■天津市教育科學(xué)研究院 吳 勇 陳凱陽

當(dāng)前，伴隨著深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、云計算等新興信息技術(shù)的發(fā)展，人工智能（Artificial Intelligence，簡稱AI）逐漸成為社會和經(jīng)濟發(fā)展的重要推動力。同時，人工智能與教育的融合正在逐步推進教育理念、教學(xué)模式和管理模式的創(chuàng)新發(fā)展，使教育現(xiàn)代化進程進入了提速增效的新時代。

國外也相繼推出面向智能時代的教育新形態(tài)。美國的“AltSchool”充分應(yīng)用智能科技手段構(gòu)建個性化學(xué)習(xí)平臺，來確保學(xué)生和教師實現(xiàn)個性化地學(xué)與教。新加坡在2015 年發(fā)布的教育信息化發(fā)展規(guī)劃中提出，要通過構(gòu)建智能學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)支持學(xué)生個性化、自主化地學(xué)習(xí)，并培養(yǎng)其成為面向未來、適應(yīng)智能時代的數(shù)字化學(xué)習(xí)者。

人工智能的快速發(fā)展，使基于課堂大數(shù)據(jù)的學(xué)情分析、教情分析變得越來越規(guī)范、科學(xué)，可信度和實踐指導(dǎo)意義越來越高?！癆I+教育”的應(yīng)用場景越來越多，“智慧課堂”“智慧校園”“智慧教育”等教育新生態(tài)逐步展現(xiàn)。語音識別、圖像識別、虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)、云計算等人工智能關(guān)鍵技術(shù)與教育的融合將實現(xiàn)資源推送、智能評測、學(xué)生畫像、教師畫像、知識圖譜、課堂數(shù)據(jù)資產(chǎn)等“AI+教育”的典型應(yīng)用場景，學(xué)生獲得量身定制的學(xué)習(xí)支持，教師獲得個性化的資源支持，從而形成緊跟智能社會發(fā)展趨勢的“自適應(yīng)”教育生態(tài)體系。

“自適應(yīng)學(xué)習(xí)(Adaptive Learning)”的概念于20世紀(jì)80 年代由認(rèn)知心理學(xué)家朱新明教授提出。在《人的自適應(yīng)學(xué)習(xí)——示例學(xué)習(xí)的理論與實踐》一書中，朱新明等提出了自適應(yīng)學(xué)習(xí)的“條件建構(gòu)—優(yōu)化理論”，系統(tǒng)闡述了人通過示例學(xué)習(xí)獲取知識與技能的信息加工過程。推進人工智能與教育的融合是教育生態(tài)順應(yīng)時代發(fā)展的必然選擇，基于人工智能技術(shù)構(gòu)建自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境使學(xué)生自適應(yīng)學(xué)習(xí)成為可能。本文以班作為規(guī)模化的研究對象，通過對智能云教室項目的建設(shè)研究，探索人工智能與教育教學(xué)融合應(yīng)用的自適應(yīng)教育新生態(tài)的創(chuàng)新發(fā)展，關(guān)注學(xué)生個性發(fā)展，就規(guī)模化教育和個性化學(xué)習(xí)有機結(jié)合的自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)做一下初步探究。

本文中自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境的載體“智能云教室”是指將人工智能技術(shù)引入教育場景，打破傳統(tǒng)教室教學(xué)的時空概念和模式限制，將課堂內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施（網(wǎng)絡(luò)、終端、教室等）、資源（教材、圖書、課件等）、應(yīng)用（學(xué)習(xí)、教學(xué)、管理等）延伸至課堂外，打造支持多維教學(xué)空間的無邊界課堂，通過對課堂數(shù)據(jù)資產(chǎn)的分析和資源匯聚，發(fā)掘教師研學(xué)和學(xué)生個性化學(xué)習(xí)新模式，拓寬優(yōu)質(zhì)教育資源輻射面和受益面，不斷完善以學(xué)習(xí)者為中心的智能化教學(xué)系統(tǒng)。目前，我市部分中小學(xué)教室安裝了AI課堂呵護系統(tǒng)，通過人工智能技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)全程無感知的人臉識別和行為識別，與課表聯(lián)動，與學(xué)籍系統(tǒng)建立鏈接，實現(xiàn)各學(xué)科課堂數(shù)據(jù)精準(zhǔn)采集，沉淀課堂數(shù)據(jù)資產(chǎn)，在教育心理學(xué)的指導(dǎo)下應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析和算法迭代生成“年級—班—學(xué)生—教師”從宏觀到微觀的數(shù)據(jù)報告，為教學(xué)評價提供客觀數(shù)據(jù)依據(jù)，為教師因材施教提供科學(xué)建議，為學(xué)生個性發(fā)展和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)自動推送合適的資源，為自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)積累了初步的經(jīng)驗。

為進一步推進“教育+互聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展，利用人工智能技術(shù)推動優(yōu)質(zhì)教育資源共建共享，促進學(xué)生全面發(fā)展和教育均衡發(fā)展，我市啟動了優(yōu)質(zhì)教育資源共建共享創(chuàng)新智能云教室建設(shè)項目，該項目順應(yīng)時代發(fā)展趨勢和教育生態(tài)重構(gòu)需求，充分利用大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新技術(shù)探索構(gòu)建自適應(yīng)學(xué)與教有機統(tǒng)一的教育新生態(tài)，探尋大規(guī)模因材施教的實現(xiàn)策略，為實現(xiàn)公平而有質(zhì)量的教育，促進全體學(xué)生全面發(fā)展積累實踐經(jīng)驗。本文以該建設(shè)項目作為研究基礎(chǔ)，以創(chuàng)新教室的教學(xué)活動作為規(guī)?；难芯繕颖?，開展智能環(huán)境下的自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)與應(yīng)用的創(chuàng)新研究，旨在探索基于人工智能的規(guī)?；赃m應(yīng)教育新生態(tài)的構(gòu)建思路和實踐路線，對應(yīng)時代需求，具有一定的理論價值和實踐意義。本文認(rèn)為自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)主要包括但不限于以下五個方面：

1.面向智能社會發(fā)展趨勢的教育新生態(tài)環(huán)境。

隨著大數(shù)據(jù)和人工智能的逐步普及，推進著智能時代的教育生態(tài)的重構(gòu)，通過物聯(lián)網(wǎng)、高速互聯(lián)網(wǎng)和移動通訊技術(shù)支持，實現(xiàn)教室設(shè)備智能控制，溫濕度、光線等自適應(yīng)調(diào)節(jié)，將主講教師的技術(shù)支持由原來的電教教師轉(zhuǎn)換為人工智能，大大減少人員負(fù)擔(dān)，將電教教師的角色由設(shè)備管理者轉(zhuǎn)換為數(shù)字教育資源開發(fā)管理者。實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)互通，讓學(xué)生和教師、校內(nèi)和校外的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)可以進行實時互通，充分利用大數(shù)據(jù)、云計算、虛擬現(xiàn)實、人工智能等新技術(shù)，推進學(xué)生自主、合作、探究式學(xué)習(xí)和教師教育信息教學(xué)服務(wù)平臺建設(shè)和應(yīng)用。

2.智能教學(xué)硬件環(huán)境建設(shè)。

智能教學(xué)的硬件系統(tǒng)建設(shè)是實現(xiàn)“AI+教育”的重要保障，硬件系統(tǒng)包括：專線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能更好地服務(wù)教育資源的接入與共享，為學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新教育資源的智能VR 教室硬件環(huán)境，支持學(xué)情分析的4K 超清智能錄播系統(tǒng)、智能平板、智慧黑板、自主信息島，以及強大的后臺大數(shù)據(jù)支持的云桌面和云計算等硬件系統(tǒng)。部署資源云平臺，通過多機位錄播系統(tǒng)和語言識別系統(tǒng)把課堂教學(xué)過程生成視頻、課件、文稿同步的數(shù)字教育資源，通過教師空間匯聚到學(xué)校資源云平臺中，同時向下推送到學(xué)生空間，經(jīng)數(shù)字教育資源管理部門遴選后向上推送到省級平臺乃至國家平臺，為學(xué)校師生提供點播、大規(guī)模直播等功能。

3.教師教學(xué)資源自適應(yīng)系統(tǒng)建設(shè)。

以各級數(shù)字教育資源公共服務(wù)平臺互聯(lián)互通為基礎(chǔ)，引入獲得國家教育行政部門準(zhǔn)入的國家標(biāo)準(zhǔn)課程教材同步數(shù)字教育資源，圍繞課前、課中、課后教學(xué)閉環(huán)和自主探究、項目學(xué)習(xí)教學(xué)開環(huán)，集數(shù)字資源、同步備課、課前導(dǎo)學(xué)、課堂互動、隨堂在線測驗、課堂大數(shù)據(jù)、課后作業(yè)為一體，覆蓋課前備課、課中授課、課后學(xué)習(xí)、課外拓展等多種教學(xué)場景。在人工智能技術(shù)加持下，教師可以實現(xiàn)課堂教學(xué)資產(chǎn)和資源匯聚的智慧無縫互動，智能備授課、智能考評，創(chuàng)建、共享優(yōu)質(zhì)的教育教學(xué)資源。以教師成長平臺為載體，通過“過程性成長模塊”與“教學(xué)評價模塊”來實現(xiàn)教師專業(yè)成長和核心素養(yǎng)提升。教師在線接受專家指導(dǎo)，并進行協(xié)同教研，促進優(yōu)秀教師團隊建設(shè)和發(fā)展。

4.學(xué)生個性化學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)。

基于課堂大數(shù)據(jù)為每一個學(xué)生建立個人數(shù)字成長檔案，精準(zhǔn)刻畫學(xué)生數(shù)字畫像，實時大數(shù)據(jù)分析學(xué)習(xí)狀態(tài)，考勤記錄，動態(tài)分析學(xué)生知識結(jié)構(gòu)，構(gòu)建知識圖譜，為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)資源。建設(shè)VR/AR課程資源，通過沉浸式學(xué)習(xí)體驗調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性、創(chuàng)造性和協(xié)作性，突破教學(xué)的重難點。移動學(xué)習(xí)終端的使用實現(xiàn)學(xué)生課堂筆記的電子化留存、學(xué)習(xí)痕跡記錄和學(xué)情個體分析，自動生成錯題本和學(xué)習(xí)困難點，幫助學(xué)生精準(zhǔn)強化提高。學(xué)生可以通過使用學(xué)生終端完成教師下發(fā)的知識測驗或提交小組探究成果，提交后即時生成統(tǒng)計分析報告，并為每一名學(xué)生生成個性化反饋，支持學(xué)生收藏習(xí)題或教師分享的內(nèi)容，構(gòu)建自適應(yīng)學(xué)習(xí)和精準(zhǔn)化教學(xué)新形態(tài)。

5.課堂數(shù)據(jù)資產(chǎn)的匯聚與應(yīng)用。

依托于課堂大數(shù)據(jù)的匯聚與分析，將為學(xué)生、教師、家長和學(xué)校教育管理者提供多維度、可視化的教育分析結(jié)果。依據(jù)全局性的數(shù)據(jù)分析報告，實現(xiàn)教育決策由經(jīng)驗總結(jié)向數(shù)據(jù)實證的轉(zhuǎn)型，打通教育變革的創(chuàng)新路徑。智能云教室在實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)校本資源積淀的同時，將通過教育資源公共服務(wù)平臺的資源匯聚和輻射功能促進優(yōu)質(zhì)教育資源共享，逐步構(gòu)建課堂數(shù)據(jù)資產(chǎn)的沉淀、挖掘、分析、交流、共享的研究和應(yīng)用平臺，為自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)和教育生態(tài)轉(zhuǎn)型重構(gòu)探索實踐經(jīng)驗。

人工智能方興未艾，在教育信息化2.0行動計劃的肇始階段，各地都在深入開展智慧教育、智能教育的創(chuàng)新應(yīng)用研究和實踐探索。2019 年末，國內(nèi)某人工智能技術(shù)企業(yè)先后中標(biāo)青島、蚌埠十?dāng)?shù)億金額的人工智能教育項目，提供學(xué)生個性化學(xué)習(xí)、教育大數(shù)據(jù)、智慧管理等服務(wù)，以人工智能助力因材施教和教育優(yōu)質(zhì)均衡發(fā)展。我市于2019 年開啟了智能云教室建設(shè)項目，本文即是結(jié)合項目建設(shè)實踐初步探索合理利用人工智能技術(shù)規(guī)?；貙崿F(xiàn)學(xué)生全面發(fā)展和教師減負(fù)增效的途徑，并對人工智能支持下的自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境作一初步構(gòu)想。