推進人工智能促進教育教學(xué)改革研究

王子敏，黃忠義

（1.南京郵電大學(xué) 經(jīng)濟學(xué)院，江蘇 南京 210023；2.南京郵電大學(xué) 管理學(xué)院，江蘇 南京 210000）

一、引言

科技與教育二者之間關(guān)系密切，科技的發(fā)展離不開教育，并對教育的發(fā)展起到促進作用；同時教育對科技也起著決定性作用，沒有教育科技的發(fā)展就無從談起。

2016 年，東中西三大區(qū)域的教育經(jīng)費分別為175 413 827 萬元、97 864 019 萬元、70 515 130 萬元，教育基本建設(shè)投資分別為19 806 836 萬元、10 445 203 萬元、8 237 978 萬元。從經(jīng)費和基本建設(shè)投資兩個方面來看，區(qū)域間教育差距還是比較大也較為明顯。具體來看，東部地區(qū)的教育資源投入最多、發(fā)展程度最高，中部地區(qū)次之，西部地區(qū)最為落后，形成了區(qū)域教育發(fā)展參差不齊的格局現(xiàn)狀。隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)也在逐漸發(fā)展并日趨成熟，在區(qū)域教育資源差距較大的背景下，如何利用人工智能技術(shù)來彌合縮小中西部地區(qū)，尤其是農(nóng)村、邊遠、貧困地區(qū)與東部地區(qū)的教育差距，對于提高中西部地區(qū)的教育質(zhì)量和水平，推動區(qū)域間教育協(xié)調(diào)發(fā)展具有十分重要的意義。

二、文獻綜述

技術(shù)進步對于教育發(fā)展起著決定性的作用，同時教育的發(fā)展也能夠促進科技在新質(zhì)的基礎(chǔ)上繼續(xù)進步，因此國內(nèi)外有許多學(xué)者研究了人工智能技術(shù)對教育的影響。在已有的文獻研究中，有學(xué)者關(guān)注人工智能如何影響教育以及影響的方式。如單戈和楊柳（2019）[1]認為人工智能與教育的結(jié)合，應(yīng)以學(xué)生為主體，尊重學(xué)生的地位。同時人工智能可以對不同的個體差異性進行科學(xué)、合理、有效性的幫助，降低學(xué)生的壓力以及激發(fā)學(xué)生課堂聽課興趣。王竹立（2018）[2]認為人工智能可能是有史以來最具革命性的技術(shù)，其對教育的沖擊影響也非常大，所以應(yīng)從培養(yǎng)什么樣的人和如何培養(yǎng)人兩方面來考慮其對教育的影響。伍紅林（2019）[3]認為人工智能時代的教育學(xué)將有兩種發(fā)展路徑：一是面對人工智能的正面沖擊，教育學(xué)的必然回應(yīng)；二是面對人工智能的挑戰(zhàn)和潛在危險，教育學(xué)的可能回應(yīng)。Roll 和Wylie（2016）[4]認為人工智能教育是一個進化過程，應(yīng)重點關(guān)注當(dāng)前的課堂實踐，與教師合作以及技術(shù)和領(lǐng)域的多元化，同時主張將技術(shù)嵌入學(xué)生的日常生活中。Popenici 和Kerr（2017）[5]認為將AI 納入教與學(xué)的機會，高等教育機構(gòu)預(yù)見了無限的可能性和挑戰(zhàn)，應(yīng)進一步研究教師的新角色，以更高的學(xué)歷屬性為重點，為高學(xué)歷學(xué)生提供新的學(xué)習(xí)途徑，尤其是想像力，創(chuàng)造力和創(chuàng)新，是機器幾乎無法復(fù)制的一些能力和技能。

也有許多學(xué)者關(guān)注如何縮小不同區(qū)域的教育差異以及如何用技術(shù)彌合鴻溝。如鄭展鵬和岳帥（2017）[6]基于省際面板數(shù)據(jù)模型，研究我國各教育階段教育資源區(qū)域配置差異的動態(tài)趨勢，結(jié)果顯示高等教育階段最快，義務(wù)教育階段次之，中等教育階段最慢。胡小勇和卞金金（2010）[7]通過問卷及訪談?wù){(diào)查分析研究了不同區(qū)域信息化教育資源配置的區(qū)域性差異現(xiàn)象，針對如何解決數(shù)字鴻溝等問題提出了相關(guān)對策建議。文軍和顧楚丹（2017）[8]基于國家教育統(tǒng)計數(shù)據(jù)，比較了中國城鄉(xiāng)基礎(chǔ)教育資源分配的發(fā)展及其差異狀況，重點分析了這種差異狀況可能帶來的社會后果。史平（2015）[9]通過對山東省部分綜合類型高校學(xué)生進行的關(guān)于城鄉(xiāng)不同生源地教育背景差異的研究，提出了一些可供參考的合理配置城鄉(xiāng)教育資源的措施。

通過以上文獻梳理發(fā)現(xiàn)，有許多學(xué)者研究了區(qū)域教育的差異與對策，也有學(xué)者研究了技術(shù)進步對教育的影響。本文將從另一個視角，基于區(qū)域教育的較大差距，研究如何利用人工智能技術(shù)來縮小教育鴻溝，從而促進教育公平。

三、中西部區(qū)域教育需求與技術(shù)及應(yīng)用特征

（一）中西部教育需求表現(xiàn)

在新時代條件下，有許多東部地區(qū)的學(xué)生享受著互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化時代帶來的教育資源，操作著先進的實驗裝置，這些學(xué)生成長在數(shù)字化環(huán)境中，被稱為數(shù)字土著一代。而在中西部地區(qū)有許多他們的同齡人卻不能享受同等的教育，只能用著別人流傳下來的資源，老師也只能通過簡單的方式向他們傳遞知識。據(jù)統(tǒng)計，全國共有鄉(xiāng)村教學(xué)點8.68 萬個，偏遠地區(qū)的學(xué)校在硬件條件、師資隊伍、教學(xué)管理諸多方面與大城市的學(xué)校存在較大差距。

隨著時代的發(fā)展，中西部教育也表現(xiàn)出了新的需求特征。主要體現(xiàn)在以下三個方面：第一，軟硬件設(shè)施的建設(shè)。軟件和硬件設(shè)施建設(shè)是中西部教育發(fā)展的基礎(chǔ)和載體，有了這些基礎(chǔ)設(shè)施載體可以使教育變得高效便捷，同時可以在很大程度上與未來的技術(shù)對接，縮小與東部地區(qū)教育的差距。第二，師資隊伍建設(shè)。伴隨中西部教育的發(fā)展進步，對任職老師的要求也變的越來越高，如軟硬件裝備的使用、教育思想和質(zhì)量的改變等，都需要引進高素質(zhì)、高質(zhì)量的人才。但是由于相關(guān)條件的限制和缺乏，很難吸引到高質(zhì)量的師資人才。尤其是在技術(shù)不斷進步的時代條件下，對高質(zhì)量人才的需求表現(xiàn)得更加突出。第三，教育資源共享。雖然中西部教育有了很大的進步，但是在某種程度上，與東部地區(qū)教育資源的差距還是很大。東部地區(qū)的教育資源在與中西部地區(qū)共享過程中存在著許多問題，如共享方式、教育范式等方面。

（二）人工智能的技術(shù)特征

人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)，嚴格上來說是計算機科學(xué)的一個分支，該領(lǐng)域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。

人工智能主要的特點表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，是從人工知識表達到大數(shù)據(jù)驅(qū)動的知識學(xué)習(xí)技術(shù)。人工智能的發(fā)展需要以大數(shù)據(jù)為核心，通過大數(shù)據(jù)的積累，分析、挖掘、判斷人類相關(guān)行為，并最終模擬人的“智慧”自主學(xué)習(xí)。第二，是從分類型處理的多媒體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)向跨媒體的認知、學(xué)習(xí)、推理，這里的“媒體”主要是指不同的界面或者環(huán)境。隨著新一代信息技術(shù)的發(fā)展，包括物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)的逐漸成熟，人工智能以這些技術(shù)為依托，能夠在不同的交互環(huán)境實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)。第三，是從追求智能機器到高水平的人機、腦機相互協(xié)同和融合。人工智能的初期發(fā)展是實現(xiàn)機器的智能化以及自動化，伴隨著技術(shù)的成熟發(fā)展，機器可以實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、判斷，在中后期完全可以實現(xiàn)機器與人的高效協(xié)同，形成真正的人工“智”能。第四，是從聚焦個體智能到基于互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的群體智能，它可以把很多人的智能集聚融合起來變成群體智能。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的發(fā)展，萬物互聯(lián)將成為現(xiàn)實。依托互聯(lián)網(wǎng)為線，大數(shù)據(jù)為核心，智能機器為載體，云計算為保障，人工智能將從個體智能逐漸過渡到群體智能，完全可以實現(xiàn)少數(shù)人與絕大多數(shù)智能機器交互工作的任務(wù)，甚至只需要一人便可以讓智能機器與機器之間高效協(xié)同完成相關(guān)工作，即所謂的群體智能。第五，是從擬人化的機器人轉(zhuǎn)向更加廣闊的智能自主系統(tǒng)，比如智能工廠、智能無人機系統(tǒng)等。人工智能的最終目的是實現(xiàn)智能機器之間的高效、零誤差協(xié)同融合。初期人工智能的發(fā)展主要以機器擬人化為主，到了中后期主要是依靠智能自主系統(tǒng)結(jié)合智能機器來實現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)的無人化，簡言之，智能自主系統(tǒng)及機器的配合將大大減少人力的投入，但卻可以高效完成工作任務(wù)。

（三）人工智能在教育中的應(yīng)用特征

人工智能是一門利用計算機技術(shù)賦能機器模擬人類智能行為的科學(xué)，包括聲音圖像識別、判斷決策和自主學(xué)習(xí)等方面，是引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的重要驅(qū)動力，正深刻改變著人們的生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)方式。目前，人工智能研究主要依靠大數(shù)據(jù)和高性能計算技術(shù)的支撐，在教育中的應(yīng)用尚處于起步階段，當(dāng)前主要用來為學(xué)生提供學(xué)習(xí)輔助、測驗評分、智能答疑等方面的幫助[10]。此外，人工智能可以跟蹤記錄學(xué)習(xí)過程，及時反饋給學(xué)習(xí)者進行調(diào)節(jié)，從而取得更好的學(xué)習(xí)效果。而教師能夠借助人工智能等技術(shù)采集教學(xué)數(shù)據(jù)，使教學(xué)等日常工作全程數(shù)據(jù)化、可視化，因此可以將大量重復(fù)性的工作交給人機進行處理，大大解放教師的時間，使其可以將更多的精力投入到創(chuàng)新性教學(xué)活動中。

目前人工智能在教育領(lǐng)域應(yīng)用較多的是專家系統(tǒng)，包括智能教學(xué)系統(tǒng)、智能化考試系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等。智能教學(xué)系統(tǒng)可以將優(yōu)秀的教學(xué)資源和成果經(jīng)過智能判斷、分析、整合，最終形成一個全面的教學(xué)系統(tǒng)[11]。智能化考試主要指引入專家系統(tǒng)進行智能組卷，根據(jù)個體的差異性和特點進行反饋訓(xùn)練，全程都是智能化、自動化的出卷、評測，從而提高考試和學(xué)習(xí)的質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要集中于虛擬課堂及虛擬實驗等方面，虛擬課堂主要是可以將東部地區(qū)老師上課的實況同時向中西部地區(qū)課堂傳送，實現(xiàn)異地同課，讓學(xué)生能夠及時共享教學(xué)資源。此外，對于中西部地區(qū)，尤其是偏遠地區(qū)、貧困地區(qū)的學(xué)生，可以利用虛擬技術(shù)讓他們進行相關(guān)的課程實驗，達到與真實實驗一樣的效果。

四、教育公平實現(xiàn)路徑

對于中西部地區(qū)，尤其是農(nóng)村、邊遠及貧困地區(qū)，通過人工智能技術(shù)實現(xiàn)教育落后的追趕是一個非常重要的契機。目前，已經(jīng)有相關(guān)的人工智能應(yīng)用系統(tǒng)在進行實踐探索，未來中西部地區(qū)人工智能與教育的融合需求及特征主要表現(xiàn)在以下三個方面：

第一，智能系統(tǒng)及平臺的搭建。人工智能技術(shù)的發(fā)展逐漸成熟完善，搭建人工智能教學(xué)平臺，專門用于區(qū)域之間教育資源的傳遞共享，其功能類似于MOOC，但是初期主要目標(biāo)是幫助國內(nèi)區(qū)域間教育的發(fā)展，后期可以嘗試與國外優(yōu)秀教育資源的對接。主要是東部地區(qū)向中西部輸送，中西部地區(qū)向東部地區(qū)進行反饋交流。有了共享智能平臺作為支撐，相當(dāng)于為中西部地區(qū)教育發(fā)展鋪就了一條成功的道路，可以進行雙向的信息傳遞并形成循環(huán)交流的模式。

第二，加強師資隊伍的建設(shè)。人工智能平臺的搭建需要高素質(zhì)的人才作為引導(dǎo)者，同時教師是教學(xué)之本，是教育的關(guān)鍵節(jié)點。新時代高素質(zhì)教師人才擁有先進的教育觀念和思想意識，能夠?qū)⒓夹g(shù)與教育的融合成效發(fā)揮到最大，也是人工智能在教育領(lǐng)域中應(yīng)用趨勢的必然要求。新時代條件下，高素質(zhì)教師可以將人工智能專家系統(tǒng)與自身實現(xiàn)高效結(jié)合，在一定程度上能夠達到人機的高效協(xié)同，將中西部地區(qū)的教育逐漸向數(shù)字化教育過渡，為未來中西部教育數(shù)字化發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

第三，優(yōu)質(zhì)資源共享。除了平臺的建立以及人才隊伍的建設(shè)，還需要將優(yōu)質(zhì)資源向中西部引進，包括東部地區(qū)、甚至是國外先進的教育資源。通過互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等相關(guān)信息技術(shù)與人工智能相結(jié)合，可以將優(yōu)質(zhì)的教育資源及時、便捷、高效地輻射到偏遠地區(qū)，讓這些地區(qū)的學(xué)生也能享受到發(fā)達地區(qū)的教育資源，同時也可以在某種程度上實現(xiàn)個性化教育。此外，隨著5G 技術(shù)的建設(shè)發(fā)展，通過遠程實時直播教學(xué)的模式也將逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實。只有將優(yōu)質(zhì)資源實現(xiàn)共享，才能真正意義上使中西部地區(qū)教育從根本上實現(xiàn)轉(zhuǎn)變發(fā)展。

五、對策建議

人工智能技術(shù)的出現(xiàn)給中西部地區(qū)教育的發(fā)展帶來了契機，為了抓住這次機遇，對促進中西部教育提出以下相關(guān)對策建議。

（一）加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，吸引優(yōu)質(zhì)企業(yè)

首先，推進完善中西部地區(qū)信息技術(shù)設(shè)施的建設(shè)，重點加強對偏遠、貧困地區(qū)的覆蓋面。其次，著重引進相關(guān)配套的軟件設(shè)施，使軟件和硬件設(shè)施能夠齊全，從而保證與人工智能技術(shù)的對接。最后，與優(yōu)質(zhì)軟件和硬件企業(yè)簽訂戰(zhàn)略發(fā)展協(xié)議，因此保證軟硬件設(shè)施可以及時更換設(shè)備，在一定程度上保持與發(fā)達地區(qū)的同步技術(shù)對接。為此，政府可以出臺相關(guān)產(chǎn)業(yè)優(yōu)惠政策，吸引優(yōu)質(zhì)企業(yè)入駐中西部地區(qū)，為推動整體的發(fā)展打下基礎(chǔ)。

（二）多渠道吸引高素質(zhì)教師人才

教師是教育的發(fā)展之本，政府部門應(yīng)當(dāng)重點加強人才吸引方面的措施。一方面，政府可以牽頭與發(fā)達地區(qū)的學(xué)校達成戰(zhàn)略協(xié)議，合作引進高素質(zhì)教師，支援中西部教育發(fā)展。此外，政府應(yīng)大力度扶持教師待遇福利建設(shè)，提高待遇門檻，以此吸引發(fā)達地區(qū)的人才投入到中西部地區(qū)，同時不定期選拔優(yōu)秀教師到東部地區(qū)及國外先進學(xué)校進行學(xué)習(xí)，綜合培養(yǎng)高素質(zhì)師資隊伍，為提高教育質(zhì)量作鋪墊。

（三）建立完善教育資源共享機制

在資源共享方面，首先要分析資源的需求，按照不同的需求有針對性地向發(fā)達地區(qū)引進高質(zhì)量資源；其次，要及時通過信息建設(shè)渠道，將資源一級一級地分發(fā)下去，保證輻射到所有的學(xué)校，盡可能地擴大覆蓋范圍；最后，重視資源庫建設(shè)，將所有引進的優(yōu)質(zhì)資源保存到資源庫中，建立資源配套體系，從而使資源可以反復(fù)使用，同時可以為優(yōu)化、更新資源提供保證。