我國(guó)人工智能教育研究綜述

摘 要：在社會(huì)信息化的推動(dòng)下，人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用的熱度也在不斷加深。從文獻(xiàn)來(lái)源、關(guān)鍵詞聚類分析兩個(gè)角度，通過(guò)Citespace、SATI、UCINET三個(gè)可視化分析軟件對(duì)中國(guó)知網(wǎng)中文數(shù)據(jù)庫(kù)中自1984年至今約25年有關(guān)“人工智能教育”的期刊文獻(xiàn)進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)我國(guó)對(duì)于人工智能教育研究的范圍逐漸擴(kuò)大，但在教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究尚且不足。

關(guān)鍵詞：人工智能;人工智能教育

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.11.093

人工智能（Artificial Intelegence，AI）最早于1956年在達(dá)特茅斯會(huì)議中被提出，至今已有60余年歷史。從2016年google公司的alphago在與世界頂級(jí)圍棋手李石世的人機(jī)比賽中取得勝利，到2018年OpenAI five在DOTA 2游戲中戰(zhàn)勝人類5團(tuán)，人工智能技術(shù)在當(dāng)下信息化和全球化的時(shí)代正在不斷強(qiáng)化，逐步脫離弱人工智能的標(biāo)簽、超越技術(shù)的局限，漸進(jìn)深入到越來(lái)越廣泛的領(lǐng)域。我國(guó)當(dāng)代對(duì)人工智能的發(fā)展有著高度重視：2017年，“兩會(huì)”首次將AI寫入政府工作報(bào)告，這是人工智能上升為國(guó)家戰(zhàn)略的重要標(biāo)志。

國(guó)家的興盛與否取決于教育，信息化的社會(huì)必然對(duì)教育信息化有迫切要求。由于人工智能對(duì)教育資源分配，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)、精準(zhǔn)學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)方面起著重要支撐，因此近年來(lái)人工智能教育的相關(guān)研究也在不斷加深。本文通過(guò)結(jié)合Citespase、SATI和UCINET三個(gè)文獻(xiàn)可視化分析軟件近25年來(lái)關(guān)于“人工智能教育”的中文文獻(xiàn)進(jìn)行分析，以期用更直觀的方式展示國(guó)內(nèi)人工智能教育研究的熱點(diǎn)、發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)選擇

通過(guò)對(duì)中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）的中文期刊文獻(xiàn)搜索發(fā)現(xiàn)：國(guó)內(nèi)與“人工智能教育”直接相關(guān)的文獻(xiàn)較少，文以“人工智能教育”為關(guān)鍵詞進(jìn)行篇名搜索，在中國(guó)知網(wǎng)的期刊中除去不相關(guān)文獻(xiàn)共篩選出有效期刊文獻(xiàn)780篇。

1.2 研究方法

本文利用Citespace、SATI和UCINET三款軟件對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，通過(guò)生成聚類圖譜、關(guān)鍵詞頻次表、中介中心性矩陣、共現(xiàn)矩陣等方式，對(duì)作者、關(guān)鍵詞、來(lái)源等進(jìn)行可視化分析，直觀展示該研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。

對(duì)于Citespace軟件的使用，由于只能掌握近25年左右的相關(guān)文獻(xiàn)，所以將時(shí)間按照一年為一段進(jìn)行切割;由于分析期刊數(shù)量并未達(dá)到千篇以上，所以直接應(yīng)用term、type、links、selection criteria、visualization選項(xiàng)的默認(rèn)值，對(duì)于TOP N的選擇也使用了默認(rèn)值50，即只聚類分析每個(gè)時(shí)區(qū)排名前50位的節(jié)點(diǎn)。受文獻(xiàn)數(shù)量限制本文也沒有對(duì)產(chǎn)生的聚類圖譜進(jìn)行pruning網(wǎng)絡(luò)裁剪操作。Citespace聚類圖譜中的Q值（模塊值）和S值（平均輪廓值）是兩個(gè)對(duì)效果評(píng)判的重要指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，Q值處于0～1的區(qū)間內(nèi)，當(dāng)Q>0.3時(shí)意味著所劃分的社團(tuán)結(jié)構(gòu)是顯著的;當(dāng)S值高于0.5時(shí)被認(rèn)為聚類是合理的，當(dāng)S值為0.7時(shí)，聚類是高效率且令人信服的。

2 文獻(xiàn)來(lái)源統(tǒng)計(jì)分析

2.1 年發(fā)布量

將主題為“人工智能教育”的期刊文獻(xiàn)進(jìn)行轉(zhuǎn)碼后導(dǎo)入SATI軟件，勾選“年份”選項(xiàng)后進(jìn)行字段抽取和頻次統(tǒng)計(jì)，生成相關(guān)文獻(xiàn)在1984年到2020年發(fā)布量統(tǒng)計(jì)圖，轉(zhuǎn)換為折線圖后如圖1所示。

從圖1中的年發(fā)布量變化中可以看出：“人工智能教育”的相關(guān)研究總體呈上升態(tài)勢(shì)。其中在2008年前涉及量較少，直到2015年左右相關(guān)主題文獻(xiàn)年發(fā)布量呈現(xiàn)出急劇增長(zhǎng)的勢(shì)頭，尤其以2017年到2018年的增長(zhǎng)幅度最大。截至到2020年2月相關(guān)文獻(xiàn)繼續(xù)保持增長(zhǎng)趨勢(shì)。

20世紀(jì)30年代“人工智能”之父圖靈提出自動(dòng)機(jī)理論，促進(jìn)了人工智能的研究;在這個(gè)背景下，西方人工智能在20世紀(jì)50、60年代得到了高度重視和發(fā)展，而當(dāng)時(shí)的中國(guó)受蘇聯(lián)思想的影響較深，20世紀(jì)70年代左右中蘇關(guān)系惡化。因此，在20世紀(jì)80年代前蘇聯(lián)對(duì)人工智能的態(tài)度使得當(dāng)時(shí)的中國(guó)對(duì)人工智能幾乎沒有研究。

20世紀(jì)80年代初，錢學(xué)森等主張開展人工智能領(lǐng)域的研究，但是受批判主義的影響，人工智能早期在中國(guó)的發(fā)展非常艱難;因此1984年前關(guān)于人工智能領(lǐng)域的文獻(xiàn)發(fā)布量少之又少;1981年中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)正式成立，1984年鄧小平指示“計(jì)算機(jī)普及要從娃娃抓起”，自此國(guó)內(nèi)對(duì)于人工智能的境遇開始好轉(zhuǎn)，相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)布量也略有提升。

21世紀(jì)后很多人工智能課題獲得863計(jì)劃、973計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)等項(xiàng)目的大力支持，人工智能在教育領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)研究和文獻(xiàn)也呈上升態(tài)勢(shì);2015年至今，“人工智能教育”相關(guān)的文獻(xiàn)研究發(fā)布量表現(xiàn)出突破性劇增是因?yàn)?014年習(xí)近平總書記在中科院院士大會(huì)上的重要講話和2015年李克強(qiáng)總理在十二屆全國(guó)人大會(huì)議中都時(shí)對(duì)人工智能給予了高度評(píng)價(jià)。近年來(lái)國(guó)家不斷出臺(tái)對(duì)人工智能發(fā)展的引導(dǎo)和支持政策，這對(duì)開展人工智能研究起了重要推動(dòng)作用;2017年，在國(guó)務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中確立了我國(guó)人工智能“三步走”的戰(zhàn)略目標(biāo);2018年潘云鶴院長(zhǎng)在上海召開的世界人工智能大會(huì)上指出人工智能將進(jìn)入2.0時(shí)代。在人工智能突飛猛進(jìn)的態(tài)勢(shì)下，深入對(duì)人工智能教育的研究有利于我們落實(shí)科技強(qiáng)國(guó)、人才強(qiáng)國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略與教育現(xiàn)代化2035的指導(dǎo)思想。

2.2 期刊分布

與年發(fā)布量分析方式同理，勾選“來(lái)源”選項(xiàng)后進(jìn)行字段抽取和頻次統(tǒng)計(jì)：1984年到2020年“人工智能教育”主題相關(guān)文獻(xiàn)所屬期刊前五位分布如圖2所示。

通過(guò)SATI進(jìn)行頻次統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)大部分期刊來(lái)源較為分散，具有一定程度集中性且發(fā)布數(shù)排名前五位的分別是：《中小學(xué)信息技術(shù)教育》《現(xiàn)代教育技術(shù)》《中國(guó)信息技術(shù)教育》《遠(yuǎn)程教育雜志》和《中小學(xué)電教》。

其中《遠(yuǎn)程教育雜志》是CSSCI來(lái)源期刊，關(guān)注于國(guó)內(nèi)外現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育、教育技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域前沿和發(fā)展;《現(xiàn)代教育技術(shù)》是國(guó)家級(jí)學(xué)術(shù)刊物、CSSCI來(lái)源期刊和中國(guó)教育技術(shù)學(xué)會(huì)會(huì)刊，面向教育信息化等諸多領(lǐng)域;《中小學(xué)電教》是國(guó)內(nèi)最具有影響力的電教類核心期刊之一，關(guān)注于現(xiàn)代化教育教學(xué)現(xiàn)象和教學(xué)管理;《中小學(xué)信息技術(shù)教育》和《中國(guó)信息技術(shù)教育》關(guān)注于發(fā)展教育信息化。

通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)發(fā)布量排名前五位的學(xué)術(shù)雜志進(jìn)行分析得出：“人工智能教育”的研究有著很高的專業(yè)性和技術(shù)性;它很大程度屬于教育技術(shù)學(xué)研究領(lǐng)域，其發(fā)展需要教育技術(shù)學(xué)相關(guān)技術(shù)人員的支持和推動(dòng);同時(shí)它對(duì)于實(shí)現(xiàn)教育信息化、優(yōu)化遠(yuǎn)程教育、提高信息素養(yǎng)和實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域起著重要作用。

3 研究熱點(diǎn)分析

研究熱點(diǎn)的分析是通過(guò)運(yùn)用Citespace、SATI、和UCINET三個(gè)可視化分析軟件，對(duì)“關(guān)鍵詞”分別進(jìn)行頻次統(tǒng)計(jì)、聚類分析、中心度分析分析得到的。由于文獻(xiàn)來(lái)源量不能以千計(jì)數(shù)，所以沒有涉及突現(xiàn)詞分析，即本文無(wú)法精準(zhǔn)預(yù)測(cè)“人工智能教育”的未來(lái)發(fā)展趨向。

3.1 關(guān)鍵詞頻次統(tǒng)計(jì)

將780篇與“人工智能教育”相關(guān)的期刊文獻(xiàn)轉(zhuǎn)碼導(dǎo)入到SATI軟件中，設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)后選擇“關(guān)鍵詞”——字段抽取——頻次統(tǒng)計(jì)。關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次分別有182、20、12、11、9、8、6、5、4、3、2、1，關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次越多代表研究相關(guān)性和熱度越高。除去頻次為1、2、3的關(guān)鍵詞后，所剩相關(guān)性較強(qiáng)、熱度較高的關(guān)鍵詞如表1所示。

從表1熱度較高的關(guān)鍵詞分析可以得出：與“人工智能教育”相關(guān)的研究主要體現(xiàn)于人工智能技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用層面，這體現(xiàn)了教育信息化的背景;這種應(yīng)用需要借助大數(shù)據(jù)智能教學(xué)系統(tǒng)等開設(shè)人工智能課程、教學(xué)過(guò)程中使用教育機(jī)器人;人工智能教育已經(jīng)應(yīng)用于職業(yè)教育和中小學(xué)教育階段，而且涉及遠(yuǎn)程教育和網(wǎng)絡(luò)教育的研究和優(yōu)化;人工智能技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用是一種智能教育，它改變了教學(xué)模式轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)理念，有利于實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)，提高了教師和學(xué)生的信息素養(yǎng);教育教學(xué)領(lǐng)域要實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)的應(yīng)用需要教育技術(shù)學(xué)專業(yè)人員的投入與支持，這一點(diǎn)在與上文中文獻(xiàn)來(lái)源和作者分布的分析中也有所體現(xiàn)。

3.2 關(guān)鍵詞聚類分析

將1984年到2020年的相關(guān)文獻(xiàn)轉(zhuǎn)碼后導(dǎo)入Citespace軟件，time slicing設(shè)為1，node types選擇keyword，生成780篇文獻(xiàn)關(guān)鍵詞的聚類圖。關(guān)鍵詞的中介中心性越小代表研究相關(guān)度越低，雖然有些關(guān)鍵詞地出現(xiàn)頻次較高，但是與研究主題的相關(guān)性較小或者沒有相關(guān)性。所以需要將關(guān)鍵詞的中介中心性列表按照從大到小的順序排列，隱藏中介中心性較低的關(guān)鍵詞。由于所剩有效關(guān)鍵詞的中介中心性差距較大，且為了美觀和體現(xiàn)聚類圖的有效性，調(diào)整term labling標(biāo)簽中threshold項(xiàng)，使聚類圖譜中只顯示中介中心性排名前十位的關(guān)鍵詞。調(diào)整后的關(guān)鍵詞聚類圖譜如圖3所示。

從圖3可以看出與“人工智能教育”主題相關(guān)的文獻(xiàn)研究重心是人工智能技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用，這種教育方式引申出智慧教育和智能教育。人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用需要借助于專家系統(tǒng)等平臺(tái)的支持，且主要作用于職業(yè)教育層面（在上文中有所體現(xiàn)）。

關(guān)鍵詞聚類圖譜中，N=494，E=1205，density=0.0099，即在隱藏中介中心性為0.00的關(guān)鍵詞后，所剩余的關(guān)鍵詞組成的聚類圖譜中共有494個(gè)節(jié)點(diǎn)，它們之間有1205個(gè)相關(guān)關(guān)系。在聚類圖譜中，S值和Q值越接近于1代表聚類之間的相關(guān)性越大，本文中關(guān)鍵詞聚類圖譜的Q值等于0.7881，S值等于0.8225，說(shuō)明本文的關(guān)鍵詞聚類圖譜結(jié)構(gòu)明顯，效率和信服度極高。但是由于受期刊文獻(xiàn)數(shù)量限制，故而沒有采用pruning剪切，所以pruning值等于0。

3.3 研究熱點(diǎn)分析

本文利用SATI和UCINET軟件對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了中心度分析，旨在說(shuō)明25年來(lái)“人工智能教育”的研究熱點(diǎn)。本文通過(guò)將文獻(xiàn)轉(zhuǎn)碼導(dǎo)入SATI軟件，在完成相應(yīng)參數(shù)設(shè)置后抽取字段、統(tǒng)計(jì)頻次并生成關(guān)鍵詞共現(xiàn)矩陣并轉(zhuǎn)碼導(dǎo)入U(xiǎn)CINET軟件，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)后進(jìn)行可視化導(dǎo)入生成關(guān)系圖并調(diào)整相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行中心度分析，如圖4所示。

圖4表示，以人工智能為研究核心延伸出了：深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)、智能教育、學(xué)習(xí)分析、大數(shù)據(jù)、智能教學(xué)系統(tǒng)、學(xué)習(xí)方式、人機(jī)協(xié)作、個(gè)性化學(xué)習(xí)、教育大數(shù)據(jù)、教育人工智能、智慧教育等相對(duì)成熟的熱點(diǎn)探究;對(duì)于中外層的：機(jī)器智能、跨媒體智能、人才培養(yǎng)、終身學(xué)習(xí)、教育理念、個(gè)性化教育、通識(shí)教育、群體智能、教育創(chuàng)新等則屬于新興研究熱點(diǎn);對(duì)于邊緣地區(qū)較少關(guān)系連線的節(jié)點(diǎn)，如：教育本質(zhì)、教育缺陷、新工科、課程教學(xué)等則是出于研究起步階段的關(guān)鍵詞或者是目前而言較冷門的研究方向。

UCINET生成的研究熱點(diǎn)分析關(guān)系圖是Citespace和SATI生成的關(guān)鍵詞聚類分析和關(guān)鍵詞頻次表的綜合和提升，不僅對(duì)關(guān)鍵詞熱度進(jìn)行可視化的直觀展現(xiàn)，而且對(duì)相關(guān)領(lǐng)域研究有一定的研究方向預(yù)測(cè)作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合了三種文獻(xiàn)可視化分析軟件：Citespace、SATI和UCINET對(duì)與“人工智能教育”相關(guān)的近25年中文文獻(xiàn)進(jìn)行分析，對(duì)人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展歷程、研究熱點(diǎn)進(jìn)行了直觀化的展示。自“人工智能”被提出至今已經(jīng)發(fā)展了60余年，而我國(guó)對(duì)于人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究歷程卻僅僅為25年左右且主要集中于近5年，人工智能在世界中的發(fā)展態(tài)勢(shì)突飛猛進(jìn)，已經(jīng)逐步開始了跳出技術(shù)范圍的高度智能化的進(jìn)程。教育信息化應(yīng)該作為社會(huì)信息化的支柱，而不是緊跟社會(huì)信息化的腳步。俗話說(shuō)“打鐵要趁熱”，相關(guān)研究者應(yīng)該趁著近年來(lái)人工智能教育的發(fā)展勢(shì)頭加大研究力度，以期為教育信息化的深入開展墊好基礎(chǔ)。

本文對(duì)國(guó)內(nèi)“人工智能教育”的分析有一定不足：（1）由于對(duì)中國(guó)知網(wǎng)中文獻(xiàn)資源的擁有度有限，因此可視化分析的結(jié)果有一定的局限性;（2）本人對(duì)于Citespace和UCINET兩款可視化分析軟件的使用能力有限，沒能進(jìn)行加權(quán)算法和交互信息算法等深度分析程序，沒能更好地融合三款軟件的優(yōu)勢(shì);（3）本文對(duì)關(guān)鍵詞中心性的分析中僅采用了中心性排名前十的關(guān)鍵詞，使研究數(shù)據(jù)的范圍一定程度縮小。

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作者簡(jiǎn)介：胡倞茜（1995-），女，漢族，河北邢臺(tái)人，碩士，安徽師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)教育應(yīng)用。