人工智能技術在智慧課堂中深度學習的應用

德州職業技術學院計算機信息技術工程系 李 娟

從數百萬年的第一次仰望星空開始，人類對科技的探索永不止步，技術不斷推動人類文明的進步。人工智能技術在在教育行業中，它不但改進了教學方式，而且給教育帶來了全新的技術支持。在助力創新型人才的培育中，人工智能技術逐漸融入智慧課堂中，深度學習借助智慧學習環境，促進高技能人才的培育。人工智能技術下的智慧課堂是集成了各種交互式技術、數據分析技術、模式識別技術、情感感知技術、及智能網絡平臺等信息化手段的設備。在這些技術的支持下，在教師指導下能夠讓他們在學習活動中有針對性的、個性化的深度學習。

未來互聯網、5G移動通信網的全面融合，加快了新一代的信息網絡的發展。人類社會、信息空間與物理世界全面聯通并相互融合，進入人、物、機和諧共生的計算模式。人工智能技術進入后深度學習時代，新一代人工智能技術是關鍵所在。人工智能技術下的智慧課堂是集成了各種交互式技術、數據分析技術、模式識別技術、情感感知技術、及智能網絡平臺等信息化手段的設備。在這些技術的支持下，對于渴求知識的學生來說，能夠讓他們在學習活動中有針對性的、個性化的深度學習。

1 人工智能技術、智慧課堂、深度學習

1.1 人工智能技術

人工智能是所研究的、所開發的功能主要是用于模擬人的思考，讓機器擁有智能的一門交叉邊緣學科，被稱為世界三大尖端技術之一。人工智能是一門介于自然科學、社會科學和技術科學的交叉邊緣學科，依據多元智能理論，可以分為八個范疇：語言智能、邏輯-數學智能、空間智能、身體-動覺智能、音樂智能、人際智能、內省智能和自然探索智能，讓計算機實現高層次的應用。人工智能技術是多層面的，貫穿了應用、算法、器件、芯片、工藝等技術層級。人工智能技術層級如圖1所示。

圖1 人工智能技術層級圖

1.2 智慧課堂

智慧課堂建設緊緊扣住“針對性、創新性、智慧型”這一關鍵，著眼解決傳統課堂的滯后問題，構建起以人工智能微支撐的集軟硬件智能設施、技術于一體的高效智慧新生態。智慧教育借助現代化信息手段如大數據技術、增強現實技術（VR）、人工智能技術，將教學過程變得不再那么枯燥，樣式多樣、更加智能，從而實現智慧賦能，打造新模式，科學甄別不同專業不同特征的學生特征，盡量滿足不同學生的學習需要，精確定制課程內容，智能優化課堂教學，以師生互動、人機互動為主，實現教育過程的轉變，提升課程的針對性、創新性和智慧型。

1.3 深度學習

深度學習是一種基于神經網絡的機器學習模型，在計算機視覺、語音識別、自然語言處理等領域有非常突出的優勢。其在數據挖掘、智能搜索、機器翻譯、語音識別、圖像識別、計算機視覺、語音處理的使用多重非線性變換構成的多個處理層對數據高層抽象的算法。

2 人工智能技術在智慧課堂中深度學習的應用

在智能化發展的今天，會讓學習無處不在。智慧教育是對變革的超越性訴求，將使得教育發生重大的結構性變革。在學校里，教師通過智能化的教學平臺給學生提供豐富的資源。與此同時，人工智能首先要獲取現實世界的大數據，要進行數據收集、數據清洗、特征提取與選擇、模型訓練、模型評估測試、模型部署與整合等。機器學習的整體流程如圖2所示。

圖2 機器學習的整體流程

2.1 人工智能技術在智慧課堂精準教學中的應用

人工智能的自然語言處理技術包括自然語言處理基礎、語言理解、語言生成和機器翻譯等四個子服務。自然語言處理基礎服務為用戶提供包括分詞、命名實體識別、關鍵詞提取、文本相似度等自然語言相關的API，可應用于智能回答、對話機器人、輿情分析、內容推薦等場景中。語言理解服務為用戶提供情感分析、觀點抽取、文本分類、意圖理解等語言理解相關的API，可應用于評論觀點挖掘、輿情分析、智能助手、對話機器人等場景中。語言生成服務基于先進的語言模型，根據輸入的信息，包括文本、數據或圖像，生成可讀的文字表述，可應用于智能問答與對話、新聞摘要、報告生產等人機交互的場景當中。自然語言處理技術如圖3所示。

圖3 自然語言處理技術

人工智能技術的應用，就是教師借助智慧職教云課堂中的資源，讓學生游刃有余地學習，教師設定規則和提問進行模式匹配。教師通過智慧職教云平臺和光感應黑板可以輕松打造新一代智慧課堂。學生可以隨時隨地學習，通過平臺構建的“云、端、芯”三層生態：在云側豐富的前端主流框架；在端側提供豐富的上層功能業務；在芯端異構資源靈活調度，滿足學習者的需求。首先，可以將線上的在線資源帶到線下環節，實現“一次創建，多次復用”；其次，可以實時、隨時、穩定地進行交流學習，為教師和學生帶來了高性能的非凡體驗。人工智能技術的應用，智慧課堂光感應黑板，PPT、板書、語音、互動等授課內容可以以時間軸無縫銜接在一起，形成線性教學記錄，在課后自動沉淀成為課程資源，這樣方便快捷地實現了“上課即建課”的效果。此外，基于智慧課堂及光感應黑板產生的教學內容及數據，在很大程度上推動教學改革。比如在計算機應用技術專業的Python程序設計課程學習中，以任務驅動的方式完成“打地鼠”游戲，融入python語言的基礎知識、掌握面向對象的程序設計技術、掌握python語言的基本語法、函數、數據庫編程等知識和技能。

2.2 人工智能技術在智慧課堂人機交互學習中的應用

人工智能技術中的人機交互主要研究人物和機器之間的信息交流，主要通過語音喚醒、語音識別服務、對終端設備發送語音命令，對設備進行實時操作，提升人機交互體驗。語音識別合成服務可以將書本上的文本內容合成為語音，接近真人的發音可模擬真人教學場景，實現專業課程的演示與操作，也可以實現課文的朗讀和帶讀，幫助學生更好地理解和掌握教學內容。例如進行專業課程學習的時候，教師通過人工智能技術將任務進行分解，創建一個游戲，角色有玩家、計算地鼠出現的個數、生成游戲、玩家開始游戲、不服輸接著玩、創建地鼠對象、將玩家信息記入數據庫、完成游戲開發。在學習的過程中，通過鍵盤、鼠標、顯示器、頭盔式顯示器、位置跟蹤器可以實時看到學生實際操作的內容，并且也能實時反饋到數據庫中，教師可以根據實際反饋，了解到每個學生的掌握情況。

2.3 人工智能技術在智慧課堂對學習行為的監測應用

人工智能技術中的機器學習有監督學習、無監督學習、半監督學習和強化學習等四種形式。

機器學習訓練方法可以采用梯度下降，為當前位置最快下降方向，梯度下降中越接近目標值，變化量越小。公式如下：

目前我國正處于信息化時代，人工智能技術不但改變了我們的工作和生活方式，同時也改變了我們的學習方式?；谌斯ぶ悄艿男乱淮腔壅n堂通過互聯網、物聯網技術、大數據技術正在悄然改變。人工智能技術在智慧課堂精準教學、人機交互學習和學習行為監測中起到了重要作用。不但為學習者提供了更加個性化和更為智能化的學習環境，而且促進信息技術的常態化。