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    深圳优智文化传媒有限公司:人工智能融入学校

    来源: MG娱乐 作者: Allen 时间:2019.02.08

      二十世纪五十年代,计算机作为一种特殊的工具应用于教学,是技术应用于教育的雏形,智能教学系统则是计算机辅助教学在人工智能技术促进下的新发展,是人工智能教育应用的典型之一。

      计算机辅助教学指用计算机帮助和代替教师执行部分教学任务,传递教学信息,传授知识和训练技能,直接为学生服务的程序(Root et al.,2018)。相比于幻灯、投影、实验仪器等设备,计算机具有人机交互的特点,而计算机辅助的教学模式主要有操练与练习、个别辅导、模拟和教学游戏等,但这类系统无法为学习者提供个性化的学习指导,也不能根据学习情况动态调整教学策略(刘清堂等,2016),因此有研究者开始以计算机辅助教学系统为基础设计智能教学系统的功能。从技术发展角度看,人工智能是信息技术的延伸;从教育功能上看,人工智能应用于教育的实质仍是计算机辅助教学,也可称为智能辅助教学(Intelligent Tutoring System,简称ITS),或称作智能导师系统、智能教学系统、智能导学系统,目的依然是提*生学习绩效,尤其是近年来人工智能在虚拟现实、情感识别、自然语言处理、深度学习等领域的发展,赋予智能教学系统更丰富的内涵,使其受到研究者越来越多的关注。

      描述智能教学系统的框架较多,*典型的是1973年由哈特利(Hartley)和斯利曼(Sleeman)提出的三模型结构(ClanCey,1982)。其核心组件包括领域知识模型、学习者模型和教学模型,分别解决教授知识过程中教什么、教学对象和如何教的问题。随后,伍尔夫(Woolf,2018)在上述三模型中加入了人机接口模型又称为用户界面(User Interface)模型。还有专家提出五模型结构,但该模型的基础和核心仍是三模型结构。而四模型结构是智能导师系统研究领域较为通用的描述框架(见图2)。近三十年来,智能教学系统的学习者模型、教学模型及领域模型的功能不断得到丰富和完善,智能教学系统更加“智能”,拓展智能教学系统教学功能的典型途径包括借助语义网络和约束模型优化领域知识模型、利用元认知扩展学习者模型和结合虚拟现实技术拓展用户接口界面。

      实现领域知识重构,可以采用增加语义网络和约束模型的方式细化领域知识模型功能。语义网络指用词与词之间的关系表达人类知识结构的形式,提供问题和知识点的语义关联。随着命题语义网络和数据语义网络技术的开发应用,以及基于问题解决和概念提示等知识表达规则的应用,领域知识模型不仅包含学科内容的知识,还包括应用这些知识求解问题的过程性知识及建构正确解答和求解问题的策略性知识。约束模型指通过分析学习者信息,如学习者行为、情境信息和反馈信息,从而为他们提供有针对性的学习方案(MitroviC,2012)。如智能教学系统EER-Tutor通过使用教学对话、感知情境等方式,判断和回应学生的情感状态,从而提供支持服务。

      学习者模型重构可以通过引入新的研究理论使模型涵盖的内容不断丰富,如利用元认知支架获得学习者的动机、参与程度和自我意识(Dimitrova et al.,2007);系统还能利用环境约束分析学习者的认知水平和情感状态(Grawemeyer et al.,2015);社会模拟也可以通过理解文化和社会规范,使语言学习者能够与其目标语言使用者成功地接触进而提升语言学习效率(Johnson&Valente,2009)。

      早期智能教学系统用户界面的呈现一般采用基于文本或者2D的图画,这在一定程度上限制了对空间及物理概念的传输,而虚拟现实、增强现实技术可通过模拟真实世界里学习者无法访问的某些场景,提供身临其境的体验。当虚拟现实技术被应用于教学系统时,该系统不仅为学生提供探索、互动和操控虚拟世界的机会,还有助于他们将学到的知识迁移到现实世界中,进而以更自然的方式响应学生的请求(Westerfield et al.,2013)。同时,系统还可以通过视频捕捉、跟踪等技术捕捉学生的行为,以及借助三维图形、视频动画、音频和文本等多模态方式搜集信息,提高系统对学生需求的适配性。

      智能服务功能主要指利用大数据与学习分析等技术为学习者提供个性化学习支持服务。它通过感知、跟踪、收集学生学习过程的行为数据,动态了解学生状况,并根据个人能力和需求,选择*合适的内容推送给学习者(Pearson&UCL Knowledge Lab,2016)(见图3)。学习者接收到相关内容(可能通过文本、语音、活动、视频或动画的方式)后,人工智能教育应用(Artificial Intelligence in Education,简称AIED)系统将对学习者互动过程进行分析(如学习者目前的学习行为和答案、过去成绩以及出错率、当前情感状态);同时,该系统会根据上述信息做出反馈(如暗示和指导),通过调整教学进度并优化教学组织方式,确保学生的学习内容*限度地符合他们的能力和需求,从而*有效地促进学习。

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