人工智能與教育融合發(fā)展問題的思考及建議

熊媛 盛群力

摘? ?要? ? ?人工智能與教育融合發(fā)展，對(duì)教育教學(xué)方式的變革起著至關(guān)重要的作用。首先，以人工智能+教育作為關(guān)鍵詞搜索教育學(xué)CSSCI源刊文獻(xiàn)數(shù)據(jù)并分析后發(fā)現(xiàn)，人工智能在教育中的研究和應(yīng)用正處于加速發(fā)展態(tài)勢(shì);其次，根據(jù)學(xué)習(xí)方式分類學(xué)，提出了關(guān)于人工智能+教育融合發(fā)展歷程的四個(gè)分類階段，即被動(dòng)融合、主動(dòng)融合、建構(gòu)融合和交互融合，并且認(rèn)為目前人工智能+教育仍處于第二個(gè)階段（主動(dòng)融合階段）;最后，根據(jù)人工智能與教育融合現(xiàn)狀，提出了加速人工智能+教育融合進(jìn)程、加強(qiáng)人工智能素質(zhì)和兩類人才培養(yǎng)力度的建議。

關(guān)鍵詞? ? 人工智能與教育? ?AI 思考與建議? ?學(xué)習(xí)方式分類學(xué)

人工智能作為高科技前沿的代表，正快速地“滲透”到生活的各個(gè)角落。政府工作報(bào)告已將人工智能應(yīng)用和研究列入發(fā)展規(guī)劃。教育部印發(fā)了《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，人工智能+教育正式進(jìn)入大發(fā)展的“新時(shí)代”。因此，在教育研究領(lǐng)域應(yīng)當(dāng)加大人工智能與教育相結(jié)合的研究力度，利用人工智能技術(shù)改革現(xiàn)有教育模式和教學(xué)方法，將人工智能納入到課堂教學(xué)之中，推動(dòng)人工智能在各類教育中的普及。通過對(duì)1970年以來(lái)中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）“人工智能”的關(guān)注度指數(shù)分析可知，截止至2018年第一季度，各行業(yè)對(duì)人工智能的關(guān)注度逐年上升，特別是自2014年以來(lái)，關(guān)注度大幅上升且有不斷加速的趨勢(shì)。

一、相關(guān)文獻(xiàn)分析

為了研究人工智能+教育的現(xiàn)狀及未來(lái)，本文利用自1982年至2018年第一季度止的CSSCI教育學(xué)類37種源刊數(shù)據(jù)作為研究樣本對(duì)象，利用CNKI搜索人工智能+教育關(guān)鍵詞獲得了245篇相關(guān)論文。然后，運(yùn)用CNKI統(tǒng)計(jì)工具獲取了關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖、關(guān)鍵詞聚類網(wǎng)絡(luò)圖、研究層次分布圖和學(xué)科分布圖等數(shù)據(jù)分析圖，并對(duì)這些圖進(jìn)行如下數(shù)據(jù)分析。

1.研究持續(xù)升溫

通過利用CNKI的統(tǒng)計(jì)工具，獲取詞頻大于5的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖三張，從2016至2018年（2018年為第一季度數(shù)據(jù)）每年一張。通過對(duì)這些圖分析后發(fā)現(xiàn)，2016年圖中“人工智能”節(jié)點(diǎn)為灰色，這說明該年中沒有詞頻大于5的人工智能+教育文獻(xiàn)出現(xiàn);2017年圖中“人工智能”節(jié)點(diǎn)有8篇關(guān)于人工智能+教育文獻(xiàn)出現(xiàn);2018年第一季度圖中“人工智能”節(jié)點(diǎn)有14篇關(guān)于人工智能+教育文獻(xiàn)出現(xiàn)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，2018年第一季度的文獻(xiàn)數(shù)量就已經(jīng)達(dá)到2017全年文獻(xiàn)數(shù)量的175%。因此，可以預(yù)測(cè)自2018年起有關(guān)人工智能+教育的研究將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)的趨勢(shì)，人工智能+教育的研究正處于一個(gè)歷史的拐點(diǎn)。

2.研究加速融合

通過對(duì)關(guān)鍵詞聚類網(wǎng)絡(luò)圖分析可知，人工智能和學(xué)習(xí)是兩個(gè)重要的關(guān)鍵詞，而圍繞在“人工智能”節(jié)點(diǎn)周圍的關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)有：大數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)分析、虛擬現(xiàn)實(shí)、智慧教育、遠(yuǎn)程教育、教育技術(shù)、教育信息化、個(gè)性化學(xué)習(xí)、知識(shí)工程以及教學(xué)設(shè)計(jì)等等。這些關(guān)鍵詞以人工智能為核心呈擴(kuò)散的態(tài)式，并且均與學(xué)習(xí)和教育相關(guān)。這些關(guān)聯(lián)性進(jìn)一步說明了人工智能+教育研究的廣泛性和多樣性。而對(duì)于以“學(xué)習(xí)”節(jié)點(diǎn)為中心的區(qū)域，是一塊傳統(tǒng)教育理念的聚積區(qū)，它包含：創(chuàng)新、教學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)以及教育等關(guān)鍵詞。兩塊區(qū)域聯(lián)結(jié)于教育和創(chuàng)新，這表明許多研究者正在將人工智能融入教育并創(chuàng)新教育方式來(lái)改革傳統(tǒng)的教育理念。然而，通過對(duì)圖的連接線分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)節(jié)點(diǎn)與教育節(jié)點(diǎn)之間連接線很粗，說明人們渴望通過教育來(lái)學(xué)習(xí)所需要的知識(shí)，而教育與人工智能的連接線很細(xì)，說明人工智能與教育相距較遠(yuǎn)，兩者的融合度不高，還需要人們不斷地努力，提升人工智能與教育的融合度。

3.研究不斷拓展

通過對(duì)研究層次分布圖分析可知，文獻(xiàn)中從事人工智能+教育社科類相關(guān)的基礎(chǔ)研究占很大的比重，達(dá)到總文獻(xiàn)數(shù)的76.86%。這些文獻(xiàn)發(fā)表的時(shí)間大多集中在人工智能教育1.0期間和之前，當(dāng)時(shí)人工智能還只是初步應(yīng)用，達(dá)不到深度融合，因此基礎(chǔ)理論研究較多也在情理之中。這方面的研究涵蓋了高等教育、中等教育和基礎(chǔ)教育的內(nèi)容，其中高等教育的比重較之其他兩類教育達(dá)到80.56%，這一原因主要在于從事相關(guān)研究的學(xué)者大多為高等院校的學(xué)者，他們熟悉高等教育，而且也是高等教育適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的迫切要求。在人工智能+教育的應(yīng)用研究方面，還僅僅是初步的試探性應(yīng)用研究，未出現(xiàn)暴發(fā)式的增長(zhǎng)，這當(dāng)然與人工智能技術(shù)相對(duì)不成熟、與教育結(jié)合的技術(shù)可能性較低等因素有關(guān)。

二、應(yīng)用研究狀況

目前，人工智能+教育的應(yīng)用主要分布在智能教學(xué)、智能評(píng)測(cè)、教育類智能游戲和教育類智能機(jī)器人等幾個(gè)方面。這些應(yīng)用以大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等技術(shù)為支撐，利用語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言處理、計(jì)算機(jī)視覺和情感計(jì)算等關(guān)鍵技術(shù)為人工智能+教育應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)[1]。下面將基于以上文獻(xiàn)來(lái)闡述人工智能+教育在這幾個(gè)方面的研究進(jìn)展。

1.智能教學(xué)系統(tǒng)

智能教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)該是一種能夠全面承擔(dān)人類教師職責(zé)的教學(xué)系統(tǒng)（見圖1）。余勝泉認(rèn)為人工智能教師應(yīng)該是具有全面智能素質(zhì)的智能教學(xué)系統(tǒng)[2]。劉凱等人認(rèn)為利用人工智能+教育可以突破人的教與學(xué)之局限性[3]。葉海智等人認(rèn)為將3D手勢(shì)應(yīng)用于教學(xué)中能有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對(duì)復(fù)雜知識(shí)的理解[4]。郝兆杰等人將人工智能應(yīng)用于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)[5]?？拼笥嶏w的吳曉如等人倡導(dǎo)個(gè)性化教育的推廣，該公司專注于個(gè)性化教育產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用[6]。

2.自動(dòng)化測(cè)評(píng)系統(tǒng)

劉勇等人介紹了人工智能之深度學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用于教育教學(xué)的學(xué)情追蹤、閱卷、助教及外語(yǔ)輔導(dǎo)等方面的案例[7]。科大訊飛的汪張龍等人介紹了該公司開發(fā)的智能網(wǎng)上評(píng)卷系統(tǒng)[8]。牟智佳等人闡述了以教育大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的個(gè)性化學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測(cè)框架[9]。自動(dòng)化測(cè)評(píng)系統(tǒng)使教師從繁重的閱卷工作中解放出來(lái)，專注于教學(xué)工作，從而有效地提升教學(xué)質(zhì)量（見圖2）。

3.教育游戲

祝士明等人認(rèn)為教育游戲能提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效果[10]。李敏建議基于當(dāng)前學(xué)歷體制下游戲與學(xué)習(xí)的關(guān)系應(yīng)該要考慮兩者之間的平衡與沖突[11]。當(dāng)前，游戲化學(xué)習(xí)的理念已形成共識(shí)，特別是隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，將人工智能技術(shù)融入游戲化學(xué)習(xí)的各個(gè)階段是教育游戲發(fā)展的趨勢(shì)（見圖3），但是真正成功的教育游戲仍然是鳳毛鱗角。

4.教育機(jī)器人

李志河等人闡述了陪練機(jī)器人在音樂教育中的應(yīng)用，探討了促進(jìn)人工智能+教育的深度融合的話題[12]。唐仕喜介紹了智能機(jī)器人應(yīng)用于教育圖像的搜索[13]。方海光等人介紹了基于區(qū)塊鏈的面向中小學(xué)生的智慧學(xué)習(xí)機(jī)器人[14]。陸文虎等人呼吁通過機(jī)器人制作競(jìng)賽的方式來(lái)普及機(jī)器人相關(guān)知識(shí)和促進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[15]。王益等人思考了教育機(jī)器人資源網(wǎng)站的建設(shè)，為開發(fā)實(shí)用的教育機(jī)器人打下堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[16]。

5.智能教育開發(fā)工具

Tensorflow是谷歌開發(fā)的人工智能工具軟件，可用于教育應(yīng)用的開發(fā)[17]。目前最為流行的工具是Tensorflow和Caffe，本土工具有百度的Paddle Paddle。人工智能教育應(yīng)用需要多種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是其核心技術(shù)在于人工智能算法，而算法的實(shí)現(xiàn)需要人工智能工具包，因此，了解各類人工智能開發(fā)工具也是非常重要的。本文建議使用百度工具包，它具有良好的性能，支持國(guó)產(chǎn)AI軟件，也是支持提升我國(guó)AI國(guó)際地位的一種體現(xiàn)。

三、發(fā)展歷程

人類是真正智能體，機(jī)器只是學(xué)習(xí)并試圖具有類似人的智能。如果機(jī)器需要一個(gè)學(xué)習(xí)和進(jìn)化過程才可能具有類似人的智能，那么對(duì)于機(jī)器智能（人工智能）的分類完全可以利用教育心理學(xué)的理論——學(xué)習(xí)方式分類學(xué)[18]，將人工智能+教育的發(fā)展歷程歸納分類為以下四個(gè)階段。

1.被動(dòng)融合

被動(dòng)學(xué)習(xí)在教育心理學(xué)上主要是指對(duì)相關(guān)信息予以被動(dòng)關(guān)注等心理活動(dòng)。韓光迪在1986年闡述了當(dāng)時(shí)校方對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)入學(xué)校教育的被動(dòng)接受態(tài)度[19]?，F(xiàn)在看來(lái)，計(jì)算機(jī)融入學(xué)校教育是勢(shì)不可擋的，由于當(dāng)時(shí)的人工智能技術(shù)尚處于萌芽階段，人工智能與教育的融合是很初級(jí)，是被動(dòng)融合階段的開始。從文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間的角度來(lái)看，經(jīng)過不到7年的發(fā)展過程，1993年柴志浦介紹了人們對(duì)計(jì)算機(jī)與教育之融合的新思考，標(biāo)志著人工智能與教育的被動(dòng)融合階段結(jié)束，即將進(jìn)行入新的階段——主動(dòng)整合階段[20]。

2.主動(dòng)融合

主動(dòng)學(xué)習(xí)在教育心理學(xué)上表示主動(dòng)參與信息學(xué)習(xí)和接收的過程。1993年宋云嫻[21]介紹了人工智能與CAD相結(jié)合開發(fā)的模擬電子線路相關(guān)課程的教學(xué)系統(tǒng)[21]?；诒疚乃芯课墨I(xiàn)，可以認(rèn)為這是主動(dòng)融合階段的開端。2000年蔣碧波等人提出建立影音及文本知識(shí)庫(kù)供學(xué)生課外學(xué)習(xí)的想法[22]（現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，如慕課等）。2008年李鳴華介紹了利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與人工智能創(chuàng)建的虛擬教室系統(tǒng)[23]。2017年唐燁偉等人提出了基于人工智能+教育的STEM跨學(xué)科融合模式，該模式是基于主動(dòng)方式來(lái)促進(jìn)STEM跨學(xué)科之間的融合[24]。因此，是主動(dòng)融合方式。由于教育所涉內(nèi)容很廣，主動(dòng)融合階段將會(huì)是一個(gè)長(zhǎng)期的過程。

3.建構(gòu)融合

建構(gòu)學(xué)習(xí)指學(xué)習(xí)現(xiàn)有材料過程中實(shí)現(xiàn)超越并產(chǎn)生新知識(shí)。大數(shù)據(jù)、計(jì)算能力的提升和良好的人工智能算法成就了今天的人工智能及其應(yīng)用。然而，當(dāng)前人工智能是基于某種特定的場(chǎng)景，受條件限制的人工智能，人工智能的目標(biāo)僅僅是依照一定的預(yù)設(shè)來(lái)行動(dòng)，沒有靈活性，只能照章辦事，不能產(chǎn)生新知識(shí)。人們需要的是具有理解能力的人工智能。而具有理解力的人工智能必須建立在人工智能具有常識(shí)的基礎(chǔ)之上。因此，人工智能+教育的建構(gòu)融合階段還需要一個(gè)漫長(zhǎng)的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)。

4.交互融合

交互學(xué)習(xí)指兩個(gè)及以上學(xué)習(xí)個(gè)體相互協(xié)同，在不同學(xué)習(xí)者之間展開激活思想、啟發(fā)思路和補(bǔ)充不足等建構(gòu)性學(xué)習(xí)活動(dòng)。只有將感性知識(shí)的世界統(tǒng)一起來(lái)，進(jìn)入建構(gòu)融合階段，人工智能具有理解和思維判斷能力后，人工智能才真正進(jìn)入交互融合階段。日前，將數(shù)據(jù)（符號(hào)向量）和行為（特征向量）融合幾乎不可能，因此，機(jī)器無(wú)法變得更智能。在人工智能+教育的路上，現(xiàn)在走得并不遠(yuǎn)，還在出發(fā)點(diǎn)附近，但是人工智能+教育永遠(yuǎn)在路上，這也許正是其魅力之所在。

四、思考與建議

擁有大量人工智能素養(yǎng)人才是把握人工智能新時(shí)代脈搏的關(guān)鍵，因此，本文提出以下幾個(gè)方面的思考和建議。

1.加速融合進(jìn)程

充分利用現(xiàn)有人工智能技術(shù)，深度開發(fā)智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)，提升人工智能輔助教學(xué)的融入度，挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)推廣自適應(yīng)學(xué)習(xí)和自動(dòng)測(cè)評(píng)。繼續(xù)深度融入人工智能技術(shù)推進(jìn)個(gè)性化學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)以及混合現(xiàn)實(shí)，建立沉浸式人工智能學(xué)習(xí)環(huán)境。將教育信息化向教育智能信息化提升。近一兩年以來(lái)，隨著信息識(shí)別與獲取等人工智能技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，人工智能已從1.0時(shí)代——只有小眾精英群體應(yīng)用和了解，過渡到2.0 時(shí)代——各行各業(yè)大量的應(yīng)用。圖4展示了人工智能2.0時(shí)代新型智能教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建與運(yùn)行模型。該模型新增了智能信息感知與識(shí)別引擎，這些引擎不僅能捕捉、識(shí)別相關(guān)的人體數(shù)據(jù)及媒體信息，還能智能推理和決策，同時(shí)還能給用戶反饋信息。該例子說明，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，人工智能+教育的融合力度得到了進(jìn)一步的加強(qiáng)。

2.加強(qiáng)人工智能素質(zhì)培養(yǎng)力度

人工智能素質(zhì)是指熟悉各類人工智能應(yīng)用資源，并且能高效利用其來(lái)分析和解決問題的能力。人類必須從繁重的記憶活動(dòng)中解脫出來(lái)，利用人工智能技術(shù)搜索知識(shí)，加強(qiáng)人工智能素質(zhì)和卓越分析能力的培養(yǎng)。人類是基于人工智能的記憶和搜索獲取信息來(lái)進(jìn)行更高層次的分析，因此人類應(yīng)該具備高于智能機(jī)器的分析能力。通過崗前培訓(xùn)和職后培訓(xùn)來(lái)提升教師的人工智能素質(zhì)。

3.加強(qiáng)兩類人才培養(yǎng)力度

在人工智能情境下，應(yīng)該厘清具有人工智能的機(jī)器和人類之間的關(guān)系，也就是說，機(jī)器可以代替人類做些什么。人工智能時(shí)代也是一次偉大的工業(yè)革命，機(jī)器能做的，人類不要與之爭(zhēng)搶，人類應(yīng)該做機(jī)器不能做和不擅長(zhǎng)做的事。教育應(yīng)該培養(yǎng)控制機(jī)器（如軟硬件工程師等）和機(jī)器無(wú)法介入（如創(chuàng)新和創(chuàng)造力等，這些能力是基于對(duì)人工智能產(chǎn)生的智能分析結(jié)果的綜合創(chuàng)新和創(chuàng)造力）兩類領(lǐng)域的人才，對(duì)這兩類人才的培養(yǎng)要有近期和長(zhǎng)期的規(guī)劃。

總之，人工智能必然會(huì)與未來(lái)教育逐步深度融合，不斷融合的結(jié)果必然逐步呈現(xiàn)給人們：以人為本、多樣性和自適應(yīng)的教育，以創(chuàng)新探索為主題的教育，平等享有優(yōu)質(zhì)教育資源的教育，強(qiáng)調(diào)終身學(xué)習(xí)和快樂學(xué)習(xí)的教育，開放式和多維度的教育，智能化和網(wǎng)絡(luò)化的教育。同時(shí)，教育反哺人工智能的發(fā)展，二者融合發(fā)展，是相互促進(jìn)的關(guān)系。

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[作者：熊媛（1980-），女，湖北黃梅人，天津大學(xué)教育學(xué)院，博士生，浙江商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師;盛群力（1957-），男，上海崇明人，浙江大學(xué)教育學(xué)院，教授。]

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