关于人工智能在儿童教育中的潜在应用研究

编译：张康 东南大学脑与学习科学系

研究生导师：李骏扬

作者：Ramu, M.；Shaik, Nazeer；Arulprakash, P.；Jha, Sudhanshu Kumar；Nagesh, Puvvada

 【摘要】：人工智能时代将对未来文明产生重大影响。本研究调查了在家长的协助下，人工智能时代对儿童教育的影响。首先，我们讨论了人工智能在儿童早期教育中的意义，然后评估了人工智能时代对儿童早期教育的影响和机遇，最后讨论了人工智能在儿童早期教育中的实际应用和一般性问题。根据这项研究可以得知，人工智能时代有能力提供比传统课堂更好的儿童教育。

    【关键词】：早期儿童教育，人工智能，学习

01

引言

        家庭是一个孩子最初的栖息地，家里发生的一切都会对孩子的思想产生持久的影响。孩子们小的时候会像父母一样，在家庭成员身边度过大量的时间。由于他们仍然处于认知发展阶段，家庭成员的言行举止会对幼儿的发展产生重大影响。

        与接受同质化教育的幼儿园学生相比，基于人工智能导师支持的家庭教育所培养学生具有更高的可塑性并富有个性化。每个孩子在个性和兴趣方面都是独一无二的。

        尽管孩子们的态度和生活方式并不成熟，但他们有很强的模仿能力。父母是孩子的榜样，因此他们必须为孩子提供积极的榜样。换句话说，令人讨厌的父母培养不出有礼貌的孩子。如果父母对孩子提出的要求高于对自己的标准，那么孩子们的反抗将是不可避免的。因此，家庭教育实际上是两个过程，父母在对孩子进行专业教育的同时，也需要不断加强自我学习、自我控制的能力，为孩子树立良好榜样，要在生活的方方面面影响他们。随着社会的快速发展，越来越多的家长意识到家庭教育的重要性。

        人工智能的时代已经来临，它已经对生活方式和文化思想产生了重大影响。教育的目标是为未来培养合格的人才，因此我们必须做出改变来适应这个新的时代。

02

人工智能在儿童教育中的重要性

        随着人工智能技术的普及，它在促进学生成长的方面变得越来越重要。首先，儿童是未成熟的花朵和祖国的未来。儿童的人工智能教育不仅可以帮助他们获得广泛而复杂的信息，还可以大大提高他们的创造力和想象力。其次，对儿童进行自动化和人工智能的培训和教育，有利于提高他们对人工智能技术的掌握，这也可以为孩子以后的学习创造良好的学习环境。最后，人工智能技术在小学阶段的实施符合目前的教学趋势。

        使用机器人进行早期儿童数学课程的教学，能帮助他们更好地理解数学概念。这些经验在未来可能会获得丰厚的回报。

        从表面上看，将技术教育融入小学课堂似乎有些仓促。但从另一方面来说，这一重要转变可能是一场革命性的转变，它将影响下一代的学术命运。如图1所示，考虑到更加个性化和更成功的小学教育可能给孩子带来的潜在长期利益，我们总结了人工智能在早期儿童教育中的所有好处。

图1 人工智能应用在课堂上的好处

2.1

可以提供更有针对性的辅导

        当你的孩子在课堂上落后时，老师们很难验证他们是否掌握了所教的内容。由于教室太大了，很难做到时刻引导每一位学生，这就导致有的学生可能会跟不上。孩子们的父母已经脱离小学教育太久了，他们可能会发现很难教育他们的孩子达到他们所要求的更高标准。但是来自于专业人士的人工智能培训能够填补这些空白。多亏了人工智能的应用，现在的辅导比过去更容易获得并且也更加便宜。

2.2

孩子学习的最佳速度由计算机决定

        几个世纪以来，合格的教师已经意识到教授一门学科并没有固定的策略。在保证每节课以正常的速度进行的同时，要适应每一种潜在的学习是不可能的。学得慢的人不能落后，学得快的人必须保持对学习的兴趣。

        随着学生人数的增加，完美的学习速度变得越来越难以捉摸。而现在，人工智能可以帮助确定哪种速度最适合每个学习者。个性化的课程使学生能够以个人的速度成长，因为儿童之间的注意力和成熟度差异很大，这给儿童以自己的速度追求学业提供了绝佳的机会。他们不再会觉得学习是有压力的。

03

早期儿童教育技术：已被普遍关注

        语言、科学、数学、艺术和特殊教育都被纳入幼儿教育课程。早期儿童教育由以学生为中心和教师指导的活动组成，强调合作、概念主义和多学科项目。在有组织和无组织的活动中，学生参与课堂材料。基于游戏的学习是至关重要的，因为它以一种有趣的方式鼓励儿童团队合作和创造力。

        儿童可以从多种教育技术选择中受益。在早期儿童教育中，'教育技术'一词指的是范围广泛的工具，包括计算机、智能板、数码相机、机器人、游戏机、可编程玩具、扫描仪、摄像机和多种形式的软件。其中许多材料也可以在家中找到(如基于网络的活动,免费软件,相机和计算机)，这让父母能够熟悉儿童教育资源，也可以参与孩子的学习。 

        家庭活动和课堂数据的收集是一个重要部分。家长、学生和教师可以使用扫描仪、麦克风、网络摄像头、摄像机和数码相机。记录的数据是很有用的，因为它包括了教师、孩子和父母的观点。机器人应该收集关于学校和家庭活动的信息。来自儿童交互式电子白板工作的数据也可以被保存。由于交互式电子白板是便于协同工作的巨大交互面板，因此在儿童教育早期就很有名。

        儿童可以使用自己喜欢的手指和记号笔操作交互式白板。儿童使用白板与安装在链接计算机上的软件进行交流，而不是在电脑屏幕前工作。可编程玩具在早期儿童教育中非常流行，因为它教儿童如何操作技术。可编程的玩具帮助儿童学习数学语言，掌握涉及数字的概念，并测量空间运动。根据调查结果，儿童可以在单独和合作活动中自由使用上述的小工具。

        有几种软件解决方案都可供幼儿学生使用。这些软件工具是基于多媒体的，因为多媒体对象对幼儿来说是有趣的，并且经常结合游戏学习。语言、科学、数学、数字艺术和计算机素养都是可利用的工具。如表1列出了一些最常见的工具及其功能。

表1 能帮助儿童学习的流行软件

        上述工具必须安装在计算机上。这些程序中有很大一部分是公开可访问的，可以安装在任何机器上。还有各种针对幼儿的基于网站的活动，其中大多数都是免费提供的。

        也可以使用虚拟学习环境( VLE )。幼儿教育工作者必须使用各种基于多媒体的技术。教师可以使用这些技术来完成以下任务：( a )数据收集，包括旅行、庆祝活动、课堂活动；( b )数据处理；( c )教育内容制作；( d )教育应用程序开发。为了生成和处理多媒体产品，使用了动画、视频、音频、图像等工具，而多媒体创作工具可以用来为儿童构建多媒体程序。随着时间的推移，电子档案袋系统被用来跟踪和管理学生的成绩。儿童早期评估通常是在电子档案袋上进行的。教师可以使用异步和同步通信方式来连接家庭和学校。

        使用数字游戏可以使儿童学习变得更加愉快。由于基于游戏的学习是课程的内在元素，因此儿童早期的数字游戏可能会对儿童的发展产生重大影响。根据调查可知，大多数知识都可以通过数字游戏成功地进行教学。

04

促进人工智能技术在学龄前儿童

中使用的高效应用

        在本节中，我们介绍了一种在早期儿童教育中可以引入的基于人工智能的技术，总结如图2所示。

图2 基于人工智能的儿童教育

4.1

人工智能教育技术用于为青少年

创造积极的环境

        坚实的教学环境将是提高学前教育质量的基础和前提。因此，教师首先要创造积极的教学环境，来提高儿童的学习兴趣，改善教学效果和质量。在传统的学前教室里，教师经常使用小游戏和交流来刺激环境并吸引孩子的注意力。游戏在一定程度上营造了氛围，激发了儿童的注意力，但是其激活方式受到了限制。当教师长时间采用类似的策略来营造气氛时，学生的注意力就会减弱。因此，教师可以利用人工智能技术为儿童创造一个积极的环境。

        教师可以利用人工智能为课堂注入活力，为孩子们进行音乐教育。很少有幼儿园用人工智能语音机器人。根据老师的语音指令，智能语音机器人可以播放儿童歌曲、音乐、童话故事等。老师也可以让儿童参与进来，从而成功地改善情绪。使用机器人辅助儿童学习各种类型的音乐，比如在教学过程中，老师可以引导学生使用平板电脑或者与人工智能进行互动。这种教学方式不仅能增加孩子们的兴趣，还能促进人工智能技术的应用。孩子们遵循机器人的指令来使用钢笔或者铅笔，用他们的指尖在平板电脑上画出他们最喜欢的图像。幼儿园教师应深化学习，提高学前班的教学效果。只有当教师对人工智能教学技术有透彻地掌握，才能更有效地在课堂上实施。这样才能充分发挥其优势，提高教学质量和效果。在计算机系统中，有智能机器人，还可以使用虚拟学习环境( VLE )、数字游戏、虚拟评估。

        机器人可以通过提供社交活动和学习来帮助教师。儿童也会与机器人一起学习，因为在长期接触机器人之后，儿童可能会将机器人视为同伴。长期的儿童-机器人连接带来了一个重大的困难——这个年轻人是否会继续与机器人进行互动。在将机器人引入儿童环境的早期，儿童极有可能对新引入的技术资源特别感兴趣。之后，随着儿童对引进的机器人的适应，他们的好奇心可能会减弱。因此，机器人设计师和机器人内容和服务的提供商都应该考虑到确保动态和丰富的儿童机器人参与的功能。机器人能够收集关于儿童的数据(如照片、视频)。这些信息可能会出现在教师的学生电子档案袋中。教师可以使用它们进行评估，记录孩子的进步，在家长会中展示给孩子的父母，或者通过互联网发送给孩子的父母。专业的智能技术可以帮助机器人收集高质量的数据，并识别、分类孩子的面孔。如机器人可以通过互联网将在学校捕获的数据传送给家长，让他们了解孩子在课堂上的行为。

4.2

打造培训平台，加快技术进步和推广

        将人工智能纳入当代学前教育，不仅有利于学前教师的发展，也有利于儿童的逻辑推理。将人工智能融入日常课堂教学，以开发教学平台为载体进行推广是可行的，从而实现人工智能教学技术的成长与进步。幼儿园教师需要在人工智能平台上进行培训，因此需要对基于人工智能的教育工具进行培训以及推广。

05

总结

        与接受同质化教育的幼儿园学生相比，基于人工智能导师支持的家庭教育所培养学生具有更高的可塑性并富有个性化。每个孩子在个性和兴趣方面都是独一无二的。父母更了解他们的孩子，因此能够为他们付出更多的精力和时间。儿童的人工智能教育不仅可以帮助他们获得广泛而复杂的信息，还可以大大提高他们的创造力和想象力。其次，对儿童进行自动化和人工智能的培训和教育，有利于提高他们对人工智能技术的掌握，这也可以为孩子以后的学习创造良好的学习环境。

        本文是Ramu, M.；Shaik, Nazeer；Arulprakash, P.；Jha, Sudhanshu Kumar；Nagesh, Puvvada学者于2022年发表于International Journal of Early Childhood Special Education的论文。

        DOI：10.9756/INT-JECSE/V14I3.1215