基于大数据挖掘的智能评测和辅导系统设计

人工智能技术在学生评价改革和减负增效中可以发挥重要作用。基于现代教育评价理论、智能教学系统相关研究成果、最近发展区理论和波利亚数学解题思想,我们综合采用大数据挖掘、自然语言处理、多通道人机交互等人工智能技术,设计了一个基于网络的学生智能评测和辅导系统,并以初中数学的勾股定理知识点为例,编程实现了一个数学智能测评和辅导系统MIATS,其功能主要包括:在线大数据挖掘、适应性智能评测、基于前测结果的智能辅导、基于前测和智能辅导的后测、螺旋式上升的评测和辅导一体化。基于MIATS的初步测评结果表明,该系统能够给每个学生提供内容和时间都不同的个性化测试和辅导,其对学生的评测结果等同于所有学生内容和时间都完全一样的传统测试方法的结果,对学生的辅导效果也比较显著。

优秀的慕课学习者如何学习——慕课学习行为模式挖掘

基于中国大学MOOC平台上《翻转课堂教学法》MOOC中17204名学习者的行为日志数据,在为学习者的页面访问记录赋予有意义的行为编码标签,建立其学习路径模型后,使用统计和共现分析的方法,研究其中优秀学习者的学习行为模式特点。研究发现,优秀学习者总行为序列长度显著高于其他学习者,上线学习的次数显著地多于其他学习者;但是每次上线学习发生的有意义的交互行为的数量与其他学习者相仿,学习时长也相仿;其参与和回答教师的提问、复习已学过的内容、参与论坛互动的行为在其总学习行为中占比更多,而学习全新内容、参与测验、把握全局等行为的占比较少。研究用共现分析的方法分析了学习者每次上线产生的行为之间的共现关系,发现优秀的慕课学习者在学习新内容时更少发生走神和中断的情况,且其每次上线的目的更鲜明,学习主题更突出。研究的发现揭示了优秀慕课学习者学习行为模式的特征,有助于改进慕课教学。此外,共现分析的方法也为行为数据的挖掘提供了新的思路。

人工智能助力教育均衡发展--以个性化在线教学系统对随迁子女的有效辅导为例

随迁子女的教育问题是一个重要但复杂的社会问题。不同于以往从宏观视角进行的研究,该文以某初中10名随迁子女使用智能教学系统进行学习的个案为例,通过对学生和家长的深度访谈,探究在日常的教学层面这一特殊群体所遇到的排斥问题,以及人工智能技术如何在一定程度上解决这些问题。访谈发现:家庭有限的经济能力和学校有限的师资阻碍随迁子女获取优质教育资源,班级成员构成的复杂性和沉默的师生交流更加剧了他们所受到的排斥。对于这些主动的、希望改变自己命运的学习者来说,各种以低成本、高性能的独特优势出现在日常情境中的技术产品,成为了其改变现状、向上流动的抓手。智能教学系统以其个性化的教学模式、独特的师生交流方式和低廉的价格在一定程度上解决了随迁子女所面临的问题。

人机协作教学:冲突、动机与改进

教学工具的自动化是教育技术学的研究方向之一,但证据显示教师抗拒使用高度自动化的教学工具。高度自动化的教学工具是否有副作用?教师需要什么样的自动化教学工具?本文从人机合作视角出发,将教师使用自动化教学工具视为人机合作场景,从人机合作的分工与动机层面进行探讨,介绍了拓展、减负、增援、替代四种人机合作的分工模式,并从控制、信任、责任的角度讨论了人机合作中教师的工作动机与合作体验。文章最后提出了优化自动化教学工具设计的建议。

基于标题机器学习的网页分割方法

针对已有网页分割方法都基于文档对象模型实现且实现难度较高的问题,提出了一种采用字符串数据模型实现网页分割的新方法。该方法通过机器学习获取网页标题的特征,利用标题实现网页分割。首先,利用网页行块分布函数和网页标题标签学习得到网页标题特征;然后,基于标题将网页分割成内容块;最后,利用块深度对内容块进行合并,完成网页分割。理论分析与实验结果表明,该方法中的算法具有O(n)的时间复杂度和空间复杂度,该方法对于高校门户、博客日志和资源网站等类型的网页具有较好的分割效果,并且可以用于网页信息管理的多种应用中,具有良好的应用前景。

人工智能赋能基础教育的路径与实践

人工智能赋能基础教育的重要路径就是以智能教学系统的形式为学习者提供个性化支撑和辅导。在正式的学校教育中,教师以混合式教学的方式将智能教学系统整合到常规教学中,可以对学生的学习效果起到显著而正面的促进作用;对于非正式的在线教育,智能教学系统对学习者的适应和帮助不仅体现在知识和能力上,更重要的是在情感和态度、方法与过程方面。本文以参与一个教育信息技术研究重点课题的三所学校的数学混合式教学实践为例,详细阐述人工智能赋能教育的路径及其影响效果,指出其未来发展方向。

基于大数据挖掘的初中数学教学内容重点发现研究

了解初中数学的教学重点对于促进教师教学具有重要意义。但是一般教师对于教学重点的把握主要靠教学经验,已有的研究主要采用问卷调查等方法对教师观念中的教学重点进行探讨,得到的结论主观性较强。本文梳理了教学重点的概念,从发生认识论的视角入手,基于在线学习者的380万条行为日志数据以及87万余套试题文本,将人教版初中数学教材的每章知识点及其关系用三个量化指标进行客观描述:概念网络、成绩网络以及对后续成绩的影响。本文在分别计算了三个指标并进行三位一体的可视化呈现后,得到三个结论:初中数学的学习过程中早期学习的知识往往更重要;代数与几何的知识是初中数学中的教学重点,但是学习者代数知识的掌握情况对于后续学习有更大的影响;代数和几何的衔接类知识在初中数学学习中有着独特的重要性。本文提出并实现的基于大数据挖掘的教学内容重点发现技术及其结论对数学和其他各个学科的教和学都具有重要的参考价值。

智能的边界——智能教学系统中的用户自主度研究

本文从人机合作的角度对智能教学系统中的学习者的自主度进行了探讨。通过梳理人机交互设计领域和行为决策领域的相关研究,结合教学场景中的相关实验案例,讨论了智能教学系统中学习者自主度设计的大致原则:一方面,应保证学习者适当的自主度,以满足其自主性的心理需要,同时授予其部分修正系统错误的能力,减少算法厌恶的发生;另一方面,过多或不恰当的学习者自主度也无益于学习,可能导致无法为学习者的学习提供适当的支持,以及选择过载和选择困难的发生。最后,本文提出了设计智能教学系统中学习者自主度的三条具体建议:关注学习者特征,根据学习者特征设计合适的自主度;增加系统和算法的透明度,使得用户能理解智能系统的决策逻辑,或授予用户部分修改算法的权限,以减少算法厌恶的发生;为学习者提供必要的自主学习支持,而非简单地将某些学习过程的控制权交给学习者。

以数智化转型促进大学教学发展

党和政府高度重视教育数字化和智能化建设,而教学作为大学的一项核心功能,在高等教育数智化转型中至关重要。我国经济和社会发展为大学教学数智化转型奠定了扎实的物质基础。常态化的大学教学的数智化转型方向是混合式教学,它能扬长避短,充分发挥常态化课堂教学的优势和数智化技术的功能,可以取得很好的教学效果。疫情防控等特殊情况下的完全在线教学模式下,师生时空分离,其实施效果受到多种因素制约,更需要稳定可靠、流畅高速的实时会议或者课程系统的支持。本文以多个实际教学案例说明了混合式教学和完全在线教学方式的实施方法和教学效果,并强调了教育工作者在数智化转型中的重要作用,可为大学教学的数智化转型提供参考借鉴。

虚拟实验对学生学习效果的影响研究——基于30项实验与准实验研究的元分析

虚拟实验以低成本、强交互、超时空和安全性高等优势在教育领域得到广泛应用。国内外学者开展大量实验和准实验研究,探索虚拟实验对学习效果的影响,结果却不尽相同。鉴于此,本研究利用元分析方法,对国际英文期刊发表的30项虚拟实验教育应用的实验与准实验研究进行系统综述,系统审查虚拟实验对学生学习效果的影响。研究发现:①样本合并效应值为0.46,表明虚拟实验对学习产生中等程度积极影响;②从学段看,虚拟实验对中学生的学习影响效果更大;③从学科看,虚拟实验对社会科学及医学等学科的影响更大;④从班级规模看,虚拟实验适合大规模课堂;⑤从实验周期看,实验持续1~10周效果更好;⑥从呈现形式看,桌面式虚拟实验对学习的影响更大。基于此,本研究从虚拟实验的设计、开展和评价三方面提出相关建议。