【人工智能在教学管理中的应用及实践8700字（论文）】

人工智能在教学管理中的应用及实践目录引言 11.人工智能辅助教学系统及其现状 21.1人工智能辅助教学系统（CAI） 21.2人工智能辅助教学在教学中的应用现状 21.2.1形式不适用 21.2.2灵活性差 21.2.3材料不完善 22．人工智能在教学管理中的应用与实践 32.1CAI的基本原理及CAI课件 32.1.1CAI的基本原理 32.1.2CAI课件 32.2智能化计算机辅助教学系统的应用 42.3智能教学管理系统的应用 42.4仿真决策的应用 52.5智能安保的应用 52.5.1陌生人识别 52.5.2车辆智能化管理 62.5.3活动事故防范 62.6智能测评 62.6.1预测学习者的学习能力 62.6.2．机器编制试题 72.6.3．机器批改 72.6.4．分析报告 82.6.5语义分析 82.6.6光学字符识别（OCR,OpticalCharacterRecognition） 83．人工智能在教学管理中的应用意义 93.1人工智能是教学管理改革的必然趋势 93.2教学管理效能得到了增加 93.3教学管理更加精细化、专业化 104．结束语 12参考文献 14引言人工智能不仅仅给人们的生活和工作带来了巨大的影响，还积极与教育方面相结合，通过这种方式使得智能技术变革教育成为一个颠覆性的新时代，以智能教育为领头羊的新一轮技术变革教育即将到来，给教育教学带来了新的思想，成为新方法实施的工具，从根本上推动教育教学模式的转型，提升教学效果以及教学质量。就目前来看，人工智能可以全方位的提升学习辅导、教学测评、教学空间优化等各方面的效率，实现个性化学习，增强学习体验。人工智能正在成为教育教学史上的一项创新技术，是教育信息化发展的一项重要因素。国务院印发了《新一代人工智能发展规划》，该文件中提出了一些观点：为了加快人才培养模式的转变，改革教学方法，那么就要利用智能技术构建智能学习、交互式学习的新型教育体系。在这样一个想法支撑下，教育领域也应当紧随人工智能的发展而不断发展，使得自身教学模式得到变革与创新，构建出一个以个性化学习和终身发展为主体的教育体系，使得教育从低层次粗放型转变为高层次精准型。1.人工智能辅助教学系统及其现状1.1人工智能辅助教学系统（CAI）利用计算机部分代替教师进行教学的辅助教学系统称为CAI，他在工作的过程当中，教学内容会被编成各种各样的课件，学习者可以有选择性地进行教材的选择，实现教学的多样化，形象化，个性化。利用计算机的交互性可以实现教学的双向性，使传统教学当中学生单向接受知识的被动局面得到改善，通过文字，图形，声音，动画等方式来激发学生对学习的浓烈兴趣，以此来实现课堂效率的提升。1.2人工智能辅助教学在教学中的应用现状1.2.1形式不适用市场上的教学软件，有的像电子课本，有的就是简单的题库，很多内容对学生来说根本不值得花费时间和精力，对老师来说也不宜搬到课堂上当教学的辅助媒体，形式根本不适用。作为教学软件，应考虑教师授课的需要，明确辅助教学目的，有所针对性。1.2.2灵活性差辅助教学面对的是学生，不同的班级、学生的知识水平和能力层次各有不同，而教师的教学方法也各有特色。因而，辅助教学软件以如何设计教学重点、如何突破教学难点为目标的方案不一定适合每位学生或教师。1.2.3材料不完善对于多媒体教学来说，他有一个非常重要的特点，为了刺激学生的感官，其选择利用声音，图像，动画等媒体来吸引学生的注意力，提升课堂效率。但是事实上，就现在的教学条件而言，没有足够的软件以及细节教材来支撑这样的课堂。在CAI发展的早期阶段，说使用的课件大多都是使用决策理论以及随机学习的模式，使得学习过程的表达形式得到简化。随着AI技术的不断发展，CAI系统当中添加了以学生的学习行为以及训练策略为基础的因素，与此同时，利用AI技术建立学习顾问模块，通过这样的方式可以将训练策略分析给适合的同学来进行学习。就目前而言，为了获取对课程知识的灵活控制，部分CAI系统还需要通过AI技术来实现。2．人工智能在教学管理中的应用与实践随着信息化不断发展，我国在教育管理方面取得的成绩已经非常显著，相关的教育管理公共服务平台被建立，也确立了相关的教育管理信息化标准体系，全国的教育舒居正逐渐形成自下而上的管理机制。就近几年的数据来看，企业与学校共同开发了各类教育管理系统，建设出类似于数字校园智慧校园等系统，使得办事程序得到简化，管理效率得到提升。但是由于人们对教育管理的期待值不断提高，如何在人工智能时代实现教育管理的人工智能技术科学化精细化转型，成为大家关注的话题。2.1CAI的基本原理及CAI课件2.1.1CAI的基本原理2.1.2CAI课件课件是计算机辅助教学的核心部分，是教师的教学思想、教学内容和教学经验的集中体现，也是教学改革的充分体现。通过运用课件，能实现预定的教学目标，计划、过程、方法和策略，支持教学活动的全过程。课件的水平和质量直接决定教学效果的好坏，因此，课件的开发和设计是使用计算机辅助教学的前提。在开发和使用CAI课件时，要根据具体的教学内容和教学目标，发挥CAI课件在教学上的长处。应注意以下几点：（1）要转变观念，提高认识计算机辅助教学既是教学改革的迫切需要，又是教学改革的重要方面和推动力量，是一项新的、开拓性的工作，只有解放思想，转变观念才能适应教学改革。（2）要统筹规划，合理使用CAI课件固然有其它教学手段所无法比拟的优越性，但其它媒体的许多特色功能，也不能忽视。如投影的静态展视功能，幻灯的实景放大功能，教学模型的空间结构功能，都是计算机所不能完全替代的。所以，教师应根据教学需要选择合适的媒体，将计算机和其它常规教学手段有机配合。（3）要科学分析，正确开发CAI课件的开发和设计是现代教育理论和软件工程方法相结合的高新技术，应该在教学设计理论的指导下讲求课件的实效性，着眼点在于对学生学习新知识、掌握新技术、培养各种能力有帮助。2.2智能化计算机辅助教学系统的应用人工智能(AI)技术以认知学为理论基础，产生了智能计算机辅助教学系统(ICAI)，并被越来越多的应用于计算机辅助教学中。其具有诊断、调试和修改的功能，实现需要应用AI技术及编制复杂的程序，有良好的人机界面，如：自然语言理解、知识表示、推理方法等，是智能化的CAI。并且在ICAI中，学生的学习可借助于智能化计算机对大量知识进行选择、判断和处理，教学的思想和方法、学习内容可用知识形式来表示，学习内容更有针对性。通常ICAI系统由知识库、教授策略、学生模型以及交互接口几部分组成。其中知识库可以作为ICAI的构建环境，是实现知识推理与专家系统的基础。在知识库中，存储教学内容等有关知识，并且可以用事实与规则来表示。教学与学习过程，是通过对基础知识的搜索、推理并利用学生模型动态生成的内容和策略，适合于个别教学，是对知识库中的知识进行推理并最终得出所需结果的过程，能够跟踪学生的学习进度，按照学生的知识水平和认知能力对学生的提问，并能充分调动学生的主动性，使系统达到最佳的个别化教学效果，从而实现因材施教的目的。其能够自动生成各种问题与练习；在了解教学内容的基础上自动解决问题，生成解答；能够根据学生的学习水平与学习情况选择与调整学习内容和进度；具有自然语言生成与理解能力，能够提升人机交互的主动性，实现比较自由的教学问答系统；能够诊断学生错误、分析原因并采取纠正措施；对教学内容有解释咨询能力；能评价教师的教学行为和学生的学习行动。ICAI倡导“以人为本”，教师和学校不再是知识的传授者、灌输者和控制者，强调学习者的主体性，教师和学校成了学生学习的引导者、帮助者和促进者，旨在为学生的学习提供必要的环境和条件，组织调控教学过程，从而实现以“教”为中心向以“学”为中心的转变，这与传统教学存在着很大的差别。由此可见，一个好的ICAI系统应能贯彻教学思想、教学策略、是作为专家系统的一部分来研制的，应遵循教育学、心理学的规律，真正为教学而设计。2.3智能教学管理系统的应用科大讯飞作为教育技术服务的引领企业，借助人工智能、大数据、云计算等技术在教学、考试、管理等教育环节全面布局。在教学管理方面，基于教学管理数据、教学行为数据，利用业务建模、数据可视化等技术，为教学管理决策提供数据支持，并提供模拟和模型预测等功能。其构建的智能管理系统的应用模式如图2所示。首先采集学校区域的教学、学习、考试、管理等数据；其次对数据进行存储、清洗、计算，生成用户画像，进行相关业务建模；然后利用数据可视化等技术对数据进行集成显示；最后根据数据分析系统提供的监控、预测和模拟等功能，辅助管理者进行教学管理。图2（智能管理系统的应用模式）2.4仿真决策的应用教育本身具有复杂性，如果只是依靠经验，很难取得各种主体之间相互作用的平衡关系。而通过人工智能和大数据可以建立对现实社会以及现实教学系统的仿真模拟，如此一来便可以模拟各种教学参数的演变，将关键参数有极小值转变为极大值，在这个过程当中观察教学系统演变的结果，找出实现价值最大化的值，然后再与科学决策以及管理者的经验和知识相结合，实现教学决策的科学化和人性化。举例来说，北京市教育地图被余胜泉的团队利用决策仿真所作出，将北京市的各种教育数据。叠加到地图之上，利用地图数据进行仿真分析择校政策。首先，在学校教学质量与周边人口、周边学校建立关系，再将各种教育政策融入系统当中，推演出择校政策，其分析出的结果包括择校热门学校、择校范围等等，这样就可以将隐藏在文本当中的政策变得更加直观可靠。借助真实数据来演变决策，通过人机结合的教育教学将成为未来教学管理研究的新课题。2.5智能安保的应用安全管理是学校管理的重要环节。确保校园安全的前提是能够实时掌握学校动态、提前发现安全隐患，防患于未然。高效的人脸监控和比对系统将在非法人员识别、车辆智能化管理、活动事故预防等方面发挥重要作用。南昌大学全方位加强校园安保基础建设，实现了校园可视化综合管理，有效保障校园安全，其模式如图5-3所示。图3（智能安保模式）2.5.1陌生人识别利用高效的人脸监控对比系统，自动采集学校人员面部信息，对当前人员的真实身份进行识别，与此同时，还可以将小偷等嫌疑人的照片导入嫌疑人库，建立黑名单，当嫌疑人再次出现的时候，就会触发报警系统实施抓捕，配合保卫部门的工作。2.5.2车辆智能化管理在校园主干道上部署视频监控以及测速装置，对过往的车辆信息进行实时记录，并且警告具有超速行为的车辆，以此来规范车辆行驶。2.5.3活动事故防范追逐打闹、拥挤踩踏等是最常发现在校园活动的伤害事故，利用实时监控的智能摄像头，通过人工智能系统的分析来判断是否会有危险事故发生，实现危险区域范围的报警功能，及时通知学校安保人员来采取相应的措施，使得处理机制由传统的事后发生转变为事前预防。2.6智能测评随着信息技术的快速发展，评价手段也愈发趋于自动化和智能化，如客观题可直接由计算机自动批改并进行数据分析，主观题（口语题、数学题、作文题）可由人工智能系统进行评价和批阅。利用技术辅助教学评价，不仅节省了人工评价成本，而且还大大提高了评价反馈的及时性和准确性，进而提高教师教的效率与学生学的效率。2.6.1预测学习者的学习能力在教学活动开始前，预判学习者的学习能力，对学习者的知识和技能、智力和体力以及情感等状况进行“摸底”，判断学习者对学习新任务的适应情况，为教学决策提供依据。类似于传统诊断性评价，但更加强调技术性和科学性。它可以为教学过程提供支撑，帮助教师了解学生掌握知识、技能的基本情况，了解学生的学习动机、学习风格、学习兴趣，发现学生现存的问题及原因，进而设计出适合不同学生特点的教学方案。但是传统的诊断性评价多数采取特殊编制的测验、学籍档案观察分析、态度和情感调查、观察、访谈等，测试的内容主要是学生必要的预备性知识，对学生科目学习的整体水平难以预测。例如，传统语文阅读教学中，由于阅读分级标准尚未建立，缺乏科学的指导，所以在阅读教学活动中，教师大都在“摸着石头过河”。这类似于以前没有医疗设备时医生的看病过程，比如中医的望闻问切，完全是凭借积累的行医经验诊断病情。后来随着医疗器械的发展，这些设备可以辅助医生进行诊断，进而对症下药[1]。那么，教师能否像医生一样，通过技术设备，找到学生问题所在，进而可以“操刀”辅导。答案是肯定的。现在，教学中的“望闻问切”式的老式诊断性评价，也已经有了技术的支撑。通过对学习者学习能力的预判，可以使学习者清楚地了解当前学习知识、能力结构与学习需求之间的差距，学生也可以清楚看到自身问题，并进行针对性学习。2.6.2．机器编制试题传统为学生提供练习和考试时，编制试卷麻烦又复杂，一份考试试卷的制定往往需要一个老师花费较长的时间，而且对试卷的知识点覆盖、试卷的难易程度较难把握。人工智能的发展已经实现由机器编制试卷，系统可以根据前期对学习者学习能力的测试，分析出即将编制试卷的难度系数、考察的学科能力等，针对学习者知识薄弱点进行针对性出题。2.6.3．机器批改机器批改的原理是采用智能学习的方式，通过统计、推理、判断来决策。通常由专家批改约500-1000份试卷以后，机器就能够归纳学习出试卷的评阅模式并构建出一个模型。这个模型对其他试卷就可以进行有效的处理和覆盖，然后再根据该模型自动批阅其他试卷[2]。由智能机器批改作业，将减轻教师的批改负担。2.6.4．分析报告机器批改后，呈现的不仅仅是一个冷冰冰的数字，而是一份温情的“分析报告”。通过这个分析报告，学习者可以清楚了解到学科知识点和能力点的掌握情况，清楚地看到问题所在，学习更加高效。而且，学习者也可将这份分析报告交给自己的教师进行指导。2.6.5语义分析语义分析是指机器运用各种方法，理解一段文字所表达的意义，它是自然语言理解的核心任务之一，涉及语言学、计算语言学以及机器学习等多个学科。随着MCTest数据集的发布，语义理解备受关注，取得了快速发展，相关数据集和对应的神经网络模型层不断涌现，例如，2017年人工智能机器人参加高考就是具备了基本的语义分析能力。①交互信息分析。语义分析在教学中的应用环境主要包括在线学习、网络培训等，如对大规模在线开放课程（MOOC）中学生交互信息、发贴信息等文本类的信息进行分析。②作业批改。目前的智能批改产品基于语义分析已经可以实现对主观题进行自动评分，能够联系上下文去理解全文，然后做出判断，例如，各种英语时态的主谓一致，单复数等。2.6.6光学字符识别（OCR,OpticalCharacterRecognition）OCR是指通过电子设备来检查纸上的文字，通过检测字符形状，然后用识别方法将形状翻译成计算机文字的过程。通过该技术将手写文本，转换成数字化文本格式。近几年，图像识别技术发展迅速，不仅可以准确识别机打文本，而且对手写文本的识别也已到达较高的识别准确率。目前科大讯飞公司的手写识别技术的准确率已经达到95%以上。文字识别为机器自动批改奠定基础。3．人工智能在教学管理中的应用意义3.1人工智能是教学管理改革的必然趋势人工智能体现了社会发展的重要科学技术力量和人类行为智能的特征，在制造智能机器方面起着推理学习，寻求目标等作用。就目前来看，人工智能已经与各行各业融为一体，成为各行各业发展的动力和趋势。在这样的环境中，教育适应了智能时代的需求，就是要懂得如何利用智能技术推进教学改革管理及创新型人才的培养，这也是政府的一项重要挑战。2016年，美国发布了《为人工智能的未来做准备》一文，指出了为了培养经济发展需要的人才一定要通过人工智能来推动，扩大情报和科学数据课程，落实人工智能教育。我国在2017年也发布了一篇名为《新一代人工智能发布规划》的文章，着重介绍智能如何建立互动学习的新教育系统，如何发展智能教育以及如何在教学管理，资源建设等方面促进人工智能的应用，人工智能的应用，如何利用人工智能来促进人工智能的发展。改革人才培养方式和教学方法。同年发表的《国家教育事业发展的“一三五”规划》当中，也提出了利用各种技术来对未来教育教学新模式进行探索。由此便可以看出，全世界都在关注人工智能技术，促进教育体制的改革与创新。就当前的发展状况而言，我国的教育改革依然存在很多的问题，发展教育具有不均衡性，缺乏创新性人才的培养以及优质教育资源配置不合理等。由于人工智能的不断发展，在创新教育教学模式优化人才培养方案等各个方面都发挥了不容小觑的作用，也成为破解教育难题的一把利刃，实现了教育教学管理改革和发展过程当中的推动作用。3.2教学管理效能得到了增加目前我国已经建立了统一的教育管理信息化标准体系，各级各类学校都部署了各种教育管理系统，增强了数字校园的建设。而智能化智能型的教学管理则能够强加教学管理的效能。人工智能应用于教育教学管理中，简化了传统教育教学管理流程，节约了管理成本，还能提升管理效率和水平、管理者的工作效率。人工智能还能有效地促进学生管理、教学管理、教务管理、校园管理等各领域各环节教育管理信息的互联互通，促进学校管理和服务的自动化、快捷化、个性化和智能化发展，减少不必要的人力、物力和财力的损耗。另外，人工智能等新技术还会增加管理的责任意识和协同管理的特征，促使教学管理更加透明。信息化教育管理平台的互联互通还能使管理信息与数据公开、开放。并且这些数据受各主体之间的监督与监管，来源于教育系统内外的各个主体，能够实现信息的共享和协同管治。人工智能时代的教师要从对学生的“知识对话”转向“情感对话”。人工智能正凭借其强大的功能对教学产生全面和深远的影响。但无论其进展和应用的程度如何，它始终都是辅助教学的工具和手段，学生的发展才是目的，是人工智能为学生发展服务，而不是学生的发展受制于人工智能[19]。就学生发展的完整性而言，目前人工智能的巨大优势体现在对学生认知过程的深度揭示与分析、对认知活动的全方位干预，由此导致教学对学生的认知发展格外偏爱。学生作为一个完整的生命，不只是能认知、会思考，而要有情感、有意志、有信念，不只是有求知的需要，而且有审美、向善的需求。从目前人工智能发展的速度来看，教师的不少教学工作有可能被人工智能所取代，如收集和整理知识信息、准确分析学生的学习状况、根据学生特点选择教学策略等等，人工智能做这些知识性、技能性的工作很可能比教师做得更好。然而，教师要对教师职责有更加深刻地的认知。尽管人工智能技术已经发展到可以充当“教学代理”的角色，能够给学生布置作业，及时解答学生的疑难，甚至具备沟通、交流的能力，能够主动引导学生学习，但这种“教学代理”即使再智能也无法代替教师对学生健全人格的影响，这是由教育的本质以及学生成人的需求所决定的。从知识的学习来看，人工智能满足了学生的需要，但人工智能下的教学会促使教师形成新的教学观，从而忽视学生作为一个主动建构知识的独立个体的事实。因此，对于人工智能时代的师生对话，我们需要关注的重点是教师在与学生交往、相处的过程中如何更加富于人文关怀和人格魅力，从而更好地承担起人工智能无法承担的责任，胜任人工智能无法胜任的工作。3.3教学管理更加精细化、专业化传统的教育受到材料以及个人经验的限制，其涉及到的管理和决策往往凭借经验来决定，具有粗放性和封闭性，每当要进行教学上的管理和决策时，管理者和决策者只能根据静态的，具有滞后性，甚至是经过加工之后的数据来进行判断。而基于人工智能的大数据却不一样，其所提供的数据更加全面精准，可以对相关数据进行精准分析，可视化分析，汇集相关教师，学生，专家，甚至是家长等教育系统所包含的人物进行深度数据收集，使其得到的结果更具有及时性和科学性。举例来说，教育智慧管理系统就是对数据进行深度挖掘，然后将结果进行可视化的显示，落实自动化管理，实时监控，智能诊断以及及时反馈调节，最终实现教育教学管理的智能化，精细化以及专业化。通过课程考试管理综合信息系统更高效地减少差错，实现科学，安全高效的教育教学管理。在人工智能时代，高校也应当顺应潮流，根据教与学的特点对课程进行更改，面对新的挑战，应当更加完善教育教学质量监控和保障体系，对教学管理体制和学生事务管理机制进行创新，积极面对人工智能对学校传统教育教学管理模式和体制带来的冲击力，实现学校内部教育教学组织评价和管理的互通互助，使得教师的素质以及教学质量不断提升，结合各各行各业的力量来支持与保障教育事业的顺利展开。4．结束语判断人工智能的好坏应当观察其是否关车教学思想教学策略，是否遵循教育学心理学