人工智能技术在中小学课程设计中的应用探索

楼满芳

摘要：人工智能技术如何在教育教学中得以深入开展应用已经只是时间问题，本文旨在进行中小学课程研发上的人工智能技术应用进行一些可行的探索，目的在于寻求课程设计的模型建立标准，提出可能出现的问题并制定加以解决的机制。

关键词：人工智能；课程设计；解决机制

中图分类号：G420 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）27-0246-02

人工智能技术在教育教学领域的渗透，已经只是时间和深度的问题。在高校，这样的研究和探索已经掀起热潮，并陆续出了很多研究成果。但在基础教育阶段，受条件所限，并未能出现良好局面。本人早年也曾在中学任教，深知教学技术改革之迫切，也希望能结合所在地区的中小学课堂教学的现状，尝试探索符合当地中小学学情的人工智能技术的应用。

一、什么样的课程需要人工智能技术的应用？

本文讨论的人工智能技术，就是新四代专家系统。采用大型多专家协作系统、多种知识表示、综合知识库、自组织解题机制、多学科协同解题与并行推理、专家系统工具与环境、人工神经网络知识获取及学习机制等最新人工智能技术来实现，具有多知识库、多主体特点。细分一下，属于诊断型和调试型的组合，是用于教学和培训的系统。在进行课程设计中，需要着重于两个问题：（1）如何判断知识点是否被理解接受？（2）如何帮助学生对知识的理解接受？把传统的课程设计用一个流程图来表示，见图1。

传统的听课评价，基本上也是根据以上的流程来进行点评，教师的个人魅力在课堂上处于举足轻重的位置。如果根据课程的教学目的跟学生去一一对应会发现，在同一所学校里，不同的班级、不同的教师、差异化的学生个体造成了教学目的实现程度的千差万别。人工智能技术是否可以缩短这种差距呢？我认为是可能的，关键在于找准切入点，目的在于解决教师课堂教学所受限制部分的问题。因此，从中小学（以浙江金华地区为例）课程的设置情况来看，人工智能技术（AI）在目前的常规课程和素质拓展课程中都可以发挥其特有的作用。

二、课程设计中的人工智能技术如何解决问题？

当下探索的人工智能技术应用，应该是用于辅助教师进行更深入更直观更有想象力的工作，针对每种不同课程，需要解决的问题大概分为这几类：第一类，是某些因条件有限而无法切身体会的情境，如语文、地理、历史等课程中涉及的风景胜地、历史情境，AI技术可以帮助学生得到身临其境的真切感受。第二类，某些有一定危险性的物理、化学实验，或者因受所在学校条件限制而无法在实验室中完成的实验，可以利用AI技术辅助完成。第三类，有些拓展知识是融合了自然科学、历史、数学、哲学等各方面的学科知识而形成的，甚至涉及美学、音乐等艺术类课程，在很多中小学中能驾驭这类课程的师资不多，但此类需求却越来越强烈，因此借助AI的应用，可以使更多偏远地区的学生有机会享受到跟大城市里学生一样的优质教育资源，有利于教育的公平发展。第四类，学生因个人学习基础、学习能力差异而导致容易产生接受程度较明显差距的问题。教育一直倡导“以学生为主体”，“主体”包括了真诚地接纳、准确地解析、耐心有效地引导、适时地关注、及时地反馈、衷心地祝福。这样的主体意义，意味着教师们不光要走心，还要付出大量的时间，学生数量却不能多。以当下的现状，AI技术的应用可以帮助教师们在更大程度上去实现这样的责任和教育情怀。

那么，我们理想中的具有AI元素的课堂流程是怎样的呢？

AI中的虛拟现实技术，可以解决因客观条件有限而无法实现的体验以及实验，配套的神经系统甚至可以让学生产生除了视觉和听觉以外的感觉。强大的存储功能以及算法的运用，使学科之间的互通互融成为一件简单的事情，这样的“老师”是非常博学的。对话设置的人性化设计，可以满足更多个性化需求，兼顾不同学习能力、不同知识层次的学生要求。这样的教学辅助系统不会存在情绪上的波动，避免了因教师个体因素对学生造成的学习压力以及可能产生的“厌学”、“畏难”情绪。

当前的技术发展已然可以将人类的个体学习能力做一个比较数据化的分析，而基于生理以及心理的因素也导致构建一个个性化学习辅导系统成为非常有可能的事，比如总部位于上海的乂学教育。集团近年在积极推广的一套松鼠AI智适应系统，测学练测辅，五维一体。基本实现了语文、数学、英语、科学（生物、物理、化学）等等基础课程的知识辅导体系。但我们不能鼓励学生都去上校外机构的培训课程，这是本末倒置，那就努力提高校内课程的质量。

三、教师和学生在人工智能技术应用上充当的角色是什么？

对教师来说，一定要正确认识到AI技术的积极作用并主动参与其中。首先，教师是知识的梳理者。教师应该清晰课程中学生可能遇到的困难，并利用团队的力量将这类困难分解成若干个“小坑”，有助于学生通过各种方法慢慢“填坑”，最终完成既定的教学目标。其次，教师也是教学过程的设计者，了解传统授课过程中的课堂局限，以及希望有所突破的环节，并恰当地在这些环节中使用AI进行辅助教学。最后，教师还是学生学情的质检员。教师应该通过传统和现代手段，对学生的学习情况有精准而全面的了解，也要善于利用现代AI技术对学生个体进行更精细的分析，便于更好地进行课堂教学以及师生交流。

因此，教师的工作将变得更有趣，老师们可以通过设计一些虚拟情境，实现非常棒的课堂效果，也可以通过数据分析进行更科学的课程改革，探索更符合青少年规律的教育理念。

对学生来说，他们无疑是最大的受益者。首先，学生是人工智能技术的使用者，是受体，他们将面对前所未有的信息传播方式，在调动几乎全身所有神经细胞的情况下吸引知识，将使个人的记忆力、想象力、创造力得到更大程度的激发。其次，学生在享受人工智能技术带来的新变革的同时，也是对新技术的学习阶段，每个个体将对自身做出更明确更符合实际的要求，非常有利于学生认清自己的优缺点，有助于扬长避短，发挥个人潜能。再者，人工智能技术本身是在不停发展进化的，而教师和学生的积极参与，将成为技术进化过程中的催化剂和助燃剂，必将为人类社会的高度文明化做出贡献。

四、需引起注意的几个问题

人工智能技术的广泛应用是历史趋势，也是人类挑战自我寻求突破的机遇。在这样的一个历史阶段，必然会有一些问题出现，比如对教师这个职业的担忧，比如对于教育能否真正实现越来越公平的争议。这些问题都不必逃避，而是用我们的智慧来加以分析。但所谓物极必反，如果寄希望于让人工智能技术来取代教师的所有工作，显然是不符合教育规律和青少年身心发展的，因为在我们的教育理念中，教育的目的是要培养学生的德、智、体、美、劳等全面发展，树立正确的人生观、价值观、世界观是教育过程中的核心责任。因此，人工智能技术的日趋成熟以及越来越深入广泛的应用，目的在于将教师从繁重的机械性工作中解脱出来，在现实教学资源无法满足的情况下得到有力辅助。作为教书育人的教师这个职业来说，可以更好地提升其整体研究能力和队伍的纯洁度，换句话说，混日子的教师将无法继续混日子，而学生遇到的将是越来越多的受益终生的“良师”。

参考文献：

[1]郝冠毅.人工智能技术的普及[J].电子技术与软件工程，2018，（16）：250.