基于大模型增强的通用人工智能教师架构

以ChatGPT为代表的预训练大模型在教育界产生了巨大影响,也为发展通用人工智能教师带来了曙光。预训练大模型应用于教育存在幻觉、深度逻辑缺失、社会情感缺失等局限,如果这些关键问题不解决,大模型不可能在教育中得到真正有价值的应用。本文提出通过增强大模型构建通用人工智能教师架构,其核心思路是精调训练增强场景知识、检索增强认知、外部智能组件编排增强推理、多模态融合增强感知、情感计算增强社会情感,再通过教育知识图谱对大模型输出进行监督。通用人工智能教师主要有六种应用场景:需要渊博知识的场景、洞察创意增强场景、约束与管理场景、社会情感互动场景、个性化指导与反馈场景、多模态内容表现场景。文章最后分析了通用智能时代人类教师面临的机遇与挑战,提出教师需要主动拥抱、使用、驾驭并控制智能技术,解放、增强、进化自我,并跨越陷阱。

智能时代的人才培养模式改革与创新

智能时代社会生活形态的重塑对人才培养提出了新挑战和新诉求,迫切呼唤人才培养模式的革新。立足于时代特征和社会需求,本文从指导思想、培养目标、课程体系、评价机制和治理体制五个层面阐述人才培养模式的深度转型。智能时代的人才培养以前沿的认知科学规律为引领,以释放人机结合的分布式智能为目标,以多态多境跨域的课程体系为基础,以面向成长的发展性评估为导向,以开放弹性适应性的治理为保障,从而实现人才供给和需求的有机衔接、培养理念和过程的一体贯通、教育环节和要素的协同配合、育才价值和育人旨归的内在统一。

5G环境下的多模态智慧课堂实践

5G技术的普及将推动教学向个性化、精准化、智能化、融合化方向发展。然而,目前国内对5G技术与教育融合的研究多为理论探索与理念构建,缺乏课堂应用实践案例。因此,探讨5G环境下多模态融合教学的智慧课堂教学方式,有助于将理论与实践相结合,为智慧课堂的开发与应用提供参考。北京师范大学“移动学习”教育部—中国移动联合实验室联合中国移动开发了5G环境下的多模态智慧课堂实践案例——“彩虹的秘密”,通过多模态资源整合、多模态互动、多模态评估的多模态智慧教学方式,利用5G高带宽、低时延、大连接的技术特性,接入VR/AR/MR设备、全息投影、智能白板、移动终端、智慧学习笔等多种形态的智联终端和教育装备,实现多种软硬件设备间的无缝互联、协同工作,为学习者提供沉浸式的实时学习体验。总结实践经验,实施多模态智慧课堂,需要“以学生为本”构建多模态学习环境和多通道融合的多模态资源,鼓励学生通过自主探究,实现新旧概念的交互。此外,多模态智慧课堂还倡导多元、动态的学习评价体系,以帮助教师进行精准决策和调控。

资源一号02D卫星可见近红外相机在轨调试与图像质量评价方法

资源一号02D卫星发射入轨后,针对可见近红外(VNIR)相机工作状态与实验室标定状态的变化,开展了在轨调试及相应图像质量参数评价,保障了相机成像性能。基于资源一号02D卫星可见近红外相机高速推扫成像时场景不断变化的特点,研究了一种通过降低调焦算法对场景不变依赖性来提高调焦精度的调焦方法,保障了相机高精度快速调焦;针对资源一号02D卫星可见近红外相机同时具备高空间分辨率和大幅宽的特点,改进了相机成像参数调整方法,研究了一种基于在轨成像时全链路辐射传输模型的成像参数预估方法,确保了相机积分级数与增益处于最优状态。最后,在完成可见近红外相机在轨调试的基础上,对图像调制传递函数(MTF)、信噪比(SNR)等性能参数进行了测试,测试结果显示相机成像性能处于最优状态。

九谱段焦面配准测试仪的研制

多通道焦面遥感相机通道间的配准是相机总装定焦过程中的关键技术,通道间的配准精度决定了后续通道融合后的遥感图像质量。设计并完成了一套用于解决九谱段双通道焦面配准的测试仪。积分球照明一条狭缝,经平行光管成像在无穷远,照明九谱段相机,在相机焦面上得到一个竖直放大的狭缝像。四谱段、五谱段线阵探测器分别位于双通道焦平面上,分别调整双通道焦面的位置,计算四谱段、五谱段探测器上狭缝像的质心位置,通过质心位置来评价通道间像元的对准精度。该仪器解决了多通道焦面遥感相机通道间的配准问题,配准精度达亚像元量级,保证了通道融合后的图像质量。

数据驱动的课堂观察活动多元分析与改进研究

线上线下相结合的课堂观察活动具有跨越时空、支持大规模协同等优势,已成为促进中小学教师专业发展的重要活动。但是,其在应用中存在突出问题,如难以从大量非结构化的多源反馈数据中及时发现教师集体共识信息,难以精确诊断与改进教学问题,难以实现教师同伴之间互助学习。为解决上述问题,该研究依据观察学习理论与学习分析技术,构建了包含课堂观察活动全过程数据采集、多元分析、可视化反馈报告、社会知识网络自动推荐、精准改进等要素的课堂观察多元分析与改进模型,并开发了支撑系统。研究结果表明该模型实现了对教师教学知识技能、观察参与行为与情感状态的及时诊断,能够推动课堂观察向数据驱动的科学决策与精准改进转变,实现观察者与被观察者的协同发展。

基于5G的智慧校园专网建设

可管、可控并能提供主动智能服务的网络是未来智慧校园发展的基础,5G的高带宽、低时延、广连接技术特性与网络切片、边缘计算等技术相结合,有效解决传统数字校园中网络重复部署、数据存储的安全隐患、无法灵活应对业务需求、校园智慧性不足等问题。基于5G构建边-云融合的教育专网,将集中在远端云中心的服务从“核心”下沉到“边缘”,边缘计算和云计算相互协同既保障学校网络的服务质量和数据存储的安全,还使学校能灵活应对业务变化,高效利用学校大数据真正实现智慧教育。

YAG透明陶瓷的成型工艺

成型方法是制备透明陶瓷材料的一个重要环节,对透明陶瓷烧结过程和最后的光学性能有一定的影响。本文详细介绍了国内外关于钇铝石榴石(YAG)透明陶瓷的成型方法,并将其归纳为干法成型、湿法成型和最新发展的3D打印成型方法,然后分析和总结了各种成型方法的成型原理和优缺点,最后对几种透明陶瓷成型方法未来的发展趋势进行了展望。

过渡金属离子掺杂Ⅱ-Ⅵ族中红外激光陶瓷研究进展

2~5μm中红外激光在民用和军事领域的应用十分广泛。直接泵浦中红外激光增益介质材料是产生中红外激光的主要方式之一,二价过渡金属离子Cr^(2+)或Fe^(2+)掺杂的ZnS或ZnSe(TM^(2+)∶Ⅱ-Ⅵ)材料以其独特的光谱特性成为目前最具发展前景的中红外激光增益材料之一。本文首先归纳了TM^(2+)∶Ⅱ-Ⅵ材料的主要制备技术路线,然后重点介绍了采用激光陶瓷技术制备TM^(2+)∶Ⅱ-Ⅵ材料的研究进展,最后对TM^(2+)∶Ⅱ-Ⅵ陶瓷的原料制备与烧结技术的优化进行了展望。希望以此促进TM^(2+)∶Ⅱ-Ⅵ激光陶瓷材料的发展,为获得高性能的TM^(2+)∶Ⅱ-Ⅵ中红外激光器奠定关键材料基础。

何克抗先生教育学术思想发展历程探微

何克抗先生是我国教育技术领域的著名学者,是中国教育技术学科的重要奠基人和开拓者之一。在近半个世纪的学术生涯中,他在中国特色教育技术理论形成和发展方面作出了独特贡献。他将理论与实践紧密结合,围绕三条主线开展了具有广泛影响力的实践研究,先后提出了“创造性思维理论”“认知发展新论”“语觉论”,涉及创造力、认知发展、语言学习等多个学科领域。这些理论长期指导着全国范围内开展的“基础教育跨越式发展创新试验研究”,在语文教育、英语教育及学生创新思维能力培养方面取得了显著的成效,产生了广泛而深远的影响。他在学术研究中体现了顶天立地、知行结合、勇于创新的学术精神和坚毅勤奋、严谨务实、淡泊名利、专注执着的学者风范。

如何在疫情等极端环境下更好地组织在线学习

疫情等极端环境下的“停课不停学”,催生了直播/点播形态的在线教育迅速普及,但这只是在线教育的初级形态,我们有必要探究在线学习发生的基本条件及如何更好地组织在线教育,从而保证学习真实发生。疫情阻断了师生之间的社会交互,对学生的自主学习能力提出了很高的要求,而学习的本质是社会性的交互,缺失了这一媒介学习将很难发生,更难言自主学习。据此,该研究提出基于活动的在线学习组织模型作为解决方案,以期能帮助师生更好处理疫情等极端环境下的教学困境,为教育部门抗疫防控等特殊时期实施高质量在线教育提供一定的指导和参考。

“AI+教师”的协作路径发展分析

互联网环境下信息呈现增速越来越快、体量越来越大、结构越来越复杂的特点,这些特点使得人类教师的认知能力难以驾驭信息的不断变化,要想适应这种变化,就需要借助外部智能设备作为人脑的认知外包进行信息处理和思考,"AI+教师"的认知外包将成为常态,也是人工智能时代人机协同的主要形式。根据教师工作智能形态的不同,"AI+教师"的认知外包将实现人脑内部认知网络与设备外部认知网络之间的不同层次的连接,使得机器可以外包教师在数据计算、特征感知、模式认知和社会交互四个层面的智能;以四层智能外包为基础,文章提出了"AI+教师"实现人机协同的教学分析框架,按协同过程中智能性和自主性递增主要包含AI代理、AI助手、AI教师和AI伙伴。最后在该框架的基础上,预测了未来人机协同教学的核心特征,期望为智能时代"AI+教师"的协作提供路径参考和应用启示。

基于人工智能的育人助理系统——“AI好老师”的体系结构与功能

育人是教育的本质诉求,教育应以育人为本。然而,实践中长期存在的重智轻德观念使教师和家长在面对孩子成长过程中的典型问题时,常因不了解问题背后的教育学、心理学、社会学、生理学等知识与规律而无从下手,或只是粗暴地教训或干预,不利孩子的健康成长。人工智能技术在结构化表征育人知识及知识间的关联、个性化知识推理上优势明显。本研究力图构建0-18岁儿童成长过程中的典型问题的知识图谱及其解决案例知识库,构建个性化育人助理系统——AI好老师,以期利用技术力量助力破解育人难题。AI好老师具有育人问题情境化解决、育人知识个性化辅导、育人知识结构化组织、育人知识协同进化、育人案例智能化推理等特征,可以成为教师指导学生的得力助手、家长教育孩子的专业导师和学生自我诊断的贴心顾问,从而实现人机结合的高效育人。

证据导向的STEM教学模式研究

当前我国STEM教育存在一些典型问题:过分关注技术而不遵循教育规律;学生只会模仿教师的操作,没有真正体验知识获得的过程;缺乏基于证据进行推理的过程导致学生科学意识不强;缺少过程性数据来验证学生的创新学习能力提升以及创新学习发生;缺少对学生知识掌握水平和能力素养评估导致STEM教育沦为一种职业技术培训。基于证据的学习理论为解决STEM教育问题提供了思路。它是为解决特定学习问题而运用一些证据验证假设、发现并得出解决问题方案的一种学习范式;强调关注学生的学习过程,基于证据来呈现学习结果并由此证明学习活动及学习成效已经发生。基于该理念构建的证据导向的STEM教学模式,强调在设计问题或项目时注重知识的内在逻辑以及跨学科整合性;强调要以发展学生关键能力和核心素养为目标,积极开展形成性评价和表现性评价;强调要充分发挥大数据、人工智能等新一代信息技术的作用,创设良好的学习证据生成、采集、分析、利用的数据驱动的教学环境。实践案例表明:基于证据的学习有助于推进跨学科知识融合的STEM教育,帮助学生夯实科学、技术、工程和数学等知识基础,提升其创新精神与实践能力,实现创新型、创业型人才的培养。

智慧教育转型与变革

智慧教育不仅是智能技术在教育中的应用,更是智能时代教育的全面转型与变革。文章结合智能时代的三大发展趋势:即人机物三元融合、主动智能服务与人机结合的分布式认知,从基础环境、智能形态、培养模式、教育生态、育人目标五个维度提出了智慧教育转型与变革的关键所在,包括拥有主动智能的教育环境、人机协同的教育智能、大规模个性化的人才培养模式、虚实融合的教育新生态和智能时代的创新人才培养。在此基础上,面向智慧教育转型与变革的实践落地,提出了三点关键建议,包括建立数据无缝流转的生态体系、推进教育公共服务模式创新、高度重视专业性的教育服务,期望为智能时代智慧教育的转型与变革提供一定的参考与应用启示。

智慧教育服务生态体系构建

智慧教育是未来教育的必然趋势,但持续推进教育实现智慧化面临着结构性困境:教育信息系统建设碎片化、统筹建设与分散建设系统的两难困境、智能技术增大维护管理的复杂性、教育信息系统缺乏持续的维护、教育应用动态多变开发难以及校园网络安全性易受挑战等。为应对以上困境,应认识到拥有服务比拥有技术更重要,智能技术支撑的教育服务是其中的关键,教育信息化要从关注平台建设、资源建设转型为关注服务建设。智慧教育服务建设关键是建立开放的服务生态体系,它以云网融合的服务架构为基础,构建出能自由组合服务、平等交易服务的教育服务市场。教育服务由政府、教育用户、教育服务供应商协同构建,这种多方参与、协同构建的方式能有效促进教育服务生态的常态化运转。云网融合的服务架构包括能力服务层、区域共享层和服务汇聚层,能力服务层基于教育服务的互操作模型构建面向教育业务的服务,区域共享层和服务汇聚层依赖互操作模型联通各类教育服务系统、各级教育单位,实现教育数据的动态流转和优质教育资源的共建共享。

区域性教育大数据总体架构与应用模型

教育大数据作为未来区域教育发展的契机和质量改进与提升的破解方法,在智慧教育领域有着不可估量的发展潜能。该文大数据与区域教育发展的关系出发,剖析了区域教育大数据的技术架构,包括教育过程多模态数据收集、学习者个性化认识模型构建、学科知识图谱构建、数据挖掘分析、资源语义标记与汇聚、个性化智能推荐引擎、区域教育决策分析等,提出构建区域大数据无缝流转的开放生态系统。同时,该研究以智能教育大数据公共服务平台"智慧学伴"为例,提出区域教育大数据应用模型,并展望了区域教育大数据未来发展的三个智能服务阶段:个性化定向学习支持的"学习助手"、封闭性问题解答和情感支持的"学习伙伴"、开放性问题解答和智慧成长支持的"学习导师"。该研究从理论构建、实践应用、未来展望三个层面对区域教育大数据作了较为全面的论述,以期为区域教育大数据的应用提供理论参考模型和实践指导。

以服务为中心推进教育新基建

教育新基建对加速推进教育信息化,实现教育现代化和建设教育强国意义重大,智能技术支撑下的教育服务应是其核心的建设方向。以服务为中心推进教育新基建是多种因素共同作用下的必然结果,诸如信息技术复杂化、软件架构持续演化、社会分工逐步细化、教育应用深度融合以及教育信息化的高安全性等,都要求教育信息化从传统软硬件设施的投入转变为“以服务为中心”,学校也将从拥有基础设施转变为获得服务。教育新基建与传统信息化相比,其波及的范围广、资金需求大、技术难度高、参与方众多,如果只是由教育行政部门或学校负责建设,会出现总体成本过高、难以持续运行的问题;如果只是外包给企业建设,会出现脱离教育实际、重复建设等问题。因此,推进教育新基建,不能单方面地建设基础的软硬件设施,而需要聚合教育行政部门、学校、企业等多方面力量,将各类教育应用整合成可获得的教育服务,还需要创新服务业态,明晰服务模式的规划和设计。只有多方同心同力形成合力构建可持续发展的服务市场,才能真正建设好、使用好和发展好教育新基建,夯实我国教育智慧化的基石。

大数据时代的教育计算实验研究

大数据为教育研究带来新机遇,全样本的数据来源、因果分析向相关性研究的转变、计算机仿真方法的应用以及数据驱动实验的实现推动了教育研究范式转变。教育计算实验研究借鉴了计算社会学的思路,基于教育系统的客观事实,利用计算机仿真技术实现教育系统模拟,通过参数演化,自动化、快速生成大数据,基于大数据分析观察教育系统演化过程,总结教育演化规律,使教育研究可量化、可检验、可重复。基于大数据的计算实验为教育提供了新的研究方法与分析技术。基于大数据的计算实验研究在宏观层面可用于研究教育资源配置,在中观层面可以研究教育公共服务,在微观层面可以研究各要素及个体对教育系统的影响作用,帮助人们科学制定教育政策,改进教育系统。

教育数字化转型视域下适应性在线课程的设计及应用研究

推进以数字资源等为代表的新型教育基础设施建设、助力教育数字化转型升级是实现教育现代化、建设教育强国的重要举措。然而当前预设固化的数字资源内容、一刀切的数字资源建设模式,难以满足日益增长的高品质、灵活化、异质化、多元化、个性化的教育需求。为此,该文提出了开展适应性在线课程构建的数字化资源建设新思路,设计了适应性在线课程的信息模型,具体表现为具有进化性、社会性、情境性特征的学习内容,支持语义聚合与贯一化设计的学习活动,分层选择与透明开放的学习评价,形式可定制与过程可防伪的学习认证四个层面的核心特征。随后,从组织框架和基于学习元平台的应用实践两个方面对适应性在线课程的建设和实施过程进行了深入阐述,以期为新形态优质数字化课程的建设者和实施者提供参考。