茹麗娜

摘要：隨著教育信息化的逐步推進(jìn)，人工智能逐漸受到人們的關(guān)注。作為前沿領(lǐng)域之一，人工智能對(duì)教育產(chǎn)生了深刻的影響。本文首先從國家頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》兩份文件出發(fā)，說明研究人工智能的重要性，接著解釋人工智能的概念和關(guān)鍵要素，梳理教育人工智能的概念、主要技術(shù)和主要應(yīng)用，最后總結(jié)盡管教育人工智能還沒有形成統(tǒng)一的界定且應(yīng)用不夠深入，但是研究者們已經(jīng)開始在教育領(lǐng)域進(jìn)行努力探索與嘗試，并在理論方面形成了一定的研究成果。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+；高效課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)；課堂教學(xué)遠(yuǎn)程評(píng)價(jià)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2019）07-0090-04

引言

近年來由于深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，人工智能取得了突破性的進(jìn)展，最具代表性的例子是AlphaGo在2016年戰(zhàn)勝了韓國圍棋選手李世石，又在2017年戰(zhàn)勝了我國圍棋選手柯潔。人工智能引發(fā)了世界的轟動(dòng)。我國在2017年7月頒布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，第一次從國家層面提出了人工智能發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)、總體部署和重點(diǎn)任務(wù)，這是我國在人工智能領(lǐng)域的第一個(gè)系統(tǒng)部署文件，也是一個(gè)指導(dǎo)性文件；2018年4月，國家又發(fā)布了《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，明確指出了高校推進(jìn)人工智能創(chuàng)新發(fā)展的目標(biāo)和任務(wù)。可見人工智能在國家層面已經(jīng)受到了高度的重視。

在人工智能時(shí)代，很多領(lǐng)域與人工智能碰撞出了別樣的火花，教育領(lǐng)域也不例外。近些年教育工作者以及科研人員在人工智能與教育領(lǐng)域進(jìn)行了積極的研究與探索，并取得了豐碩的成果。梳理這些成果并總結(jié)歸納目前的研究現(xiàn)狀，對(duì)后續(xù)研究具有重要意義。

人工智能概述

1.概念

人工智能最初是由麥卡錫在達(dá)特茅斯學(xué)會(huì)上提出的。[1]斯坦福大學(xué)人工智能研究中心的尼爾遜教授將人工智能定義為“是關(guān)于知識(shí)的學(xué)科——怎樣表示知識(shí)以及怎樣獲得知識(shí)并使用知識(shí)的學(xué)科”，美國麻省理工學(xué)院的溫斯頓教授認(rèn)為，“人工智能是研究如何使計(jì)算機(jī)去做過去只有人才能做的智能的工作”。[2]筆者認(rèn)為人工智能是一門新的技術(shù)科學(xué)，融合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、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(huì)科學(xué)等前沿綜合學(xué)科，以研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法與技術(shù)。

2.關(guān)鍵要素

人工智能的首要目的是模擬人的思維和行為，這一目的的實(shí)現(xiàn)離不開技術(shù)的支持。人工智能領(lǐng)域技術(shù)主要有機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像識(shí)別、智能機(jī)器人、自然語言處理等。學(xué)者梁迎麗等認(rèn)為運(yùn)算力、數(shù)據(jù)量和算法模型是人工智能的三大要素，深度學(xué)習(xí)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)是人工智能的三大核心驅(qū)動(dòng)力。[3]也有學(xué)者認(rèn)為算法、大數(shù)據(jù)、硬件是人工智能的核心驅(qū)動(dòng)力[4]，實(shí)現(xiàn)人工智能需要依賴數(shù)據(jù)、算法、服務(wù)這三個(gè)核心要素。[5]

技術(shù)和功能的實(shí)現(xiàn)離不開有效的算法，有效的算法需要被大量的數(shù)據(jù)訓(xùn)練，大量的數(shù)據(jù)則需要強(qiáng)大的計(jì)算能力處理，因此數(shù)據(jù)、計(jì)算能力、算法是推動(dòng)人工智能發(fā)展的三個(gè)關(guān)鍵要素。在人工智能時(shí)代，數(shù)據(jù)、計(jì)算能力、算法具體表現(xiàn)為大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)。

教育人工智能概述

1.概念

關(guān)于教育人工智能，有學(xué)者指出，它一方面可以理解為“教育（中的）人工智能（技術(shù)、課程、知識(shí)、系統(tǒng)等）”，另一方面也可理解為“教育（動(dòng)詞）人工智能（系統(tǒng)）”。[6]

目前學(xué)術(shù)界引用最多、接受度最廣的是我國學(xué)者閆志明等提出的念概：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，教育人工智能重在通過人工智能技術(shù)，更深入、更微觀地窺視、理解學(xué)習(xí)是如何發(fā)生的，是如何受到外界各種因素影響的，進(jìn)而為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造高效學(xué)習(xí)的條件。[7]該概念更加重視人工智能與學(xué)習(xí)科學(xué)的結(jié)合，強(qiáng)調(diào)人工智能對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生的作用。

也有學(xué)者指出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)等交叉而形成的綜合研究領(lǐng)域，其本質(zhì)是人工智能與教育領(lǐng)域的深度融合，其最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是使學(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”。[8]該概念涉及的學(xué)科范圍更廣，不僅包括了教育科學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)，還突出了教育技術(shù)學(xué)的作用，強(qiáng)調(diào)人工智能與教育的深度融合。

2.主要技術(shù)

人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展勢(shì)必會(huì)影響教育人工智能的發(fā)展態(tài)勢(shì)。劉清堂等學(xué)者指出，智能感知技術(shù)、學(xué)習(xí)分析技術(shù)、情感計(jì)算技術(shù)，可應(yīng)用在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境、自適應(yīng)學(xué)習(xí)、數(shù)字教師等方面。[9]閆志明等學(xué)者認(rèn)為教育人工智能的關(guān)鍵技術(shù)有知識(shí)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(jì)算。[10]梁迎麗等學(xué)者指出邏輯推理、知識(shí)表示、規(guī)劃和導(dǎo)航、自然語言處理和感知是人工智能的問題空間。[11]

從以上學(xué)者的觀點(diǎn)中不難看出，知識(shí)表示、自然語言處理、智能代理、情感計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)等技術(shù)是教育人工智能的主要技術(shù)，其中機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)是人工智能技術(shù)中最為核心的部分，而也正是機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)的發(fā)展讓近年來人工智能的發(fā)展迎來了新浪潮。

教育人工智能主要應(yīng)用（如下圖）

關(guān)于人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，吳永和等學(xué)者認(rèn)為智能校園、立體化綜合教學(xué)場(chǎng)、基于大數(shù)據(jù)智能的在線學(xué)習(xí)教育平臺(tái)、智能教育助理是“人工智能+教育”的應(yīng)用形態(tài)。[12]梁迎麗等學(xué)者認(rèn)為智能導(dǎo)師系統(tǒng)、自動(dòng)化測(cè)評(píng)系統(tǒng)、教育游戲與教育機(jī)器人是人工智能教育應(yīng)用的四種形態(tài)。[13]閆志明等學(xué)者認(rèn)為智能導(dǎo)師輔助個(gè)性化教與學(xué)、教育機(jī)器人等智能助手、居家學(xué)習(xí)的兒童伙伴、實(shí)時(shí)跟蹤與反饋的智能測(cè)評(píng)、教育數(shù)據(jù)的挖掘與智能化分析、學(xué)習(xí)分析與學(xué)習(xí)者數(shù)字肖像是人工智能在教育領(lǐng)域的典型應(yīng)用。[14]王運(yùn)武等學(xué)者總結(jié)出教育人工智能的代表性產(chǎn)品有智能教學(xué)平臺(tái)（系統(tǒng)）、全面智能測(cè)評(píng)、拍照搜索在線答疑、智能語音識(shí)別輔助教學(xué)及測(cè)評(píng)、教育機(jī)器人、模擬和游戲化教學(xué)平臺(tái)。[15]筆者研究發(fā)現(xiàn)，人工智能在教育領(lǐng)域最廣泛的應(yīng)用有以下幾種。

1.智能導(dǎo)師系統(tǒng)

智能導(dǎo)師系統(tǒng)就是利用人工智能技術(shù)模仿人類教師在教學(xué)中所承擔(dān)的角色，為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)，幫助其獲得知識(shí)和技能的一種智能化計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)。[16]常見的智能導(dǎo)師系統(tǒng)包括四部分：領(lǐng)域知識(shí)庫、學(xué)生模型、教師模型、人機(jī)接口。智能導(dǎo)師系統(tǒng)可以較好地支持學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)。學(xué)生模型中的知識(shí)模型可以了解學(xué)習(xí)者的實(shí)際知識(shí)掌握情況，認(rèn)知模型可以了解學(xué)習(xí)者的認(rèn)知狀態(tài)，心理模型可以了解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)偏好和學(xué)習(xí)風(fēng)格。教師模型可以根據(jù)學(xué)生模型提供的學(xué)生特征，包括認(rèn)知發(fā)展特征、起點(diǎn)水平、學(xué)習(xí)風(fēng)格等選擇合適的教學(xué)策略和教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑的推薦和個(gè)性化學(xué)習(xí)資源的推薦。

2.教育機(jī)器人

教育機(jī)器人是面向教育領(lǐng)域研發(fā)的機(jī)器人，其目的是通過“玩中學(xué)”培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力和實(shí)踐能力。機(jī)器人應(yīng)用于教育，一方面須具備如同真人般口語交流和互動(dòng)的能力，另一方面，須扮演教師、同伴、助理等多重角色為使用者提供及時(shí)反饋。目前教育機(jī)器人的應(yīng)用有智能玩具、兒童教育同伴、智能家庭助理、遠(yuǎn)程控制機(jī)器人、STEAM教具、特殊教育機(jī)器人、課堂機(jī)器人助教、機(jī)器人教師等。[17]其中機(jī)器人教師、兒童教育同伴應(yīng)用較為廣泛。例如，江西九江學(xué)院研發(fā)的“小美”機(jī)器人教師，可以在教室里按照講義進(jìn)行講課，還可與學(xué)生進(jìn)行簡單的對(duì)話交流；海爾研發(fā)的“小帥”機(jī)器人可以為兒童提供兒歌、故事、百科知識(shí)等海量教育資源，還可與兒童進(jìn)行對(duì)話，為兒童制訂科學(xué)的學(xué)習(xí)計(jì)劃。

3.智能測(cè)評(píng)

智能測(cè)評(píng)是一種使用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)測(cè)評(píng)方式，在測(cè)量學(xué)生的發(fā)展時(shí)更加強(qiáng)調(diào)自動(dòng)化，不僅能夠?qū)崟r(shí)跟蹤學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為，記錄其學(xué)習(xí)軌跡，而且能夠?qū)λ麄兊膶W(xué)習(xí)表現(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)評(píng)價(jià)，其中主要有自動(dòng)化短文評(píng)價(jià)和自動(dòng)化口語評(píng)價(jià)。

自動(dòng)化短文評(píng)價(jià)通過對(duì)文本內(nèi)容的句法分析和語義理解實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)。例如，在線自動(dòng)批改的句酷批改網(wǎng)，可以清晰地列出學(xué)生所寫作文與標(biāo)準(zhǔn)語料庫之間的差距，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生作文的評(píng)分，同時(shí)還可提供詞匯、語法等方面的修改意見，實(shí)現(xiàn)即時(shí)反饋。自動(dòng)化口語評(píng)價(jià)則主要依賴自然語言處理技術(shù)中的語音識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種語言口語語音的測(cè)試與評(píng)價(jià)。比如科大訊飛的聽說智能測(cè)試系統(tǒng)、大學(xué)英語四六級(jí)口語考試系統(tǒng)等，利用口語評(píng)測(cè)、語音識(shí)別等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生的口語發(fā)音進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試與反饋，可以用于學(xué)生的英語聽說能力訓(xùn)練。

結(jié)語

通過梳理總結(jié)相關(guān)文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)：首先，目前教育人工智能還沒有統(tǒng)一的概念界定及理論基礎(chǔ)。其次，人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用有待深入，我國學(xué)者大多只是梳理人工智能應(yīng)用于教育的形式與相關(guān)技術(shù)，并沒有對(duì)其如何應(yīng)用、應(yīng)用在哪些學(xué)科和教育層次進(jìn)行深入的實(shí)踐探究。最后，雖然沒有形成統(tǒng)一的理論基礎(chǔ)，但是學(xué)術(shù)界已經(jīng)進(jìn)行了積極的探索與嘗試，在理論方面形成了一定的研究成果。根據(jù)以上分析，筆者認(rèn)為，未來我國教育人工智能研究可能會(huì)朝著以下幾個(gè)方向進(jìn)行：

（1）理論研究更加深入。教育人工智能目前還處于起步階段，我國學(xué)者雖然在理論方面已取得一定的成果，但是關(guān)于教育人工智能的內(nèi)涵等并未達(dá)成一致。由于教育人工智能的后續(xù)研究沒有統(tǒng)一的理論作指導(dǎo)，未來一段時(shí)間內(nèi)我國學(xué)者會(huì)在教育人工智能的內(nèi)涵、特征、具體構(gòu)成要素等方面繼續(xù)探討，以期在學(xué)術(shù)界形成完整統(tǒng)一的理論基礎(chǔ)。

（2）實(shí)踐應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。在我國關(guān)于人工智能在教育中的應(yīng)用研究較少，人工智能在各教育層次以及具體學(xué)科教學(xué)方面缺乏具體應(yīng)用，因此在未來我國學(xué)者可能會(huì)擴(kuò)大研究范圍，積極探索人工智能在基礎(chǔ)教育、高等教育、遠(yuǎn)程教育、終身教育、特殊教育等領(lǐng)域的具體應(yīng)用，將人工智能技術(shù)與數(shù)學(xué)、外語、體育、計(jì)算機(jī)等具體學(xué)科結(jié)合進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。

（3）相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用更加成熟有效。盡管人工智能應(yīng)用于教育領(lǐng)域有著十分光明的前景，但是目前有實(shí)用價(jià)值的案例和產(chǎn)品并不多。[18]由于有關(guān)人工智能的一些技術(shù)還不夠成熟，所以其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用也只是淺嘗輒止。相信隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和改進(jìn)，人工智能將會(huì)更好地應(yīng)用于教育教學(xué)，如機(jī)器人技術(shù)和編程整合應(yīng)用于STEM跨學(xué)科學(xué)習(xí)以幫助學(xué)生解決問題，數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析技術(shù)使教育決策更加明智，以滿足學(xué)習(xí)者真正的需求。[19]

美國新媒體聯(lián)盟發(fā)布的《地平線報(bào)告2017》（基礎(chǔ)教育版）將人工智能列為未來4～5年將采用的技術(shù)[20]，《地平線報(bào)告2017》（高等教育版）也將人工智能列為未來4～5年的關(guān)鍵技術(shù)[21]，可見人工智能應(yīng)用于教育已是大勢(shì)所趨。相信在未來五年內(nèi)，人工智能將逐漸應(yīng)用到基礎(chǔ)教育、高等教育等領(lǐng)域，以更好地支持個(gè)性化學(xué)習(xí)，服務(wù)于教育教學(xué)。

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