人工智能在特殊教育中的應(yīng)用研究

蔣小艷,戴 玥,崔 燕

(南京特殊教育師范學(xué)院,江蘇 南京 210038)

0 引言

21世紀(jì)初,隨著大數(shù)據(jù)、高性能計(jì)算和深度學(xué)習(xí)技術(shù)的快速發(fā)展,人工智能(Artificial Intelligence,AI)進(jìn)入新一輪的發(fā)展熱潮,對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步等方面產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。人工智能領(lǐng)域的研究在兩個(gè)方向上有所突破,第一類新系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用階段,能夠打破人類所能吸收的經(jīng)驗(yàn)被廣度和規(guī)模限制的局限性,以極高的速度檢查有意義的海量樣本,不僅能理解視覺、聽覺以及書面信息,還能理解計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù);第二類新系統(tǒng)來自傳感器和執(zhí)行器的結(jié)合,不僅可以看、聽、感覺,還能與其所在的環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)[1]。

人工智能的飛速發(fā)展,對(duì)教育領(lǐng)域的影響越來越大,人工智能與教育的深度融合與發(fā)展,必將推動(dòng)新一輪的教育形態(tài)改革[2]。我國政府高度重視人工智能對(duì)教育產(chǎn)生的深刻影響。2017年7月,國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中明確提出中國新一代人工智能實(shí)行“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略;2018年1月,教育部公布了高中新課標(biāo),人工智能正式納入了新課標(biāo);2018年3月,李克強(qiáng)總理在第十三屆全國人民代表大會(huì)第一次會(huì)議上指出:“做大做強(qiáng)新興產(chǎn)業(yè)集群,實(shí)施大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng),加強(qiáng)新一代人工智能研發(fā)應(yīng)用”;2018年4月,教育部印發(fā)《高等學(xué)院人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》,提出未來將形成“人工智能+X”的復(fù)合專業(yè)培養(yǎng)新模式;2018年5月,教育部又發(fā)布了《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》,計(jì)劃指出要建成國家教育資源公共服務(wù)體系,使國家樞紐和國家教育資源公共服務(wù)平臺(tái)、32個(gè)省級(jí)體系全部連通,構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化、個(gè)性化、終身化的教育體系,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);2019年5月,“國際人工智能與教育大會(huì)” 通過了《人工智能與教育北京共識(shí)》文件,該文件是聯(lián)合國教科文組織首個(gè)關(guān)于人工智能與教育的共識(shí)文件,確立了人工智能和教育深度融合的戰(zhàn)略共識(shí)。

“人工智能+教育”推動(dòng)著教育快速發(fā)展,如自適應(yīng)學(xué)習(xí)、虛擬助手、專家系統(tǒng)等,為學(xué)習(xí)者個(gè)性化學(xué)習(xí)提供了技術(shù)保障[3],“人工智能+特殊教育”研究與應(yīng)用也逐步引起專家學(xué)者及特殊教育一線教師的關(guān)注。人工智能在特殊教育中的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在其個(gè)性化、差異化和自我改進(jìn)等特性,人工智能為殘疾人的個(gè)性化教育提供了有力的支持,為特殊教育帶來前所未有的發(fā)展機(jī)遇。楊現(xiàn)民等研究[4]認(rèn)為人工智能可以解決3個(gè)層面的教育問題,分別為面向特殊人群的補(bǔ)償性教育、針對(duì)常規(guī)業(yè)務(wù)的替代式教育以及服務(wù)個(gè)性發(fā)展的適應(yīng)性教育。目前,人工智能已經(jīng)在視障、聽障、自閉癥、言語障礙、肢體殘疾等殘障群體應(yīng)用實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。

1 人工智能與特殊教育融合已初顯成效

1.1 人工智能助推聽障學(xué)生無障礙交流

2004年,世界第一臺(tái)AI人工智能助聽器誕生,這是自1995年丹麥奧迪康推出世界第一臺(tái)數(shù)字助聽器后又一次新的技術(shù)革新,AI人工智能科技大大提升了在變化及復(fù)雜高噪音環(huán)境中的助聽效果。微軟和羅切斯特理工學(xué)院的NTID (National Technical Institute for the Deaf)進(jìn)行合作,通過使用微軟的AI語音和語言技術(shù)幫助聽障學(xué)生更好地進(jìn)行課堂學(xué)習(xí)[5];美國波爾得( Boulder) 語言科技公司董事長兼首席科學(xué)家羅納德·科爾(Ronald A.Cole) 教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)了智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng),該系統(tǒng)通過嵌入一個(gè)智能化的虛擬導(dǎo)師,以幫助聾啞兒童完成學(xué)習(xí)任務(wù)并練習(xí)發(fā)音,試驗(yàn)結(jié)果表明聾啞兒童在學(xué)會(huì)知識(shí)的同時(shí),表達(dá)能力也得到了相應(yīng)提高[6];我國一些高等特殊教育院校利用科大訊飛“聽見語音轉(zhuǎn)寫系統(tǒng)”為聽障學(xué)生進(jìn)行授課,該系統(tǒng)利用自然語言處理技術(shù)和語音識(shí)別技術(shù)將教師的講課聲音實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為文字,可以較大地提高教學(xué)效率[7]。由此可見,人工智能在聽障學(xué)生中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在3個(gè)方面,一是基于人工智能技術(shù)的助聽設(shè)備助力聽障學(xué)生的學(xué)習(xí),二是語音文字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將語音轉(zhuǎn)換成文字讓聽障學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí),三是智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)助力聽障學(xué)生學(xué)習(xí)及發(fā)音訓(xùn)練。

1.2 人工智能助力視障人群“看”世界

視障學(xué)生可以借助人工智能設(shè)備將眼睛看的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成聽的內(nèi)容或者盲文?；谌斯ぶ悄荛_發(fā)的屏幕閱讀工具(Facebook,2016)可以將網(wǎng)頁和文檔轉(zhuǎn)換成合成語音,為視覺障礙患者提供方便[8]。Seeing AI(微軟公司,2017)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析周圍環(huán)境并以語音方式將信息傳遞給視障患者,Seeing AI 不僅能識(shí)別出周邊景象和人,甚至可以判斷與之交談對(duì)象的年齡和情緒等,將信息轉(zhuǎn)化為音頻或傳統(tǒng)盲文[9]。嵌入高科技導(dǎo)航功能的白手杖(美國麻省理工學(xué)院,2017)可以在識(shí)別出障礙物后通過電機(jī)振動(dòng)來提示用戶[10]。我國昆明理工大學(xué)Eye See團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)的Eye See耳機(jī)具有人臉識(shí)別、體貌特征識(shí)別、場(chǎng)景識(shí)別、文字識(shí)別和智能避障等功能,該耳機(jī)利用圖像識(shí)別、語音交互、激光測(cè)距等技術(shù),并結(jié)合人工智能幫助盲人感受世界[11]。

1.3 人工智能實(shí)現(xiàn)自閉癥學(xué)生教育干預(yù)

在自閉癥兒童教育康復(fù)中,人工智能也起到了積極的作用。自閉癥屬于廣泛性發(fā)育障礙,普遍存在社會(huì)交往障礙、言語和非言語交流缺陷、興趣狹窄和行為刻板等臨床表現(xiàn)。英國學(xué)者K·Dautenhahn教授帶領(lǐng)他的科研團(tuán)隊(duì)于1998年開始進(jìn)行一項(xiàng)利用人性化機(jī)器人作為媒介和手段,發(fā)展孤獨(dú)癥兒童社會(huì)交往能力的專門研究,稱為“曙光計(jì)劃”(The AURORA Project),其目標(biāo)是研究機(jī)器人如何作為一種“玩具”發(fā)揮出對(duì)孤獨(dú)癥兒童教育治療的作用。研究表明,機(jī)器人技術(shù)能夠提供一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)化的社會(huì)交互環(huán)境并能夠逐步增加社會(huì)交互的復(fù)雜性。通過與機(jī)器人的輪流游戲和模仿游戲,孤獨(dú)癥兒童能夠習(xí)得基本的社會(huì)交往技能[12]。哈爾濱點(diǎn)醫(yī)科技開發(fā)的情感智能機(jī)器人RoBoHoN醫(yī)伴寶能夠幫助自閉癥患者進(jìn)行康復(fù)治療。國外英國赫特福德郡大學(xué)自適應(yīng)系統(tǒng)研究小組開發(fā)的智能情感社交機(jī)器人Kaspar,不僅能幫助自閉癥患者進(jìn)行學(xué)習(xí),還能幫助其康復(fù)治療、重新獲得語言技能和社交技能[4]。

2 人工智能促進(jìn)特殊教育發(fā)展的積極因素

2.1 彌補(bǔ)感官功能缺陷,實(shí)現(xiàn)教育補(bǔ)償

缺陷補(bǔ)償理論認(rèn)為,人的各種生理機(jī)能和中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有較大的可塑性,個(gè)體機(jī)體被損害的機(jī)能可以被不同程度地恢復(fù)、彌補(bǔ)、改善或替代。比如視力殘疾兒童,占個(gè)體感知80%以上信息的視覺通道堵塞或不太暢通后,通過聽覺、觸覺、嗅覺、運(yùn)動(dòng)覺等的代償作用,或由其他健全感覺器官直接代償感知,或想方設(shè)法將有關(guān)信息轉(zhuǎn)換成可代償感知的信息感知[13]。人工智能可以拓展人類的感知和行動(dòng)能力,運(yùn)用人工智能可以彌補(bǔ)個(gè)體的聽障、視障等缺陷,實(shí)現(xiàn)教育補(bǔ)償。

2.2 發(fā)揮特殊兒童潛能,實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教育

腦癱、自閉癥兒童往往在語言和交流等社交技能方面存在障礙,且這些殘疾兒童彼此之間在自身障礙和社交能力方面不完全相同,因此需要采取個(gè)性化教育才能真正起到作用。人工智能通過技術(shù)手段可以分析學(xué)習(xí)者的測(cè)試和反應(yīng),實(shí)現(xiàn)對(duì)殘疾學(xué)生的精準(zhǔn)評(píng)估,確定他們的需求與興趣點(diǎn),根據(jù)學(xué)習(xí)者的年齡、障礙程度、心理特點(diǎn)等為其專門設(shè)定相應(yīng)的進(jìn)程,最大限度滿足不同特殊人群的需要,促進(jìn)其個(gè)性化學(xué)習(xí)[4,14]。

2.3 緩解特殊教育師資不足

當(dāng)前我國特殊教育師資數(shù)量嚴(yán)重不足,且在教師隊(duì)伍結(jié)構(gòu)、專業(yè)素養(yǎng)等方面存在諸多問題[15]。教師可以借助基于人工智能技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)殘疾學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行干預(yù)。例如智能教學(xué)系統(tǒng)(Intelligent Tutoring System,ITS)借助人工智能技術(shù)可以模擬教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行一對(duì)一輔導(dǎo),也可以在一定程度上代替教師幫助學(xué)生獲取知識(shí)和技能,提供有針對(duì)性的實(shí)時(shí)反饋,以及教育資源的智能推送;再如智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)MindStar Books為教師提供了制作教材的工具和環(huán)境,教師可以在教材中設(shè)計(jì)聽力理解活動(dòng);iSTART (Interactive Strategy Trainer for Active Reading and Thinking)旨在幫助學(xué)生理解復(fù)雜的科學(xué)文章,訓(xùn)練學(xué)生的理解能力[6]。此外,還可以利用教育數(shù)據(jù)挖掘(EDM)技術(shù)采集殘疾學(xué)生的行為數(shù)據(jù),如學(xué)習(xí)表現(xiàn)、學(xué)習(xí)任務(wù)完成情況等,以便教師為殘疾學(xué)生提供教育支持。以上基于人工智能的教育教學(xué)系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用于殘疾學(xué)生以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教育教學(xué),同時(shí)在一定程度上緩解特殊教育師資不足的問題。

3 人工智能驅(qū)動(dòng)特殊教育發(fā)展的思考

3.1 緊密加強(qiáng)校企合作,推進(jìn)特殊教育發(fā)展步伐

殘疾學(xué)生在各方面差異顯著,個(gè)性化教育是提高特殊教育質(zhì)量的重要方式,也是未來教育的發(fā)展趨勢(shì),推進(jìn)特殊教育與人工智能技術(shù)深度融合,對(duì)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教育和促進(jìn)殘疾人公平教育發(fā)揮著積極的促進(jìn)作用。人工智能驅(qū)動(dòng)特殊教育發(fā)展,既對(duì)特殊學(xué)校教育理念、硬件設(shè)施、師資等方面提出了更高的要求,同時(shí)對(duì)人工智能產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)者也提出了相應(yīng)的要求。人工智能產(chǎn)品研發(fā)人員不僅要了解殘疾學(xué)生的需求,還要對(duì)他們的生理與心理特點(diǎn)有深入的了解,這樣設(shè)計(jì)開發(fā)出來的產(chǎn)品才會(huì)真正起到輔助個(gè)性化教育的作用。因此,特殊學(xué)校與人工智能企業(yè)需要加強(qiáng)合作,如構(gòu)建校企合作平臺(tái),大力加強(qiáng)人工智能在特殊教育中的探索與應(yīng)用,讓技術(shù)研發(fā)人員充分認(rèn)識(shí)殘疾人的身心特點(diǎn),充分了解特殊教育的本質(zhì)和教育教學(xué)過程,讓特殊教育教師理解人工智能在教育教學(xué)等各方面應(yīng)用的可能性,轉(zhuǎn)變教學(xué)理念,成為需求提出者[16],使得人工智能的優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮,推動(dòng)人工智能與特殊教育的深度融合,促進(jìn)“人工智能+特殊教育”的發(fā)展。

3.2 特殊教育教師需積極適應(yīng)新技術(shù)的變革,重新定位角色

人工智能給特殊教育帶來機(jī)遇的同時(shí),也給教師帶來了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。人工智能讓特殊教育教師從傳統(tǒng)的教學(xué)模式中走出來,輔助教師更好地實(shí)現(xiàn)殘疾學(xué)生的個(gè)性化教育。但是如何充分利用人工智能實(shí)現(xiàn)特殊教育教學(xué)質(zhì)量的顯著提升是需要教師認(rèn)真思考與探索的一個(gè)問題。從現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索結(jié)果來看,人們更多地關(guān)注如何利用人工智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì),提高普通教育領(lǐng)域中的教學(xué)、管理以及個(gè)性化學(xué)習(xí)的效果、效率和效益,實(shí)現(xiàn)教育自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、個(gè)性化[17],但對(duì)于人工智能在特殊教育領(lǐng)域的關(guān)注度還不夠,其研究與應(yīng)用尚處于起步階段。特殊教育教師有責(zé)任和義務(wù)深入學(xué)習(xí)新的教育技術(shù),對(duì)自己在教育中的角色重新定位,積極探尋新的教育方法,并適時(shí)運(yùn)用到特殊教育實(shí)際中。在人工智能迅猛發(fā)展的背景下,國家出臺(tái)相關(guān)文件對(duì)教師提出了相應(yīng)的要求,《國家教育事業(yè)十三五規(guī)劃》中明確提出要“綜合利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)探索未來教育教學(xué)新模式”,2018年《中共中央國務(wù)院關(guān)于全面深化新時(shí)代教師隊(duì)伍建設(shè)改革的意見》明確指出:“教師要主動(dòng)適應(yīng)信息化、人工智能等新技術(shù)變革,積極有效開展教育教學(xué)?！蔽磥砣斯ぶ悄芘c特殊教育的深度融合,要求教師更新教育理念,適應(yīng)新技術(shù)變革,轉(zhuǎn)變教育方式,對(duì)教師的學(xué)習(xí)能力提出了非常高的要求和期待。