人工智能在新時代職業(yè)教育中的應用與發(fā)展研究

仲偉偉 劉麗萍 汪方正

摘要：智能化是當今社會發(fā)展的重要方向，同時也是信息化發(fā)展的趨勢。隨著人工智能、物聯(lián)網、大數據及云計算等技術的迅猛發(fā)展，機器將越來越多地代替人的體力勞動，以勞動推動社會前進的人類將更多依靠創(chuàng)新創(chuàng)造推動社會前進，人類開始進入智能社會、智能時代。當前，人工智能已經能夠廣泛應用于銀行、衛(wèi)生、電子商務以及裝備制造等各行各業(yè)，同時也將促進教育的變革與發(fā)展。該文介紹了人工智能在職業(yè)教育的教學、學習和創(chuàng)新探索等方面的應用前景，并為職業(yè)教育的智能發(fā)展方向提出了合理的建議。

關鍵詞：人工智能;深度學習;職業(yè)教育;大數據;云計算

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）05-0207-04

開放科學（資源服務）標io碼（OSID）：

國務院在2019年2月頒布了《國家職業(yè)教育改革實施方案》（以下簡稱《方案》）[1]，該文件對我國當前職業(yè)教育改革的總體方向闡明了全方位的指導性規(guī)劃。《方案》提出，要將大批普通本科高等學校向應用型轉變，并努力完善職業(yè)教育體系，重點建設50所高水平高等職業(yè)學校和150個骨干專業(yè)（群），大幅提升我國新時代職業(yè)教育的現代化水平，爭取讓所有學生都能獲得出彩的機會。在教育部召開的新聞發(fā)布會上，教育部相關負責人著重強調，職業(yè)教育和普通教育是不同類型、同等重要的兩類教育，說明了職業(yè)教育在當前社會的重要地位。但是我國目前的職業(yè)教育，還存在著政府的支持力度不均衡，體系不完善吸引力不夠強、社會民眾的認識存在偏差、技能人才的職業(yè)發(fā)展受限等問題。此次方案是從國家層面提出，目的就是為辦好新時代職業(yè)教育做好頂層設計和規(guī)劃藍圖。因此，隨著方案的實施我國的職業(yè)教育體系必將迎來新的發(fā)展機遇。

當前人工智能的快速發(fā)展正在引領著新一輪的科技變革，對社會各行各業(yè)和人們的生活工作等都帶來了巨大的影響，同時人工智能也在加速融入教育領域，智能化教育將成為未來學校變革的主題，為我們的教育事業(yè)注入新的活力，同時人工智能技術帶來的新方法和新工具必將推動當前教育教學模式的轉型升級，極大的提升教與學的效率。目前，人工智能已經能夠在輔助學習、輔助教學和學習效果評價等各個教學環(huán)節(jié)全面參與，針對不同學生的差異化和個性化學習已能夠實現并極大提高學生的學習興趣和學習效果。教育部在2018年印發(fā)的《教育信息化2.0行動計劃》中提出，“以人工智能、大數據、物聯(lián)網等新興技術為基礎，依托各類智能設備及網絡，積極開展智慧教育創(chuàng)新研究和示范，推動新技術支持下教育的模式變革和生態(tài)重構”。在信息技術推動社會大變革的時代，教育也應緊緊抓住人工智能發(fā)展的動力，推動自身教學的變革和創(chuàng)新，構建實現學生個性化學習與終身化學習的完善教育體系，使我國的教育水平從優(yōu)秀走向卓越。

現有的職業(yè)教育主要還是以培養(yǎng)技能和學習知識為目標，而智慧時代需要大批量具有創(chuàng)新創(chuàng)造能力的人才。因此人工智能與職業(yè)教育的結合需要推動當前的教學方法、學習方式、效果評價以及教學管理模式的不斷轉型與升級，培養(yǎng)受教育者的創(chuàng)新創(chuàng)造能力和發(fā)現及解決問題的能力。構建一體化的智能教育平臺是一個系統(tǒng)的工程，需要整合信息技術的各個方面，包括物聯(lián)網、云計算及大數據等關鍵技術與智能算法的有機結合，共同推動職業(yè)教育的教學、科研以及管理等方面的提升，智能化教育的體系架構如下圖所示：

1 人工智能在教育領域的應用及研究現狀

目前，人工智能在語音識別、圖像處理、人臉識別和專家系統(tǒng)等方面的應用研究已經越來越成熟，國外將人工智能技術應用于教育領域的研究也較早，包括應用于教育的機器學習算法以及陪伴成長的智能機器人等，并且越來越接近實踐和商業(yè)化應用?？偟膩砜矗瑢⑷斯ぶ悄芗夹g應用于教育主要包括以下幾個方面：

1.1 關于智能化教育的理論基礎

任何一門領域的研究都需要有堅實的理論作為基礎，那么具體什么才是智能化教育呢？國外的Luckin R.Holmes W[2]等學者在相關文獻中提出智能化教育是將傳統(tǒng)的教學理論與人工智能技術相結合而形成的新的研究方向，智能化教育的目的是利用智能技術改善學習的環(huán)境，通過個性化的教學讓學生享受學習的過程以提高學習的效率;此外還有Timms M J[3等提出智能化教育主要是通過智能化教學平臺來改進教師的教學過程以及學生學習的方式，并通過智能設備來監(jiān)控學習的效果。國內方面，閆志明等學者提出了教育人工智能的概念，并闡明了其內涵[4];馬玉慧等提出了我國在新時代如何更好地利用人工智能來促進教育的發(fā)展[5];劉清堂等從技術的角度探索了智能化教育的發(fā)展方向[6]。還有新媒體聯(lián)盟在近年來的報告中也重點提到人工智能的發(fā)展在教育領域的應用前景[7]。

1.2 關于智能化教育的應用研究

計算機一直以來都是教學的重要工具，從開始的計算輔助教學到現在的智能化教學平臺，計算機將借助人工智能的發(fā)展在教學中占據更重要的位置。Knewton是一家專門為客戶提供個性化教育的公司，該公司的核心理念是通過適配學習技術為每一位學習者提供個性化需求，萬海鵬等[81發(fā)現該公司通過數據收集、推斷以及預測和建議等過程能夠準確分析并預測出學生的學習情況，最終針對學生給出更有效的學習方案，促進學生的學習興趣并提高學習效果;個性化教育將是未來智能教育的發(fā)展趨勢之一，另外由于每個學生的學習基礎和學習能力等方面都存在差異，根據學生的偏好和需求采用智能推送技術精準地給學習者推送所需的教學資源也是智能化教育的一個重要應用[9];對學習者的學習情況進行測評一直是廣大教育工作者的繁重任務，因此智能測評利用人工智能技術自動化地對學習者的學習效果進行評價具有很高的應用價值，加州大學伯克利分校創(chuàng)建的Gradescope就是一款很好智能測評軟件[10]。Gok-sel- Canbek[11]等研究提出可以利用人工智能在學習者與機器人之間搭建良好的橋梁，讓機器人扮演教師、學習的伙伴等與學生進行互動，培養(yǎng)學生的學習興趣和分析能力;學習中難免伴隨各種不良情緒，通過分析學習者的面部表情、語調以及姿態(tài)等進行情感計算[12]，并采取一些緩解不良情緒的措施可以使學習者保持良好的學習狀態(tài)。

1.3 人工智能促進教學變革的研究

人工智能對教育的關鍵影響還在于對整個教與學的過程的改變。在教的過程中，教師可以利用智能化教學的工具獲得學習者的學習情況，根據這些信息動態(tài)調整教學計劃。在學的過程中，學習者可以通過智能化學習的工具分析出影響自身學習的因素，針對不利的因素提出相應的優(yōu)化方法。此外，人工智能針對單個學科教育的影響也有學者進行專門的研究，例如與人工智能緊密聯(lián)系的計算機科學，相關學者指出人工智能可以顯著地提高計算機科學教育與學習的效率。

2 人工智能在新時代職業(yè)教育中的發(fā)展前景

人工智能的快速發(fā)展給教育領域帶來了巨大的影響，尤其是職業(yè)教育方面，未來大量的普通技能型崗位將會逐漸被智能機器人取代，這一趨勢具有不可逆轉的必然性，因此傳統(tǒng)職業(yè)教育培養(yǎng)的普通技能型人才將會面臨更加嚴峻的就業(yè)形勢，職業(yè)教育應當順應時代潮流，擁抱當下的科技革命，才能在國家提出“中國制造2025”的時代背景下找準定位迎來新的發(fā)展。

2.1 構建新的教學資源和環(huán)境

智能化學習是一個系統(tǒng)性的概念，其中學習主體、學習資源和學習環(huán)境是其基本的構成要素。人工智能對教育所產生的影響，很大程度上是通過智能工具、資源或者環(huán)境來實現的。因此，熟練地掌握智能化教學工具是新時代職業(yè)教育教師的必備技能。

2.1.1 智能化教學平臺

智能化教學平臺是一種以人工智能技術（包括語音識別、人臉識別、情感計算、機器學習以及數據挖掘等）為主體，將各種智能化的應用融入各類教學或管理中的系統(tǒng)。其主要過程是通過智能感知層獲取學習者的學習狀態(tài)和學習內容等，并形成統(tǒng)一的數據中心部署在云計算平臺，利用云平臺強大的計算能力再結合各種智能算法為學習者提供個性化的學習內容以及學習方案，主要應用還包括教學、科研、生活以及決策管理等。其特點在于他的智能化、個性化以及高效性。

隨著網絡的不斷普及和人工智能的快速發(fā)展，很多教育類的企業(yè)都推出了自己的智能化教學平臺，如愛學堂、慧學云和未來腦等等。這些教學平臺大多具備個性化服務、資源推送、精準教學、線上互動、智能測評等功能，而且還在不斷地豐富和發(fā)展。傳統(tǒng)的職業(yè)院校更應該與時俱進，抓住機遇推動智慧校園的建設，推廣智能化教學平臺促進教學模式和教學手段的改革，進而提升教學質量。

2.1.2 智能化學習資源

在智能化教學時代，傳統(tǒng)的學習資源主要有三個方面的轉變：首先是學習資源的形式轉變，網絡教學資源成為一種重要的學習形式，微課等短視頻教學資源在網絡上隨處可見，利用人工智能分析技術，可以將這些視頻進行分割和標記后推送給不同的學習者;其次是學習資源的結構發(fā)生轉變，從單一的結構形式轉變?yōu)槊嫦虿煌愋蛯W習者的非結構化、多媒介的形式;最后學習資源的生成方式的改變，在智能化教學平臺里，面對相同的專業(yè)往往給不同的學習者推送不同的學習資源。

2.1.3 智能化教學環(huán)境

傳統(tǒng)的職業(yè)教育主要還是在教室進行面對面的授課，教學環(huán)境比較單一和枯燥而難以吸引學生的注意力和興趣。智慧教室是智能化教學環(huán)境的一個主要應用，它是一種智能的學習場所和活動空間，以學習者為中心，通過各種智能化技術來輔助教學，例如通過人臉識別技術來實現自動點名，分析出學生的到課率并自動將統(tǒng)計結果發(fā)給教務管理部門，從而大大減少教師課堂點名的時間。智能化教學環(huán)境具有感知能力、個性化、開放性以及靈活性等特點，能夠為教師和學生提供一個輕松、愉快和互動的學習環(huán)境。

智能化的教學資源和教學環(huán)境是促進新時代職業(yè)教育變革的基礎條件，《國家職業(yè)教育改革實施方案》也對職業(yè)院校教學環(huán)境的建設提出了更高的要求和目標，智慧校園的建設和發(fā)展成為必然趨勢，只有給職業(yè)院校加上智慧的翅膀，才能更好地培養(yǎng)出新時代需要的高技能人才。

2.2 優(yōu)化教與學的過程

構建智能化的教學資源與教學環(huán)境是新時代職業(yè)教育教學變革的前提和基礎，而優(yōu)化教與學的過程則是職業(yè)教育改革的關鍵。在教師的教學方面，人工智能可以在備課、授課、答疑等環(huán)節(jié)輔助教師，能夠有效地促進教學進一步向智能化、精準化和個性化方向發(fā)展;在學生學習方面，人工智能可以對學習者的預習、互動、實踐等環(huán)節(jié)提供輔助，幫助學生不斷提高學習效果，改進學習體驗。

2.2.1 智能化教學

在教學過程中，應用于教育的智能機器人融合了多種先進技術，可以輔助教師開展各類教學活動。在教師備課時，可以根據每個學生的學習情況進行大數據分析，給教師提供適合的教學資源和教學方案等;在教師授課時，可以根據學生的面部表情和語言等進行情感分析，及時給教師反饋學生的動態(tài)學習情況。還可以針對特定的教學目標開發(fā)出數字化的仿真游戲，給學生提供一種全新的認知視覺，提高學習的樂趣，充分調動學習的積極性，通過虛擬現實技術，教學的課堂將不僅僅局限于傳統(tǒng)的教室，生動逼真的學習環(huán)境可以給學生提供一種身臨其境的虛擬化場景，以往難以想象的知識點可以從立體化的空間和更深入的角度去理解，提高教師的教學效果;在課后，批改作業(yè)是傳統(tǒng)的教學過程中教師的一項重要任務，智能機器人可以利用文本分析、語義識別等技術幫助教師實現規(guī)?；淖詣优淖鳂I(yè)，減輕教師的負擔，讓教師更多地專注于教學的過程。

2.2.2 智能化學習

在新時代的職業(yè)教育中，教師將不僅僅是站在講臺上給學生灌輸知識，傳統(tǒng)的授課方式應逐漸轉變?yōu)橐詫W生為中心的自主式學習、探索性學習等多種形式，學生的學習可以通過各種智能化終端設備來實現隨時隨地的一體化學習環(huán)境。在教學過程中，需要更加關注于如何引導學生進行有效的自主學習，根據學生的特點和興趣等提供相應的學習資源和學習環(huán)境，幫助學生有效地預習新知、交流學習感受，陪伴和引導學生不斷學習，最終提升學習的效果。

總的來說，利用人工智能技術提供的虛擬化場景或仿真3D游戲等教學環(huán)境可以為學生創(chuàng)造更多的學習空間和時間，通過數據挖掘、情感分析、語音識別等手段可以更好地進行因材施教，讓學生的學習更有針對性。

2.3 多元化的智能測評

現代職業(yè)教育體系主要還是由工業(yè)時代演變而來，而工業(yè)時代的價值取向在于標準化和規(guī)模大，因此目前職業(yè)教育也存在標準化批量培養(yǎng)人才的問題。然而人類的智能具有明顯的多元化特征，例如邏輯判斷的天賦、音樂的天賦、運動的天賦以及語言的天賦等等，因此傳統(tǒng)教育中標準化的評價指標完全是有失偏頗的，往往在某一領域擁有極高天賦的學生會因為統(tǒng)一的評價指標而失去自身成長的機會，導致一些領域的天才早已淹沒在童年時代的標準化考試里。

所有孩子的天賦都存在一個生理年齡的關鍵期，一旦錯過這段時期將很難再有發(fā)展甚至失去，多元化的智能測評目的不是給每個學生區(qū)分優(yōu)劣，也不局限于去挖掘某個領域的天才，他的宗旨是要能夠及時發(fā)掘每個學生的智力特點和潛能，并為他們建立一個有別于他人和充滿價值感的評價體系，最終目的是去幫助每個學生發(fā)揮自身的才能和天賦，使之更好地適應這個多元化的社會。目前人工智能在多元化的智能測評領域已經誕生了很多優(yōu)秀的產品，例如哈佛大學教授開發(fā)的MIDAS以及谷歌團隊研發(fā)的Mabl等都已經取得廣泛的應用。

2.4 智能化的教學管理

隨著教育信息化2.0時代的到來，很多學校都加快了智慧校園的建設步伐，人工智能在提高教學管理水平的應用主要有以下幾個方面：一是提供科學決策，利用大數據挖掘出影響教學質量的一些關鍵性指標以及之間的關聯(lián)性，從而提高教學質量;二是優(yōu)化資源配置，通過物聯(lián)網等技術感知和分析學校的教學秩序和耗能情況等，節(jié)約不必要的投資;三是簡化辦事流程，通過各種智能終端都能夠實現網上快速審批，提高辦事效率;四是加強安全管理，利用智能監(jiān)控和網絡輿情分析等手段及時發(fā)現廣大師生的身體和心理健康等問題，做出快速響應。

3 新時代職業(yè)教育如何應對人工智能的發(fā)展浪潮

雖然人工智能已經在很多領域取得了重要的研究成果，但是其本身還是在快速發(fā)展和不斷進化中的，在職業(yè)教育領域的應用還尚未成熟，存在片面性的問題，沒有形成完整的體系。因此，新時代的職業(yè)教育者們必須充分借鑒國內外的先進管理經驗，深入研究和思考如何通過人工智能有效提高教學管理的水平，從頂層設計的角度提出具有前瞻性、科學性和可行性的發(fā)展策略。

（1）樹立智能化教育的理念

職業(yè)教育智能化的改革涉及制度、管理、平臺以及人才培養(yǎng)等多個方面，但最根本的還是要堅持以人為本的原則。首先基礎設施和教學資源的建設是前提，學校應努力完善智慧教育的基礎設施建設，構建立體化的教學資源，讓廣大師生體會到教學本位的理念價值。其次，在建設智慧校園的過程中，需要盡可能地釋放廣大師生的主觀能動性，主動參與追求自身的全面發(fā)展和綜合素養(yǎng)的提升;最后，智能化教育不能僅僅停留在大數據的理性中，應該借助于人工智能技術為廣大師生提供更多的人文關懷，實現所有師生的尊嚴和價值。

（2）強化智能管理頂層設計

職業(yè)教育的決策者們應該具備科學性和持續(xù)性的戰(zhàn)略規(guī)劃，構建智能化發(fā)展的機制和治理模式。首先在戰(zhàn)略規(guī)劃上要確保建設智慧校園的資金來源，對資源分配進行精心的規(guī)劃和設計，激發(fā)廣大師生的積極性從而形成有力的決策機制;其次要加強組織領導，設立專門的高校首席信息官（CIO），全面負責學校的信息化建設;最后要有清晰的體系化發(fā)展模式，確保智能化建設的管理和維護等各個環(huán)節(jié)有序進行，同時以任務和問題為導向使各項工作的效益最大化。

（3）加強師資培養(yǎng)力度

當前職業(yè)院校的很多教師對智能技術的重要性認識不足，甚至不愿意或害怕使用先進的教學設備，這種現象對新時代職業(yè)教育的改革是極其不利的。因此必須要加大對廣大教師的培養(yǎng)力度，打破傳統(tǒng)的標準化人才培養(yǎng)模式，通過培養(yǎng)和引進相結合的方式打造一批人工智能領軍人才。優(yōu)化教師的培訓課程體系使其更貼近時代發(fā)展的潮流，同時在培訓過程中堅持探究和交互式的學習方式使教師充分體驗到技術對于教學能力的促進作用，并通過與國內外的高科技互聯(lián)網公司共同合作，讓教師深入了解科技發(fā)展的前沿領域。

（4）建設人工智能學科及培養(yǎng)框架

目前國內外很多頂尖的高校已經將人工智能從傳統(tǒng)的計算機學科中分離出來，形成單獨的課程體系培養(yǎng)專門的人工智能領域的高端人才。在當前的智能革命中，新時代的職業(yè)高校也應該緊跟時代潮流開設人工智能相關的專業(yè)方向，努力形成和完善適合高技能人才的培養(yǎng)體系，構建人工智能領域的職業(yè)認證，形成“1+X”的培養(yǎng)模式，從而使學生同時具備人工智能專業(yè)的理論知識和實踐操作能力，最終為國家的高端產業(yè)轉型升級提供源源不斷的人才支撐。

4 總結與展望

人工智能的發(fā)展必將給新時代職業(yè)教育的教學改革帶來深遠的影響，傳統(tǒng)職業(yè)教育的管理模式以及教師的教學方式和學生的學習方式都將發(fā)生改變，科學技術再一次促進和推動教育的發(fā)展。因此本文在以人工智能促進教學變革的主題下，結合國家職業(yè)教育改革實施方案的精神，深入研究了人工智能在教育領域的應用和現狀，并探討了其在新時代職業(yè)教育改革的發(fā)展前景，最后對如何應對人工智能的發(fā)展浪潮提出幾點建議。職業(yè)教育是國家經濟和社會發(fā)展的重要支柱，要充分認識到技術變革帶來的機遇和挑戰(zhàn)，順應時代需求，培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的復合型高技能人才，推動和促進我們從制造大國向制造強國的轉型升級，為中國夢的實現做出更大貢獻。

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【通聯(lián)編輯：王力】

收稿日期：2019-10-31

基金項目：江蘇省社會科學基金項目“大數據背景下智慧校園建設的策略與實踐研究”（15JYCO01）

作者簡介：仲偉偉（1989-），男，江蘇海安人，軟件工程師，碩士，主要研究方向人工智能和數據挖掘;劉麗萍（1989-），女，江蘇海安人，講師，博士，通訊作者，主要研究方向高等教育;汪方正（1981-），男，江蘇鹽城人，副教授，碩士，主要研究方向大數據和人工智能。