人工智能教育应用环境下的探究学习及未来发展

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摘要：摘 要 人工智能技术的发展给当今教育形态带来强烈的冲击，不仅推动了新的教育实践，对于新的学习方式、学习环境以及学习内容的改变也十分显著。分析人工智能教育应用环境可能带给探究学习的支持和变化，对人工智能教育应用的未来发展提出若干建议。 关键词

　　摘 要 人工智能技术的发展给当今教育形态带来强烈的冲击，不仅推动了新的教育实践，对于新的学习方式、学习环境以及学习内容的改变也十分显著。分析人工智能教育应用环境可能带给探究学习的支持和变化，对人工智能教育应用的未来发展提出若干建议。

　　关键词 人工智能;人工智能教育;探究学习;创新型人才

　　1 引言

　　人工智能时代使教育实践发生十分显著的变化，教学方式和教育形态也会随之改变。在2019年5月16日召开的首届人工智能与教育大会上，国家主席习近平在发给大会的贺信中指出：“把握全球人工智能发展态势，找准突破口和主攻方向，培养大批具有创新能力和合作精神的人工智能高端人才，是教育的重要使命。”[1]而人工智能教育正是实现该使命的重要实践途径。在人工智能的强烈冲击下，教育领域也正发生巨大变革。

　　2 目前人工智能在教育领域的主要应用

　　人工智能发展迅速，已在社会各个领域获得广泛应用。人工智能与教育的深度融合已成为教育发展不可阻挡的趋势[2]。目前，人工智能在教育领域的应用主要有五个方面：智能教学系统、智能代理系统、智能答疑系统、智能决策支持系统、智能测评系统。

　　智能教学系统可以帮助教师进行个性化教学，计算机强大的计算能力及数据分析能力可以根据学生的学习情况提供即时、有效、全面和针对性的学习诊断，以此来帮助教师进行个性化的教学。

　　智能代理系统主要是搜集教学活动中教师与学生的相关信息，整理后储存在数据库中。当用户提出信息需求时，智能代理就会查询数据库是否拥有需求信息，有则提取信息并发送给用户，没有则搜索信息，将信息整理归纳后存入数据库，再将信息发送给用户[3]。这不仅提高了用户获取信息的效率，也提高了信息的全面性和精准性。

　　智能答疑系统是指能够自动解答用户提出的问题的系统，主要通过自然语言的语意理解技术来实现这一功能，不仅可以有效解决学生自主学习遇到的困难，也可以有效地提高学生自主学习的效率。

　　智能决策支持系统是用来帮助用户解决复杂的决策问题的辅助系统，它在DSS的基础上增加了知识库和推理机。决策的制定需要经过分析、思考、讨论等一系列环节一步一步得出来，而该系统通过严谨的逻辑来帮助学生解决复杂的决策问题，大大加快了制定决策的速度。

　　智能测评系统则可根据学生的表现自动化地给出全面的评价，进一步提高了评价的准确性，既减轻了教师的负担，也为教学方法的改进提供了极大的帮助。

　　3 人工智能教育应用环境下的探究学习

　　探究式学习是指教师在教学中创设一定的开放性问题情境，学生通过自主思考、动手实践，主动发现问题、解决问题并获得知识和能力的一种学习方式。它强调学生在學习过程中的主体性，主要特点是自主性和探究性，更注重学习过程而非结果。而随着人工智能教育应用的不断发展，智能导师系统、智能答疑系统、智能代理系统、智能测评系统、智能决策支持系统等为探究性学习提供了良好的智能学习环境，可以部分代替教师，为学生的探究性学习过程提供强大的支持和帮助服务，从而能更好地培养学生主动分析问题和解决问题的能力，满足信息时代对大量创新型人才培养的需要。下面就从探究学习的教学过程来分析人工智能应用于探究学习会给教学带来的变化。

　　创设问题情境 探究性学习情境的创设要有一定的真实性，这样才能使学生产生一种沉浸感，学习环境越真实，这种沉浸感就会越强烈[4]。然而很多真实的问题情境在教学中是难以提供的，这会导致学生无法更好地进行探究学习。比如，现在的骨科临床医学生在教学实践中一般只能使用标本或骨骼模型进行操作，然而标本来源有限，且由于很多部位解剖结构和损伤机制的复杂性，正常结构标本或模型很难全面揭示其特点，又不可能提供真人去给学生做研究，因而教学面临缺乏直观性和可操作性的大问题。而依托于智能感知、虚拟现实技术构建的高度情境化的学习环境，则可以使学生沉浸在真实的问题情境中，最大限度地激发学生的探究欲望，大幅度提高学习的临场感，从而使学生真正地去探索新知、解决问题、获得能力。

　　启发思考 当创设的学习情境激发了学生的学习积极性之后，教师要及时提出相应问题，问题需要具有一定的启发性，且要与当前所学知识相联系，以此来活跃学生思维，培养自主思考的能力。在人工智能技术的支持下，根据人工智能平台形成的针对所有学生和每个学生的数据集，教师可以清楚地掌握每个学生的学习水平，提出更加适合学生的问题，甚至是不一样的个性化启发问题，使问题既能够真正启发每个学生思考，又不至于太难而打消有些学困生的学习积极性。在以往探究学习的这一阶段，教师需要告诉学生应当利用哪种认知工具或者学习资源去解决该问题，并需要帮助学生解决在探究过程中遇到的难题。但在人工智能教育应用环境下，有丰富的在线资源供学生使用，教师无须规定学生使用的学习资源，且智能答疑系统也可以帮助教师共同解决学生思考过程中遇到的难题，培养学生的计算思维和创新思维。

　　自主探究 该过程是学生针对教师提出的问题自主去探索和解决的过程，他们需要利用相应的学习资源进行辅助。在人工智能教育应用环境下，教学资源更加丰富，学生可随时利用各种网络终端获取自己需要的信息，通过线上包括文本资源、多媒体资源、交互教材、影音资源等各种资源的资源库来查找与问题相关的资料，拓宽自己的思维;并主动对所获取的新信息进行分析、加工与评价，完成对当前所学知识的意义建构;甚至还可以利用虚拟仿真的学习环境来检验自己的方案是否可行，以便进一步思考和修改。在各种软硬件的支撑下，通过大数据分析，在线学习平台能够将教育资源结构化和碎片化，建立起资源推送与学生特征精准匹配的智能体系，有效保证个性化资源推送。

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