人工智能教育應(yīng)用的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

摘 要：當(dāng)前，人工智能的發(fā)展日益深入，教育作為人工智能應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，在一定程度上能為未來教育發(fā)展帶來諸多機(jī)遇，對(duì)于學(xué)生個(gè)性化的學(xué)習(xí)、各方面素養(yǎng)和能力的獲得、全球課堂的普及以及教師重復(fù)性勞動(dòng)的減少等都有益處。然而，在帶來機(jī)遇的同時(shí)，也存在著多方面的挑戰(zhàn)。人工智能教育應(yīng)用在助力社會(huì)變革時(shí)，對(duì)政府、學(xué)校、教師等提出了內(nèi)在訴求，需各方面配合，文章對(duì)此進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：人工智能；教育應(yīng)用；機(jī)遇；挑戰(zhàn)

作者簡(jiǎn)介：曹可稀，湖北省咸寧市闖王鎮(zhèn)中心小學(xué)副校長。（湖北 咸寧 437000）

中圖分類號(hào)：G623.58 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-0568（2018）07-0025-03

伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展，智慧教育也逐漸展開，人工智能作為智慧教育時(shí)代發(fā)展的核心力量，近年來對(duì)人類社會(huì)的影響越來越廣泛與深遠(yuǎn)，它正在為農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、教育、能源、國防等諸多領(lǐng)域提供大量新的發(fā)展機(jī)遇。

人工智能技術(shù)自1956年提出以來，從最開始受到盲目追捧，到20世紀(jì)七八十年代逐漸遇冷，近些年又重新引起了人們的重視。尤其是在2016年谷歌公司基于深度學(xué)習(xí)的AlphaGo戰(zhàn)勝了圍棋世界冠軍，再一次引爆了人們對(duì)人工智能的熱情。現(xiàn)在，人工智能已被視為推動(dòng)現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)步的主要核心技術(shù)力量。目前，人工智能已經(jīng)開始服務(wù)于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、醫(yī)療、教育等眾多領(lǐng)域，切實(shí)推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步。人們紛紛預(yù)言，雖然通用的智能系統(tǒng)在未來10年內(nèi)很難超過人類智能，但在越來越多的特定領(lǐng)域，智能系統(tǒng)的問題解決能力可以達(dá)到甚至超過人類的智能水平。如智能公交可以為殘疾人和老年人帶來幫助，減少交通事故；智能政府可以更好地服務(wù)于大眾；智能建筑可以節(jié)約能源，減少污染，等等。那么，智能教育又會(huì)對(duì)現(xiàn)今的教育帶來哪些改變呢？

本文主要是從人工智能的角度出發(fā)，思考其對(duì)教育所產(chǎn)生的積極作用及所帶來的挑戰(zhàn)，以便進(jìn)一步把握、促進(jìn)人工智能在教育中的有效與合理應(yīng)用，用以應(yīng)對(duì)當(dāng)今智能化浪潮下教育人工智能需要面對(duì)的重要挑戰(zhàn)，以較好地順應(yīng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，助力教育變革。

一、人工智能教育應(yīng)用的機(jī)遇

在傳統(tǒng)的人工智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，我們發(fā)現(xiàn)更多的是為了滿足某個(gè)專門領(lǐng)域的學(xué)習(xí)需求，目的是促進(jìn)學(xué)習(xí)者獲得特定的知識(shí)和技能，而且這些系統(tǒng)常常作為學(xué)校教育的補(bǔ)充，未能深入影響學(xué)生的日常學(xué)習(xí)和生活。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，教育領(lǐng)域?qū)θ斯ぶ悄芗夹g(shù)提出了更高的要求，期望人工智能技術(shù)對(duì)教育產(chǎn)生革命性的影響。總體來說，人工智能還是能給教育帶來諸多機(jī)遇，能夠提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)習(xí)者各方面素養(yǎng)和能力的提升，加快全球課堂的普及，并減少教師的重復(fù)性工作等。

1. 提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)。當(dāng)今教育一直都在探討如何實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的教育和教學(xué)，并提倡因材施教。在教育技術(shù)不斷發(fā)展的同時(shí)，慕課、翻轉(zhuǎn)課堂等作為其產(chǎn)物，也在逐漸探索如何實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。然而隨著學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域的不斷深入和擴(kuò)大，人們期待著下一次智能系統(tǒng)的發(fā)展，以充分結(jié)合科學(xué)研究成果與人工技能技術(shù)的進(jìn)步，使學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠與學(xué)習(xí)者之間以更自然的方式和方法進(jìn)行交互，在教師缺席的情況下承擔(dān)起個(gè)人或者小組導(dǎo)師的角色。

在現(xiàn)實(shí)生活中，我們看到“智能導(dǎo)師”作為教育領(lǐng)域的一個(gè)重要應(yīng)用，可以通過自然語言處理和語音識(shí)別技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)扮演導(dǎo)師角色的功能，代替現(xiàn)有教師為學(xué)生提供輔助性的學(xué)習(xí)材料。實(shí)踐證明，根據(jù)學(xué)生的興趣、習(xí)慣和學(xué)習(xí)需求為其制訂專門的學(xué)習(xí)計(jì)劃，有利于學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)。在實(shí)際操作中，智能導(dǎo)師能夠在學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的過程中實(shí)時(shí)跟蹤、記錄和分析其學(xué)習(xí)過程和結(jié)果，以了解其個(gè)性化的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，并根據(jù)這一特點(diǎn)為每一位學(xué)習(xí)者選擇合適的學(xué)習(xí)資源，制訂個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案。當(dāng)然，智能導(dǎo)師在為學(xué)習(xí)者提供有針對(duì)性、即時(shí)的學(xué)習(xí)方案時(shí)，還能夠?qū)W(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和問題解決的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)和反饋，并提出相應(yīng)的建議。這樣，學(xué)生在學(xué)習(xí)中就可以擁有具體的反饋，為學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)提供詳盡的途徑。

2. 促進(jìn)學(xué)習(xí)者各方面素養(yǎng)和能力的獲得。隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，對(duì)于人類的素養(yǎng)和能力的訴求也在逐漸增多。21世紀(jì)核心素養(yǎng)一度成為國際上熱門的話題，我們可以看到，核心素養(yǎng)主要包含三大類：一是學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)；二是數(shù)字化素養(yǎng)；三是職業(yè)和生活技能。除素養(yǎng)之外，21世紀(jì)能力作為應(yīng)對(duì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求及社會(huì)進(jìn)步而對(duì)人才培養(yǎng)所提出的需求，具體包括創(chuàng)造性與問題解決、信息素養(yǎng)、自我認(rèn)識(shí)與自我調(diào)控、批判性思維、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)與終身學(xué)習(xí)、公民責(zé)任與社會(huì)參與等內(nèi)容。

在這些素養(yǎng)和能力的建構(gòu)過程中，人工智能發(fā)揮著不可忽視的作用：一方面是社會(huì)信息化的發(fā)展在逐漸推動(dòng)人工智能的步伐；另一方面是21世紀(jì)核心素養(yǎng)和能力存在著內(nèi)在的需求。在這樣的背景之下，人工智能技術(shù)不能局限于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)具體的、結(jié)構(gòu)良好的知識(shí)和技能，而是要幫助學(xué)生獲得復(fù)雜問題解決、批判性思維、多人協(xié)作等高階能力。而在現(xiàn)實(shí)中，我們可以看到，隨著技術(shù)的發(fā)展，評(píng)估難度較高或者領(lǐng)域內(nèi)專家無法清晰表達(dá)的規(guī)則知識(shí)、深度學(xué)習(xí)、自然語言的處理、情感計(jì)算等問題，都會(huì)在未來被逐漸攻克。而人工智能產(chǎn)品應(yīng)用到教育領(lǐng)域上可以逐漸成為學(xué)生的朋友，為學(xué)生提供補(bǔ)習(xí)的幫助，成為學(xué)生的學(xué)習(xí)助手，使學(xué)習(xí)收到寓教于樂的效果。

3. 加快全球課堂普及。在全球化趨勢(shì)背景下，全球課堂普及能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者隨時(shí)隨地打造深度學(xué)習(xí)的環(huán)境，成為學(xué)習(xí)的一個(gè)重要條件，在人工智能教育的應(yīng)用下，則可以很簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)這一功能。

全球課堂的目標(biāo)是為學(xué)習(xí)者提供一種普及化的、隨時(shí)隨地可以訪問的、學(xué)習(xí)者深度參與的學(xué)習(xí)環(huán)境。在這樣的學(xué)習(xí)環(huán)境中，處于任何水平的學(xué)習(xí)者都能獲得良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。在知識(shí)共享水平不斷提高的情況下，人工智能的發(fā)展能夠自然地促進(jìn)全球課堂的普及。在現(xiàn)今教育領(lǐng)域，慕課可以被看作是全球課堂的雛形。在慕課的依托之下，學(xué)習(xí)者可以隨時(shí)隨地地進(jìn)行學(xué)習(xí)和享受當(dāng)前世界各地的教育資源。但慕課也存在一些弊端，如偏重知識(shí)傳遞、通過率較低、只適應(yīng)具有一定知識(shí)背景和較高學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的學(xué)習(xí)者等。雖然慕課在現(xiàn)今的教育之中帶來了一些改變，但是所帶來的改變還是具有限度的。而人工智能技術(shù)支持下的全球課堂，能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供一個(gè)云端一體、支持認(rèn)知發(fā)展和相互協(xié)作的全新學(xué)習(xí)環(huán)境，這在一定程度上打破了慕課等教育技術(shù)手段所帶來的局限性。

4. 減少教師的重復(fù)性勞動(dòng)。當(dāng)前，中小學(xué)教師除了教學(xué)工作之外，還存在諸多重復(fù)性工作，而要想促進(jìn)教師的教學(xué)，教師就還需要更多的進(jìn)行創(chuàng)新工作的時(shí)間，以加深對(duì)教育的反思、改進(jìn)。若長期進(jìn)行重復(fù)教學(xué)，不但程序枯燥，而且對(duì)社會(huì)來說也是一種資源浪費(fèi)。

在這種情況下，使用人工智能技術(shù)和多媒體等各種先進(jìn)的教學(xué)手段形成開放式交互教學(xué)系統(tǒng)，學(xué)生可以主動(dòng)向系統(tǒng)索取知識(shí)，系統(tǒng)也可以根據(jù)學(xué)生的知識(shí)、能力和學(xué)習(xí)方法來因人施教，以收到最佳的教學(xué)效果，達(dá)到無人化、個(gè)性化適應(yīng)教學(xué)的目的。此外，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，越來越多的人工智能工具被應(yīng)用于教育領(lǐng)域，成為教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的得力助手。教育機(jī)器人就是一種被廣泛應(yīng)用于教育領(lǐng)域的人工智能型助手。例如，網(wǎng)龍華漁教育研發(fā)的“未來教師”機(jī)器人，就可以幫助教師完成課堂輔助性或重復(fù)性工作，如朗讀課文、點(diǎn)名、監(jiān)考、收發(fā)試卷等工作，還可以幫助教師收集、整理資料，輔助教師進(jìn)行備課、科研活動(dòng)。由此，在減輕教師負(fù)擔(dān)的同時(shí)，還提高了教師的工作效率，從而使教師將更多的精力真正放在學(xué)生身上，促進(jìn)學(xué)生更好地學(xué)。

二、人工智能教育應(yīng)用的挑戰(zhàn)

人工智能在給教育帶來諸多有利因素的同時(shí)，也會(huì)存在相應(yīng)的挑戰(zhàn)。在當(dāng)今社會(huì)人工智能相關(guān)人才還比較欠缺的狀態(tài)下，政府和學(xué)校該如何進(jìn)行人才的培養(yǎng)；教師在教學(xué)中該如何與人工智能系統(tǒng)進(jìn)行有效協(xié)調(diào)；人工智能教育應(yīng)用中存在的倫理、社會(huì)以及安全等問題應(yīng)該如何解決……這些因素都對(duì)人工智能在教育中的應(yīng)用提出了新的挑戰(zhàn)。

1. 人工智能的人才培養(yǎng)存在滯后性。人工智能作為推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)重大舉措，對(duì)于人類的影響是巨大的。教育領(lǐng)域作為人工智能影響的一個(gè)重要部分，在某種程度上說，要想對(duì)教育產(chǎn)生重大的作用，政府和學(xué)校就應(yīng)提供必要的協(xié)助。在人工智能專業(yè)人才培養(yǎng)中，首先，一方面，政府應(yīng)了解企業(yè)和社會(huì)對(duì)人工智能人才的需求，制定出人工智能專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)包括中小學(xué)、大學(xué)、職業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)等在內(nèi)的相關(guān)機(jī)構(gòu)，推進(jìn)人工智能專業(yè)人才的培養(yǎng)。另一方面，政府應(yīng)為人工智能教育提供必要的經(jīng)費(fèi)支持，如增加人工智能研究生的培養(yǎng)經(jīng)費(fèi)，提升人工智能課程設(shè)計(jì)的投入，資助人工智能教育研究項(xiàng)目，對(duì)開展人工智能教育的高校、職業(yè)院校和其他組織撥款等，這些措施在一定程度上可以促進(jìn)人工智能的發(fā)展。其次，學(xué)校在培養(yǎng)人工智能人才上需繼續(xù)加大措施和力度。在中小學(xué)階段可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，為人工智能的成長奠定良好的基礎(chǔ)，而大學(xué)作為人工智能發(fā)展的重要時(shí)期，在師資力量方面，可以把與人工智能相關(guān)的人才組織起來，引進(jìn)學(xué)校外部人工智能的專業(yè)人才，充實(shí)人工智能教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

然而，在目前的就業(yè)市場(chǎng)上，雖然企業(yè)高薪資聘用相關(guān)人才的公告在就業(yè)市場(chǎng)屢見不鮮，但這方面的人才卻很難在市場(chǎng)上找到。這也表明在現(xiàn)今社會(huì)中，人工智能領(lǐng)域相關(guān)人才培養(yǎng)還是存在著顯性不足和滯后的問題，政府和學(xué)校所貢獻(xiàn)的力量還存在著欠缺。

2. 人工智能中教師角色轉(zhuǎn)變的障礙。在現(xiàn)今教育技術(shù)的使用中，人們常常會(huì)疑惑教育和教學(xué)之中人與人之間的交互作用容易被忽視的問題。在人工智能教育時(shí)代來臨之時(shí)，如果在教育中大量使用高新技術(shù)，會(huì)不會(huì)削弱教師與學(xué)生的交往或者不利于學(xué)生語言能力和溝通能力的培養(yǎng)？面對(duì)這些疑惑，人工智能的研究案例表明，當(dāng)人類智慧與人工智能技術(shù)相結(jié)合的時(shí)候，在工作上能夠取得更好的效果。例如，一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)通過照片判斷淋巴細(xì)胞中是否存在癌細(xì)胞時(shí)，如果只使用人工智能技術(shù)，錯(cuò)誤率為7.5%，如果只由醫(yī)療專家來判斷，錯(cuò)誤率為3.5%，但如果將兩者結(jié)合起來，錯(cuò)誤率則可以下降至0.5%。也就是說，在人工智能時(shí)代，教師與人工智能系統(tǒng)之間需要相互協(xié)同。

而具體到現(xiàn)實(shí)生活中，我們發(fā)現(xiàn)在實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂和慕課的時(shí)候，一方面，存在實(shí)施的過程中部分教師不愿意改變的現(xiàn)象。當(dāng)教師傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)形成了成熟的體系和模式，他們認(rèn)為現(xiàn)今的教育方法已經(jīng)可以教好學(xué)生，尤其是那些這樣教已經(jīng)出了成績的教師，繼而讓其進(jìn)行改變會(huì)存在較大困難。另一方面，教育信息技術(shù)的老師比較少，當(dāng)更多的教師面臨一個(gè)新的事物時(shí)，有效的實(shí)施對(duì)教師的相關(guān)培訓(xùn)是非常有必要的。與此同時(shí)，人工智能在教育系統(tǒng)中的實(shí)施也面臨著怎樣將人工智能教學(xué)系統(tǒng)與面對(duì)面教學(xué)相結(jié)合，使教師與人工智能系統(tǒng)之間協(xié)同工作，以最大限度地發(fā)揮二者的協(xié)作優(yōu)勢(shì)，共同為學(xué)生提供更有個(gè)性的、更有效的教學(xué)體驗(yàn)，這是當(dāng)前教育人工智能研究面臨的挑戰(zhàn)之一。

3. 人工智能教育中的倫理、社會(huì)及安全問題。在網(wǎng)絡(luò)普及率極高的時(shí)代，越來越多的人開始加入互聯(lián)網(wǎng)的大軍之中。我們看到互聯(lián)網(wǎng)在給我們帶來越來越便利的生活的同時(shí)，也存在一些隱患：網(wǎng)絡(luò)暴力的滋生、信息的泄露、網(wǎng)絡(luò)欺詐行為等問題不斷涌現(xiàn)。在圖像識(shí)別技術(shù)上，出于對(duì)當(dāng)事人隱私或者某些信息的保護(hù)，電視和網(wǎng)絡(luò)會(huì)將文字或臉部像素化。但隨著人工智能的發(fā)展，這種保護(hù)隱私的方法已經(jīng)不再可靠。有研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)只要通過主流的機(jī)器學(xué)習(xí)方法訓(xùn)練，就可以識(shí)別圖像中隱藏的信息。在某些數(shù)據(jù)庫和隱私技術(shù)上，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的成功率已達(dá)到80%，甚至是90%。在像素化圖像方面，隨著圖片模糊程度增加，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的成功率會(huì)降低，但仍然能夠達(dá)到50%到75%的成功率。因此，倫理道德和安全保障是教育人工智能也必須面對(duì)的挑戰(zhàn)之一。

在教育系統(tǒng)中，教師各方面信息的泄露，以及學(xué)生所面臨的網(wǎng)絡(luò)暴力會(huì)不會(huì)更加肆虐？尤其是在中小學(xué)階段，學(xué)生對(duì)這個(gè)社會(huì)的認(rèn)知還不夠全面，是否會(huì)更多地存在著網(wǎng)絡(luò)上的隱性傷害，而這些問題都是在人工智能應(yīng)用于教育領(lǐng)域之中所要面臨的問題。為此，一是將倫理道德教育納入人工智能課程之中，樹立倫理道德意識(shí)也就成為人工智能時(shí)代必須要解決的課題；二是應(yīng)該加強(qiáng)人工智能教育應(yīng)用的監(jiān)管，制定與安全應(yīng)用相關(guān)的規(guī)則，運(yùn)用相關(guān)技術(shù)保護(hù)使用者的隱私和權(quán)益，著力于推動(dòng)教育人工智能良性積極發(fā)展。

未來的時(shí)代是智能時(shí)代，無論是政府管理機(jī)構(gòu)，還是各級(jí)教育部門，都應(yīng)為迎接智能時(shí)代的到來做好充分準(zhǔn)備。在具體的發(fā)展之中，我們可以看到美國政府在《規(guī)劃未來，迎接人工智能時(shí)代》研究報(bào)告中不僅引領(lǐng)了美國社會(huì)未來的發(fā)展方向，同時(shí)也為我國的人工智能教育應(yīng)用提供了很好的啟示與借鑒。人工智能教育應(yīng)用作為未來我國教育發(fā)展的核心內(nèi)容之一，在具體的應(yīng)用過程之中，對(duì)于我國的教育和教學(xué)發(fā)展存在著重要的意義。為更好地找到人工智能與教育的契合點(diǎn)，應(yīng)促進(jìn)人工智能技術(shù)人員與教師的合作，提高教育管理者和教師的數(shù)據(jù)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，對(duì)人工智能教育中的倫理、社會(huì)及安全問題制定好相關(guān)措施，為更好地適應(yīng)未來時(shí)代的發(fā)展做好準(zhǔn)備。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉清堂，毛剛，楊琳，程云.智能教學(xué)技術(shù)的發(fā)展與展望[J].中國電化教育，2016（6）：8-15.

[2] National Science and Technology Council. Thenational artificial intelli gence research and development strategic plan[EB/OL].http：//www. 360doc.com/16/1015/20/37334461_598685262.shtml

[3] Stone P，Brooks R，Brynjolfsson E，et al. Artificial Intelligence and Life in 2030[EB/OL].https：//ai100.stanford.edu/2016-report

[4] 當(dāng)代教育家.世界都在關(guān)心哪些核心養(yǎng)？素養(yǎng)教育的全球經(jīng)驗(yàn)出爐了！[EB/OL].http：//learning.sohu.com/20160605/n453108721.shtml.

[5] 陳三麗.人工智能技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教育中的應(yīng)用[J].山西教育，2004，（15）：19.

[6] 北京師范大學(xué)智慧學(xué)習(xí)研究院.2016年全球教育機(jī)器人發(fā)展白皮書[JEB/OL].http：//sanwen8.cn/p/34fFTIF.html.

[7] 中關(guān)村在線.在圖像識(shí)別上，隱私技術(shù)面臨人工智能的挑戰(zhàn)[EB/OL].http：//news.zol.com.cn/604/6044346.html.

[8] 閏志明，唐夏夏，秦璇，張飛等.教育人工智能的內(nèi)涵、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用趨勢(shì)——《美國為人工智能的未來做好準(zhǔn)備》和《國家人工智能研發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃》報(bào)告解析[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2017，（1）：26-35.

責(zé)任編輯 朱澤玲