人工智能在英语教育中的应用研究综述

汤智月 杨进中 卞凤

(青岛大学，山东 青岛 266071)

一、引言

随着信息技术的高速发展以及信息技术与教育的深度融合，我国教育信息化进入2.0时代，并被赋予了新的使命。大数据、云计算、虚拟现实、人工智能等技术的支持为教育提供“互联网＋”的交互式、合作式的教学环境，这些技术的迅速发展，能够促进教育教学发展，改变人才需求和教育形态[1]。近年来，人工智能应用于英语教育中出现了很多研究案例，通过文献检索，笔者发现人工智能应用于英语教育主要体现在神经网络机器翻译、自动测评系统、聊天机器人、智能导师系统和虚拟现实应用等五个方面。

二、神经网络机器翻译

机器翻译是利用计算机将文本从一种自然语言翻译成另一种自然语言的过程。随着人工智能中的深度学习、机器学习和神经网络等技术推动神经网络机器翻译的出现。目前，国内外对神经网络机器翻译的研究大多停留在技术层面和效果验证的研究上，如神经网络机器翻译的原理、模型及类型、发展面临的困境以及如何改进方面，而对该形态的应用案例较少，但是神经网络机器翻译是机器翻译的升级，其应用案例可参考机器翻译。国内外对机器翻译应用案例的研究主要分为课堂应用形态和影响等。首先，机器翻译应用于英语写作课堂中主要有两种形态，即预编辑和后编辑。预编辑指的是在进行英语写作之前，使用翻译系统对其中的某些固定表达、专有名词等词语进行翻译，在翻译系统的协助之下，完成作文的撰写。土耳其国民教育部发现使用谷歌翻译作为预编辑工具在低水平英语学习者的写作活动，学生对概念类别的数量增加了，能产生更多的原创想法，提高了作文的流利度，能更好地用第二语言去表达自己的观点，写作创造力被提升[2]。后编辑指的是学生在课堂上使用翻译系统将母语翻译成英语，然后对机器翻译的内容进行检测、选择和修改与同伴进行意义协商，最终完成翻译。其次，国内外对机器翻译的影响研究可以分为三个方面，即对学习者的认知、语言和情感的影响。从认知角度来看，通过初步翻译来减少认知负荷，并促进自主学习。从语言学的角度来看，机器翻译支持词汇语法知识，促进阅读理解和写作，并最终促进语言学习。从情感的角度来看，它降低了语言焦虑，增加了动机和信心，并给学习者创造了一个无压力的学习环境。机器翻译的使用是两面性的，外语教师应该意识到机器翻译的可能性和局限性，并为学生提供充分的指导。

三、自动测评系统

自动测评系统是基于统计、大数据、自然语言处理和人工智能技术对所输入的信息进行评估与记分，并输出修改意见，在英语学习中主要侧重于写作与口语练习。首先，在写作自动测评系统中，基于自然语言学习和机器学习技术，可帮助用户完成英语写作过程中的各个步骤，并为以后的改进提供建议和资源。目前，我国对英语写作自动测评系统研究较多的是句酷批改网，它的原理是通过将输入信息与标准语料库中的信息进行对比，在词汇、句子、文章结构和文章内容四个方面进行分析，通过算法得出分数与修改意见；国外广泛使用的写作自动测评系统主要有四种:Essay Grade(PEG)，IntelligentEssay Assessor(IEA)， E -rater 和IntelliMetric。Jill通过对E-rater进行实验，研究人类评分和系统评分之间的对比及不同母语学习者得分差异，发现该系统与人类评分的差距较小，但不具备人类评分的额外写作特性分析。同时，学习者的母语水平对论文评分也有较大的影响，并有研究者提出了后续研究应改进系统，减小差异，促进公平[3]。有学者研究发现篇幅较长或包含系统偏爱的某些词汇语法特征的文章，即使内容不够充分，也能得到高分。另外，也有学者发现这种模型并不关注写作的社会和交际维度，致使写作意义简化。其次，人们开发了各种利用自动语音识别技术为二语口语提供练习和反馈的系统，如 Fluent，EduSpeak，Carnegie Speech native accent，Saybot 和Rosetta Stone等。该口语测评系统常用于英语课堂中的发音、对话和阅读练习中，学习者可以在自学活动中使用系统对自己的发音问题进行了解并改进，对建立口语信心提供极大的帮助；学生也可以在课堂中进行沟通活动，比如讲故事或者对话任务。对于部分弱势的学生，包括天生有缺陷的学习者来说，他们的文化水平和写作能力较低，说话比写试卷更容易，而且用自动语音识别进行的评估对这些类型的学生来说可能比传统考试更公平。

四、聊天机器人

教育机器人是专门针对教育行业开发的，通过对机器人设定程序，达到辅助学习者的学习，甚至代替教师的功能。教育机器人在英语教育中主要表现形式为聊天机器人。聊天机器人给英语学习者带来多种机会，进行交流和互动，实现一对一的支持。Fryer和Carpenter(2006)认为[4]，聊天机器人可以通过多种方式为语言学习者提供宝贵的机会，但也有部分学者对聊天机器人做出了一些负面的报告。如聊天机器人的反馈往往是“可预测的，冗余的和缺乏个性的[5]”，以及考虑语言意义时，聊天机器人会产生大量没有逻辑的答案[6]。但是语言的准确性和意义性并不是检验聊天机器人价值的唯一标准。Da-Eun Han[7]通过调查聊天机器人在学生的口语能力和情感领域发现，机器人能够有效地提高学生的英语口语能力，积极地影响学习者的兴趣、信念和动机，同时降低焦虑水平。另外，还有研究人员探索了聊天机器人的外观对功能的影响，以及二语学习者的错误输入时的语言准确性。Fryer等学者结合兴趣四阶段理论模型调查了聊天机器人与学生兴趣的关系，发现好的交流需要学生对人类伙伴交谈感兴趣并且拥有良好的交流经验[8]。到目前为止，聊天机器人还不能解释轻度的发音、语法和拼写错误，但它们是培养语言熟练者或母语者的会话技巧的理想学习辅助工具。然而，AI聊天机器人无法满足学生自发性、创造性的需要，所以仍然无法替代现实世界中的教师。

五、智能导师系统

智能导师系统是一种基于计算机的学习系统，由四个基本组件组成:领域模型、学生模型、教学模型和智能人机接口，来模拟一对一的个人辅导。旨在通过完成一些传统意义上由教师执行的活动来指导学习者的学习，在特定领域解决问题，进行建模，为学习者提供个性化的支持。国内现有的主要英语智能导师系统:“句酷批改网”针对学习者的写作进行详细指导，而“希赛可”对学生的口语进行逐步改善，具备实时聊天、检查拼写和语法、听力练习和句子分析等独特的功能[9]。后续“希赛可”的研发团队还利用该系统进行分层教学，教师根据学生的英语成绩进行隐形分层，依据学生的学情设置各项学习任务的难度，再分层进行成绩验收和布置作业[10]。国外的智能导师系统得到很大的发展，这种通过与学生互动交流并关注学生个体差异的系统是一直被鼓励发展的。比较著名的系统有:Mahmoud Abu Ghali使用智能导师系统构建器(ITSB)工具来构建学习英语语法的系统，主要由教师的资源与问答系统和学生的学习与练习系统两部分组成。该学者还通过专业英语教师对学生的分析，来对该语法系统进行评价，结果较为满意。但是，现有的智能导师系统大多是通过以下两种方法来促进英语学习者的学习:在存储库中提供单词、句子和语法等练习，并随着学习者的发展逐步加大难度；向学习者提供练习的系统和脚手架，让学习者逐步独立完成。这两种都主要集中在调整推荐学习内容，并没有从学习者的角度去设计系统，这是我们未来考虑的方向。

六、虚拟现实应用

智能虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。对于英语学习者来说，虚拟现实技术与英语教学相结合，利用动画、声音、文本等多维感官刺激来呈现生动的事物，激发学习者的学习兴趣，促进互动，从而达到良好的学习效果。目前，我国对虚拟现实与英语教育相结合的应用研究还较少，主要有华东师范大学开发了适用于面试和演讲等特定场景下，使学习者与虚拟面试场景中的人工智能虚拟角色进行自然的会话交互平台[11]、英语词汇学习软件“Happy Words”“为了博士”的解谜英语游戏等。国外的应用研究主要有基于HMD的沉浸式学习平台，比如虚拟现实生活英语系统VRLE和综合性的语言学习应用程序SPELL为初学者进行口语练习。虚拟现实与英语教育结合的研究涉及多个方面，如 James N.Anderson针对SPELL系统的界面设计的可用性、应用程序的态度、人物互动的态度以及系统的语音识别准确性进行研究；Jim Ranalli对教学设计后的畅销游戏“模拟人生”进行了学习者词汇习得以及态度的研究。还有科英布拉大学的研究者侧重于技术改进，将神经网络分析与虚拟现实相结合，提高了英语学习系统的识别与预测能力。与传统的英语学习相比，虚拟现实英语学习具有沉浸式、交互式和想象力的优势。随着软硬件的发展，虚拟现实英语教学系统将从鼠标键盘交互的非沉浸式学习发展到头戴式设备的沉浸式学习。虚拟现实与英语相结合的研究也存在不足，缺乏英语听、说、读、写的综合应用等。

七、结语

文章主要通过对国内外教育技术类和优秀硕博论文中有关人工智能应用在英语教育中的论文进行分析，发现人工智能技术在神经网络机器翻译、自动测评系统、聊天机器人、智能导师系统和虚拟现实应用等五个方面为英语教育助力。人工智能助力英语教育体现出的特点大致表现为助力学习的个性化、碎片化、效率化和沉浸式。目前在已有研究中，也存在一些不足之处，主要包括研究内容方面忽视教学模式的设计、实施和验证以及人工智能的应用普及；研究方法方面以个例的实证研究为主，系统的思辨研究较少；研究对象方面只涉及学生群体以及对其学习效果(多方因素)的检验，存在片面化的问题。