美國人工智能與教學有效融合的戰(zhàn)略、應用及對我國的啟示

徐建華　張曉帆

摘? ?要 目前，科學技術迅猛發(fā)展，人工智能成為國際視野的新焦點，人工智能與各行各業(yè)的有機結合為人類社會開辟了新的研究視角和發(fā)展方向。美國人工智能與教學的有機融合一直在全球處于領先地位，其在戰(zhàn)略上的政府主導、學校主體和社會協(xié)同，以及在實際應用中的智能導師、虛擬模擬和數(shù)據(jù)統(tǒng)計等做法都值得我國學習與借鑒。

關鍵詞 人工智能? 教學融合? 戰(zhàn)略? 應用

目前，我國已步入教育改革的新時代，要大力推動教育現(xiàn)代化發(fā)展以及教育強國的建設，就要緊緊抓住人工智能與教學融合的戰(zhàn)略部署，為我國建設創(chuàng)新型國家與科技強國把握新的發(fā)展機遇。人工智能是國際視野的新焦點，美國人工智能與教學的有機融合一直在全球處于領先地位，其在戰(zhàn)略方略與實際應用方面都為我國提供了可資借鑒的經(jīng)驗。

一、美國人工智能與教學有效融合的戰(zhàn)略方略

1.政府主導：整體規(guī)劃教育人工智能戰(zhàn)略

美國為推動教育領域的深刻變革，實現(xiàn)未來人才培養(yǎng)目標，保持其科技大國的領先地位，2009年至2015年，美國聯(lián)邦政府先后修改了三次《美國創(chuàng)新戰(zhàn)略》，2016年起至2018年又頒布了三份有關教育人工智能的國家級報告，戰(zhàn)略與報告中均重點提到教育是人工智能發(fā)展的重要領域，應對其給予高度重視[1];2018年同年，美國國防部和戰(zhàn)略研究所相繼下發(fā)文件，明確指出教育人工智能為美國國防的重要戰(zhàn)略組成部分之一;此外，美國聯(lián)邦教育部還制定了教育技術專項規(guī)劃，持續(xù)推動教育人工智能發(fā)展。從美國多頻次頒布的系列報告與文件中，足以可見美國政府早已將人工智能提到國家發(fā)展戰(zhàn)略的高度，充分肯定了人工智能在教育領域中的地位與價值?！睹绹斯ぶ悄苎邪l(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃》指出，聯(lián)邦政府需大力投資進行教育人工智能研發(fā)，其中包括培養(yǎng)人工智能的技術與應用人才、資助人工智能課程的開設、增設人工智能項目與軟件的研發(fā)和烘托人工智能的輿論氛圍等。在美國聯(lián)邦政府充分肯定教育人工智能價值的背景下，美國各級各類學校開始將人工智能引入教學，從而引領了人工智能技術在學校教學中的廣泛應用。

2.學校主體：貫徹實施教育人工智能課程

早在二十世紀末，人工智能課程就被引進了美國的科學課堂，繼而STEM教育思潮的涌現(xiàn)繼續(xù)推動了人工智能課程的發(fā)展。在美國，中小學人工智能課程大多數(shù)以選修課的形式開設，屬于計算機科學課程的一部分。課程內(nèi)容主要包括使學生初步了解通過計算機傳感器去感知世界，從計算機數(shù)據(jù)中進行學習并且通過數(shù)據(jù)模型進行推理，簡單組成已經(jīng)編寫好的編程程序來操作機器人的動作，以培養(yǎng)學生對于教育人工智能的興趣為主。美國學校根據(jù)學生不同的年齡階段，制定了獨具特色的計算機科學課程的框架，例如：1-6年級的學生，教師引導其認識計算機的重要性，并了解其基本結構;6-9年級的學生，教師引導其將計算機作為解決問題的工具，并將計算機滲透到其他學科中;10-12年級的學生，教師教授計算法則，并將其運用到今后的職業(yè)生涯中。對于未來要從事專業(yè)計算機行業(yè)的學生，教師則教授其專業(yè)的編程語言。美國學校的計算機科學課程按照內(nèi)容難度相互銜接，使學生循序漸進地深化對教育人工智能的了解。

3.社會協(xié)同：鼎力支持教育人工智能發(fā)展

人工智能被列為美國發(fā)展戰(zhàn)略之一，美國政府特別注重發(fā)揮社會各界的優(yōu)勢和積極性，社會各行業(yè)協(xié)會、培訓機構以及科技巨頭等均紛紛投資，鼎力推動教育人工智能的發(fā)展，為美國帶來了巨大的經(jīng)濟與社會效益。美國人工智能發(fā)展協(xié)會積極投資并研發(fā)了教育人工智能項目，對教育人工智能實踐者進行了培訓;出版《人工智能雜志》并開設了許多有關人工智能教育的專題，面向中小學生進行宣傳與講解;協(xié)會還設立人工智能杰出教育家獎，對教育人工智能做出貢獻的人員進行表彰。美國的培訓機構定期會開展以人工智能為主題的活動，例如美國的數(shù)字媒體學院機構或科學機構每年都會組織機器人夏令營活動，來激發(fā)學生對人工智能的興趣，提高學生對人工智能技術的應用能力[2]。同時，美國各大慈善基金會也大力支持并資助教育人工智能的研發(fā)，吸引全球智能領域頂尖的技術人才與應用人才，加強與國際其它投資者、業(yè)界人士的商討與合作。美國希望與其他國家建立人工智能合作伙伴的關系，利用盟友的優(yōu)勢宣傳其人工智能的價值觀，并在國際頂尖人才的幫助下完善教育人工智能機制，提升人工智能的治理水平，促進教育與人工智能融合的發(fā)展。各界鼎力合作是美國教育人工智能發(fā)展不竭的動力之源。

二、美國人工智能與教學有效融合的實際應用

人工智能與教學的融合為教育領域的創(chuàng)新性發(fā)展提供了極大便利，教師與人工智能合力協(xié)作，通過人工智能協(xié)同輔導、虛擬現(xiàn)實情景模擬以及人工智能教育評估等方式，進而培養(yǎng)出符合時代發(fā)展所需的未來人才。

1.智能導師：協(xié)同進行教學輔導

人工智能與教師在日常的教學生活中進行協(xié)同化教學，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，推進美國教育領域的歷史性變革。人工智能不僅能利用其精準性與熟練性的特點進行一些例如批改試卷、修改作業(yè)、評定分數(shù)以及評估課程等繁瑣、耗時的程序性勞動[3]，美國孟菲斯大學人工智能研究團隊還研發(fā)了人工智能產(chǎn)品—“智能導師”。智能導師與傳統(tǒng)形式上的人工智能并不相同，它可以智能地對學生進行分析，促進學生對于知識的領悟，進而協(xié)助教師更好地進行教學。智能導師的編程中儲存了大量的知識庫，可以充分準確地解答學生的問題。同時，智能導師不會直接將答案告訴學生，而是通過不斷地啟發(fā)、循序誘導，最后使學生自己得出問題的答案。智能導師還會從學生的面部表情、語音語調中分析出學生的心理，從而進行更好的教學指導。因為班級額度的原因，教師的精力并不足以做到一對一輔導，但是智能導師能夠協(xié)同教師針對不同的學生，具體分析每個學生的認知程度和思維方式，從而為不同學生量身定制適合其自身個性化發(fā)展的教育內(nèi)容，進行因材施教的教學。智能導師還通過跟蹤學生的學習進度、學習策略，不斷調整學生的學習路徑，從而使其達到更高水平的發(fā)展。

2.虛擬模擬：創(chuàng)設教學情景再現(xiàn)

美國人工智能在教育領域的虛擬模擬技術可以增加教學的直觀性，促進學生對教學情景的領悟，從而提高學習質量與學習效率。人工智能與教學的有機融合，體現(xiàn)在虛擬模擬技術與各個學科相結合，例如虛擬模擬技術與歷史學科結合，使學生置身于歷史場景中，經(jīng)歷無法親臨的場景，生動形象地感受歷史人物與故事的趣味性，獲得主觀真切感受;虛擬模擬技術與物理、化學學科實驗相結合，不僅能夠減少實驗物品的消耗，實現(xiàn)實驗的環(huán)保性、節(jié)能性，同時能夠做一些現(xiàn)實生活中無法完成的實驗，增加實驗的趣味性，減少實驗的危險性，真正做到安全實驗;虛擬模擬技術還用于創(chuàng)設教師、同學等不同的虛擬人物，美國南加州大學的創(chuàng)意技術研究所致力于開發(fā)人機交互的虛擬角色，與學生在教學過程中進行共同探討，他們會從不同的角度提出觀點，啟發(fā)學生新的學習思維，增強教學的互動性及有效性[4]。人工智能的虛擬模擬技術，可以使學生置身于虛擬的現(xiàn)實教學情景中，增強直觀感受，更好地促進其對學習的感知與領悟。

3.數(shù)據(jù)統(tǒng)計：促進教學科學評估

美國教育人工智能系統(tǒng)針對學生進行科學、準確的教育評估。傳統(tǒng)的教育評估可能摻雜個人因素，評估結果有可能存在誤差，而人工智能教育評估采用教育數(shù)據(jù)挖掘及分析系統(tǒng)，能夠保障教育評估的精準性與科學性。智能評估系統(tǒng)為每位學生單獨建立一個數(shù)據(jù)信息資源庫，數(shù)據(jù)信息資源庫具有實時更新、不可篡改以及隨時驗證等特點。2017年，麻省理工學院推出數(shù)字證書，學生可以自己對教育數(shù)據(jù)進行管理，了解數(shù)據(jù)的生成過程，保障數(shù)據(jù)的真實性，也可提出自己的觀點與反思，成為自身數(shù)據(jù)信息資源庫的主管者[5]。聯(lián)邦教育部積極響應政府號召，大力研發(fā)智能評估工具，采用標準化的智能測試，能夠更加準確地了解學生的學習水平以及發(fā)展能力，進而改進對學生的教學方法，使其更有效率地進行學習。人工智能與教育評估相結合是未來教育的必然發(fā)展趨勢，對于學生的評估將更加具有科學性與精準性。

三、美國人工智能與教學有效融合對我國的啟示借鑒

縱觀美國教育領域人工智能與教學融合所取得的豐碩成果，可以清晰地看到，美國各界都高度重視教育人工智能發(fā)展戰(zhàn)略，充分肯定了未來教育中人工智能的地位與價值，為我國新時期人工智能與教學的有效融合提供了可資借鑒的經(jīng)驗。

1.加強戰(zhàn)略設計，健全人工智能與教學融合的體制機制

目前，我國正處于新時代的坐標下，應立足于我國國情，以開放的姿態(tài)面向當今世界，向世界人工智能發(fā)達的先進國家學習與借鑒。其中，加大對教育人工智能的資本投資以及政策建設是大力加強戰(zhàn)略設計的首要任務，應做到以下五點：第一，在研發(fā)領域，將人工智能技術的開發(fā)與應用作為資金投入的重點，加強我國人工智能發(fā)展的基礎保障;第二，在政策方面，應加快落實《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，全面提升經(jīng)濟社會發(fā)展以及教育智能化水平，加快建設創(chuàng)新型國家以及世界科技強國;第三，在資源配置方面，盡快縮小城鄉(xiāng)發(fā)展差距，使教育資源均衡化發(fā)展，人工智能與教學的融合得到普及;第四，在人力資本培養(yǎng)方面，加大資本投入并設置教育人工智能獎項，全面提升教師的信息化素養(yǎng)，使人工智能協(xié)作教師貫穿于教學的始終;第五，在國際合作方面，與世界人工智能發(fā)達國家的頂尖人才進行交流合作，吸取高端人才的成功經(jīng)驗，為我國未來教育中人工智能的發(fā)展提供智力支持。

2.推進智能課程，全面提升教師與學生的信息化素養(yǎng)

當前，我國人工智能課程還處于探索階段，師資培養(yǎng)體系尚未完善，人工智能理念還未深入人心等問題。因此，要加快推進人工智能與教學的有效融合，需要學習和借鑒美國在各級學校的成功經(jīng)驗。首先，在基礎教育中開設人工智能課程。設置人工智能教育的課程標準，根據(jù)學生年齡階段定制不同的人工智能課程教授內(nèi)容，提供相互銜接的人工智能課程體系，吸引學生對人工智能課程及計算思維的興趣，培養(yǎng)學生的信息化素養(yǎng);其次，完善人工智能課程的軟硬件設施與資源。學校應加大教育經(jīng)費的投入，加強對教師進行人工智能課程的進修及培訓，積極尋求與高等院校的合作，借助高校的智能資源進行課程的推進，不斷提升教師的信息化水平;最后，將人工智能與學科課程相融合。人工智能與教學的有效融合要貫穿于基礎教育的各個學科，在開拓學生視野的同時，提升其運用人工智能技術為實際生活服務的本領。只有加快推進中小學智能課程建設，提高教師以及學生的信息化素養(yǎng)，才能使我國人工智能與教學的有效融合得到飛速進展。

3.加快技術開發(fā)，積極探索人工智能與教學融合的新模式

我國應加快教育領域內(nèi)人工智能技術的開發(fā)，采用人機協(xié)作的方式推動教育變革，積極探索人工智能與教學有效融合的新模式。首先，利用人工智能輔助教師教學，幫助教師處理繁瑣、復雜的程序性勞動，減輕教師的日常工作負擔;其次，利用人工智能的導學系統(tǒng)對學生學習能力進行測評及數(shù)據(jù)分析，幫助學生量身定制學習計劃與學習策略，學生通過線上教學、智能機器人教學，實現(xiàn)個性化自主學習，將學習的主動權移交給學生，使學生的角色發(fā)生轉化，幫助學生有針對性的進行學習并及時反饋;再次，利用人工智能技術可以模擬虛擬的教學情景，使學生能夠感同身受地領悟立體化教學，并通過虛擬的教師，與學生進行交流與探討，促進學生對教學內(nèi)容的深入理解;最后，利用人工智能技術對數(shù)據(jù)進行整合與分析，能夠對學生、教師、課堂進行科學的評析，增強評析的客觀性與準確度。

目前，我國正處于新時代教育改革的浪潮中，人工智能與教學的融合是教育發(fā)展的必然趨勢。我國要加強頂層戰(zhàn)略設計，建立健全人工智能與教學融合的體制機制，推進智能課程的落實，全面提升教師與學生的信息化素養(yǎng)，加快智能技術的開發(fā)，積極探索人工智能與教學有效融合的新模式，全面提升我國教育信息化水平，為成功建設科技強國與創(chuàng)新型國家做好完滿準備。

參考文獻

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[4] USC Institute for Creative Technologies.ICT Overview[EB/OL]. （2018-04-11）[2020-04-19].https：//ict.usc.edu/about/.

[5] 王樹濤，陳瑤瑤.美國教育人工智能的戰(zhàn)略、應用與發(fā)展策略[J].當代教育與文化，2020，12（05）：17-25.

[作者：徐建華（1968-），女，黑龍江哈爾濱人，黑龍江大學教育科學研究院教授，博士，碩士生導師;張曉帆（1996-），女，黑龍江齊齊哈爾人，黑龍江大學教育科學研究院。]

【責任編輯】

*該文為全國教育科學規(guī)劃教育部重點項目“教育供給側視域下我國高等教育結構研究”（課題編號：DIA180390）的階段性成果之一