人工智能背景下的教育融合困境與路徑選擇

摘要：大數(shù)據(jù)方興未艾，人工智能洶涌而至，深刻地影響并改變著人們的生產(chǎn)與生活。以大數(shù)據(jù)、并行計(jì)算、深度學(xué)習(xí)為內(nèi)驅(qū)力的人工智能引動(dòng)著現(xiàn)代教育的智能化發(fā)展，成為促進(jìn)教育前進(jìn)發(fā)展的重要引擎，賦予教育以巨大的“智慧”力量。在人工智能巨大的發(fā)展機(jī)遇下，教育想要搶占先機(jī)，必須提前布局。但當(dāng)前人工智能教育處于初步發(fā)展階段，在教育發(fā)展上面臨著諸多難題。對(duì)此，可從教育人工智能的基礎(chǔ)設(shè)施、大數(shù)據(jù)挖掘與采集、學(xué)科體系與師資隊(duì)伍建設(shè)、“政企學(xué)研”合作四方面，初步探索人工智能與教育的深度融合之道。

關(guān)鍵詞：人工智能;教育人工智能;大數(shù)據(jù);深度學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：G40-012文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-7836（2019）12-0004-03

人工智能（Atificial Intelligence，AI），從其概念衍生至今，已歷經(jīng)60余年，其發(fā)展勢(shì)頭越發(fā)迅猛，深刻影響著人們的生活、社會(huì)發(fā)展乃至世界經(jīng)濟(jì)，人工智能漸趨成為全球領(lǐng)先的科技之一，其影響力與號(hào)召力不容小覷?，F(xiàn)如今，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已將人工智能納入國(guó)家重要科技創(chuàng)新戰(zhàn)略之中。人工智能的發(fā)展為各行各業(yè)提供了無(wú)限的發(fā)展空間，無(wú)人駕駛、無(wú)人超市、AlphaGo戰(zhàn)勝人類、智能機(jī)器人、面部識(shí)別、人臉支付等，種種人工智能技術(shù)的應(yīng)用改變著人們的生產(chǎn)、生活、工作方式。近年來(lái)，在教育領(lǐng)域，不管是關(guān)于教育人工智能的學(xué)術(shù)研究，還是教育人工智能產(chǎn)品的衍生換代，抑或是各項(xiàng)人工智能教育應(yīng)用案例，都在昭示著人工智能在教育領(lǐng)域的巨大發(fā)展?jié)摿εc引動(dòng)力。在2018首屆中國(guó)智能教育大會(huì)上，中國(guó)工程院院士李德毅提出：“中國(guó)要在2030年實(shí)現(xiàn)成為世界人工智能高低戰(zhàn)略目標(biāo)，必須實(shí)現(xiàn)教育先行，普及人工智能教育，可逐步實(shí)現(xiàn)‘萬(wàn)校使用，億人受益?！闭\(chéng)如彼得·德魯克所言：“我們身處不斷變革的時(shí)代，教育必須成為尚無(wú)明確的新工作的先行者，為其發(fā)展做好準(zhǔn)備。”教育作為社會(huì)子系統(tǒng)，與社會(huì)發(fā)展有著高度的同構(gòu)性特征，人工智能的基礎(chǔ)性與通用性深切影響著教育行為，在現(xiàn)實(shí)與虛擬環(huán)境并存的時(shí)代，信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)等加速了人工智能與教育的深度融合。人工智能時(shí)代，現(xiàn)代教育應(yīng)緊抓機(jī)遇，厘清挑戰(zhàn)，探索人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用生態(tài)[1]。

一、人工智能的源起與發(fā)展

（一）人工智能的內(nèi)涵

1956年，美國(guó)達(dá)特茅斯會(huì)議中約翰·麥卡錫初步確定人工智能（Artificial Intelligence，AI）這一概念，初始意義在于使計(jì)算機(jī)具有人腦般的學(xué)習(xí)、思考與認(rèn)知能力，模擬人的智能。20世紀(jì)70年代，人工智能開(kāi)始在理論及產(chǎn)品實(shí)踐應(yīng)用方面得到深度發(fā)展，如機(jī)器定理證明、博弈、模式識(shí)別、機(jī)器人、機(jī)器翻譯等，人工智能開(kāi)始了對(duì)人的語(yǔ)言理解、邏輯推理、求知解答等能力的模擬。伴隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)今的人工智能技術(shù)更具前瞻性與科技性，在很多領(lǐng)域已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)替代人工而開(kāi)展智能工作[2]?，F(xiàn)代人工智能是人創(chuàng)造出的與人類道德、價(jià)值觀念、情感理念相符，可以自主完成學(xué)習(xí)、思考、決策、執(zhí)行、協(xié)助等的智能機(jī)器，借助人工智能技術(shù)拓展人的智能。通過(guò)感知環(huán)境、學(xué)習(xí)知識(shí)、自主思考等得到預(yù)期結(jié)果。人工智能涉及諸多學(xué)科，覆蓋各個(gè)領(lǐng)域。（1）計(jì)算機(jī)視覺(jué)：圖像識(shí)別與處理;（2）語(yǔ)言理解：語(yǔ)言識(shí)別、合成、對(duì)話;（3）邏輯推理：辨識(shí)、認(rèn)知各種社會(huì)及物理常識(shí);（4）博弈：智能交互性對(duì)抗，或協(xié)調(diào)融合;（5）學(xué)習(xí)：機(jī)器建模、工具分析，基于統(tǒng)計(jì)的計(jì)算。

（二）人工智能的歷史沿襲與現(xiàn)代發(fā)展

1.人工智能的歷史沿襲——三次發(fā)展浪潮

“人工智能”這一術(shù)語(yǔ)自其問(wèn)世，已經(jīng)過(guò)了60余年的發(fā)展歷程，其經(jīng)歷了三次發(fā)展浪潮：第一次浪潮（1956年至20世紀(jì)80年代），這一階段是“人工智能”的興起浪潮。1956年，約翰·麥卡錫在達(dá)特茅斯夏季研討會(huì)上提出“人工智能”的概念，自此，人工智能正式走入公眾視野。隨后，被稱為人工智能先驅(qū)的艾倫·圖靈在人工智能領(lǐng)域提出“圖靈測(cè)試”，測(cè)試中將人機(jī)分隔，倘若測(cè)試者中超過(guò)1/3的人無(wú)法確定被測(cè)試的是人或是機(jī)器，則機(jī)器通過(guò)測(cè)試，這便是最初的人工智能。由此，掀起了人工智能領(lǐng)域的首輪浪潮。從1956年到20世紀(jì)80年代，在人工智能的首輪發(fā)展浪潮中，人工智能在研究方法上出現(xiàn)了基于抽象符合、邏輯推理符號(hào)、自然語(yǔ)言處理的符號(hào)主義方法，人機(jī)交互中以專家系統(tǒng)、數(shù)學(xué)證明、邏輯推理為主要方法。但是在這一階段中，由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)仍處于初步發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)有限的運(yùn)算速度成為影響人工智能發(fā)展的主因。

第二次浪潮（20世紀(jì)80年代至90年代末），這一時(shí)期，科學(xué)家們?cè)谌斯ぶ悄艿难邪l(fā)上偏向于對(duì)人類知識(shí)的探索，即將人類知識(shí)引入人工智能系統(tǒng)，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別模式初現(xiàn)端倪?；趯I(yè)知識(shí)的“專家系統(tǒng)”（Expert System）不斷發(fā)展，但由于專業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部推理機(jī)制與知識(shí)表示的不完善，加之計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)置的不健全，導(dǎo)致“專家系統(tǒng)”的熱度逐漸降低，二次浪潮隨之減退。

第三次浪潮（21世紀(jì)初至今），21世紀(jì)計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，在很大程度上推動(dòng)了人工智能的發(fā)展。2006年，加拿大計(jì)算機(jī)科學(xué)家喬弗瑞·欣頓提出“深度學(xué)習(xí)”，自此，人工智能的第三次浪潮被掀起，而“深度學(xué)習(xí)”被視為人工智能第三次浪潮興起的標(biāo)桿。2015年以深度學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的人工智能的圖像識(shí)別算法，其準(zhǔn)確率首次超過(guò)人眼，這標(biāo)志著人工智能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。隨后，深度學(xué)習(xí)在數(shù)據(jù)挖掘、語(yǔ)言識(shí)別等領(lǐng)域皆有著飛躍式的進(jìn)步與發(fā)展。2017年，人工智能更是有了前所未有的多元化發(fā)展，無(wú)人駕駛、無(wú)人超市、人臉識(shí)別、智能助理等走進(jìn)人們生活，2017年被稱為人工智能元年。百度、阿里、騰訊、科大訊飛等開(kāi)始了AI行業(yè)應(yīng)用平臺(tái)的建立，人工智能技術(shù)、智能系統(tǒng)、智能平臺(tái)、智能產(chǎn)品的產(chǎn)出等，為各行各業(yè)打開(kāi)了全新的發(fā)展空間，教育領(lǐng)域也有了無(wú)限的發(fā)展可能[3]。

2.人工智能的現(xiàn)代發(fā)展——上升至國(guó)家戰(zhàn)略高度

2013年，人工智能的發(fā)展進(jìn)入研發(fā)高潮期，中國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)、日本等科技強(qiáng)國(guó)將人工智能研發(fā)納入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，不斷加大對(duì)人工智能的研發(fā)力度，竭力在人工智能的快速發(fā)展中搶占制高點(diǎn)。隨之微軟、騰訊、阿里等大企業(yè)也開(kāi)始向人工智能領(lǐng)域進(jìn)軍，在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中，人工智能儼然已成為熱點(diǎn)。現(xiàn)今乃至未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間，人工智能的發(fā)展將會(huì)成為促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人類進(jìn)步的新引擎，對(duì)教育、文化、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)將產(chǎn)生不可估量的影響。

在我國(guó)，人工智能同樣備受社會(huì)各界關(guān)注，習(xí)近平總書(shū)記就人工智能發(fā)展的緊迫性做了系列講話。人工智能戰(zhàn)略被兩次寫入政府工作報(bào)告，被納入《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃綱要》之中，可見(jiàn)，我國(guó)對(duì)于人工智能戰(zhàn)略的重視程度。2018年，《政府工作報(bào)告》中，李克強(qiáng)總理提出，要“加大新一代人工智能研發(fā)應(yīng)用力度，教育、文化、醫(yī)療、養(yǎng)老等領(lǐng)域落實(shí)‘互聯(lián)網(wǎng)+”。同年，教育部發(fā)布《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，高校在人工智能及其教育發(fā)展上有了綱領(lǐng)性的指導(dǎo)。綜上可見(jiàn)，人工智能已成為國(guó)家、社會(huì)發(fā)展的焦點(diǎn)，緊抓這一機(jī)遇是國(guó)家重要發(fā)展戰(zhàn)略之一，更是現(xiàn)代教育發(fā)展的重要著力點(diǎn)[4]。

二、人工智能與教育融合的難點(diǎn)

（一）教育數(shù)據(jù)“質(zhì)”“量”有限，制約了人工智能技術(shù)深度融合

數(shù)據(jù)是人工智能得以實(shí)現(xiàn)與發(fā)展的基礎(chǔ)，優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)是保障人工智能價(jià)值得以充分發(fā)揮的要件。在教育活動(dòng)中，基于高質(zhì)量數(shù)據(jù)的人工智能可減少教育活動(dòng)中的重復(fù)性作業(yè)，減輕教師工作負(fù)擔(dān)，促進(jìn)個(gè)性化教學(xué)的實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)如今，教育行業(yè)涉及的數(shù)據(jù)量大，且難以大量采集。而人工智能在教育中的應(yīng)用實(shí)則是一個(gè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理的過(guò)程，基于數(shù)據(jù)分析導(dǎo)出流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的解釋和未來(lái)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)。教育領(lǐng)域中，難以將師生教與學(xué)活動(dòng)的全過(guò)程記錄下來(lái)，這樣便無(wú)法為人工智能提供全面的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。教與學(xué)活動(dòng)中的文本、音頻、超媒體多屬于半結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，此類數(shù)據(jù)沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，且內(nèi)容格式多樣。此外，較之醫(yī)療、金融等行業(yè)，教育行業(yè)的活動(dòng)屬于非線性活動(dòng)，很難在這些復(fù)雜凌亂、多樣、無(wú)固定模式的活動(dòng)中采集到標(biāo)準(zhǔn)化、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，無(wú)法為人工智能的融入提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。另外，新媒體時(shí)代，海量信息被越發(fā)離散化，學(xué)習(xí)時(shí)間更為零碎，學(xué)習(xí)方式更為多元且隨意，對(duì)于此類學(xué)習(xí)活動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集難度更大。

（二）教育內(nèi)容過(guò)于復(fù)雜，加大了人工智能與教育的融合難度

教育是一個(gè)尤為復(fù)雜多樣的體系統(tǒng)，涵蓋教學(xué)、科研、管理等多樣活動(dòng)，盡管在很多方面教育事業(yè)呈現(xiàn)出共性，但各個(gè)地區(qū)、各所學(xué)校都有著明顯的差異性，且差異性尤為突出。此外，各所學(xué)校在組織架構(gòu)、教學(xué)理念、辦學(xué)特點(diǎn)上也有很多不同，各個(gè)學(xué)科也有著不同的學(xué)科特點(diǎn)與知識(shí)體系，不同的教師在教學(xué)上更是有著自己的特點(diǎn)與方法。故此可見(jiàn)，教育與人工智能融合過(guò)程中，教學(xué)系統(tǒng)自身的多樣性與復(fù)雜性也影響著人工智能的融入[5]。教學(xué)活動(dòng)的多樣化和學(xué)生的差異化要求人工智能需朝向人性化方向發(fā)展，由此，加大了人工智能與教育的融入難度，在融合過(guò)程中需要針對(duì)教學(xué)活動(dòng)與師生的差異性進(jìn)行適應(yīng)性、針對(duì)性的“嫁接”，稍有不慎，便會(huì)形成枯枝敗葉，人工智能的價(jià)值便無(wú)法得到有效發(fā)揮。但是，現(xiàn)行的人工智能中的情緒識(shí)別技術(shù)還不能對(duì)復(fù)雜的情緒進(jìn)行有效識(shí)別，這樣便難以依靠人工智能技術(shù)輔助個(gè)性化的教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展。

三、人工智能與教育實(shí)現(xiàn)深度融合的路徑

人工智能的發(fā)展為教育的改革創(chuàng)新提供了全新的發(fā)展契機(jī)，對(duì)于提升教育教學(xué)質(zhì)量，開(kāi)展個(gè)性化教學(xué)，豐富教學(xué)內(nèi)容與形式，優(yōu)化人才培養(yǎng)模式等大有裨益。但當(dāng)前人工智能與教育的融合仍處于初步發(fā)展階段，教育人工智能發(fā)展瓶頸猶存。對(duì)此，本研究基于我國(guó)人工智能與教育發(fā)展現(xiàn)狀，立足于人工智能與社會(huì)發(fā)展大勢(shì)，提出以下融合路徑。

（一）完善教育人工智能基礎(chǔ)設(shè)施，促進(jìn)人工智能教育工程落地

現(xiàn)階段，在教育人工智能發(fā)展仍存有諸多難點(diǎn)的情況下，要想實(shí)現(xiàn)教育人工智能，可以以新課程改革為契機(jī)，以問(wèn)題為導(dǎo)向，以目標(biāo)為核心，以深化應(yīng)用為基點(diǎn)，推動(dòng)人工智能技術(shù)的落實(shí)。針對(duì)人工智能在教育領(lǐng)域的融合，完善相關(guān)數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。譬如，研制“教育知識(shí)圖譜”，建構(gòu)“自適應(yīng)考試系統(tǒng)”，為人工智能與教育的融合奠定基礎(chǔ)，推動(dòng)人工智能與教育活動(dòng)、教育設(shè)計(jì)、教育測(cè)評(píng)等的落地，杜絕“口號(hào)型、表象化”的教育形式。此外，可加大對(duì)教育智能產(chǎn)品的研發(fā)力度，教育專家與人工智能專家加強(qiáng)合作，基于教育與人工智能的發(fā)展需求，探索教育人工智能融合點(diǎn)，促進(jìn)人工智能教育工程的落地[6]。

（二）制定教育數(shù)據(jù)采集規(guī)范，以大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)教育人工智能的發(fā)展

通觀人工智能在教育領(lǐng)域的發(fā)展史，從最初的以知識(shí)為基礎(chǔ)的知識(shí)表示，到后期以深度學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的語(yǔ)言、語(yǔ)音與圖像識(shí)別，機(jī)器習(xí)得逐步替代人腦的習(xí)得。在人工智能的發(fā)展上，除了算法模型的改進(jìn)，更需要大數(shù)據(jù)這一助力劑。人工智能與教育的深度融合正是需要以大數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，以云計(jì)算、數(shù)據(jù)采集、智能感知等作為基礎(chǔ)優(yōu)化信息化環(huán)境，以教育數(shù)據(jù)標(biāo)簽的有效應(yīng)用提高教育數(shù)據(jù)質(zhì)量?；跀?shù)據(jù)安全的保護(hù)，建構(gòu)人工智能教育數(shù)據(jù)共享機(jī)制，以大數(shù)據(jù)推動(dòng)人工智能與教育的有機(jī)融合。

（三）健全教育課程模式，完善人才培養(yǎng)體系

基于《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》等，中小學(xué)校及各高校應(yīng)清晰認(rèn)識(shí)人工智能與教育的融合方向，中小學(xué)校不斷完善自身學(xué)科體系，高校應(yīng)著力完善人工智能學(xué)科設(shè)置，針對(duì)高校學(xué)科建設(shè)內(nèi)容，增設(shè)人工智能專業(yè)，落實(shí)一級(jí)學(xué)科建設(shè)，構(gòu)建起“人工智能+學(xué)科”的人才培養(yǎng)模式。在高中課程設(shè)置上，推動(dòng)人工智能教育的普及，落實(shí)信息技術(shù)新課程標(biāo)準(zhǔn)，增設(shè)人工智能課程，如《數(shù)據(jù)分析與管理》《初步人工智能》等，同時(shí)完善相關(guān)配套設(shè)施[7]。對(duì)于中小學(xué)校，則可引導(dǎo)有條件的學(xué)校開(kāi)設(shè)人工智能相關(guān)課程，設(shè)置配套實(shí)驗(yàn)室。綜上，通過(guò)人工智能課程體系的設(shè)置，在中小學(xué)校乃至高校普及并落實(shí)人工智能教育。此外，強(qiáng)化對(duì)人工智能專業(yè)化教師的培養(yǎng)，為人工智能教育的發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)的師資隊(duì)伍。有條件的中小學(xué)校與高校開(kāi)設(shè)人工智能相關(guān)課程，同時(shí)培養(yǎng)高水平、專業(yè)化教師隊(duì)伍，強(qiáng)化教師在人工智能教育上的專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備，提高其教學(xué)能力。對(duì)此，可在教師基本素養(yǎng)培養(yǎng)中加入人工智能相關(guān)教育培訓(xùn)內(nèi)容，提高教師人工智能教育的專業(yè)化水平。

四、結(jié)束語(yǔ)

人工智能與教育的發(fā)展乃大勢(shì)所趨，是教育現(xiàn)代化發(fā)展的現(xiàn)實(shí)之選。中國(guó)想要立足于世界，在大力發(fā)展教育的基礎(chǔ)上，應(yīng)緊抓人工智能發(fā)展這一機(jī)遇，厘清人工智能的發(fā)展本質(zhì)，探索人工智能與教育的融合之道，完善人工智能教育基礎(chǔ)設(shè)施，挖掘人工智能教育領(lǐng)域大數(shù)據(jù)，加強(qiáng)學(xué)科建設(shè)，培養(yǎng)高水平師資隊(duì)伍，加強(qiáng)“政企學(xué)研”的合作，開(kāi)創(chuàng)教育人工智能新局面。

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The Dilemma and Path Selection of Educational

Integration under the Background of Artificial Intelligence

XU Dan

（School of Software and Design， Nanjing Institute of Railway Technology， Nanjing 210015， China）

Abstract：Big data is in the ascendant， and artificial intelligence is surging in， which profoundly affects and changes peoples production and life. Artificial intelligence， driven by big data， parallel computing and in-depth learning， drives the intelligent development of modern education， and becomes an important engine to promote the development of education， giving education great “wisdom” power. Under the enormous development opportunity of artificial intelligence， education must be laid out in advance if it wants to take the lead. However， the current artificial intelligence education is in the initial stage of development and faces many difficulties in the development of education. For this， we can explore the way of deep integration of artificial intelligence and education from four aspects： the infrastructure of artificial intelligence， data mining and collection， the construction of discipline system and faculty， and cooperation between “government， enterprise， education and research”.

Key words：artificial intelligence; educational artificial intelligence; big data; deep learning

（責(zé)任編輯：朱嵐）

doi：10.3969/j.issn.1001-7836.2019.12.002

收稿日期：2019-04-26

作者簡(jiǎn)介：徐丹（1983—），女，江蘇徐州人，副教授，碩士，從事二維動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)教學(xué)研究。