王運(yùn)武，張　堯，彭梓涵，王勝遠(yuǎn)

江蘇師范大學(xué)智慧教育學(xué)院 江蘇省教育信息化工程技術(shù)研究中心， 江蘇　徐州　221009

2016年開啟了人工智能走向主流的元年，2017年被業(yè)界稱為人工智能商業(yè)化、產(chǎn)品化應(yīng)用元年。近年來，人工智能技術(shù)對社會各領(lǐng)域的影響越來越深刻，逐漸在金融、個(gè)人助理、安防、電商零售、自動駕駛、教育等領(lǐng)域產(chǎn)生了重要應(yīng)用。無人駕駛、無人超市、百度大腦、機(jī)器人、AlphaGo戰(zhàn)勝人類、臉部識別、智能音箱、人臉支付等正在走進(jìn)人們的生活、學(xué)習(xí)和工作。未來4～5年，人工智能將會成為教育領(lǐng)域采納的關(guān)鍵技術(shù)，人工智能將會與教育深入融合，引發(fā)教育的深層次變革。

1　人工智能上升為國家戰(zhàn)略

1.1　人工智能的起源與發(fā)展

人工智能起源于20世紀(jì)50年代。1950年，馬文·明斯基(人工智能之父)和鄧恩·埃德蒙建造了世界上第一臺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)。同年，阿蘭·圖靈(人工智能之父)提出了“圖靈測試”，即如果一臺機(jī)器能夠與人類開展對話而不能被辨別出機(jī)器身份，那么這臺機(jī)器就具有智能。1956年，約翰·麥卡錫提出了“人工智能”一詞，這被人們看做是人工智能正式誕生的標(biāo)志。

1956年之后，人工智能迎來了發(fā)展的第一個(gè)高峰期(1956—1970年)，研究人員樹立了機(jī)器向人工智能發(fā)展的信心。20世紀(jì)70年代，人工智能進(jìn)入第一次低谷(1970—1980年)，人工智能停滯不前。1980年，“知識庫+推理機(jī)”組合的專家系統(tǒng)使得人工智能重新崛起(1980—1990年)。20世紀(jì)80年代之后，人工智能再次陷入低谷(1990—2005年)。1986年，Rum- elhart和Mc Clelland提出目前應(yīng)用最廣泛的BP(back propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。2006年,Geoffrey Hinton提出了深度學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，打破了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸。近年來，移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、超級計(jì)算、傳感網(wǎng)、腦科學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)、教育神經(jīng)科學(xué)、仿生學(xué)等新理論和技術(shù)飛速發(fā)展，人工智能迎來了第三次發(fā)展高峰(2006至今)。

目前，人工智能主要有三個(gè)學(xué)派[1]：符號主義(又稱邏輯主義、心理學(xué)派、計(jì)算機(jī)學(xué)派)、連接主義(又稱仿生學(xué)派、生理學(xué)派)、行為主義(又稱為進(jìn)化主義、控制論學(xué)派)。人工智能發(fā)展階段主要有四種分類：第一種，按照人工智能的主流技術(shù)，分為推理時(shí)代(1950—1970年代)、知識工程時(shí)代(1970—1990年代)、數(shù)據(jù)挖掘時(shí)代(2000年至今)三個(gè)階段；第二種，按照人工智能的驅(qū)動力分為人工智能1.0:技術(shù)驅(qū)動、智能2.0:數(shù)據(jù)驅(qū)動、智能3.0:情景驅(qū)動三個(gè)階段；第三種，按照人工智能的實(shí)質(zhì)，分為計(jì)算智能、感知智能和認(rèn)知智能三個(gè)階段；第四種，按照是否有意識，分為弱人工智能和強(qiáng)人工智能。強(qiáng)人工智能具有意識、自我和創(chuàng)新思維等[2]。

1.2　人工智能上升為國家戰(zhàn)略

2013年以來，全球掀起人工智能研發(fā)高潮，中國、俄羅斯、美國、日本、英國、德國等世界科技強(qiáng)國紛紛出臺了相關(guān)戰(zhàn)略、計(jì)劃(如表1所示)，將人工智能上升為國家戰(zhàn)略，力爭搶占人工智能制高點(diǎn)。2015年，杰瑞·卡普蘭(Jerry Kaplan)出版《人工智能時(shí)代(人機(jī)共生下財(cái)富、工作與思維的大未來)》[3]，引發(fā)了人機(jī)共生新生態(tài)。騰訊、英特爾、微軟等企業(yè)也紛紛啟動人工智能發(fā)展戰(zhàn)略。

人工智能發(fā)展進(jìn)入了新階段，人類社會進(jìn)入了人工智能時(shí)代。人工智能成為國際競爭的新焦點(diǎn)；人工智能成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎；人工智能帶來社會建設(shè)的新機(jī)遇；人工智能發(fā)展的不確定性帶來新挑戰(zhàn)[4]。人工智能時(shí)代即將來臨，將會對教育、經(jīng)濟(jì)、文化和社會發(fā)展等產(chǎn)生重大影響。

2　國家高度重視教育人工智能

2.1　人工智能與教育人工智能的內(nèi)涵

人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。人工智能融合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、超級計(jì)算、傳感網(wǎng)、腦科學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)、教育神經(jīng)科學(xué)、仿生學(xué)、社會科學(xué)等前沿綜合學(xué)科。人工智能的目標(biāo)是希望機(jī)器能夠擁有類人的智力，可以實(shí)現(xiàn)識別、認(rèn)知、分析和決策等多種功能。人工智能的研究包括機(jī)器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。

教育人工智能是人工智能與教育科學(xué)、教育技術(shù)學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)、教育神經(jīng)科學(xué)等交叉而形成的研究領(lǐng)域。教育人工智能的本質(zhì)是人工智能與教育領(lǐng)域的深度融合，促使學(xué)習(xí)、教學(xué)和管理更加智能化，讓未來的教育真正擁有“智慧”。人工智能的迅速發(fā)展及其在教育領(lǐng)域的深入應(yīng)用，將會在很大程度上提升教育的智慧化水平。隨著人工智能的發(fā)展，未來的計(jì)算機(jī)將可能不被視為工具，而是作為大腦的第三個(gè)半球，人與設(shè)備之間將會建立平等、共生的伙伴關(guān)系[5]。

2.2　國家大力推進(jìn)教育人工智能創(chuàng)新應(yīng)用和全民智能教育項(xiàng)目

表1　世界各國人工智能戰(zhàn)略

2.3　教育人工智能納入國家自然科學(xué)基金課題

2018年1月，國家自然科學(xué)基金委員會在“F信息科學(xué)部”中增設(shè)“F0701教育信息科學(xué)與技術(shù)”，并設(shè)立了10個(gè)研究方向：教育信息科學(xué)基礎(chǔ)理論與方法、在線與移動交互學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建、虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境、教學(xué)知識可視化、教育認(rèn)知工具、教育機(jī)器人、教育智能體、教育大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用、學(xué)習(xí)分析與評測、自適應(yīng)個(gè)性化輔助學(xué)習(xí)。大力支持人工智能、教育學(xué)、機(jī)器人學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)與技術(shù)、教育神經(jīng)科學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等學(xué)科的交叉研究，以創(chuàng)新的思維和方法破解教育領(lǐng)域的科學(xué)問題。

3　教育人工智能研究現(xiàn)狀

3.1　國外教育人工智能研究現(xiàn)狀

截至2018年3月15日，Web of Science數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)(以“標(biāo)題”為檢索項(xiàng)搜索“Education“AND”Art- ificial Intelligence”)顯示發(fā)表教育人工智能的文獻(xiàn)共33篇(如圖1所示)。2017年發(fā)表文獻(xiàn)最多，達(dá)到10篇，2016年5篇，2012年3篇，1993年和2015年各2篇。1984、1985、1992、1994、2000、2003、2006、2009、2011、2014、2018年各1篇。2016年之前發(fā)表的教育人工智能論文很少，2016年、2017年教育人工智能論文呈現(xiàn)井噴式發(fā)展。

圖1　1984—2018年國外教育人工智能文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)

2014年，Kose U出版著作《人工智能在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用》[7]，認(rèn)為人工智能在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用旨在研究利用計(jì)算機(jī)來彌補(bǔ)學(xué)生和教育工作者之間的差距。在遠(yuǎn)程教育中，應(yīng)該運(yùn)用人工智能技術(shù)來支持遠(yuǎn)程教育，或者運(yùn)用不同的智能系統(tǒng)改善遠(yuǎn)程教育。

人工智能時(shí)代的來臨，高等教育將會受到人工智能、機(jī)器人技術(shù)和自動化等多方面的挑戰(zhàn)[8]。未來，眾多的工作將會被機(jī)器人所取代，機(jī)器人和自動化正在影響世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展。高等教育不僅要研究人工智能、機(jī)器人技術(shù)和自動化技術(shù)，還應(yīng)該研究它們對社會、商業(yè)、經(jīng)濟(jì)和人類的影響。未來將要出現(xiàn)的強(qiáng)人工智能，會使高等教育的培養(yǎng)目標(biāo)可能會發(fā)生改變，高等教育下的教學(xué)和研究重點(diǎn)也將會改變。高等教育的學(xué)生可能會追求他們的興趣和愛好(如藝術(shù)、歷史、音樂、哲學(xué)等)，因?yàn)楝F(xiàn)在學(xué)生所訓(xùn)練的許多工作將會由機(jī)器人完成。

在特殊教育領(lǐng)域，人工智能技術(shù)被認(rèn)為是最有價(jià)值的技術(shù)之一。在過去的十年中，一些重要的研究正在使用人工智能系統(tǒng)對具有特殊教育需求的學(xué)生進(jìn)行教育。這些工具的目的是加強(qiáng)兒童與環(huán)境互動的方式，以促進(jìn)學(xué)習(xí)并豐富他們的日常生活。它們使用人工智能方法進(jìn)行準(zhǔn)確診斷和迅速干預(yù)行動。人工智能應(yīng)用工具已經(jīng)成功應(yīng)用于解決特殊教育領(lǐng)域的問題。但是，特殊教育所涉及的問題仍然很多，盡管如此，人工智能一直被認(rèn)為是一個(gè)有前途的特殊教育輔助工具[9]。

自從2011年開始，哈薩克斯坦蘇萊曼·德米雷爾大學(xué)計(jì)算機(jī)工程系的計(jì)算機(jī)工程教育教學(xué)采用混合學(xué)習(xí)方法[10]。通過使用遠(yuǎn)程教育技術(shù)的學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)(LMS)實(shí)現(xiàn)混合學(xué)習(xí)，以基于C語言教學(xué)的智能程序支持相關(guān)教育過程，目的是改善相關(guān)課程的教育過程和專業(yè)的教育方法。人工智能支持的混合式學(xué)習(xí)教育計(jì)劃使教師和學(xué)生都體驗(yàn)到更好的教育過程。

人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域中不斷創(chuàng)造出新的方向。其中最典型的應(yīng)用，如自然語言處理中使用人工智能進(jìn)行英文寫作自動評分，完成學(xué)生作業(yè)評估等任務(wù)[11]；人工智能技術(shù)還被用于解決手寫識別、內(nèi)容表達(dá)和話語結(jié)構(gòu)分析等方面的問題[12]；并應(yīng)用于智能信息檢索[13]、智能代理[14]、更廣泛的專家系統(tǒng)領(lǐng)域[15]、機(jī)器人技術(shù)[16]、智能虛擬環(huán)境、語音和圖像識別等新興領(lǐng)域。

3.2　國內(nèi)教育人工智能研究現(xiàn)狀

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和移動互聯(lián)技術(shù)等新興科學(xué)技術(shù)的日益成熟，在中國特色教育信息化發(fā)展道路中，人工智能的研究和應(yīng)用得到快速發(fā)展，人工智能越來越受到政府和專家學(xué)者的重視。人工智能已不再只局限于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，正在成為各行各業(yè)的焦點(diǎn)話題。人工智能在教育行業(yè)的應(yīng)用正在不斷深入，“人工智能+教育”逐漸受到關(guān)注。

目前，關(guān)于教育人工智能的著作很少，僅有2018年，朱永新、袁振國、馬國川出版的著作《人工智能與未來教育》[17]。2018年3月15日，CNKI統(tǒng)計(jì)(按照篇名“人工智能”+“教育”檢索)顯示共發(fā)表教育人工智能文獻(xiàn)285篇(如圖2所示)。其中，124篇期刊論文、62篇教育期刊論文、86篇報(bào)紙文章、8篇國內(nèi)會議論文、2篇國際會議論文、3篇碩士論文。2006年之前，發(fā)表的教育人工智能論文很少，2016年、2017年教育人工智能論文呈現(xiàn)井噴式發(fā)展。這與國外教育人工智能研究趨勢呈現(xiàn)一致性。

圖2　1984—2018年中國教育人工智能文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)

早在1984年，王正旋首先在《計(jì)算機(jī)科學(xué)》發(fā)表論文《人工智能技術(shù)在教育中的應(yīng)用》[18]，闡述了人工智能可以應(yīng)用于教學(xué)管理、成績分析等方面，人工智能的理論和方法可以在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用。1991年，金嘉康[19]闡述了人工智能和專家系統(tǒng)是美國教育技術(shù)未來發(fā)展趨勢；1998年，金嘉康[20]探討了人工智能被引進(jìn)教育訓(xùn)練后對促成以學(xué)生為中心的教學(xué)模式產(chǎn)生的積極影響。目前，2003年，張劍平發(fā)表的論文《關(guān)于人工智能教育的思考》[21]獲得最高引用頻次(54次)；閆志明、唐夏夏等發(fā)表的論文《教育人工智能(EAI)的內(nèi)涵、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用趨勢—美國<為人工智能的未來做好準(zhǔn)備>和<國家人工智能研發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃>報(bào)告解析》[22]獲得了最高的下載頻次(引用25次，下載13 658次)。

教育人工智能124篇期刊論文關(guān)鍵詞聚類分析如圖3所示。目前，人工智能在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)涉及學(xué)習(xí)過程、信息技術(shù)、智能教育、智能教學(xué)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程教育、教育技術(shù)、人工智能教育、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)、未來教育、在線教育、網(wǎng)絡(luò)教育、教育模式、教學(xué)效果、人才培養(yǎng)、個(gè)性化學(xué)習(xí)、思維能力等。

圖3　教育人工智能論文關(guān)鍵詞聚類分析(出現(xiàn)頻次5)

目前，教育人工智能開始從關(guān)注技術(shù)本身發(fā)展逐漸延伸到教育的各個(gè)領(lǐng)域。教育人工智能研究還亟待深入，仍有一些復(fù)雜的問題有待進(jìn)一步思考和解決。例如：人工智能的應(yīng)用需要受到道德與倫理的制約，而目前在這些方面的研究甚少；人工智能技術(shù)在教育某些領(lǐng)域的應(yīng)用是否恰當(dāng)，研究者的認(rèn)知思路需要進(jìn)一步深化和改進(jìn)；人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用與經(jīng)典教育理論相分離，缺乏聯(lián)系與支撐，是否可以開拓新領(lǐng)域的教育理論等。

4　教育人工智能典型應(yīng)用

4.1　教育人工智能代表性產(chǎn)品

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，教育領(lǐng)域?qū)\(yùn)用人工智能技術(shù)助力教育的變革產(chǎn)生了強(qiáng)大的信心。近年來不斷涌現(xiàn)出通過高校自主研發(fā)、科技公司研發(fā)、校企合作研發(fā)等多途徑的教育人工智能產(chǎn)品，按照功能和使用情景可以分為六大類，如表2所示。

4.1.1智能教學(xué)平臺(系統(tǒng))智能教學(xué)平臺是基于計(jì)算智能技術(shù)、學(xué)習(xí)分析技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)以及機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，為教師和學(xué)生提供個(gè)性化教與學(xué)的教學(xué)系統(tǒng)。其主要的特點(diǎn)是運(yùn)用人工智能技術(shù)智能化分析學(xué)習(xí)者所學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建學(xué)習(xí)者知識圖譜，為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容以及學(xué)習(xí)方案；支持自適應(yīng)學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的智能化推薦。

Newsela[23]是美國一家教育科技創(chuàng)業(yè)公司推出的一款將新聞與英語學(xué)習(xí)融為一體的智能教學(xué)平臺。其主要通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)獲取學(xué)習(xí)者的閱讀內(nèi)容，并通過科學(xué)算法衡量學(xué)習(xí)者的閱讀水平，抓取來自各大主流新聞媒體的新聞內(nèi)容，改寫其詞匯的難度后推送給不同閱讀水平的學(xué)習(xí)者。Knewton[24]是美國Kne- wton公司開發(fā)的自適應(yīng)教學(xué)平臺，其包含了推薦課程內(nèi)容功能、預(yù)測性的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析、內(nèi)容數(shù)據(jù)分析等三大主要功能，以為全球?qū)W習(xí)者提供預(yù)測性分析及個(gè)性化推薦?？拼笥嶏w公司致力于用人工智能推動教育變革，其推出的暢言智慧校園平臺，主要依托人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)，為師生提供一個(gè)全面的智能感知環(huán)境和綜合信息服務(wù)平臺。其中，則包含了智慧課堂、智能考試、智慧學(xué)習(xí)、智慧管理和智慧環(huán)境五大核心業(yè)務(wù)。

4.1.2全面智能測評智能測評強(qiáng)調(diào)通過一種自動化的方式來測量學(xué)生的發(fā)展。所謂自動化就是指由機(jī)器擔(dān)任一些人類負(fù)責(zé)的工作，包括體力勞動、腦力勞動或者認(rèn)知工作[25]，注重實(shí)時(shí)跟蹤與反饋, 并且提供可查看問題和量表級別的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，依據(jù)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程中收集的各類數(shù)據(jù)，對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為實(shí)時(shí)跟蹤，以此對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)表現(xiàn)及效果進(jìn)行評價(jià)。

表2　教育人工智能代表性產(chǎn)品分析

2 000萬人在使用的批改網(wǎng)是一個(gè)用計(jì)算機(jī)自動批改英語作文的在線系統(tǒng)，可以精準(zhǔn)客觀地判斷和點(diǎn)評語法、詞匯以及文章結(jié)構(gòu)等，并給出具體的反饋和修改建議。Gradescope是加州大學(xué)伯克利分校創(chuàng)建的用于大學(xué)教師對學(xué)生進(jìn)行智能測評的軟件，通過掃描上傳、網(wǎng)上評分、查看結(jié)果、返回分級四個(gè)階段進(jìn)行快速評分，并附有詳細(xì)的反饋信息。與其類似的還有MathodiX，但它是美國一款專門針對數(shù)學(xué)進(jìn)行實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)效果評測網(wǎng)站。

4.1.3拍照搜索在線答疑拍照搜索在線答疑是學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)中遇到疑惑時(shí)，可利用手機(jī)拍照功能拍下題目或是教材內(nèi)容上傳搜索即可獲取題目及教材中包含的各類知識點(diǎn)。在此過程中，基于人工智能技術(shù)的軟件可快速識別圖片或文本信息，為學(xué)習(xí)者快速、高效地提供最需要的學(xué)習(xí)資源。整個(gè)過程無需人工參與，完全利用圖像識別技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)和自然語言處理技術(shù)自動地為學(xué)生提供搜索題目中所包含的知識要點(diǎn)以及難點(diǎn)。

美國的Volley可以讓學(xué)習(xí)者用手機(jī)攝像頭拍攝教材內(nèi)容或作業(yè)題目，并立即顯示要點(diǎn)、難點(diǎn)、先修知識，除此之外還提供在線課堂或?qū)W習(xí)指南的鏈接等相關(guān)的輔助學(xué)習(xí)資源。中國典型的產(chǎn)品則是小猿搜題和學(xué)霸君，同樣是擁有拍照搜索和在線答疑功能的在線1對1輔導(dǎo)產(chǎn)品，不僅可快速提供搜索的要點(diǎn)信息和推薦學(xué)習(xí)資源，還可以運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)精準(zhǔn)分析學(xué)生的知識點(diǎn)掌握情況，構(gòu)建知識體系。

4.1.4智能語音識別輔助教學(xué)及測評智能語音識別主要是運(yùn)用基于語音識別技術(shù)和自然語言分析與理解技術(shù)來智能化識別和理解人類語言，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。在教學(xué)過程中，尤其是作為語言類學(xué)習(xí)課程，智能語音識別技術(shù)不僅可以輔助教師進(jìn)行教學(xué)，還可作為測評工具。比如支持學(xué)習(xí)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)帶讀，學(xué)習(xí)者可針對中文或英文進(jìn)行發(fā)音練習(xí)和評估。它在一定程度上減輕了教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，同時(shí)學(xué)習(xí)者也可及時(shí)獲得發(fā)音是否標(biāo)準(zhǔn)的反饋和修正建議，因此大大提高了評估的科學(xué)性以及教學(xué)的效率。

微軟小冰、IBM的Watson、蘋果的Siri都具備很高的自然語言理解能力。微軟小冰可用于學(xué)習(xí)者的口語練習(xí)。Watson[26]可通過自然語言理解技術(shù)，分析所有類型的數(shù)據(jù)，包括文本、音頻、視頻和圖像等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。通過假設(shè)生成，透過數(shù)據(jù)揭示洞察、模式和關(guān)系，將散落在各處的知識片段連接起來，進(jìn)行推理、分析、對比、歸納、總結(jié)和論證，獲取深入的洞察以及決策的證據(jù)。通過以證據(jù)為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)能力，能夠從大數(shù)據(jù)中快速提取關(guān)鍵信息，像人類一樣進(jìn)行學(xué)習(xí)和認(rèn)知，并可以通過專家訓(xùn)練，在交互中通過經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)來獲取反饋、優(yōu)化模型、不斷進(jìn)步。通過自然語言理解技術(shù)，獲得其中的語義、情緒等信息，以自然的方式與人互動交流。科大訊飛推出的暢言智能語音教具系統(tǒng)和北京大生知行科技有限公司的51talk同樣具有輔助教學(xué)及測評的功能，在教學(xué)方面支持學(xué)習(xí)者進(jìn)行跟讀、測評并獲取修正建議。

4.1.5教育機(jī)器人教育機(jī)器人是為學(xué)習(xí)機(jī)器人相關(guān)知識或?yàn)槔脵C(jī)器人開展教育教學(xué)，而專門設(shè)計(jì)的一種服務(wù)機(jī)器人。教育機(jī)器人是強(qiáng)人工智能產(chǎn)品，具有較強(qiáng)的互動和溝通能力，能夠扮演教師、學(xué)習(xí)同伴、助理或顧問等多重角色，并與使用者進(jìn)行互動和提供反饋。在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析能力、創(chuàng)造能力和實(shí)踐能力等方面發(fā)揮著重要的作用。

阿爾法超能蛋機(jī)器人是一款早教機(jī)器人，能夠通過思考、瞇眼笑、驚嘆等不同的眼神變化，表達(dá)人所要表達(dá)的情緒和狀態(tài)，與孩子主動互動，內(nèi)置兒童課程資源以及國學(xué)教育內(nèi)容、英語教育內(nèi)容，既是陪伴寶寶的玩具，也是開發(fā)智力和幫助學(xué)習(xí)的工具。Dash & Dot編程機(jī)器人和樂高公司的EV3機(jī)器人套裝、WeDo2.0作為學(xué)習(xí)工具，具有較強(qiáng)的編程功能，能夠培養(yǎng)孩子的編程思維?！拔磥斫處煛睓C(jī)器人則可以成為教師助手，幫助教師完成課堂輔助性或重復(fù)性的工作，如，朗讀課文、點(diǎn)名、監(jiān)考、收發(fā)試卷等[27]。

4.1.6模擬和游戲化教學(xué)平臺模擬和游戲化教學(xué)平臺運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，為學(xué)習(xí)者打造一個(gè)模擬仿真的學(xué)習(xí)環(huán)境，為操作性技能的訓(xùn)練提供模擬化練習(xí)。

治趣臨床醫(yī)學(xué)病例模擬診療平臺，是一個(gè)在線醫(yī)學(xué)虛擬教學(xué)與培訓(xùn)平臺，通過虛擬人模擬醫(yī)學(xué)診療過程，提高醫(yī)學(xué)生的臨床思維能力。Revel是一款沉浸式數(shù)字學(xué)習(xí)工具，即讓學(xué)習(xí)者獲得3D音頻和沉浸式視覺效果，更有利于對抽象、不易觀察的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行觀察和學(xué)習(xí)。

4.2　教育人工智能典型應(yīng)用案例

4.2.1人工智能支持精準(zhǔn)化閱讀75%以上美國K-12學(xué)校使用的閱讀學(xué)習(xí)智能教學(xué)平臺—Newsela，為學(xué)者提供實(shí)時(shí)評估、同步詞匯學(xué)習(xí)、融合學(xué)習(xí)者其他途徑和資源等功能。閱讀內(nèi)容分為三個(gè)大類：圖書館、新聞、文本集，如圖4所示。每一大類有包含了大量豐富的小主題。在圖書館分類中則包含了藝術(shù)與文化、科學(xué)與數(shù)學(xué)、宗教與哲學(xué)、政府與經(jīng)濟(jì)等。而同樣的內(nèi)容則會根據(jù)不同的閱讀者以不同形式呈現(xiàn)，詞匯也將根據(jù)學(xué)習(xí)者的閱讀水平做出相應(yīng)的調(diào)整，這些功能都是基于人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

圖4　Newsela閱讀分類

Newsela為初等教育專門創(chuàng)建了一流的閱讀材料和學(xué)校課程內(nèi)容相結(jié)合的閱讀內(nèi)容，并提供5個(gè)閱讀級別，整個(gè)目錄的內(nèi)容區(qū)分為2～6年級。每篇文章會有5個(gè)Power Words，即學(xué)生將要學(xué)習(xí)的新詞匯，完成閱讀之后可測試練習(xí)增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。教師可以通過實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)收集，跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，及時(shí)調(diào)整自己的教學(xué)進(jìn)度、方法、內(nèi)容等。

4.2.2教育機(jī)器人扮演教師和學(xué)伴角色小帥智能機(jī)器人5.0是一款針對兒童早教的智能機(jī)器人，主要具有三大功能：第一，智能教育功能。它與云端相連，具有語文、數(shù)學(xué)、英語、兒歌、故事、百科知識等海量教育資源。強(qiáng)大的云端后臺服務(wù)功能每天都在不斷學(xué)習(xí)、進(jìn)化、存儲、自我更新。第二，成長陪伴功能。該機(jī)器人用人工智能科技和語音交互功能相結(jié)合，可與孩子進(jìn)行對話，講童話故事，寓言故事，背古詩等，在陪伴孩子的同時(shí)全面開發(fā)智力，增強(qiáng)孩子的探索想象能力。第三，私人管家功能。可以為孩子制定科學(xué)的學(xué)習(xí)計(jì)劃，依據(jù)孩子的自身需求，制定寫作業(yè)、背課文的時(shí)間安排。小帥智能機(jī)器人輔導(dǎo)家庭作業(yè)。

4.2.3人工智能助力名醫(yī)培養(yǎng)治趣臨床—醫(yī)學(xué)病例模擬診療平臺，其遠(yuǎn)程云端將動態(tài)生成“虛擬病人”，用戶通過手機(jī)終端接診，并模擬臨床問診、體檢、輔檢、診斷、治療等，“虛擬病人”的“病情演變”將完全由用戶自行把控。之后，系統(tǒng)將智能分析出用戶的“臨床思維”存在哪些問題，進(jìn)入該系統(tǒng)可對虛擬病人進(jìn)行問診、體檢、輔檢、診斷治療等一系列操作。該平臺一定程度上可以改變目前大部分醫(yī)學(xué)生通過紙質(zhì)答卷、病例討論、文獻(xiàn)閱讀的形式學(xué)習(xí)臨床知識的現(xiàn)狀，為傳統(tǒng)理論學(xué)習(xí)和真實(shí)臨床實(shí)踐之間構(gòu)建一座“橋梁”。

與此類似的還有DxR clinician，該軟件采集了數(shù)百個(gè)真實(shí)的患者資料，并由專家及人工智能編寫為特定病例。這些病例涵蓋廣泛的臨床問題，軟件可記錄假設(shè)和測試解釋，最終做出診斷和計(jì)劃治療等行為數(shù)據(jù)，在復(fù)雜的評分工具支持下，用于教育教學(xué)和醫(yī)學(xué)生臨床思維的評估[28]。

5　教育人工智能未來發(fā)展

5.1　教育人工智能的未來潛能

技術(shù)與教育的深度融合體現(xiàn)在學(xué)校教育層面上，將會表現(xiàn)為人工智能對課堂教學(xué)的深層次變革。智能輔助系統(tǒng)和教育機(jī)器人將實(shí)現(xiàn)技術(shù)融合效應(yīng)的潛能，技術(shù)與教育的融合效應(yīng)值得期待。人工智能所具有的靈活性、包容性、個(gè)性化和有效性等特征，將最大限度地與教育教學(xué)有效結(jié)合，具體在以下領(lǐng)域中發(fā)揮潛能[29]：人工智能將釋放教師生產(chǎn)力，成為教師角色轉(zhuǎn)變的催化劑；智能教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)淖匀粚W(xué)科拓展到社會科學(xué)、管理學(xué)等學(xué)科，更廣泛地應(yīng)用于教育培訓(xùn)和職業(yè)教育；人工智能將會成為教師角色轉(zhuǎn)化的催化劑，智能輔助系統(tǒng)和教育機(jī)器人將會承擔(dān)教師的課堂、課堂講授、答疑輔導(dǎo)、作業(yè)批改等重復(fù)性任務(wù)；人工智能將會促使教師的能力結(jié)構(gòu)發(fā)生重構(gòu)，激發(fā)教師的研究和創(chuàng)造能力；人工智能將會促使建立人—機(jī)協(xié)同管理的新機(jī)制；人工智能將會打破單一的學(xué)習(xí)空間和場景，創(chuàng)新人—機(jī)協(xié)作學(xué)習(xí)、游戲化學(xué)習(xí)、移動學(xué)習(xí)、虛擬學(xué)習(xí)、實(shí)景學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)方式，識別學(xué)習(xí)者的認(rèn)知和情感狀態(tài)，促進(jìn)學(xué)習(xí)者從消極情緒向積極情緒轉(zhuǎn)化，提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動機(jī)，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)潛能。人工智能與未來教育的深度融合，將會顯著提升教育生產(chǎn)力，促進(jìn)教育發(fā)生結(jié)構(gòu)性的變革，讓未來的教育真正擁有“智慧”。

5.2　對教育人工智能的未來建議

5.2.1加強(qiáng)教育人工智能的政策引導(dǎo)和標(biāo)準(zhǔn)制訂目前，中國發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》《教育機(jī)器人安全要求(GB/T 33265-2016)》，但是還缺乏教育人工智能的發(fā)展規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)。教育人工智能未來發(fā)展亟須政策引導(dǎo)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。此外，教育人工智能還需要加強(qiáng)人工智能相關(guān)法律、倫理和社會問題研究，建立保障人工智能健康發(fā)展的法律法規(guī)和倫理道德框架；教育人工智能未來發(fā)展亟須營造良好的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，打造產(chǎn)業(yè)生態(tài)，完善人工智能教育體系，實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，充分激發(fā)人工智能在教育領(lǐng)域的潛能；在國家政策的引導(dǎo)下，各地方教育部門應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)亟逃闆r出臺相關(guān)的政策推動教育人工智能的應(yīng)用與推廣，依托人工智能提升教育生產(chǎn)力。

5.2.2推進(jìn)教育人工智能技術(shù)創(chuàng)新從技術(shù)層面看，人工智能技術(shù)從過去僅能實(shí)現(xiàn)計(jì)算智能，到當(dāng)今逐步實(shí)現(xiàn)感知智能，并不斷向認(rèn)知智能靠近。教育人工智能產(chǎn)品也從過去的專家系統(tǒng)、智能代理等應(yīng)用轉(zhuǎn)向智能自適應(yīng)教學(xué)系統(tǒng)、虛擬和游戲化平臺、智能測評系統(tǒng)、智能機(jī)器人等產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用。盡管目前市場上所謂的教育人工智能產(chǎn)品層出不窮，但是大多數(shù)產(chǎn)品仍然主要停留在計(jì)算智能階段。即使部分產(chǎn)品涉及到感知智能階段，運(yùn)用了圖像識別、語音識別等技術(shù)，但仍然還不夠成熟，尚有很大的發(fā)展和利用空間。

因此，在教育人工智能技術(shù)方面應(yīng)該深入發(fā)展感知智能階段的圖像識別、語音識別、手勢及表情識別等核心技術(shù)，并且突破認(rèn)知智能階段的機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言理解、計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器人等技術(shù)。最為關(guān)鍵的是要將最新人工智能技術(shù)遷移到教育領(lǐng)域，結(jié)合教育的需求和教育中存在的實(shí)際問題，有針對性地發(fā)展教育人工智能關(guān)鍵技術(shù)，而不僅僅是針對人工智能技術(shù)本身進(jìn)行研究，這也就需要人工智能技術(shù)領(lǐng)域的專家和教育領(lǐng)域的專家合力完成。

5.2.3推進(jìn)人工智能與教育產(chǎn)生深度融合效應(yīng)人工智能應(yīng)用于教育領(lǐng)域，主要是與學(xué)校教育、家庭教育和社會教育的深度融合。只有如此，人工智能才能大規(guī)模、大范圍地推動教育信息化創(chuàng)新發(fā)展，促使未來教育真正擁有“智慧”。人工智能與教育的深度融合，需要從實(shí)際出發(fā)，將教育人工智能產(chǎn)品與學(xué)校學(xué)習(xí)、家庭學(xué)習(xí)和社會學(xué)習(xí)真正融合，探索新型教學(xué)模式、教學(xué)設(shè)計(jì)模式、學(xué)習(xí)模式、管理和評價(jià)模式等。人工智能與教育深度融合，產(chǎn)生融合效應(yīng)值得期待。

5.2.4做好人工智能變革教育的準(zhǔn)備為了更好地迎接人工智能時(shí)代，促進(jìn)人工智能與教育產(chǎn)生深度融合效應(yīng)，學(xué)生、家長、教師、教育行政人員等必須做好人工智能變革教育的準(zhǔn)備。以教師和學(xué)生為例，作為教師，首先應(yīng)該積極地去嘗試運(yùn)用人工智能技術(shù)支持的系統(tǒng)或工具來輔助教學(xué)，并且結(jié)合自己的課程性質(zhì)和特點(diǎn)設(shè)計(jì)個(gè)性化的課程教學(xué)，力求創(chuàng)新；其次，要在積極引導(dǎo)學(xué)生嘗試新的事物，在提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、學(xué)習(xí)興趣等方面做出努力；最后，作為教師要與時(shí)俱進(jìn)，跟上時(shí)代的步伐，積極學(xué)習(xí)關(guān)于人工智能方面的基礎(chǔ)知識內(nèi)容。作為學(xué)生，則應(yīng)該積極跟隨教師的指引，使用各類智能化學(xué)習(xí)工具。除此之外，還應(yīng)該善于使用支持自學(xué)的各類智能化應(yīng)用，以提高自身學(xué)習(xí)效率，提升自我學(xué)習(xí)能力，比如英語單詞、口語學(xué)習(xí)等智能化App應(yīng)用。

[1]黃偉,聶東,陳英俊.人工智能研究的主要學(xué)派及特點(diǎn)[J].贛南師范學(xué)院學(xué)報(bào),2001(3):73-75

[2]舒躍育.人工智能發(fā)展處于弱人工智能階段[N].中國社會科學(xué)報(bào),2017-04-25(005)

[3]Kaplan J.Humans Need Not Apply:A Guide to Wealth and Work in the Age of Artificial Intelligence[M].New Haven:Yale University Press,2015:1-16

[4]國務(wù)院.新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃[EB/OL].http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.ht- m,2017-07-08

[5]王運(yùn)武,楊萍.《2017地平線報(bào)告(高等教育版)》解讀與啟示—新興技術(shù)重塑高等教育[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù),2017,31(2):117-123

[6]李克強(qiáng).政府工作報(bào)告[EB/OL].http://www.gov.cn/guo- wuyuan/2018-03/05/content_5271083.htm,2018-03-05

[7]Utku Kose,Durmus Koc.Artificial Intelligence applicat- ions in distance education[M].Hershey:IGI Global,2014:1-5

[8]Siau K.Impact of Artificial Intelligence,Robotics,and Au- tomation on Higher Education[EB/OL].http://aisel.ais- net.org/cgi/viewcontent.cgi?article=1579&context=a- mcis2017,2018-03-21

[9]Drigas A S,Ioannidou R E.Artificial Intelligence in Special Education:A Decade Review[J].Inter J of Engineering Edu,2012,28(6):1366

[10]Yigit T,Koyun A,Yuksel A S,et al.An Example Appli- cation of an Artificial Intelligence-Supported Blended L- earning Education Program in Computer Engineering[EB/ OL].https://www.igi-global.com/chapter/an-example-application-of-an-artificial-intelligence-supported-blende-d-learning-education-program-in-computer-engineering/126702,2018-03-21

[11]McAlister M J,Wermter S.Rule generation from neural networks for student assessment[C].Inter Joint Confer- ence on Neural Networks,Washington,USA,1999(6):4269-4273

[12]Hu G P,Zhu B,Sheng Z C,et al.Application of Artificial Intelligence for Automatic Evaluation in Education Field[J].Inform Technol & Standard,2017(11):27-29

[13]Drigas A,Vrettaros J.An intelligent tool for building e-learning contend-material using natural language in digi- tal libraries[J].WSEAS Transact on Inform Sci and Ap- pl,2004,1(5):1197-1205

[14]Alexandru A,Tirziu E,Tudora E,et al.Enhanced educ- ation by using intelligent agents in multi-agent adaptive e- learning systems[J].Studies in Inform and Control,2015,24(1):13-22

[15]Liao S H.Expert system methodologies and application-sa decade review from 1995 to 2004[J].Expert Sys with Appl,2005,28(1):93-103

[16]Alimisis D,Moro M,Arlegui J,et al.Robotics & constr- uctivism in education:The TERECoP project[C].Euro- Logo,2007(40):19-24

[17]朱永新,袁振國,馬國川.人工智能與未來教育[M].太原：山西教育出版社，2018:1-10

[18]王正旋.人工智能技術(shù)在教育中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),1984(2):33-34,16

[19]金嘉康.美國教育技術(shù)未來發(fā)展趨勢—人工智能(AI)研究和專家系統(tǒng)發(fā)展情況簡介[J].外語電化教學(xué),1991(2):3-5

[20]金嘉康.人工智能與教育訓(xùn)練[J].外語電化教學(xué),1998(4):8-10

[21]張劍平.關(guān)于人工智能教育的思考[J].電化教育研究,2003(1):24-28

[22]閆志明,唐夏夏,秦旋,等.教育人工智能(EAI)的內(nèi)涵、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用趨勢—美國《為人工智能的未來做好準(zhǔn)備》和《國家人工智能研發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃》報(bào)告解析[J].遠(yuǎn)程教育雜志,2017,35(1):26-35

[23]Newsela.Instructional Content Platform[EB/OL].htt- ps://newsela.com/company/,2016-11-09

[24]Knewton.The best in Adaptive Learning Technology[EB/

OL].https://www.knewton.com/,2018-03-21

[25]Ed Felten.Preparing for the Future of Artificial Intelli- gence[EB/OL].https://obamawhitehouse.archives.go- v/blog/2016/05/03/preparing-future-artificial-intellige- nce,2016-05-03

[26]IBM.Watson[EB/OL].http://www-31.ibm.com/ibm/cn/cognitive/outthink/,2011-02-14

[27]北京師范大學(xué)智慧學(xué)習(xí)研究院.2016 年全球教育機(jī)器人發(fā)展白皮書[EB/OL].http://sanwen8.cn/p/34f FTTF.html,2016-11-25

[28]衛(wèi)榮,馬鋒,侯夢薇,等.人工智能在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J].醫(yī)學(xué)教育研究與實(shí)踐,2017,25(6):835-838

[29]黃榮懷.人工智能在教育有多少潛能可挖[N].中國教育報(bào),2018-01-13(003)