視覺交互對人工智能教育的應用

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摘要：從基礎形態和構成視角分析人工智能教育的應用形態，闡述人工智能教育應用視覺交互方式，人工智能教育視覺應用效果，進一步提高視角空間可變屬性，增強意向對象可見效果，提升交互賦能智慧內核，優化人智交互輔助功能。結合實踐研究，探討提升人工智能教育視覺應用策略：注重理論向實踐轉化效果，提升學習的可見性；突出個性差異精準優化，提升主體教學有效性；融合智能內核，適應人工智能的交互環境。

關鍵詞：人工智能，視覺交互，學習的可見性，個性差異，精準優化

隨著大數據、物聯網、智能AI技術的不斷發展，人工智能逐漸成為基礎教育重要的服務系統，在考核評價、智能輔導、分析預測、個性化自適應系統等方面取得前所未有的發展。新冠疫情發生后，我國小學教育進入到“線上教學發展階段”，釘釘、騰訊課堂及其他大量的互聯網企業都推出自己的教育類App，表面上屬于教育類軟件的使用范疇，但實際上背后涉及一系列的人工智能互動技術。目前，我國正進行“人—智”互動技術研發，取得大量的基礎研究成果，在“5G”技術全面發展后，百度與華為提出《5G+人工智能工業視覺解決方案白皮書》，為人工智能教育應用視覺交互發展指明方向。

1人工智能教育的應用形態

1.1人工智能教育基礎形態分析

了解人工智能教育應用形態，必須要充分考量教育領域人工智能軟件開發的功能指標。Bakeretal（2019）認為教育類人工智能系統的功能如下：智能虛擬現實、協作學習智能支持系統及私人導師等。人工智能教育系統在基礎教育功能上具有多樣化特征，能夠計算、感知、存儲、表征以及衍生的推理、識別、表達等。通過教學實踐的分析，結合目前技術發展條件，認為當前的人工智能教育基礎形態可能概括為：智能工具、智能環境、智能教師、智能管理者、智能學伴等等。不同的場景有著不同的智能內核，在人工智能的加持下，基礎教育應用領域創新已經開始出現質變。例如，小學生線上教學的釘釘、騰訊課堂；猿輔導、作業幫等提供解題的App以及小七學伴等打卡神器等。對于基礎教育而言，人工智能帶來的是革命性的變革，能夠讓教育更具趣味性、多樣性、實踐性，讓學生能夠更好地融合和適應智能環境。

1.2人工智能教育應用的構成

人工智能教育應用可以分為智能工具、智能環境、智能教師、智能管理者、智能學伴等類型，不同應用有著不同的適用性。（1）智能環境。智能環境是指通過對信息整合和環境感知，為學習主體提供最適宜的體驗場景。如在小學教室內安裝光線感知器，在光線刺眼或其他不適宜用眼環境中，能夠自行調節光暗度；同時，外置傳感器也能夠獲取空氣、溫度等指標，及時進行調整和優化。（2）智能工具。小學生線上教學工具具有多種功能，例如打卡、視頻、提問、舉手、討論等等，只需要點擊相應的按鈕，就能夠進入到對應的場景或環境中，完成相應的操作。（3）智能學伴。學伴功能是極為強大的，以往只能夠提供簡單的翻譯、記錄、檢索等功能，如今已經升級到“對話”、解題、求助、陪伴等功能，小學生在遇到難題時，如果家長不能參與輔導，可以向猿輔導、作業幫等軟件求助，從而獲得正確的解題思路、過程和結果。

2人工智能教育應用的視覺交互方式

視覺交互是智能系統感知、邊接、識別的過程，通過視覺交互，增強應用的效果，以期達到該模式的最佳應用效果。

2.1教育主體融合

人智交互形成具有多樣性特征，主要體現在以下幾方面：（1）人的活動是一個復雜的動態過程，涉及認知、情感、行為等維度，而交互同樣需要涉及上述維度。（2）系統交流動機存在差異，一般可以分為被動互動與主動互動。（3）交互本身涉及知覺存在差異，例如視覺、聽覺、觸覺等等，不同交互模式與傳感器相關。（4）交互存在位置差異，受交互雙方位置差異，可以分為異地或“面對面”兩類。（5）人智交互依附實體不同，依賴軟硬件模式也存在很大的差異。對于小學生群體而言，未來的人工智能教育可能會向人性化方向發展，如同目前的小愛同學、小度音箱、車載智能語音系統及其他各類智能設計，能夠與教育對象進行深層次的交流。

2.2視覺交互方式

從視覺交互方式分析，小學生基礎教育是“人—智教育”的重要體現，同時人工智能與教育主體的交互必須要充分考慮交互時機、交互方式等。交互方式決定交互的效果和體驗，一般情況下，都是通過視覺體驗進行交互，例如機器人“小胖”（Fabo）主要被用于基礎教育、服務、娛樂、家庭等場景，同時兼具導航、監測、智控、報警等功能，而其與人的主要交互方式：人臉表情、視頻投影、圖像顯示、遠程文本等。從上述要素可知，圖像、視頻是視覺交互的主要因素，通過投影、攝像、播放完成基本的交互功能。再例如，武漢泰樂信息科技有限公司推出的“治趣（CureFun）醫學虛擬診療云平臺”依托虛擬軟件、仿真模型設備等建立溝通體系，形成新的視覺溝通方式。

3人工智能教育視覺的應用策略

注重理論向實踐轉化效果，提升學習的可見性。由于人工智能具有大數據分析內核，具備極強的糾錯功能，能夠通過分析推動理論向實踐的轉化，并且通過反復測算找到最佳的表現方式?？梢娦浴⒖勺冃院椭腔坌允侨斯ぶ悄芙逃曈X應用的通則，對于推動基礎教育有著極為重要的意義。在小學教育當中引入人工智能，在視覺系統幫助下，能夠幫助學生完成“去粗取精，去偽存在真”的過程，很多依賴于理性思考才能夠識別的問題，人工智能就已經完成。簡而言之，人工智能交互系統能夠幫助小學生的學習少走彎路，直接教授準確率最高的知識，減少小學生學習過程中的“試錯成本”。另外，在人工智能教育視覺系統的應用上，模仿不是最終的目標，而“超越”才是系統建設的方式，人工智能未來是要取代人類煩瑣工作的，最大量、最集中、最簡單的工作都將由人工智能完成，人類只負責完成生活中情感主導內核的工作，也就是具備思考能力的過程。雖然，在人工智能發展過程中，需要全面提升系統“智慧化”屬性，在傳遞功能、創造功能上下功夫，讓視覺交互成為支撐實踐轉化的前提和基礎。突出個性差異精準優化，提升主體教學有效性。早期的人工智能是批量化生產的，其所有的一切都是共性化的，例如“思考方式”、回答內容、信息數量和種類等等，在問及同樣的問題時，它們回答的答案往往是相同的。隨著信息流不斷補充和完善，人工智能將會迎來“自由思考”時間，即按照內部計算規則為需求者提供個性化的服務，視覺交互系統能夠根據微表情、語氣變化調整自己的答案，以便于更好地符合心理變化特征。從小學基礎教育來看，人工智能的整體功能不需要太復雜，僅需要完成對應的設定即可，因為知識內容屬于固定范疇，是有限的，如果能夠通過視覺捕捉系統精準確認目標主體的需求，進行相應的教學支持，能夠達到事半功倍的效果。在基礎教育領域，“有效”是最高的評價標準，而不是“高效”，因為人工智能系統在輔助上的功能評估不具備可量化屬性，在意見獲取時，僅能“是不是”、能不能“作為評價標準。因為在小學教育中必須做到個性化支持，保證小學生教育能夠得到足夠的數據資源支持，但現有的輔助類App大多都是通過信息對比完成操作的，而非視覺系統交互實現的。融合智能內核，適應人—智交互的新環境。人類社會對于人工智能充滿期待，大多都是以“智能理想”形態存在，圍繞計算機視覺技術進行設計，推動邏輯推理、自動設計、語言理解、模式識別及智能檢索的全面發展。在未來的基礎教育中，人工智能可能會突破“輔助”屬性，成為現實交流的重要組成部分，不僅僅可以為“人—人”互動提供支持，還能夠實現“人—機”“人—智”互動，為教育協同提供新的智慧起點。人工智能在基礎教育領域應用，能夠解決師資力量不足問題，替代教師完成那些煩瑣、重復性的操作，讓小學生能夠通過系統獲取基本知識。由于系統本身程序優勢，能夠為小學生學習提供提問、糾錯、回放、快（慢）放等功能，讓小學生學習有更多的選擇。但也必須要關注“機器道德”建設，人工智能發展賦予程序更多的智慧屬性，讓他們可以獨立地進行“思考”，但這種基于程序分析基礎之上的選擇是否“合規”仍然有待商榷，是否需要為人工智能設定“紅線”，如何設定都是需要深刻思考的課題。簡而言之，當人工智能越來越人性化時，人類與機器和諧相處就會成為新的課題，因為人工智能將取代很多工種，對人類社會形成實質性的“入侵”，必須要引起實務界和理論界的高度重視。

4人工智能教育視覺的應用效果

4.1提高視角空間可變屬性

“懂”是人工智能視覺交互的重要屬性，需要對“看”到的信息進行處理轉換成為可理解的數據信息。一是幫助主體明確重點，確保其能夠關注焦點。二是幫助主體掌握全面，保證視覺的完整性、連續性。三是幫助主體把握本質，看得通透。而由“看”到“懂”的過程就是通過視覺交互完成的，“看”是獲取信息的過程，而“懂”則是交互轉化的過程，賦予人工智能更多的“人格化”特征，形成“形義一致”的視覺空間是人工智能進化的重要表現，也是技術創新的發展方向。

4.2增強意向對象可見效果

視覺交互是以“視覺”為基礎的交互技術體系，幫助主體更好的看見、看準、看清目標，從記憶規律來看，“直觀地看到”能夠促進思維記憶發展，讓看不到的能夠被看到，讓看得到的更清楚。人工智能教育中應用視覺交互能夠更好地體現“可視性”要求。一是海量的數據資源為人工智能提供大量的“可見”內容，通過對比進行交互確認。二是通過對比、識別、過濾等方式，進一步豐富材料的“展示方式”。三是根據交互內容、場景、信息進行綜合，提升可視過程的精準特征。

4.3提升交互賦能智慧內核

視覺智慧化是人工智能視覺交互應用的高級發展，經過一系列的技術融合，讓主體由“會看”到“看到”，再到“看懂”的發展過程，無論技術如何創新，一定是為使用者提供方便。從教育目標思考，視覺交互系統智慧化發展涉及視覺的應用與遷移、分析、評價，而這就是人工智能視覺交互系統對照比較、多元多維、理解知道的全過程。隨著系統內部交互信息越來越龐大，人工智能會變得越來越“聰明”，能夠更好地理解人類的情感，從而建立智慧化思考模型。

4.4優化人智交互輔助功能

全世界人工智能都處于快速發展階段，人們對于未來充滿預期，但絕大多數研究者都認為其必然能夠在輔助領域發揮作用，尤其是輔助基礎教育，讓學生獲得更多的教育支持。但目前，大多數的交互功能都體現在“內輔”上，通過人工智能的快速處理能力，為需求主體提供支持。從“外輔”視角來看，即動作、表情的互動，而上述兩項內容是情感的表達，雖然也是程序性設定，但如果真有一天將人類的所有情感全部錄入，那么可能真的提升系統的教育功能。

5結語

我國教育領域人工智能發展取得深遠的發展，大量的教育載體和技術面世，為基礎教育提供極為重要的支撐。但隨著人工智能的不斷發展，視覺交互成為教育領域新的發展趨勢。

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作者：范倩楠 單位：吉林師范大學 教育科學學院