人工智能助推鄉(xiāng)村教育振興的技術(shù)框架及模型

倪侃 倪其育

（揚州大學(xué) 江蘇省揚州市 225009）

教育是強國之本，它事關(guān)億萬少年兒童的健康成長，事關(guān)國家的發(fā)展和民族的未來。如何使教育均衡發(fā)展，保障教育公平，是我們必須關(guān)注的重大問題。

1 振興鄉(xiāng)村教育是社會發(fā)展的時代要求

當(dāng)前，我國社會主義建設(shè)已經(jīng)進入新的時代，其主要矛盾已經(jīng)轉(zhuǎn)化為“人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾”。在教育領(lǐng)域，其主要就是教育公平的問題?！鞍l(fā)展更加公平更有質(zhì)量的教育[1]”是發(fā)展教育工作的總基調(diào)。

1.1 教育公平的需求

《辭?！分泄降亩x為：“作為一種道德要求和品質(zhì)，按照一定的社會標(biāo)準(zhǔn)（法律、道德、政策等）、正當(dāng)?shù)闹刃蚝侠淼卮颂幨?，是制度、系統(tǒng)、重要活動的重要道德性質(zhì)?！笨梢姡^教育公平，并不等同于教育的平等，它主要包含教育資源配置的機會平等、能力差異和弱勢補償?shù)热齻€合理性原則。

根據(jù)教育公平原則，我國當(dāng)前的教育不公平體現(xiàn)在哪里？一方面城市學(xué)校在師資隊伍、硬件設(shè)施、經(jīng)費投入，以及生源的質(zhì)量與升學(xué)率等方面，都明顯優(yōu)于鄉(xiāng)村學(xué)校。另一方面東西部地區(qū)學(xué)校教育和城鄉(xiāng)教育的差別仍是影響我國教育公平的重要因素。因此，振興鄉(xiāng)村教育是實現(xiàn)教育公平的主要環(huán)節(jié)。

1.2 鄉(xiāng)村學(xué)校是學(xué)校教育的重要組成部分

《國務(wù)院關(guān)于基礎(chǔ)教育改革與發(fā)展的決定》提出了 “按照小學(xué)就近入學(xué)、初中相對集中、優(yōu)化教育資源配置的原則，合理規(guī)劃和調(diào)整學(xué)校布局”。在經(jīng)過一輪“撤點并?！钡拇蟪敝?，鄉(xiāng)村學(xué)校仍然會以一定的規(guī)模存在。據(jù)近期的一次調(diào)查顯示，鄉(xiāng)村學(xué)校數(shù)仍然占較大比例，如表1所示。可見，以教育公平的視角來看，振興鄉(xiāng)村教育，仍是重中之重。

2 鄉(xiāng)村教育面臨的突出問題

目前，我國社會各界都一致公認(rèn)，要想實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興，就必須大力提高鄉(xiāng)村教育的水平。然而鄉(xiāng)村教育的種種問題又時刻困擾著我們，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 鄉(xiāng)村學(xué)校師資力量的匱乏

學(xué)校的師資力量是影響教育質(zhì)量的一個重要因素。因流失和補充跟而不上造成了鄉(xiāng)村學(xué)校師資力量的缺乏。針對這一現(xiàn)狀，國家持續(xù)制定相關(guān)政策法規(guī)、采取應(yīng)對措施，如采取免費師范生政策、“特崗計劃”以及“鄉(xiāng)村教師支持計劃”等措施，來大幅擴充中西部地區(qū)和鄉(xiāng)村教師的隊伍，提高隊伍的素質(zhì)。2012年農(nóng)村基礎(chǔ)教育專任教師學(xué)歷合格率在學(xué)前、小學(xué)、初中和普通高中分別為 58.99%、81.73%、66.48%和95.40%，到2015年分別提高至69.72%、89.73%、76.07%和96.99%。這對于促進中西部和農(nóng)村地區(qū)的教育發(fā)展至關(guān)重要[3]。但盡管如此，城鄉(xiāng)學(xué)校的師資依然存在較大的差別。

圖1：人工智能+教育的典型應(yīng)用系統(tǒng)框圖

2.2 鄉(xiāng)村家庭教育的缺失

鄉(xiāng)村尤其是西部地區(qū)的鄉(xiāng)村，是我國主要的勞務(wù)輸出區(qū)域，年輕的父母們大多外出進城打工，他們常常把子女留給年老的長輩們看管，“大人打工，老人育兒”已經(jīng)成為我國鄉(xiāng)村的普遍現(xiàn)象，由于監(jiān)管的不到位，孩子缺少有效的教育和引導(dǎo)，相當(dāng)一部分學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度和行為存在問題，逃課、上課調(diào)皮、走神、不愛學(xué)習(xí)等現(xiàn)象時常發(fā)生，這嚴(yán)重影響了教育教學(xué)活動的開展。

2.3 基礎(chǔ)教育設(shè)施的不夠完善

從我國義務(wù)教育的整體水平來看，西部鄉(xiāng)村的義務(wù)教育還是存在較為滯后的情況，這已成為影響教育公平的重要領(lǐng)域。進入本世紀(jì)，黨和國家對農(nóng)村義務(wù)教育的投入力度不斷加大，特別是在我國的中西部農(nóng)村地區(qū)，每年投入經(jīng)費都保持在3% 以上的增加，這使得農(nóng)村義務(wù)教育學(xué)校的基礎(chǔ)教育設(shè)施、師資隊伍建設(shè)等都較以往有了很大的發(fā)展。但從實際來看，西部農(nóng)村地區(qū)義務(wù)教育硬件基礎(chǔ)設(shè)施還是存在著數(shù)量不夠的現(xiàn)象，大班額的情況也常常存在。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，鄉(xiāng)村教育的核心問題就是人力資源和環(huán)境資源問題。

3 人工智能助力鄉(xiāng)村教育振興的技術(shù)路徑

面對鄉(xiāng)村教育存在的問題，在當(dāng)今信息化時代，搭載著云計算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實、“互聯(lián)網(wǎng)+”及5G通信等眾多先進科技的人工智能技術(shù)，以它強大功能應(yīng)用于教育領(lǐng)域，能很好地解決相關(guān)問題，必將成為鄉(xiāng)村教育振興的強力支撐。

表1：鄉(xiāng)村、城鎮(zhèn)中小學(xué)校數(shù)量[2]

人工智能屬于計算機科學(xué)的分支，是跨世紀(jì)的尖端技術(shù)，它主要研究使計算機怎樣模擬人的某些思維過程和智能行為（如學(xué)習(xí)、推理、思考、規(guī)劃等）的學(xué)科，包括計算機實現(xiàn)智能的原理、制造類似于人腦智能的計算機，使計算機能實現(xiàn)更高層次的應(yīng)用[4]。其在許多領(lǐng)域、一定程度上代替了人的行為。目前人工智能的理論和技術(shù)日益成熟，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。運用人工智能+教育來助推鄉(xiāng)村教育振興，主要集中在以下方面的工作。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

3.1 教育環(huán)境智能化

在智能教育環(huán)境中，主要實現(xiàn)自然交互、任務(wù)驅(qū)動、直觀可視、智能管控、自動適應(yīng)、情境感知、異構(gòu)通訊、無線移動等功能。

3.2 智能支持學(xué)習(xí)過程

人工智能技術(shù)在學(xué)習(xí)場景中的應(yīng)用，既可成為學(xué)生學(xué)習(xí)的智能導(dǎo)師、智能伙伴；也可智能感知學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的行為和情緒變化；還能對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進行診斷、分析、測評，從而實現(xiàn)給予學(xué)生學(xué)習(xí)過程的智能支持。

3.3 智能的教育評價

人工智能技術(shù)在教育評價中的應(yīng)用，可使之不再止于靜態(tài)的利用問卷的形式，對學(xué)生掌握知識的程度來進行定點測量，而是利用多種人工智能設(shè)備對學(xué)生的高級認(rèn)知、元認(rèn)知、心理以及身心健康等方面進行多維度的綜合評價。這種評價不是固定于已設(shè)的時間節(jié)點，而是隨機智能地對學(xué)生表現(xiàn)來進行持續(xù)追蹤，從而使評價更加全面、有效。

3.4 智能教師助理

人工智能技術(shù)可幫助教師高效處理多項事務(wù)，如智能機器代理教師可完成日常教學(xué)、教學(xué)研究、專業(yè)學(xué)習(xí)與發(fā)展等工作任務(wù)。

3.5 智能教育管理與服務(wù)

人工智能促進教育公平，打破時間和空間的限制，能自動推薦教師服務(wù)；基于大數(shù)據(jù)的教育智能決策，通過教育管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，提供宏觀決策、動態(tài)監(jiān)管、綜合分析及公眾數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的功能。

由此可見，人工智能在教育中的有關(guān)應(yīng)用，是解決鄉(xiāng)村教育面臨的突出問題的有效途徑。

4 人工智能促進鄉(xiāng)村教育的應(yīng)用模式

通過上面的討論，我們發(fā)現(xiàn)人工智能+教育的典型應(yīng)用領(lǐng)域的相關(guān)功能，恰恰契合了解決鄉(xiāng)村教育的突出問題。針對鄉(xiāng)村教育存在的問題，借助人工智能技術(shù)，我們構(gòu)建如圖2所示的智能教育模型，它能有效地?fù)?dān)當(dāng)振興鄉(xiāng)村教育的重任。

人工智能在教育中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：人工智能技術(shù)正在日益與教育的核心場景和業(yè)務(wù)相融合，促進了教育領(lǐng)域核心場景和業(yè)務(wù)的自動化、智能化，大幅提高教育者和受教育者的教育和學(xué)習(xí)效率，從而創(chuàng)新了教育生態(tài)。

其系統(tǒng)是基于高速多媒體網(wǎng)絡(luò)、云計算、智能決策平臺系統(tǒng)共享大數(shù)據(jù)的資源，對分布的各鄉(xiāng)村學(xué)校站點平臺、學(xué)校及家庭的用戶終端，進行環(huán)境構(gòu)建、資源共享、任務(wù)分配、監(jiān)測響應(yīng)等，從而實現(xiàn)一系列智能決策功能。

首先，依托智能決策平臺，智能教師助理通過人機對話，可以智能高效地完成教學(xué)設(shè)計、日常教學(xué)與輔導(dǎo)、出題、答題與批閱、個性化作業(yè)及評價報告生成等等方面的任務(wù)。在一定程度上可以代替和輔助教師，從而減輕教師負(fù)擔(dān)，提高教育質(zhì)量，進而解決師資匱乏的問題。

圖2：智能教育構(gòu)成圖

其次，個性化學(xué)習(xí)的微環(huán)境。通過精品教學(xué)資源、精準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析、精確教學(xué)地圖及精細(xì)學(xué)生管理，以及教育質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測，可全面掌握與跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)的過程數(shù)據(jù)，利用智能設(shè)備獲取眾多細(xì)粒度數(shù)據(jù)，定制化教育服務(wù)，可以精準(zhǔn)高效地為學(xué)生提供“因材施教”的個性化學(xué)習(xí)體驗。從而有效地解決家庭教育的缺失問題。另外，智能學(xué)伴亦能提供個性化智能教學(xué)路徑。

再則，創(chuàng)設(shè)了多層次的智能教育環(huán)境。一是包括基于大數(shù)據(jù)資源的宏觀智能平臺，它能實現(xiàn)物理空間與虛擬空間的融合來實現(xiàn)跨區(qū)域的教育應(yīng)用；自動感知師生需求，自動提供智能服務(wù)；提供無處不在的智能學(xué)習(xí)環(huán)境和人機關(guān)系；滿足學(xué)習(xí)發(fā)生的各種需求。二是包含校本特色資源的智能環(huán)境。主要有“物聯(lián)網(wǎng)+”的智慧校園、校園安全系統(tǒng)、智能圖書館、智能書寫系統(tǒng)、智能教室應(yīng)用場景等。

隨著智能設(shè)備不斷普及其添置的成本在迅速下降，隨著國家對偏遠(yuǎn)落后的鄉(xiāng)村教育投入力度的不斷加大。在精準(zhǔn)扶貧、振興鄉(xiāng)村的政策的指引下，這種鄉(xiāng)村基礎(chǔ)教育設(shè)施的不完善的問題就會迎刃而解。

教育公平需要振興鄉(xiāng)村教育，鄉(xiāng)村教育的振興離不開政策、人力、物力及技術(shù)的支撐。人工智能作為一個前沿的研究領(lǐng)域，其研究的深度和廣度不斷擴大。它已對教育的各個領(lǐng)域提供越來越多的支持。其核心是必須加強人工智能+教育資源的建設(shè)和對此不斷完善，相信未來人工智能+教育一定能夠有效促進鄉(xiāng)村教育振興，使之得到跨越式發(fā)展。