人工智能（AI）在教育中的应用

教育是每个人生活中重要的组成部分，良好的教育在成功生活中起着至关重要的作用。为了改善学生的教育体系，全球范围内总是有很多变化，从教学方式到课程类型。人工智能是一项蓬勃发展的技术，几乎被应用于各个领域，并正在改变世界。人工智能有望在教育领域带来巨大变革（并且在某些情况下已经如此）。

教育中的人工智能（AI）正在为不同情境下的教学和学习开发新的解决方案。如今，人工智能已被世界各地的其他学校和大学使用。教育中的人工智能为教师、学生、家长以及教育机构带来了全新的视角。

教育中的人工智能并非是指用人形机器人取代人类教师，而是利用计算机智能来帮助教师和学生，使教育体系更加完善和有效。未来，教育体系将拥有大量人工智能工具，塑造未来的教育体验。在本主题中，我们将讨论人工智能对教育的影响和应用。为了更好地理解这个主题，让我们先来了解一下什么是 AIED。

AIED（教育中的人工智能）概述

人工智能（AI）是在计算机中模拟人类智能，使其能够像人类一样思考和行动。它是一项帮助计算机机器像人一样思考的技术。人工智能旨在模仿人类行为。人工智能在包括教育在内的不同行业中有各种用途和应用。

20 世纪 70 年代，AIED 作为专门领域出现，涵盖了教学与学习中的新技术，特别是高等教育。AIED 的主要目标是为学习者提供灵活、个性化和引人入胜的学习体验，并实现基本的自动化任务。一些流行的 AIED 趋势包括智能辅导系统、智能教室技术、自适应学习和教学代理。下图显示了所有这些趋势之间的关系

人工智能在教育中的应用/角色

1. 通过 AI 自动化教育中的基本活动

在教育体系中，许多活动会占用教师大量时间，例如批改测验和作业。这些任务需要大量的时间和精力，而这些时间可以用于与学生互动、指出他们的错误、教授新知识等等。

为了节省时间，可以使用人工智能。通过AI 工具，几乎所有类型的选择题和填空题都可以实现自动评分，并且在批改书面回答方面也接近于实现。然而，AI 仍然无法真正取代人类评分，但它在不断进步。通过使用 AI，教师将有更多时间弥补课堂上的不足，而不是将时间投入到这些繁琐的任务中。

2. AI 辅导系统为学生提供额外支持

显而易见，老师不可能随时随地陪伴学生学习，因为大学老师有固定的时间。然而，并非每个学生都足够聪明能够一次性掌握所有知识，他们需要有人提供额外的支持来帮助他们学习材料。AI 辅导系统可以提供这种额外的支持。

目前，各种人工智能驱动的辅导程序可以帮助学生学习数学、写作和其他科目的基础知识。

通过这些 AI 程序，学生可以学习基础知识，但它们仍然不适合理解任何科目的高级概念。要学习这些复杂的概念，学生仍然需要教授。然而，未来，AI 可能会帮助学生解决需要分析思维和推理能力的复杂问题。

3. 通过 AI 驱动的程序为学生和教师提供有益的反馈

AI 不仅帮助学生根据自己的需求定制课程，还可以向教师和学生提供有关课程成功程度的反馈。一些在线课程提供商目前正在使用这种基于反馈的 AI 系统来分析学生的进度，并提醒教授学生关键的绩效问题。

这类 AI 驱动的系统使学生能够获得适当的支持，教师可以确定教学中需要改进的领域。为学生提供即时反馈有助于他们了解自己哪里出了错以及如何做得更好。

4. 通过 AI 发现课程中需要改进的地方

在教育体系中，很难找出学习中的差距。教师在课堂上的教学时间有限，他们可能不总是知道学生在哪里落后以及哪些概念让他们感到困惑。为了解决这个问题，AI 驱动的程序可以帮助教育体系。

Coursera 和其他一些学习平台已经在实践中使用了 AI 驱动的程序。例如，当许多学生在家庭作业中提交错误答案时，系统会提醒教师，并向未来的学生发送定制消息，提供正确答案的提示。

这种类型的程序有助于填补课程中可能出现的学习空白，并确保每个学生都能成功理解概念。有了 AI，学生无需等待教授的反馈，而是会收到系统生成的即时响应，这有助于他们理解概念、记住自己的错误，并学会下次如何正确地去做。

5. AI 可能会改变教师的角色

教师在教育体系中始终扮演着关键角色，但随着新技术的出现，这个角色的重要性和要求可能会发生变化。如上所述，我们已经讨论过人工智能可以自动化批改和报告等各种任务，帮助学生学习，并且在某些情况下还可以充当现实世界的导师。

AI 可以包含在教学的各个方面。AI 系统可以被编程为向学生提供专业知识，学生可以在那里提出疑问，并在教授基本课程材料方面取代教师。在这种情况下，AI 可以将教师的角色转变为促进者。

6. 通过 AI 个性化教育

人工智能在教育中的主要目标不是完全取代教师。相反，它旨在充当教师和学生的助手。

AI 系统可以被编程为向学生提供个性化学习。通过个性化学习，每个学生都可以按照自己的理解水平和需求拥有自己的学习方式。通过了解每个学生的需求，教师可以为每个学生制定量身定制的学习计划。

随着 AI 的日益发展，机器有可能识别学生在学习概念时的面部表情，了解他们是否在学习中遇到困难，并据此调整教学方式。虽然目前这些情况尚不可能，但随着 AI 驱动的机器和软件的出现，未来可能会实现。

7. 利用 AI 生成智能内容

通过 AI，可以通过三种方式生成智能内容：

1. 数字课程：如今，一切都在数字化，教育也不例外。大学越来越倾向于采用数字学习，并通过 AI 提供定制化选项、电子书、学习指南、碎片化课程以及许多其他内容。
2. 信息可视化：与听觉相比，视觉化能更有效地帮助理解，并能长时间记忆。通过人工智能，学习信息可以通过新的可视化方式、模拟和网络学习环境来感知。
3. 学习内容更新：此外，AI 还有助于准备课程内容，保持信息最新，并使其适应不同的学习曲线。

8. 确保有特殊需求的学生能够获得教育

对于有学习障碍的学生，例如听障、视障等，生活充满了挑战。这些学生在学习和研究过程中可能会面临各种困难。此外，他们还需要额外的关怀和时间。通过采用创新的 AI 技术，将会有与这些学生互动的新方式。AI 赋能的工具可以成功地训练，以帮助有特殊需求的学生群体。

9. 通用访问

人工智能在数字教育中的一个重要用途是学习材料的通用访问。每个学生的理解能力都不同，通过通用访问，他们可以随时随地学习。学生可以在他们想知道的时候探索事物，而无需等待导师。此外，学生可以在家就能获得来自世界各地的高质量课程和材料，而无需离家远行。

AI 对学生的益处

• 24*7 学习访问：通过 AI 驱动的数字学习，学生可以随时随地学习。每个学习者都可以自由规划自己的日程，而不必局限于特定的地点。每个人都可以根据自己最有效率的时间段，使学习更轻松、更有效。
• 更好的参与度：通过个性化学习、定制任务和数字可视化，学习变得更加互动和引人入胜。个性化学习和 AI 驱动的程序的出色体验让学生感到更自信、更聪明，因为他们可以毫无顾虑或害怕提问地探索课程以外的许多事物。所有这些以及新的 AI 技术都在增加学生对学习的兴趣。
• 减轻压力：通过 AI 驱动的程序和个性化学习，学生在学习时感到压力减轻。AI 赋能的虚拟助手会在学生提问时提供带有完整解释的帮助。在传统的学习方法中，学生需要在全班同学面前提出疑问，这可能会让一些学生感到犹豫，而虚拟助手可以解决这些问题。然而，并非所有问题都能被这些虚拟助手正确回答。但对于基本查询，它们非常有帮助，可以增强每个学习者的信心并减轻压力。

人工智能（AI）在教育中的挑战和伦理关切

AI 可以帮助教育，但使用它会带来一些障碍和棘手的情况。我们应该特别关注这些问题，以便 AI 能造福教育。

隐私与数据安全

• 负责任地处理敏感学生数据：为了使 AI 能够正常工作，它通常需要访问大量数据。在学校，敏感信息包括学生成绩、个人信息以及学生的学习方式。妥善收集、保管和适当使用这些信息必须是重点。GDPR 等数据保护法应指导机构制定的政策，以确保学生隐私。
• 应对数据泄露和滥用风险：在学校使用 AI 会引起人们对个人数据被盗或泄露的担忧。如果有人未经授权访问学生数据，可能会导致身份盗窃、侵犯隐私和信息滥用。教育机构应确保其系统安全，通过监控网络来防范威胁，并促进团队成员之间的沟通以应对此类挑战。

AI 算法中的偏见和公平性

• 确保公平的 AI 决策：如果训练数据未正确提供给 AI 系统，结果中可能会出现偏见。因此，学生可能因性别、种族或经济背景而受到不公平对待。通过使用不同的数据集来检查 AI 系统是开发人员确保其工作公平的最佳方法。
• 减轻文化和人口统计学偏见：教育中的 AI 可能会忽略学生文化或背景的差异。例如，对于不考虑地区方言的 AI，有些人无法从中受益。通过确保 AI 系统在其开发过程中包含来自广泛人群的输入，可以解决这个问题。

过度依赖技术

• 传统教育方法被取代的风险：过度依赖教学技术可能会削弱学校使用的传统方法。依赖计算机解决方案的学生可能会发现自己难以独立解决问题或与他人合作。将 AI 与其他教学实践结合使用，可以使学生的教育更加顺畅。
• 解决学习体验中缺乏人情味的问题：由于 AI 缺乏情感和同理心，因此与人类教师不同。如果 AI 工具使用过于频繁，学生可能会对学习感到不确定。应该侧重于 AI 如何与教师协同工作，而不是取代他们。

成本和实施障碍

• 贫困学校的财务限制：在学校实施 AI 需要花费硬件、软件许可和教师培训。由于资金有限，贫困学校面临更高的成本，导致儿童之间的教育差距越来越大。当局和相关人员应探讨各种方法，使学校无论预算如何都能获得 AI。
• 发展中地区的技术挑战：在许多地区，缺乏足够的技术设备或稳定的互联网来支持教育中的 AI 应用。其中一些挑战使得 AI 解决方案的成功实施需要更长的时间。当局和机构应增加对数字服务的支持，并帮助解决学生缺乏数字设施的问题。

AI 和教育的新兴趋势

AI 驱动的学习游戏化

在游戏中运用 AI 使学习对学习者来说更加互动和有趣。AI 会分析个别学生的偏好，设定定制的挑战、奖励和任务，以保持他们的注意力。

示例

通过游戏化，Prodigy 和 Quizizz 帮助学生享受学习数学和科学等困难科目的乐趣。

学生表现的预测分析

AI 驱动的预测分析正在帮助教育工作者识别并满足学生的需求。通过收集和分析过去的以及出勤和成绩信息，AI 可以提出解决未来挑战的方案。

及早识别风险学生

• AI 会审查学生的进步，以发现是否有学习困难的迹象，包括成绩下降。
• 经验丰富的教育工作者会获得有关如何帮助有特殊需求学生的建议。

虚拟现实 (VR) 和增强现实 (AR)

AI 与 VR 和 AR 的集成正在帮助学生以更具实践性的方式体验学习。学生通过使用模拟真实情况的技术，在一个安全的环境中学习。

沉浸式体验中的 AI

• 在 AI 算法的帮助下，考虑了个性化的学习需求和兴趣。
• VR 中的学习者可以一步步地看到，以便更清晰地理解概念。

自适应测试系统

AI 驱动的自适应测试提供了一种新的测试学生的方式，涵盖了他们还不熟悉的领域。

可定制的考试

• 系统会根据学生是否正确回答问题来调整题目的难度。
• 因此，分配给学生的任务足够有挑战性，但又不会过于困难。

AI 在教育中的未来

根据研究，很快，教育中的 AI 将以三种主要方式介入，它们是：

1. 个性化表现：随着 AI 技术和计算能力的日新月异，通过收集和泛化信息，可以创建个性化的课程。各种新的 AI 解决方案，如“Brightspace insights”，有助于教师跟踪、衡量和监控学习者的进度，并在他们的学习旅程中提供帮助。它提供了学习者在整个平台上的学习旅程的完整图景。
2. 消除偏见：人为偏见一直是教育体系的障碍，也是 AI 工具中的一个问题。未来，教育中的 AI 将找到新的解决方案，可以使用既定标准来评估作品、测试和考试，以消除偏见。
3. 联合协助：大学的教授/教师通常在其领域拥有硕士学位，并在特定发展领域获得学位。然而，行政工作常常是与学生建立联系的令人沮丧的尝试。教育中的 AI 可以在未来通过智能教室和 AI 助手解决这个问题，这些助手可以为教师提供必要的帮助，让他们发挥出最好的水平。

结论

人工智能及其在我们生活中的用途在许多领域日益增长。在教育领域，AI 已开始展现其影响力，并充当学生和教师的辅助工具，支持学习过程。但目前，并非所有大学都已完全采用 AI 来进行教育，这将是一个漫长的过程。

然而，研究表明，AI 将很快对教育部门产生积极影响。它目前正在改变教育行业，但尚未在教育领域展现其真正的潜力。此外，从计算机系统中学习非常有帮助，但不太可能完全取代学校和大学的人类教学。