照模式设置到AR模式，然后学生可以将摄像头对准自己没有理解的知识点，经过匹配分析后就会转换成3D模型知识点，形象又好理解，大大提升学生的学习能力。

3.基于人工智能技术的学习模式设计

目前，大多学生的学习模式都是拿着教材听课，纸本计算，完成课后作业，每个学生的学习任务和学习活动都一样，枯燥又乏味，考查方式更注重对知识点的掌握情况。由人工智能辅助学生学习，可以有效解决这类问题。

课前，自适应学习。Knewton自适应平台可以根据每个学生的学习情况，提供适合他们自身能力和兴趣的预习学习内容，虽然提供的内容材料稍有不同，但自适应内容背后的原理是相同的。当学生遇到困难时，系统会自动降低内容的难度，即不断通过学生在学习过程的表现，及时调整学生的学习内容，是一种个性化学习体验，让学生的学习更轻松、更高效。

课中，人机交互与小组交互学习。课堂中，智能系统平台为学生提供了个性化学习服务，学生可以使用手机移动终端完成例如签到、提问、抢答、练习等互动任务，有利于活跃课堂气氛、高效学习。智能教学平台还可以根据每个学生的优势合理分组，实现小组间的互动学习，齐心协力、共同探讨，完成老师布置的学习任务，有利于培养学生分析问题、解决问题和团结合作能力。

课后，个性化复习。人工智能作为导师时，可以随时为学生答疑。作为学伴时，一方面可以监督学生在规定时间内完成学习任务，若按时完成人工智能会给予表扬，否则督促批评;另一方面，学生可以在手机移动终端查看老师对自己的评价，反思自己的学习情况，做到查缺补漏。

结语

人工智能技术促进教育发展逐渐成为一个趋向，本文针对高职高校在现有信息化技术教学过程中遇到的教学方法落后、学生自主性学习意识薄弱以及师生互动、人机互动等问题，提出了基于人工智能技术的智能化教学模式。希望通过此变革策略能够促进教师与学生的发展，全方面提升教与学效率。

作者简介：马羊琴（1991— ），女，汉族，陕西绥德人，硕士，讲师，专任教师，研究方向：多智能体系统、智能控制、机电一体化;蒋晶（1986— ），男，汉族，重庆合川人，本科，高级工程师，轨道交通学院副院长，研究方向：轨道交通信号;周勇（1989— ），男，汉族，四川内江人，本科，助理工程师，专任教师，研究方向：机电一体化。