人工智能賦能基礎(chǔ)教育的展望

北京師范大學出版集團 畢海濱

北京教育學院 于曉雅

中央民族大學 弋佳琪

人工智能作為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的新興技術(shù)，正在對教育行業(yè)和技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生重大而深遠的影響。從開發(fā)教育產(chǎn)品的企業(yè)工程師，到基礎(chǔ)教育管理和決策者、教育工作者，再到學習者和家長，教育領(lǐng)域不同角色的參與者都深切感受到了人工智能技術(shù)為教與學帶來的變化。隨著一大批人工智能教育產(chǎn)品進入基礎(chǔ)教育系統(tǒng)，試圖從各方面多層次對傳統(tǒng)教研、授課、學習和評價及管理等領(lǐng)域產(chǎn)生深刻影響，這給基礎(chǔ)教育實踐領(lǐng)域帶來了巨大挑戰(zhàn)，同時也促進了教育的變革與創(chuàng)新。人工智能賦能基礎(chǔ)教育，既包括人工智能課程的研制和學習實施，以及人工智能人才的培養(yǎng)，也包括了人工智能賦能教育教學的改革實踐。隨著新一代信息技術(shù)的迅速發(fā)展和對社會各領(lǐng)域的快速融合滲透，泛智能化的時代正在加速到來，人工智能正在以前所未有的廣度和深度促使傳統(tǒng)的教育理念、教育形態(tài)、教育場景產(chǎn)生顛覆性的變化，推動教育教學從信息化向智能化、智慧化縱深發(fā)展。

一、人工智能賦能基礎(chǔ)教育的內(nèi)涵

關(guān)于人工智能賦能基礎(chǔ)教育，主要包括三方面的內(nèi)涵：一是培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和合作精神的人工智能人才，包括人工智能技術(shù)學習和人工智能素養(yǎng)培育。

培養(yǎng)人工智能人才成為世界各國綜合國力提升的戰(zhàn)略部署，我國政府不斷加強政策驅(qū)動、課程標準、賽事推動以及專項途徑等落實人工智能人才。2017年國務院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出，要在中小學階段設置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育，鼓勵企業(yè)與科研機構(gòu)搭建開源平臺，支持青少年人工智能競賽項目等。《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）》中正式將人工智能納入高中新課標。教育部2018年印發(fā)《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》從小初高本一體化角度再次提出要在中小學階段引入人工智能普及教育，構(gòu)建人工智能專業(yè)教育。2022年發(fā)布的義務教育信息科技課程標準中，人工智能作為信息科技課程的六大主線之一，是信息科技教育的重要組成部分。此外，人工智能技術(shù)應用也是教育部青少年大賽白名單的重要內(nèi)容。

人工智能素養(yǎng)是未來公民最重要的素養(yǎng)之一。雖然我們把人工智能定義為人類器官的一種延伸，又或者說是人類智慧的一種自我實現(xiàn)的方式，但是我們要意識到，今天人類和人工智能這兩種主體的關(guān)系已經(jīng)打破了過往人類和技術(shù)簡單的二元關(guān)系。在人工智能時代，學生除了要具備良好的信息意識、計算思維、社會責任之外，還要掌握人機協(xié)同的合作、認知學習能力、人機協(xié)同的設計思維，問題解決能力以及創(chuàng)造創(chuàng)新能力等，這些對基礎(chǔ)教育階段人工智能教育課程開發(fā)和跨學科融合的教學研究與實踐提出了強烈的時代需求和巨大挑戰(zhàn)。

二是通過人工智能在教育教學和教育管理中的賦能和應用，促進人工智能和基礎(chǔ)教育深度融合，以推動基礎(chǔ)教育變革創(chuàng)新。

2017年國務院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中提出，“利用智能技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式、教學方法改革，構(gòu)建包含智能學習、交互式學習的新型教育體系”。2021年中央網(wǎng)絡安全和信息化委員會《“十四五”國家信息化規(guī)劃》提出，“要推進信息技術(shù)、智能技術(shù)與教育教學融合的教育教學變革。以人工智能為代表的新一代信息技術(shù)成為‘十四五’期間教育高質(zhì)量內(nèi)涵式發(fā)展，建設科教興國、人才強國、創(chuàng)新驅(qū)動型國家的重要保障和核心動力?！苯陙?，人工智能技術(shù)在疫情導致迅猛發(fā)展的線上線下混合式學習中也發(fā)揮了顯著的促進作用，北京師范大學受聯(lián)合國教科文組織國際教育局委托于2022年7月發(fā)布的《混合式教育、學習和評價指導框架》中專門詳細闡述了可用于支持混合式教育的主要人工智能應用。2022年開始進入大眾視野的元宇宙概念，也把應用領(lǐng)域瞄向基礎(chǔ)教育，預測對模擬仿真真實情境的學生自主探索、學生解決問題的創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力，提供了前所未有的沉浸環(huán)境和引擎。

人工智能賦能基礎(chǔ)教育，離不開基于人工智能技術(shù)的教育產(chǎn)品研發(fā)和市場投入，主要包括人工智能教育課程研發(fā)和實施；促進自適應學習環(huán)境以及其他靈活、包容、個性化、富有吸引力且行之有效的AIED工具的開發(fā)（Luckin et al.，2016）；在教育學、心理學和社會學（Self，1998）中，使用精確的計算和明確的形式來表達模糊的知識，使得人工智能成為理解學習的發(fā)生和過程的必要工具。這些工具深刻影響和促進教與學的思想、方式、途徑和工具方面的變革和創(chuàng)新。

三是隨著人工智能技術(shù)及其支持的教育產(chǎn)品進入基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，人工智能可能會推動人類的認知與學習方式的革命。

伴隨著越來越多的人工智能教育產(chǎn)品進入基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的學校和家庭，中小學課堂以及學生的學習方式正在一步步發(fā)生變化。學生從過往的數(shù)字化學習走向一種人機復合體的認知學習，教師也從單一的教學主體走向人機協(xié)同的教學，學校隨之可能將發(fā)生系統(tǒng)性的、深層次的變革。數(shù)據(jù)科學驅(qū)動的教育治理和決策更加精準，教育內(nèi)容和手段的變革和創(chuàng)新必將會改善整個教育生態(tài)。在人工智能技術(shù)建構(gòu)的課堂環(huán)境中，學生的認知能力是建構(gòu)在人與這些技術(shù)充分、深度的融合基礎(chǔ)之上，整個知識加工的過程和品質(zhì)跟傳統(tǒng)的教學有很大不同，這也要求了教師應具備人機復合體的知識生產(chǎn)、傳播和創(chuàng)新的能力。2022年3月教育部發(fā)布《新時代基礎(chǔ)教育強師計劃》明確提到，要實施人工智能促進教師隊伍建設包括優(yōu)化教師管理、教師教育改革、教育教學方法創(chuàng)新、教育精準輔助等。

二、人工智能賦能基礎(chǔ)教育的層次

人工智能賦能基礎(chǔ)教育，主要包括以下三個層次。

一是通用的人工智能技術(shù)在教育行業(yè)的簡單應用，快速解決某些學習痛點問題，如由圖像、語音識別技術(shù)衍生出拍照搜題、聽說訓練測評等產(chǎn)品服務，抓住了學生痛點而快速得到推廣，類似成熟的人工智能技術(shù)遷移到教育領(lǐng)域帶來快速應用。這類手段運用了人工智能的前沿技術(shù)，但其運用場景僅止于學習過程中的輔助性環(huán)節(jié)，并沒有直接導致教學質(zhì)量與成效的改善。在教育產(chǎn)品體系化標準化、提高教學質(zhì)量、豐富學科內(nèi)容、培養(yǎng)科學興趣等方面幫助不大，對發(fā)展學生綜合素質(zhì)與素養(yǎng)不起作用。

二是借助人工智能技術(shù)提高教育整體效能，人工智能與大數(shù)據(jù)、云計算等相結(jié)合，衍生出一系列智慧教學產(chǎn)品，如智能備課系統(tǒng)、教研平臺、智能批改作業(yè)等智能產(chǎn)品的研發(fā)，大大減少學生尋找學習資源、教師備課批改作業(yè)、管理者統(tǒng)計分析的時間，幫助教師快速獲取豐富專業(yè)資源，為教師提供便捷資源獲取和管理能力，實現(xiàn)減負增效，實現(xiàn)個性化教學，打造高效的學習課堂。

三是借助人工智能創(chuàng)新教學理念與學習方法，力圖創(chuàng)造新的教育價值，比如，情緒識別、自適應學習類產(chǎn)品在一定程度上運用到教育行業(yè)中，有助于學生系統(tǒng)規(guī)劃自適應學習路徑，找到適合自己個性化需求的學習活動和資源，促進學生更加有效的學習。人工智能應用于中小學課堂中不僅為傳統(tǒng)教學提供了全新的教學模式，以更加行之有效的方式提高教學效率，也為未來基礎(chǔ)教育提供了變革方向，著力實現(xiàn)教育公平。

三、人工智能賦能基礎(chǔ)教育的意義

近年來，人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域中的運用越來越成熟，伴隨而來的人工智能教育產(chǎn)品也不斷涌現(xiàn)，如學情分析、教學設計、作業(yè)評閱、課業(yè)輔導、考試統(tǒng)計、學業(yè)評測、職業(yè)生涯規(guī)劃等，人工智能賦能基礎(chǔ)教育正多點綻放。它不僅能輔助教師實施教學管理，如幫助教師對學生學情進行深度分析，輔助教師根據(jù)學生差異制定個性化培養(yǎng)方案，減輕教師對學生出勤的監(jiān)管壓力等；也能取代教師的某些功能，如作業(yè)的批改分析、學習資源的推送、考試試卷的設計批閱等。信息化建設逐漸深化，逐步促進著數(shù)據(jù)、技術(shù)等各方面的累積與革新，人工智能技術(shù)對教育賦能效果也會愈加顯著。因此，從教育的本質(zhì)目標出發(fā)，人工智能賦能基礎(chǔ)教育有以下意義。

一是人工智能在教育領(lǐng)域的應用提升了教育的質(zhì)量和效率。教師可以通過多層面來源的數(shù)據(jù)采集、深度分析、可視化呈現(xiàn)等技術(shù)，迅速、精準了解每一位學習者“畫像”，動態(tài)調(diào)整教學計劃，有針對性地生成滿足學習者個性化學習進度的推送課程，從而實現(xiàn)因材施教。通過人工智能技術(shù)進行精準分析和方案制定，并對學習過程進行監(jiān)管干預，可以讓學習者更清晰地了解存在的問題及解決途徑，使學習者快速高效地完成學習任務，實現(xiàn)有效的個性化學習。

二是利用人工智能技術(shù)推動實現(xiàn)教育公平。借助人工智能技術(shù)，轉(zhuǎn)變教育內(nèi)容提供模式，利用精準推送減少教育信息泛化的影響，使不發(fā)達地區(qū)的學習者依然能便利地享受發(fā)達地區(qū)教育資源，促進區(qū)域間教育水平漸趨均衡。此外，小規(guī)模學習組織下學習者接受知識和接受能力差異較大，而人工智能賦能教育可以幫助教師實現(xiàn)個性化教學，將教育資源進行合理分配，進而推動公平教育。

三是人工智能賦能基礎(chǔ)教育有利于培養(yǎng)具有人工智能應用能力的高端技術(shù)人才和具有終身學習意識的創(chuàng)新型人才。在人工智能時代，隨著社會需求的變化，人類的生產(chǎn)生活方式和學習方式也發(fā)生了變化。人工智能賦能教育，可以讓教育順應時代需求，讓教育由“經(jīng)驗”走向“科學”，提高教學質(zhì)量，實現(xiàn)因材施教。同時人工智能賦能教育，可以讓學生沉浸在技術(shù)的環(huán)境中，讓學生對技術(shù)心存敬畏并學會藝術(shù)性地運用技術(shù)，使學生能適應智能社會的變化與挑戰(zhàn)，成為符合時代需要的人才。

人工智能賦能基礎(chǔ)教育，既包括人工智能課程的研制和教學實施、人工智能人才的培養(yǎng)，也包括了人工智能賦能教育教學的改革實踐。人工智能可以成為賦能教育的巨大能量，創(chuàng)造出新的可能性，新的學習方式，也給出了廣闊的產(chǎn)品生產(chǎn)和應用場景。作為人工智能時代的教育從業(yè)者，我們必須主動擁抱智能時代，為打造更加公平、更有質(zhì)量、更加美好的教育而努力。

四、對人工智能賦能基礎(chǔ)教育的未來展望

人工智能在教育領(lǐng)域的廣泛應用研究，將帶動著社會對傳統(tǒng)教育行業(yè)的變革，打破教育平衡實現(xiàn)教育資源的公平公正，推動教育思維的變化，從應試教育方式到個性化教學的轉(zhuǎn)變，人工智能賦能教育的模式最終會達到普及化、個性化的發(fā)展。而目前人工智能在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域階段的應用與發(fā)展仍存在很多不足之處，例如，人工智能技術(shù)不成熟、教師對智能產(chǎn)品使用程度不熟練、研究人工智能的專業(yè)人才短缺等。在人工智能已逐漸進入教育領(lǐng)域的同時，也給傳統(tǒng)教育形式帶來了極大的變化，傳統(tǒng)課堂上教師單向傳授知識的方式無法提高學生的積極性，學生不能有效地思考問題，不僅降低了教學效率，而且不利于培養(yǎng)學生的思維。而人工智能與教育的結(jié)合給教師和學生提供更加個性化、更具有動力、更加多樣性的教學模式及智慧教學環(huán)境。因此本文基于當前的發(fā)展現(xiàn)狀，從學校、教師、學生三個角度出發(fā)，對人工智能賦能基礎(chǔ)教育提出相應的建議，以便為人工智能基礎(chǔ)教育的發(fā)展提供改進的方向。

從學校層面來講，人工智能課程的開設和智能硬件設施的配備是人工智能進入基礎(chǔ)教育領(lǐng)域尤為重要的兩個切入點。人工智能校本課程的開發(fā)需要學校教師和管理者共同制定，教學內(nèi)容要注重不同學科之間的融合，從實際場景出發(fā)尋找教學素材，將課程內(nèi)容按照學習技術(shù)、實踐操作、創(chuàng)新應用三個步驟進行設計，實現(xiàn)課程內(nèi)容的分層化，幫助學生最大限度地獲得人工智能知識。另外學校應該加強課程內(nèi)容相應的軟硬件設施配備，完善配套設施建設，以便教師能更好地進行教學。

從教師層面來講，由于人工智能技術(shù)本身是跨學科的、前沿的，其課程內(nèi)容融合多學科知識體系，因此教師需要具備人工智能技術(shù)所需的專業(yè)知識和能力。例如，學?？梢越?jīng)常組織教師參加人工智能教育的教師培訓，提高教師對人工智能課程和相關(guān)政策的了解，鼓勵各學科教師相互學習，合作分工。同時教師還應樹立終身學習的理念，積極參與課程的編寫和研究，根據(jù)學科信息素養(yǎng)的要求，不斷完善人工智能課程標準，加強專業(yè)知識和技能的培養(yǎng)，促進教師專業(yè)化發(fā)展。

從學生層面來講，學生首先應該具有人工智能的意識，通過學習人工智能課程來提高自身的信息素養(yǎng)和思維模式。其次學生要在學習過程中積極思考，運用計算思維的模式去發(fā)現(xiàn)并解決問題，增強學生動手實踐的能力。人工智能的知識對中小學階段的學生而言具有一定的難度，不僅僅需要了解技術(shù)的原理，更重要的是掌握技術(shù)是怎樣應用到實際案例中的。因此學生可以采用分組協(xié)作的方式進行學習，多安排一些綜合實踐活動，使他們可以更好地融入課堂教學當中。