教育学人工智能教学应用研究文献综述.docx

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1、人工智能教学应用研究文献综述【摘要】人工智能被越来越多的应用于教育教学中，推动着教育发生变革，教学方式、教学环境都在发生着改变。人工智能极大的方便了教学管理与教学过程,促进了教育信息化，但人工智能在教育中的应用实践也突显了一些问题，这些问题该如何解决，未来人工智能又该如何促进教育的发展。【关键词】人工智能；人工智能教育应用一、引言本文以“人工智能”、“人工智能教学应用”等为关键词在CNKI中进行检索，发现相关主题发文量在逐年增加，对人工智能及人工智能的教学应用关注越来越多。如图1所示。年份同时，人工智能的教学应用不仅仅局限于学校的学科教学中，还包括医学、职业技术等，其中“计算机软件及计算机应用

2、”与“教育理论”占比较大。如图2所示。3.37%2.912.91%8.65%4.47%9.4721.73%与术文论技言育理化语教育初国教自外初其教学12.32%计算机软件及计算机应用 高等教育 中等教育 职业教育 医学教育与医学边缘学科二、提出背景物联网、5G技术、人工智能、区块链等新技术的快速发展，教育形态将发生深刻的变革，深度学习、模式识别、自然语言处理、情感计算、学习分析和人机协作等已成为“人工智能+教育”的主要表现形式叫人工智能技术在教育中的应用将伴随计算智能、感知智能和认知智能技术的发展而不断发展和完善，人工智能与教育的融合创新已经成为未来教育变革的趋势。2017年7月，国务院印发新

3、一代人工智能发展规划，提出“在中小学阶段设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育”。人工智能进学校已经是不可挡的趋势，越来越多的学校开始将人工智能运用到教育教学中，体会数字时代技术带来的便利。人工智能在教育领域的应用，一方面对教育变革提出了新的需求，另一方面，人工智能将赋值教育。郭炯等认为：人工智能提供获得优质教育内容的机会和改善学习的环境。祝智庭等提出：人工智能倡导培养具有创新、沟通和深度思考的人才。在教育领域，可以低成本、大范围地使用智能技术的时间还不长，机构、个体的人工智能教育应用意识与能力差别很大,且总体上比较低。人工智能技术灵活、多样，它在学与教活动中起作用的方式多种多样，描述它作用的

4、术语也并未达成一致。例如，“tutor”一词,且总体上比较低。人工智能技术灵活、多样，它在学与教活动中起作用的方式多种多样，描述它作用的术语也并未达成一致。例如，“tutor”一词，有时指谈话教学法，有时指认知学徒取向的问题解决教学法（如。Andersonoeta1。，1995）译为中文，则有“辅导”、“导学”、“指导”等多种译法。对于核心概念的用词与内涵缺乏共识，就其后果而言，不但会增加沟通成本，易导致思想混乱，而且可能误导设计、开发与应用实践，不利于领域知识积累；究其原因，是受到领域快速发展、从业人员的学科知识背景与诉求差异大、相对忽视教学层面的反思总结等因素的共同作用。三、应用现状（一）

5、人工智能在教学中可以扮演“教学角色”通过阅读相关文献分析概括，发现人工智能主要有七种教学角色隐喻，即人工智能作为：（1）辅导者（tutor）、（2）教练（COaCh）、（3）评价者（eva1uator）（4）协调者（faci1itator）（5）联通者（COnneCtOr）、（6）同伴（Peer）、（7）学生（student）0在七种角色隐喻中，前五种均可视为教师（teacher）,因此总体上可以将教学角色隐喻分为教师、同伴与学生三大类。但与人类在教学中扮演的角色相比，人工智能所扮演的角色还有很大的局限性。人工智能在“行动中”的一般特点有：（1）角色单一固定，系统功能决定了人工智能的教学角色，

6、而功能是预设的和固定的，在行动中难以改变，难以灵活切换角色，更难以即兴发挥，代理承担多种角色反而可能会引起学习者的困惑（Johnson.eta1,2016）；（2）接触面大，与计算机网络结合，可以跨越空间和时间，在大规模应用的情况下成本降低一一这是人类教师难以比拟的，也是以巨大的投入来开发这些系统的原因；（3）稳定性高，即条件相同则系统给出的干预措施相同；（4）以多媒体形式呈现教学信息；（5）教学过程可回溯、可再现，可以实现详细的过程记录和不同级别的概括呈现。从表现上看，智能教学系统介于固定、被动呈现教学信息的教学媒体和灵活、具有生成能力的人类教师之间；接触面大、稳定、多媒体呈现、可精确回溯重

7、建是其最大优势。（二）人工智能在信息技术教学中的应用在高中信息技术教学中，人工智能具有重要的价值和作用，为提高学生对自然语言处理及VR、AR等智能系统的操作能力，应通过人机交换、模拟识别、延伸智能理论、人工智能模拟的方式辅助学生学习，以此提高信息技术学习效率。人工智能在信息技术教学中的应用主要有以下几个方面咒1、应用智能搜索引擎丰富教学内容；2、应用智能语音开展互动教学；3、应用智能教学系统引导自主学习；4、应用智能编程平台开展编程教育；5、应用智能仿真技术实施创客教育。（H）人工智能在教学管理中的应用人工智能在加速人们融入教育的同时，对人们的生活和工作产生了深远的影响。颠覆性的智能技术创新教

8、育的新时代即将到来。智能教育教育将推动新技术创新教育。教育灌输新思想，提供新方法和工具，推动教育和教学模式的根本变化，并提高教育质量。当前，人工智能可以在各个方面提高教学效率，例如学习指导、教学评估、优化教学空间、改善学习体验以及使个性化学习成为现实。人工智能正在推动教育和教育领域的创新，并己成为发展教育信息的重要因素。国务院公布的新一代人工智能发展计划的内容是利“用智能技术加快人才培养模式和教学方法的改革，构建包括智能学习和互动学习的新型教育体系:教育时代跟随人工智能的发展，促进自我教育的改革和创新，建立实现个性化学习和终生发展的教育体系，并促进从低水平的教育向多种类型的教育过渡加。四、人工

9、智能技术在美国学校教学的应用领域山1（一）智能辅导系统实现问题解决精准化智能辅导即智能化计算机辅助教学,主要包括领域模型、导师模型和学习者模型,三者相互促进、相互制约;最终实现一对一智能化教学辅导。美国孟菲斯大学研究团队开发了“自动导师”（AUto-Tutor）,通过模拟人类导师的特征与风格,运用自然语言与学生进行对话交流。除特殊情况外，“自动导师”不会直接给出问题答案,而是通过对学生的不断询问，最终使他们循序渐进地得出最终答案，以此鼓励学生进行思考和推理,而非提供简短的碎片知识I。“自动导师”还会通过计算机界面以语音、语调、面部表情、手势等来传递对话时的动作表现,通过动作形态变化传递智能导师

10、的情感状态。进而增强智能辅导系统的真实性和趣味性。美国教育考试服务中心(EdUCationaITestingSerViCe)利用人工智能自然语言处理技术开发了写作导师(WritingMentor)致力于为寻求写作帮助的英语学习者和作家提供一站式服务,并向他们提供可操作性反馈,包括写作主题开发、文章连贯性表达、单词选择和英语习惯用法等(二)机器学习技术确保内容设计个性化机器学习是人工智能的一种典型运用，计算机通过软件中所包含的算法和规则。分析学习者历史数据以制定适应性决策。智能机器可以为学习者定制适时性知识材料,美国内容技术公司(COntCntTechno1ogiesInC)在此领域进行了积极探

11、索。作为一家利用深度学习开发定制教科书的公司，它关注学生的独特学习需求,为不同学生定制个性化教育内容。美国内容技术公司通过利用人工智能深度学习技术来收集和分析美国现有课程资源,将几十年前的教科书转变为相关的智能学习指南从而生成和提供定制书籍与学习教材,包括个性化测试、教科书和章节摘要。该机构相继推出了“填鸭101(Cram101)和“事实真相IO1w(JustTheFacts101)等智能教材;利用人工智能技术将学习内容分解成更便于学习的内容，以提高学习效率,帮助学生更快、更轻松地掌握学习内容.。()智能虚拟现实促进课堂教学情境化智能虚拟现实技术的开发和运用，能模拟现实世界的真实状态，帮助学生

12、真切感知教学场景，实现直观性教学，增强课堂教学的情境性和趣味性。培生公司(PearSon)在2016年引进了智能虚拟现实技术,通过模拟学习用户在现实世界中无法经历的情境,如危险的地理环境位置、无法再现的历史事件等从而为他们提供真实的沉浸式体验,使他们获得真切的主观印象.。借助智能虚拟现实体验,学生有机会接触现实世界的模拟状态,能大胆探索如干旱、洪水等在生活中可能发生的自然灾害,使他们可以尝试运用所掌握的知识和技能解决未来可能遇到的问题。五、总结随着信息技术的发展,信息化教育时代的来临，人工智能技术也在教育教学中发挥若举足经重的作用，推进了教育的发展改革和数学现代化进程。人工智能教学应用研究在人

13、工智能技术出现后就逐渐出现，最早将人工智能技术应用于教学的尝试可以追溯到B.F.Skinner于1958年开发的程序性教学机器，它能存储和呈现教材，接受学习者的回答并进行反馈，用以强化学习者的学习动机叫人工智能通过一些算法以及知识表示,可以模拟成为一个教师角色，实现学生的个性化数学；依托于一些精密的算法,实现学生知识的自动化测量与评价：通过其自然语言处理与语音识别技术,可以解决学生语义、语法、口语等方面的问题；教育游戏和教育机器人，以智能增强的方式让学生在一种更加自由、竞松的环境下学习，是一种新型的“寓教于乐”的方式。目前的学校教育还足传统教育的方式比较多，它无法关注每一个学生的学习过程，也无

14、法了解到不同学生的学习需要I。目前人工智能教学应用的绩效表现与应用范围与人们的期待仍相去甚远,存在狭窄化、碎片化的问题，需要关注多元化的应用情境，改变以讲授、练习、测试为核心的人工智能教学应用现状，避免人工智能沦为单纯强化应试教育的工具。人工智能教学应用研究多定位于教学或学习的某个特定方面，如文本测评、学习能力结构评估、适应性及个性化学习系统等，忽视了学习者整体素质的提升和发展，忽视了人工智能赋能教师的理论基础研究，忽视了人机协同教学机制与教学模式等的研究。参考文献|1丁美荣,王同聚.人工智能教学中“知识建构、STEM创客”三位一体教学模型的设计与应用J.电化教育研究,2023,42(04):

15、108-114.DOI:10.13811ki.eer.2023.04.015.2国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知EBO1.2017-0720.3郭炯，郝建江.人工智能环境下的学习发生机制J.现代远程教育研究，2019,31(5):32-38.4祝智庭，单俊豪，闫寒冰.面向人工智能创客教育的国际考察和发展策略J.开放教育研究，2019,25:47-54.5张志祯,张玲玲滁雪迎,刘佳林.人工智能的教学角色隐喻分析一一以人工智能教育应用领域高影响力项目为例J.中国远程教育,2019(11):24-37+57+93.DOI:10.13541/ki.chinade.2019.11.003.6Graesser,A.C.(2016).Conversationswithautotutorhe1pstudentsIearnJnternationa1Journa1ofArtificia1Inte11igenceinEducation,26(1),124-132.7张志祯,张玲玲,徐雪迎,刘佳林.人工智能的教学角色隐喻分析一一以人工智能教育应用领域高影响力项目为例J中国远程教育,2019(11):24-37+57+93.DOI:10.13541ki.chinade.2019.11.003.8张志