人工智能視野下的教育變革

徐寧寧

近年來(lái)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)飛速發(fā)展，人工智能在一些特殊領(lǐng)域（如圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言等）不斷取得突破性進(jìn)展。人工智能作為新的技術(shù)驅(qū)動(dòng)力正引發(fā)第四次工業(yè)革命，為醫(yī)療、教育、能源、環(huán)境等關(guān)鍵領(lǐng)域帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。人工智能專家預(yù)測(cè)，人工智能在通用技術(shù)領(lǐng)域可能尚不能替代人類，但在一些特殊領(lǐng)域，人工智能將會(huì)淘汰現(xiàn)有的勞動(dòng)力。在國(guó)外，許多國(guó)家紛紛把人工智能作為國(guó)家發(fā)展的重要競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略，我國(guó)學(xué)者也密切關(guān)注著人工智能的最新理論進(jìn)展和實(shí)踐應(yīng)用，國(guó)務(wù)院于2017 年7 月頒布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確人工智能發(fā)展的重點(diǎn)策略。

“人工智能變革教育”的潮流，引發(fā)了教育研究領(lǐng)域的“人工智能熱”。當(dāng)前全球范圍內(nèi)，人工智能在教育領(lǐng)域的大量研究和應(yīng)用催發(fā)形成了教育人工智能概念。目前梳理學(xué)術(shù)上關(guān)于研究人工智能與教育的文獻(xiàn)主要集中于：

（一）教育理念的革新?！叭藱C(jī)一體”將成為未來(lái)新的教育方式[1]，由新技術(shù)和新手段的出現(xiàn)所應(yīng)運(yùn)而生的智慧教育[2]，將對(duì)原有教育進(jìn)行改進(jìn)和完善。智能技術(shù)在改變教育的手段和環(huán)境的同時(shí)，還有利于構(gòu)建出系統(tǒng)解決教育問(wèn)題的教育新體系，從而真正觸及教育的根本[3]。

（二）關(guān)注技術(shù)的革新。機(jī)器深度學(xué)習(xí)、智能學(xué)習(xí)的算法、視覺(jué)識(shí)別以及智能語(yǔ)言識(shí)別這些基礎(chǔ)技術(shù)的突破，為人工智能的教育應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[4]。

（三）探究教育的應(yīng)用。人工智能在學(xué)校教育中的學(xué)業(yè)測(cè)評(píng)、交叉學(xué)科、角色變化等應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大潛力，教師角色內(nèi)涵也將在與人工智能的協(xié)同共存中發(fā)生改變。AI 監(jiān)課系統(tǒng)能夠數(shù)據(jù)化、可視化評(píng)估教師的授課情況，將人工智能技術(shù)的運(yùn)用滲透到整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，教師可以根據(jù)評(píng)分實(shí)時(shí)調(diào)整授課內(nèi)容，以促進(jìn)個(gè)性化學(xué)習(xí)，從而提升教學(xué)效果。

教育深受技術(shù)發(fā)展的影響，新技術(shù)融入教育并促進(jìn)教育方式的轉(zhuǎn)變已成為必然趨勢(shì)。一方面技術(shù)為教育提供了新的、更加廣闊的可能性；另一方面技術(shù)具有變革人類的教育方式與學(xué)習(xí)方式的能力。然而，技術(shù)是一把“雙刃劍”，如何獲取或?qū)崿F(xiàn)以人工智能為代表的新興信息技術(shù)所擁有的特征、優(yōu)勢(shì)與功能，使其在教育中最大限度地發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值呢？人工智能技術(shù)如何繼續(xù)被安全使用到教育領(lǐng)域？如何通過(guò)教育變革來(lái)促進(jìn)新興信息技術(shù)在教育教學(xué)中的廣泛與深入應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)教育深層次革命等問(wèn)題，是目前需要關(guān)注和探討的主要問(wèn)題。

1 人工智能時(shí)代下教育變革的背景

1.1 人工智能的內(nèi)涵及具備的強(qiáng)大能力

人工智能最早由美國(guó)達(dá)特茅斯學(xué)院于1956 年提出，其研究主要包括機(jī)器人、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理、語(yǔ)音識(shí)別等，實(shí)質(zhì)是一種自動(dòng)感知、學(xué)習(xí)思考并做出判斷的程序。人工智能具有自主學(xué)習(xí)、推斷與革新的能力，推動(dòng)了圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理等方面的技術(shù)突破。人工智能同時(shí)具有理性判斷力、超強(qiáng)的工作力，只要電力供應(yīng)不斷，幾乎可以無(wú)限制地工作下去，而且適應(yīng)不需要情感投入的工作。它的超強(qiáng)能力，源于三個(gè)重要的技術(shù)：深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)和強(qiáng)算力。

1.2 人工智能時(shí)代的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

人工智能在精力、記憶力、計(jì)算力、感知力以及進(jìn)化力等方面與人類相比，具有突出優(yōu)勢(shì)。在醫(yī)藥領(lǐng)域，人工智能的出現(xiàn)使普通民眾可以享受更為高效、稀缺的醫(yī)療資源，解決醫(yī)療診斷領(lǐng)域診斷質(zhì)量不均衡、醫(yī)生資源不足等問(wèn)題。在教育領(lǐng)域，人工智能促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量進(jìn)一步提升、教師角色多樣化、學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提升；為教育研究提供新技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐；極大拓展了教育研究新視域；使教育在立德樹(shù)人方面、教育方法創(chuàng)新方面、教育手段和環(huán)境方面以及教育服務(wù)供給方式方面均發(fā)生改變。然而，看到人工智能以其強(qiáng)大的處理能力帶來(lái)機(jī)遇的同時(shí)，也需要正視人工智能帶來(lái)的新挑戰(zhàn)。

在人工智能浪潮沖擊下，如何借助人工智能發(fā)展的機(jī)遇推進(jìn)教育的變革與創(chuàng)新？人工智能技術(shù)如何繼續(xù)被安全使用？首先，人工智能專家大都認(rèn)為，人工智能將會(huì)淘汰大量現(xiàn)有的依靠非腦力勞動(dòng)為生的勞動(dòng)力，需要培養(yǎng)人工智能時(shí)代的新型勞動(dòng)力。而且，人工智能技術(shù)本身的不太成熟使很多人工智能技術(shù)只是應(yīng)用在兒童教育領(lǐng)域，再者，人工智能潛在的道德倫理問(wèn)題缺乏法律制度規(guī)范。除此之外，人工智能時(shí)代將對(duì)社會(huì)結(jié)構(gòu)以及人的地位構(gòu)成挑戰(zhàn)。

綜上所述，人工智能時(shí)代所帶來(lái)的機(jī)遇是大于挑戰(zhàn)的。教育需適應(yīng)人工智能技術(shù)所帶來(lái)的突破和飛躍，不斷調(diào)整和更新教育的方向和目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)育人成人的發(fā)展目標(biāo)。

2 人工智能與教育變革

2.1 人工智能與教育目的的變革

人工智能帶來(lái)的巨變不僅影響人類未來(lái)如何發(fā)展，而且極大釋放了人類的生產(chǎn)力，這些在一定程度上使得人類需要重新思考教育是何目的。

人工智能影響教育目的的變革主要表現(xiàn)在：第一，人工智能可能會(huì)使人類陷入精神危機(jī)。這源于兩方面的結(jié)果：一方面，人工智能將取代大部分人的工作崗位，工作的喪失將會(huì)導(dǎo)致人的價(jià)值和尊嚴(yán)喪失。另一方面，人工智能技術(shù)的發(fā)展將可能導(dǎo)致所有基于自由主義的想法破產(chǎn)，轉(zhuǎn)而人類所擁有的價(jià)值和尊嚴(yán)可能轉(zhuǎn)化為一種“算法”，人工智能帶來(lái)的職業(yè)替代風(fēng)險(xiǎn)在教育領(lǐng)域同樣存在，主要是對(duì)教師角色的挑戰(zhàn)。第二，人工智能有利于培養(yǎng)人的學(xué)習(xí)能力。從某種角度上講，人工智能剝奪人的就業(yè)機(jī)會(huì)，但同時(shí)，人工智能助教機(jī)器人將協(xié)助教師實(shí)現(xiàn)個(gè)性化指導(dǎo)，從而有利于將學(xué)習(xí)的過(guò)程視為尋求自我價(jià)值和意義的過(guò)程。除此之外，人工智能有利于使教育注重培養(yǎng)人的精神能力，這種精神能力大致包括實(shí)踐動(dòng)手能力、價(jià)值追求能力以及創(chuàng)造能力，從而有利于學(xué)生知識(shí)以便于更好地完善自我、豐富自我，使教育跳脫“知識(shí)為本”的陷阱，發(fā)揮“立德樹(shù)人”的正向作用。

2.2 人工智能與學(xué)習(xí)方式的變革

第一，深度學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)也稱為深度結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)或者深度機(jī)器學(xué)習(xí)，是一類算法的集合。深度學(xué)習(xí)概念的提出，一方面尊重了教學(xué)規(guī)律，另一方面也是應(yīng)對(duì)人工智能時(shí)代下的挑戰(zhàn)。深度學(xué)習(xí)在機(jī)器學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域取得了顯著成就，提倡學(xué)教并重、認(rèn)知重構(gòu)、反思教學(xué)過(guò)程，進(jìn)而達(dá)到解決問(wèn)題的目的。第二，個(gè)性化學(xué)習(xí)。個(gè)性化學(xué)習(xí)區(qū)別以往傳統(tǒng)班級(jí)課堂授課，尊重學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，因材施教。人工智能技術(shù)與大數(shù)據(jù)的應(yīng)用有利于學(xué)生享受個(gè)性化的學(xué)習(xí)服務(wù)，可提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容，可視化分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，快速提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。第三，自適應(yīng)學(xué)習(xí)。自適應(yīng)學(xué)習(xí)是指人工智能基于對(duì)個(gè)體學(xué)習(xí)進(jìn)行快速反饋的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)習(xí)者特征，為其推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)路徑，從而最大程度上適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，是實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)的重要手段。人工智能技術(shù)有利于快捷、科學(xué)地判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，進(jìn)行學(xué)習(xí)反饋；持續(xù)收集學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，其中包括學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容；高效地為學(xué)生提供海量的學(xué)習(xí)資源。

2.3 人工智能與學(xué)習(xí)環(huán)境的變革

首先，有利于搭建靈活創(chuàng)新的學(xué)校環(huán)境。不僅可以使空間規(guī)劃更具彈性，而且可以調(diào)節(jié)性增強(qiáng)物理環(huán)境。其次，人工智能時(shí)代的教育區(qū)別于以往傳統(tǒng)教育強(qiáng)調(diào)的統(tǒng)一秩序，更注重個(gè)體的用戶體驗(yàn)。創(chuàng)客空間、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室等學(xué)習(xí)環(huán)境的不斷增加以及人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，個(gè)性化的空間環(huán)境與學(xué)習(xí)支持將改變目前學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)空間環(huán)境。除此之外，隨著對(duì)話交互技術(shù)的逐漸成熟與不斷普及，有利于實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的立體化實(shí)時(shí)交互。VR、AR 等技術(shù)的同步協(xié)作也有利于搭建新的學(xué)習(xí)環(huán)境，滿足學(xué)習(xí)者的一系列要求。腦機(jī)互動(dòng)技術(shù)的突破有利于實(shí)現(xiàn)將人工智能植入人腦，從而改變?nèi)祟愖匀徽Z(yǔ)言的交流方式。最后，人工智能通過(guò)即時(shí)、準(zhǔn)確、高效的大數(shù)據(jù)分析有利于進(jìn)行精準(zhǔn)且個(gè)性的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)與反饋。人工智能將綜合收集所有同學(xué)的學(xué)習(xí)記錄，互相比對(duì)、優(yōu)化，從而進(jìn)行綜合提升。更為重要的是，人工智能的人臉識(shí)別以及語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)可以運(yùn)用到教師的教學(xué)過(guò)程中，進(jìn)行學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒感知，學(xué)習(xí)狀況的了解，從而促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的科學(xué)化；智慧校園、智慧圖書(shū)館等的出現(xiàn)，為教學(xué)環(huán)境的建設(shè)提供重要參考。

3 人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用

人工智能被認(rèn)為是最有潛力和影響力的教育信息化技術(shù)，將通過(guò)人工智能數(shù)據(jù)挖掘分析、3D 打印、模擬仿真等技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)人工智能與教育的深度融合，對(duì)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)、個(gè)性化教育服務(wù)、教育人工智能生態(tài)環(huán)境等產(chǎn)生根本影響。

2018 年《地平線報(bào)告》（高等教育版本）指出了教育領(lǐng)域的信息化發(fā)展，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)將通過(guò)人工智能與信息技術(shù)的結(jié)合，進(jìn)而影響教育階段的不同過(guò)程。具體見(jiàn)表1 所示。

表1 2018 年NMC 地平線報(bào)告（高等教育版本）

4 人工智能時(shí)代教育變革的實(shí)踐路徑

人工智能時(shí)代教育變革的路徑主要從政府、教師、學(xué)校三個(gè)層面入手，具體如下：

政府需為人工智能引領(lǐng)教育變革提供政策、資金等方面的支撐。第一，進(jìn)行人工智能政策的頂層設(shè)計(jì)。借鑒美國(guó)出臺(tái)國(guó)家人工智能戰(zhàn)略規(guī)劃的做法，成立專門部門負(fù)責(zé)人工智能政策的頂層設(shè)計(jì)；結(jié)合所屬行業(yè)的不同特點(diǎn)，自主拓展人工智能在中國(guó)的應(yīng)用場(chǎng)景；支持各級(jí)各類學(xué)校建設(shè)智慧校園，多元優(yōu)化教育人工智能的生態(tài)環(huán)境；聯(lián)系利益共同體的力量進(jìn)行政策的具體設(shè)計(jì)，積極吸納專家、教師、學(xué)生、家長(zhǎng)等利益共同體的意見(jiàn)；考慮人工智能數(shù)據(jù)的開(kāi)放問(wèn)題，人工智能與學(xué)校教育、家庭教育、社區(qū)教育等多種形式教育的融合問(wèn)題；支持普通高等院校建立人工智能學(xué)院，鼓勵(lì)職業(yè)院校、職業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)開(kāi)展人工智能職業(yè)培訓(xùn)；監(jiān)督管理職業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、學(xué)校、企業(yè)、教育行政部門等執(zhí)行主體，提供教育人工智能的生態(tài)系統(tǒng)。第二，投入資金支持人工智能的發(fā)展進(jìn)程。政府需提供資金支持人工智能教師的技能培訓(xùn)，為人工智能相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)設(shè)置專門的經(jīng)費(fèi)；支持人工智能在教育領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)性、應(yīng)用性研究，設(shè)置獎(jiǎng)金激勵(lì)；鼓勵(lì)開(kāi)展人工智能項(xiàng)目，加強(qiáng)人工智能領(lǐng)域的創(chuàng)新。

人工智能時(shí)代，教師需發(fā)揮“育人”的核心價(jià)值。第一，培養(yǎng)師生成為學(xué)習(xí)探險(xiǎn)伙伴，深層聯(lián)結(jié)知識(shí)、教師和學(xué)生。構(gòu)建教師作為學(xué)生的學(xué)習(xí)伙伴關(guān)系，明確教師與人工智能系統(tǒng)協(xié)同的教學(xué)模型；利用人工智能使教師及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)效果等信息，關(guān)注學(xué)生的發(fā)展，提升教學(xué)效率和教學(xué)效果。第二，利用課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)，提高教學(xué)質(zhì)量。使用AI 老師監(jiān)課系統(tǒng)，進(jìn)行老師授課情況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)化、可視化評(píng)估；借助AI 分析評(píng)估系統(tǒng)，針對(duì)性幫助學(xué)生制定個(gè)性化的學(xué)習(xí)計(jì)劃。第三，探索出解決教育問(wèn)題的新途徑和新方法。教師需從人才培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)方法、教學(xué)方法等方面開(kāi)展教學(xué)，探索出可以讓學(xué)生主動(dòng)、準(zhǔn)確幫助學(xué)生找到學(xué)習(xí)方法的新途徑；合理安排和部署學(xué)生的創(chuàng)新力、想象力和思維能力，提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

學(xué)校作為培養(yǎng)人工智能人才的主要場(chǎng)所，需加強(qiáng)智能教育，開(kāi)展智能校園建設(shè)。具體來(lái)講：第一，建成智能生態(tài)育人環(huán)境。學(xué)校需搭建基于智能教育平臺(tái)的知識(shí)模型，建立教育教學(xué)活動(dòng)情況大數(shù)據(jù)采集和分析平臺(tái)。第二，加強(qiáng)傳統(tǒng)教育與人工智能的融合，形成“人網(wǎng)融合”智慧教育新樣態(tài)。充分發(fā)揮“人工智能+”的優(yōu)勢(shì)，面向?qū)W生開(kāi)展個(gè)性化的智慧教育；定期組織學(xué)生利用仿真實(shí)驗(yàn)室等開(kāi)展高品質(zhì)學(xué)習(xí)，提升課堂教學(xué)質(zhì)量；挖掘人工智能與教育領(lǐng)域的結(jié)合點(diǎn)，將人工智能榮譽(yù)教育的全過(guò)程。第三，開(kāi)展人工智能課程及相關(guān)項(xiàng)目。開(kāi)設(shè)人工智能倫理課、法律課等相關(guān)人工智能課程，提高學(xué)生在學(xué)習(xí)人工智能方面的綜合水平；設(shè)立人工智能在線學(xué)習(xí)、資格證書(shū)考試等環(huán)節(jié)，提高其學(xué)習(xí)人工智能技能的學(xué)習(xí)你能力和思維水平。