课堂内外·高中教研
基于人工智能技术下个性化算法模型
开发和应用原理的研究*
唐
亮
（长沙市教育科学研究院，湖南长沙
410000）
摘要：深度学习、知识图谱、增强学习等新一代人工智能技术的发展， 正驱动着“互联网+教育”迈入“智能教育”新时代。随着教育环境变迁，统一的教育模式已经难以满足个性化学习需求，利用人工智能技术进行个性化学习平台研发和应用已经成为教育行业追逐热点。结合我国基础教育现状，围绕学生、教师和学科进行个性化算法开发，不仅需要应用、创新深度学习、知识图谱等人工智能技术，还需要考虑教师、学生在教育过程中心理、情感变化，以及对学生多维度能力培养目标，真正将人工智能技术赋能于教育教学，助力实现规模化因材施教和减负增效。 关键词：人工智能；知识图谱；
个性化学习；元认知*课题：基于大数据驱动的中学数学个性化学习网络平台的研究与运用(批准号:XJK17BZXX062)。
近年来，随着巨量数据多维覆盖、计算能力提高以及算法算力显著增强，人工智能再次进入新时期，推动诸多领域发生结构性变革，逐步从“互联网+”升级至“人工智能+”。当前，人工智能技术的突破性进展，主要表现在以深度学习为代表的机器学习和以知识图谱为代表的知识工程两大方面。
其中，虽然机器学习在计算机视觉、图像处理、语音识别、自然语言处理等方面都具有非常广泛而基础的应用，但随着应用程度和研究深度的提升，也暴露出局限性，例如需要对数据进行系统全面标注、难以按照人类意图和认知体系进行预测和分析，并且预测结果的不可解释等。然而，对知识图谱的研究和使用，无疑是对深度学习提供了强有力的补充，在语义化搜索、自然语言理解、人机互动对话、逻辑推理等方面，显示出强大的威力，已经成为当前知识驱动智能应用的基础。从近年来的发展态势看，知识图谱和深度学习一起，将成为推动互联网和人工智能发展的核心驱动力。
目前，绝大多数公司及产品所服务的仍是测评、翻译、批改等学习环节中外围或者次核心部分，并未就主要核心学习环节———教学认知思考进行相关投入研发。因此，课题组聚焦于核心学习环节，首
先研究知识图谱相关理论，再通过课题组形成专家教师团队，结合中小学数学学科知识体系，构建学科模型。引入教育心理学、教育学原理、元认知理论，解构和分析教师、学生
扬州杀人案两大主要人在教学过程中心理特征和情感指标，构建学生学习和教师教学模型，最终设计研发能够辅助学习进行个性化学习的人工智能教学应用平台。
一、知识图谱与人工智能
自1956年人工智能的概念提出以来，共出现了三种比较有代表性的研究范式，符号主义研究范式、联结主义研究范式和行为主义研究范式，其基本原理与典型代表如图1所示。模拟人的推理
模拟人的结构
模拟人的行为
图1
（一）符号主义研究范式
符号主义是最早出现的人工智能研究范式，基本观点是智能依赖于数理逻辑，认为智能的生成就是符
号的操作和运算过程。符号主义学派的早期研究，主要集中在通过数学定理推理程序来模拟人类思维和认知过程，并加入启发式策略来提高求解的效率。从符号主义的观点来看，知识是信息的一种形式，是构成智能的
基础，知识表示、知识推理、知识运用是人工智能的核心，知识可用符号表示，认知就是符号的处理过程，推理就是采用启发式知识及启发式搜索对问题求解的过程，而推理过程又可以用某种形式化的语言来描述，因而有可能建立起基于知识的人类智能和机器智能的同一理论体系.
（二）联结主义研究范式
联结主义研究范式的灵感，来源于人类的大脑和神经系统。“联结”一词，意指实验动物对笼内情境的感觉和反应动作的冲动之间形成的联系或联想。学习就是联结，心理是人的联结系统。这种联想主义的立场是较为古老的哲学联想主义的直接继续。该学派认为，人类认知活动是由人脑神经元及其连接强度变化而形成的，可以通过模拟生物性神经网络的结构来赋予机器智能；这种人工神经网络模型，由神经元、输入函数、激活函数、连接权重四大要素组成，具有非线性、分布式计算、高度适应性等特征。
（三）行为主义研究范式
行为是学习者对环境刺激所做出的反应。他们把环境看成是刺激，把伴而随之的有机体行为看作是反应，认为所有行为都是习得的。行为主义学习理论应用在学校教育实践上，就是要求教师掌握塑造和矫正学生行为的方法，为学生创设一种环境，尽可能在最大程度上强化学生的合适行为，消除不合适行为。
劳动1号该类研究范式的理论基础是认知心理学中的行为主义理论，其基本假设是人类大脑所拥有的智能是基于“刺激—行动”反应机制生成的。因此，行为主义人工智能的基本原理是：智能体依据当前环境状态以及历史数据决定下一步的行为动作，环境系统则通过奖励或惩罚机制对该动作进行反馈，以指导智能体的下一步决策；智能体通过逐步试错来实现对外界环境的感知、适应和行动，其代表性成果是进化计算和强化学习。
二、元认知概念
元认知是对“认知的认知”，强调个体对于自身总结、反思后所形成针对个体表征的结果。这一概念包含两方面的内容，一是有关认知的知识，二是对认知的调节——
—一方面，元认知是一个知识实体，包含关于静态的认知能力、动态的认知活动等知识；另一方面，元认知也是一种过程，即对当前认知活动的意识过程、调节过程。作为"关于认知的认知”，元认知被认为是认知活动的核心，在认知活动中起着重要作用。
三、基于人工智能技术进行个性化算法模型及平台研发
（一）个性化算法模型设计理念
参考教师开展教学行动研究的过程：确定问题、分析问题、拟定方案、实践尝试、反馈评价、归纳总结。在算法模型设计上，设计为数据采集、数据分析、反馈推送等主要三个环节，其中:
难耐的残酷
1.数据采集
多维度数据标签：答案、阅读时间、经典错误、参与度、答题时间、有效学习时间、主观难度系数、犹豫行为、排除行为等
误码率2.数据分析
(1)知识模型：知识点的类型、难度及其他知识之间的关联;
(2)学生模型：学习者经历过的学习过程和表现出的学习风格;
(3)教学模型：在教师模型中预先核定的教学策略，其中引入了行为主义学习理论、认知主义学习理论、元认知策略等。
(3)反馈推送
基于对于问题收集、分析，结合平(下转第115页)
图2
参考文献：
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内涵、技术框架与应用研究[J].远程教育杂志,2019,37(04):42-53.
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高伟，刘苗苗.人工智能时代教育人工智能研究与应用现状、问题及对策[J /OL].软件导刊:1-5[2019-12-24].knski /kcms /detail /42.1671.TP.20190820.1125.040.html.[4]成素梅.人工智能研究的范式转换及其发展前景[J].哲学
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(责任编辑：邹宇铭)
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(责任编辑：邹宇铭)
(上接第113页)台中另外所需要打造的内容资源，由算法驱动资源推送，实现个性化资源反馈，其中需要保证内容适应性、方式多元化、路径定制化。
（二）内容资源生产平台的功能描述
内容资源生产平台包含完整的知识图谱与资源建设体系，具体模块和功能如下:
(1)生产者管理：通过多级权限账号体系的设置实
现账号管理、任务管理和权限管理;(2)知识点和题库编纂：通过在线结构化内容编辑器、公式识别转换工具和图像自动优化等功能，提供在线编辑工具供生产者为知识点编纂结构化的内容素材和题目内容;
(3)AI 讲义编纂：通过在线结构化内容编辑器、公式识别转换工具、图像自动优化、知识内容检索和题目检索功能，实现教案结构设计、教学内容设计、教学资源库选定和教案生成处理等功能;(4)人工标注：包含题目资源、知识点资源预览和对题目资源、知识点资源进行打标的功能;(5)审核评估：通过检索和预览审核目标内容，使用分布统计工作作为辅助，对内容资源生产平台的编纂和标注结果进行审核和评估，给出迭代任务;(6)分布统计工具：对题目、知识点、章节三者的关系进行分类
分布统计，为审核、迭代提供依据;(7)抽取沉淀模块：通过AI 讲义、题目、知识点之间的引用关系，以及“教/学行为样本库”中实际使用情况，评价内容资源的典型性和价值，抽取价值高的典型资源沉淀到公共资源中;(8)错误反馈机制及改错优化：采集资源使用者的错误反馈，查重合并，并提供复查修改清单。
通过以上平台，最终实现内容资源的便捷、结构化生产，并为AI 算法的演化、升级提供图谱初始化基础。
生差异来合理设计和安排，为因材施教奠定基础。
课中实施课堂是学生获取知识的重要载体，也是微课教学实施的重要途径。所以在微课教学过程中，教师可以将课中实施分为四个环节。
第一，任务分析，教师以构建教学情境的形式让为学生布置任务，并引导学生根据教师提出的问题进行分析和思考。
第二，自主学习，指的是学生通过微视频观看和导学案的辅助，来帮助学生进一步学习，鼓励学生在解决问题的同时，提出自己的想法和质疑。
第三，合作探究，指的是在学生自主学习的基础上，将自主学习中遇到的问题和困难来以小组的形式进行讨论和探究，这样一来，不仅可以有效提高学生学习能力，同时还能锻炼学生实操和协作能力。
在此过程中值得注意的是，小组的划分要秉承着“组间同质，组内异质”的分组原则，给每个学生平等的交流空间，让每个学生都能得到最大限度提升。袁大炳
第四，疑问反馈，教师将小组合作都难以解决的问题进行汇总，由教师进一步引导和点拨，从而高效地完成学习任务。
电容柜课后反思课后反思是整个教学过程中的总结环节，同时也是一个反思的过程。教师通过课后反思可以更好地到微课使用过程中的问题，以便下次改进。而学生可以通过有效的课后反思来正确地认识学习中遇到的问题以及自身的问题。这对于教师和学生来说都是必不可少的。所以需要教师和学生都能够引起重视，做好课后反思，提高教学效率。
通过教育工作者的努力，信息技术课程的改革也逐步推进。高中的信息技术课程逐渐受到教师和学校的重视。教师通过建立目标导向的教学方法，有效地提高信息技术教学的效率，弥补传统教学的不足。同时，教师通过不断实践，逐渐积累教学经验，从而使高中信息技术教学课堂的质量和效率不断得到提升。
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