生成式人工智能在智慧课堂应用中的挑战与应对

作者: 邹凌君 张利峰

生成式人工智能在智慧课堂应用中的挑战与应对0

关键词:智慧课堂;生成式人工智能;ChatGPT;应用场景;挑战与应对;创新路径

中图分类号:G434 文献标识码:A

文章编号:1009-3044(2024)28-0177-04

《新一代人工智能发展规划》明确指出要抓住人工智能发展的重大机遇,加速推进智能时代教育信息化发展。党的二十大报告明确强调“推进教育数字化”并将“智能化”学习作为重点,推动教育环境改革,推进智慧课堂普及与创新。国家相继出台了一系列政策文件,旨在建设人工智能支持下的智慧校园,探索混合式、合作式、体验式、探究式等教学模式,加强整合式、项目式、定制化课程建设,并探索灵活开放的教学组织方式,构建家庭、学校、社会协同育人模式,最终实现差异化教学和个性化学习,促进教与学的人机协同,提高教学效率。以ChatGPT为代表的生成式人工智能(AIGC) 技术,凭借其在文本生成和语境理解方面的优势,正深刻影响着教育领域,并将持续赋能教育数字化转型,促进智慧课堂的普及和创新。

1 智慧课堂、大语言模型(LLM) 及生成式人工智能(AIGC) 的发展概况

1.1 智慧课堂

智慧课堂[1]是智慧教育的主阵地和主战场,是智能技术与教育深度融合的重要领域。这里的“智慧”既指智能信息技术,又包含着人类的聪明才智,是两者的深度融合。智慧课堂也称未来课堂,是在智慧教育理念引领下,借助人工智能、大数据、物联网等新一代信息技术构建的教学智能化、学习自主化、资源多样化、场景泛在化的教育环境。随着信息新技术的出现和不断发展,智慧课堂发展大致经历了三个阶段[2]:第一阶段(20世纪80—90年代),以个人计算机和互联网为支撑,开启了电化教育的时代;第二阶段(2000—2010年),投影、电子白板等数字化设备的应用,标志着数字化教育阶段的到来;第三阶段(2010年至今),随着人工智能、大数据、物联网、云计算、AR/VR、元宇宙、区块链等前沿技术的融入,智慧课堂迈入了智能化时代,教育环境也更加智能化、互动化和个性化。新颖的AIGC人工智能技术的出现,则进一步推动智慧课堂走向了智能时代。

1.2 大语言模型

大语言模型(LLM) [3]是指参数众多、训练数据量庞大的自然语言处理人工智能模型。自然语言处理(NLP) 领域的发展经历了从规则到统计、从统计机器学习到深度学习的演变过程,如图1所示。

2017年,谷歌大脑团队提出的神经网络架构Transformer,凭借其在训练速度、并行度和通用性方面的优势,迅速成为NLP领域的统治性框架,后续的许多模型都基于Transformer框架开发。

1.3生成式人工智能

生成式人工智能(Artificial Intelligence Generated Content) 是一种基于算法、模型、规则生成文本、图片、声音、视频、代码等内容的技术,代表着人工智能技术的最新发展方向。ChatGPT(Generative Pre-trainedTransformer) 是OpenAI开发的一款基于大语言模型的聊天机器人,自2018年发布以来历经多次迭代。目前,最新版本为ChatGPT-4。ChatGPT能够理解和生成自然语言文本,改变了以往的信息获取方式。目前,国内外众多科技公司推出了类似ChatGPT 的AIGC产品,例如:微软的Bing、谷歌的Bard、百度的文心一言等。与Deep Blue和AlphaGo等专用人工智能应用不同,生成式人工智能具有更强的泛化能力和创造性,能够应用于更广泛的场景。

2 AIGC 在智慧课堂中的应用场景[4]

以ChatGPT为代表的生成式人工智能技术与智慧课堂的融合发展,将引领教育领域的深刻变革。其广泛应用于学情分析、个性化教学方案的生成、智能助教、资源优化、人机互动、智慧评价与反馈等众多场景。

1) 问题解答:ChatGPT能针对师生的提问,迅速给出相关的有用信息。对老师而言,就像一个助教,可以随时出手相助;对学生而言,就像多了个智能学伴,课堂教学真正做到了“师师有助教、生生有学伴”。

2) 设计课程:ChatGPT可以为教师协助检索和整理课程设计的教学材料,教师可带有批判性地选择性更新教学大纲、教学计划、阅读材料,设计指导书等,并根据相关内容提出设计新的思路。

3) 协助备课:除了课程设计,ChatGPT能够很好地参与教研备课中,给老师一个起步的计划,提供通识性和常态化的内容,帮助教师节省初始构思时间。

4) 课堂模拟:通过与ChatGPT进行模拟对话,从而更好地了解学生的问题,并做好课堂准备。

5) 课堂助教:ChatGPT可以为师生提供一个共享平台,为学生解析概念及复杂内容,实时回答课堂疑问,为课堂教学的内容及方式提出合理化建议。

6) 师生互动:师生向ChatGPT提出问题,与课堂上的实质性讨论相结合,让讨论更丰富,有利于学生完善思维、练习想法。

7) 作业批改:ChatGPT 可以自动批改学生的作业,并提供相应的评估和反馈。它能够快速准确地检查学生的答案,并给出建议和改进意见。这有助于教师更有效地管理学生的作业,及时发现问题和提供指导。

8) 个性化推荐:ChatGPT 首先收集学生详细数据,如学习行为、反馈和表现等,对这些数据进行分析,了解学生的学习习惯、偏好和能力水平。根据学生的学习目标、学习进度和能力水平,量身定制个性化学习计划,推荐与学生兴趣和学习需求相匹配的学习资源,如教材、参考资料、练习题、视频课程、在线讲座等。

9) 协助研究:ChatGPT可以为教师提供有关研究思路和点子,协助检索相关的研究文献,整理文献资料,推荐核心参考文献。ChatGPT还可以指导学生写论文,建议题目,概述结构,提供思路,并提供改进帮助和建议。

10) 虚拟实验:ChatGPT可以创建虚拟实践环境,让学生在缺乏实体实验室的情况下也能进行实践教学。这不仅降低了实验成本,还拓宽了实验教学的边界,学生能更灵活自主地安排学习时间和地点。

11) 职业指导:随着时代的变迁、人工智能技术的兴起,机器人取代了很多职业或岗位。同时,新技术革命也带来许多新的技术工种及岗位。ChatGPT这类大语言模型的聊天机器人能根据学生提出的职业等工作要求,提供相关就业信息或潜在职业,指导学生就业。

12) 教育公平:教育公平是教育领域关注的重要问题,而ChatGPT可以为解决这一问题提供一种新的思路。ChatGPT可以通过语音和文字两种方式与学生进行交互,为一些特殊的学生提供更加便捷的学习途径。例如,视力障碍学生可以通过语音交互与Chat⁃GPT进行学习,听力障碍学生可以通过文字交互进行学习。通过这种方式,教育资源和学习机会可以更加平等地分配和获得。

13) 教育创新:传统的教育模式往往是由教师单向传授知识,而ChatGPT可以与学生进行互动,激发学生的学习兴趣,培养学生的自主学习能力。此外,ChatGPT还可以利用数据分析和人工智能技术,为教师提供更加全面、准确的学生评估服务,显著提高学生的学习效果。

3 AIGC 给智慧课堂带来的挑战与应对策略[5]

AIGC技术在智慧课堂的应用尚处于探索阶段,面临着一系列挑战,需要师生和教学管理部门共同面对,通过不断学习和实践来适应教学变革。主要体现在以下几个方面。

3.1 模型的公平性与偏见问题

AIGC是基于大模型训练的人工智能,需要学习大量的人类语言,其中会包含失之偏颇、不公平不公正甚至错误信息,基于这类信息回答问题会产生偏见。例如,训练中常用“他”代表医生、用“她”代表护士,这种不平衡导致模型在性别倾向上存在偏见。此外,算法的“黑箱”设计,也会影响输出结果的公允性。因而需通过数据加权等方式来降低数据不平衡影响;通过测试来选择和完善公平算法。

3.2 数据隐私与安全性问题

AIGC大模型学习时会接触到大量个人或组织的隐私数据,其中可能涉及师生信息泄露或滥用情况,威胁到数据及其他方面的安全。由于AIGC缺乏逻辑思维及自我判断能力,也容易被不怀好意者用来发布负面信息。因而需要加强隐私保护教育;采用安全的传输协议、先进的数据加密和脱敏技术;建立数据管理制度以及加强数据的合规性审查。

3.3 抄袭或知识产权侵权问题

AIGC在生成图文或音像文件时,可能会引用一些文献等材料,但目前它还不能标注引用出处,也无法判断是否侵犯了知识产权。因此,需要增强知识产权保护意识、优化大模型的版权保护机制,建立并践行投诉举报机制,对用AIGC技术生成的内容应予以明确标注。

3.4 意识形态及价值导向问题

由于AIGC训练数据来源渠道纷杂,处理方式也有局限性,尤其是受到模型及算法的影响,对某些问题的理解和解答会存在明显的偏差,甚至会生成一些不健康内容。因此,首先要建立正确的世界观、价值观。其次要加强内容审查及过滤,发现不良或违法信息时及时向有关部门报告,并封存日志信息。

3.5 独立思考能力削弱问题

除了AIGC在技术方面存在诸多隐患,更令人担忧的是学生如果过度依赖AI工具,可能会逐渐丧失独立思考及学习的能力。例如:学生依赖AIGC技术工具后,会借助AI工具提供思路或答案,这样削弱了学生独立思考和解决问题的能力;依赖AIGC技术学习新知识时,容易浅尝辄止,忽略知识本质及内在联系;借助AI写作时易出现句式和观点的雷同化,缺乏个人见解及深度思考。因而须明确AI的工具性和局限性,保持批判性思维,培养创新思维能力,不断提高师生信息素养。

综上所述,面对AIGC给智慧课堂带来的种种挑战,需要从技术、法律、道德和教育等多个层面采取应对策略。从技术层面上,不断提高AIGC的质量和安全性,避免出现错误或滥用的情况;从法律层面上,制定合理和有效的规范和监管,保护师生的权益和责任;从道德层面上,培养师生对AIGC的正确和合理的态度和使用习惯,尊重其价值和尊严;从教育层面上,提高人们对AIGC的认识和理解,增强人们的判断力和批判性思维以应对风险。

4 智能时代智慧课堂教学模式创新路径初探

智能教育时代,教师不仅是知识的传授者,更是学生学习的引导者和促进者。高校课堂教学应注重培养学生的自主性与解决问题的能力。以倾听、信任、融入、缓冲等多种方式满足学生的学习需要,激发和挖掘学生的学习和创新潜力。基于此,智能背景下高校智慧课堂教学应紧紧抓住“新”“疑”“放”“动”4个明显特征[6],“新”指以新思维、新技术让学生获得更好的成就感;“疑”即教师通过新理念、新方法促使学生敢于质疑、善于质疑;“放”是教师采用新的教学模式,让学生无拘无束自由探索,学习已知、探索未知;“动”是教师提供更新、更丰富的平台和机会,让学生动手实践,提升能力。智能时代智慧课堂教学模式应从提升教师信息素养及能力、巧妙运用网络教学技能、与AIGC技术融合、建立教学评价及反馈机制等路径进行创新,如图2所示。

其中教师信息素养及能力提升是基础,没有教师信息素养的提升,后续的教学创新与改革将难以实施;网络等现代教育技术的运用是推动教学模式创新变革的关键;以学生为中心是课堂教学模式创新的导向,所有的创新都应围绕学生的需求和发展展开;差异化个性化教学是课堂教学新趋势;与AIGC技术融合,则是智慧课堂教学模式创新的主要手段,未来的课堂教学将是教师-AI工具-学生三者间人机协同教学创新模式;评价与反馈是保障,通过科学的评价和反馈机制,可以及时发现和解决问题,确保教学模式的持续改进和优化。

4.1 培育教师信息技术素养,提高教师运用现代教育技术能力

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