淺談人工智能在化學教育“導學互動”中的作用

PAGEPAGE5淺談人工智能在化學教育“導學互動”中的作用曾玭（江西省吉安市第三中學343000）摘要：本文簡要介紹了人工智能技術及其在教育教學中的應用，尤其是在化學教育“導學互動”方面的作用。通過在化學教育教學中引入人工智能技術，有利于創(chuàng)新教學理念，有助于提高教師的教學質量，提高學生的學習能力與科學素養(yǎng)，為化學教育工作增添了新的活力。關鍵詞：人工智能化學教育智能教育導學互動現(xiàn)人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是計算機科學的一個分支，是一門研究運用計算機模擬和延伸人腦功能的新興綜合性學科。人工智能主要是人工的方法和技術，研究、開發(fā)、模仿、延伸和擴展人的智能，實現(xiàn)機器智能，其長期目標是實現(xiàn)人類水平的人工智能。到目前為止，人工智能的研究和應用領域越來越廣泛，已在智能家居、智慧醫(yī)療、科學研究等領域嶄露頭角。與傳統(tǒng)的幻燈片、展板、錄音、電視、電腦等一樣，人工智能技術也是一種與教育相關的信息技術。學生和教師等與教育相關的群體，可利用這些技術經過搜集、整理、加工、傳輸、反饋、再加工等方式獲得知識。盡管人工智能并不是為教育專門研發(fā)的，但是人工智能的不斷發(fā)展，使得其在教育中的應用也越來越廣泛，教育的智能化一直是教育界和教育技術領域的理想和目標。2017年7月，國務院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，將智能教育作為“建設安全便捷的智能社會”的重點任務寫入頭條，強調利用智能技術加快推動人才培養(yǎng)模式、教學方法改革，構建包含智能學習、交互式學習在內的新型教育體系；開展智能校園建設，推動人工智能在教學、管理、資源建設等全流程應用；開發(fā)立體綜合教學場、基于大數(shù)據智能的在線學習教育平臺；開發(fā)智能教育助理，建立智能、快速、全面的教育分析系統(tǒng)；建立以學習者為中心的教育環(huán)境，提供精準推送的教育服務，實現(xiàn)日常教育和終身教育定制化。這一系列發(fā)展規(guī)劃，預示著人工智能教育時代已經到來。在這樣的大背景下，作為一線教學的教師必須積極行動起來，主動去了解人工智能、學習人工智能、應用人工智能，主動適應科技形勢，掌握教學前沿動態(tài)與技術，使教育教學工作獲得更好的發(fā)展與提升，為創(chuàng)新人才的培養(yǎng)創(chuàng)造良好的環(huán)境和條件。近年來，人們對人工智能如何與教育相結合討論頗多。事實上，人工智能在教育行業(yè)已全面鋪開，具體應用包括人工智能為學生提供個性化學習、拍照搜題回答問題、對教學體系進行反饋和評測等。1）個性化學習。在我國應試教育大環(huán)境下，根據不同學生不同認知水平、學習能力以及自身素質制定個性化學習方案真是說易行難。人工智能介入后，個性化學習有兩條實現(xiàn)途徑：分析內容，構建知識圖譜——構建和優(yōu)化內容模型，建立知識圖譜，讓學生可以更容易地、更準確地發(fā)現(xiàn)適合自己的內容；自適應學習，實現(xiàn)智能化推薦——搜集學生學習數(shù)據，預測學生未來表現(xiàn)。智能化推薦最適合學生的內容，最終高效、顯著地提升學習效果。2）拍照搜題、回答問題。借助智能圖像識別技術實現(xiàn)拍照搜題、回答問題的功能。當學生遇到難題時，只需要用手機拍成照片上傳到云端，系統(tǒng)在一到兩秒內就可以反饋出答案和解題思路。這類軟件不僅能識別機打題目，手寫題目的識別正確率也越來越準，目前達到了70%以上，大大提高了學生的學習效率。3）對教學體系進行反饋和評測。試想一個場景，當某學生在查詢自己期末成績的時候，他看到的不僅是一個簡單的分數(shù)，還附有一份“診斷報告單”。通過這份報告，他不但可以了解到自己學科板塊知識點和能力點的掌握情況，還能看到對自己的優(yōu)勢、劣勢的學科分析。這就是借助大數(shù)據的幫助，通過對學生學習成長過程與成效的數(shù)據統(tǒng)計，診斷出學生知識、能力結構和學習需求的不同，以幫助學生和教師獲取真實有效的診斷數(shù)據。學生可以清楚看到問題所在，學習更高效；教師也可對癥下藥，選擇不同的教學目標和內容，實施不同的教學方式，進一步提高教與學的針對性、有效性和科學性。具體到化學學科來說，化學本身是一門實驗性非常強的學科，要更好地進行化學的教學和學習必須滿足這一條件。人工智能教育除了上述三個主要作用，它在化學教育教學方面還獨具優(yōu)勢。1）豐富化學教學內容眾所周知，化學教學中有許多實驗環(huán)節(jié)，但限于教學時間、教學條件、實驗本身的難度等因素，很多實驗無法開展或無法完整地開展。而通過人工智能視頻技術可以將化學實驗的重要過程及細節(jié)充分展現(xiàn)在學生面前。其次，除了實驗，還有各個章節(jié)和模塊的講解視頻也是應有盡有，而且還有供學生預習和復習的試題等等，可以應用到化學教學的各個環(huán)節(jié)。2）提升學生對化學學習的興趣在化學學習過程中出現(xiàn)的難以掌握的內容和容易出錯的內容大都較為抽象，例如電子和分子的移動和結構等等。光靠教師的口頭講解是很難解決這一問題的。人工智能視頻可以針對性地創(chuàng)設真實情境和有效模型轉換，形象化地將各種抽象的原子、粒子的運動過程展現(xiàn)出來，同時結合老師的講解及視頻的分析讓學生清楚地認識科學的發(fā)展過程，將微觀的化學反應立體、生動地呈現(xiàn)出來。促進學生對化學學習的親近感，提升學習興趣。3）優(yōu)化、創(chuàng)新教學設計，提高教學質量為了培養(yǎng)學生對物質的觀察和思考能力，掌握正確應用化學物質的方法，作為化學教師必須注重實驗教學。而有些化學實驗在課堂教學中并不方便展現(xiàn)或有事會產生不良物質，例如有毒物質和危害環(huán)境的物質。有些實驗也不易成功，花費時間也比較長的實驗。為提高課堂效率和保證環(huán)境絕對安全，可以利用人工智能學習資源進行視頻播放，同時可以在難點重點的地方做上標記或進行重播，以便做重點講解，幫助學生理解。也可以略過無關緊要的環(huán)節(jié)，使實驗更加清晰地呈現(xiàn)在學生的印象中。另外，視頻中化學實驗操作一般來說比實際操做得到的數(shù)據更加精準，更有利于作為學生學習和教學的參考，同時還可以進行一些較為大型的實驗模擬，例如工廠的加工過程，這些在實際生活中難以接到的實驗等都可以利用人工智能來展現(xiàn)出來。這樣不僅能優(yōu)化教學設計，還能提高教學質量。需要強調的是，人工智能教學視頻與常規(guī)錄制或制作的視頻具有更加豐富的“智能”及“互動”功能。人工智能視頻可以將虛擬實驗技術融入其中，也就是說學生不只是被動觀看視頻，還可以通過虛擬技術自己操作實驗，獲得真實的實驗體驗與實驗現(xiàn)象，對實驗操作也可以進行多因素嘗試等，充分體驗到實驗的各種細節(jié)與現(xiàn)象。此外，人工智能視頻還可以加入“互動”功能，學生可以在觀看教學視頻或實驗視頻過程中，可以隨時提問并與人工智能視頻進行互動問答，答惑解疑。人工智能在教學中的應用是一種新型的“導學互動”教學模式創(chuàng)新，能夠促進學生自主學生，使學生在自主探究中收獲到學習的樂趣，提高學生的學習能力。這些多功能的學習、體驗不僅可以在課堂上進行，還可在課外進行?？傊?，利用人工智能技術，在集中式課堂教學模式下，可有效克服實驗教學困難，能夠很好地彌補現(xiàn)場教學和學習的不足，集中攻克化學教學中的難點和重點，從而取得更好的學習和教學效果，并將課堂教學延伸到課外教學，大大提高了教學效率與質量。人工智能可以將教師從煩瑣、機械的工作中解脫出來，讓教師騰出更多的時間和精力用于提高教學質量、創(chuàng)新教學方法。但是，目前人工智能在中學教育教學中的應用體現(xiàn)的還不夠充分，需要各級教育行政機構的高度重視，需要專家學者的執(zhí)著追求，更需要一線教師的積極探索。需要指出的是，教育是一項心靈工程，需要教師通過情感的投入和思想的引導教會學生做人、塑造學生的品質等。教師正從原來的教學主宰者、知識灌輸者向學生的學習伙伴、引導者的方向轉變。盡管未來人工智能可能會在知識儲備量、知識傳播速度以及教學講授手段等方面超越人類，但教師仍然具有不可替代性。參考文獻[1]王裴.人工智能在中學教育教學中的應用現(xiàn)狀分析.中國醫(yī)學教育技術.2013年第27卷第4期.[2]吳俊明.芻議人工智能化學教學研發(fā)的教學論基礎.化學教學.2017年第11期.[3]黃翦.基于人工智能的化學教學設計——以Na的性質為例.軟件導刊·教育技術.2009年第3期(下半月)[4]吳文鐵.人工智能教育對于培養(yǎng)中學生信息素養(yǎng)的作用.電腦知識與技術.2018年第4卷第8期.[5]徐璞“泰微課”對化學教學和學生學習化學的幫助.才智,