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人工智能與智慧課堂——課堂的轉型與教育的發展

時間:2019-03-21 13:42:26 來源:湖南師范大學 作者:袁航

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“人工智能”一詞早在20世紀中期就已經被提出,自那以后AI也逐漸被人所熟悉,直至今日,人工智能似乎也成為了一種潮流,一種趨勢。關于智慧一詞,錢學森曾說:“人的智慧由兩大部分組成:量智和性智,缺一不成智慧。此為‘大成智慧學’。”他認為,量智主要是科學技術,一般是從局部到整體,從研究量變到質變。性智更多的是人文科學,從整體感受入手去理解事物,從“質”入手去認識世界。錢學森的大成智慧,實質上強調的是科學技術與文學藝術等以及各種文化實踐活動的結合,二者應相通;邏輯思維與形象思維的結合,二者應相融;科學需要藝術,藝術也需要科學,二者應整合,建立新的人文主義和新的科學主義。這就是大成智慧,就是智慧。智慧課堂也是如今國家發展的趨勢,符合我們教育的本質目標,也符合學生的生理、心理需求。將人工智能與智慧課堂相結合,無疑是在一種新的教育思想的引領下,借用科技帶來的便利,將人工智能引入學習中,并且學會用人工智能思維解決一些實際問題。

一、人工智能1.0到人工智能2.0

人工智能”一詞最初是在1956 年Dartmouth學會上提出的。從那以后,研究者們發展了眾多理論和原理,人工智能的概念也隨之擴展。人工智能(Artificial Intelligence),英文縮寫為AI。它是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。人工智能是計算機科學的一個分支,它企圖了解智能的實質,并生產出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應的智能機器,該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統等。人工智能從誕生以來,理論和技術日益成熟,應用領域也不斷擴大,可以設想,未來人工智能帶來的科技產品,將會是人類智慧的“容器”。

人工智能是對人的意識、思維的信息過程的模擬。人工智能不是人的智能,但能像人那樣思考、也可能超過人的智能。

人工智能從1.0走向人工智能2.0,有諸多方面的原因。一是社會產生了新的需求,二是信息環境發生了巨大變化,三是人工智能的基礎和目標發生了變化,當然總的原因是人類社會結構從物理空間—社會空間的二元結構轉變為物理空間—社會空間—信息空間的三元結構。人工智能2.0包括五個方面的基礎研究:大數據智能;群體智能;跨媒體智能;人機混合增強智能;自主智能系統。目前人工智能2.0技術已經初露鋒芒,對教育將產生多方面的影響:大數據智能將使個性化教育獲得極大支持;跨媒體學習將取得很大的進展;終身學習將得到智能化的支持;數字圖書館建設將轉變為智能圖書館建設;隊伍組織和人才培養將成為新一代人工智能戰略實施過程中極為重要的兩個關鍵因素。

隨著現在科技的進步,人工智能2.0發展得越來越迅猛。大數據智能已經出現;群體智能已經引起科學家的關注;人機一體化技術已經引入了一些混合智能;跨媒體智能已經開始興起,某些應用已經產生了發人深省的效果;無人系統迅速發展,這些條件都造就了目前人工智能的發展勢頭。

二、智慧課堂——新的課程理念

新的課程理念認為,課堂教學不是簡單的知識學習的過程,它是師生共同成長的生命歷程,是不可重復的激情與智慧綜合生成的過程。隨著新一輪基礎教育課程改革的不斷推進和課堂教學改革的不斷深化, 課堂教學所呈現出來的前所未有的艱巨性、復雜性,以及教學活動自身的特異性、多變性和不確定性,都對教師洞悉復雜局面、應對復雜挑戰的智慧品質和智慧水平提出了很高的要求。國家督學成尚榮教授指出:“課堂教學改革就是要超越知識教育,從知識走向智慧,從培養“知識人”轉為培養“智慧者”;用教育哲學指導和提升教育改革,就是要引領教師和學生愛智慧、追求智慧”。由此可見,讓智慧喚醒課堂,讓智慧引領教師專業成長,是時代的呼喚,是教師專業成長的需要,是課堂教學煥發生機與活力的契機,也是新時期教育教學改革的重大使命,我校目前進行的“智慧課堂”的課題研究有著鮮明的時代意義。

問題驅動、理念引領是信息技術促變教育的雙驅動力。我們要改變傳統的教育模式,對傳統的課堂進行改造,學生是主體,老師作為引導者,將整堂課程變成孩子的主場,他們盡情表演,我們適當地加以控制,絕對不可進行過分的干預與絕對的目標化。

智慧課堂有著以下幾個特征。第一,靈動性。智慧課堂應充滿靈動和生機。它是互動生成,充滿活力,充滿生機的,它能探究未知,活化已知,開啟心智。學生會從中課堂教學過程中獲得感悟和啟迪,從而逐步變得有靈氣、有悟性、有智慧,會變得越來越聰明。第二,創造性。智慧課堂要充滿創造。智慧課堂努力解決現實生活中的實際問題,針對教學矛盾尋找新出路。教師還要對常態知識、事物、教材常有新見解、新視角、新創意,善于平凡中見新奇,發人之所未發,見人之所未見。智慧教師善于“激疑布惑”,激發學生好奇質疑和標新立異,并能夠提供學生創新思維的方法和策略。第三,愉悅性。智慧課堂的表征是愉悅。學生能不斷獲得成功感悟和體驗,差異發展的學生普遍受到尊重,學生的天賦和價值被廣泛關注和認同,學生對未來充滿積極的預期和渴望。第四,高效性。智慧課堂的本質是高效。它既能克服傳統課堂滿堂灌、沉悶、消極的弊端,又能防止新課改后“從滿堂灌到滿堂問,形式上熱熱鬧鬧,本質上高耗低效”。智慧課堂的呈現是各顯特色。智慧課堂沒有最經典,只有更智慧。只有把握這五個特點,并且將這五個特點好好利用,才能夠真正地實現智慧課堂。

新課標中將智慧教育的思想體現得淋漓盡致,就如杜威所說:“教育不是告知與被告知的事,而是一個主動性、建構性的過程,我們在教育的實施過程中,所有的授課方式都要考慮到學生的主觀能動性,充分調動他們的積極性。

三、從工具性思維轉變到人工智能思維

對當前教育技術應用效能的評估表明,目前教育信息技術的實際適用度不高,教育技術學正面臨發展的瓶頸,長期以來的工具性思維使教育技術的環境設計既很難反映教育過程的要求,又呈現功能分隔的模塊化特征,從而只能作為外在學習環境而非嵌入式學習境脈。人工智能的發展為教育技術開發打開了新的視

角,我們需要從工具性思維轉向人工智能思維。未來的教育技術學應立足教育過程本身,充分吸納學習科學的已有的研究成果,建構系統化、高關聯、深度學習和可實現的學習系統,以真正改善學校教與學的現狀。

學習與發展是教育永恒的主題。人類之所以成為萬物之靈長,很大程度上依賴于學習所獲得的演化。技術增進學習的本意是指技術擴展了對原有教育活動的理解視野,深化了關于教育過程有效性的機制分析,從而不僅改進了教育效能,更轉化了工業革命以來的教育模式。但是,現今的教育技術,包括每年的地平線報告,大多從兩個方面推進:一是采用信息技術單調疊加的方式發明學習概念和未經評估的教育技術產品,后者帶來的潛在危害非常大(Hul—leman eta1.,2017);二是采用嘗試—錯誤的方式開展教育試驗。這不僅帶來巨大的資源投入的浪費,更是將學習者視為技術的試驗品。究其原因,乃是工具性思維限制了我們對于教育問題本身的思考。

工具性思維的核心是工具,它關注由第三方設計的外在環境,環境依賴工具而建立,工具的基礎決定了環境的可能性,環境與系統相分離。進行工具應用時,設計者往往需要注意運用工具的具體場景。工具性思維傾向于以技術為重點,以功能為導向。研究者經常覺得需要使用自上而下的新技術,更多關注的是使用技術,而不是為什么使用并如何有效地使用。教育技術開發者將信息技術視為學習工具,由于工具面向不同需求并以不同方式而生產的,因此按照彼此的功能模塊進行疊加并外在于人類學習系統,成為學習環境的組成部分。在運用過程中,工具性思維強調技術要求的“標準”“效率”“績效”,以及使用相應的外設量規體系對學習行為進OER.2018,24(2)行評估。這個看似具體和可操作的過程,卻是建立在對環境想象,而非對學習系統本身運行及特征挖掘的基礎上。

人工智能思維將智能機器視為人類智能的延伸,是人類認知系統的一部分。人工智能思維的核心是認知,它關注系統性或關系性。人工智能思維和計算思維相互交織和重疊,因為具有計算能力的機器智能是實現智能的主要手段。計算思維通過約簡、嵌入、轉化和仿真等方法,把一個困難的問題重新闡釋成一個知道問題怎樣解決的方法;這是一種遞歸思維,又是一種并行處理,也是利用啟發式推理尋求解答,即在不確定情況下的規劃、學習和調度的思維方法(Wing,2006)。然而,人工智能思維需要超越計算思維。人工智能的思維涉及系統、框架、技能,以及從人工智能研究和實踐中提煉出來的通用工具。與計算思維相比,人工智能思維超越了邏輯和基于算法的視角,如利用知識庫和案例庫解決問題;捕獲和理解常識;啟用語義和境脈的處理以及處理非結構化數據等,還應該涵蓋深度學習和認知計算背后的基本思想。除總體框架外,人工智能思維還應該包括人工智能通用問題解決方案的內容:一套成熟的、廣泛應用的知識表征觀念,以及相應的易用的推理引擎。對教育中人工智能的發展,最重要的是系統性、高關聯性、深度學習和可實現性。

四、科技輔助智慧課堂

我們對于人工智能最簡單的理解可能是高科技,一些科學技術產品使得我們的學習更加有效,使得我們的課堂更加符合現在的教學目標。我們可以利用現在的技術對每個學生進行跟蹤記錄,從而制定出適合他們的學習方案,對于學生的差異性也得到了較好的解決。

對于智慧課堂我們要學會采取以下的策略。

1、智慧課堂應營造和諧的學習氛圍

智慧是植根于愛的,教師不僅要尊重和寬容學生,更要欣賞學生的獨特感受和多元見解,不排棄學生在學習過程中的“節外生枝”。在充滿智慧的課堂上,學生不再是唯唯諾諾、亦步亦趨、小心翼翼。這樣民主平等、寬松和諧的學習環境,吸引著每一個學生進行智慧的碰撞、情感的融合、心靈的交互,學生的思緒得以飛揚,靈感得以激發,智慧得以生長。

2、智慧課堂應講究教學語言的藝術

一個人在認知清晰性和口頭呈現的清晰性上有著很大的差異,教師的課堂語言或講話方式就會影響教學內容呈現的清晰度。在工作中,時常可以看到一些老師自己很有才華,可惜上的課卻并不受學生歡迎。這與不能清晰展開教學有很大的關系。而一些公開課之所以很成功,給學生及聽課的老師以一種享受,教學語言的精心設計起了很大的作用。

3、智慧課堂要有多樣化的教學設計

多樣化的教學設計是指多樣靈活地呈現課時內容,是“用教材”還是“教教材”?如何用好教材?都應該是教師精心預設的問題。當然,多樣化的教學設計還包括使用吸引注意力的技巧,變化提問的類型等。

4、智慧課堂應引導學生投入學習

我們要研究如何增加學生的投入時間,有效引導學生投入學習過程。教師精心設計教學環節、對可能出現的“意外”預先想好對策、對學生的學習及時進行反饋等都將直接觸發學生智慧地學。

5、智慧課堂應重視動態生成

“動態生成”是新課標提倡的一個重要理念。教學不應只是忠實地傳遞和接受知識的過程,更是課堂創生與開發的過程,課堂教學是千變萬化的,再好的預設,也不能預見課堂上可能出現的所有情況。智慧課堂不但要求教師要有隨機應變的能力,更要求教師在隨機應變中尊重學生的主體性,根據教學進程中出現的新情況,及時調整課前的預設,給學生騰出空間,為生成提供條件,鼓勵生成。

6、智慧課堂應追求高效教學

“高效教學”,就是要最大程度地發揮課堂教學的功能和作用,在單位時間內,即在課堂有限的教學時間內最完美地實現教育教學的三維目標整合,以求得課堂教學效益。其顯性標志是:課堂教學既要有課程內容選擇上的廣度和深度,還要有課程實施安排上的密度和適度,更要有課程組織落實上的力度和效度。也就是說,“高效教學”的課堂要做到信息量大、思維含量高,情感培育要真正觸及人格與靈魂。

五、人工智能思維對智慧課堂的影響

人工智能思維可以促進智慧課堂的發展與實施,具體影響可以從以下幾方面進行考慮。

充分發揮學生的主觀能動性。

在人工智能思維影響下,我們學生的自主性會增強,自我意識能力提高,通過這樣的思維授課,使得我們的授課水平不斷提高。

提高學生的學習效率。

人工智能思維使得我們更加明確如何進行學習,怎樣學習更加有效,通過方法論、學習論的結合,使得我們的學習進步更快,或者說是自主學習力更強。

促進理論轉化為實踐。

人工智能思維更注重將感性轉化為理性,理論轉化為實踐,是一種將系統論付諸于實踐的過程。

六、教育的發展趨勢

人工智能2.0對于教育也產生了重要的影響。大數據智能會使個性化教育獲得極大的支持;跨媒體智能會有效地提高學習效率與興趣;終身學習將得到智能化的支持;從建設數字圖書館變成建設智能圖書館。這些都會推動我們的教育走向另一個高峰。

【參考文獻】

1.2018年第5期《中國遠程教育》的《人工智能2.0與教育的發展》 潘云鶴

2.2018年4月(第24卷第2期)從工具性思維到人工智能思維——教育技術的危機與教育技術學的轉型 吳 剛(華東師范大學教育高等研究院,上海200062)

3.第32卷第2期2018年4月《中國醫學教育技術》的《教育人工智能:讓未來的教育真正擁有“智慧”》王運武,張 堯,彭梓涵,王勝遠

江蘇師范大學智慧教育學院江蘇省教育信息化工程技術研究中心,江蘇 徐州 221009

4.《人工智能趨勢視角下的未來教育》魏 忠 上海海事大學

5.第33卷 2005年6月《陜西師范大學學報》自然科學版《人工智能與教育技術》

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湖南師范大學教育科學學院教育技術學袁航供稿

責任編輯:高永鋒

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