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人工智能在未来教育中的创新与应用

dengxues 发表于 2020-05-29 21:33:51 05-29 21:33
dengxues 发表于 2020-05-29 21:33:51 2020/05/29
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【摘要】 近年来,随着大数据智能、深度学习、类脑智能、自主控制和群体学习等新一代人工智能技术的发展,人工智能迎来了新一轮爆发,走入大众视野, 改变着各行各业。人工智能是开启未来智能世界的钥匙,是科技发展的制高点,也是未来智慧教育的得力助手。

过去几年中,GoogleIBMAmazon华为,百度,腾讯国内外科技巨头已经陆续设立人工智能实验室,投入越来越多的人力资源和资金支持,旨在提前布局,抢占未来的人工智能市场。甚至近两年,有些企业开始整体转型为人工智能公司,开启了全新的基于人工智能技术的服务或者解决方案。我国20177月发布了面向2030年的发展规划—《新一代人工智能发展规划》,同样也把人工智能当作国家战略计划从中央到地方进行整体部署,引导各行各业迎接即将到来的人工智能时代。

1、我国人工智能发展环境分析
  我国人工智能发展的基础条件已经具备,对人工智能软硬件的政策与资金扶持、对人工智能理论与关键共性技术的人才培养、对人工智能算法和海量训练数据的技术积累已为我国人工智能的发展奠定了诸多利好的环境因素。中国人工智能宏观环境分析如图1 所示。

 

1.1  政策—从中央到地方的政策支持

20177月,科技部出台的《新一代人工智能发展规划》中人工智能被推上国家战略层面;201712月,工业和信息化部出台《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划(20182020)》。许多省市自治区纷纷跟进,例如201711月,上海市印发《关于本市推动新一代人工智能发展的实施意见》,指出到2020年实现人工智能重点产业规模超过1 000亿元;其中智能驾驶产业规模达300亿元,智能机器人规模达200亿元,初步建成具有全球影响力的人工智能发展高地;201712月,北京市印发《北京市加快科技创新培育人工智能产业的指导意见》,提出到2020年北京新一代人工智能总体技术和应用将达到世界先进水平的目标;201712月,浙江省政府发布《浙江省新一代人工智能发展规划》,指出到2022年建设成全国人工智能发展的引领区

1.2  经济—智能经济成为投资热点

据中国信息通信研究院数据显示,2017年,中国占全球人工智能创业投资的48%,而美国为38%。也就是说,在大规模的引导基金和风险投资的推动下,我国正在全面推动人工智能创业创新与研究开发。

1.3  社会—国家投入持续增加,人才红利已然形成
  国家对高科技领域的研发投入持续增多。其中,新一代人工智能是国家重点投入领域;人工智能以及计算机毕业人员众多,许多高等院校纷纷开设人工智能相关专业,创办人工智能学院或研究所,为未来的人工智能行业发展带来人才红利 

1.4  技术—一边借鉴国外技术算法,一边取得应用突破
  我国在人工智能的视觉识别、语音识别、智能安防、无人驾驶等领域实现了技术突破,部分人工智能理论和关键技术处于国际领先水平。因此,基于对我国人工智能宏观环境的分析可以看出,未来基于人工智能技术发展智能经济、建设智能社会是经济社会发展的必然选择。

2、智能教育是发展便捷高效的智能服务的首要任务
  以往的人工智能主要是指模拟人类行为的智能,而当下出现了大量新的社会需求,比如智能教育、智能医疗、智能健康和养老、智能政务、智慧法庭、智慧城市、智能交通、智能环保等。这些需求不是个体行为,而是群体的系统行为。如何利用人工智能技术模拟智能系统,这将给各行各业提出更多新的挑战和机遇。
  我国幅员辽阔,地区间发展、经济社会水平不均衡,优质的教育资源、医疗资源和健康养老资源往往集中于大城市,中小城市或者偏远山区远未实现高水平的教育、医疗和健康养老。
  所以,唯有加快人工智能基础设施建设,形成像水、电、燃气那样无时不有、无处不在的智能化基础环境,推进人工智能技术与各行业深度融合,全社会、全国各地区的智能化水平才能大幅提升。尤其是围绕教育、医疗、养老等刚性民生需求,加快人工智能在这些领域的创新应用,能够为公众提供更多高质量、多元化的智能服务。

3、人工智能重塑基础教育
  当前全球主要国家纷纷重视利用人工智能技术推进教育教学创新,探索教育新模式,开发教育新产品,形成智能教育体系。未来,基于人工智能技术的智能教育将彻底解放教师资源,改变教学方式,对教育理念与教育生态引发深刻而长远的变革。

未来教育通过如下举措改变教学方式。

(1)构建个性化学习系统,激发学生自主学习动力。
  通过对每个学生的学习特点建立知识图谱与学生画像,为每个学生设计、制定有针对性的教学内容,进一步激发学生自主学习的意愿。

(2)实现教学成果的智能测评,提升教学质量。
  利用人工智能大数据分析技术对所有教师教学行为与学生学习情况进行对照分析与科学评价,从而快速且精准地定位教学问题,提升教学效果。

(3)构建大型线上学习系统,提升学生学习效果。
  将机器学习与互联网融合,打造线上自主教学平台,方便学生合理安排时间和课程进行有效学习。反之,线上学习系统积累的数据也将为学习分析算法提供训练资源。据2014 年美国自适应教育人机大战数据显示,自主教学平台相对于传统教育而言有效提升了学生的学习效果,学生成绩及格率平均提升10%,学生学习新知识时间平均缩短44%  

  在解放教师资源方面,教育机器人已成为必不可少的教育设备,甚至最早可以追溯到20 世纪60 年具备训练和示教功能的工业机器人。同时,教育机器人借助图像识别与语义分析技术实现了作业的智能批改,大大降低了教师的教学负担。20184月,安徽省教育厅发布《安徽省中小学智慧校园建设指导意见》,提出了“2020

年将建成作业测评系统,实现学生作业自动批改”的具体目标。根据中国信息通信研究院数据显示,截至2018年底,基于人工智能图像识别技术进行作业自动批改的移动应用APP已有上百个,主要聚集在小学数学计算领域,其中“爱作业APP”每天平均使用用户数超过20万,自动批改作业50万份。

   有了人工智能技术,教育领域将得到增强和转变。斯坦福大学20189月发布的《2030年人工智能与生命》报告剖析了目前不同领域人工智能的全景图。在教育方面,该报告强调虚拟现实、教育机器人、智能辅导系统和在线学习或学习分析技术将在未来15年内在课堂上占据显著位置。斯坦福大学的智能教育结构如图2示。

                   

2030年人工智能与生命》报告中提到的智能教育技术与场景如下。

(1)虚拟现实

虚拟现实环境现在被用来允许学生与不同环境或对象进行交互。在2030年,这些环境将会变得更加普遍和复杂,学生们可能会沉浸在其中学习不同的学科。

(2)教育机器人

自从80 年代乐高开发出第一个机器人工具包以来,许多模型已经被推广到不同的领域。未来的智能教育将允许更多学生创造和编程机器人,同时发展逻辑和演绎思维以及创造力。  

(3)智能辅导系统

自动语音识别和自然语言处理等人工智能技术的发展促进了智能辅导系统的发展,这些系统已经从实验室迅速转移到实际应用中。这些技术能够模仿教师,指导不同学科的学习和训练。当学生遇到问题时,他们会提醒,根据错误或答案提供即时反馈,甚至为每个学生设计个性化的学习方案。

(4)在线学习系统

在线教育模式在级教育中呈爆炸式增长,借助人工智能技术,学生可以更容易地得到准确评估。

(5)学习分析

学习分析这一领域是由学习过程中学生数据的测量、收集和分析组成的,它由在线学习系统产生,亦可作为数据资源供系统分析挖掘。交互机制可以促进教育领域的科学发现,并促进大规模学习的改进。

4、

   人工智能是大势所需。近年来,国内不少985211重点高等院校开设相关专业与研究所,重点培养人工智能人才基础教育、智能教育乃至智能服务很有必要,同时这也是社会的刚性需求。我国教育主管部门和教育机构应该联手,进一步梳理人工智能领域学科发展思路,设立更多的人工智能类专业,增加师范院校中人工智能相关学科方向的本科生、研究生招生名额。相信不久的将来,随着基于大数据的智能在线学习教育平台和教育分析系统的推广和普及,将会有效建立以学生为中心的教育环境,提供精准推送的智能教育服务。利用人工智能技术重塑基础教育体系之后,无论是人才培养模式还是教学方法改革都将焕然一线,智能学习、交互式学习的新型教育将孕育而生。


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