人工智能时代教育教学方式变革

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  摘 要:人工智能已经慢慢融入我们的生活的同时也融入教育,教育教学方式通过这种智能技术发生了改变,人工智能与教育结合的发展趋势,使教学构思、方法、模式都发生了不同模式的转变。人工智能正引领着教育教学的创新,构建个性化学习提升教师的教学效率,增强学生的学习体验。本文对人工智能在教学中的应用现状与趋势、在教学资源和教学环境中的发展,在动画制作课程中的运用和分析来探讨人工智能在教学的应用和变革。
  关键词:人工智能;课堂教学;教学变革;动画制作
  
  1 人工智能在教学中的应用现状与趋势
  1.1 人工智能在教学中的应用现状
  2017年国际数据公司预测,5年之内人工智能应用在制造、金融、医疗、教育、政府、零售相关的各个领域并且带来效率的提升。其中对于教育领域的效率提升高达82%,这是所有领域最高的,这既包括了学生的学习,也包括了老师的教学工作。智能技术变革教育的新时代已经来临,人工智能与教育结合的发展趋势,使教育模式发生了根本的改变。人工智能正引领着教育教学的创新,构建个性化学习,提升教师的教学效率,增强学生的学习体验。
  教育是与经济、文化、社会的发展息息相关的,世界各国都十分关注教学改革,大力发展人工智能在教育领域的研究,通过技术促进教育的发展,信息技術不断更新教育观念,融合了新技术、新理念、新方法,不断提高教育教学效率,人工智能与机器人结合将教师、学生、技术联系起来,改变学习环境和学生的学习方法,提升教学效果提高教学效率,如现在的互联网+教育平台让学生更好地参与教学中,教师更容易根据学生的不同特点因材施教,具备信息化的教学方法,将新知识、新技术迁徙到新的教学情境中。学生使用数据化工具开展探究和解决问题为主的学习,全面发展学生的学习能力和创新思维能力。
  1.2 人工智能在教学中的趋势
  人工智能给教学带来了便捷,顺应教育信息化的发展趋势。教育变革通过教学资源的变革、学生学习方式的改变、教学组织的改变、学习评价方式的改变。教育过程中根据学生学习的特点和行为,设计个性化学习的教育云平台,这种教育云平台可以预测学习进度、分析学生情况、监测教学过程、集结教学资源、规划教学路径、诊断学习和评价教学效果等应用模块。学生的学习方式发生变化,从被动学习转变为主动学习。人工智能推动教育的变革和创新,构建新的教育体系,实现个性化的学习方法,提高教学效果和效率。现在我国人工智能在教学中处于初始阶段,在不断进化和发展中有许多困难和问题,在发展的过程中也要解决问题和克服困难。
  过去,老师承担了很多重复性的劳动,比如说制订教学计划,布置作业、批改作业、考试评分等,未来在这些领域人工智能能够帮上忙,教育即是教书更是育人教育的目的是促进人的全面发展。现在人工智能环境应用于教学中有新课程、新科技、新环境、新学习方法、新的评价模式和教师的新素养、管理的新模式。未来教学环境和教学方法都发生了改变,教学环境已不再是教室、教学书、图像、视频,学生可以获得沉浸式立体化学习体验;老师有更大空间设计自己的教学计划,学生可以学习到自己想学的知识与技能。人与信息结合,与知识结合,利用新智能装备、计算机等处理信息,构建知识的新体系。
  2 人工智能在教学资源和教学环境中的发展
  2.1 人工智能在教学资源的发展
  人工智能教学资源发展以后,各地的教师可以将自己的资源制成课件放在教学平台上共享,无论在世界哪一个地方,学生们都可以通过互联网进行学习,人工智能能让各地师资力量取长补短,大数据技术的强化,使教学更加具有针对性。例如现在的慕课MOOC平台,每年为上千万名学习者提供在线课程服务,还有智能职教的云课堂,这是这类在线学习平台。
  课前,教师可以根据学生的学情分析规划教学过程,提供个性化的教学服务,制作教研学案和微课视频,通过在线学习平台实时监控学生的课前预习过程,随时接收学生在学习中提出的问题,智能答疑与辅导。这种智能化的教学模式使学习过程更流畅,学生与老师之间的交互更高效,教学效果更加明显。
  课中,创设情境、分组教学,并使用人工智能平台在教学过程中提高学习的效率,节省出更多的时间来安排实践性学习。学习过程中学习自主学习专业的基础知识,比如,在动画制作课程中使用教学平台,做好课程设计,参照课程标准制作ppt和录制教学视频,设计好题库里的不同题型为巩固各章节知识点,布置好作业和考题,这样可以学生可以线上根据自己的学习需求来学习课程基础理论知识点,如动画的基础概念、动画制作的原理等。平台学习满足教师的教学计划和学生对专业知识不同需求的学习,这种智慧学习环境、个性化教学为教学节省时间。
  课后,为了将学生对课程内容进一步巩固,使用智能测评在学习平台上的评价手段可以由计算机自动批改进行数据分析,比如像选择题、判断题等,不仅节省了人工评价成本,而且提高了准确性,同时也为老师节省时间。教师可以根据学生学习情况数据跟踪指导,分享发布学生作品进行总结交流。
  组织学生模拟公司项目制作,使用学习智能化实训室结合现在的专业先进技术,完成学习后通过智能化平台对学生学习的数据进行分析,判断学生对知识的掌握,提供个性化学习辅导。
  在互联网学习环境中,以数据为核心的人工智能技术可以辅助老师大幅度提升工作的效率,降低备课和作业批改等重复性工作的强度。通过教与学形成的过程化数据,能够帮助老师更准确地掌握情况和能力特征等,从而给学生提供更有针对性的学习方案。在现实和网络虚拟环境中,学生可以采取用线上、线下相结合的自主学习和合作学习等方式,从而更好地掌握基础知识并深度开发自己的潜能,以使自己能更好适应社会快速发展带来的挑战。
  2.2 智能化教学环境   智能化教学环境是为了满足学习者的需求,随着技术的发展教学环境也在不断变化。云、网、端一体化智能学习空间在具体领域的体现,便形成了典型的智慧环境,如智慧教室、智慧图书馆等。在“以学为中心”的教室环境下,学生是课堂的中心,计算机、投影仪、平板电脑、电子白板、电子书包等是基础设施,教室采用小组灵活化的布局方式。教师不再局限于课堂最前方,而是可以移动并及时给予学生个性化的反馈。学生可以根据教学内容和活动的需要,灵活地移动桌椅开展小组协作活动。知识的呈现丰富生动,同时记录学生学习进度,以便提供及时修正服务,体现了“以学为中心”的教育理念,教室的设计与空间布局着重围绕加强学生交互、开展灵活性的教学活动与学习活动、帮助学生学习等要点进行。在未来智能化教室的研究与建设上,研究者将先进的科学技术与现代教育理念相结合,融入未来教室中,在教学理论上以系统理论、学习理论、教学论、传播理论、学科教学理论等为指导思想,在空间设计上注重教室空间的灵活性、舒适性、感官刺激,强调学习空间色彩、布局等方面的重要性;强调学习空间要能够支持共同学习和知识共建。
  智慧实验室为有效实现信息技术与科学教学的整合提供了新的平台,为学生探究科学规律提供了新的契机。在智慧实验室环境下,通过使用不同的教学资源能够灵活地开展多种类型的教学活动和实验活动,如教师演示实验、分组实验、分组讨论、传统学习活动等。用学习活动高精度实时采集数据教学资源数据可视化呈现智慧实验室环境媒体素材自动记录数据,分析处理数据学科工具。
  动画制作课程主要运用计算机和一些先进的教学设备,如音频、视频、动画等媒介形态、录音机、电视等教学工具和互式教学环境。除了这些教学设备,还有实训工作室,如VR虚拟现实工作室、动态捕捉技术工作室等,有了这些工作室在教学教学过程中采取教学融入企业项目实践的当中,使课程有自己的独有特色,以现代化的发展理念,结合自己的实际情况,坚持创新发展必须全面推进教育创新。教学环境的发展是促进教学变革的基础,要借助智能化教学环境培养学生,为社会培养有用人才。
  3 人工智能在动画制作课程中的运用和分析
  3.1 VR虚拟现实技术
  人工智能与教程教学结合,使用覆盖的技术应用到课堂教学实验的项目中,从实验中得出结论。VR虚拟现实技术指计算机生成的现实,通常能够通过控制用户的感官体验,这种具有触觉和动觉的交流可以模仿强化所呈现的现实来创建和维护沉浸式教学环境。
  动画制作课程教学中利用三维动画技术设计制作模型,在模型课程非常重要,因为动画是否真实都取决于场景动画和角色动画的制作精细度,所以一定要求学生重视。然后使用三维扫描技术保持模型的结构在虚拟现实技术与现实巧妙结合,这样得到三维数据坐标,在看似真实运动的情况下绘制模型。VR虚拟现实现实技术的动画模型构建时结合图像和光学折射,让观众感受到物体的真实感,利用这种制作方式不仅可以节约制作的时间提高效率,还可以加强对动画的检测和跟踪。
  在动画制作过程中,学生除了学习教育平台录制的理论学习,课中利用VR虚拟技术工作室来线下制作动画项目、动画交互设计利用动作捕捉追踪检测,人物动作可以细节化处理,可以将人物复杂的动作、面部表情、头发,衣服褶皱等细节,利用这种追踪和捕捉技术让人物的表象和动作更自然。交互设备的细节性给动画的细腻程度提供了有利条件,虚拟现实给体验者提供完全沉浸式的游戏的娱乐的体验。
  3.2 AR增强现实技术
  AR增强现实技术可以将真实环境和虚拟信息结合在一起,通过计算机科学技术模拟仿真相互补充、叠加,達到超现实的感官体验,它将现实的声音、图像、触觉和气味添加在自然界中虚拟信息与现实环境进行互动。
  增强现实更重视体验感,使体验者真正成为其中的一个角色。使体验者在游戏仿佛置身真实的世界。如我们VR游戏制作课程的项目,设定大学校园的模型放进了游戏软件中,按照路上虚拟箭头找到藏书的地方,现实和虚拟完美结合,学生在此模型上设计主题游戏。在将来这种增强现实技术也可以设计出不同的教学场景,更有针对性地给学生指导,学生也可以从此获得沉浸式立体化的教学体验。人工智能与教学结合加速我国的教育发展进程。
  3.3 动态捕捉技术
  动画制作课程中三维动画制作角色动态,可以在动作捕捉实训室中进行,动态捕捉技术主要跟踪关键部位,通过追踪系统捕捉人物骨骼关键点,即使人物做大幅度的动作、动作遮挡都能经过计算机处理计算后得到三维空间坐标数据。除了身体上的跟踪在手指细节或是立体面部细节也能跟踪。三维动捕捉工作室的场地可以对人物的动作捕捉,学生穿上设备,做已经设定好的动作,计算机就能够分析人物的表情,就算是嘴巴、眉毛细微的变化或者是生气惊讶都能被捕捉到。我校学生制作的《蝴蝶花园》就是利用这种技术制作出来,还有许多采用动态捕捉技术制作的影片,以及我国的一些动漫就是使用这种技术,其中人物表情非常逼真,片中宏大的风景、紧凑的打斗都非常真实。借助这种技术,提高动画制作的水平,降低制作成本,我国动漫也会迅速发展起来。
  比如,需要拍摄在深海作业或者是在地震岩浆中逃命这些惊险不可控的镜头,可以使用三维软件搭建场景,角色表演动态,就可以轻松完成。更重要的是可以大大提高制作效率,节约时间制作和成本,学生可以投入更多的时间在细节制作方面,提高整体动画制作水平。
  3.4 AI技术的动画制作
  运用AI基础进行动画制作,这种技术在二维动画制作方面使用。传统动画的制作过程,基本环节就是原画师完成,而这些画稿完成上色,则是一项大工程。基于AI工具,效率就会得到极大的提升,设计出两张原画后,中间的电脑计算,甚至都不用画,只画人物原画,输一个动作和走位,AI自动画,想要多少帧画多少帧,如CACANi软件就可以自动生成关键帧动画,还可以实现自动上色。AI技术的进步会大大减少人工成本,提高效率。在动画课程教学中,学生可以轻松掌握这种制作技术,加快动画制作课程的作业效率。在未来这种技术的深度发展或许可以自动生成影视作品。   4 人工智能在未来教学中的发展趋势
  目前人工智能应用在教学中已经带来了巨大的变化,这种新型技术已经在悄然改变着我们每一位教育从业者,每次重大技术的变革教育也随之调整,通过教育使人类更好适应不断变化的社会。人工智能与教育的深度融合,老师根据教育的需求,制订新的教学计划,根据专业的学习特点结合人工智能的新技术、新应用,做好课程改革,提升教学质量。在学生学习方面,课前在网络平台上预习,智能化交互学习,还有智能化项目实训室来促进教学变革。
  人工智能时代在传播和创作方面给动画制作带来了巨大的变革,推动动画产业能够取得跨越式发展。在动画制作领域基于交互驱动、智能体、脚本语言的人工智能技术的发展已经得到应用,科技创新不断刷新人们对动画的认知。在未来虽然人工智能不能代替动画设计师的所有工作,但是可以提高设计者的效率,可以涉及如动画的创作,动画画面的生成、剧本创作的工作,在这些动画创作领域降低传播、制作成本。人工智能技术提高教学效率和质量,促进学生的个性发展和在学习过程中的创新发展。教育云平台打破传统的教室、教师、学生、课堂这种学习的旧模式学习环境,教育云平台促进教学智能化学习的新环境。动画制作课程与技术紧密结合,使用新科学、新技术提高学习效率和生产效率。在课程方面,根据课程的特点注重体验性、参互性和互动性。随着科学的进步,智能化、交互式的制作技术,让动画制作技术更大众化,简单的制作过程就可以让学生制作出自己的动画作品,这也是动画制作技术外来的发展趋势。
  人工智能与教育领域的深度融合还面临很多挑战,但是也在慢慢融入教育领域。展望未来,根据学习者需求,采用模块化、可堆叠的方式传授学习内容,老师跨学科合作,以新项目形式、新的授课方式、教学技巧适应学生的需求。但是在普及阶段教育工作者对有些人工技能技术不是很了解,很难提出人工技能技术的教育需求。因此,未来的研究需要开发人员与教师合作,挖掘两者的合作点,让科技助力教育。
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  作者簡介:刘红豆(1982— ),女,汉族,硕士,讲师,江苏经贸职业技术学院,研究方向:动画设计。
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