人工智能促進盲人學(xué)習(xí)研究

李卓珂 王娟 李涵

摘 要：隨著全面建設(shè)小康社會的迅速推進，殘疾人健康發(fā)展被列入十三五規(guī)劃，盲人在殘疾人中占比較大，是國家重點關(guān)注對象。人工智能+教育的推廣使人工智能技術(shù)應(yīng)用于盲人教育成為主流趨勢。通過對人工智能應(yīng)用于盲人的市場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前涉及盲人學(xué)習(xí)的領(lǐng)域相對較少。在對盲人學(xué)習(xí)特征與現(xiàn)有技術(shù)分析的基礎(chǔ)上，闡述人工智能可從盲人空間表征、專有設(shè)備及智能導(dǎo)師等方面，幫助盲人實現(xiàn)閱讀、交流討論及無障礙遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)，滿足盲人學(xué)習(xí)需求。

關(guān)鍵詞：人工智能;盲人學(xué)習(xí);盲人空間表征;盲人專有設(shè)備;盲人智能導(dǎo)師

DOI：10. 11907/rjdk. 182674

中圖分類號：TP301

文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-7800（2019）006-0014-04

Abstract： With the rapid advancement of building a well-off society in an all-round way， the healthy development of disabled people is included in the 13th Five-Year Plan. As one of the major proportions of disabled people， blind people have become the focus of our country. As artificial intelligence + education intensifies， the application of artificial intelligence technology to the education of the blind has become a major trend. A market survey of artificial intelligence applied to blind people found that there are relatively few areas involving blind people's learning. In the analysis and in-depth study of the learning characteristics of the blind and the existing technical conditions， it is stated that AI can help the blind to achieve reading， discussion and accessible distant learning from 3 aspects including spatial representation， blind-friendly equipment and the intelligent instructors so that the need of the blind for learning can be met.

Key Words： artificial intelligence; blind people learning; spatial representation; blind-friendly equipment; intelligent instructors

0 引言

2006年第二次全國殘疾人抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)表明，全國15歲及以上殘疾人文盲率為43.29%。2015年全國殘疾人基本服務(wù)狀況及需求專項調(diào)查顯示，15歲及以上殘疾人文盲率有所下降，但殘疾人文盲人口絕對數(shù)大、類別多、特性突出。根據(jù)世界衛(wèi)生組織公布的數(shù)據(jù)可知，全世界目前約有3 700萬人目盲，我國占80%，到2020年數(shù)據(jù)至少翻一倍。由于盲人的先天缺陷再加上后天心理、生理等原因，導(dǎo)致他們性格內(nèi)向、孤僻，自尊心強但又自卑，因此遇到困難易暴躁、憤怒，長期處于該狀態(tài)導(dǎo)致盲人學(xué)生產(chǎn)生不想學(xué)、不會學(xué)的心態(tài)，嚴(yán)重束縛了盲人學(xué)生學(xué)習(xí)能力的發(fā)展[1]。

在國外，針對殘疾人學(xué)習(xí)的研究開始得較早。2002年Bate & Oliver[2]設(shè)計構(gòu)建了一種盲人在線學(xué)習(xí)環(huán)境——TruVision，旨在幫助盲人與視力障礙者發(fā)展初高級信息處理技能及專業(yè)知識，使他們能夠在行政管理等職位上尋求全職工作;2008年，Sánchez & Flores[3]針對盲人研究基于設(shè)備的虛擬移動科學(xué)學(xué)習(xí)，該操作界面可以根據(jù)用戶心理模型進行調(diào)整，提高盲人解決問題的能力。國內(nèi)學(xué)者從2003年開始認(rèn)識到特殊教育嚴(yán)重落后于基礎(chǔ)教育，著力解決課程設(shè)置如何適應(yīng)崗位流動及社會需求的問題[4]。

隨著人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，2016年我國印發(fā)實施了《“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年行動實施方案》，經(jīng)過多年持續(xù)積累，人工智能領(lǐng)域取得重要進展。2017年，《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》指出：我國語音識別、視覺識別技術(shù)世界領(lǐng)先，自適應(yīng)自主學(xué)習(xí)、直覺感知、綜合推理、混合智能和群體智能等初步具備跨越發(fā)展的能力，中文信息處理、智能監(jiān)控、生物特征識別、工業(yè)機器人、服務(wù)機器人、無人駕駛逐步進入實際應(yīng)用[5]。人工智能技術(shù)對盲人學(xué)習(xí)發(fā)展起到了推進作用。

1 應(yīng)用現(xiàn)狀

在知網(wǎng)主題欄中使用“盲人”作為關(guān)鍵詞、在全文欄中使用“人工智能”作為關(guān)鍵詞進行搜索，共搜索到95篇文獻，并且文獻數(shù)量呈上升趨勢。其中，關(guān)鍵詞“圖像邊緣”出現(xiàn)次數(shù)最多（6次）。出現(xiàn)4次的關(guān)鍵詞有：視覺、人工智能技術(shù)、圖像識別、視覺網(wǎng)絡(luò)、障礙物檢測及讀屏軟件。

通過閱讀統(tǒng)計表明，目前人工智能在輔助盲人群體出行等日常生活方面已有應(yīng)用，眾多新產(chǎn)品的研發(fā)可改善盲人生活方式，使他們更好地適應(yīng)智能時代。

1.1 信息無障礙智能終端

在讀屏軟件及語音識別等技術(shù)的支持下，盲人使用智能手機也變得普遍。盲人僅借助觸覺和聽覺使用手機，因此手機按鍵識別性及獲取、發(fā)布信息的語音識別方式尤為重要。為方便盲人使用智能手機，有學(xué)者[6]提出彎屏盲人智能手機設(shè)計概念：手機屏左側(cè)彎曲，側(cè)屏上有凹凸盲文數(shù)字，為盲人觸摸提供提示。

2015年12月15日，在上海舉辦的信息無障礙國際研討會上，中興健康科技有限公司作為獨家科技信息無障礙展示單位，展示了專為殘障人士打造的一系列高科技產(chǎn)品與生活場景解決方案。其中包括以聲控操作為主要特色的盲人智能手機，內(nèi)置多手勢及語音讀屏操作軟件，兼容安卓平臺各類第三方應(yīng)用軟件，可滿足盲人對通訊和信息的需求[7]。目前，中興已實現(xiàn)系統(tǒng)級語音解決方案，并先后推出了一系列成熟的語音產(chǎn)品，在手機、智能微型投影儀、智能家居等產(chǎn)品中均有廣泛應(yīng)用。

1.2 智能識別輔具

據(jù)英國《每日郵報》報道，英國研發(fā)出一種具備革新意義的智能手杖，成為盲人出行利器。它首次借用智能手機技術(shù)與面部識別技術(shù)，幫助盲人識別10m以內(nèi)的熟悉面孔，以方便與人打招呼，同時實現(xiàn)定位功能，減少遇到危險的幾率[8]。

2018年4月，浙江大學(xué)科研團隊研發(fā)了一款適合盲人與視障病人佩戴的盲人視覺輔助眼鏡。盲人戴上后能感知身邊的桌椅、紅綠燈、來往車輛等[9]，其原理是骨傳導(dǎo)技術(shù)告知佩戴者身邊的情況，反饋不同的聲音。據(jù)研發(fā)團隊反饋，該設(shè)備已加入導(dǎo)航功能，下一步將加入人臉識別功能，讓佩戴者知道周圍人的樣貌。國外還有研究團隊利用骨傳導(dǎo)技術(shù)成功研發(fā)了一套盲人可穿戴設(shè)備，目前該設(shè)備的最新版本可以以高分辨率的攝像頭與智能算法分析攝像頭捕捉到的人臉、文本或物體等，并實時將信息反饋給用戶[10]。

2018年5月17日，全球無障礙宣傳日當(dāng)天，蘋果官網(wǎng)宣稱：真正強大的科技，應(yīng)該是讓每一個人，包括殘障人士在內(nèi)的每一個人都能享受的科技，并能以此全情投入地工作、創(chuàng)作、溝通、健身和娛樂。其中該公司推出“旁白”輔助功能，是一種基于手勢的屏幕閱讀器，再結(jié)合簡易的手勢及語音輸入，視障人士即可自由地在網(wǎng)上發(fā)布信息[11]。

近日，福特公司開發(fā)了一種可以讓盲人“看到”周圍風(fēng)景的智能汽車車窗技術(shù)——Feel the View[12]。該技術(shù)利用振動幫助盲人與視力有缺陷的乘客感知窗外風(fēng)景，但目前還處于原型狀態(tài)。

1.3 智能醫(yī)學(xué)機器人

視網(wǎng)膜靜脈阻塞是一種常見眼科疾病，但目前無法完全根治，因為醫(yī)治過程極其精細(xì)，所以目前唯有每月昂貴的眼球注射（每次注射費用約達(dá)32 000美元）可以減輕其不良癥狀。但2017年比利時工程師、眼科醫(yī)生和一名機器人助理合作，利用機器人穩(wěn)定針頭和眼球，避免一切抖動和振顫，將藥物注入病人眼球中[13]。在下一階段臨床實驗中將對6位病人進行可行性測試。如果一切順利，該技術(shù)將有望吸引投資者介入并使項目全面開展。

2018年9月17日，新華社記者俞儉報道，武漢科技大學(xué)青年教師、湖北省“楚天學(xué)子”姚凱運用干細(xì)胞療法，讓先天性眼盲的小鼠首次見到了光明，這是首次在哺乳動物上的突破[14]。該研究成果于2018年8月底發(fā)表在國際期刊《自然》上，得到了國外專家的認(rèn)可。

在國務(wù)院印發(fā)的《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中要求全面實施素質(zhì)教育，創(chuàng)新育人方式，全面提升育人水平。但如今人工智能技術(shù)為盲人提供的支持遠(yuǎn)不如普通民眾，而且現(xiàn)有智能化服務(wù)也沒有充分與學(xué)習(xí)結(jié)合，只能勉強滿足盲人日常生活要求。因此，將人工智能技術(shù)大力推廣于盲人學(xué)習(xí)，創(chuàng)新地運用技術(shù)，變革傳統(tǒng)盲人學(xué)習(xí)方式成為盲人發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

2 人工智能對盲人學(xué)習(xí)的啟示

近年來，人工智能技術(shù)迅猛發(fā)展，向社會各領(lǐng)域的滲透與影響力不斷加大，教育領(lǐng)域亦不例外。隨著“人工智能+教育”的興起，在整合教育大數(shù)據(jù)、機器學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)分析等先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，智能教育云服務(wù)可以為學(xué)習(xí)者提供個性化學(xué)習(xí)服務(wù)，支持其自主發(fā)展，并在一定程度上破解教育在個性培養(yǎng)方面不足的難題[15]。無論是教育大數(shù)據(jù)挖掘還是教育云服務(wù)等均基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，但目前盲人無法在無人陪伴的情況下基于網(wǎng)絡(luò)進行學(xué)習(xí)。人工智能技術(shù)已在盲人日常生活方面進行了許多成功的嘗試，在學(xué)習(xí)方面，也會帶來幫助與啟示。

2.1 無障礙遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)

盲人學(xué)習(xí)者往往沒有機會也找不到合適的學(xué)習(xí)形式[16]。2010年，中國殘聯(lián)在北京舉行全國首個盲人遠(yuǎn)程學(xué)歷教育班開班儀式[17]，標(biāo)志著盲人遠(yuǎn)程學(xué)歷教育獲得官方認(rèn)可，考試合格者將獲得國家承認(rèn)的學(xué)歷證書。雖然遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)使更多的盲人能平等接受教育，但對于盲人來說，操作是一大難題，大多需要親友在旁輔助。

基于面部識別技術(shù)在手機APP登陸界面的成功應(yīng)用，語音識別技術(shù)在盲人出行導(dǎo)航軟件等應(yīng)用普遍，可以將兩種技術(shù)嵌入盲人遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)的網(wǎng)頁中，使盲人通過面部識別即可登陸遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)的網(wǎng)頁，無需輸入登陸的用戶名、密碼等，降低盲人學(xué)習(xí)困難度。通過語音識別技術(shù)操作遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)頁面，比如通過語音命令“按摩課程”即可打開按摩模塊的語音課程。但即使在現(xiàn)有技術(shù)的支持下，盲人仍然會遇到一些困難，比如：雖然盲人不用輸入繁瑣的信息即可登錄，但如何找到需要的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)網(wǎng)站、登入網(wǎng)站后盲人如何了解課程內(nèi)容，以便下達(dá)正確的語音命令等，成為亟待解決的難題。

2.2 無障礙閱讀圖書

為推動殘疾人文化事業(yè)的繁榮發(fā)展，努力提升盲人整體素質(zhì)與科學(xué)文化水平，促進盲人平等參與社會生活，中國盲人協(xié)會與中國盲文圖書館聯(lián)合成立了中國盲人閱讀推廣委員會，并召開了全國盲人閱讀推廣委員會成立大會暨泰安盲人讀書沙龍活動現(xiàn)場會[18]。由此可見，閱讀不只是普通人獲取知識的重要途徑，對于提升盲人學(xué)習(xí)能力、生活水平均有一定的促進作用。但如何使盲人無障礙閱讀成為一大難題。

目前，我國已有無障礙數(shù)字圖書館，圖書館網(wǎng)站內(nèi)不僅有各類有聲電子書，還定期上傳講座視頻，但電子圖書類資源種類繁多，無障礙圖書館中并不能全部錄入，無法充分滿足盲人“看”書需求?，F(xiàn)已有可嵌入手機APP的OCR識別技術(shù)，該軟件可識別文字內(nèi)容，文字內(nèi)容不止局限于網(wǎng)上電子資源，也包括已出版的紙本圖書，若結(jié)合讀屏技術(shù)，則可幫助盲人讀到各類圖書。為幫助盲人擴展獲取知識的途徑，浙江大學(xué)研發(fā)的盲人視覺輔助眼鏡可幫助盲人聽到面前的知識，比如在博物館時，盲人可通過視覺輔助眼鏡掃描前方文物的文字解釋，再通過骨傳導(dǎo)技術(shù)傳達(dá)給佩戴者，實現(xiàn)自由學(xué)習(xí)。

2.3 無障礙交流討論

盲人雖視力有障礙，但其語言表達(dá)能力與常人一樣，在進行遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)時可以正常地與教師及其他學(xué)習(xí)者交流討論。但遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)使時間與空間脫離，并不是所有學(xué)習(xí)者、教師都是同時在線進行學(xué)習(xí)、參與討論，因此盲人需要通過留言或郵件的方式與他人聯(lián)系。根據(jù)對盲人遠(yuǎn)程交流方式的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，盲人可以利用盲人專用鍵盤打字留言或發(fā)郵件，但打完字后盲人無法檢查，因此留言或郵件中可能存在錯別字、語句不通順的情況，所以利用語音的方式給他人發(fā)送郵件或留言方便許多。語音留言可以參考QQ及微信網(wǎng)頁版的語音消息功能，但盲人遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)界面中語音留言的按鈕比常規(guī)語音消息的按鈕大，隨著無障礙網(wǎng)頁的發(fā)展，盲人可在讀屏技術(shù)的幫助下找到發(fā)送消息的位置。另外目前的技術(shù)只能為郵件添加音頻附件，給接收方下載、獲取帶來一定困難。

3 人工智能應(yīng)用于盲人學(xué)習(xí)展望

人工智能發(fā)展迅猛，在“教育2030規(guī)劃”藍(lán)圖與“2050教育愿景”中，人工智將在以下方面支持盲人學(xué)習(xí)，為盲人學(xué)習(xí)提供無障礙輔助。

3.1 盲人空間表征

空間表征是盲人定向行走的關(guān)鍵，目前存在4種盲人空間表征的研究范式，分別是基于實地導(dǎo)航的現(xiàn)場研究范式、基于言語描述的空間心理模型研究范式、基于計算機虛擬技術(shù)的虛擬環(huán)境研究范式、基于腦科學(xué)的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究范式[19]。前3種是盲人在他人幫助下基于聽覺、觸覺或聽覺與觸覺結(jié)合的方式完成行走，而第4種則是通過刺激腦神經(jīng)傳遞視覺表象，使盲人能夠獨立行走，但仍然存在誤差，需要多次模擬練習(xí)才能使盲人在真實環(huán)境中無障礙行走。同時路途中可能有許多知識與信息可供學(xué)習(xí)，需要通過智能識別等技術(shù)為盲人讀取外部信息，再通過腦神經(jīng)或骨傳導(dǎo)技術(shù)傳遞給盲人，從而幫助盲人獲取博物館或科技館中的信息，讓盲人能夠?qū)W習(xí)到更多的歷史、科技常識。因此，在盲人空間表征的后續(xù)研究中，應(yīng)重點關(guān)注實現(xiàn)盲人獨立行走的技術(shù)與方法，為盲人建構(gòu)精確的空間表征，最終為定向行走教學(xué)所用。

3.2 盲人專有設(shè)備

面對日新月異、變化飛速的新時代，使用移動終端與PC端學(xué)習(xí)的方式更加普及，但盲人作為視力有障礙的群體，不能精準(zhǔn)使用普通設(shè)備，比如電腦等設(shè)備需根據(jù)盲人特性突出其專有性。盲人電腦首先需有一個使盲人僅通過觸摸即可感知的鍵盤，然后還需語音讀屏技術(shù)的支撐，使其能夠讀出鼠標(biāo)所到之處的一切漢字或命令，比如當(dāng)鼠標(biāo)移動到計算機時，則自動讀出“計算機”，同樣，進入網(wǎng)頁后，電腦也會讀出所有鼠標(biāo)經(jīng)過位置的文字信息，盲人只需緩慢移動鼠標(biāo)，就可找到需要單擊的命令，任意瀏覽網(wǎng)頁，進行遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)獲取知識。同時需設(shè)置盲人專有輸入法，使電腦能夠識別打字正確率并反饋給盲人。比如在盲人打字的同時能夠通過語音形式使盲人聽到，讓其判斷輸入是否有誤。

3.3 盲人智能導(dǎo)師

智能導(dǎo)師的作用是可在盲人學(xué)習(xí)過程中實時跟蹤、記錄及分析，幫助其管理學(xué)習(xí)時間與任務(wù)，并實時提供反饋與評測，使盲人了解自身學(xué)習(xí)特點、水平等。有研究分析了Siri在教育中的應(yīng)用方式，其中包含Siri的教學(xué)用途：“Siri能從與用戶的交互中不斷學(xué)習(xí)， 這種交互回饋方式在教育中扮演著重要的角色， 它會成為我們的導(dǎo)師， 或者說是課內(nèi)外的教師”[20]。將Siri人工智能技術(shù)應(yīng)用于盲人學(xué)習(xí)中，實時提醒盲人上課、休閑、鍛煉的時間，并在盲人無意識情況下跟蹤、記錄其學(xué)習(xí)過程，在遇到問題時可以輔以指導(dǎo)，幫助盲人解決難題。

隨著信息技術(shù)與現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)可為盲人學(xué)習(xí)預(yù)測并解決可能出現(xiàn)的問題，因此，大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)的融合應(yīng)用已成為當(dāng)今教育發(fā)展的需要。

4 結(jié)語

如今，人工智能技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于盲人日常生活中，但對盲人學(xué)習(xí)的指導(dǎo)作用有限。人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，如智能導(dǎo)師輔助個性化教與學(xué)、教育機器人等智能助手、居家學(xué)習(xí)的兒童伙伴、實時跟蹤與反饋的智能測評、教育數(shù)據(jù)挖掘與智能化分析、學(xué)習(xí)分析與學(xué)習(xí)者數(shù)字肖像等方面[21]，暫未較好地與盲人學(xué)習(xí)結(jié)合。因此需充分利用人工智能技術(shù)促進盲人學(xué)習(xí)，使特殊教育實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：江 艷）