近十年國內(nèi)“人工智能+教育”的研究熱點與趨勢分析

文∣徐鳳婷

自人工智能(Artificial Intelligence，簡稱AI)的概念首次在1956年美國達特茅斯會議上提出后，經(jīng)60多年的發(fā)展，人工智能在物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、5G等新興技術(shù)的驅(qū)動下取得了長足的發(fā)展，逐漸成為國際競爭的焦點。2017年7月國務(wù)院下發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出實施全民智能教育項目，在中小學設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。[1]2019年5月16日，國際人工智能與教育大會上描繪了人工智能時代教育的發(fā)展圖景，提出了“人工智能+教育”全球合作發(fā)展框架。

伴隨著人工智能在教育中的不斷深入，廣大專家學者在人工智能教育領(lǐng)域也進行了積極的探索和研究。為更清晰地把握當前國內(nèi)“人工智能+教育”的研究熱點與發(fā)展趨勢，有必要對這些研究成果進行梳理與分析。本研究通過發(fā)文量統(tǒng)計、關(guān)鍵詞頻次及中心度、關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜、聚類和時區(qū)視圖的分析，以窺探近十年國內(nèi)人工智能在教育領(lǐng)域的研究熱點與趨勢發(fā)展的全貌，為未來基礎(chǔ)教育階段的人工智能教育提供一些思考。

一、研究設(shè)計

(一)研究方法與工具

采用文獻計量分析法，借助于CiteSpace v.5.5.R2可視化分析工具，基于知識圖譜、聚類主題、時區(qū)視圖等對文獻進行定量分析。

(二)數(shù)據(jù)來源與處理

因現(xiàn)有的關(guān)于“人工智能+教育”的期刊文獻數(shù)量較多，而1993年至2010年的研究文獻較少，為更深入了解近十年的研究發(fā)展情況，選擇2010—2019年的“核心期刊”與“CSSCI”期刊進行分析。對中國知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫中的期刊論文進行檢索，檢索時間為2019年10月19日，采用“高級檢索”方式，以主題詞“人工智能”并含“教育”或主題詞“AI”并含“教育”的方式分別進行檢索，剔除會議通知、報道文件等與主題不符的相關(guān)文獻，得到具有代表性的345篇論文作為研究樣本。

二、研究熱點分析

(一)發(fā)文量統(tǒng)計

圖1 國內(nèi)“人工智能+教育”2010—2019年發(fā)文量統(tǒng)計圖

通過發(fā)文數(shù)量分布可在某種程度上了解該領(lǐng)域的研究發(fā)展狀況。國內(nèi)近十年“人工智能+教育”的發(fā)文量如圖1所示。2010—2015年國內(nèi)研究處于平緩狀態(tài)，從2016年起，國內(nèi)研究人工智能教育的文獻逐年遞增，2017—2018年的發(fā)文量暴增，增長90篇。這歸結(jié)于2017年國內(nèi)發(fā)布的《政府工作報告》及《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中明確提到人工智能，國家對人工智能的高度重視進而引起專家學者們對人工智能在教育領(lǐng)域發(fā)展的熱切關(guān)注，2017年被業(yè)界稱為“人工智能元年”。2019年的發(fā)文量只統(tǒng)計到10月19日，共發(fā)表了180篇，成為近十年發(fā)文量最高的一年。從發(fā)文趨勢可預(yù)測，隨著人工智能在教育領(lǐng)域的不斷深入，未來幾年人工智能教育的研究將持續(xù)火熱，進入高速發(fā)展階段。

(二)關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

關(guān)鍵詞是對文獻主要內(nèi)容的高度概括, 在一定程度上代表著一篇文獻的研究中心內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的中心度是反映節(jié)點核心程度的重要指標之一。[2]通過分析關(guān)鍵詞的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、高頻次及中心度可以在一定范圍內(nèi)了解研究者的共同關(guān)注內(nèi)容，即研究熱點。

圖2 國內(nèi)“人工智能+教育”關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

(三)關(guān)鍵詞頻次分析

近十年國內(nèi)“人工智能+教育”的研究文獻中高頻關(guān)鍵詞統(tǒng)計如表1所示， 排名前十的關(guān)鍵詞有“人工智能、智能教育、智慧教育、人才培養(yǎng)、教育、大數(shù)據(jù)、深度學習、高等教育、職業(yè)教育、教育大數(shù)據(jù)”。其中除“人工智能”這一關(guān)鍵詞外，頻次達20次以上的有“智能教育”與“智慧教育”。

表1 國內(nèi)“人工智能+教育”高頻關(guān)鍵詞統(tǒng)計

序號關(guān)鍵詞頻次序號關(guān)鍵詞頻次1人工智能2509職業(yè)教育122智能教育2410教育大數(shù)據(jù)113智慧教育2011人工智能+教育114人才培養(yǎng)1612教育應(yīng)用115教育1613人工智能時代116大數(shù)據(jù)1514教育人工智能107深度學習1515教育信息化108高等教育1316個性化學習10

(四)關(guān)鍵詞中心度分析

分析關(guān)鍵詞的中心度可了解關(guān)鍵詞在某一領(lǐng)域的研究重要性(如表2所示)。中心度排名前十的關(guān)鍵詞為“人才培養(yǎng)、智能教育、互聯(lián)網(wǎng)+教育、學習空間、地平線報告、EAI(教育人工智能)、職業(yè)教育、人機協(xié)同、自適應(yīng)學習、教育人工智能”。從關(guān)鍵詞頻次及中心度看，關(guān)鍵詞“人才培養(yǎng)”“智能教育”處于“人工智能+教育”的核心地位。

表2 國內(nèi)“人工智能+教育”關(guān)鍵詞中心度統(tǒng)計

序號中心度關(guān)鍵詞年度序號中心度關(guān)鍵詞年度10.44人才培養(yǎng)201790.29自適應(yīng)學習201820.38智能教育2017100.25教育人工智能201730.38互聯(lián)網(wǎng)+教育2019110.24教育201840.36學習空間2018120.23智能圖書館201850.35地平線報告2019130.23終身學習201860.33EAI2017140.22混合學習201970.31職業(yè)教育2017150.21學習分析201780.30人機協(xié)同2018160.20學習2019

(五)研究熱點主題

本研究對關(guān)鍵詞頻次達5次及中心度在0.1以上的關(guān)鍵詞進行歸納，分析出近十年“人工智能+教育”的四個研究熱點主題為“人工智能+教育”的技術(shù)應(yīng)用、“人工智能+教育”的智能環(huán)境、“人工智能+教育”的教育體系、“人工智能+教育”的學習路徑。

1.“人工智能+教育”的技術(shù)應(yīng)用

基于“大數(shù)據(jù)、深度學習、教育應(yīng)用、人機協(xié)同、機器學習、學習分析、自適應(yīng)學習、區(qū)塊鏈、教育大數(shù)據(jù)”等關(guān)鍵詞形成“人工智能+教育”的技術(shù)應(yīng)用主題。當前，以大數(shù)據(jù)分析、機器學習、深度學習為核心的人工智能，其發(fā)揮作用的前提是具有大量的有效數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是人工智能運行的根本。[3]隨著人工智能與教育的融合發(fā)展，催生出智能化教學平臺、智能測評系統(tǒng)、智能機器人等新應(yīng)用，促進教與學從而實現(xiàn)人機協(xié)作教學，提升教學效果。技術(shù)與教師的有機結(jié)合，依然是人工智能與教育結(jié)合的根本之策，人機協(xié)同的目的在于使人工智能成為人類智能的自然延伸和拓展，借助人機協(xié)同更有效地解決復(fù)雜問題，最大化地發(fā)揮人工智能在教育中的優(yōu)勢。[4]

當前人工智能處于應(yīng)用發(fā)展期，但尚處于弱人工智能階段，人工智能只能按照人類設(shè)定的程序做某件事，沒有自我意識。[5]Lane等學者指出人工智能與教育的融合路徑，不僅僅是使用新興技術(shù)去解決教育中的問題，更應(yīng)該體現(xiàn)出研究者與實踐者群體通過跨領(lǐng)域的合作，從更廣闊的研究領(lǐng)域和視角共同探究教育問題的本質(zhì)，尋求洞見、創(chuàng)新方法。[6]人工智能技術(shù)融入基礎(chǔ)教育需充分考慮技術(shù)本身及基礎(chǔ)教育的特征，有效結(jié)合學校正式教育、家庭教育、課外學習、非正式學習，真正實現(xiàn)人工智能技術(shù)賦能于教育發(fā)展。教育者需充分理解技術(shù)與教育的關(guān)系，考慮如何更好地在教學實踐過程中將技術(shù)服務(wù)于教育。

加強新時代的司法所建設(shè)，先天不足多、現(xiàn)實困難多，如何破題、如何推進？我的意見是先補齊、先發(fā)動、先整合，用這樣的思路，武裝頭腦、指導實踐、推動工作。而不是先要編制、先要住房、先要投入，要通過有為有位，主動為地方黨委政府“遮風擋雨”，爭取黨委、政府的重視和加大投入。

2.“人工智能+教育”的智能環(huán)境

基于“智能教育、智慧教育、人工智能時代、教育信息化、智能教學系統(tǒng)、學習環(huán)境、智能圖書館、學習空間”等關(guān)鍵詞形成“人工智能+教育”的智能環(huán)境主題。“智慧教育”被列為推動教育信息化2.0發(fā)展的“八大行動”之一；智慧教育在發(fā)展形態(tài)與人才發(fā)展目標上，以人工智能為代表的新一代信息技術(shù)正極大地推動教育形態(tài)走向智能化和智慧化，即從智慧教育 1.0邁向智慧教育2.0。[7]人工智能時代的基礎(chǔ)教育需以教與學的智慧學習為基礎(chǔ)，建設(shè)智慧的課堂教學文化。[8]

人工智能一個顯著特點是智能化，基于5G、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的推動下形成智能交互平臺、資源、移動終端，構(gòu)建智慧化的教與學大環(huán)境，促進優(yōu)質(zhì)資源的創(chuàng)生與共享。建立基于大數(shù)據(jù)智能的在線學習教育平臺，需要搭建以學習者為中心的學習環(huán)境，開發(fā)深層次、智能化、全面性的學習分析系統(tǒng)，為教師、學生、管理者等提供精準的教育教學服務(wù)。[9]

3.“人工智能+教育”的教育體系

基于“人才培養(yǎng)、智能教育、智慧教育、高等教育、教育人工智能(EAI)、職業(yè)教育、精準教學、未來教育”等關(guān)鍵詞形成“人工智能+教育”的教育體系主題。人工智能時代的人才培養(yǎng)從批量化標準式的培養(yǎng)轉(zhuǎn)向個性化智能型的培養(yǎng)。當前人工智能人才的短缺問題日漸凸顯，據(jù)《全球人工智能產(chǎn)業(yè)分布》報告統(tǒng)計，2017年全球人工智能人才儲備，中國僅有5%左右，人才缺口超過500萬人。2019年國際人工智能與教育大會上，習近平主席提出積極推進人工智能與教育的深度融合發(fā)展，讓人工智能真正進校園、進學科、進課堂，培養(yǎng)大批人工智能高端人才。

祝智庭等學者認為智慧教育所培育的智慧人才，善于學習、善于協(xié)作、善于溝通、善于研判、善于創(chuàng)造、善于解決復(fù)雜問題。[10]鐘紹春學者認為智慧教育有兩個層面，一個是要培養(yǎng)學生的智慧，另一個是教學和學習過程與方法要智慧。[11]在教育領(lǐng)域中，人工智能基于教育改革，助推智能教育、智慧教育，促進教育創(chuàng)新。隨著人工智能時代的到來，技術(shù)變革、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、崗位更替，基礎(chǔ)教育、高等教育及未來教育都需加快變革教育以適應(yīng)技能變化的需求。

4.“人工智能+教育”的學習路徑

基于“深度學習、個性化學習、學習分析、機器學習、自適應(yīng)學習、終身學習、混合學習”等關(guān)鍵詞形成“人工智能+教育”的學習路徑主題。隨著深度學習、機器學習、自適應(yīng)學習及混合學習的逐步普及，網(wǎng)絡(luò)化、智能化、個性化的學習環(huán)境促使“人人皆學，處處能學，時時可學”成為可能。智能技術(shù)對個性化學習具有特殊的意義。[12]人工智能技術(shù)不僅提供個性化服務(wù)，也可以精準地定位每個學生的需求并及時給予幫助，為教育資源不均衡等問題提供解決路徑。人工智能使機器學會學習的同時，也悄然改變著我們的思維方式和學習路徑。人工智能提供的學習路徑可能是獨特和新穎的，但它只能基于現(xiàn)實進行邏輯運算預(yù)測未來，是否具有創(chuàng)新的價值仍須學習者根據(jù)自身需要來進行判斷。[13]人工智能時代的學校教育應(yīng)是為人的未來發(fā)展及終身學習做準備。在人工智能的高速發(fā)展下，助推基礎(chǔ)教育實現(xiàn)智慧化、學習化的教育路徑，這既是動態(tài)發(fā)展的過程，也是持續(xù)推進的目標。

三、研究發(fā)展趨勢

(一)聚類視圖分析

在CiteSpace的時間切片區(qū)(Time Slicing)中選擇2010—2019，時間切片為2，節(jié)點類型(Node Type)設(shè)置為關(guān)鍵詞“Keyword”，進行聚類可視化分析后(如圖3所示)得到的模塊值(Q值)為0.7655，大于0.7，平均輪廓值(S值)為0.5086，大于0.5，說明劃分的聚類結(jié)構(gòu)是顯著、合理的。[14]通過聚類視圖呈現(xiàn)不同的研究主題，展示研究領(lǐng)域的方向分布及趨勢。

圖3 國內(nèi)“人工智能+教育”聚類視圖

通過分析時間線視圖中各特征詞的連接關(guān)系，可以看出“人工智能+教育”的研究熱點發(fā)展及其變化趨勢，理清起源與發(fā)展方向。聚類“#0教育”的特征詞有“變革、人機協(xié)同、教學自動化”等。聚類“#1終身學習”的特征詞有“新工科、職業(yè)教育、個性化教育、教師”等。聚類“#2對策”的特征詞有“人才培養(yǎng)、實施對策、產(chǎn)教融合、基礎(chǔ)教育”等。聚類“#3高等教育”的特征詞有“教育信息化、教育本質(zhì)、思想政治教育、STEM教育”等。聚類“#4精準教學”的特征詞有“教育應(yīng)用、教師專業(yè)發(fā)展、大數(shù)據(jù)、價值教育”等。聚類“#5未來教育”的特征詞有“深度學習、智能教育應(yīng)用、人工智能+教育、計算思維”等。聚類“#6智慧教育”的特征詞有“智能教育、教育信息化2.0、智慧教育2.0、互聯(lián)網(wǎng)+、智能技術(shù)”等。聚類“#7智慧學習”的特征詞有“學習環(huán)境、地平線報告、互聯(lián)網(wǎng)+教育”等。聚類“#8智能時代”的特征詞有“自適應(yīng)學習、5G、智慧學習”等。聚類“#9教育變革”的特征詞有“學習分析、機器學習、教育大數(shù)據(jù)、EAI、育人”等。

從2011年至今，“#1終身學習、#4精準教學、#5未來教育、#6智慧教育”及“#9教育變革”一直是研究的熱點，通過連線的承接關(guān)系，在未來還將持續(xù)研究；“#2對策、#3高等教育”和“#8智能時代”從2013年至今存在間歇性研究，均在2018年大幅度出現(xiàn)；“#0教育”與“#7智慧學習”自2015年逐步出現(xiàn)，在2018年研究較多，“#0教育”的傳承關(guān)系在2018年成為高頻關(guān)鍵詞之一。“#6智慧教育”自2011年逐步出現(xiàn)，在2013年研究熱度最高，2014年研究趨勢平緩?！爸悄芙逃c智慧教育”在2017—2018年成為除“人工智能”外的最高頻次關(guān)鍵詞，又再次成為研究熱點，在未來將持續(xù)被關(guān)注。隨著教育信息化從1.0轉(zhuǎn)向2.0的發(fā)展趨勢，“#3高等教育”主要在2015年研究關(guān)注度最高，節(jié)點“STEM教育”在2018年研究較多，呈現(xiàn)連續(xù)性發(fā)展的趨勢。“#9教育變革”中，2011年的節(jié)點為“EAI”，2012年為“機器學習”，2013年為“學習分析”，2017年為“知識圖譜”，2018年關(guān)注度最高，研究趨勢呈集中到分散再到集中的趨勢，同“#0教育”都在2018年發(fā)生傳承關(guān)系變化。

(二)時區(qū)視圖分析

基于對數(shù)似然率算法(Log-Likelihood Rate，簡稱LLR)的方法進行聚類，取最高的特征詞為聚類名，運行得如圖4的時間線視圖。通過時間跨度和節(jié)點連線可以直觀了解某一研究主題的演進、研究關(guān)聯(lián)性、傳承性以及研究焦點的更新與變化。[15]研究共得到9個聚類，根據(jù)聚類中的高頻關(guān)鍵詞及對文獻的研讀，將研究演進趨勢分為三個方向：人工智能的教育形態(tài)、智慧教育的學習探索、智能時代的教育變革。

圖4 國內(nèi)“人工智能+教育”研究時間線視圖

1.人工智能的教育形態(tài)

這一研究演進趨勢包含5個聚類：#0教育、#3高等教育、#4精準教學、#5未來教育、#6智慧教育。人工智能時代的到來促使教育形態(tài)發(fā)生深刻的變化，從高等教育到基礎(chǔ)教育都備受教育界的關(guān)注。隨著教育信息化2.0的深入發(fā)展，智慧教育的建設(shè)朝著“互聯(lián)網(wǎng)+教育”大平臺發(fā)展。教育是人類應(yīng)對人工智能挑戰(zhàn)的根本力量，只有通過智慧的教育培養(yǎng)智慧的人，充分發(fā)掘生命的內(nèi)在潛質(zhì)，人類才能在人工智能時代立于不敗之地。[16]在教育信息化的大浪潮下，智慧校園、智慧教室的建設(shè)為基礎(chǔ)教育階段的人工智能普及與應(yīng)用提供了新的發(fā)展機遇，也提出了嚴峻挑戰(zhàn)。教育不是單純地傳遞知識，而是一種智慧的、個性化的教育，人工智能與智慧教育相融合，利用智能設(shè)備與技術(shù)為教師和學生構(gòu)建多樣化的教學模式、管理方式、學習環(huán)境、學習資源等，提供更加有個性、精準的教與學?；谌斯ぶ悄芗夹g(shù)助推人機協(xié)同的精準教學，為教師的教學提供更多創(chuàng)新性的選擇，為實現(xiàn)因材施教提供可能，在5G+AI信息技術(shù)生態(tài)的支持下，未來教育環(huán)境將進一步嬗變?yōu)椤爸腔?智能”化的教育環(huán)境。[17]

2.智慧教育的學習探索

這一研究演進趨勢包含2個聚類：#1終身學習、#7智慧學習。2019年5月在北京召開的國際人工智能與教育大會上，通過的《北京共識——人工智能與教育》中提到利用人工智能等技術(shù)構(gòu)建可支持人人皆學、處處能學、時時可學的綜合型終身學習體系，開發(fā)人工智能促進靈活的終身學習途徑。隨著教育信息化從1.0向2.0智能化方向發(fā)展，在人工智能、5G以及大數(shù)據(jù)等新技術(shù)發(fā)展的助推下，充分應(yīng)用各項智能技術(shù)，構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)的智能在線學習教育平臺，為學習者提供強大的學習體驗，是未來智慧學習的發(fā)展趨勢。[18]隨著人工智能時代的演進，基礎(chǔ)教育在未來將呈現(xiàn)智慧化學習、多樣化學習、個性化學習的發(fā)展特征。人工智能技術(shù)的落地改變?nèi)粘９ぷ?、學習和生活的方方面面，智慧學習的實踐及應(yīng)用也日漸完善，將成為新一代人工智能教育的引領(lǐng)范式。

3.智能時代的教育變革

智能時代的教育變革演進趨勢包含3個聚類：#2對策、#8智能時代、#9教育變革。隨著大數(shù)據(jù)、5G技術(shù)的不斷成熟，“人工智能+教育”的發(fā)展將發(fā)生深刻的變革。人工智能與教育的深度融合將成為我國教育領(lǐng)域人才培養(yǎng)的改革動力。據(jù)《全球AI領(lǐng)域人才報告》顯示，截至2017年第一季度，全球人工智能專業(yè)技術(shù)人才超過190萬人，其中美國85萬人，高居榜首；而中國僅5萬人，位居全球第七。

在未來，人工智能的人才培養(yǎng)將逐步普及，并落實到基礎(chǔ)教育階段。人工智能視域下的基礎(chǔ)教育整體發(fā)展將逐步朝智慧化、個性化、數(shù)字化的方向變革與轉(zhuǎn)型。

人工智能作為新一輪科技與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的核心推動力，要加快人工智能的發(fā)展必須從教育抓起。伴隨著人工智能在教育領(lǐng)域的普及與應(yīng)用，人工智能的研究逐步邁向并落地于基礎(chǔ)教育將成為未來的重要發(fā)展趨勢。人工智能作為引領(lǐng)未來的戰(zhàn)略技術(shù)，推進人工智能與教育教學的深度融合和創(chuàng)新發(fā)展已刻不容緩，但仍有許多具體問題和挑戰(zhàn)亟須深入探索。如人工智能技術(shù)層出不窮，但目前仍停留在技術(shù)應(yīng)用層面；實際教育教學視角的研究較少，未深入到教育的本質(zhì)；人工智能在教育應(yīng)用中出現(xiàn)的社會倫理及數(shù)據(jù)安全等問題，后續(xù)研究將持續(xù)關(guān)注人工智能在教育中的發(fā)展與應(yīng)用。