智能教育：體系框架、核心技術(shù)平臺構(gòu)建與實施策略*

劉邦奇，王亞飛

(訊飛教育技術(shù)研究院，安徽 合肥 230088)

智能教育成為人工智能國家戰(zhàn)略的重要組成部分，利用人工智能變革教育已經(jīng)成為國際共識[1]。2019年國務(wù)院《政府工作報告》中明確指出：拓展“智能+”[2]。教育部“2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點”中明確提出：編制《中國智能教育發(fā)展方案》[3]。但是當(dāng)前有關(guān)“智能教育”的新概念層出不窮且缺乏清晰界定，對智能教育的體系框架、技術(shù)架構(gòu)等缺乏頂層設(shè)計，缺乏有效的應(yīng)用與推進(jìn)策略，亟需從理論上加以探討。據(jù)此，本文對智能教育的體系框架、平臺構(gòu)建及實施策略等進(jìn)行研究，為智能教育的實施和創(chuàng)新發(fā)展提供借鑒。

一、智能教育概念新界定

對“智能教育”(Intelligent Education)概念的理解總體有兩種視角，一是從“人的發(fā)展”視角；另一是從“技術(shù)應(yīng)用”的視角。正因為研究的視角不同，導(dǎo)致了研究者對智能教育概念的理解不同。

早期的智能教育概念實際上是從“人的發(fā)展”視角提出的，是以促進(jìn)人的智能發(fā)展為目的的教育。教育是一個受教育者的智能得到提高的過程[4]。人類的自然智能即人的智力和能力，是一個人利用擁有的知識去能動地改造主觀世界與客觀世界的本領(lǐng)。教育的目的是促進(jìn)智能的發(fā)展，教育技術(shù)手段的智能化不應(yīng)成為智能教育的核心價值。因此，智能教育應(yīng)旗幟鮮明地將提升個體智能作為最重要的價值主張[5]?，F(xiàn)代智能理論促進(jìn)了智能教育的發(fā)展，如多元智能理論從過去認(rèn)為智能是單一通用的能力，轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣哪芰Y(jié)構(gòu)。因此，智能教育應(yīng)注重整體性，強(qiáng)調(diào)差異性，突出實踐性，建立個性化的教學(xué)體系非常重要。

智能時代的智能教育概念主要是基于技術(shù)應(yīng)用視角提出的，是智能技術(shù)支持的教育。智能教育就是以智能技術(shù)為媒介來構(gòu)建智能化的學(xué)習(xí)環(huán)境和工具，或者以人工智能為內(nèi)容資源，發(fā)揮其在教育教學(xué)中的技術(shù)支持作用，實現(xiàn)智能化的新型教育模式。由于技術(shù)應(yīng)用的類型和方式不同，對基于技術(shù)應(yīng)用的“智能教育”概念仍然有“人工智能教育應(yīng)用”“教育人工智能”“智能教學(xué)系統(tǒng)”“人工智能教育”等多種容易混淆的理解。“人工智能教育應(yīng)用”(Application of Artificial Intelligence in Education)即人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，人工智能功能強(qiáng)大，在教育領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊[6]，一定程度上“人工智能教育應(yīng)用”是“智能教育”的同義語，不同之處在于它更強(qiáng)調(diào)“人工智能”這一技術(shù)的應(yīng)用，而“智能教育”中的智能技術(shù)不僅指人工智能技術(shù)，還包括大數(shù)據(jù)、智能云計算、物聯(lián)網(wǎng)感知等相關(guān)智能技術(shù)，范圍更廣泛。“教育人工智能”(Artificial Intelligence in Education)是人工智能與學(xué)習(xí)科學(xué)結(jié)合，重心在人工智能，其核心是基于人工智能使用精確的計算和清晰的形式表示教育學(xué)、心理學(xué)和社會學(xué)中含糊不清的知識。而“智能教育”的重心在教育，是用智能技術(shù)構(gòu)建的新型教育模式?！爸悄芙虒W(xué)系統(tǒng)”(Intelligent Tutoring System)是智能教育的一種主要類型，借助人工智能、計算機(jī)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等技術(shù)，通過建立學(xué)習(xí)者模型、領(lǐng)域知識模型和教學(xué)模型，讓計算機(jī)扮演教師的角色實施最佳教學(xué)[7]。人工智能教育(Artificial Intelligence Education)是指以人工智能為內(nèi)容的教育，也屬于人工智能在教育中的一種“技術(shù)應(yīng)用”，其目的通過人工智能課程或?qū)I(yè)教育，培養(yǎng)學(xué)生的人工智能素養(yǎng)或人工智能專業(yè)人才。在教育過程中使用人工智能工具手段有助于發(fā)展人類自身的智能，形成人機(jī)合作的行為模式[8]。

當(dāng)然，上述兩種視角對智能教育概念的理解，無論哪一種都不是全面的。從“人的發(fā)展”視角理解智能教育，關(guān)注的是“教育目的”，而“技術(shù)應(yīng)用”視角關(guān)注的是“實踐方式”，只有把目的與方式兩者有機(jī)結(jié)合起來，才能形成統(tǒng)一的整體?；谝陨戏治觯覀儚慕y(tǒng)一的視角對智能教育概念進(jìn)行重新界定。即智能教育既包括促進(jìn)人的智能發(fā)展的教育(教育目的)，也包括智能技術(shù)支持的教育(實踐方式)，是“教育目的”與“實踐方式”的有機(jī)統(tǒng)一。具體來說，智能教育是基于人工智能、大數(shù)據(jù)等智能技術(shù)，以學(xué)習(xí)者為中心，建立情境感知、泛在互聯(lián)、數(shù)據(jù)融通、業(yè)務(wù)協(xié)同的智能教育環(huán)境，打造智能型教師隊伍，實現(xiàn)差異化教學(xué)、個性化學(xué)習(xí)、精細(xì)化管理和適切性服務(wù)，以推動人才培養(yǎng)模式及教學(xué)方法變革，促進(jìn)學(xué)習(xí)者核心素養(yǎng)提升和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新的教育模式和形態(tài)。

二、智能教育體系總體架構(gòu)

智能教育是以智能技術(shù)為支持，涉及基礎(chǔ)支撐、技術(shù)架構(gòu)、智能應(yīng)用與多元保障等多要素、多層次的復(fù)雜生態(tài)體系。規(guī)劃和構(gòu)建智能教育總體架構(gòu)，要借鑒信息系統(tǒng)頂層設(shè)計方法，構(gòu)建系統(tǒng)總體架構(gòu)模型，包括體系框架和技術(shù)參考模型。

(一)智能教育體系框架

基于上述概念內(nèi)涵及研究方法分析，本研究采用系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的表述方法，構(gòu)建了智能教育的體系框架，如圖1所示。

圖1 智能教育體系框架

如上頁圖1所示，智能教育體系由基礎(chǔ)支撐、核心技術(shù)、智能系統(tǒng)、智能應(yīng)用、保障體系五個要素組成，形成智能教育體系的總體框架。五個組成要素的主要內(nèi)涵如下：

1.智能化基礎(chǔ)支撐平臺。智能化基礎(chǔ)支撐平臺提供智能硬件、網(wǎng)絡(luò)、存儲和高性能計算等基礎(chǔ)能力服務(wù)。主要包括智能感知系統(tǒng)，部署智能傳感器、智能芯片、智能終端等智能感知設(shè)備，實現(xiàn)對學(xué)習(xí)者所處全方位、全過程信息的自動感知；智能云服務(wù)系統(tǒng)，采用虛擬化等技術(shù)，實現(xiàn)云資源服務(wù)的高集成、高效率和智能化，實現(xiàn)高性能計算與云服務(wù)；構(gòu)建大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，為智能教育研發(fā)與應(yīng)用提供教育大數(shù)據(jù)挖掘分析的支持等[9]。

2.智能教育核心技術(shù)平臺。智能教育核心技術(shù)平臺是智能教育體系構(gòu)建的核心內(nèi)容，它整合了相關(guān)智能技術(shù)，提供功能服務(wù)的集中輸出，為各類教育應(yīng)用提供智能技術(shù)能力集成與調(diào)用，實現(xiàn)智能技術(shù)為應(yīng)用系統(tǒng)賦能。基于人工智能關(guān)鍵技術(shù)、大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)、知識管理關(guān)鍵技術(shù)和資源關(guān)鍵技術(shù)，建立“AI能力中心”“大數(shù)據(jù)中心”“知識中心”和“資源中心”，為平臺外部應(yīng)用系統(tǒng)提供了與真實教育應(yīng)用場景相結(jié)合的數(shù)據(jù)、信息、知識、智能以及資源的采集(生產(chǎn))、加工、管理等相關(guān)服務(wù)能力。

3.智能學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)。智能學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)是實施智能化教學(xué)的支持環(huán)境和工具手段，是智能教育教學(xué)應(yīng)用的重要基礎(chǔ)和支撐條件。通過建設(shè)區(qū)域智能教育云平臺，實現(xiàn)區(qū)域教育資源和數(shù)據(jù)信息的匯聚、互通和共享；構(gòu)建智能校園和立體綜合教學(xué)場，為學(xué)校用戶提供開放、互動、協(xié)作的智能化校園服務(wù)平臺，為師生開展差異化教學(xué)、個性化學(xué)習(xí)提供智能、立體、綜合的教學(xué)場所；建立智能在線學(xué)習(xí)平臺和智能教育分析系統(tǒng)，提供智能、泛在的學(xué)習(xí)服務(wù)和基于數(shù)據(jù)的教育決策服務(wù)。

4.智能教育應(yīng)用場景。智能技術(shù)在教育場景的應(yīng)用是發(fā)揮智能技術(shù)價值，構(gòu)建新型教育模式的必然路徑。基于智能關(guān)鍵技術(shù)及智能學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)，實現(xiàn)教育教學(xué)全場景的智能化應(yīng)用，包括智能備課、智能授課、智能作業(yè)、智能教研等教學(xué)輔助型應(yīng)用，學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃、學(xué)習(xí)資源推薦、自適應(yīng)學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)增強(qiáng)型應(yīng)用，智能組卷、智能監(jiān)考、智能評閱、智能考試分析等考試評價型應(yīng)用，智能排課、智能班牌、智能安防、智能設(shè)備管理、家?；ネā^(qū)域大數(shù)據(jù)治理等管理服務(wù)型應(yīng)用，體質(zhì)健康管理、心理診斷與康復(fù)、家教陪伴、特殊教育等身心保障型應(yīng)用。

5.智能教育保障體系。智能教育保障體系是開展智能教育實踐所需要的人、財、物、制度等有關(guān)條件基礎(chǔ)，是有序?qū)嵤┖桶l(fā)展智能教育的重要保證。包括標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范保障、倫理安全保障、人才培養(yǎng)保障和產(chǎn)業(yè)協(xié)同保障等多元綜合保障。

(二)智能教育技術(shù)參考模型框架

1.智能技術(shù)及其類型

在智能教育體系框架中，核心要素是驅(qū)動教育系統(tǒng)走向“智能”的關(guān)鍵技術(shù)，即“智能技術(shù)”。智能技術(shù)并不僅僅包括了人工智能技術(shù)，而是泛指一切有助于計算機(jī)系統(tǒng)(機(jī)器)獲得“智能”的技術(shù)。通常來說，當(dāng)系統(tǒng)表現(xiàn)出像人一樣的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與能力時，可認(rèn)為系統(tǒng)具備了一定程度的“智能”[10]，而這樣的系統(tǒng)也被稱為“智能體(Intelligent Agent)”。具體來講，具備智能體應(yīng)能夠正確解析外部數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，并具備利用學(xué)習(xí)結(jié)果實現(xiàn)特定目標(biāo)和任務(wù)的能力[11]。因此，在智能體獲取智能的過程中，從“數(shù)據(jù)”到“智能”的轉(zhuǎn)化是智能產(chǎn)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

從數(shù)據(jù)到智能的轉(zhuǎn)化，學(xué)術(shù)界有很多假說。DIKW模型認(rèn)為從數(shù)據(jù)到智能需經(jīng)歷三次轉(zhuǎn)化的過程，首先由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息，再由信息轉(zhuǎn)化為知識，最后由知識轉(zhuǎn)化為智能[12]。符號主義(Symbolicism)者認(rèn)為人類認(rèn)知的基本單元是符號，認(rèn)知過程就是符號的運(yùn)算，對應(yīng)到系統(tǒng)就是數(shù)據(jù)經(jīng)過邏輯推理產(chǎn)生了智能[13]。聯(lián)結(jié)主義(Connectionism)者認(rèn)為人的智能是由大腦的億萬個相互連接的神經(jīng)元在分層、抽象的過程中產(chǎn)生的[14]，對應(yīng)到系統(tǒng)就是數(shù)據(jù)通過人工模擬的神經(jīng)元組成的相互連接的分層網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了智能。符號主義和聯(lián)結(jié)主義假說在人工智能領(lǐng)域取得了巨大成功，雖然它們對系統(tǒng)產(chǎn)生智能的原理有不同的解釋，但在技術(shù)實現(xiàn)層面都關(guān)注將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、整理與結(jié)構(gòu)化即轉(zhuǎn)化為信息的過程，以及轉(zhuǎn)換或融入既有的知識進(jìn)行決策的過程。由此可見，從數(shù)據(jù)到智能的轉(zhuǎn)化過程，必然涉及數(shù)據(jù)、信息、知識、智能的獲取、轉(zhuǎn)化與應(yīng)用等相關(guān)技術(shù)，它們也是智能技術(shù)的主要構(gòu)成內(nèi)容。

具體到教育場景中，智能技術(shù)需提供以下四類關(guān)鍵技術(shù)服務(wù)：實現(xiàn)對從環(huán)境中感知到的信號、符號、素材等原始數(shù)據(jù)的處理，需要人工智能關(guān)鍵技術(shù)；對大量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、加工，并整理成為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)即有用的信息，需要大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)；從信息中提煉、加工、體系化并形成知識，需要知識管理關(guān)鍵技術(shù)；原始數(shù)據(jù)、信息、知識、智能的存在與使用都離不開物理和信息載體等資源支持，需要資源關(guān)鍵技術(shù)。

2.教育智能技術(shù)參考模型

為實現(xiàn)從整體角度了解各項應(yīng)用于教育場景的智能技術(shù)，本研究參考了“DIKW模型”和“人工智能參考框架”提出了“教育智能技術(shù)參考模型”[15]，如圖2所示。模型定義了一個適用于教育環(huán)境的智能體，它由智能支撐、智能創(chuàng)造和智能服務(wù)三大模塊構(gòu)成，并能為典型的教育場景應(yīng)用提供智能技術(shù)支撐服務(wù)。

圖2 教育智能技術(shù)參考模型

(1)支撐模塊。為教育智能系統(tǒng)提供基礎(chǔ)的硬件設(shè)備(如服務(wù)器、終端、傳感器、芯片等)和軟件環(huán)境(如各類計算框架、程序庫等)的支撐，典型的軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施如表1所示。

表1 智能的支持

(2)創(chuàng)造模塊。它是教育智能體的核心模塊，首先實現(xiàn)了從外部感知數(shù)據(jù)，其次實現(xiàn)了從數(shù)據(jù)到智能的內(nèi)部加工過程，最后實現(xiàn)了智能的輸出，如表2所示。

表2 智能的創(chuàng)造

(3)服務(wù)模塊。實現(xiàn)了將系統(tǒng)的智能技術(shù)對外輸出為服務(wù)，涵蓋了人工智能、大數(shù)據(jù)、知識管理和資源管理等技術(shù)領(lǐng)域，如表3所示。

三、智能教育核心技術(shù)平臺

(一)核心技術(shù)平臺定位

核心技術(shù)平臺整合了相關(guān)智能技術(shù)，提供功能服務(wù)的集中輸出，在整個智能教育體系中處于核心的技術(shù)引擎地位，實現(xiàn)了技術(shù)為應(yīng)用系統(tǒng)賦能，使應(yīng)用系統(tǒng)也具備了智能能力。核心技術(shù)平臺并非只是對純技術(shù)的簡單封裝，而是以教育領(lǐng)域用戶核心需求為導(dǎo)向?；谄脚_的多層體系架構(gòu)，人工智能、大數(shù)據(jù)等關(guān)鍵技術(shù)，由于與具體的教育業(yè)務(wù)場景關(guān)聯(lián)度較低且技術(shù)應(yīng)用門檻較高，被封裝在平臺的底層，作為對上層應(yīng)用服務(wù)的支撐，而不能被用戶直接訪問；而將能夠解決具體教育業(yè)務(wù)場景中用戶真實需求、自帶業(yè)務(wù)邏輯的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，封裝為技術(shù)服務(wù)，向平臺外部用戶開放，以支撐各類教育應(yīng)用。

表3 智能的服務(wù)

從技術(shù)服務(wù)能力來看，核心技術(shù)平臺對外提供的開放服務(wù)按智能技術(shù)的類別可聚類為四個集合，稱為四大服務(wù)中心，即“AI能力中心”“大數(shù)據(jù)中心”“知識管理中心”和“資源中心”，為平臺外部應(yīng)用系統(tǒng)提供了與真實教育應(yīng)用場景相結(jié)合的數(shù)據(jù)、信息、知識、智能以及資源的采集(生產(chǎn))、加工、管理等相關(guān)服務(wù)能力。

(二)核心技術(shù)平臺參考框架

核心技術(shù)平臺所涉及的軟硬件設(shè)施、關(guān)鍵技術(shù)點以及技術(shù)應(yīng)用服務(wù)具有關(guān)系復(fù)雜、功能強(qiáng)大、種類繁多、門檻較高等特點，建設(shè)起來有一定難度。因而有必要形成一個標(biāo)準(zhǔn)化的核心技術(shù)平臺參考框架，以便于指導(dǎo)平臺在智能教育體系中建設(shè)與使用。本研究對人工智能平臺、大數(shù)據(jù)平臺、知識管理平臺、資源平臺等多種類型平臺的核心技術(shù)進(jìn)行抽取、提煉、梳理和體系化，形成了“智能技術(shù)核心技術(shù)平臺參考框架”，如圖3所示。

圖3 智能教育核心技術(shù)平臺參考框架

智能教育核心技術(shù)平臺參考框架分為三層架構(gòu)：(1)技術(shù)支撐層，為平臺提供軟硬件支撐環(huán)境；(2)關(guān)鍵技術(shù)層，包含各類關(guān)鍵智能技術(shù)；(3)技術(shù)服務(wù)層，建立四大服務(wù)中心，將關(guān)鍵技術(shù)與教育業(yè)務(wù)場景相結(jié)合形成技術(shù)服務(wù)，并開放給平臺外部用戶。三層架構(gòu)的具體構(gòu)成及功能如表4所示。

表4 核心技術(shù)平臺三層架構(gòu)構(gòu)成及功能

四、智能教育中人工智能技術(shù)及應(yīng)用

在核心技術(shù)平臺及智能教育體系框架構(gòu)建中，人工智能技術(shù)作為智能技術(shù)的核心無疑發(fā)揮著特殊的作用。在目前的智能教育探索與應(yīng)用中已有典型的實踐案例，為智能教育體系構(gòu)建與應(yīng)用提供了參考思路。

(一)三類人工智能技術(shù)及其應(yīng)用

計算智能、感知智能和認(rèn)知智能是人工智能發(fā)展的三個重要階段，同時代表著人工智能在教育領(lǐng)域應(yīng)用的三個不同層次。計算智能基于結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理與分析，主要用于解決復(fù)雜的計算問題；感知智能具備處理聽覺、視覺、觸覺等感知和獲取環(huán)境信息的能力，實現(xiàn)人與機(jī)器的自然交互；認(rèn)知智能目前具備一定程度的認(rèn)知推理能力，能像人一樣學(xué)習(xí)、思考和做出正確決策[16]。由于三類人工智能技術(shù)發(fā)展階段和技術(shù)要求不同，它們在產(chǎn)品研發(fā)和實踐應(yīng)用中顯現(xiàn)出不同的特點。從產(chǎn)品研發(fā)的企業(yè)技術(shù)門檻要求來看，呈現(xiàn)為從技術(shù)門檻相對較低到門檻較高、再到顯著的高技術(shù)門檻，正因為此，目前市場主流的智能教育產(chǎn)品仍然是基于計算智能和感知智能技術(shù)的教育教學(xué)產(chǎn)品，體現(xiàn)認(rèn)知智能的產(chǎn)品數(shù)量少、且往往限定在特定場景或特定領(lǐng)域之中[17]。從產(chǎn)品中體現(xiàn)的智能技術(shù)應(yīng)用層次來看，基于計算智能的應(yīng)用與教育場景只做了淺層的結(jié)合，基于感知智能的應(yīng)用與教育場景做到了中等層次的結(jié)合，基于認(rèn)知智能的應(yīng)用與教育場景做到了深層次的結(jié)合，這也是智能教育進(jìn)一步發(fā)展的方向。在教育領(lǐng)域三類人工智能技術(shù)主要應(yīng)用特點如表5所示。

表5 三類人工智能技術(shù)及其教育應(yīng)用特點

續(xù)表5

(二)人工智能關(guān)鍵技術(shù)及典型應(yīng)用

就具體的技術(shù)方法來說，人工智能關(guān)鍵技術(shù)在教育中的應(yīng)用越來越廣泛和深刻，對實現(xiàn)智能教育算法，構(gòu)建智能學(xué)習(xí)環(huán)境，支撐智能教育應(yīng)用起著關(guān)鍵的支撐作用?；诓煌膶用妫瑢θ斯ぶ悄荜P(guān)鍵技術(shù)可以有不同的分類，呈現(xiàn)不同的教育應(yīng)用特征。從學(xué)科研究領(lǐng)域來看，人工智能是涉及多個學(xué)科和多種前沿技術(shù)的綜合性學(xué)科，其研究領(lǐng)域包括計算機(jī)視覺、自然語言處理、認(rèn)知與推理、機(jī)器人學(xué)、博弈與倫理、機(jī)器學(xué)習(xí)六大主要領(lǐng)域。通過對“教育中的人工智能大會”(AIED)和ITS國際會議2006年以來的全部會議論文進(jìn)行統(tǒng)計分析可以發(fā)現(xiàn)，在教育中的人工智能技術(shù)相關(guān)主題可分為智能教學(xué)系統(tǒng)模型分析、智能教學(xué)代理和教育機(jī)器人、智能識別學(xué)習(xí)者情感及反饋、自然語言理解、仿真實驗及沉浸式學(xué)習(xí)系統(tǒng)、基于游戲的教學(xué)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用七種類型[18]。

從國內(nèi)的探索與實踐看，在教育領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的人工智能關(guān)鍵技術(shù)主要有知識表示方法、機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)、自然語言處理、智能代理、情感計算，可用于智能導(dǎo)師、教育機(jī)器人、學(xué)習(xí)伙伴、智能測評、教育數(shù)據(jù)挖掘、學(xué)習(xí)者數(shù)字畫像等教育應(yīng)用[19]。本研究綜合以上維度對已有專用人工智能發(fā)展及其在教育領(lǐng)域應(yīng)用的分析，如表6所示，在縱向上是智能教育中具有潛力的人工智能關(guān)鍵技術(shù)，主要包括知識表示、機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)、模式識別、自然語言處理、情感計算、智能機(jī)器人、智能代理等類型，在橫向上對其研究主要方法進(jìn)行梳理，重點對其教育中的應(yīng)用場景進(jìn)行概括說明。

表6 人工智能關(guān)鍵技術(shù)及典型應(yīng)用

續(xù)表6

五、智能教育實施策略

推進(jìn)智能教育體系建設(shè)與應(yīng)用，需要結(jié)合新的時代背景和教育信息化實際，著眼整體需要，探索實施策略，重點包括以下五個方面。

(一)打造智能教育核心服務(wù)能力

推進(jìn)智能教育建設(shè)與應(yīng)用，其首要任務(wù)是在智能教育理念和智能教育體系框架指導(dǎo)下，利用智能教育關(guān)鍵技術(shù)打造智能教育核心服務(wù)能力。智能教育核心服務(wù)是將人工智能、大數(shù)據(jù)等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行封裝，并整合為開放服務(wù)，以供面向多層次、多類型教育場景的應(yīng)用產(chǎn)品集成與調(diào)用，從而系統(tǒng)提升智能教育應(yīng)用對個性化教育的支撐能力[20]。從當(dāng)前智能教育的應(yīng)用模式來看，大數(shù)據(jù)、算法技術(shù)和業(yè)務(wù)應(yīng)用都是不可或缺的，面向具體的應(yīng)用場景，智能教育核心服務(wù)提供“數(shù)據(jù)”“技術(shù)”“業(yè)務(wù)”三大類服務(wù)。

1.從數(shù)據(jù)的角度來看，通過建立“數(shù)據(jù)中心”，進(jìn)行教育數(shù)據(jù)采集、清洗、加工、存儲，主要功能包括數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)挖掘、學(xué)習(xí)分析、資源推送等，該類服務(wù)可以為智能教育技術(shù)形態(tài)的實現(xiàn)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，即“智能教育數(shù)據(jù)”。

2.從技術(shù)的角度來看，通過對智能技術(shù)的封裝與定制，使各類教育應(yīng)用產(chǎn)品能夠迅速集成交互界面友好、接口簡單易用的教育智能技術(shù)與服務(wù)，其主要功能包括人機(jī)交互、自然語言理解、知識圖譜、生物特征識別等具體領(lǐng)域技術(shù)等，借助該類服務(wù)可以快速提供智能能力，即“智能算法”。

3.從業(yè)務(wù)的角度來看，通過智能技術(shù)與教育業(yè)務(wù)流程的融合，符合精準(zhǔn)化教學(xué)、個性化學(xué)習(xí)和科學(xué)化管理等業(yè)務(wù)應(yīng)用要求，主要包括智能推薦、學(xué)情分析、決策支持等服務(wù)，該類服務(wù)是直接面向個性化教育需求的，使應(yīng)用功能可圍繞具體的業(yè)務(wù)展開服務(wù)，即“智能助手”。

(二)構(gòu)建智能教育“實踐應(yīng)用共同體”

推動智能教育從系統(tǒng)建設(shè)到應(yīng)用落地，需要多方協(xié)同、各方面力量的整合，形成協(xié)作互助、優(yōu)勢互補(bǔ)的“實踐應(yīng)用共同體”，合力推進(jìn)智能教育的建設(shè)與應(yīng)用?！皩嵺`應(yīng)用共同體”建設(shè)應(yīng)從外部和內(nèi)部兩個視角來構(gòu)建，從外部視角來看，應(yīng)主動對外溝通聯(lián)系，協(xié)調(diào)外部的政策、人才、資金等條件，以及智能技術(shù)的引進(jìn)與相關(guān)教育理念達(dá)到一定的水平等，創(chuàng)造良好的外部環(huán)境；從內(nèi)部視角來看，應(yīng)依托各種力量組建有“建設(shè)者”“實踐者”“研究者”三要素構(gòu)成的實踐應(yīng)用共同體[21]。實踐應(yīng)用共同體三個內(nèi)部要素承擔(dān)的任務(wù)及人員構(gòu)成如表7所示?！敖ㄔO(shè)者—實踐者—研究者”三者之間協(xié)作互助、優(yōu)勢互補(bǔ)、利益攸關(guān)，它們的關(guān)系具體為：“建設(shè)者”通過研發(fā)和生產(chǎn)為“實踐者”提供智能教育應(yīng)用產(chǎn)品與技術(shù)服務(wù)；“實踐者”通過教育實踐為“研究者”提供實踐案例與智能教育應(yīng)用數(shù)據(jù)；而“研究者”基于理論與技術(shù)研究為“建設(shè)者”提供咨詢依據(jù)，為“實踐者”提供應(yīng)用指南。

表7 實踐共同體內(nèi)部要素及任務(wù)區(qū)分

(三)探索智能教育融合應(yīng)用模式

智能教育應(yīng)用的重點是智能技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的過程，通過智能技術(shù)與教育深入、有效的融合，促進(jìn)智能技術(shù)對教育的增能、使能和賦能，進(jìn)而實現(xiàn)教育教學(xué)的最優(yōu)化、智能化，實現(xiàn)1+1＞2的效果[22]。智能教育的推進(jìn)和實施應(yīng)建立多樣化的融合應(yīng)用模式，根據(jù)智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用方式，智能教育融合應(yīng)用的形態(tài)可分為主體性相融模式、適應(yīng)性統(tǒng)合模式、輔助性支持模式三種模式。

1.主體性相融模式，是指相關(guān)工具或系統(tǒng)在教學(xué)、學(xué)習(xí)、管理或服務(wù)等教育場景中發(fā)揮主體性作用，基于智能技術(shù)的教學(xué)系統(tǒng)或應(yīng)用的核心模塊可以替代教學(xué)與管理活動中的知識性、程序性、事務(wù)性工作，如構(gòu)建與應(yīng)用智能導(dǎo)師系統(tǒng)、智能問答系統(tǒng)、智能教務(wù)管理系統(tǒng)、智能決策分析系統(tǒng)等，實現(xiàn)智能技術(shù)與教育教學(xué)融為一體，更高效地完成相應(yīng)的角色任務(wù)。

2.適應(yīng)性統(tǒng)合模式，是指將相關(guān)智能技術(shù)工具視為某一支持性、支撐性的具體功能模塊或部分結(jié)構(gòu)，如將學(xué)習(xí)內(nèi)容推薦、學(xué)習(xí)分析、學(xué)習(xí)評價、自適應(yīng)學(xué)習(xí)、游戲?qū)W習(xí)模塊等統(tǒng)合到智能教學(xué)系統(tǒng)中，以適應(yīng)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)與功能的要求，幫助教師、學(xué)生、管理者優(yōu)化和改進(jìn)教學(xué)與管理的環(huán)節(jié)或過程。

3.輔助性支持模式，是指將智能技術(shù)作為輔助性支持工具，如智能可穿戴設(shè)備、智能翻譯機(jī)、智能機(jī)械手、智能黑板、智能桌椅等，這些工具本身可以不屬于教學(xué)系統(tǒng)的一部分，但可以支持幫助使用者更好地完成閱讀、學(xué)習(xí)或教學(xué)等過程。

(四)構(gòu)筑基于平臺的智能教育生態(tài)系統(tǒng)

智能教育強(qiáng)調(diào)利用智能技術(shù)促進(jìn)教育模式和生態(tài)重構(gòu)，旨在打造人機(jī)結(jié)合、和諧共生、開放共享的智能教育新生態(tài)。當(dāng)前這方面還缺乏頂層規(guī)劃、分工合作和開放共享機(jī)制，為此應(yīng)著力把握好以下幾個方面：

1.構(gòu)建多方合作、協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，由政府部門牽頭搞好智能教育頂層規(guī)劃設(shè)計，智能教育領(lǐng)域龍頭企業(yè)提供產(chǎn)業(yè)支持，相關(guān)高校、科研機(jī)構(gòu)、實驗室提供學(xué)術(shù)技術(shù)支撐，區(qū)域、學(xué)校和廣大師生積極參加應(yīng)用實踐，合力推進(jìn)智能教育建設(shè)和應(yīng)用。

2.建設(shè)開放式智能教育支撐服務(wù)平臺，依托智能云計算技術(shù)、大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，利用人工智能關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)建開放、共享的核心技術(shù)服務(wù)平臺，面向各類用戶提供智能教育技術(shù)服務(wù)。如建設(shè)者可以利用平臺技術(shù)提升相關(guān)產(chǎn)品智能化水平；研究者可以基于平臺數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，提升智能技術(shù)服務(wù)能力，提煉智能教育應(yīng)用新模式、新方法；實踐者依托平臺提供的智能教育技術(shù)服務(wù)，開展智能教育應(yīng)用實踐，同時向平臺反饋數(shù)據(jù)。

3.推動成立智能教育行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟，鼓勵眾籌眾創(chuàng)、分工協(xié)作，形成優(yōu)勢互補(bǔ)、協(xié)同發(fā)展的行業(yè)產(chǎn)業(yè)共同體，打造智能教育產(chǎn)業(yè)鏈，提供全場景智能教育產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)，實現(xiàn)多主體資源共享、相互配合、相互支持，構(gòu)筑開放、協(xié)同、創(chuàng)新的智能教育生態(tài)體系。

(五)建立教育中的智能倫理與安全體系

教育進(jìn)入智能化的時代，智能技術(shù)在幫助人類改變教育方式的同時，對人類自身存在泄露隱私、違反倫理道德等難以預(yù)測的影響，需要通過有效手段或技術(shù)來加以改進(jìn)[23]。

1.建立保障智能教育健康發(fā)展的法律法規(guī)和倫理道德框架，針對人機(jī)交互過程中可能會存在不道德、倫理或法律問題，開展智能行為科學(xué)和倫理等問題研究，探討智能教育應(yīng)用和研究的倫理邊界，以保障智能技術(shù)應(yīng)用符合人類社會的共同利益。

2.建立智能技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，針對教育數(shù)據(jù)挖掘中會觸及學(xué)習(xí)者的隱私信息、性格取向、個性偏好、能力與智力層次等內(nèi)容，可能會存在泄露相關(guān)隱私等問題，制定教育大數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，對這些大數(shù)據(jù)的查詢權(quán)限、使用權(quán)限、進(jìn)行智能分析的權(quán)限、獲得分析結(jié)果的權(quán)限等等，給予明確的規(guī)定，并采取可靠措施強(qiáng)化對這些數(shù)據(jù)的保護(hù)，避免智能教育應(yīng)用偏離正確的方向、甚至產(chǎn)生一些倫理或法律問題。

3.建立教育中的智能安全監(jiān)管和評估體系，遵循國家關(guān)于人工智能基礎(chǔ)共性、互聯(lián)互通、行業(yè)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)安全、隱私保護(hù)等技術(shù)規(guī)范，加強(qiáng)智能技術(shù)在教育應(yīng)用中的監(jiān)管，制定相關(guān)的安全應(yīng)用管理規(guī)定，采取有效的安全技術(shù)措施，開展風(fēng)險評估和防控，強(qiáng)化前瞻預(yù)防和約束引導(dǎo)，確保智能教育應(yīng)用有跡可循、安全可控。

六、結(jié)語

智能教育的發(fā)展目前還處于起步階段，無論是理論研究、技術(shù)實踐還是產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面均存在著不少問題?？傮w上，對智能技術(shù)環(huán)境下現(xiàn)代教育理論的系統(tǒng)探討不夠，缺乏對智能教育概念內(nèi)涵的清晰界定；對智能教育體系頂層規(guī)劃不夠，缺乏系統(tǒng)設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和推進(jìn)策略；核心技術(shù)平臺研發(fā)和應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新不夠，應(yīng)用產(chǎn)品種類偏少、功能單一、覆蓋面窄，智能教育應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)亟待形成。新形勢、新挑戰(zhàn)孕育著新機(jī)遇，應(yīng)充分利用人工智能、大數(shù)據(jù)等新思維、新技術(shù)，積極探索智能技術(shù)支持下的教育發(fā)展新模式，推動智能教育體系的構(gòu)建與創(chuàng)新發(fā)展。