國(guó)內(nèi)人工智能教育研究現(xiàn)狀分析

摘? 要 為了從不同層面分析國(guó)內(nèi)人工智能教育的研究現(xiàn)狀，基于陳超美教授開(kāi)發(fā)的CiteSpace可視化軟件，對(duì)國(guó)內(nèi)以人工智能教育為主題的論文的發(fā)文量、發(fā)文機(jī)構(gòu)與作者共現(xiàn)、關(guān)鍵詞頻次列表以及演化知識(shí)圖譜等進(jìn)行可視化分析，期待得出近年來(lái)的研究熱點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)等，為相關(guān)研究學(xué)者提供一些幫助。

關(guān)鍵詞 人工智能教育;人工智能;CiteSpace;知識(shí)圖譜

中圖分類(lèi)號(hào)：G434? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）06-0015-04

0 引言

近年來(lái)，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、“互聯(lián)網(wǎng)+教育”不斷沖擊著傳統(tǒng)教育，數(shù)字化校園已逐漸向智慧校園轉(zhuǎn)型，智慧課堂、雙師課堂越來(lái)越多地被提及。早在十幾年前，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)已真正意義上走進(jìn)課堂，現(xiàn)在大數(shù)據(jù)爆發(fā)的時(shí)代，人工智能教育更是當(dāng)今熱詞。鄧琳碧等[1]指出，2018年我國(guó)96.7%的中小學(xué)校實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入，多媒體教室普及率達(dá)到92.3%，優(yōu)質(zhì)教育資源日益豐富。對(duì)人工智能教育的定義，吳永和等[2]在《構(gòu)筑“人工智能+教育”的生態(tài)系統(tǒng)》一文中指出，人工智能教育基于人工智能技術(shù)，其特征主要體現(xiàn)在創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、重塑結(jié)構(gòu)等六個(gè)方面。文章對(duì)人工智能教育廣義的理解就是其應(yīng)用于教育領(lǐng)域，提供更深度的教育教學(xué)資源，從一定程度上全面提升教學(xué)效率，提供個(gè)性化教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展。

目前教育領(lǐng)域研究學(xué)者及專(zhuān)家對(duì)人工智能教育的研究層出不窮，但大多局限于對(duì)人工智能教育的發(fā)展之路、時(shí)代變革、國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀與研究熱點(diǎn)等的論述?？v觀國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)研究形式，研究學(xué)者更多只是通過(guò)閱讀幾十篇重要論文以點(diǎn)帶面地完成對(duì)整個(gè)領(lǐng)域的分析，存在大多沒(méi)有數(shù)據(jù)、缺少數(shù)量支持、內(nèi)容不夠具體、主觀判斷明顯等問(wèn)題。本文創(chuàng)新之處在于借助于外部工具，即Cite-Space軟件，以知識(shí)圖譜的形式對(duì)國(guó)內(nèi)人工智能教育研究進(jìn)行可視化分析，多層面地了解國(guó)內(nèi)人工智能教育的發(fā)展。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法與工具

本文以中國(guó)知網(wǎng)為數(shù)據(jù)來(lái)源，為進(jìn)一步檢索以人工智能教育為主題的文獻(xiàn)，通過(guò)高級(jí)搜索，檢索條件設(shè)置為：主題“人工智能教育”且關(guān)鍵詞設(shè)置為“人工智能”，來(lái)源類(lèi)別選擇核心期刊與CSSCI，檢索到目前為止的全部期刊論文。在此條件下共檢索出475篇文獻(xiàn)，剔除重復(fù)刊載、會(huì)議論文及不相干論文，有效篇數(shù)為461篇。文獻(xiàn)下載時(shí)間為2020年9月。

本文主要基于CiteSpace對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行內(nèi)容分析。CiteSpace是陳超美教授使用Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，是在科學(xué)計(jì)量學(xué)、數(shù)據(jù)可視化背景下逐漸發(fā)展起來(lái)的一款引文可視化分析軟件。本文一方面選取“Author”和“Institu-

tion”作為節(jié)點(diǎn)，對(duì)發(fā)文機(jī)構(gòu)和發(fā)文作者進(jìn)行可視化分析;另一方面選取關(guān)鍵詞作為節(jié)點(diǎn)，設(shè)定合適的閾值，得到關(guān)于“人工智能教育”的高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)可視化圖譜，借助Excel，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行計(jì)量統(tǒng)計(jì)和演化圖譜分析，在一定程度上揭示國(guó)內(nèi)人工智能教育研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域以及發(fā)展階段。

2 國(guó)內(nèi)研究知識(shí)圖譜分析

國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)發(fā)文量分析? 根據(jù)圖1所示國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)發(fā)文量進(jìn)行分析。

1）國(guó)內(nèi)在1990—2000年間，基本沒(méi)有與人工智能教育主題相關(guān)的文獻(xiàn)，說(shuō)明20世紀(jì)90年代人工智能教育仍處于發(fā)展萌芽階段，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有很多研究專(zhuān)家對(duì)此有深入的研究。

2）2016—2019年文獻(xiàn)發(fā)文量呈指數(shù)形式增長(zhǎng)，此階段人工智能教育在國(guó)內(nèi)進(jìn)入發(fā)展階段，這與我國(guó)近幾年人工智能領(lǐng)域的快速發(fā)展是息息相關(guān)的。其中，2017年，國(guó)務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[3]，提出“實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目”;2018年，教育部發(fā)布《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》;等等。這些政策文件促進(jìn)了人工智能教育的深入研究和應(yīng)用推廣，可見(jiàn)某一領(lǐng)域的盛行發(fā)展離不開(kāi)國(guó)家政策與技術(shù)的雙輪驅(qū)動(dòng)。

3）2019年至今，文獻(xiàn)量出現(xiàn)下滑趨勢(shì)，結(jié)合實(shí)際情況，由于新冠肺炎疫情的暴發(fā)，人們正在經(jīng)歷特殊的一年，無(wú)疑對(duì)教育的影響也是巨大的，但人工智能教育的發(fā)展是呈整體上升趨勢(shì)的。

核心機(jī)構(gòu)與作者共現(xiàn)分析? 以CiteSpace為軟件分析工具，節(jié)點(diǎn)類(lèi)型選擇“Author”和“Institution”兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，生成共現(xiàn)知識(shí)圖譜，如圖2所示。對(duì)圖2進(jìn)行可視化分析，字體顏色越深，表示中心性越強(qiáng)，該作者和機(jī)構(gòu)發(fā)表論文數(shù)量越多，越具有人工智能教育領(lǐng)域代表性。構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)形狀的不同節(jié)點(diǎn)名表示該節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)形狀內(nèi)的節(jié)點(diǎn)有合作。

從圖2可以看到：國(guó)內(nèi)以人工智能教育為主題的論文發(fā)表機(jī)構(gòu)主要集中在北京師范大學(xué)、華東師范大學(xué)、東北師范大學(xué)、陜西師范大學(xué)及首都師范大學(xué)等，而論文發(fā)表作者大多也是來(lái)自上述主要發(fā)文機(jī)構(gòu)的人員，有張劍平、王萬(wàn)森、黃榮懷、賈積有等。不難發(fā)現(xiàn)對(duì)該主題的研究院校大多集中在高等師范學(xué)校，且院校間的網(wǎng)絡(luò)形狀構(gòu)成不多，說(shuō)明各個(gè)研究學(xué)院之間沒(méi)有形成系統(tǒng)的跨校合作，學(xué)科交叉性不強(qiáng)。

關(guān)鍵詞頻次列表+關(guān)鍵詞聚類(lèi)圖分析? 文章在Cite-Space生成關(guān)鍵詞知識(shí)圖譜的基礎(chǔ)上，對(duì)頻次八次以上的關(guān)鍵詞進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，生成關(guān)鍵詞列表，如表1所示。

從頻次上看，因?yàn)闄z索條件，去掉人工智能的最大頻次，關(guān)鍵詞頻次在15次以上的有智慧教育、智能教育、高等教育、深度學(xué)習(xí)等，均是當(dāng)前人工智能教育領(lǐng)域廣大研究學(xué)者趨向于研究的熱點(diǎn)。其中，智能教育是智慧教育的實(shí)踐路徑，智慧教育對(duì)智能教育具有導(dǎo)向作用。智能教育根據(jù)發(fā)展階段包含三個(gè)內(nèi)涵：智能技術(shù)支持的教育、學(xué)習(xí)智能技術(shù)的教育和促進(jìn)智能發(fā)展的教育[4]。當(dāng)前發(fā)展階段正處于并將長(zhǎng)期處于三階段并行發(fā)展的時(shí)期，實(shí)現(xiàn)教育與人工智能的真正融合發(fā)展。

此外，基于人工智能技術(shù)的機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)的研究已在教育應(yīng)用領(lǐng)域扮演重要角色。其中，余明華等[5]通過(guò)對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)的作用對(duì)象、作用過(guò)程等方面的分析，探討機(jī)器學(xué)習(xí)和智慧教育的適切性，說(shuō)明人工智能與智慧教育引領(lǐng)教育教學(xué)的創(chuàng)新，已經(jīng)成為教育信息化發(fā)展的必然趨勢(shì)。高偉等[6]也指出人工智能應(yīng)用于教育的關(guān)鍵技術(shù)，包含大數(shù)據(jù)、知識(shí)圖譜、機(jī)器學(xué)習(xí)等。

頻次在10次以下的關(guān)鍵詞比如個(gè)性化學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)分析等，一直是研究的核心價(jià)值所在，不容忽視。

演化圖譜分析? 本文在關(guān)鍵詞聚類(lèi)的基礎(chǔ)上選擇Time-Zone生成演化圖譜，歸類(lèi)性地調(diào)整相關(guān)節(jié)點(diǎn)后進(jìn)行分析，如圖3所示。人工智能教育的發(fā)展大體分為三個(gè)階段。

第一階段為萌芽階段，人工智能于教育的應(yīng)用集中于遠(yuǎn)程教育，促進(jìn)了教育技術(shù)理論指導(dǎo)下的遠(yuǎn)程教育的發(fā)展。1998年，梁焱遂等[7]指出，基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)已經(jīng)成為發(fā)展重點(diǎn)。

第二階段為發(fā)展階段，機(jī)器人的出現(xiàn)促進(jìn)了教育教學(xué)多渠道發(fā)展。在中國(guó)知網(wǎng)上以機(jī)器人教育為主題詞進(jìn)行檢索，被引最多的是2006年張劍平等[8]的《機(jī)器人教育：現(xiàn)狀、問(wèn)題與推進(jìn)策略》。該文指出，教育機(jī)器人是一種十分典型的數(shù)字化益智玩具，能夠以不同角度、多樣的形式發(fā)揮其教育功能，達(dá)到寓教于樂(lè)的目的。

第三階段為廣度發(fā)展階段，該階段研究學(xué)者對(duì)人工智能教育的應(yīng)用研究朝著多層次發(fā)展，經(jīng)加工處理，大致分為三個(gè)方面：一是在人工智能時(shí)代，基于智能教育和智慧教育的教育變革;二是基于人才培養(yǎng)，更多的研究趨向于教育的定向發(fā)展階段，包括未來(lái)教育、高等教育、職業(yè)教育、思想政治教育等的發(fā)展;三是智能化的發(fā)展研究，即在大數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)下，為更好地服務(wù)于個(gè)性化學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)分析等，更多地依賴(lài)于計(jì)算機(jī)應(yīng)用的機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的人工智能技術(shù)的研究發(fā)展。

3 結(jié)論與啟示

1）從發(fā)文量上看，國(guó)內(nèi)研究雖晚，但近幾年基于國(guó)內(nèi)形勢(shì)發(fā)展，發(fā)展速度迅猛，論文量呈指數(shù)形式增長(zhǎng)，該領(lǐng)域?qū)W者成果頗豐。近一年雖發(fā)文量有下降趨勢(shì)，但疫情期間“停課不停學(xué)”等政策舉措的實(shí)施，使在線教學(xué)順利推行，無(wú)疑在為后續(xù)的研究發(fā)展積蓄力量。

2）分析關(guān)鍵詞聚類(lèi)圖譜，當(dāng)前國(guó)內(nèi)研究熱點(diǎn)聚焦于教育大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、個(gè)性化學(xué)習(xí)等?；诮逃髷?shù)據(jù)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)進(jìn)行個(gè)性化的學(xué)習(xí)分析等將在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)成為研究的熱點(diǎn)。

3）結(jié)合發(fā)文機(jī)構(gòu)及發(fā)文作者，可知人工智能教育的研究機(jī)構(gòu)和人員大多集中于高等師范院校及這些院校的教師，交叉性以及跨學(xué)科性不強(qiáng)。各個(gè)研究院校應(yīng)該突破地域限制，加強(qiáng)跨校區(qū)合作的溝通交流。

4）結(jié)合timeline時(shí)區(qū)圖，縱觀國(guó)內(nèi)人工智能教育的發(fā)展研究階段，人工智能應(yīng)用于教育的發(fā)展不是一蹴而就的，前期的研究奠定了很強(qiáng)的研究基礎(chǔ);未來(lái)隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，其與教育領(lǐng)域的融合定會(huì)不斷推動(dòng)教育創(chuàng)新，更個(gè)性化地促進(jìn)教與學(xué)。技術(shù)時(shí)代的受益者應(yīng)該緊跟教育領(lǐng)域的發(fā)展步伐，不斷學(xué)習(xí)人工智能教育相關(guān)的新知識(shí)，促進(jìn)教育進(jìn)一步發(fā)展。

盡管人工智能教育的發(fā)展已成為當(dāng)前教育階段的研究熱點(diǎn)，但與此同時(shí)也存在很多需要改進(jìn)的方面。楊現(xiàn)民等[9]指出，教育數(shù)據(jù)的數(shù)量與質(zhì)量存在短板，教育業(yè)務(wù)復(fù)雜多樣，教育用戶對(duì)人工智能技術(shù)存在應(yīng)用價(jià)值和角色關(guān)系上的雙重困惑，專(zhuān)業(yè)教師隊(duì)伍與課程體系缺乏等，都是客觀存在的問(wèn)題，都亟待解決，同時(shí)是今后研究中的關(guān)注點(diǎn)。

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*基金項(xiàng)目：北京市2020年度首都師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金“學(xué)生課題”申報(bào)項(xiàng)目“基于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的教育技術(shù)論文題目和關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)挖掘”（基金編號(hào)：018-2055160）。

作者：姜亞亭，首都師范大學(xué)教育學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)榻逃畔⒒?jī)效技術(shù)（100000）。