人工智能2.0 重塑学习的技术路径与实践探索

人工智能（AI）经历了60余年的发展积累起强大的技术基础，近十年来，AI走过计算智能、感知智能之后，正在迅速向认知智能迈进，人工智能已从仅被精英小众群体认知与使用的1.0时代，走进被各行各业大量应用的2.0时代。伴随自然语言理解、表情识别、教育大数据、虚拟现实及机器人等技术的飞速发展与应用，引入这些技术之后的新型智能教学系统，必将引发学习方式的巨大变革，重塑学习者的学习体验，并推动传统数字化教学系统全方位的智能化升级与功能重构。陈凯泉、沙俊宏、何瑶和王晓芳正是基于这一背景，探析智能教学系统对知识的表征形式的影响，及学习过程是如何实施智能化改造与重塑。

文献分析和实践案例都显示了近十几年来，人工智能技术教育应用的主题变化呈现出不断深化的趋势。智能识别技术、学习分析技术、虚拟现实技术、智能代理与教育机器人的应用，使智能教学系统的智能化内涵更趋丰富。

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智能识别技术在智能教学系统中的应用，即在智能教学系统不仅采用传统的智能推理引擎，而且新增加智能信息感知与识别引擎基于ITS基本组件的需求，能捕捉、识别各类媒体信息及人体的各种数据，智能推理引擎在完成数据分析、模型重构、决策生成等工作的同时，通过多模态反应生成器以多种类型的信息为用户提供反馈。比如语音识别支撑自动化语言学习测评，图像及非机打文本语义识别技术促进写作教学测评的自动化，识别面部表情分析学习者学习结果，跟踪眼动数据判定学习者模型。

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学习分析技术在智能教学系统中的应用，即基于大数据的学习分析技术，智能教学系统对非结构化数据的分析能力和基于不完整数据做出决策的能力，都得到大幅提升，为实现更为科学的个性化学习、个性化诊断、个性化反馈及因材施教提供了可能。学习分析技术引发学习者模型从预设式向生成式的转型；使得知识模型向呈现形式及属性表征都变得异常丰富方向转型；可以让教师打开学生学习过程的黑箱，促使教学策略模型转型。如应用学习分析技术支撑个性化学习的Knewton系统，即把学习内容以知识图谱形式存储，基于项目反应理论的学习数据分析，基于多次测试及综合表现的内容推荐。所以Knewton系统能较好的作为个人学习情况和课堂教学质量的分析工具， 实现可视化学习过程，尤其是对学习效果、参与程度和知识滞留做出可视化分析。

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虚拟现实技术在智能教学系统中的应用，推动了仿真教学系统及沉浸式学习环境的设计与开发。在仿真教学（Simulation Teaching）系统的构建上，主要是EON Reality和VIPs系统较有代表性。EON Reality 是由EON Reality公司开发的一系列仿真教学模型，并得到广泛应用，EON Reality 建立的虚拟现实3D数据库（Experience Portal）收集有4000多种模型和虚拟场景，教师应用这个数据库能在较短时间内为上课做好准备，学生还可以应用该公司提供的软件创建3D模型供以分享和研讨，还可以应用这些仿真模型开展基于角色扮演的游戏式教学；VIPs系统是由奥本大学（Auburn University）的Lakshman 等人构建的虚拟物理系统，即用其模拟真实世界中很难操作的仪器设备，支持学习者搭建、仿真、收集不同滑轮情境中的数据。在沉浸式学习环境的设计与开发上，以利物浦大学（University of Liverpool）的Maria Limniou等人设计的CAVE的沉浸式虚拟教学环境为例，该系统综合利用立体眼镜、数据手套及头盔、操纵杆等各类跟踪系统，使师生感觉完全置身于真实场景观察事物。总之仿真教学系统及沉浸式学习环境的设计与开发都为搭建虚拟课堂提供了坚实的平台支撑。

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智能代理与教育机器人在智能教学系统中的应用，即构成了学习者的智能陪伴，可以进行有效的自然语言理解及情感识别。如智能教学代理，主要是一种虚拟的卡通形象，属于低成本的智能陪伴。其主要作用是作为一个助教教师，目前仅实现了初级的陪伴学习，但其下一步将有望发展并实现主动的知识输出与对学习者的引导。而教育机器人是一种具象化的智能陪伴，主要分为教育性机器人和比赛型机器人。比赛型机器人作为玩具和学生操控对象的特性比较突出，但作为学习工具或智能陪伴的属性较为欠缺；教育性机器人主要用于对学生的智能陪伴和陪学，如学生在学习时，教育机器人可直接讲授或即时回答学生提出的问题，感知并调整学生的情绪，这类机器人往往兼具玩具和学习工具的功能。

科技的发展与应用永无止境，人工智能升级、革新教学系统将不止于智能识别、情绪感知、学习分析、虚拟现实、智能陪伴等技术的应用，以后大数据与跨媒体智能将会共同支撑更为精准的学情判断，以及推荐更为科学的学习路径，未来教学系统也将会广泛采用人机协同智能技术。人工智能的基础理论及各类相关技术的迅速发展，必然将引发学习方式、学习技术的颠覆式创新。

介绍文献

陈凯泉，沙俊宏，何瑶，王晓芳.人工智能2.0重塑学习的技术路径与实践探索——兼论智能教学系统的功能升级[J].远程教育杂志,2017(5):40-53．

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