吳永和 劉博文 馬曉玲

（1.華東師范大學(xué) 教育學(xué)部 教育信息技術(shù)學(xué)系，上海 200062；2.華東師范大學(xué) 經(jīng)管學(xué)部 信息管理系，上海 200241）

構(gòu)筑“人工智能+教育”的生態(tài)系統(tǒng)*

吳永和1劉博文1馬曉玲2

（1.華東師范大學(xué) 教育學(xué)部 教育信息技術(shù)學(xué)系，上海 200062；2.華東師范大學(xué) 經(jīng)管學(xué)部 信息管理系，上海 200241）

近期國內(nèi)召開的人工智能教育論壇，進(jìn)一步促進(jìn)了“人工智能+教育”研究的深入和應(yīng)用推廣，同時也為人工智能（AI）向“人工智能+教育”發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)。AI發(fā)展過程可分別從時間和技術(shù)兩個維度進(jìn)行劃分，其在發(fā)展過程中不斷與教育結(jié)合，產(chǎn)生了大量的研究成果，這為“人工智能+教育”提供了理論指導(dǎo)。通過高頻關(guān)鍵詞云圖和共詞網(wǎng)絡(luò)圖分析透視了目前的研究現(xiàn)狀，認(rèn)為國內(nèi)外各企業(yè)教育智能產(chǎn)品應(yīng)用，是推進(jìn)“人工智能+教育”的動力；國家頒布了一系列人工智能發(fā)展戰(zhàn)略政策，特別強(qiáng)調(diào)教育應(yīng)用，為“人工智能+教育”提供了政策保障。進(jìn)而從孕育條件、特征、作用三方面闡述了“人工智能+教育”的內(nèi)涵，從應(yīng)用形態(tài)、技術(shù)架構(gòu)、業(yè)態(tài)趨向等要素構(gòu)建了“人工智能+教育”的生態(tài)系統(tǒng)，并闡述了“人工智能+教育”的人才培養(yǎng)體系。

人工智能；人工智能+教育；智能教育；教育人工智能；EAI；教育智能代理；教育Agent；生態(tài)系統(tǒng)；人才培養(yǎng)

一、研究的提出

人工智能（Artificial Intelligence，簡稱 AI）延伸了人類的體力和腦力。“阿爾法狗”先后戰(zhàn)勝二位世界圍棋冠軍李世石、柯潔，掀起了全球性人工智能發(fā)展的新一輪熱潮。2016年5月23日，國家發(fā)改委聯(lián)合科技部、工信部等共同制定了《“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年行動實施方案》[1]，首次明確提出到2018年基本建立人工智能產(chǎn)業(yè)、服務(wù)和標(biāo)準(zhǔn)化體系，實現(xiàn)核心技術(shù)突破，培育若干全球領(lǐng)先的人工智能骨干企業(yè)，形成千億級的人工智能市場應(yīng)用規(guī)模。2017年3月5日，國務(wù)院總理李克強(qiáng)在《政府工作報告》中提到，要加快培育壯大新興產(chǎn)業(yè)，全面實施戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，包括人工智能產(chǎn)業(yè)。這是“人工智能”首次被列入《政府工作報告》。

去年10月，網(wǎng)易科技聯(lián)合網(wǎng)易智能、烏鎮(zhèn)智庫發(fā)布了《烏鎮(zhèn)指數(shù)：全球人工智能發(fā)展報告（2016）》[2]綜述篇，指出人工智能應(yīng)用于教育領(lǐng)域的主要形式有：智能評測、個性化輔導(dǎo)、兒童陪伴等。2017年5月13日，中國科學(xué)院院士褚君浩在華東師范大學(xué)舉辦的“人工智能與未來教育”高峰論壇上，做了題為“智能時代：智慧的教育是什么？[3]”的報告。2017年 7月8日，國務(wù)院印發(fā)了 《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[4]，為加快人工智能的創(chuàng)新應(yīng)用，提出了“智能教育”，為“人工智能+教育”指明了發(fā)展方向。

近年來，國內(nèi)一些學(xué)者紛紛展開了相關(guān)研究。如，閆志明等提出教育人工智能（EAI），界定了教育人工智能的內(nèi)涵[5]；馬玉慧等研究了智慧教育時代我國人工智能教育應(yīng)用的發(fā)展路徑[6]；劉清堂等對智能教學(xué)技術(shù)的發(fā)展與展望進(jìn)行了研究[7]。可見，教育作為人工智能的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，正向“人工智能+教育”的新階段邁進(jìn)。

那么，在今天這樣一個人工智能快速發(fā)展的時代背景下，“人工智能+教育”的發(fā)展現(xiàn)況與重點如何？其生態(tài)系統(tǒng)如何構(gòu)建？本文擬從人工智能的發(fā)展過程出發(fā)，分析“人工智能+教育”的研究現(xiàn)狀，試從應(yīng)用形態(tài)、技術(shù)架構(gòu)、業(yè)態(tài)趨向三方面初步構(gòu)建“人工智能+教育”的生態(tài)系統(tǒng)，以及對建立“人工智能+教育”人才培養(yǎng)體系作些探討。

二、人工智能發(fā)展的階段與驅(qū)動力

（一）人工智能的發(fā)展階段

人工智能的概念自提出以來，已經(jīng)過60多年的發(fā)展，積累了巨大的潛能，其發(fā)展脈絡(luò)可分別從時間和技術(shù)兩方面進(jìn)行梳理。從發(fā)展時間的角度看，人工智能的發(fā)展可劃分為七個階段[8]：萌芽階段、誕生階段、黃金階段、第一次低谷、繁榮階段、第二次低谷、現(xiàn)在發(fā)展階段。圖1分別列舉了人工智能、人工智能教育（AIE）在各發(fā)展階段的重要事件。

圖1 人工智能發(fā)展的七個階段（時間維度）

從技術(shù)發(fā)展的角度看，人工智能的發(fā)展可分為：計算智能、感知智能、認(rèn)知智能三個階段[9]。其中，計算智能是人工智能的初步形態(tài)，也是其不斷發(fā)展的基礎(chǔ)；感知智能是當(dāng)前國內(nèi)外人工智能發(fā)展集中所處的階段；認(rèn)知智能是人工智能的高級形態(tài)，是未來人工智能發(fā)展的突破口。

表1 人工智能發(fā)展的三個階段（技術(shù)維度）

1.計算智能階段

計算智能是最初級的人工智能形態(tài)，它讓機(jī)器和人一樣能計算、存儲和傳遞信息。計算機(jī)的資源儲存和計算能力比人類強(qiáng)大很多，能快速存儲和處理海量數(shù)據(jù)，特別是在使用大存儲和超算之后，整個系統(tǒng)在一定程度上表現(xiàn)出智能的特性。計算智能使用窮舉和匹配搜索等方法完成任務(wù)，例如，下棋和網(wǎng)頁搜索，IBM深藍(lán)國際象棋 2006年已經(jīng)超過人類，Google搜索引擎可以幫助人們在“成千上萬”網(wǎng)頁中搜索相關(guān)信息。計算智能的教育應(yīng)用表現(xiàn)為：支持快速存儲與傳遞大量學(xué)習(xí)資源，構(gòu)建智能化學(xué)生信息管理系統(tǒng)等。

2.感知智能階段

感知智能階段是目前人工智能發(fā)展的主要階段，它使得機(jī)器和人一樣能看懂、聽懂與辨識，具備感知能力并與人進(jìn)行交互。目前，感知智能的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，它通過數(shù)學(xué)建模和基于大數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)等方法對人類感知能力進(jìn)行模擬，輔助人類完成任務(wù)。其研究涉及的領(lǐng)域較廣，研究成果較多，主要包括語音識別、圖像識別等方面，如，亞馬遜智能助手“Alexa”、谷歌助理等，可以支持跨設(shè)備、跨語種的人機(jī)雙向語音對話，基于語音和文字搜索，根據(jù)用戶需求提供個性化服務(wù)；百度圖像搜索依托圖像識別技術(shù)可以支持對實物拍照進(jìn)行即時搜索，很大程度上滿足了用戶的搜索需求。感知智能的教育應(yīng)用表現(xiàn)為語言教學(xué)、口語測評、圖像搜題等方面。

3.認(rèn)知智能階段

認(rèn)知智能是人工智能的高級形態(tài)，它模擬人類的推理、聯(lián)想、知識組織能力，使得機(jī)器和人一樣能理解、會主動思考并采取合理行動，具備一定的概念、意識和觀念。該階段的人工智能不僅具有邏輯思維，還具有形象思維、靈感思維，能全面輔助或替代人類的一些工作。認(rèn)知智能是目前人工智能領(lǐng)域關(guān)注的熱點，在各科技企業(yè)的積極探索中也初見成果。如，科大訊飛研發(fā)的教育智能機(jī)器人“阿爾法蛋”，擁有“類人腦”，其理解能力、表達(dá)能力、智商都會隨著深度自我學(xué)習(xí)而不斷成長，可以初步為用戶提供個性化學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)等服務(wù)。目前，認(rèn)知智能與人的差距還較大，是未來人工智能發(fā)展的突破口。

（二）人工智能發(fā)展的驅(qū)動力

1.國家政策層面的驅(qū)動

國家層面的政策支持，為人工智能提供了賴以生存和發(fā)展的土壤。自2010年起，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）就長期支持人工智能在各領(lǐng)域的應(yīng)用，還將 “大腦計劃”、“先進(jìn)制造”、“智慧城市”等領(lǐng)域作為美國國家創(chuàng)新戰(zhàn)略的重要組成部分。2016年10月，美國白宮科技政策辦公室（OSTP）率先發(fā)布了題為《為人工智能的未來做好準(zhǔn)備》（Preparing for the Future of Artificial Intelligence）和《國家人工智能研發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃》（The National Artificial Intelligence Research and Development Strategic Plan）兩份重要報告，以期為人工智能的未來發(fā)展提供針對性的指導(dǎo)。這兩份報告的發(fā)布，對全球人工智能發(fā)展戰(zhàn)略影響巨大。

2009年，歐盟就開啟“藍(lán)腦計劃”，又在2013年啟動“人腦計劃”，并在2016年公開發(fā)布了神經(jīng)信息平臺、大腦模擬平臺、高性能計算平臺、醫(yī)學(xué)信息平臺、神經(jīng)形態(tài)計算平臺、神經(jīng)機(jī)器人平臺等六大平臺。2015年1月，日本政府聯(lián)合各大企業(yè)推出了“機(jī)器人計劃”，并計劃在今后10年里投入1000億日元用于人工智能的研發(fā)。

中國也頒布了與人工智能相關(guān)的一系列政策。表2為近年來中國所頒布的人工智能相關(guān)政策方面的情況。

表2 中國頒布的與人工智能相關(guān)的一系列政策

2.領(lǐng)域應(yīng)用的驅(qū)動

國內(nèi)外科技企業(yè)不斷推進(jìn)人工智能的領(lǐng)域應(yīng)用，是加快人工智能發(fā)展的中堅力量。其中，一些互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)以其獨特優(yōu)勢迅速搶占人工智能的發(fā)展機(jī)遇與制高點，成為人工智能領(lǐng)域的科技巨頭。

2011年，IBM的自然語言問答系統(tǒng)Watson在美國“危險邊緣”智力競答游戲中，戰(zhàn)勝兩位前冠軍，這意味著在一定的領(lǐng)域范圍內(nèi)，計算機(jī)問答系統(tǒng)可以達(dá)到甚至超過人類水平；谷歌于2015年發(fā)布開源人工智能系統(tǒng)TensorFlow，促進(jìn)了深度學(xué)習(xí)在各行業(yè)中的應(yīng)用；2016年，F(xiàn)acebook首席執(zhí)行官馬克·扎克伯格公開了人工智能聊天機(jī)器人“BOTS On Messenger”，通過與用戶的對話提供相應(yīng)服務(wù)；百度于2015年發(fā)布對話式人工智能系統(tǒng)“Duer OS”，立志于實現(xiàn)“人人都能擁有貼心的秘書”；2015年，騰訊發(fā)布首款智能娛樂機(jī)器人——“微寶智能球型機(jī)器人”，將游戲與智能硬件相結(jié)合，為用戶提供了良好的虛擬現(xiàn)實游戲感知。最近，微軟公司著名的人工智能“小冰”，居然還出版了詩集。

目前，人工智能發(fā)展迅速，已在智能家居、汽車、醫(yī)療、環(huán)保等多個領(lǐng)域“嶄露頭角”。新型智能家居平臺依托人工智能技術(shù)，致力于“為用戶帶來更舒適、便捷、健康的生活”，如，海爾的U+、美的的MSmart、小米的SmartThings、蘋果的HomeKit等。無人駕駛汽車是人工智能技術(shù)應(yīng)用到汽車行業(yè)的智能產(chǎn)品代表，在保障安全的同時可以優(yōu)化交通狀況，如，谷歌的Google Driverless Car、百度的Apollo等。在智慧醫(yī)療方面，人工智能技術(shù)已在輔助診斷、藥物研發(fā)、精準(zhǔn)醫(yī)療等方面初見成效。

隨著時間的推移、技術(shù)的進(jìn)步，人工智能還在不斷發(fā)展。世界各國、各企業(yè)也日益意識到人工智能所蘊含的巨大潛能，積極推進(jìn)人工智能的研究與應(yīng)用。與時俱進(jìn)的中國迅速加入到了人工智能行列中，積極推進(jìn)人工智能在社會各領(lǐng)域的應(yīng)用研究，這一切為我國“人工智能+教育”的發(fā)展提供了良好基礎(chǔ)。

三、“人工智能+教育”的研究現(xiàn)狀

所謂“人工智能+教育”，是人工智能與教育的深度融合與發(fā)展。“人工智能+教育”的研究如火如荼，產(chǎn)生了較多的研究成果。目前，主要應(yīng)用形式為人工智能教育，通過將人工智能應(yīng)用于教育領(lǐng)域，以提升教育的質(zhì)量。即“人工智能+教育”，可以實現(xiàn)大規(guī)模的定制化教育內(nèi)容及精準(zhǔn)服務(wù)，幫助老師批改作業(yè)、與學(xué)生交流、促進(jìn)個性化學(xué)習(xí)等。

“人工智能+教育”的研究現(xiàn)狀如何？本文以人工智能教育的相關(guān)學(xué)術(shù)成果為研究對象，通過對其進(jìn)行關(guān)鍵字詞的云圖分析和共詞網(wǎng)絡(luò)圖分析，以透視“人工智能+教育”的研究現(xiàn)狀。我們以“中國知網(wǎng)”為分析數(shù)據(jù)庫，以“人工智能教育”為主題進(jìn)行全數(shù)據(jù)庫檢索，截止到2017年5月30日，共檢索到相關(guān)文獻(xiàn)469篇，其中2000年以前共55篇，2000年以后（含2000年）共414篇。最終選取2000年以后的文獻(xiàn)作為研究對象，其中去除報紙以及相關(guān)性較低的文獻(xiàn)后，共有91篇文獻(xiàn)供本文研究。

（一）關(guān)鍵字詞的云圖分析

1.高頻關(guān)鍵詞的確定

使用SATI 3.0（Statistical Analysis Tool for Informetrics，文獻(xiàn)題錄信息統(tǒng)計分析工具）統(tǒng)計分析高頻關(guān)鍵詞。我們選取了頻次由高到低排列的前50個關(guān)鍵詞，用以生成“人工智能教育”高頻關(guān)鍵詞（具體見表3）。

表3 人工智能教育的高頻關(guān)鍵詞

2.生成關(guān)鍵詞云圖

將“人工智能教育”高頻關(guān)鍵詞和相應(yīng)頻次導(dǎo)入在線云圖生成工具WordArt（https://wordart.com/）中，通過相關(guān)設(shè)置即可生成“人工智能教育”高頻關(guān)鍵詞云圖，如圖2所示。

圖2 “人工智能教育”高頻關(guān)鍵詞云圖

3.云圖的初步分析

（1）“人工智能+教育”的應(yīng)用形式。人工智能與教育的結(jié)合充滿著無數(shù)可能，“專家系統(tǒng)”是目前“人工智能+教育”的主要應(yīng)用形式。隨著技術(shù)的發(fā)展，人工智能也越來越多地應(yīng)用到了網(wǎng)絡(luò)教育、遠(yuǎn)程教育當(dāng)中。知識庫和學(xué)生模型是“人工智能+教育”的重要組成部分，在此基礎(chǔ)上，智能教學(xué)系統(tǒng)（ITS）、智能決策支持系統(tǒng)、智能計算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）系統(tǒng)也發(fā)展迅速。此外，“人工智能+教育”也開始逐漸面向“互聯(lián)網(wǎng)+”教育、科學(xué)技術(shù)教育、STEAM教育、情感教育等教育新方向。

（2）“人工智能+教育”的關(guān)鍵技術(shù)。信息技術(shù)、教育技術(shù)、人工智能技術(shù)是實現(xiàn)“人工智能+教育”的三大技術(shù)基石。其中，相關(guān)的信息技術(shù)、人工智能技術(shù)有：機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語言處理、人工智能算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、推理機(jī)、學(xué)習(xí)計算、圖像識別等技術(shù)，相關(guān)的教育技術(shù)有：教學(xué)設(shè)計、課程建設(shè)、教學(xué)方法等內(nèi)容。

（3）“人工智能+教育”的教育目標(biāo)。教育是一項復(fù)雜的事業(yè)，傳統(tǒng)的教育教學(xué)中教師和學(xué)生的重復(fù)勞動量大，人力資源浪費嚴(yán)重?！叭斯ぶ悄?教育”可以有效地彌補傳統(tǒng)教育的缺陷，著重于培養(yǎng)學(xué)生能力，提升學(xué)生信息素養(yǎng)，滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需求，實現(xiàn)智慧教育的目標(biāo)。

（二）關(guān)鍵詞共詞網(wǎng)絡(luò)圖的分析

1.共詞網(wǎng)絡(luò)圖生成

使用SATI 3.0生成“人工智能教育”高頻關(guān)鍵詞共詞矩陣，然后將共詞矩陣導(dǎo)入社會網(wǎng)絡(luò)分析軟件UCINET中，通過相關(guān)操作生成“人工智能教育”高頻關(guān)鍵詞共詞網(wǎng)絡(luò)圖，如圖3所示。

2.共詞網(wǎng)絡(luò)圖分析

（1）“人工智能+教育”目前的研究熱點。人工智能位于共詞網(wǎng)絡(luò)圖的中心位置，與大部分關(guān)鍵詞都關(guān)系緊密。此外，教育技術(shù)、專家系統(tǒng)與其他關(guān)鍵詞的聯(lián)系也比較緊密。這說明人工智能、教育技術(shù)、專家系統(tǒng)與其他關(guān)鍵詞在同一篇文獻(xiàn)中共同出現(xiàn)的次數(shù)最多，是研究者關(guān)注的重點，代表著目前“人工智能+教育”的研究熱點，并且其他相關(guān)研究也圍繞著這些關(guān)鍵詞開展。

圖3 “人工智能教育”高頻關(guān)鍵詞共詞網(wǎng)絡(luò)圖

（2）“人工智能+教育”未來的研究趨勢。人工智能教學(xué)、科學(xué)技術(shù)教育、STEAM教育、人類智能等關(guān)鍵詞位于共詞網(wǎng)絡(luò)圖的邊緣位置，關(guān)鍵詞之間比較稀疏，與其他關(guān)鍵詞聯(lián)系較少。這說明目前研究者對與這些關(guān)鍵詞的關(guān)注程度相比位于中心位置的關(guān)注程度要低。但這并不代表這些內(nèi)容不夠重要，只是目前對這些內(nèi)容的研究相對較少，反而從某種程度上來看，這些內(nèi)容可能將會成為“人工智能+教育”的未來研究方向和趨勢。

（3）“人工智能+教育”的過渡與橋梁。位于共詞網(wǎng)絡(luò)圖中間位置的內(nèi)容，是聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)邊緣與中心的橋梁。學(xué)生模型、自然語言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、“互聯(lián)網(wǎng)+教育”、智能教學(xué)系統(tǒng)（ITS）等關(guān)鍵詞，位于共詞網(wǎng)絡(luò)圖中心與邊緣的中間位置，是目前“人工智能+教育”比較關(guān)注的研究內(nèi)容，這些內(nèi)容是人工智能面向教育應(yīng)用的過渡區(qū)域，也是聯(lián)系人工智能與教育的橋梁。

四、“人工智能+教育”的內(nèi)涵

學(xué)者閆志明等從學(xué)科發(fā)展角度，首次給出了教育人工智能（EAI）的內(nèi)涵：人工智能與學(xué)習(xí)科學(xué)相結(jié)合而形成的一個新領(lǐng)域，教學(xué)模型、領(lǐng)域知識模型和學(xué)習(xí)者模型是其核心[10]。我們在這一內(nèi)涵論述的基礎(chǔ)上，將從孕育條件、主要特征和作用三方面，進(jìn)一步構(gòu)筑與豐富“人工智能+教育”的內(nèi)涵。

（一）“人工智能+教育”的孕育條件

1.技術(shù)基礎(chǔ)

如前述，從技術(shù)方面看，人工智能的發(fā)展經(jīng)歷了計算智能、感知智能、認(rèn)知智能三個階段，由“能存會算”到“能聽會說、能看會認(rèn)”再到“能理解、會思考”，由簡單的“機(jī)械智能”不斷朝著復(fù)雜的“人類智能”方向發(fā)展。緣于受教育對象——人的高度復(fù)雜與多樣，教育又是一項需要極大的人類智能來從事或處理的高復(fù)雜行業(yè)，越來越“智能”的人工智能技術(shù)，為實現(xiàn)“人工智能+教育”提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。目前，“人工智能+教育”的應(yīng)用也越來越多，越來越智能或聰明，比如，基于語音識別技術(shù)的口語智能評測、內(nèi)容與學(xué)習(xí)方式的智能化精準(zhǔn)分析等。

2.理論指導(dǎo)

我們通過上述高頻關(guān)鍵詞云圖、共詞網(wǎng)絡(luò)圖，對“人工智能+教育”進(jìn)行研究現(xiàn)狀分析可知，目前，我國“人工智能+教育”相關(guān)研究較多，研究覆蓋面較廣，涉及到“人工智能+教育”的應(yīng)用形式、關(guān)鍵技術(shù)、教育目標(biāo)等各個方面，其研究熱點、未來的研究趨勢也日益清晰可見。所有這些學(xué)術(shù)研究成果，為“人工智能+教育”的發(fā)展與應(yīng)用，提供了良好的理論指導(dǎo)與基礎(chǔ)。

3.應(yīng)用推進(jìn)

國內(nèi)外一些著名科技公司、企業(yè)競相開發(fā)、推廣和應(yīng)用教育智能產(chǎn)品，也是推進(jìn)“人工智能+教育”的動力。國內(nèi)企業(yè)尤其關(guān)注“人工智能+教育”產(chǎn)品的開發(fā)，已經(jīng)依托人工智能技術(shù)研制和開發(fā)了各類教育智能產(chǎn)品。主要有科大訊飛的暢言智慧校園、上海易教的智慧課堂系統(tǒng)、浙大萬鵬的智慧云課堂等，初步構(gòu)建了智慧校園、智慧課堂、智慧學(xué)習(xí)、智慧考試一體化的教育智能產(chǎn)品體系。

4.政策保障

國家宏觀層面的戰(zhàn)略政策是落實“人工智能+教育”的重要保障。創(chuàng)新人才培養(yǎng)是當(dāng)前世界各國擺在優(yōu)先位置的戰(zhàn)略計劃，人才的培養(yǎng)離不開教育，只有創(chuàng)新教育才有可能培養(yǎng)出創(chuàng)新性人才。我國近幾年越來越關(guān)注人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，頒布了一系列相關(guān)政策。比如，國家最近頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》指出，要“建立在線智能教育平臺，完善人工智能教育體系”，這就為我國 “人工智能+教育”的發(fā)展莫定了基礎(chǔ)。

（二）“人工智能+教育”的主要特征

學(xué)界一般認(rèn)為，“互聯(lián)網(wǎng)+”具有跨界融合、創(chuàng)新驅(qū)動、重塑結(jié)構(gòu)、尊重人性、開放生態(tài)和連接一切等特征[11]。陳麗教授指出，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的本質(zhì)特征在于秉承開放教育的理念，面向知識經(jīng)濟(jì)時代教育的新需求，價值取向在于推動傳統(tǒng)學(xué)校教育制度的變革[12]；秦虹、張武升提出，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”具有跨界連接、創(chuàng)新驅(qū)動、優(yōu)化關(guān)系、擴(kuò)大開放和更具生態(tài)性等五個本質(zhì)特點[13]；李子運從教師發(fā)展的角度，提出“互聯(lián)網(wǎng)+教育”具有六大特征：高密度互通性、高效率生成性、大規(guī)模涉獵性、大數(shù)據(jù)感知性、新事物熟悉性、新領(lǐng)域淡然性[14]；項賢明在“人工智能與未來教育”高峰論壇上指出，未來智能時代的教育是一種“人性為王”的教育，德行和情感等人性特有的東西應(yīng)當(dāng)受到極大的重視[15]。

我們認(rèn)為，“人工智能+教育”在于依托人工智能技術(shù)，是基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的深化，其特征主要體現(xiàn)在如下六個方面。

1.創(chuàng)新驅(qū)動

馬化騰在《關(guān)鍵：智力資本與企業(yè)戰(zhàn)略重構(gòu)》一書中，把關(guān)鍵驅(qū)動要素分為三大類：資源、客戶、創(chuàng)新。延伸至教育領(lǐng)域，這三大類關(guān)鍵驅(qū)動要素即為：教育資源、教育用戶、教育創(chuàng)新。目前，我國教育仍以教育資源驅(qū)動為主，教育用戶驅(qū)動為輔，教育創(chuàng)新驅(qū)動不足。“人工智能+教育”則帶來了一股改變這種教育現(xiàn)狀的強(qiáng)大力量，它通過人工智能技術(shù)在教育應(yīng)用上的創(chuàng)新，如，基于語音識別技術(shù)的語音教學(xué)、基于圖像識別技術(shù)的智能評卷等，推動教育自身的不斷變革與創(chuàng)新。

2.重塑結(jié)構(gòu)

“人工智能+教育”變革了教育資源的結(jié)構(gòu)。在教育資源數(shù)字化的基礎(chǔ)上，“人工智能+教育”更強(qiáng)調(diào)資源的多樣性和非結(jié)構(gòu)化，并賦予資源新的語義，能隨時為學(xué)生提供個性化的、學(xué)得舒服的學(xué)習(xí)資源；同時，“人工智能+教育”變革了師生關(guān)系結(jié)構(gòu)，它使得教師從繁冗重復(fù)的機(jī)械性工作中解放出來，成為學(xué)生的教練或師傅，能有精力更加關(guān)注到學(xué)生的高階思維、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因為，人工智能技術(shù)能夠感知學(xué)生的不同喜好與需求等特征，依據(jù)學(xué)生特征提供自適應(yīng)的學(xué)習(xí)服務(wù)，學(xué)生由知識消費者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R創(chuàng)造者。人工智能技術(shù)正構(gòu)建一個以學(xué)習(xí)者為中心的新型學(xué)習(xí)環(huán)境，以培養(yǎng)創(chuàng)新性人才為導(dǎo)向，最終重塑教育內(nèi)外部結(jié)構(gòu)，使其從傳統(tǒng)教育模式發(fā)展為現(xiàn)代教育模式，滿足知識經(jīng)濟(jì)時代的發(fā)展需求。

3.開放生態(tài)

在“大眾創(chuàng)新、萬眾創(chuàng)新”時代，教育作為創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要領(lǐng)域更加不能 “故步自封”。“人工智能+教育”是教育領(lǐng)域走出“界限”的重要一步，它以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)，利用技術(shù)的優(yōu)勢來拓展教育邊界，向先進(jìn)領(lǐng)域開放。同時，在人工智能技術(shù)的支持下，社會各企業(yè)研發(fā)產(chǎn)生的各類教育智能產(chǎn)品，會不斷與教育各要素發(fā)生“化學(xué)反應(yīng)”，形成雙向互補與多贏格局。“人工智能+教育”會促使教育不再局限于校園，而開始面向社會各系統(tǒng)。將學(xué)校、社會、企業(yè)有機(jī)連為一體，最終構(gòu)建起互聯(lián)網(wǎng)時代新型教育生態(tài)環(huán)境，成為教育向外開放的接口。

4.尊重個性

“人工智能+教育”提供的教育服務(wù)充分尊重師生人性，能依據(jù)教師、學(xué)生的特征和需求，提供精細(xì)、富有實效的個性化教育服務(wù)。比如，人工智能技術(shù)能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征（認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)風(fēng)格、興趣愛好、學(xué)習(xí)目標(biāo)等），如同“訂餐式”一樣，為每一個學(xué)習(xí)者提供不同的個性化學(xué)習(xí)服務(wù)。當(dāng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征不明確或效果不明顯時，人工智能技術(shù)還可以通過智能算法或數(shù)據(jù)分析，基于各類知識庫進(jìn)行推理，即時反饋，從而不斷矯正服務(wù)不足，提高個性化服務(wù)水平。這，也同樣適用于教師。

5.服務(wù)智能

“人工智能+教育”所提供的教育服務(wù)是動態(tài)的、智能的，它能夠理解周圍的教學(xué)環(huán)境，隨著教學(xué)環(huán)境的變化而做出適時、恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。人工智能所感知的教學(xué)環(huán)境，是傳統(tǒng)教學(xué)物理環(huán)境和教學(xué)人文環(huán)境的總和，其中，教學(xué)物理環(huán)境包括教學(xué)地點、教學(xué)時間、教學(xué)設(shè)備等因素，教學(xué)人文環(huán)境包括學(xué)習(xí)者、教師、文化背景等因素。根據(jù)不同的教育場景、不同的參與教育的角色、不同的文化背景等因素，人工智能技術(shù)提供著動態(tài)的智能化教學(xué)服務(wù)。即它所提供的教育服務(wù)是智能的，是尊重人性的，能依據(jù)用戶的特征和不同需求，能夠“聰明的”動態(tài)化調(diào)節(jié)。而且這種智能化服務(wù)，會隨著人工智能技術(shù)的不斷提升，呈現(xiàn)出更好的服務(wù)水準(zhǔn)。

6.自治演進(jìn)

“人工智能+教育”系統(tǒng)是一個獨立、自治的系統(tǒng)，它可以不受環(huán)境和用戶干預(yù)而自主運作，能自主控制自己的行為和內(nèi)部狀態(tài)。例如，學(xué)生考試完成后，人工智能系統(tǒng)依據(jù)評分規(guī)則在后臺自主評測學(xué)生試卷，而不受教師、學(xué)生行為的影響。人工智能技術(shù)能夠依據(jù)以往經(jīng)驗調(diào)整自身行為，進(jìn)行基于深度學(xué)習(xí)的自主學(xué)習(xí)，不斷完善自身功能，系統(tǒng)不斷地演進(jìn)。例如，現(xiàn)在一些人工智能系統(tǒng)可以根據(jù)以往不同的教學(xué)效果，不斷改進(jìn)教學(xué)策略，生成新的教學(xué)方法，完善教學(xué)策略庫的建設(shè)，通過“人機(jī)協(xié)作”，提升教師的教學(xué)效果。

（三）“人工智能+教育”的作用

早在2005年，聯(lián)合國教科文組織 （UNESCOAPEID）將教育信息化的發(fā)展階段 （技術(shù)在教育應(yīng)用）分為興起、應(yīng)用、融合和革新四個階段。按照這一劃分標(biāo)準(zhǔn)，在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”推進(jìn)教育信息化的基礎(chǔ)上，“人工智能+教育”正處在教育信息化發(fā)展的融合與革新階段。

我國《教育信息化“十三五”規(guī)劃》指出，要堅持“融合創(chuàng)新”的工作原則，提升信息化服務(wù)教育教學(xué)與管理的能力。我們認(rèn)為，當(dāng)前的“人工智能+教育”正是提升教育信息化效能的著力點。換言之，“人工智能+教育”視域下的智能教育，是教育信息化的深度融合和創(chuàng)新發(fā)展的突破口，起到優(yōu)化教育信息化流程、促進(jìn)教育變革，特別是起著有效推進(jìn)教育發(fā)展創(chuàng)新的作用，是教育信息化與教育教學(xué)深度融合的膠合劑，成為教育發(fā)展、創(chuàng)新的技術(shù)動力。

具體來說，“人工智能+教育”能夠提高教學(xué)效率和效能，為學(xué)生更好增知增智、為教師更好教學(xué)提供服務(wù)：從知識層面看，“人工智能+教育”能夠促進(jìn)知識生成、傳播、更新、管理，解決知識老化的問題；從學(xué)習(xí)者層面看，“人工智能+教育”能夠自動感知學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并進(jìn)行主動調(diào)控，使得學(xué)習(xí)者從知識消費者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R創(chuàng)造者，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性素養(yǎng)；從教育者層面看，它促進(jìn)教師重新思考教育者的角色，從教書匠向教練員角色轉(zhuǎn)換，讓教學(xué)活動以學(xué)生體驗與動態(tài)交互為主。同時，把教師從繁雜瑣碎和重復(fù)性勞動中解放出來，今后，批改作業(yè)、閱卷等工作，可由人工智能來協(xié)助解決。

更為重要的是，“人工智能+教育”能夠重新設(shè)計、呈現(xiàn)全新的學(xué)習(xí)空間與環(huán)境，改變師生傳統(tǒng)的交互方式與學(xué)習(xí)評價方式。借助于物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、VR/AR等技術(shù)，不斷推進(jìn)著兩個“深度學(xué)習(xí)”（通過機(jī)器的深度學(xué)習(xí)并促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)）的良性互動，通過將在線學(xué)習(xí)平臺、學(xué)習(xí)測量、泛在學(xué)習(xí)與人工智能技術(shù)相結(jié)合，讓學(xué)習(xí)者獲得更多的、更有效的學(xué)習(xí)體驗與成果，獲得問題解決的實用知識與技能，從而構(gòu)建起一個新型的智能化教育生態(tài)。

五、“人工智能+教育”的生態(tài)系統(tǒng)

國家頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出了“智能教育”，這是目前“人工智能+教育”的一種融合形態(tài)。該規(guī)劃指出，要利用智能技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革，構(gòu)建包含智能學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的新型教育體系，提供精準(zhǔn)推送的教育服務(wù)，實現(xiàn)日常教育和終身教育定制化[16]。

我們認(rèn)為，新型的教育體系要以“人工智能服務(wù)教育”的理念為指導(dǎo)，利用高速發(fā)展中的移動互聯(lián)技術(shù)等，旨在打造“人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時時可學(xué)”的智能化教育環(huán)境，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式變革和教育模式的創(chuàng)新，為學(xué)生、教師和各級教育管理者提供適合、精準(zhǔn)、便捷、人性化的優(yōu)質(zhì)服務(wù)，最終形成“人工智能+教育”的生態(tài)系統(tǒng)?；谶@樣的認(rèn)識，我們初步構(gòu)建了“人工智能+教育”的生態(tài)系統(tǒng)（如圖4）。

圖4 “人工智能+教育”生態(tài)系統(tǒng)的核心要素及關(guān)系

這一生態(tài)系統(tǒng)由應(yīng)用、技術(shù)、業(yè)態(tài)三個環(huán)節(jié)構(gòu)成，分別對應(yīng)應(yīng)用形態(tài)、技術(shù)架構(gòu)、業(yè)態(tài)趨向三個核心要素，三個要素相互聯(lián)系、相互作用，使整個生態(tài)系統(tǒng)不斷進(jìn)行良性循環(huán)、自治式演進(jìn)發(fā)展。其中，應(yīng)用形態(tài)以技術(shù)架構(gòu)為支撐，同時又對技術(shù)架構(gòu)的構(gòu)建起決定作用；技術(shù)架構(gòu)指導(dǎo)業(yè)態(tài)趨向，同時又依據(jù)業(yè)態(tài)趨向進(jìn)行自我優(yōu)化；業(yè)態(tài)趨向通過應(yīng)用形態(tài)的推進(jìn)而不斷發(fā)展，同時又為應(yīng)用形態(tài)的實施提供保障。應(yīng)用形態(tài)、技術(shù)架構(gòu)、業(yè)態(tài)趨向三個環(huán)節(jié)相互促進(jìn)，最終形成“人工智能+教育”的生態(tài)系統(tǒng)。

（一）“人工智能+教育”的四種應(yīng)用形態(tài)

《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》分別從宏觀環(huán)境建設(shè)和微觀應(yīng)用形態(tài)兩個層面，全面推進(jìn)“智能教育”的實施。宏觀環(huán)境建設(shè)層面指出要“構(gòu)建新型教育體系，建立以學(xué)習(xí)者為中心的教育環(huán)境”；微觀應(yīng)用形態(tài)層面要 “開展智能校園建設(shè)，開發(fā)立體綜合教學(xué)場、基于大數(shù)據(jù)智能的在線學(xué)習(xí)教育平臺，開發(fā)智能教育助理”。我們認(rèn)為，智能校園、立體化綜合教學(xué)場、基于大數(shù)據(jù)智能的在線學(xué)習(xí)教育平臺、智能教育助理是“人工智能+教育”的四種應(yīng)用形態(tài)。

1.智能校園

智能校園是數(shù)字校園的進(jìn)一步發(fā)展，也是建設(shè)智慧校園的物質(zhì)基礎(chǔ)。智能校園是以校園為平臺，兼?zhèn)浣ㄖO(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電和設(shè)備自動，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的校園環(huán)境[17]。智能校園以資源數(shù)字化、信息流轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)，以電子校務(wù)應(yīng)用、應(yīng)用集成化為依托，以數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等人工智能技術(shù)為手段，實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)、教師教學(xué)、管理者決策的智能化、科學(xué)化，這也是“人工智能+教育”典型應(yīng)用形態(tài)。智能校園旨在推進(jìn)教育教學(xué)現(xiàn)代化，科研活動信息化，資源共享化，管理科學(xué)化，決策智能化，以建立數(shù)字化、人性化、聰明化的校園社區(qū)服務(wù)體系。

2.立體化綜合教學(xué)場

立體化綜合教學(xué)場是線上線下一體化的輔助教師教學(xué)、支持學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的場所，如，智慧教室、數(shù)字化實驗室、綜合創(chuàng)新實驗室等，它是“人工智能+教育”的重要應(yīng)用形態(tài)。立體化綜合教學(xué)場以學(xué)科交叉與融合作為課程體系，以“多元立體化教學(xué)模式”為運行機(jī)制[18]，以資源整合多元化、課程講授多樣化、學(xué)習(xí)支持立體化為手段，支持學(xué)生的學(xué)習(xí)主動化和個性化。它通過人工智能技術(shù)輔助教師教學(xué)，能針對不同學(xué)生的特點，設(shè)計相應(yīng)的課程和教學(xué)活動，為學(xué)生提供智能化的學(xué)習(xí)服務(wù)。同時，依托人工智能技術(shù)，立體化綜合教學(xué)場能夠全面了解每個學(xué)生的特征，為學(xué)生提供啟發(fā)式教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，不斷提高學(xué)習(xí)能力、實踐能力和創(chuàng)新能力。

3.基于大數(shù)據(jù)智能的在線學(xué)習(xí)教育平臺

基于大數(shù)據(jù)智能的在線學(xué)習(xí)教育平臺，是“人工智能+教育”的主流應(yīng)用形態(tài)。在以云計算為基礎(chǔ)的新一代互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，教育全過程的信息化產(chǎn)生了海量的教育數(shù)據(jù)，其量大、多樣，來源于真實的教育場景，具有巨大的教育價值。隨著大數(shù)據(jù)的崛起和數(shù)據(jù)密集科學(xué)的發(fā)展，學(xué)習(xí)分析學(xué)和教育數(shù)據(jù)挖掘成為大數(shù)據(jù)在教育領(lǐng)域中的具體應(yīng)用[19]?；诖髷?shù)據(jù)智能的在線學(xué)習(xí)教育平臺，融合學(xué)習(xí)分析和教育數(shù)據(jù)挖掘，能測量、收集學(xué)習(xí)者以及他們的學(xué)習(xí)環(huán)境數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計、機(jī)器學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)分析和數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)來分析教和學(xué)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，理解和優(yōu)化學(xué)習(xí)以及學(xué)習(xí)情境?；诖髷?shù)據(jù)智能的在線學(xué)習(xí)教育平臺，通過教育數(shù)據(jù)的挖掘與智能化分析、實時跟蹤與反饋的智能測評、學(xué)習(xí)分析與學(xué)習(xí)者數(shù)字畫像，為學(xué)習(xí)者提供個性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)服務(wù)。總之，基于大數(shù)據(jù)智能的在線學(xué)習(xí)教育平臺，基于 “以學(xué)習(xí)者為中心”的教育理念，以教育大數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)，是教育大數(shù)據(jù)的“智能”體現(xiàn)。

4.智能教育助理

智能教育助理通過輕量級的教育應(yīng)用，能夠輔助教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)、管理者管理，為用戶提供便捷的智能化教育服務(wù)，其核心驅(qū)動力便是人工智能。目前，智能教育助理產(chǎn)品有輔助個性化教與學(xué)的智能導(dǎo)師、教育機(jī)器人、學(xué)習(xí)伙伴等。另外，教育智能代理也是智能教育助理的一種技術(shù)形態(tài)。當(dāng)前，智能教育助理因其便捷性已獲得不少教育用戶的青睞，但其教育應(yīng)用的“智能性”水平還有待提高，是“人工智能+教育”的一大前景應(yīng)用形態(tài)。

（二）“人工智能+教育”的技術(shù)架構(gòu)

閆志明等學(xué)者指出，影響教育人工智能（EAI）發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)有：知識表示方法、機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)、自然語言處理、智能代理、情感計算，可用于智能專家系統(tǒng)、智能導(dǎo)師、教育機(jī)器人、學(xué)習(xí)伙伴等教育應(yīng)用[20]；劉清堂等指出，智能感知技術(shù)、學(xué)習(xí)分析技術(shù)、情感計算技術(shù)這三類智能技術(shù)，有潛力成為未來智慧教育的驅(qū)動性力量，可在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境、自適應(yīng)學(xué)習(xí)、數(shù)字教師等方面應(yīng)用[21]。

我們認(rèn)為，“人工智能+教育”的應(yīng)用形態(tài)應(yīng)是多種多樣的。怎樣保證這些應(yīng)用形態(tài)的智能性和互通性，以推動人工智能在教學(xué)、管理、資源建設(shè)等全流程有效應(yīng)用，建立智能、快速、全面的教育分析系統(tǒng)成為關(guān)鍵。這里，我們試通過構(gòu)建“人工智能+教育”的通用技術(shù)框架，以確保不同應(yīng)用形態(tài)的系統(tǒng)擁有一定程度的“智能”，以及有效實現(xiàn)它們之間的互聯(lián)互通。

1.“人工智能+教育”的通用技術(shù)框架

人工智能的實現(xiàn)依賴三個核心要素：數(shù)據(jù)、算法、服務(wù)，其中數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，算法是核心，服務(wù)是目的?！叭斯ぶ悄?教育”通用技術(shù)框架旨在為各種“人工智能+教育”的技術(shù)形態(tài)提供宏觀的構(gòu)建方法，為其達(dá)到一定程度的“智能”和“互通”提供保障。通用技術(shù)框架一般采用三層模式：“數(shù)據(jù)層”、“算法層”、“服務(wù)層”來構(gòu)建。

（1）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層位于“人工智能+教育”通用技術(shù)框架的最底層，主要負(fù)責(zé)采集、清洗、整理、存儲各類教育數(shù)據(jù)，它作為教育數(shù)據(jù)的輸入端口，是各類“人工智能+教育”技術(shù)形態(tài)實現(xiàn)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)層的“生命源泉”，通常來源于線上或線下各類教育場景，以及各參與教育過程的角色（如，學(xué)生、教師、管理員）中。數(shù)據(jù)層采集的初始教育數(shù)據(jù)往往都是異構(gòu)的，需要對其進(jìn)行集成處理。

（2）算法層。算法層位于“人工智能+教育”通用技術(shù)框架的中間層，是各類“人工智能+教育”技術(shù)形態(tài)實現(xiàn)的核心。算法層主要由各種融合了教育業(yè)務(wù)的人工智能算法組成，按照系統(tǒng)的方法，對數(shù)據(jù)層的各類教育數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計算、分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能化處理，解決用戶的問題，這個過程一般是自動執(zhí)行。

（3）服務(wù)層。服務(wù)層位于“人工智能+教育”通用技術(shù)框架的最頂層，是各類“人工智能+教育”技術(shù)形態(tài)實現(xiàn)的最終功能體現(xiàn)。它作為輸出端口，接收來自算法層的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，提供給用戶所需的教育服務(wù)。服務(wù)層支持面向不同教育場景、不同教育角色，提供不同的教育服務(wù)。

目前，“人工智能+教育”的技術(shù)形態(tài)表現(xiàn)為兩個方面：一方面，按照現(xiàn)在主流的技術(shù)功能模式發(fā)展，如，智慧校園、立體綜合教學(xué)場所、智慧課堂、基于大數(shù)據(jù)智能的在線學(xué)習(xí)教育平臺、智能實驗室、智慧考場、智慧學(xué)習(xí)環(huán)境等，將智能算法融入其中；另一方面，開始向智能教育助理發(fā)展，而教育智能代理（A-gent）是智能教育助理的主要應(yīng)用形式之一。

為了解教育智能代理的發(fā)展現(xiàn)狀，我們曾在“中國知網(wǎng)”上以“教育智能代理”為主題進(jìn)行全數(shù)據(jù)庫的檢索，截止到2017年8月10日，僅檢索到所有文獻(xiàn)共55篇，可見，目前教育智能代理相關(guān)研究較少。為此，本文特以“教育智能代理”為例，依據(jù)“人工智能+教育”的通用技術(shù)框架，構(gòu)建其智能體結(jié)構(gòu)。

2.教育智能體結(jié)構(gòu)

智能代理又稱為智能體，它可以根據(jù)用戶定義的準(zhǔn)則，主動地通過智能化代理服務(wù)器為用戶搜集最感興趣的信息，然后利用代理通信協(xié)議把加工過的信息按時推送給用戶，并能推測出用戶的意圖，自主制訂、調(diào)整和執(zhí)行工作計劃[22]。智能代理技術(shù)具有強(qiáng)大的用戶個性化支持功能，應(yīng)用于各種教育領(lǐng)域。即教育智能代理，能為參與教育的用戶提供各類個性化的教育服務(wù)。

（1）教育智能代理的分類。教育智能代理可從教育對象、教育過程兩個角度進(jìn)行分類。從面向教育對象角度看，教育智能代理可分為：面向?qū)W生學(xué)習(xí)智能代理、面向教師教學(xué)智能代理、面向資源服務(wù)智能代理、面向教育管理者智能代理、面向家庭智能代理、面向整個教育的智能代理等（具體見表4）。

表4 面向教育對象的教育智能代理

從面向教育過程角度看，不同的對象參與不同的過程，教師參與備課、授課、答疑評測等過程，學(xué)生參與學(xué)習(xí)、協(xié)同、作業(yè)、考試等過程，管理者參與教務(wù)管理和一般事務(wù)性管理過程，家庭參與學(xué)校教學(xué)配合性活動（見表5）。

表5 面向教育過程的教育智能代理

（2）教育代理的智能體層次結(jié)構(gòu)。教育代理的智能體采用“數(shù)據(jù)層+算法層+服務(wù)層”三層體系結(jié)構(gòu)。其中，底層的數(shù)據(jù)層為教育代理提供教育大數(shù)據(jù)和一般數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)來源包括本地數(shù)據(jù)庫和遠(yuǎn)程共享數(shù)據(jù)庫，具體包括教學(xué)策略、學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)行為等數(shù)據(jù)；中間的算法層是教育代理的智能核心，包含與教育智能體實踐有關(guān)的算法，如，主觀貝葉斯方法可用于學(xué)習(xí)風(fēng)格動態(tài)更新，協(xié)同過濾算法可用于學(xué)習(xí)同伴推薦；高層的服務(wù)層是教育代理的智能體現(xiàn)，為參與教育的對象提供相關(guān)的服務(wù)，如，面向教師提供備課服務(wù)，面向?qū)W生提供學(xué)習(xí)服務(wù)，面向管理者提供教學(xué)管理服務(wù)，具體如圖5所示。

圖5 教育代理的智能體層次架構(gòu)

（三）“人工智能+教育”的業(yè)態(tài)趨向

我們認(rèn)為，建立以學(xué)習(xí)者為中心的教育環(huán)境，提供精準(zhǔn)推送的教育服務(wù)，實現(xiàn)日常教育和終身教育定制化，需要學(xué)校、企業(yè)、政府之間通力合作。學(xué)校為“人工智能+教育”的實現(xiàn)提供優(yōu)秀的學(xué)習(xí)資源、先進(jìn)的教學(xué)理論、一線的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)等資源，為“人工智能+教育”的實現(xiàn)提供正確的教育理論指導(dǎo)；同時，也是“人工智能+教育”的重要實踐場所，是“人工智能+教育”的一大主要用戶。企業(yè)依托先進(jìn)人工智能技術(shù)在教育行業(yè)發(fā)力，面向社會提供多樣化的個性化教育產(chǎn)品和服務(wù)，打開學(xué)校教育的大門，促進(jìn)教育逐漸面向社會和市場。政府是“人工智能+教育”發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)，為“人工智能+教育”的可持續(xù)發(fā)展制定指導(dǎo)性政策與標(biāo)準(zhǔn)，為企業(yè)研發(fā)“人工智能+教育”產(chǎn)品提供科學(xué)的導(dǎo)向與服務(wù)。

目前，在學(xué)校、企業(yè)、政府共同推進(jìn)“人工智能+教育”的過程中，出現(xiàn)了多種新型教育業(yè)態(tài)，總體朝著第三方教育服務(wù)、教育眾智眾籌眾創(chuàng)、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的支撐、教育產(chǎn)業(yè)鏈的形成等方面發(fā)展。

1.第三方教育服務(wù)

我國《教育信息化“十三五”規(guī)劃》指出，要全面開展面向區(qū)域教育信息化的督導(dǎo)評估和第三方評測，以及各地要切實落實國家關(guān)于生均公用經(jīng)費可用于購買信息化資源和服務(wù)的政策?？梢?，第三方教育服務(wù)已納入國家教育政策層面。第三方教育服務(wù)，主要負(fù)責(zé)將用戶的需求與企業(yè)的產(chǎn)品對接起來，第三方評測是第三方教育服務(wù)的功能之一，并且隨著“人工智能+教育”的發(fā)展，第三方教育服務(wù)越來越趨向?qū)I(yè)化，其功能也在不斷完善。

在“人工智能+教育”模式下，企業(yè)憑借其人工智能技術(shù)優(yōu)勢，將主要精力用于研發(fā)教育智能產(chǎn)品，最大可能地向用戶提供他們所需的教育產(chǎn)品和服務(wù)。用戶更多的是想獲得最便捷或最有效的教育智能服務(wù)，而不是繁瑣的操作。

對于用戶而言，第三方教育服務(wù)主要為用戶在使用企業(yè)教育產(chǎn)品過程中提供服務(wù)支持，解決用戶的使用問題，使用戶可以專注于自身的發(fā)展，同時還可提供智能考試、學(xué)分認(rèn)證、教育評價等服務(wù)。

對于企業(yè)而言，第三方教育服務(wù)主要收集用戶的使用數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶反饋為企業(yè)教育智能產(chǎn)品的研發(fā)提供專業(yè)性建議，提升企業(yè)產(chǎn)品的用戶歡迎度。

第三方教育服務(wù)既可以使得教育智能產(chǎn)品研發(fā)企業(yè)更加專注于自身的核心業(yè)務(wù)，又能針對用戶提供精細(xì)化、人性化的教育支持服務(wù)。隨著人工智能教育市場的發(fā)展，將成為“人工智能+教育”的一大新型業(yè)態(tài)。

2.教育的眾智眾籌眾創(chuàng)

2015年9月16日，國務(wù)院總理李克強(qiáng)主持召開國務(wù)院常務(wù)會議，會議認(rèn)為，推動大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新，需要打造支撐平臺。要利用“互聯(lián)網(wǎng)+”，積極發(fā)展眾創(chuàng)、眾包、眾扶、眾籌等新模式，促進(jìn)生產(chǎn)與需求對接，有效匯聚資源推進(jìn)分享經(jīng)濟(jì)成長，形成創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展新格局[23]。

“人工智能+教育”以“互聯(lián)網(wǎng)+教育”為基礎(chǔ)，是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的進(jìn)一步發(fā)展，在開放教育生態(tài)的基礎(chǔ)上，它更強(qiáng)調(diào)個性化教育服務(wù)。“互聯(lián)網(wǎng)+教育”極大地增加了教育用戶的類型和數(shù)量，這無疑給個性化教育服務(wù)帶來了壓力?！叭斯ぶ悄?教育”一方面采用先進(jìn)的人工智能技術(shù)為廣大用戶提供個性化教育服務(wù)，另一方面通過“眾智”機(jī)制，集大眾智慧，優(yōu)化其服務(wù)。它通過發(fā)展教育眾創(chuàng)空間和平臺，提供開放共享教育服務(wù)，聚集各類人工智能、教育等行業(yè)人才，支持用戶直接參與教育創(chuàng)新，實現(xiàn)群體智能，以“眾智”促進(jìn)“人工智能+教育”的創(chuàng)新。

教育眾籌也是“人工智能+教育”的一大新型業(yè)態(tài)，它以實現(xiàn)“人工智能+教育”為出發(fā)點，注重創(chuàng)意，依靠大眾力量，集線上、線下的資源優(yōu)勢，讓更多熱愛教育的人學(xué)有所用。眾籌將使這些“人工智能+教育”的創(chuàng)意更加完善，使足夠多的支持者與支持資金來驗證它的價值[24]，推進(jìn)“人工智能+教育”的發(fā)展。

3.標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的支撐

隨著學(xué)校、企業(yè)、政府的推動，國內(nèi)外已涌現(xiàn)不少“人工智能+教育”的優(yōu)秀成果，這些成果反過來進(jìn)一步促進(jìn)了“人工智能+教育”的快速發(fā)展，也催生了制定“人工智能+教育”相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的需求，以統(tǒng)一規(guī)范“人工智能+教育”的產(chǎn)品，保證其通用性，引導(dǎo)其科學(xué)發(fā)展。

在最近第37屆 “ISO/IEC JTC1 SC36教育信息化國際標(biāo)準(zhǔn)會議”中，專家提出了人工智能教育應(yīng)用的提案，制定“人工智能+教育”相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)成為了國際共識。為了保證“人工智能+教育”的良性發(fā)展，目前，國內(nèi)已在醞釀成立“人工智能+教育”相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研制隊伍，主要負(fù)責(zé)規(guī)劃和研制“人工智能+教育”相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，特別是基于團(tuán)體的標(biāo)準(zhǔn)。另外，教育信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會也已開始著手研制“智慧校園”、“智慧教室”等國家標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)的研制，將為“人工智能+教育”相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提供可依據(jù)的指導(dǎo)。

4.教育產(chǎn)業(yè)鏈的形成

目前，互聯(lián)網(wǎng)教育行業(yè)“棋盤格局”初現(xiàn)，棋盤橫向是大而全的教育平臺格局，如，百度教育、騰訊教育、網(wǎng)易教育等；棋盤縱向是精而深的垂直教育格局，如，滬江網(wǎng)校、極客學(xué)院、鯊魚公園等；棋盤散點是小而美的教育駐點格局，如，猿題庫、樂學(xué)高考、超級課程表等[25]?！叭斯ぶ悄?教育”加速了“棋盤格局”的重組或優(yōu)化。

基于互聯(lián)網(wǎng)教育的“人工智能+教育”產(chǎn)業(yè)鏈，主要有教育資源與內(nèi)容提供商、技術(shù)開發(fā)商、平臺運營商。教育資源、內(nèi)容是“人工智能+教育”的物質(zhì)基礎(chǔ)，教育資源、內(nèi)容提供商包括教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、音像圖書出版社、學(xué)校、在線學(xué)習(xí)平臺等，主要負(fù)責(zé)提供各類專業(yè)教育資源和內(nèi)容。人工智能技術(shù)是“人工智能+教育”的技術(shù)基礎(chǔ)，技術(shù)開發(fā)商主要負(fù)責(zé)利用人工智能技術(shù)優(yōu)勢來輔助教育，研發(fā)個性化智能教育產(chǎn)品或服務(wù)。平臺運營商主要以提供第三方教育服務(wù)的形式運營，負(fù)責(zé)推廣、應(yīng)用個性化智能教育產(chǎn)品或服務(wù)，通過使用窗口為用戶提供教育支持服務(wù)。

隨著“人工智能+教育”的不斷推進(jìn)，其產(chǎn)業(yè)鏈逐漸呈現(xiàn)出融合之勢，出現(xiàn)了一批集教育資源與內(nèi)容提供、技術(shù)開發(fā)、平臺運營為一體的教育應(yīng)用綜合企業(yè)，如，科大訊飛、全通科技等。它們與學(xué)校、出版社等合作，自主開發(fā)教學(xué)資源，利用自身技術(shù)優(yōu)勢搭建教育服務(wù)平臺，為用戶提供智能教育產(chǎn)品的使用窗口。通過資源、技術(shù)、平臺的集成，促進(jìn)“人工智能+教育”產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展和優(yōu)化。

六、“人工智能+教育”的人才培養(yǎng)體系[26]

在“人工智能+教育”的環(huán)境下，如何保障人工智能人才的體系化培養(yǎng)，成為一個現(xiàn)實的課題?！缎乱淮斯ぶ悄馨l(fā)展規(guī)劃》[26]從廣泛開展人工智能科普活動、人才培養(yǎng)及建設(shè)人工智能學(xué)科、人工智能高端人才隊伍建設(shè)、大力加強(qiáng)人工智能勞動力培訓(xùn)、建立重大科技創(chuàng)新基地和推進(jìn)智能教育等六個方面，具體規(guī)劃了人工智能的人才培養(yǎng)體系，如圖6所示。

圖6 “人工智能+教育”的人才培養(yǎng)體系

（一）開展基礎(chǔ)教育人工智能科普活動

基礎(chǔ)教育正為“人工智能+教育”提供科普環(huán)境。中小學(xué)生是國家發(fā)展的未來，向他們普及人工智能方面的科普知識尤為重要。在中小學(xué)階段可以開設(shè)人工智能相關(guān)課程，如，信息技術(shù)課程，以及拓展性或研究性學(xué)習(xí)課程。這些課程可以充分融合人工智能技術(shù)，提升中小學(xué)生對人工智能的認(rèn)識。與此同時，中小學(xué)也要積極開展相關(guān)的教育創(chuàng)新活動，如，創(chuàng)客教育、STEAM教育、教育機(jī)器人等，鼓勵學(xué)生親自參與到與人工智能相關(guān)知識的學(xué)習(xí)和活動中。另外，中小學(xué)應(yīng)開展形式多樣的人工智能科普活動，如，開展編程機(jī)器人競賽，寓教于樂，逐步推廣編程教育。有條件的中小學(xué)應(yīng)加強(qiáng)人工智能科普基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，向本校學(xué)生及周邊學(xué)校開放。最近，教育部已經(jīng)要求在中小學(xué)落實人工智能、計算機(jī)編程等相關(guān)課程內(nèi)容，便是一個很好的契機(jī)。

（二）建設(shè)高等教育人工智能學(xué)科及培養(yǎng)框架

高等教育為“人工智能+教育”提供堅實學(xué)科基礎(chǔ)和人才基地。高校是“人工智能+教育”的主要實踐場，應(yīng)不斷完善人工智能學(xué)科布局，開設(shè)人工智能相關(guān)專業(yè)，系統(tǒng)架構(gòu)人工智能的相關(guān)學(xué)科課程，通過人工智能理論研究的深入，不斷推進(jìn)人工智能教育實踐。高校是培養(yǎng)各類創(chuàng)新人才的基地，可成立部分人工智能教育試點院校，在試點院校建立人工智能相關(guān)學(xué)院，并增加人工智能相關(guān)學(xué)科方向的博士、碩士招生計劃數(shù)，逐步健全人工智能人才培養(yǎng)機(jī)制。要拓展高校的人工智能教育應(yīng)用，如，人工智能與數(shù)學(xué)、物理學(xué)、社會學(xué)等學(xué)科的交叉融合，不斷推動“人工智能+教育”的創(chuàng)新，形成“人工智能+X”的復(fù)合專業(yè)培養(yǎng)新模式。另外，高校也可與科研院所、企業(yè)等機(jī)構(gòu)合作開展人工智能學(xué)科建設(shè)，實現(xiàn)“人工智能+教育”的產(chǎn)、學(xué)、研一體化。

（三）打造人工智能的高端人才隊伍

高端人才是人工智能的領(lǐng)頭羊，人工智能高端人才隊伍是推進(jìn) “人工智能+教育”發(fā)展的雄厚后備力量。為“人工智能+教育”打造高水平人工智能創(chuàng)新人才和團(tuán)隊，需要堅持培養(yǎng)與引進(jìn)相結(jié)合。一方面，要堅持人工智能領(lǐng)軍人才培養(yǎng)、人工智能專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)、人工智能復(fù)合型人才培養(yǎng)的立體化人才培養(yǎng)模式，全面打破單一化、籠統(tǒng)化的高端人才培養(yǎng)壁壘。另一方面，要大力引進(jìn)各類高端人工智能人才，通過重大研發(fā)任務(wù)和基地平臺建設(shè)，吸引國際頂尖科學(xué)家和高水平創(chuàng)新團(tuán)隊。針對高端人才實施特殊政策，提升人才引進(jìn)率。通過高端人才培養(yǎng)與引進(jìn)相結(jié)合的機(jī)制，不斷完善人工智能教育體系，加快人工智能頂尖人才隊伍的建設(shè)，形成我國人工智能的人才高地。

（四）加強(qiáng)人工智能的勞動力培訓(xùn)

勞動力培訓(xùn)為“人工智能+教育”提供大量的產(chǎn)業(yè)工人。人工智能正帶來了新一輪產(chǎn)業(yè)變革，急需一批能適應(yīng)新的就業(yè)結(jié)構(gòu)、就業(yè)方式的新型勞動力，這些新型勞動力掌握一定的人工智能技能，能勝任人工智能帶來的新型職業(yè)，滿足新型工作崗位的技能需求。人工智能的勞動力培訓(xùn)，需要學(xué)校、社會、企業(yè)等多方面配合。高等院校、職業(yè)學(xué)校、社會化培訓(xùn)機(jī)構(gòu)等要積極開展人工智能技能培訓(xùn)，提升人工智能勞動力的專業(yè)技能；社會要完善終身學(xué)習(xí)和就業(yè)培訓(xùn)體系的建設(shè)，不斷為人工智能發(fā)展帶來的高技能就業(yè)崗位輸送高質(zhì)量勞動力；企業(yè)要不斷加強(qiáng)職工再就業(yè)培訓(xùn)和指導(dǎo)，為從事簡單重復(fù)性工作的勞動力和因人工智能失業(yè)的人員提供轉(zhuǎn)崗機(jī)會。

（五）培育重大的科技創(chuàng)新基地

科技創(chuàng)新基地可為“人工智能+教育”提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐?？萍紕?chuàng)新基地的培育，能夠培養(yǎng)與吸引人工智能高端人才隊伍，促進(jìn)高端人才間的協(xié)同互動，促進(jìn)人工智能持續(xù)性發(fā)展。另外，科技創(chuàng)新基地能夠作為人工智能的科普基礎(chǔ)設(shè)施，面向公眾開放部分研發(fā)、生產(chǎn)等設(shè)施設(shè)備。同時，引導(dǎo)人工智能科技創(chuàng)新基地與人工智能相關(guān)的國家重點實驗室、國家工程實驗室、國家工程中心等基地進(jìn)行對接，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，優(yōu)勢互補，共同推進(jìn)新一代人工智能前沿領(lǐng)域的研究，以取得人工智能基礎(chǔ)前沿理論和關(guān)鍵技術(shù)上的重大突破。

（六）不斷推進(jìn)智能教育

所謂智能教育是以人工智能技術(shù)為實現(xiàn)基礎(chǔ)，以智能校園、立體綜合教學(xué)場、基于大數(shù)據(jù)智能的在線學(xué)習(xí)教育平臺、智能教育助理等“人工智能+教育”應(yīng)用形態(tài)為支撐，以加快推動人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革，推動人工智能在教學(xué)、管理、資源建設(shè)等全流程應(yīng)用，建立智能、快速、全面的教育分析系統(tǒng)為手段，建立以學(xué)習(xí)者為中心的教育環(huán)境，提供精準(zhǔn)推送的教育服務(wù)，實現(xiàn)日常教育和終身教育定制化，最終構(gòu)建起包含智能學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的一種新型教育體系。智能教育可為“人工智能+教育”人才培養(yǎng)體系的建設(shè)提供有力保障，所以，積極推進(jìn)智能教育，在持續(xù)推進(jìn)的過程中可以不斷深化 “人工智能+教育”人才的培養(yǎng)和環(huán)境建設(shè)。

七、結(jié)語

人類正面臨一個技術(shù)日益增強(qiáng)的時代，科技、自然和人正在加速有效融合，人工智能延伸了人類的體力和腦力。那么，“人工智能+教育”能否延伸人類教育的“育力”，增強(qiáng)學(xué)生的“學(xué)力”、教師的“教力”、校長的領(lǐng)導(dǎo)力？這一切還取決于我們的不懈努力。哲學(xué)家海德格爾曾勾勒過現(xiàn)代世界圖像，那么，“人工智能+教育”將勾勒出怎樣的世界教育圖像？在“教育2030規(guī)劃”藍(lán)圖，甚至在“2050教育愿景”之中，能否實現(xiàn)未來智能教育的愿景？

總之，人工智能正在深刻影響我們身邊的一切，《未來簡史》的作者尤瓦爾·赫拉利再三提醒人們：未來已來，未來超越想象！因此，我們期待“人工智能+教育”下的智能教育能夠超越想象，能有效地推進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合與機(jī)制創(chuàng)新，能夠給我們帶來驚喜的教育變革。

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Constructing an Ecosystem of“Artificial Intelligence+Education”

Wu Yonghe1，Liu Bowen1&Ma Xiaoling2
（1.Department of Education Information Technology，F(xiàn)aculty of Education，East China Normal University，Shanghai 200062; 2.Department of Information Management，East China Normal University，Shanghai 200241.）

Recently，the national conference on artificial intelligence in education has further promoted the research and application of “artificial intelligence+education”.Can “artificial intelligence+education”extend the “fertility”of human education? How and what should she develop?The development of artificial intelligence provides a technical basis for“artificial intelligence+education”，and its development process can be divided from time and technical dimensions respectively;In the development of artificial intelligence，it has been constantly combined with education，which has produced a lot of research results and provided theoretical guidance for “artificial intelligence+education”.We have a perspective on its development situation by the analysis of high frequency keyword cloud and co-word network diagram.It is the driving force of“artificial intelligence+education”that enterprises at home and abroad promote the application of intelligent education products;The state has promulgated a series of strategic policies for the development of artificial intelligence，with particular emphasis on educational applications，providing policy support for“artificial intelligence+education”;The connotation of“artificial intelligence+education”is expounded from three aspects:prerequisites，characteristics and roles;The ecological system of“artificial intelligence+education”has been constructed from three aspects:application form，technical framework and industry trends;And the talent training system of “artificial intelligence+education”has been constructed.

Artificial intelligence;Artificial intelligence+education;Intelligent education;Educational artificial intelligence; AIE;Educational intelligent agent;Educational agent;Ecosystem;Talent training

G40-057

A

1672-0008（2017）05—0027—13

2017年8月20日

責(zé)任編輯：陶 侃

本文系上海市浦江人才計劃項目“基于教育大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析教育應(yīng)用創(chuàng)新研究”（項目號：14PJC034）和華東師范大學(xué)教育學(xué)高峰學(xué)科建設(shè)項目“基于學(xué)習(xí)分析的學(xué)習(xí)資源精準(zhǔn)服務(wù)研究”（16000 5154A5 15001/016/001）的研究成果。

吳永和，博士，華東師范大學(xué)教育學(xué)部教育信息技術(shù)學(xué)系研究員，博士生導(dǎo)師，研究方向：學(xué)習(xí)科學(xué)與技術(shù)、教育大數(shù)據(jù)與學(xué)習(xí)分析、科創(chuàng)教育（創(chuàng)客教育、STEAM教育、科學(xué)教育）、人工智能教育應(yīng)用、教育信息化系統(tǒng)架構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)等；劉博文，華東師范大學(xué)教育學(xué)部在讀博士生，研究方向：人工智能、教育大數(shù)據(jù)與學(xué)習(xí)分析；馬曉玲（系通訊作者），華東師范大學(xué)信息管理系副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：信息分析，學(xué)習(xí)分析。