中美智能技術(shù)教育應(yīng)用的比較研究

楊俊鋒 包昊罡 黃榮懷

[摘 ? 要] 隨著智能技術(shù)在教育中的應(yīng)用，中美兩國(guó)的教育信息化有了新的發(fā)展，表現(xiàn)出了新一階段的特征。研究以中美兩國(guó)智能技術(shù)教育應(yīng)用為研究對(duì)象，采用基于深度探究的迭代比較方法對(duì)中美兩國(guó)人工智能教育應(yīng)用作了比較研究。通過(guò)分析智能技術(shù)變革教育的九個(gè)典型場(chǎng)域，即智慧校園、智慧教室、智慧教材、教學(xué)任務(wù)自動(dòng)化、自適應(yīng)學(xué)習(xí)、教育機(jī)器人、智能導(dǎo)師系統(tǒng)、學(xué)習(xí)分析和現(xiàn)代學(xué)校治理，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)類產(chǎn)品較為豐富、教師教學(xué)類產(chǎn)品發(fā)展迅速、學(xué)校治理類產(chǎn)品相對(duì)薄弱。在此基礎(chǔ)上，討論了中美兩國(guó)智能技術(shù)教育應(yīng)用的異同，提出了智能技術(shù)變革教育的架構(gòu)模型。

[關(guān)鍵詞] 智能技術(shù); 教育應(yīng)用; 比較研究

[中圖分類號(hào)] G434 ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡(jiǎn)介] 楊俊鋒（1981—），男，河南平頂山人。教授，主要從事智慧學(xué)習(xí)環(huán)境、同步網(wǎng)絡(luò)課堂方面的研究。E-mail：yjf@hznu.edu.cn。黃榮懷為通訊作者，E-mail：huangrh@bnu.edu.cn。

一、研究背景及方法

將智能技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)活動(dòng)來(lái)提升教與學(xué)效果是教育工作者長(zhǎng)期努力的方向之一。從20世紀(jì)50年代計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）的興起開(kāi)始，計(jì)算機(jī)便作為一種工具應(yīng)用于教學(xué)，是智能技術(shù)應(yīng)用于教育的雛形。近年來(lái)，以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能為基礎(chǔ)的新一代智能技術(shù)高速發(fā)展，使計(jì)算機(jī)在邏輯推理、圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言處理等技術(shù)領(lǐng)域快速成熟，在環(huán)境構(gòu)建、決策支持、人才培養(yǎng)、情感陪伴、精準(zhǔn)服務(wù)、教學(xué)支持和智能評(píng)價(jià)等方面為教育教學(xué)提供了強(qiáng)有力支持，為教育變革和智慧教學(xué)提供了更多可能[1]。如何應(yīng)用智能技術(shù)有效變革教育成為當(dāng)前教育研究的核心議題。

中美是當(dāng)前智能技術(shù)研究和應(yīng)用處在領(lǐng)先地位的兩個(gè)大國(guó)，兩國(guó)政府均高度重視智能技術(shù)對(duì)教育系統(tǒng)的變革作用。2017年起，中國(guó)國(guó)務(wù)院和教育部陸續(xù)發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》等一系列政策文件，明確指出，“推動(dòng)人工智能在教學(xué)、管理、資源建設(shè)等方面的應(yīng)用”[2]，“利用智能技術(shù)加快推動(dòng)人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革”[3]。美國(guó)政府先后發(fā)布了《為人工智能的未來(lái)做好準(zhǔn)備》《國(guó)家人工智能研究和發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃》《國(guó)家人工智能研究與發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃》等報(bào)告，強(qiáng)調(diào)“設(shè)立人工智能教育和培訓(xùn)項(xiàng)目，充分利用人工智能技術(shù)促進(jìn)教育公平與改善生活質(zhì)量，利用智能導(dǎo)師為學(xué)生提供實(shí)時(shí)的個(gè)性化教育”[4-5]，推動(dòng)“人工智能研發(fā)隊(duì)伍的發(fā)展與相關(guān)人員培訓(xùn)”[6]。

隨著智能技術(shù)的研發(fā)和在教育中的應(yīng)用，中美兩國(guó)的教育表現(xiàn)出了新的特征。在智慧教育迅速發(fā)展的今天，比較中美兩國(guó)在智能教育產(chǎn)品和智能技術(shù)教育應(yīng)用等方面的異同，有助于厘清智能技術(shù)對(duì)教育的變革作用，明確智能技術(shù)教育應(yīng)用的典型模式，探索智慧教育的未來(lái)發(fā)展方向。

本研究采用黃榮懷等提出的基于深度探究的迭代比較方法（ICMDI）[7]，對(duì)中美人工智能教育應(yīng)用的典型場(chǎng)景、主要應(yīng)用與核心產(chǎn)品進(jìn)行了對(duì)比。在ICMDI中，通過(guò)在研究過(guò)程中進(jìn)行多層次、多回合的迭代，開(kāi)展更加完善、深入和可靠的比較研究，其方法如圖1所示。

基于上述方法，本研究以“中美智能技術(shù)教育應(yīng)用有何異同”和“智能技術(shù)如何變革教育”為核心問(wèn)題，對(duì)研究主題進(jìn)行概念化。通過(guò)對(duì)中美兩國(guó)智能技術(shù)在教育領(lǐng)域相關(guān)研究報(bào)告、學(xué)術(shù)論文、新聞報(bào)道以及產(chǎn)品應(yīng)用等方面的調(diào)研，結(jié)合專家訪談，研究確立了“中美智能技術(shù)教育應(yīng)用的典型場(chǎng)域”和“中美智能技術(shù)教育應(yīng)用的典型產(chǎn)品”兩個(gè)具有代表性的對(duì)比變量進(jìn)行情境化和差異分析。經(jīng)過(guò)兩輪迭代后，研究形成了智能技術(shù)變革教育的架構(gòu)模型。

二、中美智能技術(shù)教育應(yīng)用的典型場(chǎng)域

通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的分析和比較，我們發(fā)現(xiàn)，中美兩國(guó)都非常重視智能技術(shù)在教育中的應(yīng)用，智能教育方面的研究和實(shí)踐都在逐年增加，在政策、理論研究和實(shí)踐應(yīng)用領(lǐng)域雖各有側(cè)重，但是目前智能技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)域主要集中在智慧校園、智慧教室、智慧教材、教學(xué)任務(wù)自動(dòng)化、自適應(yīng)學(xué)習(xí)、教育機(jī)器人、智能導(dǎo)師系統(tǒng)、學(xué)習(xí)分析和現(xiàn)代學(xué)校治理等九個(gè)方面。

（一）智慧校園：理論研究滯后于實(shí)踐和應(yīng)用

智慧校園是以師生的個(gè)性化服務(wù)為理念，提供無(wú)縫互通的網(wǎng)絡(luò)通信，能全面感知校園的物理環(huán)境，識(shí)別學(xué)習(xí)情境，分析學(xué)習(xí)特征，有效支持教學(xué)過(guò)程分析、評(píng)價(jià)和智能決策的開(kāi)放學(xué)習(xí)環(huán)境和便利的生活環(huán)境[8]。智慧校園的研究與實(shí)踐從2010年起逐年增加，主要關(guān)注硬件配置、功能整合、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用等，目標(biāo)是為校園學(xué)習(xí)和生活的各個(gè)方面提供便利[9]。在中國(guó)，由于政策的驅(qū)動(dòng)，很多地區(qū)和學(xué)校都開(kāi)展了從數(shù)字校園到智慧校園的改造和升級(jí)，但是智慧校園的建設(shè)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、管理和應(yīng)用模式等方面還有待提升，智慧學(xué)習(xí)的應(yīng)用水平也亟待提高，理論研究滯后于實(shí)踐活動(dòng)。在美國(guó)，從Intelligent Campus 和Smart Campus的研究和實(shí)踐看，智慧校園的研究和實(shí)踐也處于起步階段。

（二）智慧教室：評(píng)價(jià)和標(biāo)準(zhǔn)研究尚需加強(qiáng)

智慧教室是智能教育必備的硬件條件之一，有利于促進(jìn)課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)變革，進(jìn)而促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量提升。傳統(tǒng)課堂越來(lái)越多地采用人臉識(shí)別、情感計(jì)算、多模態(tài)融合、大數(shù)據(jù)分析等智能新技術(shù)，在各類傳感器和媒體終端的支持下，升級(jí)為智慧教室。智慧教室通常從教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)、學(xué)習(xí)過(guò)程的管理、學(xué)習(xí)資源的獲取、課堂教學(xué)的互動(dòng)、情境感知與檢測(cè)等五個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化和提升[10]。智慧教室的研究和實(shí)踐自2012年起逐年增加，主要關(guān)注智慧教室的設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)及教學(xué)模式等。在中國(guó)，有關(guān)智慧教室的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)指標(biāo)等也在國(guó)家和省級(jí)的政策文件中屢屢出現(xiàn)，部分地區(qū)還開(kāi)展了智慧教室示范校的評(píng)估工作，但是理論研究滯后于實(shí)踐，應(yīng)用和評(píng)價(jià)缺乏標(biāo)準(zhǔn)和指引。在美國(guó)，關(guān)于智慧教室的空間設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和教學(xué)應(yīng)用等方面的研究和實(shí)踐較多，以北卡羅來(lái)納大學(xué)的Journal of Learning Spcaes[11]為典型代表，而關(guān)于智慧教室的理論和評(píng)價(jià)研究則較少。

（三）智慧教材：知識(shí)產(chǎn)權(quán)瓶頸

智能技術(shù)在課堂上發(fā)揮作用的一種方式是將智能內(nèi)容融入課堂，為學(xué)生提供智慧教材和筆記本。智慧教材是一類遵循學(xué)生閱讀規(guī)律，利于組織學(xué)習(xí)活動(dòng)，符合課程目標(biāo)要求，按圖書(shū)風(fēng)格編排，具備富媒體性、交互性、筆記、可管理、可分析等功能的電子讀物。傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，學(xué)生通過(guò)紙質(zhì)教材或卡片來(lái)了解人體，而在智能技術(shù)的幫助下，他們可以通過(guò)交互模型或3D模型來(lái)了解人體。智能技術(shù)還可以幫助教師根據(jù)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力定制個(gè)性化的課程資源[12]。同時(shí)，學(xué)生可以像使用傳統(tǒng)的筆記本一樣使用智能筆記本來(lái)做筆記，這樣學(xué)生的筆記數(shù)據(jù)可以被收集起來(lái)，為學(xué)習(xí)分析提供真實(shí)的數(shù)據(jù)[13]。中美兩國(guó)都很重視智慧教材的研究，但實(shí)踐中都面臨著知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的瓶頸。

（四）教學(xué)任務(wù)自動(dòng)化：教學(xué)設(shè)計(jì)和課堂互動(dòng)是難點(diǎn)

教學(xué)任務(wù)自動(dòng)化能夠幫助教師自動(dòng)化處理部分教學(xué)任務(wù)，讓教師從繁重的教學(xué)任務(wù)中解放出來(lái)，重點(diǎn)從事育人的工作。一方面，人工智能可以輔助教師完成作業(yè)批改、常見(jiàn)問(wèn)題回答、考勤以及作業(yè)發(fā)放等日常工作，讓教師可以從機(jī)械性、重復(fù)性的事務(wù)中解放出來(lái)，如美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的人工智能助教Jill Watson[14];另一方面，人工智能會(huì)賦能未來(lái)的教師，通過(guò)人機(jī)協(xié)同完成的智慧性的教學(xué)工作，提升教學(xué)的效率和效果[15]。從教學(xué)流程看，教師的任務(wù)在課前涉及教學(xué)設(shè)計(jì)、資源準(zhǔn)備，教學(xué)中涉及課堂互動(dòng)、課堂講授、單元測(cè)試，教學(xué)后包括作業(yè)批改、學(xué)業(yè)評(píng)測(cè)等。而目前教師任務(wù)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)程度較高的為作業(yè)批改、單元測(cè)試和學(xué)業(yè)評(píng)測(cè)三個(gè)方面，其次為資源準(zhǔn)備和課堂講授，而教學(xué)設(shè)計(jì)和課堂互動(dòng)的自動(dòng)化程度最低，這也是未來(lái)智能時(shí)代教師工作的重心和智能技術(shù)發(fā)展的方向。

（五）自適應(yīng)學(xué)習(xí)：需強(qiáng)化學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

自適應(yīng)學(xué)習(xí)是指通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)的收集和分析，有針對(duì)性地為不同類型的學(xué)習(xí)者提供適應(yīng)性的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)路徑，優(yōu)化學(xué)習(xí)體驗(yàn)[16]。無(wú)論是中國(guó)還是美國(guó)，自適應(yīng)學(xué)習(xí)都有著較為深入的研究和廣泛的應(yīng)用。自適應(yīng)通常與個(gè)性化密不可分，個(gè)性化學(xué)習(xí)是基于學(xué)生的個(gè)性特征提供有針對(duì)性的學(xué)習(xí)服務(wù)，通過(guò)記錄、挖掘和深入分析學(xué)習(xí)行為的相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估學(xué)習(xí)的過(guò)程、發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題并預(yù)測(cè)未來(lái)的發(fā)展，同時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化的干預(yù)和指導(dǎo)[17]。自適應(yīng)、個(gè)性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用，應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為目標(biāo)，有效銜接課內(nèi)和課外學(xué)習(xí)，突破時(shí)空的限制，打破課堂的邊界，多角度、全方位地記錄和分析學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，為教師、學(xué)生、家長(zhǎng)和管理者提供及時(shí)的信息反饋，從而促進(jìn)高效學(xué)習(xí)、有效教學(xué)和管理。

（六）教育機(jī)器人：平臺(tái)、資源和師資瓶頸

教育機(jī)器人（Educational Robotics）的研究可分為兩類：一類是把仿生技術(shù)、語(yǔ)言識(shí)別和人工智能等技術(shù)整合應(yīng)用于教育的仿生機(jī)器人研究;另一類是STEM教育中通過(guò)使用機(jī)器人套件教授學(xué)生編程的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力[18-19]。教育機(jī)器人既可以作為學(xué)習(xí)伙伴，在課外陪伴學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)、完成學(xué)習(xí)任務(wù)、健康成長(zhǎng)，在課內(nèi)為學(xué)生答疑解惑、提供資源、積極互動(dòng)等，也可以作為教師的教學(xué)助手，在課前備課、課堂授課和課后交流過(guò)程中為教師提供多方面的支持[20]。常見(jiàn)的教育機(jī)器人包括課堂助教機(jī)器人、智慧學(xué)伴、智能玩具、機(jī)器人教師等。教育機(jī)器人的研發(fā)和應(yīng)用可能會(huì)改變教育的生態(tài)和教學(xué)的模式，但目前中美兩國(guó)關(guān)于教育機(jī)器人的研究和開(kāi)發(fā)仍處于起步階段，在實(shí)踐過(guò)程中面臨著課程平臺(tái)功能缺失、學(xué)習(xí)資源不夠豐富和師資力量欠缺等諸多困境。

（七）智能導(dǎo)師系統(tǒng)：學(xué)生模型和教學(xué)策略需優(yōu)化

智能導(dǎo)師系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用較為普遍，智能導(dǎo)師系統(tǒng)（ITS）利用智能技術(shù)模擬教師的教學(xué)，根據(jù)學(xué)習(xí)者模型為學(xué)生提供個(gè)性化的指導(dǎo)，為不同特征的學(xué)習(xí)者獲得知識(shí)和技能提供智能化教學(xué)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[21-22]。ITS在美國(guó)的研究開(kāi)始于20世紀(jì)60年代，產(chǎn)生了一些有代表性的ITS系統(tǒng)，如孟菲斯大學(xué)的AutoTutor[23]、卡耐基梅隆大學(xué)的ACT-R[24]等，在研究和實(shí)踐上均取得了良好的效果。我國(guó)ITS的研究于20世紀(jì)80年代后逐漸起步和發(fā)展，主要研究集中在專家知識(shí)建模、學(xué)習(xí)者模型、教學(xué)過(guò)程模擬、教學(xué)法模型、知識(shí)表示及推理、系統(tǒng)模型和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境等方面。近年來(lái)的研究則更多關(guān)注學(xué)習(xí)者模型的動(dòng)態(tài)更新、學(xué)習(xí)的推理機(jī)制以及語(yǔ)義網(wǎng)、本體、網(wǎng)格等技術(shù)的應(yīng)用及自適應(yīng)等方面。整體而言，智能導(dǎo)師系統(tǒng)還不夠成熟，學(xué)生模型和教學(xué)策略的研究仍需進(jìn)一步深化。

（八）學(xué)習(xí)分析：亟待融合學(xué)習(xí)和教學(xué)理論

自2011年第一屆學(xué)習(xí)分析國(guó)際會(huì)議開(kāi)始，學(xué)習(xí)分析作為一個(gè)領(lǐng)域在快速發(fā)展。學(xué)習(xí)分析技術(shù)是挖掘、分析、測(cè)試和報(bào)告有關(guān)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程及學(xué)習(xí)環(huán)境的數(shù)據(jù)，用于理解學(xué)習(xí)、優(yōu)化環(huán)境和促進(jìn)績(jī)效的技術(shù)[25]。學(xué)習(xí)分析在美國(guó)的研究較為深入，初期的研究重點(diǎn)是預(yù)測(cè)模型的建立，尤其對(duì)于收到學(xué)業(yè)成績(jī)警告的學(xué)生，能夠作出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和早期干預(yù);當(dāng)前以學(xué)習(xí)者的社交網(wǎng)絡(luò)分析、話語(yǔ)分析、學(xué)習(xí)路徑分析等技術(shù)的探討居多，但是從教育和學(xué)習(xí)理論出發(fā)開(kāi)展的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)研究需要加強(qiáng)[26]。未來(lái)學(xué)習(xí)分析應(yīng)強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的支持、學(xué)生情緒和動(dòng)機(jī)的理解、精準(zhǔn)化的反饋和教學(xué)干預(yù)策略等方面的研究。學(xué)習(xí)分析以教學(xué)理論、學(xué)習(xí)理論、課程理論和已有研究為基礎(chǔ)，以學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)風(fēng)格、線上社交網(wǎng)絡(luò)和交互活動(dòng)等變量分析學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，評(píng)估教學(xué)活動(dòng)質(zhì)量，及時(shí)反饋學(xué)習(xí)的問(wèn)題，是智慧教育實(shí)施的基礎(chǔ)[27]。

（九）現(xiàn)代學(xué)校治理：需加強(qiáng)理論研究和工具研發(fā)

現(xiàn)代學(xué)校治理包括四個(gè)方面的內(nèi)涵：一是要對(duì)師生個(gè)體發(fā)展給予真正的關(guān)注，二是要建立適合本校發(fā)展的制度體系，三是建立包括校長(zhǎng)、教師、學(xué)生、家長(zhǎng)的合作伙伴關(guān)系，四是為學(xué)校發(fā)展提供建設(shè)性意見(jiàn)[28]。國(guó)際上的現(xiàn)代學(xué)校治理有四個(gè)基本策略：溝通、激勵(lì)、參與和培訓(xùn)[29]。可見(jiàn)，現(xiàn)代學(xué)校治理的核心在于建立扁平化的管理模式，促進(jìn)各方順暢溝通，真正以學(xué)生和教學(xué)為中心，提高決策能力和管理水平。智能技術(shù)支持的現(xiàn)代學(xué)校治理，通過(guò)教學(xué)系統(tǒng)和傳感器獲取教育大數(shù)據(jù)，采用云計(jì)算、智能感知、學(xué)習(xí)分析等技術(shù)，對(duì)學(xué)校運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和分析，適時(shí)地反饋給教師、學(xué)生、家長(zhǎng)和管理者，促進(jìn)各方的順暢溝通，并確立優(yōu)先治理任務(wù)及關(guān)鍵治理業(yè)務(wù)的邏輯過(guò)程，提供學(xué)生畫(huà)像、預(yù)警中心、數(shù)據(jù)服務(wù)等功能，為學(xué)校的智慧決策提供有效支撐[30]。當(dāng)前中美兩國(guó)關(guān)于技術(shù)支持的現(xiàn)代學(xué)校治理的研究和產(chǎn)品還普遍較少，智能技術(shù)輔助的現(xiàn)代學(xué)校治理應(yīng)用才剛剛起步。

3. 市場(chǎng)的共同特征：產(chǎn)品仍需研發(fā)完善

中美兩國(guó)智能教育產(chǎn)品的應(yīng)用都覆蓋了K-12、高等教育和職業(yè)教育等領(lǐng)域;中美兩國(guó)的智能教育產(chǎn)品都包括自適應(yīng)學(xué)習(xí)、智能導(dǎo)師、智能評(píng)測(cè)、教育機(jī)器人等類別，都體現(xiàn)出面向教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的應(yīng)用居多、面向?qū)W校管理的應(yīng)用較少等特征。智能教育產(chǎn)品還有待進(jìn)一步完善，目前很多產(chǎn)品還難以滿足教師、學(xué)生、家長(zhǎng)和學(xué)校對(duì)高質(zhì)量技術(shù)促進(jìn)學(xué)習(xí)的需求。中國(guó)大部分智能教育類公司處于發(fā)展初期階段，瓶頸問(wèn)題還有很多。美國(guó)有個(gè)別智能教育類公司服務(wù)學(xué)生數(shù)量眾多，積累了多年的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，但是多數(shù)的智能教育類公司也處于發(fā)展的初期階段。尤其是教育機(jī)器人的產(chǎn)品，仍需更大的研發(fā)投入，才能真正滿足學(xué)生、家長(zhǎng)和教師的需求。

（二）中美智能技術(shù)教育應(yīng)用的差異

由于中美兩國(guó)教育規(guī)模、教育基礎(chǔ)和教育重心有所不同，智能技術(shù)的教育應(yīng)用的重點(diǎn)方向也有所不同。

1. 智能技術(shù)教育應(yīng)用的政策導(dǎo)向不同

中國(guó)強(qiáng)調(diào)人工智能對(duì)教育系統(tǒng)的整體變革。智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，正逐漸從未來(lái)學(xué)校、教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式三個(gè)方面介入改造現(xiàn)有的教育教學(xué)流程[34]。2017年7月20日，國(guó)務(wù)院頒布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，凸顯智能技術(shù)對(duì)變革學(xué)校教育服務(wù)形態(tài)、教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式的作用。教育信息化2.0以“體驗(yàn)”為依歸，以“數(shù)據(jù)”為基礎(chǔ)，以“聯(lián)結(jié)”為要義，以“開(kāi)放”為策略，以“智能”為目標(biāo)，凸顯智能技術(shù)教育應(yīng)用的整體設(shè)計(jì)[2]。美國(guó)強(qiáng)調(diào)人工智能的研究支持和人才培養(yǎng)。2016年10月，美國(guó)發(fā)布了《為人工智能的未來(lái)做好準(zhǔn)備》，明確了學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、職業(yè)院校和中小學(xué)在人工智能的研究和人才培養(yǎng)中應(yīng)扮演的角色，政府則通過(guò)提高STEM教育質(zhì)量和建立人工智能教育課題來(lái)推動(dòng)人工智能教育發(fā)展[5]。

2. 智能技術(shù)教育應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域不同

當(dāng)前中國(guó)的人工智能教育應(yīng)用中，以提高考試分?jǐn)?shù)為目的的“補(bǔ)償教學(xué)”產(chǎn)品占據(jù)一定的份額，某種程度上是“影子教育”的一種擴(kuò)展，即在學(xué)校的正規(guī)教育之外，針對(duì)主要的教學(xué)科目進(jìn)行課外輔導(dǎo)并收取一定費(fèi)用的教育形式。作業(yè)批改類、搜題類的產(chǎn)品較多，通常以提高分?jǐn)?shù)為目的。在美國(guó)，智能技術(shù)的教育應(yīng)用中，更為關(guān)注個(gè)性化的學(xué)習(xí)應(yīng)用，注重利用技術(shù)促進(jìn)學(xué)生思維和能力的發(fā)展。美國(guó)的教育提倡做中學(xué)，倡導(dǎo)通過(guò)接觸大自然、探究合作來(lái)認(rèn)識(shí)真實(shí)世界，重視學(xué)習(xí)過(guò)程，重視4C（Critical Thinking， Communication，Collaboration，Creativity）能力的培養(yǎng)。美國(guó)STEM學(xué)科教學(xué)和智能導(dǎo)師系統(tǒng)的產(chǎn)品較多，強(qiáng)化學(xué)生思維和能力的發(fā)展，但學(xué)業(yè)教育比較薄弱，尤其是數(shù)學(xué)教育最為嚴(yán)重。

3. 智能技術(shù)人才培養(yǎng)規(guī)模有差異

中國(guó)大部分高校在2018年前一直沒(méi)有開(kāi)設(shè)人工智能專業(yè)，而在人工智能的誕生地美國(guó)，許多大的院校都有人工智能專業(yè)和研究方向，以美國(guó)卡耐基梅隆大學(xué)為例，設(shè)有專門(mén)的機(jī)器人研究所，其中教授有100多位[35]。 縱向而言，中國(guó)布局的時(shí)間相對(duì)略晚，教育系統(tǒng)之間的差別也將影響智能技術(shù)領(lǐng)域在教育中的應(yīng)用和研究重心。然而，隨著我國(guó)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》的落實(shí)，據(jù)2019年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果顯示，目前已有180所院校開(kāi)設(shè)人工智能專業(yè)，相信很快會(huì)為社會(huì)培養(yǎng)大批智能技術(shù)人才，從而促進(jìn)智能技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域的發(fā)展。

五、智能技術(shù)變革教育的架構(gòu)模型

通過(guò)對(duì)中美智能技術(shù)應(yīng)用于教育的典型場(chǎng)域與應(yīng)用的梳理，結(jié)合信息技術(shù)教育應(yīng)用的四個(gè)基本階段，我們認(rèn)為，基礎(chǔ)設(shè)施和人工智能工具的配置是基礎(chǔ)，智能技術(shù)賦能的教師、學(xué)生和家長(zhǎng)是條件，教學(xué)和學(xué)習(xí)創(chuàng)新是途徑，教育系統(tǒng)的變革是目標(biāo)，典型的應(yīng)用場(chǎng)域包括智慧校園、智慧教室和現(xiàn)代學(xué)校治理等九個(gè)方面。

智能技術(shù)融入學(xué)校教育，首先是信息基礎(chǔ)設(shè)施和人工智能工具的配置，設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、工具是智能技術(shù)應(yīng)用的基本環(huán)境，應(yīng)能感知學(xué)生的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，識(shí)別學(xué)生的學(xué)習(xí)特征，為學(xué)習(xí)者提供適切的學(xué)習(xí)資源和便利的互動(dòng)工具，能夠記錄學(xué)習(xí)的過(guò)程并自動(dòng)評(píng)測(cè)學(xué)習(xí)的結(jié)果，以促進(jìn)學(xué)生的有效學(xué)習(xí)[36]。研究和實(shí)踐的場(chǎng)域主要包括智慧校園、智慧教室、智慧教材等。

環(huán)境的配置，為教師、學(xué)生和家長(zhǎng)使用相關(guān)的工具提供了條件，從而為教師、學(xué)生和家長(zhǎng)賦能，為實(shí)現(xiàn)新型教學(xué)模式提供了條件。與傳統(tǒng)教學(xué)模式的“統(tǒng)一規(guī)格、統(tǒng)一步調(diào)、統(tǒng)一檢測(cè)”的教學(xué)相比，新型教學(xué)模式可能會(huì)更加傾向于任意時(shí)間、任意地點(diǎn)、任意方式、任意步調(diào)的模式[37]。這種新型的教學(xué)模式重視學(xué)生的多樣性，并采用智能技術(shù)促使個(gè)性化和差異性的學(xué)習(xí)成為可能，使“以人為本”的教育理念得以實(shí)現(xiàn)。研究和實(shí)踐的場(chǎng)域主要包括自適應(yīng)學(xué)習(xí)、智能導(dǎo)師系統(tǒng)、教育機(jī)器人、教學(xué)任務(wù)自動(dòng)化等。

智能技術(shù)應(yīng)用的目標(biāo)是促進(jìn)教育系統(tǒng)的變革，對(duì)學(xué)校而言，科學(xué)的決策和管理的優(yōu)化是重點(diǎn)。如輿情管理、質(zhì)量監(jiān)控、課程選修、專業(yè)選擇、生涯設(shè)計(jì)等方面，可以利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能感知等技術(shù)，對(duì)學(xué)校數(shù)據(jù)進(jìn)行高效采集和深度挖掘，幫助學(xué)校確立優(yōu)先治理任務(wù)及關(guān)鍵治理業(yè)務(wù)的邏輯過(guò)程，提供數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策和管理，促進(jìn)學(xué)校的持續(xù)改進(jìn)。研究和實(shí)踐的場(chǎng)域主要包括現(xiàn)代學(xué)校治理和學(xué)習(xí)分析等。智能技術(shù)變革教育的基本架構(gòu)和應(yīng)用方式如圖2所示。

圖2 ? 智能技術(shù)變革教育的架構(gòu)模型

六、結(jié) ? 語(yǔ)

通過(guò)中美兩國(guó)智能技術(shù)教育應(yīng)用的比較分析，我們認(rèn)為，智能技術(shù)的教育應(yīng)用應(yīng)加強(qiáng)對(duì)學(xué)習(xí)情境的分析，強(qiáng)化對(duì)教學(xué)的全流程輔助、對(duì)學(xué)習(xí)的全過(guò)程支持以及現(xiàn)代化學(xué)校治理的業(yè)務(wù);同時(shí)，智能教育產(chǎn)品仍需優(yōu)化，企業(yè)應(yīng)擔(dān)起社會(huì)責(zé)任，遵循教育規(guī)律和倫理規(guī)范，為學(xué)校、教師和學(xué)生提供易用、有用、可用的教育產(chǎn)品，服務(wù)中國(guó)教育的發(fā)展。

智能技術(shù)的應(yīng)用定會(huì)為教育注入新的活力，助力實(shí)現(xiàn)線上線下混合、校內(nèi)校外融合、職前職后一體的教育新形態(tài)，為學(xué)習(xí)者和廣大市民提供創(chuàng)新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，促進(jìn)終身學(xué)習(xí)社會(huì)的發(fā)展。智能技術(shù)的引入，必將改變教育的生態(tài)，新的教育生態(tài)需要重新審視學(xué)習(xí)者、教師、學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)環(huán)境等要素，明確要素本身的變化、要素間的關(guān)系和結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能的變化等。從社會(huì)變革的角度，研究智能技術(shù)對(duì)教育生態(tài)的影響，明確人才培養(yǎng)目標(biāo)的變化，探尋智能技術(shù)支持的教育模式，通過(guò)跨學(xué)科的研究探索智能時(shí)代教育和社會(huì)的關(guān)系，理解智能技術(shù)對(duì)社會(huì)治理的影響，是當(dāng)前研究需要重點(diǎn)關(guān)注的方向。

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