國(guó)內(nèi)教育人工智能研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)
——基于CiteSpace 的可視化分析

于夢(mèng)真，劉 敏

（曲阜師范大學(xué)傳媒學(xué)院，山東日照 276800）

0 引言

人工智能是一種能夠正確地解釋外部數(shù)據(jù)，從這些數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，并利用這些學(xué)習(xí)通過靈活的適應(yīng)性完成特殊目標(biāo)和任務(wù)的系統(tǒng)能力［1］。教育人工智能（Educational Artificial Intelligence，EAI）是人工智能與學(xué)習(xí)科學(xué)與技術(shù)結(jié)合而成的新領(lǐng)域［2］，重在通過人工智能技術(shù)，更深入、更微觀地理解學(xué)習(xí)的發(fā)生以及學(xué)習(xí)如何受到外界因素的影響，以更高效地促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)教育變革［3］。隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，人工智能已成為推動(dòng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的一大核心技術(shù)力量。在教育教學(xué)實(shí)際應(yīng)用中，人工智能主要有四大應(yīng)用形態(tài)：智能導(dǎo)師系統(tǒng)（ITS）、自動(dòng)化測(cè)評(píng)系統(tǒng)、教育游戲與教育機(jī)器人［4］，為教育與人工智能的深度融合提供了可能。

近年來，教育領(lǐng)域?qū)＜覈@國(guó)內(nèi)外教育人工智能的內(nèi)涵、現(xiàn)狀及應(yīng)用等方面作了初步探討［5］，但對(duì)于教育人工智能的前沿?zé)狳c(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)等問題的認(rèn)識(shí)仍較為模糊。鑒于此，本文利用Citespace 可視化軟件對(duì)國(guó)內(nèi)教育人工智能研究機(jī)構(gòu)、研究者及關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，旨在從整體上了解教育人工智能領(lǐng)域研究現(xiàn)狀，探索研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)，為我國(guó)教育人工智能發(fā)展提供參考和借鑒。

1 研究工具與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來源于CNKI 數(shù)據(jù)庫(kù)中的全部期刊文獻(xiàn)，相較于其它數(shù)據(jù)庫(kù)而言，其文獻(xiàn)數(shù)量多、覆蓋范圍全，且更具權(quán)威性。但由于CNKI 收錄期刊眾多，期刊差距較大，因此分別選擇中文核心期刊、CSSCI 和CSCD 來源期刊進(jìn)行檢索，以更好地反映國(guó)內(nèi)教育人工智能研究進(jìn)展。

由于人工智能與教育的結(jié)合是近5 年才出現(xiàn)，國(guó)際上因“阿爾法狗”戰(zhàn)勝世界圍棋冠軍李世石一舉讓2016 年成為“人工智能元年”。我國(guó)于2016 年6 月簽署中國(guó)青少年發(fā)展服務(wù)中心與貝爾科教集團(tuán)的戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同開展“創(chuàng)造未來”青少年機(jī)器人教育促進(jìn)行動(dòng)，意味著面向人工智能時(shí)代的教育革命吹響了號(hào)角。因此，本文選取教育人工智能快速發(fā)展時(shí)期的文獻(xiàn)，在CNKI 中選擇“高級(jí)檢索”類型，按“主題”檢索，檢索條件為“人工智能&教育”、“人工智能&教學(xué)”、“機(jī)器人&教育”，時(shí)間跨度為2016-2019 年，共檢索出1 452 篇相關(guān)文獻(xiàn)，然后通過手工篩選、軟件除重，剔除與主題不相關(guān)文獻(xiàn)（包括卷首語、會(huì)議征稿、資訊、培訓(xùn)計(jì)劃、叢書簡(jiǎn)介等），最終得出866 篇有效文獻(xiàn)作為研究樣本。

1.2 研究工具

CiteSpace 是美國(guó)德雷塞爾大學(xué)陳超美教授應(yīng)用Java語言研發(fā)的一款信息可視化軟件，用于文獻(xiàn)中科學(xué)發(fā)展新趨勢(shì)和新動(dòng)態(tài)的識(shí)別與顯示。CiteSpace 主要基于共引分析理論和尋徑網(wǎng)絡(luò)算法，通過對(duì)特定領(lǐng)域文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量和可視化圖譜繪制，實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域演化潛在動(dòng)力機(jī)制分析和領(lǐng)域發(fā)展前沿探測(cè)［6］，探尋出學(xué)科領(lǐng)域演化的關(guān)鍵路徑及其知識(shí)拐點(diǎn)，并通過一系列可視化圖譜繪制實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)科演化潛在動(dòng)力機(jī)制分析和學(xué)科發(fā)展前沿探索發(fā)現(xiàn)［7］。CiteSpace軟件主要功能包括：作者、機(jī)構(gòu)或者國(guó)家合作網(wǎng)絡(luò)分析，主題、關(guān)鍵詞或WoS 分類共現(xiàn)分析，文獻(xiàn)共被引分析、作者共被引分析及期刊共被引分析，文獻(xiàn)耦合分析等。本文將基于以上功能繪制并解讀科學(xué)知識(shí)圖譜，以探究國(guó)內(nèi)教育人工智能研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)。

1.3 研究方法

本文以國(guó)內(nèi)教育人工智能文獻(xiàn)為研究對(duì)象，運(yùn)用中國(guó)知網(wǎng)CNKI 導(dǎo)出文獻(xiàn)，對(duì)導(dǎo)出的文檔進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和除重，最終得到866 篇文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。利用CiteSpace（Version 5.6.R5）軟件對(duì)866 篇文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行共詞分析，通過繪制2016-2019 年文獻(xiàn)發(fā)文數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖和期刊分布圖，分析教育人工智能領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)。

利用CiteSpace（Version 5.6.R5）軟件對(duì)目標(biāo)領(lǐng)域的文獻(xiàn)發(fā)文量和期刊分布情況進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)挖掘，繪制教育人工智能研究領(lǐng)域的關(guān)鍵詞聚類圖譜，分析教育人工智能領(lǐng)域前沿?zé)狳c(diǎn)及研究趨勢(shì)。

2 研究結(jié)果及分析

在CiteSpace 軟件中，選擇主題詞來源為Title（標(biāo)題）、Abstract（摘要）以及Author Keywords（DE，作者關(guān)鍵詞），節(jié)點(diǎn)類型（Node Types）分別為作者（Author）、機(jī)構(gòu)（Institution）以及術(shù)語（Term）、關(guān)鍵詞（Keyword）；不勾選算法中的選項(xiàng)；可視化選項(xiàng)中選擇Cluster View-Static（聚類視圖，靜態(tài)）與Show Merged Network（顯示分析的整體網(wǎng)絡(luò)）；設(shè)置時(shí)間切片（Year Per Slice）的值為1，將2016-2019 年分成4個(gè)時(shí)段進(jìn)行處理，Top N Per Slice 選擇默認(rèn)值50，最終得到研究者、研究機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖譜以及關(guān)鍵詞聚類圖譜，具體數(shù)據(jù)抽取的閾值以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)則在下述各項(xiàng)分析中分別選取。

2.1 教育人工智能基本情況

2.1.1 文獻(xiàn)發(fā)文量及期刊分布情況

通過解讀文獻(xiàn)年度發(fā)文量，在一定程度上可以了解國(guó)內(nèi)教育人工智能發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)，2016-2019 年教育人工智能研究文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)情況如圖1 所示?？梢钥闯觯墨I(xiàn)發(fā)文量呈逐年上升趨勢(shì)。2016-2017 年文獻(xiàn)發(fā)文量?jī)H150 篇，說明此階段國(guó)內(nèi)教育人工智能研究剛起步，后逐漸受到人們關(guān)注；2018 年，教育人工智能研究文獻(xiàn)增長(zhǎng)到265 篇，說明此段時(shí)間教育研究者在國(guó)家新一輪教育政策支持下，開始將人工智能應(yīng)用于教育領(lǐng)域，教育人工智能研究文獻(xiàn)快速增長(zhǎng)；2019 年，教育人工智能文獻(xiàn)發(fā)文量達(dá)451 篇，究其原因是人工智能帶動(dòng)了我國(guó)新一輪教育革命——培養(yǎng)人工智能時(shí)代原住民［8］。再加上計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使得人工智能改變?nèi)藗兩罘绞匠蔀榭赡?，教育人工智能也隨之快速發(fā)展起來［9］。

圖1 2016-2019 年教育人工智能研究文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)

通過統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)教育人工智能文獻(xiàn)的期刊分布來源，可以了解到教育人工智能研究領(lǐng)域及走向，從而為教育人工智能研究者提供優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資料。筆者通過CNKI 按上述方式檢索發(fā)現(xiàn)，文獻(xiàn)發(fā)文量在30 篇以上的有《遠(yuǎn)程教育雜志》《中國(guó)電化教育》《現(xiàn)代教育技術(shù)》《電化教育研究》《開放教育研究》《人民教育》6 種教育技術(shù)學(xué)核心期刊，這6 種期刊的發(fā)文量占全部發(fā)文量的35.8%。其中，《遠(yuǎn)程教育雜志》發(fā)文量最高，達(dá)64 篇，占比7.39%。國(guó)內(nèi)教育人工智能發(fā)文量前10 名期刊統(tǒng)計(jì)如表1 所示。

表1 國(guó)內(nèi)教育人工智能發(fā)文量前10 名期刊統(tǒng)計(jì)

2.1.2 研究者與研究機(jī)構(gòu)

為了解我國(guó)教育人工智能研究主要力量，筆者通過CiteSpace 軟件分別對(duì)作者（Author）和機(jī)構(gòu)（Institution）進(jìn)行共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜分析。節(jié)點(diǎn)大小表示作者或機(jī)構(gòu)發(fā)文量，節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系表示作者之間或機(jī)構(gòu)之間的合作關(guān)系強(qiáng)度［10］。

圖2 是我國(guó)教育人工智能研究者的共現(xiàn)圖譜，大多數(shù)作者之間的連線很少，說明作者之間有合作但合作較少，且這些作者之間發(fā)文量較高的有9 篇，說明對(duì)教育人工智能的關(guān)注度尚不集中，相關(guān)研究的持續(xù)性還比較弱。其中，具有代表性的是以華東師范大學(xué)的任友群、顧小清為代表的合作小團(tuán)體、以鐘柏昌為代表的合作小團(tuán)體等，這些作者之間既存在同一機(jī)構(gòu)或同一課題組之間的合作，也出現(xiàn)跨機(jī)構(gòu)合作，這體現(xiàn)了教育人工智能研究者之間有學(xué)術(shù)上的交流與合作，但也有很多節(jié)點(diǎn)連線較少或不存在，說明學(xué)術(shù)交流還有待加強(qiáng)。

我國(guó)教育人工智能研究機(jī)構(gòu)的合作圖譜如圖3 所示，其中最具代表性的研究機(jī)構(gòu)有華東師范大學(xué)、天津大學(xué)、北京師范大學(xué)、東北師范大學(xué)等高校，共115 個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間的連線有60 條，說明我國(guó)部分研究機(jī)構(gòu)對(duì)教育人工智能有深入探索，但比較分散，機(jī)構(gòu)之間的合作關(guān)系較少。究其原因在于，我國(guó)關(guān)于教育人工智能研究剛剛起步，各研究機(jī)構(gòu)尚未開展深層次的合作。教育研究者和實(shí)踐者需密切合作，進(jìn)一步加強(qiáng)教育人工智能理論研究，并應(yīng)用于教育教學(xué)實(shí)踐，推動(dòng)我國(guó)新一輪教育革命發(fā)展。

圖2 教育人工智能研究者的共現(xiàn)圖譜

圖3 教育人工智能研究機(jī)構(gòu)的共現(xiàn)圖譜

2.2 教育人工智能研究熱點(diǎn)

本文通過CiteSpace 對(duì)教育人工智能的Keyword、Term進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，運(yùn)行CiteSpace，得到55 個(gè)關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)、82 條連線，得出該領(lǐng)域排名前20 位的關(guān)鍵詞，如表2 所示?？梢钥闯?，關(guān)鍵詞、名詞性術(shù)語中心性和出現(xiàn)頻次較高的有“人工智能”“大數(shù)據(jù)”“智慧教育”“智能教育”“人才培養(yǎng)”“機(jī)器人”等，這反映出國(guó)內(nèi)教育人工智能在推進(jìn)發(fā)展過程中關(guān)注領(lǐng)域的聚焦和變化。

為了探索領(lǐng)域研究前沿，本文通過CiteSpace 軟件進(jìn)行聚類，生成自動(dòng)聚類標(biāo)簽，通過施引文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞（K，Keyword list）提取名詞性術(shù)語，以此表征對(duì)應(yīng)領(lǐng)域的研究前沿。生成的聚類標(biāo)簽包括教育變革、深度學(xué)習(xí)、機(jī)器人、高等教育、AI、融合、自我意識(shí)、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間、課堂結(jié)構(gòu)九大類（見圖4），該研究領(lǐng)域在一定程度上代表了當(dāng)前教育人工智能研究前沿。

2.2.1 人工智能支持下的教育變革

在人工智能技術(shù)支持下，教學(xué)模式不斷創(chuàng)新，課堂結(jié)構(gòu)得以轉(zhuǎn)變，教育實(shí)現(xiàn)深刻變革。美國(guó)多媒體學(xué)習(xí)研究創(chuàng)始人Richard Mayer 教授認(rèn)為，可以通過多媒體教學(xué)設(shè)計(jì)促進(jìn)生成性學(xué)習(xí)過程［11］。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，研究者應(yīng)更多地關(guān)注當(dāng)前新技術(shù)價(jià)值，即新技術(shù)如何促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)，如何通過人工智能支持下的教育變革促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)［12］，進(jìn)一步研究人工智能在各種具體教育、教學(xué)情境中產(chǎn)生的新范式、新發(fā)現(xiàn)、新建構(gòu)［13］。

表2 國(guó)內(nèi)教育人工智能研究高頻關(guān)鍵詞

圖4 國(guó)內(nèi)教育人工智能關(guān)鍵詞聚類

2.2.2 學(xué)習(xí)者的深度學(xué)習(xí)

“深度學(xué)習(xí)”一詞源自于計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能，是機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的一個(gè)新方向。近年來，深度學(xué)習(xí)在教育領(lǐng)域日益活躍，將機(jī)器的深度學(xué)習(xí)延伸到學(xué)習(xí)者的深度學(xué)習(xí)，甚至教師的深度教學(xué)中，通過加強(qiáng)深度學(xué)習(xí)提升教學(xué)效果，是未來教育教學(xué)值得探索的新方向。

2.2.3 5G 時(shí)代的交互學(xué)習(xí)

隨著移動(dòng)通訊技術(shù)的快速發(fā)展，5G 開始影響人們的工作、學(xué)習(xí)與生活。5G 賦能智能技術(shù)為未來教育智能化發(fā)展提供了可能［14］，將助力人工智能等新型智能技術(shù)與交互式學(xué)習(xí)的深度融合。5G 人工智能技術(shù)將促使傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境發(fā)生巨變，更好地促進(jìn)師生之間的信息交互。

2.3 教育人工智能發(fā)展趨勢(shì)

2.3.1 重視人才培養(yǎng)，加快推進(jìn)教育與人工智能融合發(fā)展

《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》明確指出，在教育領(lǐng)域利用智能技術(shù)加快推動(dòng)人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革，構(gòu)建包含智能學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的新型教育體系［15］。當(dāng)今社會(huì)，人工智能教育已然成為未來教育的發(fā)展趨勢(shì)，人工智能賦能教育也在引領(lǐng)著新一輪教學(xué)變革。因此，社會(huì)、學(xué)校等各方力量應(yīng)大力推進(jìn)人工智能技術(shù)與教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)媒體與知識(shí)傳播路徑的多層次深入融合，突破傳統(tǒng)教育中教學(xué)模式限制，創(chuàng)新教學(xué)方式，轉(zhuǎn)變課堂結(jié)構(gòu)，加快建設(shè)“人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時(shí)時(shí)可學(xué)”的學(xué)習(xí)型社會(huì)。

2.3.2 提升信息素養(yǎng)，加強(qiáng)機(jī)器人教育

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，以機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)為關(guān)鍵技術(shù)的人工智能技術(shù)正深刻影響著人們的學(xué)習(xí)和生活方式［16］。全國(guó)各地在基礎(chǔ)教育階段開展了人工智能技術(shù)相關(guān)課程，如機(jī)器人教育、編程教育等，它們以獨(dú)特的方式提升學(xué)生信息素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生思維能力、創(chuàng)新能力、動(dòng)手實(shí)踐能力以及問題解決等綜合能力，并迅速流行于各中小學(xué)校及教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)。然而，很多中小學(xué)還沒有將機(jī)器人教育作為一門獨(dú)立課程開設(shè)［17］，沒有成熟的教學(xué)模式和充足的教學(xué)時(shí)間，機(jī)器人教育在理論與實(shí)踐方面的研究不深入，尤其在課堂結(jié)構(gòu)、教學(xué)過程構(gòu)建方面還頗為缺乏［18］。因此，學(xué)校教育應(yīng)注重提升師生信息素養(yǎng)，加大對(duì)機(jī)器人教育的投入力度。

2.3.3 積極應(yīng)對(duì)教育人工智能新發(fā)展

目前，人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用已涉及信息技術(shù)、智慧校園、智能教育、智能機(jī)器人、機(jī)器學(xué)習(xí)、智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)、在線教育、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)、個(gè)性化學(xué)習(xí)與交互學(xué)習(xí)等諸多方面［10］。隨著人工智能在教育領(lǐng)域應(yīng)用的不斷深入，厘清教育人工智能應(yīng)用過程中的問題尤為重要，如教育倫理、教育管理、師生隱私與數(shù)據(jù)安全、技術(shù)“牢籠”等問題。因此，要求教育研究者和實(shí)踐者拓寬教育人工智能應(yīng)用空間，構(gòu)建和諧共生“人機(jī)結(jié)合”新生態(tài)，加強(qiáng)“政企學(xué)研”多方合作［4］，協(xié)同推進(jìn)教育人工智能快速發(fā)展。

3 結(jié)語

本文使用科學(xué)計(jì)量方法，運(yùn)用CiteSpace 軟件對(duì)中國(guó)知網(wǎng)2016-2019 年中文核心期刊、CSSCI 和CSCD 數(shù)據(jù)庫(kù)教育人工智能相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行梳理，完成文獻(xiàn)數(shù)據(jù)分析解讀及科學(xué)知識(shí)圖譜可視化展示。研究發(fā)現(xiàn)，2016 年以來教育人工智能受關(guān)注度呈持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，且存在研究者與研究機(jī)構(gòu)之間的合作，應(yīng)充分運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算及大數(shù)據(jù)等關(guān)鍵技術(shù)，加強(qiáng)人才培養(yǎng)力度，大力發(fā)展以人工智能為依托的智能教育。通過文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵詞共現(xiàn)聚類可知，未來教育是引領(lǐng)我國(guó)教育改革的新動(dòng)向，借助人工智能實(shí)現(xiàn)良好的教育尤為重要［19-20］。因此，無論是政府管理部門，還是各級(jí)教育機(jī)構(gòu)，都應(yīng)以積極的心態(tài)應(yīng)對(duì)教育人工智能新發(fā)展，加快推進(jìn)人工智能與教育深度融合。