数智时代AI赋能教育教学的实践与挑战

数智时代 AI赋能教育教学的实践与挑战 北京网梯科技发展有限公司编2024年8月 目录 第一章：技术革新与行业机遇1 1.新的浪潮1 2.AI科技革命与教育的进化1 3.网梯“灵豆”AI教育应用基座3 第二章：AI的落地需要与业务痛点结合，避免技术“自嗨”5 1.AI让因材施教成为可能5 1.1让AI“主动”给学习者建议6 1.2用AI构筑启发式学习环境7 2.AI助教让老师的教研负担大幅降低10 3.1老师需要适应AI辅助教研10 3.2AI可以渗透教学设计的所有环节11 3.AI可以做管理决策的“副驾驶”12 3.1让AI识别数据资产风险并预警13 3.2让AI监测教学纪律与学术伦理13 3.3让AI辅助行政审批事务14 第三章：AI和教育行业融合的未来挑战与展望15 1.带来的挑战15 1.1数据安全与隐私保护15 1.2技术与资源限制16 1.3技术伦理与安全管理16 1.4算法黑箱、算法偏见与公平性16 1.5教师对智能化数字化的适应能力17 1.6教育内容与技术整合的挑战17 2.未来展望18 2.1教育专有大模型的能力提升18 2.2更加全面的个性化教学能力建设18 2.3对数据安全与隐私保护的合理关切得到满足18 2.4AI为内核的数智化教育时代，技术祛魅回归教育本质19 第四章：结语19 版权声明 本白皮书版权属于北京网梯科技发展有限公司，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点，应注明“来源:北京网梯科技发展有限公司”。 违反上述声明者，本司将追究其相关法律责任。 第一章：技术革新与行业机遇 1.新的浪潮 “教育是国之大计，党之大计。在新时代背景下，我们必须积极拥抱科技，特别是人工智能技术，以推动教育的现代化进程。”教育部部长怀进鹏关于人工智能的观点，强调了AI在教育领域的重要性，为我们指明了教育行业在人工智能引领的新一轮技术革新形势下的工作方向。 “推动人工智能发展的核心在人才，根本在教育；人工智能是一把金钥匙，它正深刻地影响着世界和中国教育的未来走向和发展。”教育部党组成员、副部长吴岩在日前举办的2024世界人工智能大会暨人工智能全球治理高级别会议上表示。这一观点进一步阐释了人工智能对于教育的重要影响，对我们既是挑战也是巨大的机遇。 2024年3月，国务院发布《政府工作报告》提及深化大数据、人工智能等研发应用，开展“人工智能+”行动；并要求加强高质量教育体系建设，其中包含要求大力发展数字教育。4月，教育部公布首批18个“人工智能+高等教育”应用场景典型案例。7月，怀部长再次在中共中央新闻发布会上表示将大力推进智慧校园建设，打造中国版人工智能教育大模型。政策层面整体利好我国AI+教育的发展。 市场层面，2023年在线教育规模约2600亿，其中AI贡献规模约7%，至2027年，AI的贡献率将攀升至15%以上。同时资本市场，对于AI+教育的相关投资逐步回暖，投资轮次也愈加丰富，为大量AI在教育领域落地的产品和服务的出现提供了优良的市场和融资环境。 技术层面，AI+教育垂类大模型陆续出现，在民营机构率先领跑，国家队增加投入的大背景下，国产大模型的底层能力、开放程度和成本优势不断提高，AI+教育产品和服务所依赖的技术环境也愈加成熟，相关产品和服务正疯狂涌现，呈现垂直领域渗透率高、细分场景覆盖面广的态势。AI正在教育领域掀起巨大的革新浪潮，为从业者带来颠覆性创新、突破性发展的全新机遇！ 2.AI科技革命与教育的进化 和业内各个组织和相关专家的观点一致，网梯认为人工智能是继蒸汽革命、电气革命及信息技术革命之后的第四次工业革命，即人工智能革命。其核心是技术进步再一次大规模解放人类生产力和创造力，再一次大幅度提升人类社会的生产效率。 图：四次工业革命来源：网梯科技 我们认为，在线教育的演进是有规律的，整体可划分为四个阶段：第一个阶段是“资源”阶段，这个阶段行业上下游都在做一件事——数字资源的积累。第二阶段是“流程”——做业务流程的闭环，教学和教务管理在这个阶段成为教育从业者的工作重心，各类的教育信息化产品和服务是此阶段的产物。第三个阶段则是“社群”，社群化学习环境，教育服务商在此阶段开始在新的平台或者产品上搭建社群，建立学习共同体，依托社群力量满足共性需要，解决共性问题；明星学员、知识分享者及KOL是本阶段的增长引擎；翻转课堂、MOOC社区、社群培训、行业高阶论坛都是该阶段教育服务的主流形式。第四个阶段则是个性化，行业需要关注并满足受教育者的个性化定制服务需求，追求实现“因材施教”。 图：在线教育四个进化阶段来源：网梯科技 网梯科技深耕教育行业24年，一直是先进技术与教育行业融合的先行者，我们认为此轮人工智能技术革命下AI能力的巨大进步，将重塑上述在线教育的四个阶段。即在资源建设、教学教务流程信息化、社群化学习环境打造、个性化服务四个阶段均带来显著改变。AI将在个性化教学、教研备课、教育教学管理方面带来海量的场景应用及服务，形成AI时代的全流程教育教学新范式——即“数智化”教育。 3.网梯“灵豆”AI教育应用基座 以上我们阐述了AI对于教育的四个进化阶段带来的巨大赋能加持，因为各类AI+教育应用和服务的出现使得个性化教学、服务于教育成效本身的高质量高效率的教研备课、智能化的教育教学管理成为可能，由点及面，由场景拓展至整个教育体系，正促成以智能为基座的全新全流程教育教学范式。本节我们将视野从AI+教育各类产品和服务暂时移开，向下收束，继续探讨，他们所依赖的更底层的基座部分。 自大模型出现以来，以GPTS、Kimi+、Coze等模型场景化应用聚合平台先后出现。我们惊奇地发 现，要完成一项任务，需要从数万AI应用中寻找合适的服务或应用才可做到。为了便捷和省心出现的AI场景应用，因为数量本身过多，带来选择困难。结合海量的第三方API、工作流服务等，让拥有更强能力的AI智能体或应用服务的打造变得复杂且低效。 网梯作为教育行业技术领先的企业，一直致力于用前沿技术提高教育智能化水平，让每个客户及终端用户都能享受技术进步带来的全新教育体验。对于上述痛点，网梯创建了“灵豆”AI教育应用基座，将大模型基础对话能力、大模型基础上衍生的各种垂直领域场景应用、工作流程引擎、第三方应用API针对教育场景进行了精选和整合，使得技术原理复杂但用户体验更佳、用户使用门槛更低的具备多维度能力的AI应用的构建变得简单、专业、高效。 未来教育细分场景的产品应用将会更加专业和聚焦，与此同时各类细分场景应用如何高效地实现系统化聚合，真正变成好用易用的产品或服务本身，将会是教育软硬件行业企业研发能力的分水岭。对各类AI工具的组合衔接、低成本调度、以及与业务痛点深度耦合的硬编码开发，将成为AI时代，一家技术类应用开发机构的核心竞争力。 在这个背景下，网梯科技打造了自己的AIGC产品基座：灵豆。灵豆是对技术团队的一次赋能，是让AI编程人员可以高效的，围绕大模型+提示工程+智能体+知识库框架，展开业务、视觉、交互体验维度的，产品开发与深度定制的，代码开发底座与资源调度中台。灵豆用一个统一的封装策略，把多模态大模型、各种工具引擎（搜素、office、PDF、图像编辑等），与分层自定义的行业知识库相结合，根据用户的业务场景，进行模型选型与工作流组合，最终给出尽可能贴合用户需求与业务场景的答案。 图：网梯AIGC产品基座--灵豆来源：网梯科技 第二章：AI的落地需要与业务痛点结合，避免技术“自嗨” 1.AI让因材施教成为可能 人工智能在个性化学习中的应用已逐渐成为当下教育领域的焦点。它不仅能够帮助学生根据其独特的需求定制学习计划，还能通过实时分析和反馈，确保每个学生都能在最佳的学习状态下进步。各类AI加持的全新形态的智能辅导系统，使用人工智能，可根据每个学生的学习进度和理解水平，提供个性化的学习计划和反馈。以此为代表的相关新技术在数学、科学等各学科中广泛应用，通过与虚拟实验室和模拟器等教育教学工具进一步融合，为学生提供个性化教育教学的软硬件环境，使学生能够进行独特、深入、安全的学习、模拟、实操训练，并获得针对性的评估反馈，直至掌握学习内容。人工智能技术不仅限于一般学生的个性化学习支持，还对残障学生提供了更多的学习机会和支持 工具。语音识别和生成技术帮助视力障碍学生进行阅读和写作，人工智能驱动的学习平台可以根据学生的特殊需求进行个性化调整，使他们能够更有效地学习。促进教育普惠和教育公平。 整体而言，人工智能技术能够主导或辅助生成适应不同学生需求的全链条教学计划和评估方案，实现因材施教，满足教育的个性化和高频迭代需求。传统的教育模式正在因人工智能的介入而发生变革，从“满堂灌”走向“智适应”，使得优质教育资源得以更加广泛地传播和共享。 1.1让AI“主动”给学习者建议 智能辅导系统即利用人工智能技术，根据每个学生的学习进度和理解水平，提供个性化的学习计划和反馈的教学系统。这些系统能够实时分析学生的表现，调整教学内容和难度，从而确保每个学生都能在最佳的学习状态下进步。这种个性化的学习方式不仅提高了学生的学习效率，还增强了学习的针对性和有效性。 AI加持的学生工作室，能通过深度学习算法和大数据分析，构建出高度个性化的学习模型，这些模型不仅能够识别学生的学习习惯、强项和弱点，还能预测学习趋势，为学生规划最优学习路径。 选课引导：通过智能算法分析学员的兴趣、基础水平及培训目标，为每位学员推荐最适合其个人发展的课程列表，这些课程不仅覆盖基础知识，还涉及进阶技能和专业方向，确保学员能够系统地提升自我。 智能培养计划：根据学员已选课程和历史学习数据，AI可以精准推送个性化的学习计划，包括课程学习、考试测验、心得报告等，确保学习进度与效果，结合学员的学习习惯和能力，优化学习路径，推荐最佳学习顺序，确保学习既具有挑战性又保持在“最近发展区”内，促进最大化的学习成效。 离开学生工作室，AI助教类产品和应用，因其可嵌入各类教学场景因而具备极高的应用价值。网梯科技的AI学习辅助系统，可以根据每个学生的学习进度自动定位至上次离开的位置，提供定制化的学习路径和资源，让学生快速进入到学习状态，AI学习助手可以监控学生的学习进度和表现，及时提醒学生注意未完成的作业或即将到来的考试。 图：AI学生工作室来源：网梯科技 AI学习助手还支持在线答疑，利用自然语言处理技术，AI可以构建实时问答系统，学生可以直接向系统提问，AI即时提供答案或相关解释，同时还支持将AI系统与学校的知识库、教材、课程资料等进行整合，确保提供的信息是准确和最新的；在回答学生问题的同时，AI学习助手可以推荐相关的学习资源、进一步阅读材料或相似问题的解答，拓宽学生的知识面。 1.2用AI构筑启发式学习环境 AI驱动的探索性学习环境通过提供开放式问题和情境，让学生自主探索和发现知识。这一环境的构造，在传统教育模式之下，需要巨大的资金成本和专业且多角色的教师团队，AI助手的引入则能很好地解决这一问题。可多角色胜任的AI助手能够通过跟踪个人学习记录，推荐相关课程和资源，支持学生在整个职业生涯中的持续学习和发展。AI助手无视时空环境限制，随时可交互，无人际关系依赖的特性，更适合作为终身学习的老师、助教、学伴。 网梯科技的AI问答系统基于知识库上传的文件和直播内容，利用AI能力，让机器人帮助用户答疑解惑，支持应用在学生看录课、看直播和学习教材等多个环节，既能解答本场直播相关的学习问题， 7 也可以发散性地扩展学习。 图：AI助手的智能问答功能来源：网梯科技 AI助手代表的自然语言智能交互学习系统的核心优势在于其能够理解和处理自然语言，允许学生以日常对话的方式提出问题。系统首先解析问题，识别关键信息和查询意图，然后在知识库中搜索引用相关信息，结合模型的分析、提炼、推理等专业能力，生成合适的回答。不会让学生被困在严谨准确但是抽象、晦涩、难懂的知识概念海洋中不知所措。 1.2.1让教学素材“活起来” 视频智能总结功能根据视频字