計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)人工智能技術(shù)應(yīng)用

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【摘要】計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)隨著網(wǎng)絡(luò)時代的進(jìn)步不斷更新技術(shù)和內(nèi)容，人工智能的興起和成熟給教學(xué)帶來了巨大的改革契機(jī)，為此圍繞這一課題展開討論，探究人工智能對輔助教學(xué)的重要意義。

【關(guān)鍵詞】人工智能；計(jì)算機(jī)；輔助教學(xué)；應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是一種新興的教學(xué)手段，幫助課堂進(jìn)入到一種更加智能化和現(xiàn)代化的環(huán)境與條件中，將傳統(tǒng)的教學(xué)模式和方法與多媒體和網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來，為學(xué)生營造更好更有趣的教學(xué)氛圍。但是由于技術(shù)的不成熟以及經(jīng)驗(yàn)的不充分，導(dǎo)致其依舊存在問題和不足。

1計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)開展現(xiàn)狀和發(fā)展困境

1.1缺少開放包容的特性

近年來，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的開發(fā)和應(yīng)用已取得了一些較好的成績，但由于我國計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程和相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)革新起步較晚，對于計(jì)算機(jī)教學(xué)的發(fā)展與改革依舊存在較多的不足和缺陷。首先是在開放包容性上的缺失。這一缺失的原因主要來自于兩個方面，第一個方面是思想上的落后和閉塞，人們對于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的態(tài)度依舊存在負(fù)面和抵觸的情緒，這是由于害怕計(jì)算機(jī)的加入讓課堂和教學(xué)秩序失控，所以并沒有充分開發(fā)和展現(xiàn)出計(jì)算機(jī)在教學(xué)中的優(yōu)勢。第二個方面是技術(shù)層面上的限制，我國對于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的課件和軟件技術(shù)都只是按照一種最傳統(tǒng)和安全的方式進(jìn)行，缺少探索和冒險的精神、開放和包容的態(tài)度[1]。

1.2缺少人機(jī)交互的能力

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)過程中，計(jì)算機(jī)不僅僅是一個信息的載體，更應(yīng)該將其當(dāng)作課堂的一份子，能夠充分參與到整個課堂的活動和教學(xué)工作中。但是大多數(shù)的智慧課堂在使用計(jì)算機(jī)時，僅僅利用其多媒體的播放功能，教學(xué)的主體和主要角色依舊是教師，只是把課本和板書照搬到了多媒體課件中。教學(xué)的內(nèi)容仍然是枯燥和單一的，學(xué)生依舊帶有一種被強(qiáng)迫的學(xué)習(xí)心理。這種教學(xué)缺乏人機(jī)之間的交互，機(jī)器不能自主獲取學(xué)生學(xué)習(xí)的狀態(tài)和對知識的掌握情況，學(xué)生也無法通過計(jì)算機(jī)主動地得到反饋和解答，讓人機(jī)之間僅僅是流程化的配合和交流。在這種刻板的學(xué)習(xí)模式下，甚至?xí)屢徊糠謱W(xué)生喪失學(xué)習(xí)的樂趣和興趣。

1.3缺少課程教學(xué)的特點(diǎn)

不同的課程有著不同的教學(xué)重點(diǎn)和偏向，這就對教師的教學(xué)工作提出了更高的要求，計(jì)算機(jī)的加入，本來應(yīng)該能夠?yàn)榻處熖峁┮粋€新的教學(xué)方向和思路，但是由于計(jì)算機(jī)的便捷性導(dǎo)致一部分教師產(chǎn)生偷懶和敷衍的教學(xué)心態(tài)，在教學(xué)過程中全程使用多媒體播放課件，喪失了課程自身的特性和特質(zhì)。尤其是一些對實(shí)踐能力要求較高的課程，教師過度使用計(jì)算機(jī)只會導(dǎo)致教學(xué)趣味性的流失。

1.4缺少師生互動的樂趣

教師作為課堂教學(xué)的主要角色，不僅僅是要把知識以一種通俗外化的形式傳遞給學(xué)生，更是應(yīng)該做學(xué)生心理特征的發(fā)掘者、學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣的糾正者和幫助者。教師的鼓勵和贊許都會對學(xué)生起到重要作用。但是計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)之后，教師將更多的精力放到了如何制作精美的教學(xué)課件上，而忽略了與學(xué)生之間最直接的感情和語言交流，喪失師生互動的樂趣。

1.5缺少有序的教學(xué)策略

教學(xué)策略是保證一節(jié)課是否能夠有序開展和進(jìn)行的重要條件與因素。但是計(jì)算機(jī)參與和設(shè)計(jì)的教學(xué)環(huán)節(jié)，只是一個程式化的展示，在課堂上會遇到多種多變的教學(xué)情況，一旦在某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就有可能導(dǎo)致計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的教學(xué)步驟全部打亂，陷入一種無序的狀態(tài)中[2]。1.6缺少靈活的智能性能計(jì)算機(jī)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用在我國已經(jīng)逐漸形成了一套完善和成熟的體系，但是計(jì)算機(jī)在教學(xué)中的應(yīng)用與引進(jìn)時間并不長，導(dǎo)致當(dāng)前多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助下的課堂并不具備充分的靈活和智能性，大部分的教學(xué)工作和考核評價工作依舊是由教師人工完成，對于不同學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)掌握也有所偏差。

2人工智能在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中的應(yīng)用

2.1建立知識庫

人工智能在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中應(yīng)用的主要原則，就是將深度學(xué)習(xí)與認(rèn)知學(xué)的理論知識作為整個程序模塊設(shè)計(jì)開發(fā)的基礎(chǔ)，通過建立一個知識庫，將收集到的知識案例進(jìn)行分類，訓(xùn)練機(jī)器進(jìn)行自動識別，從而提取和分析出不同學(xué)生在不同的知識中所表現(xiàn)出來的學(xué)習(xí)能力與掌握熟練程度，進(jìn)而可以有針對性和有選擇性地進(jìn)行復(fù)習(xí)與鞏固，達(dá)到機(jī)器代替部分人工教學(xué)、緩解教師壓力的目的。第一步就需要進(jìn)行知識庫的建立，主要包括了專家決策的核心系統(tǒng)對所輸入的知識進(jìn)行判斷與篩選調(diào)取。同時知識庫還可以實(shí)現(xiàn)共享的功能，對知識進(jìn)行簡化與提煉，做到精益求精。知識庫的搭建應(yīng)該要盡量簡單和易修改[3]。

2.2打造專家模塊

在建立了知識庫之后，就需要圍繞人工智能教學(xué)的主要目的進(jìn)行專家模塊的打造，專家模塊存在的意義在于能夠?qū)⑵浔扔鳛檎麄€學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的推理機(jī)。在需要和使用的情況下，由專家模塊自動隨機(jī)地生成問題，并且可以通過知識庫的相關(guān)內(nèi)容調(diào)取形成答案并充分解釋。其次，專家模塊的另一個作用就在于能夠幫助評價和考核學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，實(shí)現(xiàn)一種更加公正透明的評價過程。在進(jìn)行專家模塊打造時，通常使用的是兩種方法，一種是固定算法，即根據(jù)題庫的問題模板，循規(guī)蹈矩、規(guī)規(guī)范范地進(jìn)行問題的設(shè)立和解答的編寫。而另一種就是啟發(fā)策略，這種專家模塊更多的是引導(dǎo)學(xué)生通過簡單和有限的提示信息，自己推理摸索找尋正確的答案和解決方案。除此之外，專家模塊還可以自動匹配，依據(jù)學(xué)生能力分配問題。

2.3建立學(xué)生模塊

與專家模塊相互配合相互輔助的就是學(xué)生模塊。學(xué)生模塊的本質(zhì)其實(shí)也屬于專家系統(tǒng)，模塊內(nèi)部所存儲和容納的是學(xué)生的不同學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)行為特征。這個模塊建立的目的主要是兩個，一個是為了讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中可能出現(xiàn)的錯誤習(xí)慣和方法被快速識別，并且能夠通過機(jī)器語言進(jìn)行記憶與編譯，從而建立一個比較完整和全面的錯誤類型數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而深層分析找到錯誤的原因。第二個目的就是為了幫助學(xué)生對錯誤學(xué)習(xí)行為和習(xí)慣進(jìn)行解釋，從更加深層次的角度挖掘?qū)W生由于知識理論掌握不充分而導(dǎo)致錯誤的原因。學(xué)生模式的建立一般依靠的就是人工智能的自我學(xué)習(xí)和接受訓(xùn)練讓系統(tǒng)能夠建立起模型對學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣進(jìn)行模擬。這樣在上一步打造的專家模型就可以為學(xué)生模型提供一個對比的樣本，專家模型的兩種運(yùn)算和教學(xué)方式可以分別評估學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)錯誤[4]。

2.4優(yōu)化教學(xué)模塊

教學(xué)模塊是人工智能在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)模式中必不可少的一個環(huán)節(jié)，教學(xué)模塊的內(nèi)容是基于傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)和規(guī)劃之上的。在計(jì)算機(jī)與人進(jìn)行交互的過程中，教學(xué)策略主要是由教學(xué)的不同分支來體現(xiàn)，能夠達(dá)到較好的發(fā)散性和綜合性的效果。但是其不足的地方也比較明顯，那就是只能按照某一類型或者某一個的教學(xué)方法進(jìn)行，系統(tǒng)不能快速地根據(jù)不同內(nèi)容識別和選擇最適合最有效率的教學(xué)模式。具體的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)過程就是將專家模塊和學(xué)生模塊的內(nèi)容進(jìn)行連接和合并，將專家模塊生成的問題及答案與學(xué)生模塊中上傳和學(xué)習(xí)到的進(jìn)行對比，選擇覆蓋或者是分析提取，能夠比較客觀地發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的理解性偏差和實(shí)踐性錯誤。之后再將結(jié)果傳回到知識庫中，調(diào)用相關(guān)的知識內(nèi)容，形成一個完整的反饋鏈，幫助教師做出教學(xué)決策，調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)規(guī)劃。但是這個模塊的設(shè)計(jì)也應(yīng)該充分考慮到諸多情況和因素，因此在條件判斷時應(yīng)加入更多的循環(huán)。

2.5開發(fā)智能接口模塊

人工智能在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)模式中的應(yīng)用和融合最后一步就是要開發(fā)出一個穩(wěn)定和高效能的智能接口模塊，主要作用是為了連接學(xué)生和計(jì)算機(jī)之間的信息交換和溝通，即進(jìn)行信息的輸入與傳出。在接收到學(xué)生傳遞的學(xué)習(xí)信號后，接口模塊要及時調(diào)動起教學(xué)模塊、專家模塊和學(xué)生模塊，把信息傳遞給不同模塊處理，之后再由教學(xué)模塊所作出的教學(xué)決策和結(jié)果論證信息輸出反饋給人，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器語言與人類語言之間的轉(zhuǎn)化。一個能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)并且具備較高實(shí)用性和參考性的教學(xué)系統(tǒng)，一定融匯了思想教學(xué)、策略和心理學(xué)等多方面的因素和知識內(nèi)容體系，所以智能接口模塊的設(shè)計(jì)與開發(fā)，一定要全面考慮這些成分，開發(fā)出更加靈活多變的接口模塊[5]。

3結(jié)語

人工智能在近年來獲得了快速的發(fā)展和進(jìn)步，成為我國當(dāng)前各個行業(yè)領(lǐng)域之內(nèi)炙手可熱的先進(jìn)技術(shù)。對于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的開展和改革來說，人工智能的融入與應(yīng)用有著重要的價值與意義。

參考文獻(xiàn)

[1]張鎰麟.關(guān)于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中人工智能技術(shù)的應(yīng)用研究[J].當(dāng)代旅游,2019(1):239.

[2]劉蔭.人工智能在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的應(yīng)用研究[J].科學(xué)與信息化,2019(2):20-21.

[3]孫玉梅,趙駿,王美春,等.基于人工智能技術(shù)的《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程CAI軟件研制[J].教育教學(xué)論壇,2016(45):268-270.

[4]張園.人工智能技術(shù)在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].科技資訊,2007(34):108-109.

[5]李碧華.人工智能技術(shù)在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].電子制作,2018(18):45-46.

作者：張博奕 單位：荊楚理工學(xué)院