人工智能在教學領(lǐng)域的研究熱點與發(fā)展趨勢探析

宋雪瑩　高天夢

關(guān)鍵詞：人工智能；教育教學；詞頻分析；聚類分析

中圖法分類號：G632 文獻標識碼：A

1引言

近年來，人工智能逐漸進入教育領(lǐng)域，并不斷促進教育教學發(fā)展?！兜仄骄€報告（2017—2021）》指出，人工智能技術(shù)在教育教學中起關(guān)鍵性作用，其在教育中的推動作用重大，主要有智能測評工具、智能專家系統(tǒng)、教育機器人以及智能分析系統(tǒng)等。國家支持人工智能與教育教學融合發(fā)展，2022年4月，教育部印發(fā)《新時代基礎(chǔ)教育強師計劃》，指出要全面推動人工智能在教師隊伍培養(yǎng)中的重要作用，全面提高教師素養(yǎng)，逐步促進教師教育改革。教育與技術(shù)的深度融合使得人工智能技術(shù)在教育教學領(lǐng)域不斷發(fā)揮關(guān)鍵性作用。與此同時，人工智能技術(shù)的出現(xiàn)勢必會使教育信息化持續(xù)發(fā)展。推動人工智能技術(shù)在教育教學領(lǐng)域的應用，旨在將人工智能與教育教學深度融合，促進教學模式創(chuàng)新與教學方式變革。

2數(shù)據(jù)方法與工具

2.1數(shù)據(jù)來源

本文以國內(nèi)中文學術(shù)期刊庫——中國知網(wǎng)（CNKI）作為主要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以“人工智能”“教育教學”為主題詞進行檢索，檢索文獻的類型為期刊論文，來源類別為“SCI來源期刊”“核心期刊”和“CSSCI”，選取近十年的文獻，共檢索出382篇相關(guān)文獻，過濾會議通知、征稿簡則、重復發(fā)表的文章后，共得到有效文獻361篇，從有效文獻中提取關(guān)鍵字進行分析。

2.2研究方法

本文采用了共詞分析法，此方法來自文獻計量學領(lǐng)域的共被引概念，即當兩個可以表達某一學科領(lǐng)域主題的關(guān)鍵詞在同一篇文獻中出現(xiàn)時，說明這兩個關(guān)鍵詞之間存在一定聯(lián)系。當出現(xiàn)的頻次越多，即說明它們之間的聯(lián)系越密切。因此，本文采用來自統(tǒng)計分析技術(shù)中的關(guān)鍵詞頻次分析和聚類分析等多元分析方法，將國內(nèi)人工智能在教育教學領(lǐng)域相關(guān)研究的重要關(guān)鍵詞加以提取、分類，從而歸納出該領(lǐng)域的研究熱點、主題與發(fā)展趨勢。

2.3研究工具與思路

（1）收集數(shù)據(jù)。通過CNKI數(shù)據(jù)導出功能，以NoteFirst為格式導出361篇有效文獻并另存為.txt格式的文本文件，導出的文本文件主要包括每篇文獻的題目、作者、摘要、關(guān)鍵詞、期刊名稱五個字段。（2）使用Bicomb 2.0建立關(guān)鍵詞詞頻統(tǒng)計表、詞篇矩陣和共現(xiàn)矩陣。（3）進一步刻畫人工智能相關(guān)研究高頻關(guān)鍵詞之間的距離和相似度，對其關(guān)鍵詞得到共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。

3數(shù)據(jù)統(tǒng)計與結(jié)果分析

3.1論文發(fā)表年度分布

某研究領(lǐng)域文獻的發(fā)表數(shù)量能在很大程度上表明該領(lǐng)域研究的理論水平和發(fā)展趨勢。由圖1可知，2012年～2022年，文獻數(shù)量整體呈上升趨勢；2012年～2017年，增長緩慢，沒有大幅度變化，學者對此領(lǐng)域關(guān)注度不高；2017年，國家發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出人工智能是教育領(lǐng)域的關(guān)鍵一環(huán)，人工智能教育成為社會發(fā)展的必然要求。由此，學者對人工智能在教學領(lǐng)域的研究逐漸增加，且熱情持續(xù)高漲。

3.2高頻關(guān)鍵詞分析

高頻關(guān)鍵詞主要反映了某一研究領(lǐng)域的關(guān)注熱點。特定研究領(lǐng)域固定時間段內(nèi)大量研究成果的關(guān)鍵詞集合，有利于增進其他學者了解該研究領(lǐng)域的發(fā)展趨勢、研究熱點以及前沿理論。本文應用Bicomb書目分析軟件提取文獻中的關(guān)鍵詞集合。高頻詞的選擇標準一般為截取的高頻詞累計頻次達到總頻次的40%左右，本文選擇詞頻≥5的30個關(guān)鍵詞作為高頻關(guān)鍵詞，可以初步反映出我國近年來人工智能在教育領(lǐng)域的研究熱點和發(fā)展動向，如表1所列。除了“人工智能”主題檢索詞，排在前10位的高頻關(guān)鍵詞分別是人工智能技術(shù)（72次）、教育信息化（17次）、智能時代（17次）、人工智能時代（16次）、學習者（15次）、智能教育（13次）、人機協(xié)同（12次）、人工智能教育（11次）、深度融合（9次）、職業(yè)教育（9次）。以上統(tǒng)計出的10個核心高頻關(guān)鍵詞反映了國內(nèi)人工智能在教育教學領(lǐng)域的研究熱點，在人工智能快速發(fā)展的時代背景下，目前研究者關(guān)注的重點已從基本理論的界定，過渡到了重點集中在具體教育領(lǐng)域的應用、教學模式以及學科核心素養(yǎng)等。人工智能在教學中的應用主要是教育機器人、智能測試、智能游戲、智能教育等。

由表1可知，人工智能與教育相融合較為熱門的模式有人機協(xié)同、智慧課堂、在線教育以及機器學習，其中人機協(xié)同是教學中的一大創(chuàng)新，為教學帶來了新機遇。由此可見，學者對于教學模式的探索較多。學生是教學活動的主體，表1中職業(yè)教育和高等教育是“人工智能+教育”被廣泛研究的對象且研究價值較高。高等教育和職業(yè)教育是兩個重要的學習階段，教師要把握住最佳的教學機會，為學習者提供智能教學新模式。教育技術(shù)頻次較少，說明學者對其關(guān)注度不高，而人工智能又屬于教育技術(shù)的分支學科，因此應當加強對其研究與發(fā)展。

3.3關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

高頻關(guān)鍵詞詞頻分析可以初步反映出人工智能在教育領(lǐng)域的研究熱點。為進一步明晰國內(nèi)外研究的主題結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵領(lǐng)域，需要對高頻關(guān)鍵詞進行聚類分析。聚類分析是將數(shù)據(jù)集劃分為若干組或類的過程，使得同一組內(nèi)的數(shù)據(jù)對象具有較高的相似度，不同組內(nèi)的數(shù)據(jù)對象則不相似。在某個主題研究的眾多關(guān)鍵詞中，應用聚類分析的方法可以將彼此聯(lián)系密切的關(guān)鍵詞聚集在一起，從而形成不同的類，進而表達該領(lǐng)域分支的組成，具體如圖2所示。

除了主要關(guān)鍵詞“人工智能”，還出現(xiàn)了“智能時代”“人工智能技術(shù)”，說明關(guān)于“智能”的關(guān)注度較高。關(guān)于“在線教育”“課堂教學”等教學模式，與其緊密相連的是“信息技術(shù)”“人機協(xié)同”“智能”，說明教學模式的開展需要技術(shù)做支撐。但有些應用處于較邊緣位置且頻次較少，說明對其研究并不深入，需要在以后的研究中逐步深入。

“高等教育”和“職業(yè)教育”是人工智能融合教育的重要學習階段，需要進一步研究與發(fā)展，將教學模式的創(chuàng)新融入教學階段，可以培養(yǎng)高素質(zhì)人才。

4結(jié)論與反思

4.1理論概念

時代對教育提出的新要求，使得人工智能與教育的不斷融合形成了“人工智能+教育”，人工智能教育是將人工智能融入教育教學領(lǐng)域，以促進個性化教學、精準化教學、智能化教學。人工智能教育主要指的是將人工智能技術(shù)應用于教學活動中。人工智能教育主要涉及知識的表示方法（一階謂詞邏輯、產(chǎn)生式、框架、語義網(wǎng)絡(luò)）、邏輯推理、深度學習等，主要應用于數(shù)據(jù)挖掘、智能測評、情感計算、專家系統(tǒng)、問題求解等領(lǐng)域。因此，需要為人工智能領(lǐng)域培養(yǎng)高素質(zhì)人才，促進其在教育教學領(lǐng)域中的發(fā)展。

4.2教師培養(yǎng)

人工智能推進了教師課堂中的精準化教學，有利于學生的個性化學習。智能時代的來臨為教育教學帶來了新的機遇，而教師作為教學中的關(guān)鍵角色，是否能很好地把握技術(shù)、進行智能教育至關(guān)重要。這在一定程度上對教師的專業(yè)水平提出了更高的要求。在未來的教育教學活動中，教師將不再有煩瑣重復的教學任務，更多的是向?qū)I(yè)化、素養(yǎng)高方向轉(zhuǎn)變。

4.3教學模式

智能時代為學習者提供了海量智能化的學習資源，學習者可以在短時間內(nèi)獲取大量學習資源。其要求學習者具有一定的學習能力、搜集資源能力以及分辨過濾資源優(yōu)劣的能力，需要教師重新設(shè)計教學內(nèi)容，以便學習者更好地進行學習。

4.4技術(shù)支持

機器學習基于大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析過程，能不斷學習大量數(shù)據(jù)并預測新數(shù)據(jù)。目前，智能教育技術(shù)已被廣泛應用，許多學校利用現(xiàn)有的現(xiàn)代化教學平臺開展精準化教學。

另外，機器學習領(lǐng)域的一個新方向是深度學習，通過構(gòu)建分層模型，建立從底層信號到高層語義的映射，進而提升教學效果，目前深度學習已在圖像和語音識別等領(lǐng)域中被廣泛使用。人工智能教育提供的學習服務貫穿課前預習、課堂教學、作業(yè)批改、在線考試等整個學習過程。利用大數(shù)據(jù)等技術(shù)優(yōu)化傳統(tǒng)教學模式，可以為學生提供個性化的學習方式。通過對數(shù)據(jù)進行收集和分析，可以推送具有針對性的資源與服務。George等認為學習分析的教育價值主要體現(xiàn)在為教育機構(gòu)的變革提供指南和幫助教育工作者改進教學方式，在多大程度上共享學習者的個人數(shù)據(jù)仍是教育領(lǐng)域爭議的焦點。

4.5發(fā)展方向

“人工智能+教育”的一個分支是智能教學。祝智庭認為智能教育應具有智能技術(shù)支持的教育、學習智能技術(shù)的教育和促進智能發(fā)展的教育三方面的內(nèi)涵，人工智能不能完全取代教師，兩者應當共同承擔教育任務。人機協(xié)同是人工智能教育的發(fā)展趨勢，是智能技術(shù)與教育相互融合的重要方式，二者發(fā)揮各自的智能優(yōu)勢，共同促進教育發(fā)展。教育變革體現(xiàn)為人工智能教育可有效促進教學資源、教學環(huán)境、教與學方式的改革。2020年，疫情防控期間，全國中小學和高校普遍采用在線學習方式。因此，應當重視在線學習平臺建設(shè)和教師在線教學培訓工作，并且高等教育機構(gòu)應多措并舉，為學習者提供高質(zhì)量的在線學習服務平臺。在科技迅速發(fā)展的今天，只有主動變革才能更好應對未來的挑戰(zhàn)和機遇。

應重視人工智能課程的設(shè)計與開展。雖然許多中小學校開展了人工智能相關(guān)課程，如編程、教育機器人等，但普遍存在設(shè)施不完善、教師信息素養(yǎng)不高等問題。還有一些學校教學課程建設(shè)不成熟，未能較好地整合人工智能與教育，不同教師也存在教育水平差距。學校應大力支持人工智能相關(guān)課程的開展，設(shè)置考核制度，使教學更加精準化、智能化、個性化，全力促進教育信息化發(fā)展。

作者簡介：

宋雪瑩（1997—），碩士，研究方向：教育技術(shù)學。

高天夢（1999—），碩士，研究方向：教育技術(shù)學。