教育人工智能發(fā)展?fàn)顩r分析及趨勢(shì)思考

馬秀麟 劉靜靜 范晨雨

摘 ? 要：人工智能服務(wù)于教育對(duì)于提升教學(xué)效率、改進(jìn)教育質(zhì)量具有重要作用。然而，人工智能在教育中的作用還處于初步探索階段。文章從教育信息化發(fā)展要求和人工智能熱潮入手，借助于文獻(xiàn)分析和人工智能支持的教育教學(xué)實(shí)踐調(diào)查，分析了人工智能在教育不同要素中的作用形式，并對(duì)當(dāng)前教育人工智能中存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)。最后，從師生關(guān)系、教學(xué)模式視角分析了教育人工智能的愿景，并借助于人工智能的工作原理和特征，分析了教育人工智能的總體趨勢(shì)，對(duì)教育人工智能環(huán)境下教育大數(shù)據(jù)建設(shè)、教育人工智能模型生成、教育人工智能與個(gè)性化指導(dǎo)之間的內(nèi)在關(guān)系等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行了討論，提出了有益的建議。

關(guān)鍵詞：教育人工智能;教育大數(shù)據(jù);現(xiàn)狀與趨勢(shì);模型訓(xùn)練

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2020）13-0001-07

一、目標(biāo)及其背景

1.研究背景

（1）隨著教育信息化的推進(jìn)，師生呼喚智能化教育和個(gè)性化指導(dǎo)

《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》提出，“互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)的發(fā)展正在不斷重塑教育形態(tài)，知識(shí)獲取方式和傳授方式、教和學(xué)關(guān)系正在發(fā)生深刻變革?！?/p>

理想化的學(xué)習(xí)應(yīng)充分尊重學(xué)生個(gè)性化要求，并能對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)和進(jìn)程動(dòng)態(tài)地調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度和相關(guān)安排。教育信息化中的信息技術(shù)和人工智能將助力教育活動(dòng)的個(gè)性化、精確化、動(dòng)態(tài)化，智能教室、智慧校園如雨后春筍般誕生，智慧學(xué)習(xí)環(huán)境在個(gè)性化指導(dǎo)、智能化學(xué)習(xí)支持方面所扮演的角色日益進(jìn)化。個(gè)性化教學(xué)的實(shí)現(xiàn)有賴(lài)于人工智能對(duì)教育提供技術(shù)支持;與教育發(fā)生相關(guān)的各要素的智能化，同樣需要人工智能技術(shù)的加持[1]。

因此，隨著人工智能技術(shù)進(jìn)入教育領(lǐng)域，人工智能必能進(jìn)一步促進(jìn)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的發(fā)展。

（2）人工智能支持的教育日益被重視，并產(chǎn)生了系列有影響的成果

從教育發(fā)生階段的視角來(lái)看，人工智能對(duì)K12和高等教育的支持，主要表現(xiàn)在人工智能課程的引入、人工智能技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)體驗(yàn)的影響、STEM課程的不斷深化完善與人才培養(yǎng)理念的更新。在教育行業(yè)，以百度、阿里、騰訊和訊飛為首的企業(yè)，借助自身現(xiàn)有產(chǎn)品及數(shù)據(jù)，有意識(shí)地引入人工智能的新技術(shù)和新策略，開(kāi)發(fā)出了系列智能化教育解決方案，以助力教育行業(yè)問(wèn)題的解決。在智慧教室建設(shè)方面，更有一批學(xué)校與知名人工智能平臺(tái)合作，建立了智慧教育未來(lái)教室、人工智能教育實(shí)驗(yàn)室。

隨著人工智能技術(shù)的推進(jìn)，教學(xué)機(jī)器人逐漸走入了課堂、家庭，進(jìn)一步細(xì)化到教學(xué)活動(dòng)中，成為教師工作的支持者，助力個(gè)性化教學(xué)的實(shí)現(xiàn)?；趫D像識(shí)別和語(yǔ)音識(shí)別的學(xué)習(xí)行為跟蹤和記錄系統(tǒng)已經(jīng)成為很多教育研究者的重要助手。以自然語(yǔ)言處理為基礎(chǔ)的作文自動(dòng)評(píng)閱系統(tǒng)、文稿自動(dòng)審閱與分類(lèi)系統(tǒng)也逐漸走進(jìn)學(xué)校和政務(wù)管理體系。

（3）技術(shù)是把“雙刃劍”，在倫理、教育等領(lǐng)域，人工智能也帶來(lái)了新的問(wèn)題

在人們高度期盼人工智能即將為生活、學(xué)習(xí)、娛樂(lè)帶來(lái)重大變革的時(shí)候，人工智能應(yīng)用于教育的研究也逐漸暴露出了一些問(wèn)題，諸如：①目前廣泛應(yīng)用的個(gè)性化推薦系統(tǒng)（智能導(dǎo)學(xué)策略）多數(shù)參考了商業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)模型，以學(xué)習(xí)者的個(gè)體興趣為主要參數(shù)，已有學(xué)者在質(zhì)疑其合理性、規(guī)范性。②人工智能的某些成果，可能會(huì)被某些別有用心的人員應(yīng)用于破壞公知良俗的行為中，進(jìn)而被辨別能力不強(qiáng)的青少年使用或模仿，影響其健康成長(zhǎng)和良性發(fā)展。例如：基于人工智能“深度偽造”（deepfake）技術(shù)而研發(fā)的某軟件DeepNude，由于涉及色情信息而引發(fā)了巨大爭(zhēng)議，最終不得不下架。③近幾年課堂教學(xué)中廣泛使用的“自動(dòng)跟蹤課堂中每個(gè)學(xué)習(xí)者的動(dòng)作、面部表情及個(gè)體行為”等人工智能應(yīng)用，已經(jīng)引發(fā)了對(duì)教學(xué)過(guò)程中教學(xué)倫理的討論[2]，并在歐洲部分國(guó)家引起強(qiáng)烈反感及抵制。

2.研究目標(biāo)

人工智能應(yīng)用于教育，必將對(duì)教學(xué)模式的變革、教學(xué)效率的提升產(chǎn)生重要影響。在此過(guò)程中，梳理教育過(guò)程與人工智能技術(shù)的契合點(diǎn)，聚焦其可行性，分析其中潛在的風(fēng)險(xiǎn)和問(wèn)題，是必要和有價(jià)值的。基于這一想法，本研究主要聚焦于以下三個(gè)方面：①基于文獻(xiàn)，梳理人工智能的概念、內(nèi)涵及外延，準(zhǔn)確理解人工智能的原理與規(guī)則，努力避免人工智能概念的泛化，探索人工智能與教育有效結(jié)合的契合點(diǎn)。②從研究的視角調(diào)查并分析人工智能應(yīng)用于教育的現(xiàn)狀及關(guān)鍵成果，探究并分析其中存在的問(wèn)題。③基于人工智能應(yīng)用于教育的實(shí)踐，分析其中存在的問(wèn)題，為其未來(lái)的良性發(fā)展提出建議。

二、概念界定

1.人工智能

人工智能（Artificial Intelligence，簡(jiǎn)稱(chēng)AI）就是指借助計(jì)算機(jī)等設(shè)備模擬人類(lèi)智能活動(dòng)的技術(shù)，它是研究、開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人類(lèi)智能的理論、技術(shù)、方法及應(yīng)用系統(tǒng)的一門(mén)技術(shù)學(xué)科，其目的是探索人類(lèi)智能的方法和實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出能與人的智能相似的方式做出各種反應(yīng)的智能機(jī)器，從而在各行各業(yè)中發(fā)揮出作用。

人工智能涉及到控制論、語(yǔ)言學(xué)、心理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、神經(jīng)心理學(xué)、信息論等領(lǐng)域和學(xué)科[3]，是用以研究計(jì)算和知識(shí)之間關(guān)系的新興學(xué)科。從當(dāng)前人工智能的研究領(lǐng)域看，人工智能主要包括機(jī)器人學(xué)、模式識(shí)別（圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別）、博弈學(xué)、自然語(yǔ)言處理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)等領(lǐng)域[4]。

2.教育人工智能

所謂教育人工智能（Educational Artificial Intelligence，簡(jiǎn)稱(chēng)EAI），即服務(wù)于教育的人工智能的設(shè)備、相關(guān)技術(shù)和策略，是指在教育過(guò)程中為支持學(xué)習(xí)過(guò)程、組織教學(xué)活動(dòng)、實(shí)現(xiàn)教學(xué)評(píng)價(jià)等一切與教育相關(guān)的活動(dòng)而需要借助的人工智能設(shè)備、技術(shù)、策略以及組織方式。它既包括計(jì)算機(jī)學(xué)科中人工智能的相關(guān)技術(shù)，同時(shí)也包括賦予了教育屬性的特定控制模型。EAI應(yīng)符合教育和學(xué)習(xí)的一般規(guī)律，具有基于教育大數(shù)據(jù)的時(shí)代特征。

通俗地講，人工智能服務(wù)于教育的技術(shù)、策略以及由此而產(chǎn)生的影響，均屬于EAI的研究范疇。

三、EAI研究與實(shí)踐狀況的調(diào)查與分析

1.從理論研究的視角分析EAI的發(fā)展?fàn)顩r

（1）EAI理論研究的現(xiàn)狀及主要維度

自2000年以來(lái)，對(duì)人工智能的研究呈逐年遞增趨勢(shì)。以“人工智能”作為關(guān)鍵詞在CNKI中檢索發(fā)現(xiàn)，2000年的發(fā)文量為1800余篇，至2009年則到了4800余篇，而2018年則有9500余篇。若對(duì)“人工智能”施加“教育”或“教學(xué)”約束，在2000年只有37篇，而到了2018年則上升到了1500余篇，在2019年則有2300余篇。上述數(shù)據(jù)反映了人工智能的研究熱度及其逐年上升的趨勢(shì)。

人工智能的研究熱度在2014年前后僅次于“微課”和“翻轉(zhuǎn)課堂”，到2019年則位居第一。在針對(duì)人工智能的研究中，關(guān)注度依次為機(jī)器人、機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器視覺(jué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、問(wèn)題解決、模式識(shí)別、專(zhuān)家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、知識(shí)工程。在上述領(lǐng)域中，與教育密切相關(guān)的領(lǐng)域則包括機(jī)器學(xué)習(xí)、問(wèn)題解決、模式識(shí)別、專(zhuān)家系統(tǒng)、知識(shí)工程、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

從已發(fā)表的EAI研究論文看，其研究視角主要集中于以下四個(gè)維度：①人工智能技術(shù)在教育中應(yīng)用的研究，主要討論已有的技術(shù)如何應(yīng)用于教育教學(xué)活動(dòng)。例如：吳曉如的專(zhuān)訪(fǎng)《AI化身教育“超腦”助攻因材施教》、李艷燕等的論文《面向智慧教育的學(xué)科知識(shí)圖譜構(gòu)建與創(chuàng)新應(yīng)用》、于澤元的論文《人工智能視野下的教學(xué)重構(gòu)》。②人工智能與學(xué)科教學(xué)相結(jié)合的研究。例如：南寧的論文《人工智能在高等醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用前景》。③人工智能技術(shù)對(duì)學(xué)生、學(xué)習(xí)行為產(chǎn)生影響的研究。例如：張驁的論文《“人工智能+教育”對(duì)高校教師教學(xué)的影響及應(yīng)對(duì)策略研究》、杜靜和黃榮懷等的論文《智能教育時(shí)代下人工智能倫理的內(nèi)涵與建構(gòu)原則》、余勝泉的論文《人工智能教師的未來(lái)角色》。④對(duì)人工智能知識(shí)本體開(kāi)展教學(xué)的研究。例如：馮驥的論文《人工智能課程教學(xué)實(shí)踐與探索研究》、郭蘭蘭的論文《中小學(xué)人工智能與編程教育的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置的研究》等。

（2）EAI理論研究的局限性

EAI的研究應(yīng)包括2個(gè)維度：其一為應(yīng)用研究;其二為EAI模型構(gòu)建與基礎(chǔ)研究。所謂應(yīng)用研究，是指借用已有的人工智能技術(shù)組織教學(xué)活動(dòng)，利用已有的人工智能技術(shù)為個(gè)性化學(xué)習(xí)、智能化學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建提供支持，從而提升學(xué)習(xí)效率。在這個(gè)過(guò)程中，除了基于EAI的教學(xué)設(shè)計(jì)外，還包括EAI學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)體驗(yàn)兩個(gè)維度的探索。所謂EAI模型構(gòu)建，則需要以人工智能的原理和策略為基礎(chǔ)，借助教育大數(shù)據(jù)，開(kāi)展與教育教學(xué)相關(guān)的模型訓(xùn)練、機(jī)器學(xué)習(xí)（深度學(xué)習(xí)），并逐步形成符合教育規(guī)律和學(xué)習(xí)特點(diǎn)的智能化學(xué)習(xí)模型、評(píng)價(jià)模型、學(xué)習(xí)者診斷模型，從而使EAI能全方位地真正服務(wù)于教育。

從EAI的發(fā)展?fàn)顩r看，當(dāng)前的多數(shù)研究主要集中在應(yīng)用研究層面，其主要特征是：借助人工智能的圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言處理等新技術(shù)為教學(xué)活動(dòng)、個(gè)性化學(xué)習(xí)過(guò)程、學(xué)習(xí)行為分析提供個(gè)性化支持，或者分析學(xué)習(xí)者在相關(guān)情境中的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。而完全面向教育過(guò)程、由教師或教育研究者研發(fā)的專(zhuān)屬于教育教學(xué)活動(dòng)的人工智能模型還很少，由于缺乏必要的常模，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足AI導(dǎo)師設(shè)計(jì)和AI學(xué)習(xí)者診斷的需求。因此，在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，面向教育大數(shù)據(jù)的模型訓(xùn)練、深度學(xué)習(xí)都將是EAI的重要研究?jī)?nèi)容[5]。

2.從應(yīng)用與實(shí)踐的視角分析EAI的發(fā)展?fàn)顩r

（1）從教育要素的視角看EAI的教育實(shí)踐

人工智能通過(guò)技術(shù)賦能教育并助力教育的發(fā)生要素，使教育變得更加個(gè)性化、智能化。教育發(fā)生的要素包括教學(xué)活動(dòng)、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)工具、教學(xué)評(píng)價(jià)。

①以人工智能新技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建教育新環(huán)境

教育環(huán)境既包括視覺(jué)可抵達(dá)的物體，如硬件設(shè)施中的桌椅、教學(xué)設(shè)備，也包括觸覺(jué)可體驗(yàn)的感覺(jué)，如聲、光、溫度等，以及由學(xué)習(xí)者與物理?xiàng)l件相互作用營(yíng)造的氛圍。人工智能支持下的教育環(huán)境將在人工智能技術(shù)的支持下，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)把教學(xué)過(guò)程中相關(guān)的設(shè)施有機(jī)地組織起來(lái)，構(gòu)建起一套高智能化，易于教師控制和使用，能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)過(guò)程、教學(xué)評(píng)價(jià)提供支持的先進(jìn)學(xué)習(xí)環(huán)境。

很多學(xué)校都啟動(dòng)了對(duì)教室的智能化改造，包括升級(jí)或添加無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋、多屏分區(qū)設(shè)計(jì)、靈活桌椅、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等，以?xún)?yōu)化在教室中開(kāi)展基于問(wèn)題、基于項(xiàng)目的主動(dòng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)。未來(lái)教室應(yīng)能支持學(xué)生的個(gè)體主動(dòng)學(xué)習(xí)與集體協(xié)作探究，更有利于教師對(duì)學(xué)生核心技能的培養(yǎng)[6]。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)溫度、光線(xiàn)、聲音、氣味等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，自動(dòng)調(diào)節(jié)窗戶(hù)、燈具、空調(diào)、新風(fēng)系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)備，主動(dòng)響應(yīng)校園安全預(yù)警，保障學(xué)校各系統(tǒng)綠色高效運(yùn)行，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)安全舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境。

在AI技術(shù)支持的未來(lái)教室中，應(yīng)能借助情境感知技術(shù)在自然狀態(tài)下捕獲學(xué)習(xí)者的動(dòng)作、行為、情緒等方面的信息，精準(zhǔn)識(shí)別學(xué)習(xí)者特征，全面感知學(xué)生的成長(zhǎng)狀態(tài)，提供學(xué)習(xí)診斷報(bào)告、身高體重走勢(shì)圖、健康分析報(bào)告等，為學(xué)生身心健康發(fā)展提供有力支持[7]。

②以人工智能為主導(dǎo)，研發(fā)新的教育工具

傳統(tǒng)課堂中的教具是無(wú)智能的實(shí)體，通常難以實(shí)現(xiàn)智能化交互。而人工智能技術(shù)帶來(lái)了教育工具的智能化，教育機(jī)器人和人工智能技術(shù)支持的智能導(dǎo)師是當(dāng)前最重要的智能化教育工具。

教育機(jī)器人作為一個(gè)課堂的輔助者逐漸走入課堂，可輕松完成對(duì)教學(xué)過(guò)程的支持。教師作為工具的使用者，能夠通過(guò)與機(jī)器人的交互使其更好地服務(wù)于教學(xué)，智能導(dǎo)師的功能則主要依賴(lài)于人工智能軟件與學(xué)生實(shí)現(xiàn)交互。已有研究基于人工智能教育機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景，探討了課堂應(yīng)用效果及其相關(guān)措施[8];有的研究甚至比較了不同語(yǔ)言風(fēng)格的反饋對(duì)于學(xué)習(xí)者行為的影響，以便為學(xué)習(xí)者提供更符合其言語(yǔ)風(fēng)格的學(xué)習(xí)環(huán)境、更好地實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)[9]。

在教育機(jī)器人或智能導(dǎo)師的支持下，分析人工智能關(guān)鍵技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)的支持，基于云計(jì)算平臺(tái)基礎(chǔ)和邊緣計(jì)算環(huán)境框架，構(gòu)建人工智能教育機(jī)器人支持的“雙師課堂”環(huán)境，進(jìn)一步設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過(guò)程和應(yīng)用，從而建構(gòu)起在課堂環(huán)境下由教育機(jī)器人所支持的系列教學(xué)案例。

另外，各種類(lèi)型的智能化教育小工具，以個(gè)性化指導(dǎo)為目的的線(xiàn)上學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)也在教學(xué)中發(fā)揮著重要作用。

③人工智能環(huán)境支持的教學(xué)活動(dòng)

在教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行過(guò)程中，人工智能的人臉跟蹤與語(yǔ)音識(shí)別可精準(zhǔn)判斷學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)，刻畫(huà)學(xué)習(xí)行為肖像，進(jìn)而通過(guò)學(xué)情分析為教學(xué)過(guò)程的精準(zhǔn)化研究提供解決方案。如圖1所示。

從圖1可知，基于教學(xué)過(guò)程中的全程錄像及實(shí)時(shí)的面部識(shí)別、關(guān)鍵部位抓取與分析，教師可精準(zhǔn)地掌握學(xué)生個(gè)體的學(xué)習(xí)需求，從個(gè)體和整體層面獲取全面立體的學(xué)情信息。

依托于人工智能環(huán)境的教學(xué)活動(dòng)，能夠在教學(xué)過(guò)程的合理規(guī)劃、教學(xué)資源的有益設(shè)計(jì)、教學(xué)活動(dòng)狀態(tài)的及時(shí)反饋、教學(xué)評(píng)價(jià)及教研活動(dòng)總結(jié)等方面，為師生和研究者提供全面、科學(xué)、實(shí)證性的數(shù)據(jù)和反饋意見(jiàn)。

④人工智能技術(shù)輔助的教育評(píng)價(jià)

人工智能技術(shù)的發(fā)展，為教學(xué)評(píng)價(jià)提供了全面支持，既可以借助于習(xí)題、線(xiàn)上自診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)度評(píng)價(jià)，又可以基于面部識(shí)別、手勢(shì)捕捉實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)程、學(xué)習(xí)行為分析，還可以基于自然語(yǔ)言處理、神經(jīng)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)作文評(píng)閱、主觀性答卷批閱，甚至還可以基于大數(shù)據(jù)常模做學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)障礙分析、人格特征分析、學(xué)習(xí)適應(yīng)性分析。

人工智能支持下的評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，其評(píng)價(jià)形式和評(píng)價(jià)內(nèi)容是多樣化、高效率的。通過(guò)人工智能技術(shù)支持的學(xué)習(xí)平臺(tái)，教師可以組織并發(fā)放測(cè)試題，學(xué)生完成測(cè)驗(yàn)后由系統(tǒng)自動(dòng)收集、分析，最終形成整體報(bào)告，該報(bào)告可體現(xiàn)全班每一位學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，并基于不同學(xué)生的測(cè)驗(yàn)結(jié)果個(gè)性化地推送關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)。

在語(yǔ)音和語(yǔ)義評(píng)測(cè)方面，對(duì)自然語(yǔ)言的評(píng)價(jià)和語(yǔ)音處理技術(shù)已經(jīng)成熟。對(duì)普通話(huà)標(biāo)準(zhǔn)考試、英語(yǔ)發(fā)音等類(lèi)型的測(cè)試，過(guò)去由于技術(shù)的限制往往難以保證線(xiàn)上自動(dòng)評(píng)價(jià)的客觀性。但隨著自然語(yǔ)言處理技術(shù)的成熟，面向作文等非結(jié)構(gòu)文本的處理、分析與評(píng)價(jià)已經(jīng)完全可能。

（2）從知名EAI企業(yè)及其解決方案的視角分析EAI的發(fā)展水平

在人工智能第3次浪潮的促進(jìn)下，大量有志于教育研發(fā)的科技公司積極地投入到以AI支持教育的各種解決方案的設(shè)計(jì)與研發(fā)中，提出了大量有效的智慧型解決方案。2017年11月18日，科技部召開(kāi)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃暨重大科技項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)，發(fā)布首批國(guó)家新一代人工智能開(kāi)放創(chuàng)新平臺(tái)名單。作為第一批入選國(guó)家新一代人工智能開(kāi)放創(chuàng)新平臺(tái)的企業(yè)，百度、阿里、騰訊和科大訊飛均為教育領(lǐng)域提供了基于人工智能技術(shù)支持的有效解決方案，主要產(chǎn)品有百度的教育大腦3.0、阿里的AliOS智慧教育體系、騰訊云的智能教育解決方案和訊飛開(kāi)放平臺(tái)的教育產(chǎn)品解決方案。

（3）面向EAI的一線(xiàn)教學(xué)、線(xiàn)上測(cè)評(píng)系統(tǒng)的建設(shè)與實(shí)踐

EAI支持的教學(xué)實(shí)踐與人工智能技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。自本世紀(jì)初語(yǔ)音識(shí)別和自然語(yǔ)言處理技術(shù)取得重大突破以來(lái)，相關(guān)技術(shù)就被應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中。2006 年，科大訊飛從技術(shù)上解決了全國(guó)普通話(huà)水平測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，他們與教育部考試中心共建了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，探索未來(lái)高考題庫(kù)的建設(shè)。目前已在部分省份為語(yǔ)文和高考作文題的重檢提供技術(shù)支持[10]。北京師范大學(xué)未來(lái)教育高精尖中心結(jié)合“智慧學(xué)伴”平臺(tái)，在廠(chǎng)家提供的機(jī)器人硬件框架上，打造了人機(jī)對(duì)話(huà)的智能導(dǎo)師系統(tǒng)，學(xué)生可以和機(jī)器人對(duì)話(huà)，機(jī)器人通過(guò)對(duì)話(huà)理解學(xué)生的需求，并基于“智慧學(xué)伴”的后臺(tái)知識(shí)庫(kù)給予及時(shí)的響應(yīng)和反饋。

3.EAI研究與實(shí)踐中存在的問(wèn)題

基于已有文獻(xiàn)及EAI教學(xué)實(shí)踐調(diào)查，筆者發(fā)現(xiàn)：目前多數(shù)EAI研究?jī)H僅是把AI的已有成熟技術(shù)（如人臉識(shí)別、自然語(yǔ)言處理）引進(jìn)到教學(xué)過(guò)程，使之作為一種工具服務(wù)于教學(xué)過(guò)程，因此主要停留在簡(jiǎn)單的應(yīng)用研究階段。盡管學(xué)者和社會(huì)均對(duì)EAI充滿(mǎn)了期望和信心，但真正地以人工智能技術(shù)支持的線(xiàn)上學(xué)習(xí)支持模型、學(xué)習(xí)者診斷模型仍處于實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)和框架論證階段，其理論研究與大范圍應(yīng)用推廣之間仍存在著諸多尚需驗(yàn)證的問(wèn)題。

（1）有效的EAI模型極為匱乏，多數(shù)模型的質(zhì)量仍很粗糙

從EAI的應(yīng)用現(xiàn)狀看，除了面部識(shí)別、手勢(shì)分析等在計(jì)算機(jī)學(xué)科內(nèi)較為成熟的技術(shù)外，真正隸屬于教育范疇的人工智能模型仍極為匱乏。諸如學(xué)習(xí)內(nèi)容生成與匯聚的智能代理、學(xué)習(xí)障礙自動(dòng)診斷與反饋的分析師、問(wèn)題解決能力測(cè)評(píng)與改進(jìn)的輔導(dǎo)員、學(xué)生成長(zhǎng)發(fā)展的生涯規(guī)劃師、學(xué)生心理素質(zhì)測(cè)評(píng)與改進(jìn)的輔導(dǎo)員等，均缺乏可用的數(shù)據(jù)模型，難以應(yīng)用在實(shí)際場(chǎng)景中并幫助學(xué)習(xí)者做出決策。

即使國(guó)內(nèi)的一些企業(yè)和學(xué)校已經(jīng)在探索并構(gòu)造EAI模型，但其模型仍極為粗糙，缺乏普適性，多數(shù)模型都尚未形成標(biāo)準(zhǔn)化的常模，不具有普遍性和大范圍推廣的價(jià)值。

（2）教育大數(shù)據(jù)的質(zhì)與量仍難以滿(mǎn)足人工智能發(fā)展的需求

EAI理論研究的核心基礎(chǔ)是基于大數(shù)據(jù)的模型訓(xùn)練和機(jī)器深度學(xué)習(xí)。因此，EAI的每一個(gè)具體應(yīng)用都需要在大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支持下逐步迭代并形成智能化模型。從教育大數(shù)據(jù)發(fā)展的現(xiàn)狀看，盡管各類(lèi)學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)已經(jīng)生成了大量數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)往往分散于眾多類(lèi)型不同、缺乏統(tǒng)一規(guī)范的學(xué)習(xí)平臺(tái)中，其質(zhì)與量均難以勝任人工智能模型訓(xùn)練的需要。因此，對(duì)教育大數(shù)據(jù)重構(gòu)與重組，使之適應(yīng)EAI的模型訓(xùn)練，將是EAI的重要任務(wù)之一。

（3）精準(zhǔn)的個(gè)性化指導(dǎo)與資源推薦未必有利于學(xué)習(xí)者的全面發(fā)展

①過(guò)于精準(zhǔn)的個(gè)性化指導(dǎo)并不利于學(xué)習(xí)者自主探究能力的發(fā)展

學(xué)生創(chuàng)新能力發(fā)展是近些年國(guó)家人才培養(yǎng)戰(zhàn)略的重要目標(biāo)之一，而自主探究能力培養(yǎng)是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要內(nèi)容。有學(xué)者擔(dān)心，在EAI的支持下，過(guò)于精準(zhǔn)的個(gè)性化指導(dǎo)容易導(dǎo)致學(xué)習(xí)者知識(shí)能力快速提升，但其自主探究能力卻進(jìn)一步弱化。

教育的目標(biāo)既要“授之以魚(yú)”，更要“授之以漁”。在EAI的支持下，既要努力為學(xué)習(xí)者提供滿(mǎn)足個(gè)性化要求且到位的指導(dǎo)，同時(shí)還要注意留出自主探究的空間，為學(xué)習(xí)者的自主探究提供充足的機(jī)會(huì)[11]。

②基于興趣的個(gè)性化推薦難以適應(yīng)學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)，不利于學(xué)習(xí)者完整地掌握知識(shí)

學(xué)習(xí)資源的個(gè)性化推薦是EAI的重要研究領(lǐng)域。從當(dāng)前的研究看，多數(shù)資源推薦技術(shù)都借鑒了商業(yè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中的商品推薦算法，實(shí)質(zhì)上是一種基于學(xué)習(xí)者興趣或當(dāng)前關(guān)注點(diǎn)的資源推薦，并不適合于在校生知識(shí)體系的建構(gòu)和全面發(fā)展。因此，在教育教學(xué)實(shí)踐中，必須考慮到學(xué)校教育與商品推薦的不同，應(yīng)避免完全根據(jù)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)興趣和關(guān)注程度進(jìn)行學(xué)習(xí)資源推薦[12]。

（4）精準(zhǔn)的個(gè)性化跟蹤與學(xué)習(xí)行為分析有可能侵犯學(xué)習(xí)者的隱私，引發(fā)教學(xué)倫理爭(zhēng)議

為實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)行為分析，有些學(xué)者在課堂教學(xué)中借用了面部識(shí)別、手勢(shì)捕捉等技術(shù)，通過(guò)自主跟蹤的攝像頭，自動(dòng)捕捉每一個(gè)學(xué)習(xí)者的課內(nèi)行為和表情，以分析并探究其學(xué)習(xí)投入和個(gè)體行為。然而，對(duì)這一應(yīng)用，已有學(xué)習(xí)者表達(dá)了不適和抗議，同時(shí)部分學(xué)者也從教學(xué)倫理的視角表達(dá)了高度關(guān)注[13]，甚至否定了這一做法對(duì)教育的正面作用。

四、EAI發(fā)展的趨勢(shì)及策略

EAI的發(fā)展，以能夠?yàn)閷W(xué)生提供個(gè)性化、專(zhuān)業(yè)化的學(xué)習(xí)支持為目標(biāo)。EAI中存在的問(wèn)題，也是與人工智能基本規(guī)律密切相關(guān)的。對(duì)EAI發(fā)展趨勢(shì)的探索，必然受人工智能基本原理和規(guī)律的影響。

1.EAI的發(fā)展愿景及趨勢(shì)

對(duì)人工智能支持下的師生關(guān)系、教學(xué)模式的變革，在2019年6月14日舉辦的“2019年人工智能+教師教育國(guó)際研討會(huì)”上，北京師范大學(xué)知名教授余勝泉發(fā)表了題為《人工智能教師的未來(lái)角色》的主題演講[14]。分析國(guó)內(nèi)外學(xué)者的觀點(diǎn)，人工智能將在以下幾個(gè)維度對(duì)教育產(chǎn)生重要影響。

（1）人工智能將對(duì)教師的工作起著非常重要的輔助作用

人工智能技術(shù)，將會(huì)在教學(xué)中充當(dāng)起教師助理的角色（即人工智能導(dǎo)師、智能學(xué)伴）。比如智能出題、智能批改、智能閱卷、智能化的輔導(dǎo)，以及各種評(píng)價(jià)報(bào)告的自動(dòng)生成，并針對(duì)學(xué)生因人而異地為其提供各種反饋。人工智能教師的出現(xiàn)，把教師從傳統(tǒng)的講課、批閱作業(yè)、組織試題等重復(fù)性工作中解放出來(lái)。

基于自然語(yǔ)言處理技術(shù)、圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的最新成果，人工智能教師不僅能夠完成傳統(tǒng)意義上的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)采集與分析，還能完成對(duì)智能化程度要求較高的作文內(nèi)容分析與評(píng)閱。

（2）人工智能技術(shù)將幫助教師更好地診斷學(xué)生，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的個(gè)性化指導(dǎo)

在教育大數(shù)據(jù)的支持下，人工智能教師能基于學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，針對(duì)每一位學(xué)習(xí)者進(jìn)行診斷和分析，通過(guò)學(xué)習(xí)風(fēng)格雷達(dá)圖、學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)狀態(tài)地圖及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的困惑與不足，及時(shí)為每一個(gè)學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化指導(dǎo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基于“數(shù)據(jù)”的綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)[15]。

在人工智能的幫助下，可以針對(duì)不同問(wèn)題，為每個(gè)學(xué)生提供個(gè)性化的反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生個(gè)性化的支持，做到既具有規(guī)?；志哂袀€(gè)性化，這是《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》所追求的目標(biāo)。

（3）教育人工智能的發(fā)展，促進(jìn)了教師角色的轉(zhuǎn)化

在傳統(tǒng)的課堂中，“教師講—學(xué)生聽(tīng)”是公認(rèn)的教學(xué)模式。隨著教育信息化的普及，以學(xué)生為主體的教學(xué)模式日益普及，越來(lái)越多的教師、學(xué)生和家長(zhǎng)認(rèn)可了“強(qiáng)調(diào)自主學(xué)習(xí)”的E-learning學(xué)習(xí)模式。因此，教育管理部門(mén)不再要求教師整節(jié)課堂都必須喋喋不休地講解，而是要求教師把更多的精力放到教學(xué)案例設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的組織上。此時(shí)，教師不再是課堂的主體，而是課堂的組織者、引導(dǎo)者和學(xué)習(xí)進(jìn)程的監(jiān)控者。

2.促進(jìn)EAI良性發(fā)展的建議及有效策略

（1）EAI未來(lái)研究應(yīng)著眼于大數(shù)據(jù)，以模型訓(xùn)練、教育模型生成為重要內(nèi)容

智能導(dǎo)師、學(xué)習(xí)障礙診斷與分析師、體質(zhì)健康監(jiān)測(cè)醫(yī)生等人工智能技術(shù)均離不開(kāi)優(yōu)質(zhì)的EAI模型支撐。從人工智能的結(jié)構(gòu)模型可知，基于深度學(xué)習(xí)的知識(shí)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)的優(yōu)化與完善，以及推理算法的優(yōu)化是近期人工智能發(fā)展的重要內(nèi)容，面向教育的人工智能也必須遵循這一規(guī)律。因此，在EAI的發(fā)展中，面向教育信息的數(shù)據(jù)采集、基于教育大數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)及模型訓(xùn)練將EAI的發(fā)展至關(guān)重要。除了模型的顯著改進(jìn)，作為模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，大數(shù)據(jù)還為人工智能添加了十足的動(dòng)力燃料。

大數(shù)據(jù)智能以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和認(rèn)知計(jì)算為核心方法，從教育大數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)知識(shí)，進(jìn)而根據(jù)知識(shí)做出智能決策。因此，教育數(shù)據(jù)革命已經(jīng)到來(lái)。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的人工智能將是引領(lǐng)教育信息化發(fā)展的新方向[16]。

（2）EAI的發(fā)展應(yīng)以智能化、個(gè)性化、多元化為目標(biāo)

在人工智能技術(shù)的支持下，尊重學(xué)習(xí)者個(gè)體特征，為學(xué)習(xí)者量身定做提供個(gè)性化指導(dǎo)即將成為現(xiàn)實(shí)。借助智能化的學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)，基于學(xué)習(xí)者的個(gè)人信息、認(rèn)知特征、學(xué)習(xí)記錄、位置信息、媒體社交信息等數(shù)據(jù)庫(kù)，人工智能程序可以自學(xué)習(xí)并構(gòu)建學(xué)習(xí)者模型，并基于擴(kuò)大更新的數(shù)據(jù)集不斷地調(diào)整優(yōu)化模型參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化資源、學(xué)習(xí)路徑、學(xué)習(xí)服務(wù)的推送。這種個(gè)性化將越來(lái)越呈現(xiàn)出客觀、量化等特征。

（3）EAI的發(fā)展應(yīng)注意協(xié)同性的知識(shí)建構(gòu)，強(qiáng)化人、機(jī)之間的協(xié)同化

人機(jī)協(xié)同發(fā)展是人工智能推動(dòng)教育智能化發(fā)展的一種趨勢(shì)。從學(xué)習(xí)科學(xué)的角度分析，學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者根據(jù)自己已有的知識(shí)去主動(dòng)構(gòu)建和理解新知識(shí)的過(guò)程。對(duì)于人工智能來(lái)說(shuō)，有些新知識(shí)是它們無(wú)法理解的，這種時(shí)候的學(xué)習(xí)者就需要教師的協(xié)同、協(xié)助和協(xié)調(diào)，與此同時(shí)，人工智能模型也需要大量模型訓(xùn)練、深度學(xué)習(xí)，以實(shí)現(xiàn)其自身的優(yōu)化。因此在智能化學(xué)習(xí)環(huán)境中，教師的參與必不可少，人機(jī)協(xié)同將是人工智能輔助教學(xué)的突出特征。

（4）EAI將以技術(shù)融合為手段，促進(jìn)知識(shí)融合創(chuàng)新為目標(biāo)

教育部2018年4月發(fā)布的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》把融合創(chuàng)新作為當(dāng)前教育發(fā)展的核心研究?jī)?nèi)容。從EAI的視角看，面向EAI的融合創(chuàng)新包括2個(gè)層次的內(nèi)容：其一是在人工智能的全方位支持下，實(shí)現(xiàn)教育手段、教育策略、教學(xué)模式、學(xué)習(xí)空間的融合創(chuàng)新;其二是對(duì)學(xué)習(xí)者自主探究能力、自我管理能力、協(xié)作能力和時(shí)間管理能力等核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者從多學(xué)科綜合、深層次思維的視角實(shí)現(xiàn)綜合應(yīng)用能力的快速發(fā)展，從而促進(jìn)其創(chuàng)新能力的快速發(fā)展。

人工智能在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了跨學(xué)科、跨領(lǐng)域和跨媒體的融合創(chuàng)新。在人工智能技術(shù)的支持下，跨領(lǐng)域推理融合了多個(gè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)與知識(shí)，奠定了強(qiáng)大的智能基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了人工智能技術(shù)與教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)媒體和知識(shí)傳播路徑的多層次融合。從管理視角看，它突破了傳統(tǒng)教育方式的限制，提供跨學(xué)科、跨媒體、跨時(shí)空的智能教育服務(wù)供給;從學(xué)習(xí)者視角看，則鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者突破學(xué)科之間藩籬，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的綜合應(yīng)用與知識(shí)融合。

3.EAI教研與建設(shè)中必須注意的問(wèn)題

（1）加強(qiáng)師生的人工智能技術(shù)培訓(xùn)，以滿(mǎn)足EAI發(fā)展的需要

EAI必將從教學(xué)模式、教學(xué)手段、教學(xué)環(huán)境等諸多方面改變教育與教學(xué)，促使教育教學(xué)發(fā)生翻天覆地的變革。在這個(gè)變革過(guò)程中，將對(duì)教師、學(xué)生的固有觀念產(chǎn)生巨大沖擊，并在技術(shù)和應(yīng)用層面對(duì)教師提出新要求。師生觀念及技術(shù)能力能否滿(mǎn)足EAI對(duì)教育的要求，是關(guān)系著EAI成敗的決定性因素。

然而，師生對(duì)EAI的認(rèn)知與認(rèn)可、師生使用人工智能技術(shù)的能力尚與EAI的工作要求有較大差距，尚需較長(zhǎng)時(shí)段的努力。因此，加強(qiáng)針對(duì)師生的人工智能技術(shù)培訓(xùn)，是非常必要的。

（2）基于EAI的個(gè)性化指導(dǎo)應(yīng)尊重知識(shí)結(jié)構(gòu)，尊重學(xué)習(xí)者

個(gè)性化指導(dǎo)是人工智能技術(shù)支持教學(xué)的重要特征。從當(dāng)前的研究看，多數(shù)資源推薦技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種基于學(xué)習(xí)者興趣或當(dāng)前關(guān)注點(diǎn)的資源推薦，這種推薦模式有利于學(xué)習(xí)者在某一領(lǐng)域或圍繞特定知識(shí)點(diǎn)開(kāi)展較集中或較深入的學(xué)習(xí)。這一模式對(duì)于成人學(xué)習(xí)、專(zhuān)題性探究是有意義的，但對(duì)在校學(xué)生的全面發(fā)展并無(wú)裨益，不利于學(xué)生構(gòu)建有效的知識(shí)體系和知識(shí)結(jié)構(gòu)，更不利于學(xué)生的全面發(fā)展。

在以EAI支持個(gè)性化學(xué)習(xí)的過(guò)程中，要依據(jù)學(xué)習(xí)者的類(lèi)型分類(lèi)設(shè)計(jì)個(gè)性化指導(dǎo)模型。對(duì)于在校學(xué)生的學(xué)習(xí)，務(wù)必尊重課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)，兼顧學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，基于學(xué)習(xí)內(nèi)容、教師建議、學(xué)生興趣、學(xué)習(xí)行為等數(shù)據(jù)中挖掘出隱藏的規(guī)律，從而構(gòu)建有效的學(xué)習(xí)支持模型。

在以EAI支持的學(xué)習(xí)過(guò)程中，要充分尊重學(xué)習(xí)者，注意保護(hù)學(xué)習(xí)者的隱私權(quán)和知情權(quán)。在實(shí)施基于EAI的精準(zhǔn)學(xué)習(xí)行為分析和個(gè)性化跟蹤與指導(dǎo)前，應(yīng)征得學(xué)習(xí)者的正式同意。

（3）EAI永遠(yuǎn)不可能完全取代教師

盡管教師的很多職能在不遠(yuǎn)的將來(lái)都會(huì)被人工智能所取代，但教師永遠(yuǎn)不會(huì)被人工智能完全取代。余勝泉認(rèn)為，教師的職能是促進(jìn)人的成長(zhǎng)，包含兩個(gè)維度：其一是教書(shū)的職能;其二是育人的職能。在知識(shí)傳授、知識(shí)組織和知識(shí)管理領(lǐng)域，會(huì)有越來(lái)越多的工作被人工智能所取代。但在育人過(guò)程中，還有學(xué)生的情感需求以及教師榜樣力量的潛移默化等，這些問(wèn)題永遠(yuǎn)不可能被人工智能完全取代。因?yàn)槿伺c人之間面對(duì)面的溝通和面對(duì)屏幕的交互還是有很大差異的。

五、結(jié)束語(yǔ)

進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言處理均取得了很大突破，人工智能服務(wù)于教育的重大契機(jī)已經(jīng)展現(xiàn)在人們面前。EAI的介入，將會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程產(chǎn)生重大影響，會(huì)在教學(xué)倫理、學(xué)習(xí)者個(gè)性發(fā)展、學(xué)習(xí)者情感與價(jià)值觀形成等方面產(chǎn)生諸多新問(wèn)題，這就需要教育工作者未雨綢繆，在教學(xué)組織和教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避EAI介入帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，從而把教育教學(xué)質(zhì)量推向新高度。

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（編輯：王曉明）