人工智能與教育相結合的啟示

奚駿

近年來，人工智能的飛速發(fā)展超出了人們的想象，尤其是在圖像識別、語音識別、機器翻譯、人機交互、無人駕駛等領域，取得了突破性進展，引起世界各國普遍重視。我國頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》指出，人工智能的迅速發(fā)展將深刻改變?nèi)祟惿鐣?、改變世界。要搶抓人工智能發(fā)展的重大戰(zhàn)略機遇，構筑我國人工智能發(fā)展的先發(fā)優(yōu)勢，加快建設創(chuàng)新型國家和世界科技強國。美國也高度關注人工智能相關領域的科技發(fā)展、市場應用與前沿政策問題，頒布了《國家人工智能研究與發(fā)展戰(zhàn)略計劃》，指出人工智能是一種具有巨大社會和經(jīng)濟效益的革新性技術。此次在美國學習訪問期間，我們對人工智能與教育的結合，也有了親身的體驗和感受。

人工智能已深度融入美國教育

我們訪問了伊利諾伊州數(shù)學與科學高中（IMSA）。IMSA是美國頂尖公立學校，是學校科技教育的領導者，被niche.com評為2019年美國排名第一的公立學校，并被華爾街日報評為全球40所著名公立和私立大學預科院校之一。伊州數(shù)學與科學高中被NBC、CNN、今日美國、紐約時報和華爾街日報多次報道。此外，IMSA還舉辦了2018年國際學生科學博覽會。每周三是學校規(guī)定的研究日，大部分學生去校外與自己的導師見面，在導師的指導下開展研究活動。學校有26個學生在做和人工智能相關的研究，其中20個學生在美國頂尖的費米國家實驗室研究大數(shù)據(jù)，6個學生參加大學人工智能實驗室項目。

我們訪問了著名的英特爾公司，技術專家Chris向我們介紹了針對教育的人工智能基礎框架和平臺、模型及優(yōu)化算法、云服務器平臺、邊緣計算、網(wǎng)絡智能、大數(shù)據(jù)和高性能計算，以及針對自然語言、機器視覺運用于課堂的案例。

大部分著名的科技公司已將人工智能融入其教育類產(chǎn)品中。其中包括谷歌、英特爾、IBM、亞馬遜和微軟等?！拔覀兒苌侔l(fā)布一款不包含某種AI算法的產(chǎn)品，我們正在教育產(chǎn)品中使用AI。”谷歌教育App產(chǎn)品管理總監(jiān)Jonathan Rochelle在最近的一次教育技術產(chǎn)業(yè)會議上表示。

人工智能與教育的結合點

1.人工智能成為教師的伙伴

概括而言，人工智能與教育的結合點就是和教師成為合作伙伴。人工智能已經(jīng)普遍應用于教育，不同的工具可以運用于教育的不同領域。隨著人工智能教育解決方案的不斷成熟，人們希望人工智能可以幫助填補學習和教學方面的需求空白，讓學校和教師比以往任何時候都更有效率。人工智能可以提供高效率、個性化和簡約化的管理任務，使教師有時間去從事進一步研究。通過這種最佳合作屬性，人工智能在教育中的愿景是和教師共同努力，為學生帶來最佳結果。由于今天的學生需要在未來工作中運用人工智能，所以讓學生接觸并學習人工智能也是很重要的。

我們訪問了蘋果認證學校High Point小學，很多課上使用了教育工具類App——Seesaw。據(jù)了解該軟件目前被應用于超過100個國家的20萬個教室，覆蓋從幼兒園到高中的K12階段。學生們可以通過照片、視頻或者畫畫、寫字的方式，在 Seesaw 平臺上把他們的作業(yè)分享給老師、父母和其他同學。Seesaw 背后的驅(qū)動原理是如果受到多方關注，孩子們在學業(yè)上的表現(xiàn)會更好。

除了給出作業(yè)答案，學生可以在作業(yè)中加上視頻或者寫一些注釋來注明解答過程，人工智能技術可以協(xié)助老師判斷學生在什么地方犯了錯誤。

2.人工智能讓學生學習差異化和個性化

多年來，基于學生的個別需求來調(diào)整學習一直是教育工作者的首要任務，因材施教的教育方法古已有之，但根據(jù)大批量學生不同的認知水平、學習能力以及自身素質(zhì)來制定個性化學習方案離不開人工智能。當傳統(tǒng)思想與人工智能相結合，因材施教的可行性有了大幅提高。很多公司目前正在開發(fā)智能教學設計和數(shù)字平臺，使用人工智能為學生提供差異化和個性化學習，提供測試和反饋，提供個性化的挑戰(zhàn)，找出差距，并在適當時機帶領他們切入新主題。隨著人工智能越來越復雜，機器可能會讀取學生臉部的表情，了解他們是否困惑，并動態(tài)調(diào)整課程來應對，我們在英特爾公司訪問時接觸了類似產(chǎn)品。

3.人工智能執(zhí)行評分任務

教師往往花費大量時間對作業(yè)和考試進行評分。人工智能可以介入并快速完成這些任務，同時提供如何縮小學習差距的建議。機器對多項選擇測試題進行評分早已司空見慣，隨著信息化建設、人工智能的發(fā)展，大數(shù)據(jù)、文字識別、語音識別、語義識別技術的提升，對于主觀書面解答題的評分也變得日趨成熟。例如，美國教育考試服務中心（ETS）作為世界上最大的教育考試及評估機構，已經(jīng)成功將AI引入SAT和GRE論文批改，同人類一起扮演評卷人角色。

學科如何開展人工智能培訓

2019年10月31日，中共中央政治局就人工智能發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢舉行第九次集體學習。中共中央總書記習近平在主持學習時強調(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。他特別指出，要加強人工智能在教育等領域的深度應用，要加強人才隊伍建設，以更大的決心、更有力的措施，打造多種形式的高層次人才培養(yǎng)平臺，加強后備人才培養(yǎng)力度，為科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供更加充分的人才支撐，這對于我們信息技術教育工作者而言，既是莫大的鼓舞，也深感重任在肩。

在國家層面，2018年教育部正式頒布了新一輪普通高中信息技術課程標準，人工智能作為選擇性必修課程，被正式納入信息科技學科體系中。選擇性必修課程的宗旨是為學生將來繼續(xù)開展與信息技術相關方向的學習以及運用信息技術進行創(chuàng)新、創(chuàng)造提供條件，符合國家對于人工智能后備人才培養(yǎng)的要求。

在區(qū)域和校本層面，我們帶領團隊開展人工智能的規(guī)劃與應用研究，希望通過具備人工智能技術的硬件，探索人工智能教育的課程內(nèi)容及教學方式，培養(yǎng)學生計算思維及編程能力，構建以培養(yǎng)學生獲取、加工和管理信息的方法及思維為內(nèi)容，引導學生發(fā)現(xiàn)并解決真實問題的課程體系。

我們的研究目標是規(guī)劃基于人工智能實驗平臺的復合智慧教育理念，具有現(xiàn)代教育特色、綜合教育效益高的人工智能教育模式，并加以應用，培養(yǎng)人工智能人才，以適應智慧教育的發(fā)展需要。

我們的研究內(nèi)容是在智慧教育中，形成適應人工智能創(chuàng)新教育體系的教學模式，并培養(yǎng)人才與師資，主要包括：

（1）研究人工智能在智慧教育中的應用，通過將課程、學生、教師和環(huán)境的有效結合，構建符合人工智能教育需求的生態(tài)模式，實現(xiàn)高效的智能課堂。

（2）從具備人工智能技術的硬件入手，以探究式教學方式，引導學生了解人工智能技術，激發(fā)學生學習興趣。帶領學生領略人工智能技術在圖像識別、語音識別等各領域最前沿的研究，幫助學生樹立全面的AI觀，以及如何充分調(diào)動學生的積極性，發(fā)揮學生的主動性，建立知識與生活的聯(lián)系。

（3）探索項目式教學在人工智能教學課堂上的應用，以項目活動為教學主線，將知識和能力鑲嵌到項目中，不斷強化學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題與解決問題的能力，培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)。

開展有效的研究與科學實踐是關鍵

人工智能是交叉學科，主要涉及計算機科學、仿生學、哲學及語言學等多個學科領域。在新興技術當中，人工智能技術扮演著越來越重要的角色。但是縱觀中美兩國的現(xiàn)實狀況，人工智能的產(chǎn)品體系和課程體系還不夠完善，人工智能教育的師資和教學資源還比較匱乏，因此，圍繞一線教師隊伍培養(yǎng)及人工智能教育的環(huán)境、工具、課程、活動等資源建設，開展扎實有效的研究與科學實踐是未來關鍵。

通過我的團隊前期對人工智能教育教學模式及相關領域的預調(diào)研結果分析，下一階段的初步思路是：（1）以人工智能技術產(chǎn)品體驗為引導，促進智慧教育的發(fā)展;（2）對不同學段和不同學力的學生采取人工智能功能的封裝、半封裝、原理實驗可視化等方法進行差異化教學，滿足各個學生的知識獲取和成果實現(xiàn)，讓思維意識得以鍛煉;（3）通過項目分工，以小組為單位，訓練學生的合作探究意識;（4）項目以貼近學生實際生活為主，體現(xiàn)知識與應用的聯(lián)系，并加強解決問題的成就感;（5）教學模式與課程內(nèi)容、實驗環(huán)境統(tǒng)一規(guī)劃，輸出成熟的人工智能教育培訓方案，促進人工智能師資隊伍建設。

作者單位：上海市復興高級中學