人工智能時(shí)代機(jī)器輔助教學(xué)：能力向度及發(fā)展進(jìn)路

劉 智 孔 璽 王 泰 劉三女牙 粟 柱

(華中師范大學(xué) 教育大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430079)

一、引 言

以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為特征的第四次工業(yè)革命正以蓬勃之勢(shì)在全球各個(gè)領(lǐng)域掀起技術(shù)革新浪潮(辜勝阻，2020)。在這場(chǎng)革新中，人工智能將引發(fā)教育教學(xué)過(guò)程的結(jié)構(gòu)重組與流程再造，并加速整個(gè)教育系統(tǒng)從信息化向智能化演進(jìn)?！缎乱淮斯ぶ悄馨l(fā)展規(guī)劃》將人工智能技術(shù)上升為國(guó)家戰(zhàn)略(國(guó)務(wù)院，2017)，《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》更是強(qiáng)調(diào)人工智能要融于教育全過(guò)程，推動(dòng)改進(jìn)教學(xué)、提升績(jī)效(教育部，2018)?？v觀(guān)教育發(fā)展進(jìn)程，機(jī)器輔助教學(xué)的進(jìn)步一直與人工智能演進(jìn)的三次浪潮同頻共振，其能力向度也得到了有效拓展，實(shí)現(xiàn)由單一性、低智能向跨領(lǐng)域、高智能的轉(zhuǎn)變。機(jī)器輔助教學(xué)以幫助教師高效教學(xué)與學(xué)習(xí)者有效學(xué)習(xí)為目標(biāo)，試圖優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，推動(dòng)教育公平與學(xué)習(xí)者全面發(fā)展，研究?jī)?nèi)容集中于利用機(jī)器助教與智能導(dǎo)師降低教學(xué)成本，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、適應(yīng)性智能導(dǎo)學(xué)等。作為人工智能時(shí)代發(fā)展的三要素，數(shù)據(jù)、算法與計(jì)算能力的結(jié)合使教學(xué)機(jī)器逐漸具備較強(qiáng)的智能化特征，使其在資源推送、路徑規(guī)劃乃至適應(yīng)性反饋和干預(yù)等復(fù)雜教學(xué)服務(wù)上能更順應(yīng)學(xué)生個(gè)性化需求和認(rèn)知規(guī)律。智能化教學(xué)機(jī)器甚至可使用各種教學(xué)行為數(shù)據(jù)開(kāi)展自適應(yīng)學(xué)習(xí)、更新與進(jìn)化，同時(shí)能依據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)場(chǎng)景、交互對(duì)象等約束條件實(shí)現(xiàn)適配能力的優(yōu)化和增強(qiáng)。

隨著機(jī)器輔助教學(xué)服務(wù)范圍的拓展與質(zhì)量的提高，如何評(píng)測(cè)機(jī)器輔助教學(xué)的能力成為充滿(mǎn)挑戰(zhàn)且不可回避的問(wèn)題，其評(píng)測(cè)方式也亟待從專(zhuān)家評(píng)價(jià)、量化評(píng)測(cè)等傳統(tǒng)方法，向全面、動(dòng)態(tài)、立體的模式轉(zhuǎn)變?？萍疾?2020)發(fā)布的《2030“新一代人工智能”重大項(xiàng)目2020年度項(xiàng)目申報(bào)指南》，就將“建立支撐群體化課程學(xué)習(xí)和在線(xiàn)實(shí)踐的智能平臺(tái)和評(píng)測(cè)方法”規(guī)劃為重點(diǎn)支持方向，凸顯了以智能教學(xué)平臺(tái)為主要形式的機(jī)器輔助教學(xué)研究及其評(píng)測(cè)的重要性。基于人工智能的機(jī)器輔助教學(xué)系統(tǒng)正大量涌現(xiàn)，我們?cè)隗@嘆技術(shù)進(jìn)展快速的同時(shí)，也需要思考如何劃分機(jī)器輔助教學(xué)的能力等級(jí)并進(jìn)行分級(jí)分類(lèi)評(píng)測(cè)，以根據(jù)智能等級(jí)匹配教學(xué)場(chǎng)景、教學(xué)活動(dòng)與目標(biāo)，監(jiān)測(cè)教學(xué)效果乃至規(guī)范智能教育行業(yè)治理。現(xiàn)有智能機(jī)器已實(shí)現(xiàn)資源推送、路徑規(guī)劃等服務(wù)，但有關(guān)教學(xué)機(jī)器個(gè)性化教學(xué)成效的評(píng)估依然是難點(diǎn)。這就需要對(duì)機(jī)器輔助教學(xué)的實(shí)施效果開(kāi)展動(dòng)態(tài)、全面且有效的監(jiān)測(cè)，以保證個(gè)性化學(xué)習(xí)活動(dòng)的精準(zhǔn)化定制與高質(zhì)量開(kāi)展。我國(guó)教育評(píng)價(jià)改革與創(chuàng)新面臨學(xué)習(xí)環(huán)境復(fù)雜、資源分布不均、學(xué)習(xí)用戶(hù)規(guī)模大、學(xué)習(xí)服務(wù)多樣等挑戰(zhàn)，人工智能時(shí)代機(jī)器輔助教學(xué)作為有效提升規(guī)?；虒W(xué)質(zhì)量和個(gè)性化學(xué)習(xí)效果的重要方式，其能力向度應(yīng)涵蓋教學(xué)機(jī)器所提供服務(wù)的各種維度與層級(jí)，同時(shí)也應(yīng)為教育綜合評(píng)價(jià)體系的建立和完善提供重要依據(jù)。但當(dāng)前無(wú)論是學(xué)術(shù)領(lǐng)域還是工業(yè)界，均未對(duì)機(jī)器輔助教學(xué)的能力向度展開(kāi)研究，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化教育和精準(zhǔn)化教學(xué)的實(shí)現(xiàn)有賴(lài)于對(duì)機(jī)器輔助教學(xué)能力向度進(jìn)行深度洞察與系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本研究在深入了解機(jī)器輔助教學(xué)發(fā)展歷程與內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，對(duì)人工智能時(shí)代機(jī)器輔助教學(xué)能力向度展開(kāi)研究，以全新的視角全面認(rèn)知機(jī)器輔助教學(xué)的客觀(guān)概況與結(jié)構(gòu)，探討機(jī)器輔助教學(xué)能力向度的內(nèi)在邏輯與模型構(gòu)建范式，以期為能力評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供理論參照。

二、基本認(rèn)識(shí)

(一)機(jī)器輔助教學(xué)的發(fā)展歷程

“機(jī)器”一般指由各種零件組成、用以完成既定任務(wù)或產(chǎn)生有用功的裝置(《當(dāng)代漢語(yǔ)詞典》編委會(huì)，2001)。教育工作者使用機(jī)器輔助教學(xué)的探索從未停止。機(jī)器輔助教學(xué)最早可追溯到20世紀(jì)20年代美國(guó)心理學(xué)家普萊西(Pressey，1927)設(shè)計(jì)的第一臺(tái)教學(xué)機(jī)器，學(xué)生通過(guò)操作機(jī)器選擇答案，機(jī)器根據(jù)學(xué)生回答正確與否，決定是否進(jìn)入下一問(wèn)題和統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤次數(shù)。1958年，哈佛大學(xué)教授斯金納(Skinner，1958)提出通過(guò)程序教學(xué)和教學(xué)機(jī)器變革傳統(tǒng)教學(xué)模式。這一倡議掀起了美國(guó)中小學(xué)教學(xué)改革的熱潮，其理論成果被應(yīng)用于軍事訓(xùn)練并取得了良好效果。20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)支持的教學(xué)機(jī)器可實(shí)現(xiàn)多媒體通信、終端內(nèi)容呈現(xiàn)和教師課堂講授的有機(jī)結(jié)合，不僅能提供系統(tǒng)的課程學(xué)習(xí)內(nèi)容及相應(yīng)的練習(xí)和測(cè)試題目，還能為學(xué)習(xí)者提供個(gè)別指導(dǎo)、對(duì)話(huà)咨詢(xún)等支持(張劍平等，2008)。得益于計(jì)算機(jī)性能和算法的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)逐步脫離強(qiáng)調(diào)知識(shí)呈現(xiàn)和內(nèi)容傳遞，開(kāi)始向模擬人類(lèi)教師和增強(qiáng)課堂交互體驗(yàn)等更智能的方向發(fā)展(劉清堂，毛剛等，2016)。20世紀(jì)80年代初期出現(xiàn)的智能導(dǎo)師系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)模仿人類(lèi)教師，實(shí)現(xiàn)了記錄學(xué)習(xí)過(guò)程、制定個(gè)性方案、提供問(wèn)題求解和即時(shí)反饋等功能。90年代后，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體和人工智能技術(shù)的支持下，生成式教學(xué)內(nèi)容、動(dòng)態(tài)教學(xué)策略、智能化教學(xué)環(huán)境成為機(jī)器輔助教學(xué)的主要特征(劉清堂等，2016)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，基于互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和新一代人工智能技術(shù)的機(jī)器輔助教學(xué)具備更強(qiáng)大的類(lèi)腦智能，在情境理解、智能導(dǎo)學(xué)、群體組織和成效評(píng)測(cè)等方面具有以往機(jī)器難以實(shí)現(xiàn)的功能。該階段的教學(xué)機(jī)器能夠理解學(xué)生的行為、意圖、表情和認(rèn)知狀態(tài)，并像人類(lèi)教師一樣幫助學(xué)生規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑、推薦學(xué)習(xí)資源和提供必要的情感交互。

回顧機(jī)器輔助教學(xué)發(fā)展歷程可知，教學(xué)機(jī)器本質(zhì)上是被用來(lái)解放教師時(shí)間、提高教學(xué)效率、促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的方法和工具。技術(shù)變革促進(jìn)了機(jī)器模擬人類(lèi)感覺(jué)、記憶、推理等能力的提升，強(qiáng)大的智能機(jī)器將協(xié)助教師開(kāi)展各種教學(xué)活動(dòng)。

(二)人工智能時(shí)代機(jī)器輔助教學(xué)的內(nèi)涵

人工智能時(shí)代機(jī)器輔助教學(xué)的重點(diǎn)在于依托教育大數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)分析、人機(jī)交互以及人工智能等技術(shù)，開(kāi)展有利于教師提高教育質(zhì)量的活動(dòng)與實(shí)踐。技術(shù)不斷演進(jìn)也推動(dòng)著機(jī)器輔助教學(xué)內(nèi)涵的豐富。

1.助力機(jī)器智能與人類(lèi)智慧的共同提升

人工智能時(shí)代機(jī)器輔助教學(xué)的關(guān)鍵在于技術(shù)層面建構(gòu)更加人性化、靈活高效且具有持續(xù)進(jìn)化能力的機(jī)器智能，并通過(guò)機(jī)器智能賦能教師和學(xué)習(xí)者智慧的共同提升。在未來(lái)的教學(xué)情境中，人機(jī)共生與演化將成為人工智能與教育結(jié)合的必然趨勢(shì)，教學(xué)機(jī)器的智能化演進(jìn)必將促進(jìn)人類(lèi)對(duì)自然和人類(lèi)本身的再認(rèn)知。隨著教師與教師、教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間信息傳輸、交互和知識(shí)共享的深入發(fā)展，海量的知識(shí)、行為數(shù)據(jù)、教學(xué)任務(wù)與案例等散布于無(wú)邊界的智慧共享體系中，并將成為教學(xué)機(jī)器不斷智能化演進(jìn)的原始驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)，高智能教學(xué)機(jī)器不斷更新人類(lèi)智慧的集成積累，利用集成智慧和大數(shù)據(jù)突破人類(lèi)思維的盲區(qū)，生成大量難以通過(guò)常規(guī)方式挖掘的新知識(shí)，并將其提供給教師與學(xué)生，不斷突破現(xiàn)有的認(rèn)知極限。教學(xué)機(jī)器也會(huì)利用信息存儲(chǔ)能力強(qiáng)化他們的記憶深度與廣度，借助人機(jī)對(duì)話(huà)提高師生互動(dòng)的技術(shù)與藝術(shù)，提供決策支持，改善教師教學(xué)管理的效率與效果，全方位地拓展師生智慧與能力的邊界。

2.打破教育主客體二元論

在人工智能時(shí)代，技術(shù)進(jìn)步改變了機(jī)器的傳統(tǒng)內(nèi)涵，尤其是機(jī)器輔助教學(xué)的自主意識(shí)喚起使得人類(lèi)教師的中心地位將被撼動(dòng)，主客二元的思維方法將被打破和顛覆(劉復(fù)興，2019)。首先，以教學(xué)機(jī)器為支撐的機(jī)器輔助教學(xué)已成為教育教學(xué)的關(guān)鍵組成部分，幾乎全方位地滲透于教學(xué)過(guò)程。智能機(jī)器通過(guò)經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)與教師反饋數(shù)據(jù)越來(lái)越具有人的特質(zhì)，教師與機(jī)器在教學(xué)過(guò)程中將互為主體和互為客體，兩者和諧共生，協(xié)同進(jìn)化。其次，人工智能時(shí)代機(jī)器輔助教學(xué)保留了資源載體和計(jì)算工具的屬性，但隨著智能水平的提高，機(jī)器也隨之轉(zhuǎn)變?yōu)槭┙陶撸ぞ邔傩詼p弱，主體性成分加強(qiáng)。機(jī)器會(huì)代替人類(lèi)教師履行大部分工作，學(xué)生也將難以感受到真實(shí)教師和機(jī)器教師之間的差別。再次，技術(shù)創(chuàng)新加快人機(jī)融合速度。在腦機(jī)接口、腦電帽等可穿戴設(shè)備的支持下，智能教育機(jī)器甚至能與人融為一體，產(chǎn)生人機(jī)結(jié)合體。人機(jī)溝通愈加順暢，機(jī)器能給予人以計(jì)算、記憶等支持，使人類(lèi)達(dá)到以往無(wú)法達(dá)到的思維與行動(dòng)能力。由此，人與機(jī)器之間主客體界限愈加模糊，將打破傳統(tǒng)二元論甚至合為一體。

3.促進(jìn)師—機(jī)—生多主體協(xié)同與共融

人工智能時(shí)代的機(jī)器輔助教學(xué)致力于構(gòu)建教師、機(jī)器、學(xué)生相結(jié)合的范式，強(qiáng)調(diào)師—機(jī)—生彼此間的協(xié)同與進(jìn)化，促進(jìn)人機(jī)共融、教學(xué)相長(zhǎng)。人類(lèi)教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富，這對(duì)課堂教學(xué)、組織管理和問(wèn)題解決起關(guān)鍵作用。同時(shí)，人的抽象思維、邏輯推理和學(xué)習(xí)等高級(jí)屬性，有較強(qiáng)的教學(xué)場(chǎng)景適應(yīng)性和應(yīng)變性，有助于開(kāi)展教學(xué)交互，提升教學(xué)效果。相比之下，人腦提取、計(jì)算和處理信息的速率不高且容易出現(xiàn)偏差。智能機(jī)器海量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算、搜索等特點(diǎn)，可幫助教師快速處理數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，代替他們完成大量繁復(fù)工作。學(xué)生使用智能教學(xué)機(jī)器開(kāi)展學(xué)習(xí)可獲得精準(zhǔn)的個(gè)性化服務(wù)，學(xué)生反饋數(shù)據(jù)也可為增強(qiáng)機(jī)器輔助能力提供支持。人工智能時(shí)代的機(jī)器輔助教學(xué)將師—機(jī)—生三者優(yōu)勢(shì)結(jié)合，人類(lèi)智能將與擁有理解和表達(dá)能力的智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)社會(huì)化協(xié)同，實(shí)現(xiàn)雙主體、互適應(yīng)、螺旋式的共同進(jìn)化(余勝泉等，2019)，教育方式也可能發(fā)生質(zhì)的變化。

三、向度模型構(gòu)建范式

模型可構(gòu)筑連接理論與實(shí)踐的橋梁。機(jī)器輔助教學(xué)能力向度模型從復(fù)雜的智能教學(xué)機(jī)器應(yīng)用過(guò)程提取測(cè)評(píng)指標(biāo)等因素，并予以定量刻畫(huà)，從而將各種復(fù)雜對(duì)象簡(jiǎn)單化，用以解決能力評(píng)測(cè)等實(shí)際問(wèn)題(范涌峰等，2019)，這也是向度研究的關(guān)鍵。向度模型構(gòu)建范式是關(guān)于機(jī)器輔助教學(xué)能力向度模型的一整套規(guī)范，也是構(gòu)建向度模型的方法論基礎(chǔ)，內(nèi)容包括：確定向度模型構(gòu)建的價(jià)值取向、明確機(jī)器輔助教學(xué)的系統(tǒng)框架與要素、構(gòu)建機(jī)器輔助教學(xué)能力的向度模型、驗(yàn)證與評(píng)價(jià)機(jī)器輔助教學(xué)能力向度模型。

(一)確定向度模型構(gòu)建的價(jià)值取向

價(jià)值取向貫穿模型構(gòu)建的整個(gè)過(guò)程。如果沒(méi)有厘清價(jià)值取向，任何評(píng)測(cè)模型最終有可能淪為冰冷和無(wú)效的工具(范涌峰等，2018)。綜合來(lái)看，機(jī)器輔助教學(xué)能力向度模型的構(gòu)建要遵循三方面價(jià)值取向：一是打造包容、公平、適切的教學(xué)機(jī)器。我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平和教育資源不均衡對(duì)智能教學(xué)機(jī)器的應(yīng)用與發(fā)展有直接影響，尤其是中西部地區(qū)教育發(fā)展相對(duì)滯后，大范圍差異依然存在(陳純槿等，2018)。另外，教師信息素養(yǎng)、學(xué)生先前知識(shí)與能力及文化背景各有差異，均對(duì)機(jī)器輔助教學(xué)的規(guī)?；瘧?yīng)用與實(shí)施帶來(lái)挑戰(zhàn)。機(jī)器輔助教學(xué)應(yīng)兼顧差異和公平，形成全納或跨文化、跨區(qū)域、包容的價(jià)值導(dǎo)向，打造通用性強(qiáng)、適應(yīng)性高、魯棒性好的智能教學(xué)機(jī)器。因此，向度模型應(yīng)容納教學(xué)主體的差異，促進(jìn)不同主體協(xié)同參與，滿(mǎn)足不同智能化教學(xué)需求。二是服務(wù)于差異化教學(xué)實(shí)踐。差異化教學(xué)是教育者積極為學(xué)生的差異而規(guī)劃的所有學(xué)生都能最佳學(xué)習(xí)的一種教學(xué)方式(彭紅超等，2019)。為學(xué)生提供差異化的適性服務(wù)一直是我國(guó)教育教學(xué)實(shí)踐的目標(biāo)之一，《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》提出，“探索在信息化條件下實(shí)現(xiàn)差異化教學(xué)”(教育部，2020)。因此，向度模型構(gòu)建要遵循為教學(xué)者和學(xué)習(xí)者服務(wù)的原則，堅(jiān)持以輔助教學(xué)者差異化和精準(zhǔn)化教學(xué)為核心，以建立學(xué)習(xí)者為中心的連接、開(kāi)放、個(gè)性、適切的智能教育體系為目標(biāo)。三是基于科學(xué)理論構(gòu)建支撐模型。機(jī)器輔助教學(xué)仍處于初級(jí)階段，作用于實(shí)際教學(xué)的數(shù)據(jù)規(guī)模有限。因此，模型構(gòu)建需在教育教學(xué)理論基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)實(shí)證分析和科學(xué)論證才能完成向度模型設(shè)計(jì)、向度特征提取與能力評(píng)測(cè)。例如，斯金納(1958)將操作條件反射和積極強(qiáng)化理論成功運(yùn)用于教學(xué)機(jī)器，使機(jī)器輔助教學(xué)獲得社會(huì)認(rèn)可。之后，在認(rèn)知主義和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的賦能下，機(jī)器輔助教學(xué)逐步被應(yīng)用于高級(jí)學(xué)習(xí)任務(wù)，并在促進(jìn)學(xué)習(xí)者高階思維能力發(fā)展等方面發(fā)揮作用(張劍平等，2008)。

(二)明確機(jī)器輔助教學(xué)的系統(tǒng)框架與要素

機(jī)器輔助教學(xué)的內(nèi)涵表明，機(jī)器智能將與人類(lèi)智能共同成為認(rèn)知主體。隨著這類(lèi)智能的自我意識(shí)和自我進(jìn)化能力的增強(qiáng)，現(xiàn)代科學(xué)所倡導(dǎo)的主客二分、人與非人的二元論將被打破，師—生二元結(jié)構(gòu)也將被拓展為師—機(jī)—生三元結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性與適應(yīng)性，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜教育場(chǎng)景中信息的傳遞與反饋，形成以教育目標(biāo)為引導(dǎo)的復(fù)合教育主體內(nèi)部信息互聯(lián)與意志的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。因此，機(jī)器輔助教學(xué)系統(tǒng)不再是僅具有助教和導(dǎo)學(xué)功能的智能教學(xué)機(jī)器，同時(shí)也是教育實(shí)踐中介，可構(gòu)筑起包含教師和學(xué)生在內(nèi)的復(fù)合系統(tǒng)框架，支持三者通過(guò)多層級(jí)自然交互促進(jìn)人機(jī)共融、教學(xué)相長(zhǎng)和學(xué)生發(fā)展的提質(zhì)增效。但對(duì)機(jī)器輔助教學(xué)能力向度的研究，不僅要從外部框架入手，還要抓住根本從內(nèi)部著力，剖析機(jī)器輔助教學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)在要素(烏杰，1997)。機(jī)器輔助教學(xué)試圖從認(rèn)識(shí)論和方法論維度重塑教學(xué)方式，其核心任務(wù)是基于系統(tǒng)框架，實(shí)現(xiàn)“教育主體”的理解、“教育場(chǎng)景”的感知、“教育資源”的定制，以及“數(shù)據(jù)”支持。其中，教育主體包括教師、學(xué)生和機(jī)器，是機(jī)器輔助教學(xué)系統(tǒng)的重要成分，也是內(nèi)部信息流的產(chǎn)生者與傳遞者；教育場(chǎng)景是開(kāi)展教育活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，包括物理、虛擬或混合式教育環(huán)境，增加教育場(chǎng)景感知和計(jì)算有助于發(fā)現(xiàn)場(chǎng)景對(duì)主體的促進(jìn)與影響作用；教育資源的能動(dòng)性是機(jī)器輔助教學(xué)的研究重點(diǎn)，資源服務(wù)于學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)，需根據(jù)主體特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)演化和優(yōu)化適配；數(shù)據(jù)是記錄教育教學(xué)各環(huán)節(jié)行為信息的重要載體，推動(dòng)系統(tǒng)高效協(xié)同發(fā)展。它們?cè)诮鈽?gòu)機(jī)器輔助教學(xué)系統(tǒng)的同時(shí)，又能與師—機(jī)—生三元復(fù)合主體產(chǎn)生互動(dòng)，并與教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)過(guò)程、教學(xué)效果等動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)。因此，我們有理由將“教育主體”“教育場(chǎng)景”“教育資源”和“數(shù)據(jù)”作為支撐機(jī)器輔助教學(xué)系統(tǒng)的要素承載，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器輔助教學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)域研究對(duì)象的抽象化與可重現(xiàn)性。

(三)構(gòu)建機(jī)器輔助教學(xué)能力的向度模型

機(jī)器輔助教學(xué)的系統(tǒng)框架與要素為構(gòu)建向度模型提供了外部支撐和內(nèi)部協(xié)調(diào)，研究者應(yīng)注意向度模型的構(gòu)建指向能力評(píng)測(cè)，以驗(yàn)證機(jī)器輔助教學(xué)對(duì)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成與促進(jìn)作用。機(jī)器輔助教學(xué)系統(tǒng)的關(guān)鍵作用在于幫助教師將教學(xué)活動(dòng)由“教育工廠(chǎng)”向“學(xué)習(xí)村落”的轉(zhuǎn)變，智能教學(xué)機(jī)器可輔助教師向?qū)W生推送適配的學(xué)習(xí)資源，提供精準(zhǔn)學(xué)習(xí)支持，逐漸從“統(tǒng)一的教”轉(zhuǎn)向“個(gè)性的學(xué)”，利用數(shù)據(jù)和算法的力量服務(wù)全體師生(曹培杰，2018)。本研究通過(guò)剖析機(jī)器輔助教學(xué)系統(tǒng)與教學(xué)活動(dòng)系統(tǒng)的內(nèi)在邏輯，對(duì)能力向度進(jìn)行理論解構(gòu)，形成構(gòu)建機(jī)器輔助教學(xué)能力向度模型的基本思路：

一是探析機(jī)器輔助教學(xué)的實(shí)踐樣式與能力向度范疇。人類(lèi)教師的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)結(jié)構(gòu)由“應(yīng)知”的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、“會(huì)做”的專(zhuān)業(yè)實(shí)踐、“愿持”的專(zhuān)業(yè)品質(zhì)構(gòu)成(黃彬，2017)，我們也希望機(jī)器在教學(xué)實(shí)踐中能夠達(dá)成該素養(yǎng)結(jié)構(gòu)的完整映射。隨著技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器輔助教學(xué)的實(shí)踐樣式變得更加多樣。例如，虛擬寫(xiě)作導(dǎo)師通過(guò)定義規(guī)則和內(nèi)部計(jì)算對(duì)作文自動(dòng)打分，并從語(yǔ)法、詞匯、拼寫(xiě)等方面發(fā)現(xiàn)學(xué)生的寫(xiě)作問(wèn)題并給出修改建議(Walker，2020)；柏林應(yīng)用技術(shù)大學(xué)的學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)使用可穿戴學(xué)習(xí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)器非侵入獲取學(xué)生的生理信號(hào)，可快速、實(shí)時(shí)地感知學(xué)生生理與情緒狀態(tài)，以便教師與家長(zhǎng)及時(shí)作出干預(yù)(Fortenbacher et al.，2017)；“AI好教師”在關(guān)注學(xué)生如何學(xué)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化資源推薦、路徑規(guī)劃等教學(xué)交互，幫助學(xué)生全面提升成績(jī)與素養(yǎng)(余勝泉等，2019)；加州大學(xué)兒童社交機(jī)器人(RUBI)能根據(jù)兒童行為呈現(xiàn)哭、笑、沉默等表情，從而在情感交互層面起到獨(dú)特教育作用(謝諾夫斯基，2019)；內(nèi)容技術(shù)公司(Content Technologies Inc.，2020)研發(fā)的智能內(nèi)容服務(wù)軟件“Cram101”使用深度學(xué)習(xí)技術(shù)將教科書(shū)分解為“智能”學(xué)習(xí)指南，包括章節(jié)摘要、判斷題、多選題等。該公司研發(fā)的算法可使教學(xué)機(jī)器更加智能，能創(chuàng)建增強(qiáng)型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行獨(dú)立學(xué)習(xí)和演進(jìn)，具有一定的進(jìn)化能力。當(dāng)然，要提煉出有效且關(guān)鍵的機(jī)器輔助教學(xué)能力向度，研究者應(yīng)從把握全局、全貌、調(diào)研大量教學(xué)機(jī)器入手，分析、歸納智能教學(xué)機(jī)器的共性特征。這些特征表現(xiàn)為智能教學(xué)機(jī)器利用規(guī)則、算力、情景模板和素材批閱試卷和生成試題；借助智能傳感器和學(xué)習(xí)分析工具有效拓展教師與家長(zhǎng)感知范圍，幫助他們及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱含問(wèn)題；利用自然交互手段開(kāi)展知識(shí)與情感溝通，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)；作為精準(zhǔn)教研伙伴，協(xié)助教師發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與互助改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)師—機(jī)—生協(xié)同與智慧提升(余勝泉，2018)。結(jié)合機(jī)器輔助教學(xué)的實(shí)踐樣式、內(nèi)在機(jī)理及共性特征，本研究將能力向度范疇分解為計(jì)算、感知、交互、協(xié)同、進(jìn)化五個(gè)向度，機(jī)器輔助教學(xué)能力評(píng)測(cè)可細(xì)化為對(duì)五個(gè)向度單元的考查。

二是剖析機(jī)器輔助教學(xué)能力的向度構(gòu)成及邏輯結(jié)構(gòu)。全面剖析機(jī)器輔助教學(xué)各能力向度的構(gòu)成是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)的工作，應(yīng)用場(chǎng)景和實(shí)施任務(wù)的不同決定智能教學(xué)機(jī)器在各向度構(gòu)成上存在差異，解析能力向度構(gòu)成也需要融合人機(jī)優(yōu)勢(shì)并結(jié)合算法實(shí)現(xiàn)。與機(jī)器相比，人類(lèi)具有較強(qiáng)的非結(jié)構(gòu)化信息處理和自主學(xué)習(xí)能力，能根據(jù)長(zhǎng)期積累的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)各個(gè)向度凝練外顯、合理的“粗粒度”指標(biāo)。機(jī)器在特征抽取方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，能從海量數(shù)據(jù)中挖掘關(guān)聯(lián)信息，在人類(lèi)制定的粗粒度指標(biāo)基礎(chǔ)上，采用主動(dòng)學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等方法生成內(nèi)隱的“細(xì)粒度”指標(biāo)?；诖耍髂芰ο蚨韧ㄟ^(guò)機(jī)器輔助教學(xué)系統(tǒng)全過(guò)程數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，粗細(xì)粒度不斷迭代，最終形成有利于機(jī)器計(jì)算、測(cè)量和解讀的指標(biāo)集。以感知向度為例，研究者可將粗粒度指標(biāo)初步設(shè)定為對(duì)學(xué)習(xí)場(chǎng)景、學(xué)習(xí)主體狀態(tài)等方面的感知，并結(jié)合具體情境抽取融合人、機(jī)等要素的細(xì)粒度指標(biāo)。其中，學(xué)習(xí)場(chǎng)景包括對(duì)溫度、濕度、光線(xiàn)、聲音、空氣質(zhì)量等環(huán)境狀態(tài)以及討論、面授、探究等不同教學(xué)活動(dòng)和組織形態(tài)的感知與監(jiān)測(cè)；學(xué)習(xí)主體狀態(tài)細(xì)粒度指標(biāo)可分為對(duì)個(gè)體的姿態(tài)、動(dòng)作、情緒、認(rèn)知、生理等特征的感知。此外，任何向度都潛含著對(duì)教學(xué)功能的支持，只有根植于現(xiàn)實(shí)的教學(xué)實(shí)踐，才能體現(xiàn)其真正的意義與價(jià)值。從機(jī)械的視角看，機(jī)器輔助教學(xué)能力的五個(gè)向度各有區(qū)別，具有不同的教學(xué)任務(wù)層級(jí)。計(jì)算向度提供算法、算力與規(guī)則，指向教師所面臨的繁難任務(wù)和大量信息處理的困境；感知向度識(shí)別物理情境，協(xié)助教師解決大規(guī)模個(gè)性化教學(xué)過(guò)程中難以感知個(gè)體顯性或隱性特征等窘迫；交互向度加強(qiáng)人機(jī)溝通，傳遞個(gè)性化資源內(nèi)容與人文情感關(guān)懷；協(xié)同向度混合人機(jī)智能，優(yōu)化教師與機(jī)器之間的分工協(xié)作；進(jìn)化向度綜合教學(xué)全過(guò)程數(shù)據(jù)，促進(jìn)人機(jī)教學(xué)智慧持續(xù)發(fā)展。從辨證的視角看，各個(gè)向度之間不是彼此孤立、非此即彼的，而是相互關(guān)聯(lián)、共同支撐教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的順利開(kāi)展。計(jì)算和感知向度混合發(fā)力，滿(mǎn)足教學(xué)的低階任務(wù)需求，拓寬人類(lèi)教師生理限界。計(jì)算和感知向度產(chǎn)生的信息流經(jīng)過(guò)特征處理，能為交互、協(xié)同向度提供支持，滿(mǎn)足教學(xué)任務(wù)高階需求。最終，全階段信息流匯總到進(jìn)化向度。進(jìn)化向度綜合全過(guò)程信息，利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)等技術(shù)手段，提升機(jī)器智能并促進(jìn)人類(lèi)智慧的解蔽與進(jìn)化，進(jìn)而促進(jìn)其他向度能力的提升，構(gòu)成適應(yīng)性閉環(huán)反饋系統(tǒng)。

圖1 人工智能時(shí)代機(jī)器輔助教學(xué)能力向度模型

三是理清機(jī)器輔助教學(xué)能力向度的要素承載。系統(tǒng)論認(rèn)為，關(guān)鍵要素的功能及變化對(duì)系統(tǒng)的功能起決定作用。機(jī)器輔助教學(xué)在五個(gè)能力向度上正常運(yùn)行，也離不開(kāi)系統(tǒng)要素(教育主體、教育場(chǎng)景、教育資源、數(shù)據(jù))的承載。首先，教育主體是機(jī)器輔助教學(xué)能力向度的實(shí)踐者，可結(jié)合教學(xué)目的和任務(wù)對(duì)各種能力向度進(jìn)行合理組織、規(guī)劃和使用，使得教學(xué)活動(dòng)有效開(kāi)展。其次，教育資源(知識(shí)資源、技術(shù)資源和活動(dòng)資源)充當(dāng)了教育主體與教學(xué)機(jī)器信息交互的重要中介。另外，在計(jì)算和感知的基礎(chǔ)上，教學(xué)機(jī)器可利用交互與協(xié)同能力向度有效調(diào)動(dòng)各類(lèi)資源，在服務(wù)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的同時(shí)，也有助于教師的差異化教及機(jī)器的演化再生。教育場(chǎng)景是借助機(jī)器輔助教學(xué)開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)所必須的依存環(huán)境，各個(gè)能力向度要依據(jù)具體場(chǎng)景和教育實(shí)踐活動(dòng)有序進(jìn)行，在教學(xué)效果和機(jī)器效能上充分協(xié)調(diào)。同時(shí)，在機(jī)器輔助教學(xué)能力向度應(yīng)用到教學(xué)活動(dòng)時(shí)，各個(gè)部分都產(chǎn)生了大量信息流，數(shù)據(jù)就成為記錄這些信息流的重要載體，推動(dòng)教學(xué)過(guò)程的高效協(xié)同發(fā)展。結(jié)合模型構(gòu)建思路，研究者需慎重考慮機(jī)器輔助教學(xué)能力向度邏輯結(jié)構(gòu)，把握系統(tǒng)要素與向度之間的內(nèi)在理路。最終，機(jī)器輔助教學(xué)能力向度模型得以完成(見(jiàn)圖1)。在該模型中，教育場(chǎng)景為其他要素和機(jī)器輔助教學(xué)能力向度提供外部依托。以教育資源為中介，教育主體與機(jī)器輔助教學(xué)能力向度閉環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生交互。智能教學(xué)機(jī)器在服務(wù)師生的過(guò)程中，因應(yīng)不同教學(xué)對(duì)象的需求，產(chǎn)生各種交互信息流。所有信息流均要服從特定的教育教學(xué)目標(biāo)，并利用數(shù)據(jù)這一核心要素進(jìn)行表征，最后通過(guò)特定方法對(duì)不同問(wèn)題場(chǎng)域進(jìn)行分析和解構(gòu)。由此可見(jiàn)，數(shù)據(jù)對(duì)向度模型刻畫(huà)的核心價(jià)值，在于對(duì)其他要素具有乘數(shù)效應(yīng)，可凸顯教育主體、資源和場(chǎng)景等要素在復(fù)雜交互信息流中產(chǎn)生的價(jià)值、意蘊(yùn)和規(guī)律。

(四)驗(yàn)證與評(píng)價(jià)機(jī)器輔助教學(xué)能力向度模型

向度模型是表征機(jī)器輔助教學(xué)能力的重要結(jié)構(gòu)，同時(shí)也是教學(xué)機(jī)器參與智能化教學(xué)實(shí)踐的目標(biāo)導(dǎo)向和設(shè)計(jì)依據(jù)。機(jī)器輔助教學(xué)能力向度模型的驗(yàn)證與評(píng)價(jià)是收集各種證據(jù)，以證明模型有效性的過(guò)程，這些證據(jù)通常來(lái)自智能教學(xué)機(jī)器在應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生的全過(guò)程交互數(shù)據(jù)信息流、結(jié)構(gòu)化證據(jù)鏈及實(shí)踐效果。首先，人工智能時(shí)代機(jī)器輔助教學(xué)能力向度模型的驗(yàn)證必然要回歸到數(shù)據(jù)本身，數(shù)據(jù)信息流的指向在該過(guò)程中起到關(guān)鍵作用。在特定工具支持下對(duì)信息流活動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析，可全方位、周期性地剖析能力向度內(nèi)在邏輯，為理論建構(gòu)的科學(xué)性增強(qiáng)數(shù)據(jù)解釋。其次，對(duì)機(jī)器輔助教學(xué)能力向度模型的評(píng)價(jià)不僅需要信息流等客觀(guān)數(shù)據(jù)，更需要與專(zhuān)家評(píng)價(jià)等主觀(guān)數(shù)據(jù)深度融合以形成結(jié)構(gòu)化證據(jù)鏈。結(jié)構(gòu)化證據(jù)鏈包含大量的證據(jù)序列，由學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)信息流和專(zhuān)家評(píng)價(jià)共同驅(qū)動(dòng)，具有邏輯性、靈活性與可回溯等特征，充分體現(xiàn)了模型評(píng)價(jià)的公平性。另外，實(shí)踐效果主要體現(xiàn)在機(jī)器輔助教學(xué)系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中各向度能力能否滿(mǎn)足實(shí)際教育需求，例如，計(jì)算向度表征對(duì)解決教師繁雜教學(xué)任務(wù)的協(xié)助程度，感知向度表征對(duì)外部場(chǎng)景形態(tài)和學(xué)習(xí)者特征的識(shí)別效果，交互向度表征對(duì)學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)與個(gè)性化學(xué)習(xí)的促進(jìn)效果，協(xié)同向度表征對(duì)教師、機(jī)器在教學(xué)設(shè)計(jì)、協(xié)作分工和活動(dòng)部署上的助力程度，進(jìn)化向度表征機(jī)器能否通過(guò)圖靈測(cè)試，乃至機(jī)器進(jìn)化水平對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)中其他向度與教學(xué)參與者本身智慧的促進(jìn)作用。同時(shí)，教學(xué)機(jī)器的可用性、易用性、穩(wěn)定性，以及系統(tǒng)響應(yīng)速度能否持續(xù)處在較高水平等諸多因素也是實(shí)踐效果的重要體現(xiàn)(Jeremic et al.，2009)?？傮w來(lái)看，向度模型的評(píng)價(jià)與驗(yàn)證是項(xiàng)長(zhǎng)期且系統(tǒng)的工程，需要綜合考慮教育現(xiàn)象的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，并融合模型性能檢驗(yàn)、用戶(hù)滿(mǎn)意度調(diào)查和應(yīng)用成效測(cè)試等多種驗(yàn)證方式，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)器輔助教學(xué)自身能力和向度模型存在的問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際情形作出修正。

四、發(fā)展進(jìn)路

雖然向度模型指出了整體前進(jìn)方向，但機(jī)器輔助教學(xué)仍面臨教育倫理、數(shù)據(jù)與理論驅(qū)動(dòng)、人機(jī)協(xié)同共生和數(shù)據(jù)模型可解釋性增強(qiáng)等問(wèn)題。

(一)秉持教育倫理先導(dǎo)

人工智能時(shí)代機(jī)器輔助教學(xué)的創(chuàng)新應(yīng)用在快速推進(jìn)教育服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，也帶來(lái)難以預(yù)測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)和倫理問(wèn)題。例如，當(dāng)機(jī)器輔助教學(xué)具備自我意識(shí)時(shí)，教師主體地位會(huì)發(fā)生怎樣的消解和重構(gòu)？智能教學(xué)機(jī)器能否有意識(shí)地認(rèn)識(shí)或作用于客體，并在教育實(shí)踐中表現(xiàn)出主體性(馮銳等，2020)。具有“感性”特征的智能機(jī)器能否滿(mǎn)足學(xué)生心理和情感需求，它該如何行動(dòng)才符合情感教育規(guī)范。從機(jī)器學(xué)習(xí)角度出發(fā)，機(jī)器輔助教學(xué)依靠訓(xùn)練數(shù)據(jù)生成目標(biāo)系統(tǒng)(何積豐，2019)，若訓(xùn)練樣本大多來(lái)自發(fā)達(dá)地區(qū)的學(xué)生，如何保證輸出結(jié)果不會(huì)出現(xiàn)偏倚和不可信賴(lài)的情況？是否需要對(duì)技術(shù)輸出結(jié)果(資源推薦、路徑規(guī)劃)加強(qiáng)過(guò)程監(jiān)管乃至完善相關(guān)制度(劉三女牙等，2017)？此外，人工智能與大數(shù)據(jù)時(shí)代的隱私保護(hù)問(wèn)題也值得關(guān)注。智能機(jī)器在輔助教師和學(xué)生完成學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)，必然會(huì)采集大量敏感、隱私數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有嚴(yán)格的保障措施，這可能影響學(xué)生的未來(lái)發(fā)展?？梢?jiàn)，構(gòu)建人工智能時(shí)代機(jī)器輔助教學(xué)的倫理框架是當(dāng)前的重要任務(wù)，也是保障機(jī)器輔助教學(xué)和諧發(fā)展的必由之路。

(二)堅(jiān)持?jǐn)?shù)據(jù)與理論雙向驅(qū)動(dòng)

人工智能時(shí)代教育大數(shù)據(jù)成為重要生產(chǎn)力，借助數(shù)據(jù)力量可有效實(shí)現(xiàn)科學(xué)循證決策、推動(dòng)個(gè)性化教與學(xué)、革新傳統(tǒng)教學(xué)模式和學(xué)習(xí)機(jī)制等(但金鳳等，2020)。海量數(shù)據(jù)的出現(xiàn)使許多人認(rèn)為由理論驅(qū)動(dòng)的“假設(shè)—檢驗(yàn)”式教育研究模式正在變得過(guò)時(shí)，他們認(rèn)為僅憑借計(jì)算機(jī)集群和數(shù)據(jù)就能發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)科學(xué)未能尋找到的模式(Anderson，2008)。但事實(shí)證明，這種輕視領(lǐng)域知識(shí)和理論的“唯數(shù)據(jù)論”觀(guān)點(diǎn)是盲目樂(lè)觀(guān)的。正如約翰·斯頓認(rèn)為的，“如果沒(méi)有理論，我們?yōu)槔^續(xù)收集和分析不斷增多的統(tǒng)計(jì)資料所作的努力，可能降為一種‘任意的實(shí)證主義’，只是提供無(wú)意義的事實(shí)和無(wú)重點(diǎn)的指標(biāo)，而且研究所得的結(jié)論，其造成的問(wèn)題可能遠(yuǎn)較所解答的為多?！?Rossi & Gilmartin，1985)機(jī)器輔助教學(xué)的優(yōu)勢(shì)是生產(chǎn)與利用數(shù)據(jù)。然而，如果沒(méi)有教育學(xué)與心理學(xué)等理論的指導(dǎo)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)很可能會(huì)成為無(wú)本之木。因此，機(jī)器輔助教學(xué)發(fā)展應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持理論與數(shù)據(jù)并重，即以教育實(shí)踐問(wèn)題為導(dǎo)向，以領(lǐng)域知識(shí)和理論構(gòu)建為基礎(chǔ)，結(jié)合科學(xué)方式驗(yàn)證理論假設(shè)，為機(jī)器輔助教學(xué)等數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型教學(xué)范式提供安全保障機(jī)制與改進(jìn)路徑，確保其之于教育實(shí)踐的合法性、可靠性、能動(dòng)性、有效性和科學(xué)性。

(三)推動(dòng)人機(jī)協(xié)同并進(jìn)

未來(lái)教育不再是僅有人類(lèi)參與的“獨(dú)角戲”，而是由人和智能教學(xué)機(jī)器一起創(chuàng)造的，人類(lèi)智能和機(jī)器智能的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)與融合共生是繪制未來(lái)美好教育藍(lán)圖的充要條件和強(qiáng)大動(dòng)力。人類(lèi)教師與機(jī)器最初是進(jìn)行基于命令行、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等的簡(jiǎn)單交互，之后手勢(shì)、動(dòng)作、語(yǔ)音、腦機(jī)接口等自然方式為教學(xué)中交互行為的發(fā)生提供了極大便利。先進(jìn)的交互技術(shù)為師生與機(jī)器的全方位協(xié)同創(chuàng)造了基本條件。結(jié)合機(jī)器在計(jì)算、檢索和記憶等方面的優(yōu)勢(shì)，人類(lèi)教師與智能教學(xué)機(jī)器相互輔助、共同促進(jìn)，在減輕教師負(fù)擔(dān)的同時(shí)也致力于提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)。未來(lái)，人類(lèi)與機(jī)器也不再局限于交互與協(xié)同的關(guān)系，而是更高層級(jí)的融合與共生(張學(xué)軍等，2020)。這也意味著人類(lèi)教師、學(xué)生將與機(jī)器共學(xué)、共教與共生。

(四)結(jié)合因果推斷增強(qiáng)數(shù)據(jù)解釋

基于大數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)在解決機(jī)器翻譯、輔助教學(xué)等教育問(wèn)題上取得了進(jìn)展，但幾乎所有模型都是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)或者“黑箱”形式(Pearl，2018)，系統(tǒng)仍缺乏可解釋性和魯棒性，人們難以對(duì)深度學(xué)習(xí)決策過(guò)程進(jìn)行回溯、監(jiān)測(cè)?！昂谙洹蹦Ｐ偷膬?yōu)勢(shì)在于感知、預(yù)測(cè)和分類(lèi)等數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)任務(wù)，卻不能回答因果問(wèn)題，更不能達(dá)到人類(lèi)級(jí)別的智能。因果推斷是解決因果問(wèn)題的邏輯和工具，人們通過(guò)建構(gòu)因果模型，就能找到發(fā)生某個(gè)結(jié)果的具體原因，進(jìn)而采取針對(duì)性措施(朱迪亞·珀?duì)柕龋?019)。在因果推斷的支持下，研究者可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行因果問(wèn)題的模擬，進(jìn)而設(shè)計(jì)強(qiáng)大的自動(dòng)化機(jī)器，在提高模型可解釋性的同時(shí)幫助人們解決現(xiàn)有人工智能難以完成的因果推斷問(wèn)題。具體到教育領(lǐng)域，機(jī)器輔助教學(xué)能力向度評(píng)測(cè)就存在大量難以通過(guò)“黑箱”模型推斷的因果關(guān)系，例如，某項(xiàng)指標(biāo)對(duì)機(jī)器輔助教學(xué)感知能力評(píng)估效果的影響如何？假如增加了幾個(gè)測(cè)評(píng)協(xié)同能力的指標(biāo)，測(cè)評(píng)的準(zhǔn)確率會(huì)提高多少？因此，機(jī)器輔助教學(xué)能力評(píng)測(cè)要重點(diǎn)結(jié)合數(shù)據(jù)科學(xué)與因果科學(xué)，在重視數(shù)據(jù)科學(xué)的指標(biāo)發(fā)現(xiàn)、特征提取能力的同時(shí)，也要結(jié)合因果推斷優(yōu)化指標(biāo)，提高指標(biāo)體系的可解釋性與科學(xué)性，為提升計(jì)算、感知、交互、協(xié)同、進(jìn)化五個(gè)維度的能力評(píng)測(cè)質(zhì)量提供支持。

著名的“喬布斯之問(wèn)”(沃爾特·艾薩克森，2015)也映射出教育信息化發(fā)展中的唯數(shù)量論問(wèn)題，但人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)對(duì)教育的影響，實(shí)質(zhì)上不能以使用的數(shù)量為準(zhǔn)則，而應(yīng)以使用效果為最高標(biāo)準(zhǔn)(李芒等，2017)。機(jī)器輔助教學(xué)能力向度研究注重技術(shù)之于教育效果的評(píng)測(cè)，打破人工智能用于教育的技術(shù)感性層面，將注意力轉(zhuǎn)移到教育問(wèn)題，促進(jìn)了技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，讓技術(shù)更好地推動(dòng)教育進(jìn)步。另外，在科技迅猛發(fā)展的當(dāng)下，廣大師生的教育工具需求與外界技術(shù)支持之間的矛盾逐漸激化，其根本原因在于當(dāng)前的技術(shù)使用沒(méi)有顧及師生的自然需要，導(dǎo)致技術(shù)概念和教育工具的泛濫(李芒等，2020)。機(jī)器輔助教學(xué)能力向度研究可細(xì)化機(jī)器智能等級(jí)，使教育服務(wù)能根據(jù)具體場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)更加精確的供給，促進(jìn)教育工具與資源的合理分配與利用，滿(mǎn)足師生需求。目前，機(jī)器輔助教學(xué)及其能力向度等相關(guān)研究仍存在諸多局限，智能技術(shù)與教育理論的逐步融合將為模型改進(jìn)與評(píng)測(cè)體系的具象化帶來(lái)更多啟示。未來(lái)，研究者需要綜合資源優(yōu)勢(shì)，協(xié)同促進(jìn)機(jī)器輔助教學(xué)及其評(píng)測(cè)的和諧發(fā)展，助力我國(guó)實(shí)現(xiàn)人工智能時(shí)代的教育變革。