AI如何赋能教育各应用场景？

为清晰展示 AI 如何在各 应用场景下赋能，影响以学生、教师、学校三大主体为线索，将六大环节有机融入课前、 课中、课后等场景中，并对典型的应用场景进行详细分析。

1. 教师端：AI 赋能备课、教学、考评环节

1）课前备课环节：智能备课平台（相似题推荐）： 原理：基于班级或个体学情的辅助备课工具，通过知识图谱、NLP 算法、聚类算法等 AI 技 术智能生成教师的个性化教案，具体功能包括自动生成授课教案、智能匹配同类型习题、 根据学生反馈提供复习教案等，节省教师的备课时间，提供精准个性化的推荐内容。 产品形态：以学海密探旗下的“同类题 AI 备课平台”为例，其备课流程大体可以分为： AI 智能生成：根据选定例题智能生成知识点与题型的讲解内容。 AI 智能匹配：自动匹配命题方式、解题思路与选定例题类似的题目，节约教师寻找 同类练习题时间；智能生成教师教案与学生学案，提升学生课堂学习与课下复习效果。 AI 智能分析：采集学生课堂练习作答情况，自动生成班级学情分析，并根据错题情 况生成教师复习教案与学生智能错题本。

2）课中教学环节：线下 AI 课堂（双师课堂） 原理：线下 AI 课堂主要采用“教师+AI 辅助”的授课方式。AI 助手在教授知识的同时， 通过计算机视觉、智能语音、NLP 等人工智能技术实现学生的表情识别、语音识别、姿态 识别等，形成精准的学情分析报告，并通过班级学情调整授课内容；真人教师则根据分析 数据为学生提供精细化辅导与个性化关怀。 产品形态：好未来的“魔法双师课堂”于 2018 年正式发布，推出了行业首创的 AI 课堂解 决方案。以“魔法双师课堂”为例，线下 AI 课堂的运行模式如下： 真人名师团队提供优质教学资源：好未来聘请具有多年教学经验的优质教师，通过直 播/录播的方式，将优质教学资源上传教研云、输入 AI 智能终端 T-Box。 智能终端实现课中互动、学情分析。学生于智慧教室中学习经 AI 技术整合后的教学 资源，并可在课中通过答题器等智能终端与“AI 教师”进行实时互动。T-Box 可通过 表情识别、手势识别、语音识别等 AI 技术，精准分析学生的课堂表现并生成学情分 析报告。 线下辅导教师全程伴学、答疑解惑。机构辅导教师全程陪伴、引导学生开展教学活动，根据学生的个性化学情反馈，提供有针对性的服务，如课前预习、课后答疑等。

3）课后作业、考试环节：智能作业批改/智能阅卷/智能错因诊断 。原理：通过图像识别、NLP、深度学习、数据发掘等人工智能技术，辅助老师智能高效地 批改作业及考试中的客观题与部分主观题，如英语作文、口算、简单题等，并可以通过采集汇总学生考试结果，分析不同学生的知识点掌握情况，从而有针对性的提供教学指导。 产品形态：Gradescope 是美国一款针对高等教育的在线批改工具，可应用于计算科学、物 理、生物、化学、数学、工程、经济学等广泛的学科领域。该软件除可以协助教师进行作 业、考试的评分外，还可针对学生错题提供错因并生成不同知识点的综合错因报告。 Gradescope 的批改流程可分为以下步骤： 扫描或在线提交作业/项目/考试：对于纸质作业/考试材料，教师或学生可通过扫描 的方式提交在线平台；对于代码文件，学生可通过 Github 或 Bitbucket 进行提交。 阅卷任务分配：Gradescope 支持多人在线协同评分，既可以实现不同人不同题的评 分模式，也可以实现不同人同一题的评分模式。 AI 辅助评分：针对客观题，Gradescope 可通过图像识别、NLP 等技术，智能完成评 分；针对计算题、应用题等题目，教师可针对每一个细节点灵活设置错因与分值，并 可随时更改分值，更改后的评分点也会自动同步到已批改题目，而对于新出现的错误 也可进行手动输入。同时，AI 会针对相同类型的学生答案进行智能分组，教师可根 据组内学生答案的相同错误原因进行批量修改，极大地节约批改时间。 智能分析学情与反馈结果：完成作业/考试的批改后，教师可通过 Gradescope 一键智 能生成学生日常练习情况报告与考试综合情况报告，以为学生提供个性化的辅导。

2. 学生端：AI 赋能课内、课外学习环节

1）课内学习环节：自适应学习系统（线上 AI 课堂） 原理：本质上是一种基于教学大数据的可规模化个性化学习系统，通过 NLP、知识图谱、 认知计算、机器学习等人工智能技术，针对学习者的具体特征，提供“千人千面”的学习 内容、学习路径以及学习策略，并根据学习者的变化不断适应、调整，其产品模式接近于 “因材施教”的教育理念，是 AI 赋能教育赛道的核心产品。 产品形态：松鼠 AI 是国内自适应学习系统研发的领导者之一，于 2017 年成功研发出国内 第一个拥有自主知识产权的自适应学习系统“松鼠 AI”。松鼠 AI 智适应系统的线上、线 下结合学习过程可分为以下步骤： 测试知识状态：根据被测试者答题时长、答题数量、题目类型，剔除其已掌握知识点、 识别定位薄弱知识点。 线上学习：智适应系统根据被测者的测试结果推荐符合其知识图谱的课程讲义、习题， 其背后由信息论、空间知识论、模糊逻辑等人工智能技术以及百万纳米级大数据题库 支撑。 针对性练习：根据练习结果进行算法优化，追溯薄弱环节的根基，并重新规划知识点 路径，有效避免重复练习。同时也会根据学习者的知识掌握程度进行战略性放弃，保 证一定的正答率，使得学习者在正向激励中保持学习积极性。 课后测试：学习完毕后，进行综合测试全面检查当堂知识点的掌握情况，并生成详细 的学习成果报告。线下答疑：通过线下 1V1 辅导的方式，有效补足线上系统。

2）课外练习环节

a.拍照搜题-智能题库

原理：通过 OCR（图像识别技术）自动识别学生上传的问题，并运用数据挖掘技术检索对 应的解答，及时向学生反馈，同时依托于庞大题库与精准推荐算法，为学生提供“举一反 三”的针对性强化练习。其核心技术为图像识别与内容检索，这两项技术已经较为成熟， 而检索的题库质量是该类产品的关键壁垒。 产品形态：作业帮 APP 于 2014 年上线，其核心功能为拍照搜题，同时提供查单词、计算 器等作业情境下的其他应用，积累了相当的原始流量，并以此为基础衍生其他增值服务， 或为其他高净值业务引流，具体的商业模式如下： 引流功能：拍照搜题、同步题库（可根据搜题结果智能推荐同类题）、作业批改（针 对于家长）、单词查询、作文范文、古文解析、计算器等作业情景应用 ； 衍生产品：作业帮 VIP（主要提供视频讲题、试卷下载、VIP 问答等服务）、听学 VIP （利用碎片时间学习需要背诵的知识点）； 引流产品：SVIP 精准学（AI 课程）、直播课（素养课是双减政策下倾斜的方向）、商 城智能硬件产品（学习笔、智能辅导机等）

b.智能口语测评

原理：通过人机交互的训练方式搜集学生口语发音情况的多维度信息，运用智能语音、自 然语言处理、数据挖掘等 AI 技术，分析、生成个性化口语测评报告，精准定位学生发音 的薄弱环节，并提供有针对性的提升路径。 产品形态：懂你英语 A+是流利说旗下的一款 c 端自适应英语口语学习平台，提供丰富的 英语学习交互场景，其部分情景内容已经涉及较为灵活的复述与表达能力测评。运用该软 件实现英语口语测评及提升的流程如下： 口语能力测评：用户首次使用懂你英语 A+时，需要进行 5 分钟的等级测试。软件通 过分析用户口语的流畅度、准确度和完整度，结合其他评估形式如听力、完形填空等， 全面了解被测者的英语水平，划定不同的英语能力等级；用户完成阶段性学习后可进 行等级测评，达到合格分数后可以提升现有等级。智能推送学习内容：根据用户的测评结果，制定个性化的学习路径，并推送适合其英 语口语能力的情景对话、单词清单、复述跟读等学习材料，其中语音测评伴随用户整 个学习过程。 智能推送练习内容：根据用户过往学习、练习过程中暴露的发音问题，智能推荐看图 说话、听力复述等练习内容，并进行实时打分，只有分数达标才可解锁之后的学习内 容。其练习模块中包含 AI 智能老师与学习者的 1V1 情景实战互动，学员可根据具体 情景表达自己的想法，进而推动出不同的剧情发展。

3.学校端：AI 赋能教务、考试、安全管理环节

1）教务管理环节：智能走班排课系统

原理：基于学生选课与教师教学资源数据，通过大数据挖掘等技术为每个学生制定专属个 性化课表，同时通过智能语音、人脸识别等技术，高效解决走班排课等带来的管理问题， 节约教师资源的消耗，提升学校在新高考背景下的管理效率。 产品形态：晓羊集团是一家智慧教育全栈产品与服务提供商，旗下的新高考一站式解决方 案从选、排、管等方面切入，高效解决了新高考背景下学校所面临的管理难题。其走班排 课体系的架构如下： 选课阶段：为学生提供分层选课前必要的生涯规划指导、自我认知探索等选课指导课程。

2）考试管理环节：智能监考

原理：通过计算机视觉、智能语音、自然语言处理等人工智能技术，系统对大量考场视频 的考生动作进行分析，建设智能考场的人工智能感知分析体系，全面提升考试的安全与效 率。 产品形态：以深圳华颐智能系统有限公司旗下的人脸识别智慧考场系统为例，智慧监考方 案的基本架构如下： 身份核验端：通过人脸识别技术对于考生身份进行验证，也可以为监考员提供考场违 约登记、座位表信息查询等功能。 考场智能监控：由考场内的全景相机与部署于机房的智能引擎服务器构成。智能监考 端可将考场上举手、起立、转身、趴桌子等异常行为上传至监考系统。 web 端、移动端：实时显示所有考场的考试情况、接受异常情况警告信息、考试信息 维护等。

3）安全管理：校园安防系统

原理：基于计算机视觉、智能语音、数据挖掘等人工智能技术，通过智能视频监控系统、 门禁控制系统以及考勤系统等对校园进行常规检查工作，对于校园暴力、踩踏、交通事故、 失窃等安全问题实现有效预警与防控。 产品形态：安然云服务旗下的校园安全管理平台可通过校园监控、安检门、探测器等智能 设备及数据处理引擎，实现在校园通勤、校园消费、停车、宿舍管理等场景下，对人员、 车辆、事件等方面存在的安全隐患进行感知与预警。 人员管理：通过人脸识别等技术与测温摄像头等智能终端实现教师无感考勤、学生出 入统计、体温异常报警、访客自助登记等功能，同时可重点目标库对于重点人物进行 布控，专拍后实时报警通知 车辆管理：对入校车辆进行出入抓拍、人车关联考勤、违停管理、流量统计等管理措 施。 事件侦测：通过计算机视觉等人工智能技术实现人员拥挤抓拍、区域入侵报警，防止 发生踩踏事故、校园暴力等恶性事件。对于不方便安装摄像头区域，可以采用智能语 音设备对于打骂等异常行为、以及预设敏感字眼进行语音监测并实时将报警信息发 送相关人员。 其他情况感知：通过烟雾、温感探头对于吸烟行为、火灾情况进行实时监测，利用物 联网系统对于用水、点重点区域进行监测，通过计算机视觉技术对于后厨的操作不当、 违规行为、夜间老鼠情况进行识别警告。

4. 展望未来：AIGC 在教育场景的应用潜力巨大

4.1 AIGC 初步应用于教学尝试，AIGC 相关培训课程上线

AIGC 在教育场景具有巨大的应用潜力，国内外教育机构已尝试利用 AIGC（以 ChatGPT 为 主）辅助教学。 美国高中教师 Larry Ferlazzo 于《Education Week》上发表《19 Ways to Use ChatGPT in Your Classroom》，文章指出 ChatGPT 可用于作文反馈、头脑风暴、扮演辩论对手、个 性化课堂测验、生成写作提示等，而其中部分应用已经被 K-12、高校等教育机构运用于教 学实践中，反馈较为积极；而语言学习软件平台 Duolingo 在其付费“Max 订阅方案”已导 入两项由 GPT-4 驱动的功能，其中一项为“角色扮演”功能，另一项则是“解释我的答 案”；知名教学网站 Khan Academy 同样基于 GPT-4 技术推出教学助理“Khanmingo”（部分 用户测试中），通过开放性的问题讨论，为学生提供指导、为老师提供教学灵感。

根据我们对国内教育培训机构调研了解，目前 ChatGPT 已在教师备课场景下实现应用，具 体表现为课程大纲的设计与课程资料的搜集，而未来通过微软 Copilot 的加持，教学用 PPT 也将实现与 AIGC 的深度融合；今年 2 月在线教育技术公司王道科技宣布，公司正在 研发基于 Open AI 技术的 Class Bot 产品，针对在线教育场景提供 AI 应用工具；而好未 来旗下的学而思也将计划利用 ChatGPT 相关技术对学习机等硬件产品进行升级迭代。

AIGC 相关培训课程上线，行业处于萌芽阶段。为助力相关从业者更好地了解、应用 AIGC， 国内已有部分教育机构针对 ChatGPT、AI 绘画推出了相应的培训课程。网易云课堂于今年 3 月中旬发布了“ChatGPT 从入门到精通”和“人工智能绘画与设计”两门自研课程，除 此外平台中还上线了 ChatGPT 赋能办公、ChatGPT 与 Python 结合等近 20 门 AIGC 相关课 程；而元壤教育于今年推出 AIGC 提示工程课程、AI 模型训练课程，成为国内首家推出AIGC 提示词课程的机构；今年 2 月份新创立的奇点体验实验室上线的课程包括 ChatGPT 与 AI 绘画；且曼设计学院为提供 AI 绘画培训的知名平台，目前搭建的 500 人社群已经有 6 个以上。目前行业仍处于初级阶段，课程内容主要针对 ChatGPT 与 AI，课程提供者包括 自媒体大 V、小型及大型教育机构，个人及小型机构提供的课程质量层次不齐，网易有道 等机构的课程较为系统。

4.2 展望未来 AIGC 赋能教育的具体应用场景

AIGC 技术的发展、应用建立在 GAN（2014）、Transformer（2017）等深度学习模型的基础 上，将 AIGC 植入于自适应学习软件中，会显著提升自适应系统的推荐精确性，从而提供 更符合学生学情的学习资源、学习路径。除此之外，AIGC 具有智能生成数字化教学资源的 属性，其可与多样的教育场景相结合，并将从高效生成、高频互动、高度沉浸三个方面赋 能教育。

1）高效生成

含义：高效生成是指 AIGC 技术可以根据特定的输入指令（例如 ChatGPT 的 prompt），帮 助教师快速生成形式多样化的教学材料，例如教案、试题等，从而极大地提高教师的工作 效率。同时，学生也可以根据自身的学习需求，生成练习题、作文提纲等辅助学习材料， 以实现个性化学习。更重要的是，AIGC 技术还可以参照数据产生的模式创造出新的数据 样本，可用于生成市面上不存在但更贴近教师、学生需求的数字化教育材料。

具体应用示例： 生成备课教案：经调研，国内外部门教育机构已在尝试将 ChatGPT 等 AIGC 应用于教师的 备课环节中，其在教师备课环节的介入深度远大于传统 AI。以英语教学为例，备课时教师 只需要将学生特征、知识点内容、授课环节、备课框架等要点作为 prompt 输入 ChatGPT， 即可得到一份较为详细的教案安排，其可应用于任何学科，亦可与现有的相似题推荐等 AI 应用相结合。

生成随堂练习题：以英语课的随堂练习为例，只需将学生的认知水平、课程中知识点（甚 至可以设定交叉哪些知识点）、题目类型等要求作为 prompt 输入 ChatGPT，即可得到满足 要求的测试题目，还可以根据其他要求任意调整题目的细节（格式、数量、选项等）。

2）高频互动

含义：高频互动是 AIGC 类应用的一个重要特点，它具有上下文语义的理解能力和一定的 逻辑能力。AIGC 应用能够根据输入内容的变化不断学习和调整输出内容，从而在课堂中 与学生进行辩论、发起讨论会等活动，提高了人机交互频率，激发了学生的学习积极性。 在课外，AIGC 应用可以进行一对一的个性化答疑、作业批改和学情评估等工作，一定程度 上弥补了教师资源的紧缺，推进了规模化的因材施教实践。

具体应用示例： 辩论对手：以“AI 的利弊”话题为例，将辩论的话题、ChatGPT 所持有观点以及其他的辩 论细节（论据类型）作为 prompt 输入对话框中，ChatGPT 即可生成所持观点的论点、论 据，并根据对方的观点进行有说服力的反驳。

1v1 个性化答疑：ChatGPT 类模型通过文字交互实现课后 1v1 答疑，其接收学生问题并通 过提供解答、解释相关概念和技能、演示示例、提供相关资源和资料等方式帮助学生解决 疑问、加深对所学知识的理解，缓解了课后教师答疑资源紧缺的问题。与直接给出标准答 案的拍照搜题等软件不同，ChatGPT 类模型会渐进式地引导学生解决问题，并鼓励学生进 一步发问。 以 Khan Academy 旗下的 Khanmigo（基于 GPT-4）为例，它可以提供课后 1v1 答疑服务。 当学生直接询问答案时，Khanmigo 会鼓励学生自己解决问题，并提供解题思路的引导。对 话内容也可以由家长和教师随时查阅，以及时掌握学生的学习情况；此外，Duolingo 新推 出了 Duolingo Max 订阅服务，它具备“Explain My Answer”的新功能。在练习结束后， 用户可以与 Duo（基于 GPT-4）展开对话，获得错误原因的解答，并且还可以进一步要求 举例或说明。

3）高度沉浸

含义：高度沉浸是指 AIGC 技术能够大幅缩短在教育元宇宙虚拟世界中建立 3D 模型所需的 时间，配合 VR/AR 等相关技术，教师可以进行模拟试讲和构建生动的教具模型，如虚拟历 史人物和天体模型等，提高课堂的趣味性，激发学生的学习热情。在教育元宇宙中，学生 可以进行口语对话练习、模拟演讲和模拟社交等互动体验。此外，AIGC 技术还可帮助教师 和学生创建自己的虚拟形象，以实现在远程虚拟教室、虚拟实验中的沉浸式教学体验。 教育元宇宙一般指利用 VR/AR 等技术构建的教育虚拟空间，使得学生和教师可以在其中共 同创造、学习、交互和分享知识。传统构建虚拟世界的方式需要依靠扫描、重建模型等方 式完成，费时费力，而 AIGC 技术的应用，可以快速生成高质量的虚拟世界内容，为元宇 宙的构建提供了更加高效的解决方案。

具体应用示例： 远程虚拟课堂：利用 AIGC 技术生成虚拟课堂空间、虚拟人物形象和教学材料，学生通过 ARVR 设备参与课堂学习，提升远程在线教育的互动性和沉浸感，同时利用多样化的虚拟 教具增强学生的学习兴趣。 美国教育机构 Optima Classical Academy 提供远程虚拟课程服务，学生可以通过虚拟现 实设备在家中完成数学、文学、科学、艺术等课程的学习。在学习过程中，老师提供多样 的虚拟教具，例如虚拟的太空环境、原子结构模型、动植物结构模型、历史场景等，以增 强学生的学习兴趣和体验感。此外，学生还可以通过“元宇宙课间”、“元宇宙学生会”等 进行社交活动，提升人际交往能力。

虚拟实验室：利用 AIGC 技术可生成任意学科的实验室环境、实验设备等，学生和教师可 通过 VR 设备进入虚拟环境进行实验操作，在达到安全、低成本的同时，实现良好的实验 效果。与传统实验相比，虚拟实验室中的教师可实时掌握学生的实验操作情况，以更好地 分析教学问题的所在。 “智慧宫”是格如灵科技旗下的一套中学虚拟仿真实验室训练考评系统。它可以模拟物理、 化学、生物实验场景，提供规范的实验内容和自由化的交互方式。学生可以通过 VR 设备 在安全有保障的条件下进行实验操作，教师可以通过后端监控系统实时了解学生的操作情 况。