AI賦能教育：產(chǎn)業(yè)應用管窺與瑣思

姜鈺

當前，人工智能已進入“大航海時代”，成為科技創(chuàng)新的“超級風口”。習近平總書記強調(diào)：“人工智能是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動力量，加快發(fā)展新一代人工智能是事關我國能否抓住新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革機遇的戰(zhàn)略問題?！盵1]在移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、超級計算、傳感網(wǎng)、腦科學等新理論、新技術的驅(qū)動下，人工智能正在“重構生產(chǎn)、分配、交換、消費等各環(huán)節(jié)，形成從宏觀到微觀各領域的智能化新需求，催生新技術、新產(chǎn)品、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式，引發(fā)經(jīng)濟結構重大變革，深刻改變?nèi)祟惿a(chǎn)生活方式和思維模式”[2]。而人工智能及其在教育領域的應用現(xiàn)狀如何？人工智能時代教學環(huán)境、教學方式、教師角色、教育管理將會發(fā)生怎樣的變化？筆者結合實際案例，從產(chǎn)業(yè)應用視角做簡要闡釋。

一、人工智能概述

人工智能是研究開發(fā)能模擬、延伸和擴展人類智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的技術科學。1956 年夏，麥卡錫、明斯基等科學家在美國達特茅斯學院研討“如何用機器模擬人的智能”，首次提出“人工智能”（Artificial Intelligence，AI）概念，開創(chuàng)了人工智能研究領域。人工智能概念提出后，機器定理證明、跳棋程序等研究成果相繼問世，掀起人工智能發(fā)展的第一個高潮。20世紀70年代初至80年代中期，美國、日本、英國等國家相繼設立大型人工智能研究項目，成功解決醫(yī)療、化學、地質(zhì)等特定領域的部分問題，推動人工智能進入應用發(fā)展的高潮。21世紀至今，隨著大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等信息技術及以深度神經(jīng)網(wǎng)絡為代表的技術的飛躍式發(fā)展，人工智能在算法、算力（運算能力）和算料（數(shù)據(jù)）方面均取得重大突破，在語音識別、人機對弈、無人駕駛、智能搜索等領域已經(jīng)實現(xiàn)了從“不可用”到“可以用”的歷史性跨越[3]。2016年，Alpha Go戰(zhàn)勝世界圍棋冠軍李世石引發(fā)關注熱潮，美國、英國、中國相繼發(fā)布國家層面的人工智能發(fā)展規(guī)劃，人工智能迎來爆發(fā)式增長。

產(chǎn)業(yè)應用方面，微軟、英特爾、甲骨文、IBM等傳統(tǒng)信息產(chǎn)業(yè)代表企業(yè)，谷歌、蘋果、亞馬遜、阿里巴巴、騰訊、百度等互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)時代信息產(chǎn)業(yè)代表企業(yè)，紛紛布局人工智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)。制造、醫(yī)療、交通、零售、金融、家居等場景應用如雨后春筍，令人目不暇接。據(jù)中國信息通訊研究院數(shù)據(jù)研究中心實時監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2018年上半年，全球共監(jiān)測到人工智能企業(yè)4998家，其中，美國2039家、中國（不含港澳臺地區(qū)）1040家、英國392家，位居前三;北京、舊金山和倫敦則是全球人工智能企業(yè)數(shù)量排名前三的城市，分別有412家、289家和275家。麥肯錫公司2018年的研究報告預測，到2030年，約70%的公司將至少采用一種形式的人工智能，人工智能新增經(jīng)濟規(guī)模將達到13萬億美元。我國發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出，到2030年，人工智能核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過1萬億元，帶動相關產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過10萬

億元。

二、人工智能促進教育發(fā)展的核心價值

教育是人工智能的重要應用領域，人工智能在教育行業(yè)的滲透，使教育開始向智能教育新形態(tài)邁進，助力教育技術、模式、結構變革，提升教育服務的個性化、精準化、智能化水平。正如教育部陳寶生部長在2019北京國際人工智能與教育大會的報告中指

出：“人工智能是實現(xiàn)教育生態(tài)重構的有效手段，人工智能技術在教育中的深度廣泛應用，將徹底改變教育的時空場景和供給水平，將實現(xiàn)信息共享、數(shù)據(jù)融通、業(yè)務協(xié)同、智能服務，推動教育整體運作流程改變，使規(guī)模化前提下的個性化和多元化教育成為可能，進而構建出一種新的靈活、開放、終身的個性化教育生態(tài)體系。”

1.教學環(huán)境：從“標準化工廠”到“個性化農(nóng)莊”

傳統(tǒng)的課堂教學是將年齡和知識程度相近的學生編成固定人數(shù)的班級，按照統(tǒng)一的教學大綱規(guī)定教學內(nèi)容，依據(jù)固定的時間表向全體學生授課，并按照統(tǒng)一的標準進行考試評價?；谌斯ぶ悄艿慕虒W則能感知學習情景，識別學習者特征，提供精準學習資源與互動工具，自動記錄學習過程，實時評測學習成果并反饋建議，以促進學習者進行個性化學習或探索。

如果把傳統(tǒng)的教學環(huán)境比喻成“標準化工廠”，那么，基于人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術的教學環(huán)境就是“個性化農(nóng)莊”，從標準化的集體授課空間變成個性化的學習探索空間，從相互分割的物理空間變成全面感知的智慧空間。一是基于各類智能設備識別溫度、光線、聲音、圖像等信息，監(jiān)測并自動調(diào)節(jié)相關參數(shù)和設備，保障系統(tǒng)智能、高效運行，創(chuàng)設綠色、安全的教學環(huán)境;二是基于人臉識別、語音識別、自然語言處理、情境感知等技術捕獲學習者的動作、行為、情緒等信息，感知學習狀態(tài)、記錄學習過程、提供診斷報告，支持線上線下一體化、課內(nèi)課外一體化、虛擬現(xiàn)實一體化的全場景教學應用，實現(xiàn)教與學過程中的智能決策、學習資源的智能推送、教學效果的智能評價;三是基于人與人、人與物、物與物之間信息數(shù)據(jù)的連通、匯聚與交換，形成學生、班級、年級、學校多級數(shù)據(jù)體系，生成可視化報告，為教育教學提供參考依據(jù)。

日本東洋大學東京赤羽臺校區(qū)花費120 億日元打造“21世紀智慧校園”，內(nèi)部空間設計和課程體現(xiàn)徹底的“無紙化”思想，試圖營造出一個“不會寫程序就無法生活”的校園環(huán)境。英國斯泰福廈大學（Staffordshire University）的人工智能教育工具Beacon，是第一個在英國大學內(nèi)運行的數(shù)字化助理，它能夠全天候待命，回答學生提出的課程時間安排、參加社團活動建議、申請免除市政稅、訂制新的學生卡、與講師溝通等各種問題。中國安徽蚌埠第二中學的“智慧課堂”平臺，利用學習數(shù)據(jù)分析、課堂即時評價和智能推送等技術，以微課程為核心資源，按照“云端建構、先學后教、以學定教、智慧發(fā)展”的實踐思路，總結形成了“4+N”（“4”是指智慧課堂的共性特征，即教學決策數(shù)據(jù)化、評價反饋即時化、交流互動立體化、資源推送智能化，“N”是指各個學科智慧課堂的個性化特征）的智慧課堂特點與應用

優(yōu)勢。

2.教學方式：從“以教定學”到“以學定教”

傳統(tǒng)課堂因標準化的教學預設、形式化的提問交流、單調(diào)滯后的評價反饋，常常為人詬病。人工智能時代的教學依據(jù)建構主義、連通主義等學習理論，基于“情境”“協(xié)作”“會話”和“意義建構”開展協(xié)作式、探究式、體驗式學習，基于人工智能技術記錄、跟蹤、反饋學習行為數(shù)據(jù)并給出個性化建議，把學習的主動權還給學生，充分發(fā)揮學生的積極性、主動性和創(chuàng)造性，讓學生愿學、樂學、會學，教師也從知識的傳授者、灌輸者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W習的組織者、促進者?；谌斯ぶ悄艿淖赃m應學習系統(tǒng)通過預設的知識圖譜和行為數(shù)據(jù)為學生“畫像”，通過“生成內(nèi)容—診斷評測—獲取數(shù)據(jù)—分析反饋”不斷優(yōu)化迭代，識別學生的知識水平和個性化學習需求，為學生匹配最佳學習路徑，智能化推送“所得即所需”的學習資源，幫助學生和教師對癥下藥、精準施策，減少無效學習時間，提升學習效率，提高教學的個性化、精準化水平。

可汗學院的“學習儀表盤”集學習、分析、評價、反饋等多重功能于一身，知識被精細切割成“納米級”知識點，每個知識點都有視頻講解和5～10個在線測試題，學生可以自主選擇個性化的學習材料，并接收自適應學習系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù)?？拼笥嶏w公司研發(fā)的“個性化學習手冊”，基于學生的日常學業(yè)大數(shù)據(jù)對學情進行記錄、診斷、分析，形成個人“畫像”，針對不同類型的學生、不同錯題產(chǎn)生的原因，推薦相對應的糾錯變式練習。學習評價方面，基于手寫識別、自然語言理解、智能評測等人工智能技術研發(fā)的作文批改機器人、智能評卷系統(tǒng)、聽說考試訓練系統(tǒng)等已廣泛應用于各類考試評價場景。國家普通話水平測試已在全國范圍內(nèi)采用智能測試系統(tǒng)，廣東省、上海市在高考英語聽說考試中引入智能評卷系統(tǒng)，進行英語口語考試的評分。

3.教師角色：從“知識傳授者”到“靈魂工程師”

英國廣播公司基于牛津大學研究者的數(shù)據(jù)體系，預測2040年365種職業(yè)的被淘汰率，其中，電話推銷員、打字員、會計的被淘汰率分別為99%、98.5%、97.6%，而教師的被淘汰率僅為0.4%。人類教師擁有難以被人工智能教師簡單替代的獨特性，但這并不意味著人類教師可以高枕無憂。未來，傳統(tǒng)的備課、課堂講授、答疑輔導、作業(yè)批改等環(huán)節(jié)不必是教師的專屬。

北京師范大學余勝泉教授分析了未來人工智能教師可能承擔的12種角色，即“可自動出題和自動批閱作業(yè)的助教、學習障礙自動診斷與反饋的分析師、問題解決能力測評的素質(zhì)提升教練、學生心理素質(zhì)測評與改進的輔導員、體質(zhì)健康監(jiān)測與提升的保健醫(yī)生、反饋綜合素質(zhì)評價報告的班主任、個性化智能教學的指導顧問、學生個性化問題解決的智能導師、學生成長發(fā)展的生涯規(guī)劃師、精準教研中的互助同伴、個性化學習內(nèi)容生成與匯聚的智能代理、數(shù)據(jù)驅(qū)動的教育決策助手?！盵4]美國佐治亞理工學院Ashok Goel教授，借助IBM的Watson人工智能系統(tǒng)創(chuàng)建了在線機器人Jill Watson，并將其作為課程教學助理，幫助教師回答學生通過在線論壇提出的問題，正確率達到97%。公司Scott R. Parfitt 博士研發(fā)的備課機器人，根據(jù)教學目標、教學重難點、學生學情等信息，在學科知識庫中進行資源搜索與整合，教師導入教學大綱，CTI的人工智能引擎能自動填充教科書的核心內(nèi)容，教師根據(jù)所教班級的學生特點與自己的教學習慣對教案、課件、習題稍作調(diào)整，即可應用于教學。

人工智能可以進一步釋放教師的生產(chǎn)力，幫助教師從標準化、程序化、機械化的重復性勞動中解脫出來，為教師的專業(yè)發(fā)展提供“自由的時間”和“可能的空間”，但是，教育畢竟是“人的靈魂的教育，而非理智知識和認識的堆積”。冰冷的機器無法感知人性的溫度，我們不能把機器制造得越來越像人，卻把人培養(yǎng)得越來越像機器。今天的教師若不生活在未來，未來的學生將可能活在過去。人工智能不會取代教師，但使用人工智能的教師將會取代不使用人工智能的教師，未來將是人類教師與人工智能教師協(xié)同共生的時代。

在人工智能時代，教師“教”的功能弱化，“育”的功能強化;“經(jīng)師”的功能弱化，“人師”的功能強化;“知識傳授者”的功能弱化，“靈魂工程師”的功能強化。教師的能力結構也將解構與重構，更加聚焦于品德養(yǎng)成、性格塑造、人際交往、批判意識、創(chuàng)新思維、審美素養(yǎng)等“人”的教育活動，促進“人”的個性解放、主體躍升和智慧成長，教師轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)新支持者、活動設計者、溝通協(xié)調(diào)者、技術擁抱者，與人工智能教師協(xié)作，幫助學生精準學習，實現(xiàn)真正意義上的因材施教。

4.教育管理：從“錐形結構”到“扁平結構”

傳統(tǒng)教育管理為金字塔式的科層制組織系統(tǒng)，基于完全理性假設、中立人行動假設和一元制權力支配假設，信息傳遞效率低、失真率高，信息監(jiān)測成本高、糾錯難度大，束縛了教育主體的自主性和創(chuàng)造性，難以應對人工智能時代的教育管理需求。人工智能具備深度學習自主建模能力、人機交互的情感理解與表達能力以及模擬人類決策的專家系統(tǒng)，可以為信息傳輸、復雜情境識別、決策方案制定提供技術支持，促進教育管理從科層組織走向彈性組織，從“錐形結構”走向“扁平結構”，從管理本位走向服務本位，使其更加靈活、敏捷，更加富有彈性與創(chuàng)造力。

一是建立智能學情監(jiān)測與教育評價體系，開展教學過程監(jiān)測、學情分析和學業(yè)水平診斷，構建技術賦能的智能化、個性化校園管理環(huán)境，打破“千校一面”的局面，加速數(shù)字校園向智慧校園轉(zhuǎn)變。二是借助人工智能技術變革學校管理體制，落實學校在教師評聘、經(jīng)費使用、課程安排、育人方式等方面的自主權，建立普通師生、家長、社區(qū)以及相關利益方參與學校管理的機制[5]。三是開展前瞻性教育管理研究，借助智能化搜索引擎，檢索主題性關鍵信息，模擬學校布局、教育投入、人口變化、就業(yè)形勢等動態(tài)信息，以更廣泛的人機交互模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的臆斷式?jīng)Q策模式，提升區(qū)域教育治理與宏觀決策水平。例如，皮爾森教育公司開發(fā)的“學習曲線在線學習數(shù)據(jù)庫”，部署交互式數(shù)據(jù)可視化網(wǎng)絡，利用自動算法系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)痕跡跟蹤，構建數(shù)據(jù)與算法驅(qū)動的教育管理技術平臺，系統(tǒng)識別應答模糊任務，自主適應復雜教育情境。百度公司開發(fā)的百度教育大腦針對學生、教師、校長推出不同的系統(tǒng)界面，為學生和教師提供海量優(yōu)質(zhì)資源、專業(yè)知識圖譜、智能交互教學服務，校長則可以登錄管理者界面，基于人工智能助手適時評估，以輔助決策。

當前，人工智能的應用與發(fā)展還面臨安全、倫理、隱私、規(guī)范、標準等諸多問題，但是，經(jīng)歷了農(nóng)業(yè)時代的個性化精英教育階段和工業(yè)時代的集體性大眾教育階段，人工智能時代的個性化大眾教育階段已迎面而來。隨著納米技術、基因技術、腦機接口技術等與人工智能技術的整合，倘若機器在算法心智的基礎上，進一步擁有自主心智和反省心智，有可能進一步促進人機一體、意識傳導、人和機器的共生演化。以色列尤瓦爾·赫拉利教授在《未來簡史》中指出，人工智能時代人類將出現(xiàn)“無用階級”。美國邁克斯·泰格馬克教授在《生命3.0：人工智能時代人類的進化與重生》一書中指出，以人工智能為代表的科技階段，生命不僅可以自行設計軟件，還可以自行設計硬件，由碳基生命變?yōu)楣杌?，最終擺脫進化的枷鎖。那時，教育如何演變與發(fā)展，將是一個更加令人期待的話題。

參考文獻

[1] 習近平.確保人工智能關鍵核心技術牢牢掌握在自己手里[N].人民日報（海外版），2018-11-01.

[2] 中華人民共和國國務院新聞辦公室. 國務院關于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知[R/OL].（2017-07-08）[2017-07-20].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

[3] 譚鐵牛. 人工智能的歷史、現(xiàn)狀和未來[J]. 求是，2019（4）.

[4] 余勝泉. 人工智能時代教師的未來角色[J].開放教育研究，

2018（2）.

[5] 曹培杰. 智能教育：人工智能時代的教育變革[J].教育研究，2018（8）.

（作者系國家新聞出版署出版融合發(fā)展<北師大出版社>重點實驗室主任、京師訊飛公司董事長）

責任編輯：李莎

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