人工智能在信息技術課程中的應用研究

孫瑋

摘要：隨著科技的發展，人工智能技術在諸多領域都取得了顯著的成果。教育領域作為人類發展的重要支柱，也在不斷地進行改革與創新。文章旨在探討人工智能在信息技術課程中的應用研究，分析人工智能技術如何改變教育方式、提高教育質量，并分析可能存在的挑戰和未來的發展趨勢。

關鍵詞：人工智能；信息技術；應用研究

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）34-0026-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

0 引言

隨著“數字時代”的到來，人工智能教育的發展日益加速，在信息技術課程中，引入人工智能技術有助于提升學生的綜合能力，增強他們對信息技術的理解和操作能力[1]，這不僅滿足了個性化教育的需求，也提高了教師的教學效率。本文將從以下三個方面進行深入研究。

1）人工智能技術的基本概念。

2）人工智能在信息技術課程中的應用。

3）人工智能在信息技術課程中的應用挑戰與發展趨勢。

1 人工智能技術的基本概念

人工智能（Artificial Intelligence，簡稱AI） 是指由計算機系統或其他數字設備模擬、擴展和輔助人類智能的技術。它涵蓋了機器學習、自然語言處理、知識圖譜、智能控制等多個領域，如圖1所示。在教育領域，人工智能技術的應用主要包括智能輔導系統、自動評分系統以及自適應學習系統等。

1.1 智能輔導系統

智能輔導系統是一種基于人工智能技術的教育輔助工具，它能為學生提供個性化、自適應的學習支持和指導[2]。智能輔導系統通常采用機器學習、自然語言處理、知識表示和推理等技術，通過分析學生的學習行為和表現，構建學習模型，并根據學生的學習特點和需求，推薦適合的學習資源和策略，提高學生的學習效果。

智能輔導系統的主要功能包括。

1） 個性化學習支持：根據學生的學習特點和需求，推薦適合的學習資源和策略，滿足不同學生的學習需求。

2） 自適應評估和反饋：收集并分析學生在線學習的各種數據，然后不斷調整提供給學生的學習內容。

3） 知識表示和推理：將知識表示為語義網絡或本體，并通過推理引擎來實現知識的自動推理和應用。

4） 交互式學習環境：提供交互式的學習環境，如虛擬實驗室、模擬環境等，幫助學生更好地理解和掌握知識。

智能輔導系統可以應用于多個領域，例如語言學習、數學教育、計算機編程等。它可以幫助學生更高效地學習和掌握知識，提高學習效果和成績。同時，智能輔導系統也可以為教師提供教學數據的統計分析和及時反饋，幫助教師更好地了解學生的學習情況和需求，優化教學過程和策略。

1.2 自動評分系統

自動評分系統是一種基于人工智能技術的自動化評分工具，通過機器學習、自然語言處理等技術，對學生的信息技術基礎知識、軟件操作等進行評分。自動評分系統可以實現快速、準確、一致地評分，減輕教師的工作量，提高評分效率和公正性。

自動評分系統的主要功能包括。

1） 文本分析和特征：提取通過自然語言處理技術，對學生的作文、翻譯等文本進行分析和特征提取，來獲取有用的評分特征和指標。

2） 評分模型構建：通過機器學習技術，構建評分模型，并對模型進行訓練和優化，提高評分準確度和一致性。

3） 自動評分和反饋：根據評分模型，對學生的作文、翻譯等文本進行自動評分，然后生成相應的反饋和建議，幫助學生改進寫作能力。

4） 評分結果可視化：將評分結果可視化，方便教師和學生了解評分情況和改進方向。

自動評分系統可以應用于多個領域，例如語言學習、考試評估、招聘篩選等。它可以提高評分效率和公正性，減輕教師評分工作量，同時為學生提供及時的反饋和建議，幫助他們更好地掌握知識和技能。

1.3 自適應學習系統

自適應學習系統可以根據學生的學習特點和需求[3]，自動調整學習內容、方式和節奏，以實現個性化、自適應的學習支持和指導。其通過機器學習、自然語言處理、知識圖譜等技術，分析學生的學習行為和表現，構建學習模型，并根據學生的學習特點和需求，推薦適合的學習資源和策略，幫助學生提高學習效果。

主要功能包括以下幾個方面：

1） 學習模型構建：通過機器學習技術，構建學習模型，并對模型進行訓練和優化，實現對學生的個性化、自適應的學習支持和指導。

2） 學習內容推薦：根據學生的學習特點和需求，推薦適合的學習資源和策略，滿足不同學生的學習需求。

3） 學習進度管理：根據學生的學習進度和表現，自動調整學習節奏和難度，來保證學生在合理的時間內完成學習任務。

4） 學習反饋和評估：根據學生的學習表現和反饋，提供相應的反饋和評估，幫助學生更好地了解自己的學習情況和進步方向。

2 人工智能在信息技術課程中的應用

2.1 個性化教學

個性化教學是指針對每個學生的學習特點和需求，量身定制教育方案，使學生能夠更加高效地學習。人工智能技術可以通過分析學生的學習行為[4]、評估學生的學習水平和預測學生的學習需求等手段，為教師提供更加準確的教學建議和方案，從而實現個性化教學。

人工智能在個性化教學中的應用主要包括：

1） 人工智能可以收集學生的學習數據進行分析，得到每個學生的學習特點和學習需求。例如，人工智能可以分析學生的閱讀時間、答題時間、答題正確率等數據，判斷出學生的知識掌握情況及能力水平。

2） 人工智能可以根據掌握的學習數據，為每個學生制定契合個人實際的個性化教育方案。例如為每個學生推薦適合他們的專題課程和練習題等。

3） 人工智能還可以根據學生的學習數據，為每個學生提供24小時不間斷在線的智能化輔導和糾錯答疑服務，便于學生能靈活安排時間學習，提高學習效率和成績。

2.2 智能評估與反饋

教育智能評估與反饋是人工智能在教育教學工作中必不可少的應用之一。人工智能評估和反饋系統能夠自動化地對每個學生的學習表現進行評估。例如，人工智能可以通過自動批改作業和測驗等方式，為教師提供每個學生的得分和表現情況，并針對不同的學生提供不同的評價和反饋。這樣，教師可以更加全面地了解每個學生的優勢和不足，并針對不同的學生制定不同的教育方案。

教育智能評估與反饋主要包括兩個方面：一是對學生的學習情況進行評估，包括學習水平、學習興趣、學習習慣等方面；二是根據評估結果，給予學生針對性的反饋，包括學習建議、學習資源推薦等。這些反饋都是根據學生的具體情況而定制的，能夠更好地幫助學生提高學習效果。

人工智能在教育智能評估與反饋中的應用主要有兩種方式：一是基于機器學習的自動評估系統，通過對大量數據的分析和處理，自動評估學生的學習情況；二是基于自然語言處理的智能輔導系統[5]，通過與學生進行自然語言交互，了解學生的學習情況，并給予相應的反饋和建議。

2.3 虛擬實驗與仿真

人工智能技術在信息技術課程中的另一個重要應用是虛擬實驗與仿真。虛擬實驗與仿真是利用計算機技術和虛擬現實技術，通過模擬真實場景或實驗環境，讓學生進行實驗操作和知識掌握的一種教學方式。例如利用Boson Netsim平臺學習路由器和自定義網絡拓撲結構及連接，如圖2所示，與真實實驗相比，使用它省去了制作網線連接設備，頻繁變換連接線，不停地往返于設備之間的環節。同時，它的命令也和最新的Cisco的IOS保持一致?？梢愿玫乩斫饩W絡結構，深入地掌握路由、交換設備的配置與命令。

人工智能技術在虛擬實驗與仿真中的應用主要體現在以下幾個方面。首先，人工智能技術可以優化虛擬實驗與仿真的場景和環境，提高其真實感和互動性，激發學習熱情，提高學生的學習參與度。其次，人工智能技術可以根據學生的個人水平和學習習慣對參數進行智能化的調整和優化，為學生設計個性化的學習體驗，幫助學生更加高效地掌握知識。與傳統實驗相比，虛擬實驗與仿真具有更高的靈活性和安全性，利于學生更好地理解和掌握知識和操作技能。

2.4 在線教育資源的智能推薦

在線教育作為一種新興的教育模式，為學生提供了更加便利的學習方式。然而，由于在線教育資源的數量龐大，學生在尋找適合自己的學習資源時往往會感到困惑。人工智能可以通過對學生的學習行為和興趣進行分析，為學生提供個性化的學習資源推薦。具體來說，智能推薦系統通過對學生的歷史學習記錄、瀏覽行為、搜索關鍵詞等信息進行分析，提取學生的學科偏好、學習習慣和知識水平等方面的特征，從而為其推薦最適合的學習資源，如圖3所示。

此外，人工智能還可以通過自然語言處理技術，對在線教育資源進行語義分析和分類，從而可以更加準確地為學生推薦符合其需求的學習資源。同時，在線教育平臺也可以通過計算機視覺、機器學習等對學生的學習過程進行監控和分析，及時發現學生的學習問題，并提供相應的解決方案，從而提高學生的學習效果和滿意度[6]。

4 人工智能在信息技術課程中面臨的挑戰與發展趨勢

4.1 面臨挑戰

盡管人工智能在信息技術課程中的應用取得了一定的成果，但仍然面臨一些挑戰。

1） 數據隱私與安全問題

隨著人工智能技術在教育領域的應用不斷增加，數據隱私與安全問題也日益成為人們關注的焦點。人工智能技術的廣泛應用，尤其是在學習內容的個性化推薦、學生行為分析、學習評估等方面，需要大量的數據支持，而這些數據往往包含了學生的個人信息（如姓名、密碼、郵箱賬號、教育背景等）、學習記錄等私密數據。如何保護教育領域的數據安全和隱私成了一個重要的挑戰。

首先，要建立完善的數據保護機制，確保學生數據的安全和隱私。其中包括制定相關法律法規和政策，規范數據收集、存儲、使用和共享的過程。同時，需要加強對數據使用者的監管和審查，確保他們遵守相關規定并且只使用數據進行合法用途。此外，還需要加強對數據泄露和濫用的預防和打擊，保護學生的隱私和權益。

其次，要加強數據安全技術的研究和應用，確保數據在傳輸、存儲和處理過程中不被竊取或篡改。其中包括加密技術、訪問控制技術、身份認證技術等多種技術手段的應用。同時，還需要開展數據安全漏洞的檢測和修復工作，及時發現并解決安全問題。

最后，要加強對人工智能算法的監管和評估，確保算法不會對學生造成負面影響。這包括對算法的透明度和可解釋性進行評估，確保算法的決策過程公正、可理解和可接受。同時，還需要對算法進行定期審查和更新，以適應需求的不斷變化。

2） 人工智能促進教師角色多元化擴展

首先，人工智能技術的應用需要教師具備一定的專業技術能力和道德修養，才能更好地利用其工作。因此學校需要加強對教師的技術培訓和支持，提高教師使用人工智能技術的能力。教師應堅持以人為本、以德為先的教育理念，引導學生樹立正確的價值觀和世界觀，培養學生的法治意識和倫理道德素養，成為人工智能時代的 “行為示范者”。

其次，信息技術課要培養學生的AI素養，教室不再是唯一的學習場所，學生將通過在線平臺聯結式的、人機協同的智能化方式進行學習。學生要掌握利用人工智能技術解決生活、學習問題的能力；在人工智能時代，教師還應注重教導學生如何進行批判性和創造性的思考，讓他們明白AI生成的回答并不總是準確可信的，需要判斷信息來源和真實性，進行進一步的驗證和思考。教師要成為“AI能力培養者”。

第三，學生在學習和發展過程中除了會遇到知識技術性問題和困難外，還會產生有關道德、情感、信念等方面的問題。人工智能目前不具備人類的情感溝通關懷能力，教師要發揮優勢、架設和學生之間的心橋，探討化解學習之外的難題，成為AI不可取代的“心靈溝通者”。

第四，人工智能技術的發展需要數據分析和挖掘，而這些數據往往需要由教師和學生共同產生。因此，教師需要積極參與人工智能技術的應用中，為其提供足夠的數據支持。人工智能技術為學生提供個性化的學習體驗，但也存在一定的問題和風險。例如，人工智能技術可能會將學生歸類為某種類型，從而影響其發展方向。因此，在應用人工智能技術時，教師需要不斷反思教育教學行為提出反饋，研究解決出現的教育教學新問題，改進教育教學實踐、注意保護學生的隱私和個人發展空間，教師要成為人工智能技術應用的“發展推動者”。

4.2 發展趨勢

人工智能技術將更加深入地融入教育領域，越來越多地應用在教學管理的各個環節，為學生提供更加個性化、智能化的學習體驗。教育數據分析將成為教育領域的重要發展方向，有助于教師更好地了解學生需求，優化教學內容和方法?？鐚W科合作將成為教育領域的一大趨勢，未來將利用人工智能技術解決更多實際問題，人工智能也逐漸成為信息技術課程的重要教學內容之一。

5 結束語

通過對信息技術課程中人工智能的應用研究探索，可以看到人工智能在信息技術課程中具有廣泛的應用前景，通過在個性化教學、智能評估與反饋、虛擬實驗與仿真、在線教育資源的智能推薦等方面的運用，能滿足不同學生的學習需求和興趣愛好，為學生提供更加豐富、深入的學習體驗，幫助學生更好地理解理論概念、掌握實際操作能力。

人工智能技術在信息技術課程中的應用仍然存在很多挑戰和問題，如數據隱私保護、算法可解釋性等方面需要進一步研究和探索。因此需要不斷加強對人工智能在信息技術課程中的應用研究，推動信息技術課程的教學改革和創新，為培養信息技術人才做出更多貢獻。

參考文獻：

[1] 孫亮.人工智能在初中信息技術課中的應用[J].中小學電教（教學），2021（11）：11-12.

[2] 聶瑞華，王欣明，李卓越.從概念走向實踐：基礎教育大數據的框架與實現研究[J].中國電化教育，2017（3）：70-75.

[3] 江波，章恒遠，魏雨昂.如何判定自適應學習系統的有效性：基于因果結構分析框架[J].現代遠程教育研究，2023，35（2）：95-101.

[4] 陳劍洪，陳劍萍.基于人工智能的體育沉浸式教學研究[J].當代體育科技，2023，13（11）：77-80.

[5] 吳健.開啟“人工智能+”模式 賦能學校高質量發展[J].中小學信息技術教育，2023（5）：26-27.

[6] 孟琳，朱偉.課程思政背景下高職語文教學改革探析[J].時代報告（奔流），2023（5）：113-115.

【通聯編輯：朱寶貴】