論人工智能技術發(fā)展及其在教育中的應用*

王有學 高 潔

（北京市海淀區(qū)教育科學研究院，北京100080）

一、人工智能的誕生及發(fā)展

“人工智能（Artificial Intelligence，AI）”學科正式誕生于1956年夏，由約翰·麥卡錫等科學家第一次提出。最早定義：人工智能是擁有模擬能夠被精確描述的學習特征或智能特征的能力的機器[1]。1950年，艾倫·圖靈在《計算機器與智能》中闡述了AI[2]。就教育領域而言，1925年，美國心理學家設計了第一臺自動教學機器，可自動對學生進行測試和記分，學生可自定學習步調[3]。

我國許多學者認為人工智能是計算機學科的分支，也是多種學科的交叉和邊緣學科；是像人一樣理性思考和行動的系統(tǒng)；是模仿人腦的思維活動來解決只有人類專家才能解決的復雜問題；是智能機器所執(zhí)行的通常與人類智能有關的功能[4][5][6]。賈積友認為，人工智能是人們使用機器模擬人類和其它生物的自然智能[7]。我國《人工智能標準化白皮書（2018 版）》：“人工智能是利用數(shù)字計算機或者數(shù)字計算機控制的機器模擬、延伸和擴展人的智能，感知環(huán)境、獲取知識并使用知識獲得最佳結果的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)”[8]。本研究中人工智能定義采用此表述。

人工智能的發(fā)展階段有研究認為，分為起步階段（上世紀50年代-60年代末）、停滯階段（上世紀70年代）、曲折發(fā)展階段（20 世紀80年代初-21 世紀初）和高速發(fā)展階段（21 世紀10年代-迄今）[9][10]; 馬玉慧等認為，人工智能自1956年提出以來，歷經(jīng)最開始盲目追捧到20 世紀七八十年代發(fā)展瓶頸、備受冷落，再到90年代的緩慢發(fā)展，近幾年又重新引起重視，目前已被視為推動社會快速穩(wěn)定發(fā)展的主要核心技術力量之一[11]。潘云鶴認為，人工智能走進被各領域大量應用的2.0 時代[12]。徐貴寶認為人工智能經(jīng)歷過三次大浪潮：上世紀50年代的計算智能時代、上世紀80年代的感知智能時代、21 世紀的認知智能時代[13]。還有學者認為，人工智能和人工智能教育（AIE）發(fā)展階段分為：萌芽階段、誕生階段、黃金階段、第一次低谷、繁榮階段、第二次低谷和現(xiàn)在發(fā)展階段七個階段[14]。我國《人工智能標準化白皮書（2018版）》認為，有三個發(fā)展階段：20 世紀50年代到80年代、20 世紀80年代到90年代末、21 世紀初至今[8]。

人工智能史上教育也有應用。1958年IBM 用磁鼓連接打印機進行二進制算術教學；1960年自動教學用程控邏輯研制并使用；1966年美國斯坦福大學與IBM 合作開發(fā)IBM1500 教學系統(tǒng)；以及之后的TICCIT、PLATO II等CAI 教學系統(tǒng)，還開發(fā)出各類專家系統(tǒng)、虛擬教學系統(tǒng)、智能授導系統(tǒng)、智能問答系統(tǒng)等等[6]。

二、人工智能發(fā)展的驅動力

近幾年，國內(nèi)外針對人工智能戰(zhàn)略都采取了一些舉措，發(fā)布了一系列報告、政策及文件，相關內(nèi)容不再贅述，根據(jù)現(xiàn)有的文獻和資料整理如下：表1是國外人工智能發(fā)展主要舉措，表2是國內(nèi)人工智能發(fā)展主要舉措，表3為國內(nèi)外人工智能部分典型應用。

表1 國外人工智能發(fā)展主要舉措

表2 國內(nèi)人工智能發(fā)展主要舉措

表3 國內(nèi)外人工智能部分典型應用

三、人工智能關鍵技術及其在教育中的應用

人工智能教育應用主要技術是指這些應用于教育過程的技術、工具、程序或系統(tǒng)，即以人工智能技術來支持或幫助教育教學目標的實現(xiàn)、問題的解決，促進教育過程最優(yōu)化。其與教育融合分為三種模式：人工智能主體性融入模式、人工智能功能性嵌入模式、人工智能輔助技術手段模式[6]。

我國2018年1月發(fā)布的《人工智能白皮書（2018版）》中對人工智能關鍵技術進行了詳細分類，其中，將關鍵技術分為機器學習（核心技術）、知識圖譜、自然語言處理（重要方向）、人機交互（重要外圍技術）、計算機視覺、生物特征識別和虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實這7 項。人工智能在教育領域的典型應用很多，綜合閆志明[18]和陳凱泉[20]研究者的文獻可以得出，人工智能在教育的應用主要有：智能代理與自主學習、智能教學系統(tǒng)與專家系統(tǒng)、教育數(shù)據(jù)的挖掘與智能化分析、眼部跟蹤和面部表情識別、基于游戲教學系統(tǒng)、應用虛擬現(xiàn)實技術構建仿真實驗環(huán)境、教育機器人、智能導師、智能伙伴、實時跟蹤與反饋的智能測評、學習分析與學習者數(shù)字肖像等。

“人工智能+”教育就是人工智能與教育的深度融合與發(fā)展[15]。根據(jù)知網(wǎng)檢索發(fā)現(xiàn)，雖然人工智能應用于教育領域的研究很早就有，但主要集中在2016-2017年，中文文獻研究相對較少，如何落實到實際教學中還有很長的路，當前學術界人工智能在教育領域更多是從技術角度出發(fā)，較少的從教育的視角去研究[16]。

閆志明提出了教育人工智能（EAI），是AI 與學習學科結合形成的新領域[17]，重在通過AI 技術，更透徹深入地理解學習如何發(fā)生，如何受到外界各因素影響，進而為學習者高效學習創(chuàng)造條件[18]。隨著智慧教育、智慧學習、智慧校園等詞語的提出，在所有“智慧”理念的背后，都離不開“智能”技術的支撐[19],陳凱泉從AI 這一學科的角度提出人工智能教育是培養(yǎng)能夠發(fā)現(xiàn)問題、綜合運用多學科知識解決問題的創(chuàng)新人才，推進學生學習人工智能技術、形成人工智能學科的話語體系和思維方式[20]。

吳永和從孕育條件、主要特征和作用三方面系統(tǒng)的構筑和豐富了“人工智能+教育”的內(nèi)涵，認為其具有創(chuàng)新驅動、重塑結構、開放生態(tài)、尊重個性、服務智能、自治演進六大特征，提出“人工智能+教育”視域下的智能教育，是教育信息化的深度融合和創(chuàng)新發(fā)展的突破口、教育信息化與教育教學深度融合的膠合劑，起到優(yōu)化教育信息化流程、促進教育改革，是教育發(fā)展、創(chuàng)新的技術動力[15]。

綜上所述，人工智能在教育中的應用可以從三種角度理解：一是作為一門專業(yè)學科，學習人工智能這門包含深度學習、語音識別等眾多技術的“大技術”，學習人工智能的理論和技術原理，并會制作人工智能工具；二是作為教學輔助工具，將擁有人工智能技術的軟件、設備、產(chǎn)品與教學過程融合，幫助教學活動更有效的發(fā)生；三是作為教育管理工具，使用人工智能教育管理軟件、平臺或設備等，幫助教育部門人員管理教育中需要的人、物和事，使教育管理更高效。人工智能是從學習它，到應用它，再到改造它，最后還要學習它造福人類的過程。

四、結語

人工智能在教育領域的研究為兩大類：一是對教育人工智能的理論如內(nèi)涵、應用領域、發(fā)展趨勢等的探討，分析了人工智能為教育發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)和機遇；二是對教育人工智能的某些具體領域，如智能導師系統(tǒng)、教育機器人等的研究。就整體而言，人工智能在教育領域的實踐研究還較少，缺少對人工智能如何在教育領域落地和應用的探索[22]。就專門的人工智能技術為主的立體化綜合場——智能教室的研究鮮少，人工智能課程目前也處于初步階段。