探究人工智能在教育领域的应用——以大语言模型为例

摘要：随着人工智能技术的不断发展，大语言模型（LLMs）已经成为各行各业的重要工具。本文旨在探讨大语言模型在教育领域的应用现状、挑战和前景，提出一套切实可行的解决方案，以期为教育行业带来革新。通过对大语言模型的原理、应用案例以及在教育领域的具体应用进行深入分析，本文提出了一个综合性的实施方案，旨在提升教育质量和效率。

一、引言

近年来，人工智能技术迅速发展，尤其是大语言模型在多个领域展现出巨大的潜力。大语言模型通过大量数据训练，能够生成高质量的文本内容，并具备强大的自然语言理解能力。近年来，大语言模型在金融、医疗、教育等行业中得到了广泛应用。其中在教育领域，大语言模型可以用于自动化作业批改、个性化学习推荐、智能辅导等多种场景，极大地提升了教学效率和学习体验。本文将基于大语言模型的基本原理，分析其在教育领域的前沿应用实例，以提出我个人的分析设想、问题剖析和解决方案。

二、大语言模型的基本原理

大语言模型基于深度学习技术，通过从大规模文本数据中学习语言规律，生成连贯、逻辑严谨的文本内容。这些模型通常包括多层神经网络，每一层都负责处理不同层次的语义信息，从而实现复杂的语言生成任务。以下是详细的解释：

1.核心技术：

神经网络：大语言模型的核心是一个深度神经网络，通常采用基于Transformer的模型。这种模型能够处理大量的文本数据，并从中学习语言的语法、语义和上下文信息。

预训练：大语言模型通过在大规模文本数据集上进行预训练来学习语言的基本规律和模式。预训练阶段，模型会接收大量的文本输入，并对这些输入进行编码，然后解码以生成输出预测。

2．训练方法：

监督学习：大语言模型的训练通常采用监督学习方法，即在一个巨大的语料库中，将每个文本序列作为一个样本输入到模型中，对其进行训练，从而使得模型学会如何预测和生成人类语言。

分布式训练：由于大语言模型需要处理的数据量非常庞大，因此通常采用分布式训练技术来分配计算任务到多个计算节点上，以提高训练效率。

三、大语言模型在教育领域的应用案例

（一）一些大型企业的模型举例

1.阿里通义千问：阿里集团的大型预训练语言模型“阿里通义千问”被应用于AI教育，实现了个性化教学、自适应学习系统和智能答疑。该模型通过AIGC生成个性化内容，适应不同学生的需求，优化教育资源配置，推动教育创新。在教育场景中，模型提供实时反馈，定制学习路径，促进教学质量提升。

2.网易有道“子曰”：2023年7月，网易有道推出了教育领域垂直大模型“子曰”，并为不同学习场景设计了定制化模型，以实现模型与场景的契合。发布了多种应用，如“LLM翻译”、“虚拟人口语教练”、“AI作文指导”、“语法精讲”、“AI Box”以及“文档处理”等。

3.好未来TAL-EduBERT：好未来开源了教育领域首个在线教学中文预训练模型TAL-EduBERT。该模型基于超过2000万条教育领域中文ASR文本数据建立，旨在帮助解决教育领域的语言处理问题。

4.作业帮银河大模型：作业帮推出了银河大模型，该模型深度融合了作业帮多年的AI算法沉淀和教育数据积累，能根据学生的学习情况提供个性化的学习建议。

5.Duolingo AI Agent：Duolingo背后的智能AI Agent通过自然语言处理技术，提供个性化的语言学习计划，并根据用户的学习进度和表现进行调整。

（二）大语言模型与课堂学习的结合运用

1.自动化作业批改：利用大语言模型进行自动化作业批改，可以显著减轻教师的工作负担。例如，Lang Chain库提供了一套完整的解决方案，通过结合大语言模型和知识库，能够快速准确地完成作业批改任务。

2.个性化学习推荐：大语言模型可以根据学生的学习历史和偏好，生成个性化的学习资源推荐。例如，某些平台已经开始使用大语言模型来推荐适合学生的课程和练习题，从而提高学习效率。

3.智能辅导：智能辅导系统通过大语言模型生成针对性的辅导内容和解答疑问，帮助学生更好地理解复杂的概念。例如，一些在线教育平台已经开始使用大语言模型来提供24小时不间断的智能辅导服务。

四、运用大语言模型的技术挑战

在教育领域中，大语言模型面临的主要技术挑战包括以下几个方面：

1.生成幻觉：大语言模型在生成文本时可能会产生所谓的“幻觉”，即生成与事实不符的内容。这种现象在教育应用中尤为重要，因为它可能误导学生和教师，影响教学质量。

2.多轮问答效果：在教育问答系统中，大语言模型需要处理多轮对话，这对模型的理解能力和连贯性提出了更高要求。如何确保模型能够准确理解并回应复杂的多轮对话是一个重要挑战。

3.无样本（少样本）学习：在实际应用中，往往难以获得大量标注数据。如何让大语言模型在少样本的情况下仍然表现出色，是一个技术难题。

4.多模态融合：教育应用中常常涉及到多种类型的数据，如文本、图像、声音等。如何有效地将这些不同类型的数据整合到一个统一的大语言模型中，是另一个技术挑战。

5.生成式人工智能的控制：生成式人工智能（如GPT系列模型）在教育中的应用需要严格的控制，以防止生成不当或有害的内容。这需要研发自主可控的认知大模型，并制定相应的政策框架。

6.师资素养培养：随着AI技术在教育中的广泛应用，教师和学生需要具备一定的人工智能素养，以便更好地利用这些工具进行教学和学习。这也是一个重要的挑战。

五、一个高风险的问题——数据隐私和安全问题

在使用大语言模型时，应严格遵守数据隐私和安全规定，确保学生的个人信息不被泄露。如何实现呢？我认为有以下几种策略：

1.数据脱敏：在AI模型训练阶段，应对人名、ID、密码等敏感数据进行脱敏处理，以降低隐私数据泄露的风险。例如，可以通过替换或掩盖敏感信息来保护个人隐私。

2.匿名化：将学生数据进行匿名化处理，即去除或隐藏能够识别个体的信息，使得数据在不影响其使用价值的情况下，不再直接关联到特定个人。

3.差分隐私：利用差分隐私技术在模型训练过程中添加噪声，保护个体数据的隐私。这一技术已被广泛应用并证明其有效性。通过这种方式，即使数据被泄露，也难以追溯到具体个体。

4.同态加密：在数据传输和存储过程中使用同态加密技术，确保即使数据在明文形式下被访问或篡改，其原始内容也无法被获取。这可以有效防止数据在传输和处理过程中的泄露。

5.严格的权限管理：在AI模型的设计、训练和应用各个阶段，实施严格的权限管理措施，确保只有授权人员才能访问敏感数据。

6.全生命周期保护标准体系：构建一个涵盖生成式AI模型设计、训练和应用不同阶段的个人信息保护标准体系。在设计阶段，应制定清晰完整的隐私声明框架；在训练阶段，应严格确保模型训练过程中的数据安全。

7.辅助安全模型：在大语言模型的输出结果之上叠加一个辅助安全模型，检查用户查询并添加安全提示，以进一步增强模型的安全性。

8.合规要求：确保所有数据处理活动符合PCI-DSS、HIPAA等相关法律法规的要求，以保障数据处理的合法性和安全性。

六、为能够顺利普及运用所需要完成的工作

欲将大语言模型运用于教育领域，那么最根本最重要的一环就是要提高教师和学生对大语言模型技术的接受度和理解能力。我认为可以采取以下可行策略：

1.组织专业培训：组织专门的师资培训班，如复旦大学和吉林大学联合举办的“大模型与人工智能”师资培训班，重点阐释大模型的产品能力、技术原理等内容。此外，还可以参考信息工程学院教师参加的“ChatGPT大语言模型技术及应用”培训活动，该培训旨在推动教师对ChatGPT及大语言模型技术的深入学习和应用实践。

2.展示具体应用案例：通过生动的实例和细致的讲解，让教师了解如何有效地利用提示词来提高大语言模型的应用效率和精确度。例如，可以展示大语言模型在阅读和总结大量文本中的应用，这样可以节省学生和教师的时间。

3.提升数字素养：根据技术接受模型和教育技术整合理论，提升教师的数字素养是关键。展现技术在教育教学工作中的具体应用和价值尤为重要，这样才能激发教师的内在动力。百度飞桨积极推动“AI大模型赋能教师教学工作坊”，以响应教育部对具备数字素养的师资队伍建设的要求。

4.提供实训和科研解决方案：根据学校教学实训需求提供大语言模型的部署及教学所需的配套课程及案例助力教学创新，同时可根据各专业领域对大语言模型在不同场景和任务的科研需求提供基于专业硬件设施与软件工具的支持。

5.持续关注和探讨：在教育论坛上全方面探讨人工智能对教育变革和人才培养的影响，强调大语言模型作为支撑智能教育的最新技术手段，值得持续的关注。

七、总结

人工智能中的大语言模型在教育领域有着广阔的运用前景和可能性，其突出的数据计算分析能力使之能够对教育工作者以及学生得到有效的帮助，但想实际应用之还是不乏明显的问题和挑战，相信经过上述方案的实施，能够有效推进大语言模型在教育领域的最终普及应用。