數位科技在教育的應用：篇二

數位科技與AI在教育應用越來越廣泛，ChapGPT於2023年在台灣教育界也掀起風潮，成為熱烈討論的課題。財團法人中技社2020年出版「AI在教育領域應用」專題報告有詳盡介紹，國外相關報導和研究也是雨後春筍。PAH平台陸續翻譯研究論文重點，以滿足讀者之好奇。

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回顧人工智慧在教育的應用

Chen, L., Chen, P., & Lin, Z. (2020). Artificial intelligence in education: A review. IEEE Access, 8, 75264-75278.

陳佩英、曾子容編譯 （2023.07.15）

摘要：

• 此研究的目的是評估人工智能（AI）對教育的影響。

• 基於對AI進行的初步分析，本研究的範圍限定為AI在行政、教學和學習中的應用和效果。本研究採用質性研究方法，利用文獻回顧作為研究設計和方法。人工智慧是一個研究領域，它使計算機、機器和其他具有類似人類智慧特徵工具的創新和發展，具有認知能力、學習能力、適應能力和決策能力。研究確定AI已被廣泛應用於教育領域，特別是教育機構，以不同的形式存在。

• AI最初以計算機和科技的形式出現，轉變為基於網絡的智能教育系統，最終使用嵌入式計算機系統和其他技術，使用機器人和網路聊天機器人自行或與教師一同執行教學任務和功能。

• 透過這些平台，教師能夠更有效和高效地執行不同的工作，如評閱學生的作業，提高教學活動的品質。另一方面，由於系統利用機器學習和適應性，課程和內容可以根據學生的需求進行個人化的設計，這有助於學習的吸收和保留，從而提升學習者的體驗和整體學習品質。

p.75267

教育中的人工智慧

本研究的範圍將涵蓋人工智慧對教育領域的行政管理、教學和學習功能或領域的影響。本節提供了對各種文章的回顧的結果的概述和簡要討論，這些文章評估了人工智慧在教育領域的性質和影響。

A. 人工智慧的本質（NATURE OF ARTIFICIAL INTELLIGENCE）

人工智慧（AI）通常與電腦密切相關。然而，從對不同文章的回顧，特別是在教育領域中，可以看出，雖然電腦可能是人工智慧發展的基礎，但已經偏離了僅僅將電腦本身、硬體、軟體或設備視為人工智慧。

嵌入式電腦、感應器和其他新興技術使人工智慧能夠轉移到機器和其他項目，如建築和機器人。

Chassignol等人在領域（field）以及理論（theory）兩方面提供了關於AI的雙重定義和描述：領域方面，他們將AI定義為計算機科學中的一個領域，旨在解決與人類智慧（human intelligence）相關的不同認知問題，如學習、問題解決、模式識別（pattern recognition），並於隨即調適（and subsequently adapting）。作為一個理論，Chassignol等人則將AI定義為一個指導開發和使用具有人類能力（尤其是和執行需要人類智慧的相關任務，包括視覺感知、語音識別、決策和語言翻譯）的計算機系統。

其他學者和其他研究中提供的AI定義也顯示出AI的相似要素或特徵。

• Sharma等人將AI定義為具有模擬人類推理能力的機器。

• Pokrivcakova藉由觀察發現，AI是數十年的研究和開發成果，匯集了系統設計師、數據科學家、產品設計師、統計學家、語言學家、認知科學家、心理學家、教育專家等，開發具有一定智慧水平和執行不同功能的教育系統，包括幫助教師和學習者發展在不斷變化的世界中的知識和靈活技能。

• 作者認為，AI利用了改進程序和軟體的能力，如演算法機器學習（algorithmic machine learning），使機器能夠執行需要類似人類智慧和適應環境的不同任務。

• Wartman等人也提出了類似的觀察，將人工智慧定義為電腦和機器模仿人類認知和行為的能力。

• 綜上所述，根據這些定義和描述，人工智慧涵蓋了開發具有一定智慧水平的機器，能夠執行類似人類的功能，包括認知、學習、決策和適應環境。

最近，AI和機器學習被廣泛研究應用於行動裝置，旨在提高演算品質並為新的應用創造可能性，例如面部解鎖、語音識別、自然語言翻譯和虛擬實境。

然而，機器學習需要巨大的計算能力來進行複雜的訓練和學習。為解決這個問題，一些高效運行的平台被推出：

• 2016年，Qualcomm推出了Snapdragon神經處理引擎，以加速使用GPU處理器執行神經網絡的運行。

• HiSilicon提出了運行神經網絡的HiAI平台。

• Android神經網絡API旨在行動設備上快速執行機器學習模型。此API透過減少網絡延遲和複雜性為移動設備帶來了很多效益。就與AI相關的學習網絡而言，SqueezeNet、MobileNet和Shufflenet等技術已經在手機上得到很好的發展。

行動裝置中人工智慧的技術發展將行動教育（mobile education）提升到更高的水平，虛擬實境使學習超越了空間，創造了全球課堂，因為人工智慧可以將學生與虛擬課堂相連。此外，AI聊天機器人提供了個人化的線上學習，並將教師轉化為對話交流，這種技術可以評估學生的理解水平。

B. AI在教育中的技術層面（TECHNICAL ASPECTS OF AI IN EDUCATION）

• AI輔助教育包括智慧教育、創新的虛擬學習和數據分析與預測。隨著學習需求的提升，AI-enabled教育的角色越來越重要。智慧教育系統為教師和學習者提供及時且個人化的指導和回饋，透過多種計算技術，提高學習價值和效率，這與統計模型和認知學習理論密切相關。

• AI系統中融入了各種技術，包括機器學習、資料探勘和知識模型，以用於學習分析、推薦、理解和取得知識。

• AI教育系統通常由教學內容、數據和智慧演算法組成，可以分為系統模型（包括學習者模型、教學模型和知識模型）和智能技術兩部分。模型有助於建立數據可視化圖示（build data map），這對於改進學習至關重要，它為收集到的教育數據建立結構和規則。模型在AI系統中起著核心作用，科技則為系統提供動力。

圖2 AI教育的技術展示

註：Chen, L., Chen, P., & Lin, Z. (2020). Artificial intelligence in education: A review. IEEE Access, 8, 75264-75278..p.75272. p.75268.

表1 AI教育情境的技術

註：Chen, L., Chen, P., & Lin, Z. (2020). Artificial intelligence in education: A review. IEEE Access, 8, 75264-75278. p.75268.

 C. AI在教育中的角色（THE ROLE OF AI IN EDUCATION）

AI非常強大，有潛力在社會的不同領域中滲透並帶來重大變革，其中教育領域很可能受到AI的重大影響。AI已被應用於教育領域，並在不同方面帶來了改善，尤其是在管理和教學方面，並進而影響學生的學習。

AI確實以不同的方式應用於教育機構，包括自動化行政流程和任務、課程和內容開發、教學和學生學習過程。AI提高了行政任務的效率，例如透過使用網路平台或電腦程序的自動化來審閱學生的作業、評分和提供回饋。

教育領域中應用AI的其他領域還包括課程和內容開發，以及利用虛擬實境、網路平台、機器人技術、視訊會議、視聽文件和3D技術等科技進行教學，使學生能夠更好地學習、教師更加高效，學生也獲得了個人化且豐富的學習或教育體驗。

表2 AI在教育情境中提供的功能（The functions AI provides in educational scenarios）

	在教育領域中AI可協助進行的工作
行政	快速完成占用教師大部分時間的行政任務，如評分考試和提供回饋。 識別每位學生的學習風格和偏好，幫助他們建立個人化的學習計畫。 協助教師進行做決策和數據相關的工作。 及時且直接地給予學生回饋並與他們共同努力。
教學	預測學生在各科和專題中的表現，以及輟學的可能性。 分析課程大綱和教材，並制定的量身打造的內容。 允許課堂外的教學，擴展到更高層次的教育，並支持協作。 根據學生的個人數據為每位學生量身定制教學方法。 幫助教師創建學生的個人化學習計劃。
學習	發現學生學習的不足之處並在早期加以解決 為學生制定大學選課策略。 透過搜集學習數據預測每位學生的職業道路。 檢測學習狀態並對學生進行智慧自適應干預（intelligent adaptive intervention）。

註：Chen, L., Chen, P., & Lin, Z. (2020). Artificial intelligence in education: A review. IEEE Access, 8, 75264-75278..p.75272

III. AI在教育中的影響

教育管理層面

AI在教育中的應用以其不同形式和功能對教育的管理和管理功能產生了重大影響。它使教師能夠更有效地履行他們的管理職能，例如評分和提供學生回饋、檢查抄襲等等。AI使教師顯著減少了文書方面的工作量，特別是在執行各種管理職務方面，從而使他們能夠專注於他們的核心職責，即制定課程以及教學。在AI的幫助下，執行行政管理職務變得更加容易，提高了教師在提供指導和指導學生方面的效率和效果。

教學層面

教師在教學中迅速接受和使用不同形式的AI，因此AI在教學中的應用或作為教學工具對教育的這一方面產生了重大影響。許多研究顯示，AI促進了教學的質量、效果和效率。

無論在線上或網路學習平台，從課程開發階段到實際內容或教學實施，AI確保了課程內容的改進和傳遞。

AI的發展和應用，在線上和網路學習平台上容易進行整合，確實實現了教學改進，因為AI為這些平台提供了更好的教學工具。例如，Peredo等人討論了基於觀察和學習者行為的自適應IWEBS和教學的重要性，平台透過AI協助設計教學方法，並改善了學習的質量和教學的效果。Phobun和Vicheanpanya的研究強調了遊戲化對教學品質的好處，遊戲化與虛擬實境、3D技術相結合，這些技術皆能夠被應用於追求教學效果和效率。其他研究也討論了具有對話功能、表情豐富的機器人，皆能提升教學品質，因為它們具有改進的能力和與人類相似的認知歷程，能夠與學習者進行互動。

學習層面

AI能夠追蹤學習進度，包括知識和理解，並利用這些結果來增強系統，以根據學生的需求和能力建議學習內容，因而可以激發學生學習的積極性。Mikropoulos和Natsis討論了其他相關技術對學習的好處，他們觀察到實作經驗和體驗式學習，能提高學習品質，他們的研究所強調的VR、3D技術可在學習中起關鍵作用，包括可用性、樂趣、學習熱情、動機和學生興趣。

Kahraman討論了AIWBES的重要原則，如自適應超媒體（adaptive hypermedia）、資訊過濾、班級監控和合作學習等方面觀察到，它們鼓勵學生之間的合作、互動和學習。Peredo等人也討論了AIWBE與學習質量改善之間的關係，因為該系統能夠根據已確定和評估的學習者行為調整和制定教學方法和內容。而網路平台的優點以及對學習的改善包括促進全球教育的可及性和可負擔性，且這些平台通常提供了更好的學習體驗。其他研究還突顯了AI對於學習的優勢和影響。例如，AI已被用於鼓勵和促進學術倫理，透過使用修訂和寫作助手改善研究和學習。

然而，也有研究發現AI對學習可能產生的不利或負面影響。Crowe等人觀察到，AI也可能鼓勵不誠實行為並危及學術倫理，因為它可能使學生使用論文代寫網站或平台。然而，總的來說，AI對學習的好處超過了其缺點與挑戰。

結論

電腦及其相關技術的發展促使了研究和創新的興起，並使得人工智慧能夠在不同領域的發展和應用，特別是個人電腦的發展、後來增強的處理和計算能力，以及在不同機器、設備和平台中嵌入電腦科技的能力，鼓勵了人工智能的發展和應用，並顯示出其對所涉及的領域具有重大影響。

人工智慧已在教育領域廣泛應用，教育中的人工智慧最初是以電腦和相關系統的形式出現，後來演變為網路和線上教育平台。嵌入式系統使得可以使用機器人，例如協作機器人或仿真機器人作為教師的同事或獨立教師，聊天機器人則可執行教學相關功能。使用這些平台和工具提高了教師的效能和效率，從而實現了更豐富或更高品質的教學。

人工智慧也為學生提供了更好的學習體驗，因為人工智慧使得教材能夠根據學生的需求和能力進行個人化的制定。整體而言，人工智慧對教育產生了重大影響，特別在於教育領域的管理、教學和學習方面。

ABSTRACT

The purpose of this study was to assess the impact of Artificial Intelligence (AI) on education. Premised on a narrative and framework for assessing AI identified from a preliminary analysis, the scope of the study was limited to the application and effects of AI in administration, instruction, and learning. A qualitative research approach, leveraging the use of literature review as a research design and approach was used and effectively facilitated the realization of the study purpose. Artificial intelligence is a field of study and the resulting innovations and developments that have culminated in computers, machines, and other artifacts having human-like intelligence characterized by cognitive abilities, learning, adaptability, and decision-making capabilities. The study ascertained that AI has extensively been adopted and used in education, particularly by education institutions, in different forms. AI initially took the form of computer and computer related technologies, transitioning to web-based and online intelligent education systems, and ultimately with the use of embedded computer systems, together with other technologies, the use of humanoid robots and web-based chatbots to perform instructors’ duties and functions independently or with instructors. Using these platforms, instructors have been able to perform different administrative functions, such as reviewing and grading students’ assignments more effectively and efficiently, and achieve higher quality in their teaching activities. On the other hand, because the systems leverage machine learning and adaptability, curriculum and content has been customized and personalized in line with students’ needs, which has fostered uptake and retention, thereby improving learners experience and overall quality of learning.

INDEX TERMS Education, artificial intelligence, leaner.