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人工智能与智慧课堂——课堂的转型与教育的发展

时间:2019-03-21 13:42:26 来源:湖南师范大学 作者:袁航

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“人工智能”一词早在20世纪中期就已经被提出,自那以后AI也逐渐被人所熟悉,直至今日,人工智能似乎也成为了一种潮流,一种趋势。关于智慧一词,钱学森曾说:“人的智慧由两大部分组成:量智和性智,缺一不成智慧。此为‘大成智慧学’。”他认为,量智主要是科学技术,一般是从局部到整体,从研究量变到质变。性智更多的是人文科学,从整体感受入手去理解事物,从“质”入手去认识世界。钱学森的大成智慧,实质上强调的是科学技术与文学艺术等以及各种文化实践活动的结合,二者应相通;逻辑思维与形象思维的结合,二者应相融;科学需要艺术,艺术也需要科学,二者应整合,建立新的人文主义和新的科学主义。这就是大成智慧,就是智慧。智慧课堂也是如今国家发展的趋势,符合我们教育的本质目标,也符合学生的生理、心理需求。将人工智能与智慧课堂相结合,无疑是在一种新的教育思想的引领下,借用科技带来的便利,将人工智能引入学习中,并且学会用人工智能思维解决一些实际问题。

一、人工智能1.0到人工智能2.0

人工智能”一词最初是在1956 年Dartmouth学会上提出的。从那以后,研究者们发展了众多理论和原理,人工智能的概念也随之扩展。人工智能(Artificial Intelligence),英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支,它企图了解智能的实质,并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器,该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能从诞生以来,理论和技术日益成熟,应用领域也不断扩大,可以设想,未来人工智能带来的科技产品,将会是人类智慧的“容器”。

人工智能是对人的意识、思维的信息过程的模拟。人工智能不是人的智能,但能像人那样思考、也可能超过人的智能。

人工智能从1.0走向人工智能2.0,有诸多方面的原因。一是社会产生了新的需求,二是信息环境发生了巨大变化,三是人工智能的基础和目标发生了变化,当然总的原因是人类社会结构从物理空间—社会空间的二元结构转变为物理空间—社会空间—信息空间的三元结构。人工智能2.0包括五个方面的基础研究:大数据智能;群体智能;跨媒体智能;人机混合增强智能;自主智能系统。目前人工智能2.0技术已经初露锋芒,对教育将产生多方面的影响:大数据智能将使个性化教育获得极大支持;跨媒体学习将取得很大的进展;终身学习将得到智能化的支持;数字图书馆建设将转变为智能图书馆建设;队伍组织和人才培养将成为新一代人工智能战略实施过程中极为重要的两个关键因素。

随着现在科技的进步,人工智能2.0发展得越来越迅猛。大数据智能已经出现;群体智能已经引起科学家的关注;人机一体化技术已经引入了一些混合智能;跨媒体智能已经开始兴起,某些应用已经产生了发人深省的效果;无人系统迅速发展,这些条件都造就了目前人工智能的发展势头。

二、智慧课堂——新的课程理念

新的课程理念认为,课堂教学不是简单的知识学习的过程,它是师生共同成长的生命历程,是不可重复的激情与智慧综合生成的过程。随着新一轮基础教育课程改革的不断推进和课堂教学改革的不断深化, 课堂教学所呈现出来的前所未有的艰巨性、复杂性,以及教学活动自身的特异性、多变性和不确定性,都对教师洞悉复杂局面、应对复杂挑战的智慧品质和智慧水平提出了很高的要求。国家督学成尚荣教授指出:“课堂教学改革就是要超越知识教育,从知识走向智慧,从培养“知识人”转为培养“智慧者”;用教育哲学指导和提升教育改革,就是要引领教师和学生爱智慧、追求智慧”。由此可见,让智慧唤醒课堂,让智慧引领教师专业成长,是时代的呼唤,是教师专业成长的需要,是课堂教学焕发生机与活力的契机,也是新时期教育教学改革的重大使命,我校目前进行的“智慧课堂”的课题研究有着鲜明的时代意义。

问题驱动、理念引领是信息技术促变教育的双驱动力。我们要改变传统的教育模式,对传统的课堂进行改造,学生是主体,老师作为引导者,将整堂课程变成孩子的主场,他们尽情表演,我们适当地加以控制,绝对不可进行过分的干预与绝对的目标化。

智慧课堂有着以下几个特征。第一,灵动性。智慧课堂应充满灵动和生机。它是互动生成,充满活力,充满生机的,它能探究未知,活化已知,开启心智。学生会从中课堂教学过程中获得感悟和启迪,从而逐步变得有灵气、有悟性、有智慧,会变得越来越聪明。第二,创造性。智慧课堂要充满创造。智慧课堂努力解决现实生活中的实际问题,针对教学矛盾寻找新出路。教师还要对常态知识、事物、教材常有新见解、新视角、新创意,善于平凡中见新奇,发人之所未发,见人之所未见。智慧教师善于“激疑布惑”,激发学生好奇质疑和标新立异,并能够提供学生创新思维的方法和策略。第三,愉悦性。智慧课堂的表征是愉悦。学生能不断获得成功感悟和体验,差异发展的学生普遍受到尊重,学生的天赋和价值被广泛关注和认同,学生对未来充满积极的预期和渴望。第四,高效性。智慧课堂的本质是高效。它既能克服传统课堂满堂灌、沉闷、消极的弊端,又能防止新课改后“从满堂灌到满堂问,形式上热热闹闹,本质上高耗低效”。智慧课堂的呈现是各显特色。智慧课堂没有最经典,只有更智慧。只有把握这五个特点,并且将这五个特点好好利用,才能够真正地实现智慧课堂。

新课标中将智慧教育的思想体现得淋漓尽致,就如杜威所说:“教育不是告知与被告知的事,而是一个主动性、建构性的过程,我们在教育的实施过程中,所有的授课方式都要考虑到学生的主观能动性,充分调动他们的积极性。

三、从工具性思维转变到人工智能思维

对当前教育技术应用效能的评估表明,目前教育信息技术的实际适用度不高,教育技术学正面临发展的瓶颈,长期以来的工具性思维使教育技术的环境设计既很难反映教育过程的要求,又呈现功能分隔的模块化特征,从而只能作为外在学习环境而非嵌入式学习境脉。人工智能的发展为教育技术开发打开了新的视

角,我们需要从工具性思维转向人工智能思维。未来的教育技术学应立足教育过程本身,充分吸纳学习科学的已有的研究成果,建构系统化、高关联、深度学习和可实现的学习系统,以真正改善学校教与学的现状。

学习与发展是教育永恒的主题。人类之所以成为万物之灵长,很大程度上依赖于学习所获得的演化。技术增进学习的本意是指技术扩展了对原有教育活动的理解视野,深化了关于教育过程有效性的机制分析,从而不仅改进了教育效能,更转化了工业革命以来的教育模式。但是,现今的教育技术,包括每年的地平线报告,大多从两个方面推进:一是采用信息技术单调叠加的方式发明学习概念和未经评估的教育技术产品,后者带来的潜在危害非常大(Hul—leman eta1.,2017);二是采用尝试—错误的方式开展教育试验。这不仅带来巨大的资源投入的浪费,更是将学习者视为技术的试验品。究其原因,乃是工具性思维限制了我们对于教育问题本身的思考。

工具性思维的核心是工具,它关注由第三方设计的外在环境,环境依赖工具而建立,工具的基础决定了环境的可能性,环境与系统相分离。进行工具应用时,设计者往往需要注意运用工具的具体场景。工具性思维倾向于以技术为重点,以功能为导向。研究者经常觉得需要使用自上而下的新技术,更多关注的是使用技术,而不是为什么使用并如何有效地使用。教育技术开发者将信息技术视为学习工具,由于工具面向不同需求并以不同方式而生产的,因此按照彼此的功能模块进行叠加并外在于人类学习系统,成为学习环境的组成部分。在运用过程中,工具性思维强调技术要求的“标准”“效率”“绩效”,以及使用相应的外设量规体系对学习行为进OER.2018,24(2)行评估。这个看似具体和可操作的过程,却是建立在对环境想象,而非对学习系统本身运行及特征挖掘的基础上。

人工智能思维将智能机器视为人类智能的延伸,是人类认知系统的一部分。人工智能思维的核心是认知,它关注系统性或关系性。人工智能思维和计算思维相互交织和重叠,因为具有计算能力的机器智能是实现智能的主要手段。计算思维通过约简、嵌入、转化和仿真等方法,把一个困难的问题重新阐释成一个知道问题怎样解决的方法;这是一种递归思维,又是一种并行处理,也是利用启发式推理寻求解答,即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法(Wing,2006)。然而,人工智能思维需要超越计算思维。人工智能的思维涉及系统、框架、技能,以及从人工智能研究和实践中提炼出来的通用工具。与计算思维相比,人工智能思维超越了逻辑和基于算法的视角,如利用知识库和案例库解决问题;捕获和理解常识;启用语义和境脉的处理以及处理非结构化数据等,还应该涵盖深度学习和认知计算背后的基本思想。除总体框架外,人工智能思维还应该包括人工智能通用问题解决方案的内容:一套成熟的、广泛应用的知识表征观念,以及相应的易用的推理引擎。对教育中人工智能的发展,最重要的是系统性、高关联性、深度学习和可实现性。

四、科技辅助智慧课堂

我们对于人工智能最简单的理解可能是高科技,一些科学技术产品使得我们的学习更加有效,使得我们的课堂更加符合现在的教学目标。我们可以利用现在的技术对每个学生进行跟踪记录,从而制定出适合他们的学习方案,对于学生的差异性也得到了较好的解决。

对于智慧课堂我们要学会采取以下的策略。

1、智慧课堂应营造和谐的学习氛围

智慧是植根于爱的,教师不仅要尊重和宽容学生,更要欣赏学生的独特感受和多元见解,不排弃学生在学习过程中的“节外生枝”。在充满智慧的课堂上,学生不再是唯唯诺诺、亦步亦趋、小心翼翼。这样民主平等、宽松和谐的学习环境,吸引着每一个学生进行智慧的碰撞、情感的融合、心灵的交互,学生的思绪得以飞扬,灵感得以激发,智慧得以生长。

2、智慧课堂应讲究教学语言的艺术

一个人在认知清晰性和口头呈现的清晰性上有着很大的差异,教师的课堂语言或讲话方式就会影响教学内容呈现的清晰度。在工作中,时常可以看到一些老师自己很有才华,可惜上的课却并不受学生欢迎。这与不能清晰展开教学有很大的关系。而一些公开课之所以很成功,给学生及听课的老师以一种享受,教学语言的精心设计起了很大的作用。

3、智慧课堂要有多样化的教学设计

多样化的教学设计是指多样灵活地呈现课时内容,是“用教材”还是“教教材”?如何用好教材?都应该是教师精心预设的问题。当然,多样化的教学设计还包括使用吸引注意力的技巧,变化提问的类型等。

4、智慧课堂应引导学生投入学习

我们要研究如何增加学生的投入时间,有效引导学生投入学习过程。教师精心设计教学环节、对可能出现的“意外”预先想好对策、对学生的学习及时进行反馈等都将直接触发学生智慧地学。

5、智慧课堂应重视动态生成

“动态生成”是新课标提倡的一个重要理念。教学不应只是忠实地传递和接受知识的过程,更是课堂创生与开发的过程,课堂教学是千变万化的,再好的预设,也不能预见课堂上可能出现的所有情况。智慧课堂不但要求教师要有随机应变的能力,更要求教师在随机应变中尊重学生的主体性,根据教学进程中出现的新情况,及时调整课前的预设,给学生腾出空间,为生成提供条件,鼓励生成。

6、智慧课堂应追求高效教学

“高效教学”,就是要最大程度地发挥课堂教学的功能和作用,在单位时间内,即在课堂有限的教学时间内最完美地实现教育教学的三维目标整合,以求得课堂教学效益。其显性标志是:课堂教学既要有课程内容选择上的广度和深度,还要有课程实施安排上的密度和适度,更要有课程组织落实上的力度和效度。也就是说,“高效教学”的课堂要做到信息量大、思维含量高,情感培育要真正触及人格与灵魂。

五、人工智能思维对智慧课堂的影响

人工智能思维可以促进智慧课堂的发展与实施,具体影响可以从以下几方面进行考虑。

充分发挥学生的主观能动性。

在人工智能思维影响下,我们学生的自主性会增强,自我意识能力提高,通过这样的思维授课,使得我们的授课水平不断提高。

提高学生的学习效率。

人工智能思维使得我们更加明确如何进行学习,怎样学习更加有效,通过方法论、学习论的结合,使得我们的学习进步更快,或者说是自主学习力更强。

促进理论转化为实践。

人工智能思维更注重将感性转化为理性,理论转化为实践,是一种将系统论付诸于实践的过程。

六、教育的发展趋势

人工智能2.0对于教育也产生了重要的影响。大数据智能会使个性化教育获得极大的支持;跨媒体智能会有效地提高学习效率与兴趣;终身学习将得到智能化的支持;从建设数字图书馆变成建设智能图书馆。这些都会推动我们的教育走向另一个高峰。

【参考文献】

1.2018年第5期《中国远程教育》的《人工智能2.0与教育的发展》 潘云鹤

2.2018年4月(第24卷第2期)从工具性思维到人工智能思维——教育技术的危机与教育技术学的转型 吴 刚(华东师范大学教育高等研究院,上海200062)

3.第32卷第2期2018年4月《中国医学教育技术》的《教育人工智能:让未来的教育真正拥有“智慧”》王运武,张 尧,彭梓涵,王胜远

江苏师范大学智慧教育学院江苏省教育信息化工程技术研究中心,江苏 徐州 221009

4.《人工智能趋势视角下的未来教育》魏 忠 上海海事大学

5.第33卷 2005年6月《陕西师范大学学报》自然科学版《人工智能与教育技术》

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湖南师范大学教育科学学院教育技术学袁航供稿

责任编辑:高永锋

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