人工智能技術(shù)在教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望

楊凱鴿，董 雪

（陜西科技大學(xué)，陜西 西安 710021）

近幾年來，人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)我們的社會(huì)生活及教育教學(xué)產(chǎn)生了巨大的沖擊，教育環(huán)境、教學(xué)方式、學(xué)習(xí)方式等方面也都發(fā)生了巨大的變化。為搶抓人工智能發(fā)展的重大戰(zhàn)略機(jī)遇，構(gòu)筑我國(guó)人工智能發(fā)展的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，加快建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和世界科技強(qiáng)國(guó)，2017年7月20日，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[1]，提出了面向2030年我國(guó)新一代人工智能發(fā)展的指導(dǎo)思想、戰(zhàn)略目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)和保障措施，為我國(guó)人工智能的進(jìn)一步加速發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。2020年8月20-22日，2020全球智慧教育大會(huì)在北京召開，會(huì)議圍繞人工智能對(duì)未來教育的影響和挑戰(zhàn)等前沿議題展開深入探討，會(huì)議中指出，以人工智能為代表的新一代信息技術(shù)正在重新定義人類的知識(shí)和能力價(jià)值，未來的教育將以人工智能等信息技術(shù)為支撐，開啟智慧教育的新階段[2]。通過人工智能技術(shù)重塑教育生態(tài)，發(fā)展智能教育已經(jīng)成為當(dāng)前甚至是未來的教育新議題。與傳統(tǒng)教育不同，智能教育的特點(diǎn)是以人工智能為代表的智能技術(shù)，加快推動(dòng)人才培養(yǎng)模式變革，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化教育與個(gè)性化培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合[3]。可見，人工智能賦能教育已成為未來教育變革的重要趨勢(shì)。

1 人工智能與教育

國(guó)內(nèi)關(guān)于人工智能與教育理論的研究主要集中在內(nèi)涵、特征、作用等方面。閆志明等人[4]認(rèn)為教育人工智能是人工智能與學(xué)習(xí)科學(xué)相結(jié)合而形成的一個(gè)新領(lǐng)域，重在通過人工智能技術(shù)更加深入、微觀地理解學(xué)習(xí)是如何發(fā)生以及如何受到外界因素影響的，進(jìn)而為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造高效的學(xué)習(xí)條件，他在對(duì)教育人工智能的內(nèi)涵、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用趨勢(shì)分析后發(fā)現(xiàn)，為應(yīng)對(duì)當(dāng)面人工智能的快速發(fā)展教育人工智能面對(duì)的挑戰(zhàn)，各級(jí)各類學(xué)校都需要強(qiáng)化人工智能方面的培養(yǎng)。吳永和等人[5]從孕育條件、特征和作用3個(gè)方面闡述了“人工智能+教育”的內(nèi)涵，其孕育條件包括技術(shù)基礎(chǔ)、理論指導(dǎo)、應(yīng)用推進(jìn)和政策保障；“人工智能+教育”在于依托人工智能技術(shù)，具有創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、重塑結(jié)構(gòu)、開放生態(tài)、尊重個(gè)性、服務(wù)智能、自治演進(jìn)6個(gè)特征；并提到“人工智能+教育”具有提升教育信息化、提高教育教學(xué)效率等促進(jìn)作用。張進(jìn)寶等人[6]將智能教育的內(nèi)涵作了兩種不同的界定，認(rèn)為狹義的智能教育定位于“以人工智能為內(nèi)容的教育”，目的是培養(yǎng)掌握機(jī)器智能技術(shù)的專業(yè)化人才，以滿足技術(shù)發(fā)展需要；廣義的智能教育定位于最終實(shí)現(xiàn)個(gè)體智能的提升，不僅掌握人工智能等技術(shù)，還能初步具備未來工作中實(shí)現(xiàn)人機(jī)合作的能力。還從人才培養(yǎng)規(guī)格、教育信息化建設(shè)、課程與教學(xué)改革、教學(xué)活動(dòng)創(chuàng)新、教師專業(yè)化發(fā)展等方面提出了智能教育的實(shí)施策略。梁迎麗等人[7]通過對(duì)人工智能在教育領(lǐng)域中的具體應(yīng)用與人工智能教育的主要特征進(jìn)行分析，歸納并構(gòu)建了人工智能與教育的融合創(chuàng)新發(fā)展體系，為我國(guó)人工智能與教育的融合發(fā)展提供理論指導(dǎo)。孟翀等人[8]將人工智能的教育概念分為兩類：人工智能賦能教育和人工智能學(xué)科教育，人工智能賦能教育是指從工具主義視角出發(fā)，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用人工智能促進(jìn)和支撐學(xué)習(xí)；人工智能學(xué)科教育是從學(xué)科視角出發(fā)，強(qiáng)調(diào)人工智能作為學(xué)習(xí)科學(xué)和教育科學(xué)的融合學(xué)科在人工智能人才培養(yǎng)中發(fā)揮重要作用。

總之，人工智能賦能教育已經(jīng)成為教育領(lǐng)域的趨勢(shì)，學(xué)者們對(duì)人工智能教育的研究也在如火如荼地進(jìn)行，對(duì)人工智能教育理論層面的深入探討和研究為相關(guān)實(shí)踐研究提供了理論性的指導(dǎo)。

2 人工智能技術(shù)在教育中的應(yīng)用

人工智能在教育中的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛了，其中最主要的包括智能教學(xué)系統(tǒng)、個(gè)性化學(xué)習(xí)及教育機(jī)器人。

2.1 智能教學(xué)系統(tǒng)

我國(guó)教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段，由第一代學(xué)校考試系統(tǒng)發(fā)展到第二代個(gè)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)再到如今的第三代基于人工智能的教學(xué)系統(tǒng)，即智能教學(xué)系統(tǒng)。智能教學(xué)系統(tǒng)（Intelligent Tutoring System，ITS）借助人工智能技術(shù)，在沒有人類導(dǎo)師指導(dǎo)的情況下幫助學(xué)習(xí)者獲取知識(shí)和技能方面起著重要作用。它是通過互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)人工模擬技術(shù)整合全國(guó)工作在一線的特級(jí)、高級(jí)教師和教學(xué)專家的教學(xué)資源和教研成果進(jìn)行科學(xué)分析、智能判斷及有目的地提供即時(shí)、有效、全面且具有針對(duì)性的教學(xué)。這不僅體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)方面的進(jìn)步，也體現(xiàn)出了教育也在不斷順應(yīng)技術(shù)的步伐隨之發(fā)展。

比如IBM的Watson助教系統(tǒng)就是典型的智能導(dǎo)師系統(tǒng)，北京師范大學(xué)未來教育高精尖創(chuàng)新中心的“AI Teacher”國(guó)際合作項(xiàng)目，建立了教育大數(shù)據(jù)平臺(tái)，其中就借鑒智能導(dǎo)師系統(tǒng)，希望將老師教學(xué)過程中的隱性知識(shí)內(nèi)置到系統(tǒng)中，通過人機(jī)對(duì)話智能導(dǎo)師系統(tǒng)為學(xué)生提供個(gè)性化的幫助，實(shí)現(xiàn)類似于人類教師的智能輔導(dǎo)[9]；比如Lumilo混合現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)給教師提供一種智能眼鏡以便教師能夠及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。Lumilo嚴(yán)格來說是一種智能教學(xué)系統(tǒng)，與教師協(xié)同完成教學(xué)，它能從遠(yuǎn)處監(jiān)視學(xué)生的活動(dòng)，即時(shí)教師不在學(xué)生身邊依然能夠快速發(fā)現(xiàn)學(xué)生當(dāng)前面臨的困難，從而提供及時(shí)的指導(dǎo)與幫助，以此提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率[10]。蘇瑩[11]分析了人工智能系統(tǒng)在教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用情況，其中一項(xiàng)為智能教學(xué)系統(tǒng)，她認(rèn)為智能教學(xué)系統(tǒng)的根本宗旨是為學(xué)生創(chuàng)設(shè)出更加優(yōu)良和諧的學(xué)習(xí)環(huán)境，當(dāng)前，智能教學(xué)系統(tǒng)主要是通過智能主體技術(shù)來有效構(gòu)建教師主體、學(xué)生主體和管理主體，以此向?qū)W生提供更加高效與個(gè)性化的教學(xué)服務(wù)。

2.2 個(gè)性化學(xué)習(xí)

個(gè)性化學(xué)習(xí)是指以反映學(xué)生個(gè)性差異為基礎(chǔ)，以促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展為目標(biāo)的學(xué)習(xí)范式。而人工智能時(shí)代的個(gè)性化學(xué)習(xí)是技術(shù)與教育深度融合，對(duì)個(gè)性化學(xué)習(xí)進(jìn)行了重塑。

牟智佳[12]對(duì)“人工智能+”時(shí)代的個(gè)性化學(xué)習(xí)及研究進(jìn)行了分析，認(rèn)為個(gè)性化學(xué)習(xí)應(yīng)以學(xué)習(xí)者為中心，以目標(biāo)、過程和評(píng)價(jià)為導(dǎo)向，個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)應(yīng)以基于人工智能技術(shù)的智能教育云服務(wù)平臺(tái)為支持，以需求本位的個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容推送、能力本位的個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑生成和掌握本位的個(gè)性化學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)為方向，為學(xué)習(xí)者提供更精準(zhǔn)的分析與反饋，進(jìn)一步為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)，這為個(gè)性化學(xué)習(xí)的實(shí)踐應(yīng)用提供了一定的參考?？拙S梁等人[13]認(rèn)為自適應(yīng)學(xué)習(xí)路徑能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者特征，為其推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源與學(xué)習(xí)活動(dòng)序列，是實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)的重要手段，因此提出了人工智能支持下的自適應(yīng)學(xué)習(xí)路徑構(gòu)建模型，包括學(xué)習(xí)者模型庫(kù)學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)庫(kù)及自適應(yīng)學(xué)習(xí)路徑構(gòu)建引擎。并以某師范院校59名教育技術(shù)學(xué)專業(yè)二年級(jí)學(xué)生作為研究對(duì)象，分為實(shí)驗(yàn)組和控制組，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該學(xué)習(xí)路徑能夠有效提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率、學(xué)習(xí)成績(jī)和學(xué)習(xí)滿意度。之后，周琴等人[14]認(rèn)為智適應(yīng)學(xué)習(xí)是自適應(yīng)學(xué)習(xí)的優(yōu)化升級(jí)，有望在人工智能技術(shù)的支持下突破傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式忽視學(xué)習(xí)者差異性的壁壘，以“量體裁衣”式的教學(xué)方式實(shí)現(xiàn)因材施教，推動(dòng)教育從“數(shù)據(jù)主義”轉(zhuǎn)向“智能主義”。雖然智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)大體量的內(nèi)容、定制化的課程、多樣化的算法和精準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)為學(xué)生構(gòu)建了個(gè)性化學(xué)習(xí)的環(huán)境，提升學(xué)習(xí)效率，但仍處于初步發(fā)展階段，因此他們從拓展學(xué)科領(lǐng)域、加強(qiáng)師資培訓(xùn)、融合核心技術(shù)、豐富表征資源、整合線上線下、尋求多方協(xié)作六方面提出了需要完善之處，打造更加個(gè)性化的學(xué)習(xí)環(huán)境。

2.3 教育機(jī)器人

教育機(jī)器人是機(jī)器人應(yīng)用于教育領(lǐng)域的代表，是人工智能、語音識(shí)別和仿生技術(shù)在教育中應(yīng)用的典型，并以培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、創(chuàng)造能力和實(shí)踐能力為目標(biāo)[15]。按照實(shí)際用途，教育機(jī)器人可以分為教育活動(dòng)類機(jī)器人和教育服務(wù)類機(jī)器人，其中教育活動(dòng)類機(jī)器人主要用于教學(xué)課程與課堂教學(xué)活動(dòng)，作為教輔工具直接輔助學(xué)習(xí)者進(jìn)行機(jī)器人領(lǐng)域相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，并支持學(xué)習(xí)者自行拆裝或編程；教育服務(wù)類機(jī)器人指可以直接對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行智能輔助服務(wù)的機(jī)器人，其應(yīng)用過程常被歸類為3種基本角色，即導(dǎo)師、學(xué)伴及監(jiān)督者[16]。

人機(jī)協(xié)作將是人工智能時(shí)代教育的主要形態(tài)，已有諸多學(xué)者對(duì)教育機(jī)器人的熱點(diǎn)話題進(jìn)行了相關(guān)研究，比如，單俊豪等人[17]采用元分析的方法探究了教育機(jī)器人對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的影響，研究結(jié)果表明作為教學(xué)輔助工具，教育機(jī)器人能夠有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，在不同學(xué)科、不同學(xué)段也都起到了正向的促進(jìn)作用。盧宇等人[16]認(rèn)為由于智能教育機(jī)器人正處于發(fā)展初級(jí)階段，面臨教學(xué)性不足、反饋性差、感知力等問題的情況下，在知識(shí)圖譜、機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理與情感計(jì)算的技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合教育心理學(xué)的經(jīng)典理論，設(shè)計(jì)了5類典型的智能機(jī)器人應(yīng)用模式，分別是學(xué)習(xí)疑難問答、學(xué)情報(bào)告分析、學(xué)習(xí)督促提醒、學(xué)習(xí)陪伴激勵(lì)和家長(zhǎng)教育助手，幫助學(xué)習(xí)者完成其學(xué)習(xí)目標(biāo)，并滿足其自主感、勝任感及歸屬感等核心需求。柳晨晨等人[18]梳理了一些智能機(jī)器人的教學(xué)應(yīng)用典型案例，發(fā)現(xiàn)智能機(jī)器人可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)風(fēng)格和特點(diǎn)，提供個(gè)性化的教學(xué)策略和教學(xué)資源，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。比如AKA公司開發(fā)的Musio智能機(jī)器人可以將教材上傳用于學(xué)校英語課程中的對(duì)話；還有北京師范大學(xué)未來教育高精尖創(chuàng)新中心研發(fā)的教學(xué)機(jī)器人“智慧學(xué)伴”在學(xué)生學(xué)習(xí)遇到疑難問題時(shí)可以進(jìn)行講授和即時(shí)解答，為學(xué)習(xí)者提供良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)；以上都體現(xiàn)出了教育機(jī)器人對(duì)教育教學(xué)的促進(jìn)作用。

3 總結(jié)與展望

人工智能在教育中的應(yīng)用毋庸置疑地推動(dòng)了教育的發(fā)展，促使教育更加智能化、更加符合當(dāng)下的時(shí)代特征，也為人工智能時(shí)代教育的發(fā)展提供了更多的機(jī)會(huì)和可能，但依舊存在不足之處。例如人工智能技術(shù)不成熟、人才短缺等現(xiàn)實(shí)性的問題。人工智能時(shí)代，單方面?zhèn)魇谥R(shí)的時(shí)代隨之結(jié)束，傳統(tǒng)教育中教師在講臺(tái)上的單向講授與灌輸不能夠吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、思考及參與，有效的學(xué)習(xí)需要根據(jù)學(xué)習(xí)者的多樣化來設(shè)計(jì)，需要為學(xué)習(xí)者提供更加個(gè)性化、更具有動(dòng)力、更加多樣性的教學(xué)模式及智慧教學(xué)環(huán)境。學(xué)校、教師、學(xué)生在面臨機(jī)遇的同時(shí)也面臨著各種挑戰(zhàn)，因此，我們要從當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀中獲取經(jīng)驗(yàn)，為教育的發(fā)展提供改進(jìn)與發(fā)展的方向。

從學(xué)校層面來講，單純應(yīng)用人工智能技術(shù)已不能完全符合學(xué)校教育育人的目標(biāo)，當(dāng)前時(shí)代需要更智能、更生態(tài)、更人本樣態(tài)的學(xué)校。有學(xué)者認(rèn)為未來的學(xué)校將是基于未來人才培養(yǎng)需求與人工智能技術(shù)的深度融合創(chuàng)新而形成的處于持續(xù)發(fā)展動(dòng)態(tài)中的新形態(tài)育人場(chǎng)域，具有3大特征，分別為：未來學(xué)校的發(fā)展表現(xiàn)在于其新形態(tài)育人場(chǎng)域的定位，未來學(xué)校的發(fā)展核心在于未來人才的培養(yǎng)，未來學(xué)校的發(fā)展支撐在于人工智能技術(shù)與學(xué)校教育的深度融合創(chuàng)新[19]。

從教師層面來講，人工智能時(shí)代，教師的角色在將來也會(huì)發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，重塑教師的角色至關(guān)重要。未來將進(jìn)入人機(jī)協(xié)作的“雙師”時(shí)代，機(jī)器人將逐漸出現(xiàn)在人類教師的身旁，以教師的身份影響教育教學(xué)活動(dòng)，與人類教師一起變革傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)智能時(shí)代的學(xué)習(xí)者和教育者。雖然，人類教師不會(huì)被智能教師完全替代，但是固守現(xiàn)狀、不求進(jìn)步的教師可能會(huì)被取代，因此，教師需要轉(zhuǎn)變自己的角色，要從以往的知識(shí)傳授者轉(zhuǎn)向?qū)W生的引導(dǎo)者，不僅要教會(huì)學(xué)生基礎(chǔ)的知識(shí)與技能，更要教會(huì)學(xué)生如何學(xué)習(xí)，做學(xué)生的人生導(dǎo)師，以此來順應(yīng)時(shí)代的變化與發(fā)展。

從學(xué)生層面來講，學(xué)生要明確自己在學(xué)習(xí)中的主要地位，不能夠完全依賴教師，要充分調(diào)動(dòng)自己的積極性、主動(dòng)性與創(chuàng)造性，同時(shí)也要注重提高個(gè)人的信息素養(yǎng)與智能素養(yǎng)，提升自己的學(xué)習(xí)能力，更加主動(dòng)地參與到人機(jī)交互的環(huán)境中。學(xué)生只有將學(xué)習(xí)和個(gè)人興趣結(jié)合起來才能學(xué)好習(xí)，因此學(xué)生需要培養(yǎng)以興趣驅(qū)動(dòng)、自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)為主的學(xué)習(xí)能力，避免自己在快速變化的智能時(shí)代處于學(xué)習(xí)的劣勢(shì)。

4 結(jié)束語

總之，人工智能時(shí)代，人類將會(huì)進(jìn)入一個(gè)與機(jī)器共存的時(shí)代，未來教師角色將發(fā)生大的變化，教師知識(shí)性傳授功能將會(huì)被人工智能逐漸取代，教師的主要工作是培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)和能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力、審美能力、協(xié)作能力以及社會(huì)交往能力。教師除了要具備學(xué)科及專業(yè)的知識(shí)與技能外，最主要的是要以學(xué)生為中心，注重學(xué)生情感態(tài)度價(jià)值觀方面的發(fā)展，學(xué)校不僅要從智能技術(shù)等硬件條件及建設(shè)方面有所提升，更要注重將智能技術(shù)及育人目的相結(jié)合的全方位發(fā)展方向，真正地達(dá)到育人的目的。要從學(xué)校、教師、學(xué)生3個(gè)主體方位全面適應(yīng)人工智能時(shí)代的變革，從而促進(jìn)智能教育的發(fā)展。