熊媛 盛群力

摘? ?要? ? ?人工智能與教育融合發(fā)展，對教育教學(xué)方式的變革起著至關(guān)重要的作用。首先，以人工智能+教育作為關(guān)鍵詞搜索教育學(xué)CSSCI源刊文獻數(shù)據(jù)并分析后發(fā)現(xiàn)，人工智能在教育中的研究和應(yīng)用正處于加速發(fā)展態(tài)勢;其次，根據(jù)學(xué)習(xí)方式分類學(xué)，提出了關(guān)于人工智能+教育融合發(fā)展歷程的四個分類階段，即被動融合、主動融合、建構(gòu)融合和交互融合，并且認(rèn)為目前人工智能+教育仍處于第二個階段（主動融合階段）;最后，根據(jù)人工智能與教育融合現(xiàn)狀，提出了加速人工智能+教育融合進程、加強人工智能素質(zhì)和兩類人才培養(yǎng)力度的建議。

關(guān)鍵詞? ? 人工智能與教育? ?AI 思考與建議? ?學(xué)習(xí)方式分類學(xué)

人工智能作為高科技前沿的代表，正快速地“滲透”到生活的各個角落。政府工作報告已將人工智能應(yīng)用和研究列入發(fā)展規(guī)劃。教育部印發(fā)了《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》，人工智能+教育正式進入大發(fā)展的“新時代”。因此，在教育研究領(lǐng)域應(yīng)當(dāng)加大人工智能與教育相結(jié)合的研究力度，利用人工智能技術(shù)改革現(xiàn)有教育模式和教學(xué)方法，將人工智能納入到課堂教學(xué)之中，推動人工智能在各類教育中的普及。通過對1970年以來中國知網(wǎng)（CNKI）“人工智能”的關(guān)注度指數(shù)分析可知，截止至2018年第一季度，各行業(yè)對人工智能的關(guān)注度逐年上升，特別是自2014年以來，關(guān)注度大幅上升且有不斷加速的趨勢。

一、相關(guān)文獻分析

為了研究人工智能+教育的現(xiàn)狀及未來，本文利用自1982年至2018年第一季度止的CSSCI教育學(xué)類37種源刊數(shù)據(jù)作為研究樣本對象，利用CNKI搜索人工智能+教育關(guān)鍵詞獲得了245篇相關(guān)論文。然后，運用CNKI統(tǒng)計工具獲取了關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖、關(guān)鍵詞聚類網(wǎng)絡(luò)圖、研究層次分布圖和學(xué)科分布圖等數(shù)據(jù)分析圖，并對這些圖進行如下數(shù)據(jù)分析。

1.研究持續(xù)升溫

通過利用CNKI的統(tǒng)計工具，獲取詞頻大于5的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖三張，從2016至2018年（2018年為第一季度數(shù)據(jù)）每年一張。通過對這些圖分析后發(fā)現(xiàn)，2016年圖中“人工智能”節(jié)點為灰色，這說明該年中沒有詞頻大于5的人工智能+教育文獻出現(xiàn);2017年圖中“人工智能”節(jié)點有8篇關(guān)于人工智能+教育文獻出現(xiàn);2018年第一季度圖中“人工智能”節(jié)點有14篇關(guān)于人工智能+教育文獻出現(xiàn)。同時發(fā)現(xiàn)，2018年第一季度的文獻數(shù)量就已經(jīng)達到2017全年文獻數(shù)量的175%。因此，可以預(yù)測自2018年起有關(guān)人工智能+教育的研究將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長的趨勢，人工智能+教育的研究正處于一個歷史的拐點。

2.研究加速融合

通過對關(guān)鍵詞聚類網(wǎng)絡(luò)圖分析可知，人工智能和學(xué)習(xí)是兩個重要的關(guān)鍵詞，而圍繞在“人工智能”節(jié)點周圍的關(guān)鍵詞節(jié)點有：大數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)分析、虛擬現(xiàn)實、智慧教育、遠程教育、教育技術(shù)、教育信息化、個性化學(xué)習(xí)、知識工程以及教學(xué)設(shè)計等等。這些關(guān)鍵詞以人工智能為核心呈擴散的態(tài)式，并且均與學(xué)習(xí)和教育相關(guān)。這些關(guān)聯(lián)性進一步說明了人工智能+教育研究的廣泛性和多樣性。而對于以“學(xué)習(xí)”節(jié)點為中心的區(qū)域，是一塊傳統(tǒng)教育理念的聚積區(qū)，它包含：創(chuàng)新、教學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)以及教育等關(guān)鍵詞。兩塊區(qū)域聯(lián)結(jié)于教育和創(chuàng)新，這表明許多研究者正在將人工智能融入教育并創(chuàng)新教育方式來改革傳統(tǒng)的教育理念。然而，通過對圖的連接線分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)節(jié)點與教育節(jié)點之間連接線很粗，說明人們渴望通過教育來學(xué)習(xí)所需要的知識，而教育與人工智能的連接線很細，說明人工智能與教育相距較遠，兩者的融合度不高，還需要人們不斷地努力，提升人工智能與教育的融合度。

3.研究不斷拓展

通過對研究層次分布圖分析可知，文獻中從事人工智能+教育社科類相關(guān)的基礎(chǔ)研究占很大的比重，達到總文獻數(shù)的76.86%。這些文獻發(fā)表的時間大多集中在人工智能教育1.0期間和之前，當(dāng)時人工智能還只是初步應(yīng)用，達不到深度融合，因此基礎(chǔ)理論研究較多也在情理之中。這方面的研究涵蓋了高等教育、中等教育和基礎(chǔ)教育的內(nèi)容，其中高等教育的比重較之其他兩類教育達到80.56%，這一原因主要在于從事相關(guān)研究的學(xué)者大多為高等院校的學(xué)者，他們熟悉高等教育，而且也是高等教育適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展的迫切要求。在人工智能+教育的應(yīng)用研究方面，還僅僅是初步的試探性應(yīng)用研究，未出現(xiàn)暴發(fā)式的增長，這當(dāng)然與人工智能技術(shù)相對不成熟、與教育結(jié)合的技術(shù)可能性較低等因素有關(guān)。

二、應(yīng)用研究狀況

目前，人工智能+教育的應(yīng)用主要分布在智能教學(xué)、智能評測、教育類智能游戲和教育類智能機器人等幾個方面。這些應(yīng)用以大數(shù)據(jù)和云計算等技術(shù)為支撐，利用語音識別、自然語言處理、計算機視覺和情感計算等關(guān)鍵技術(shù)為人工智能+教育應(yīng)用實現(xiàn)的基礎(chǔ)[1]。下面將基于以上文獻來闡述人工智能+教育在這幾個方面的研究進展。

1.智能教學(xué)系統(tǒng)

智能教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)該是一種能夠全面承擔(dān)人類教師職責(zé)的教學(xué)系統(tǒng)（見圖1）。余勝泉認(rèn)為人工智能教師應(yīng)該是具有全面智能素質(zhì)的智能教學(xué)系統(tǒng)[2]。劉凱等人認(rèn)為利用人工智能+教育可以突破人的教與學(xué)之局限性[3]。葉海智等人認(rèn)為將3D手勢應(yīng)用于教學(xué)中能有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對復(fù)雜知識的理解[4]。郝兆杰等人將人工智能應(yīng)用于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)[5]。科大訊飛的吳曉如等人倡導(dǎo)個性化教育的推廣，該公司專注于個性化教育產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用[6]。

2.自動化測評系統(tǒng)

劉勇等人介紹了人工智能之深度學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用于教育教學(xué)的學(xué)情追蹤、閱卷、助教及外語輔導(dǎo)等方面的案例[7]?？拼笥嶏w的汪張龍等人介紹了該公司開發(fā)的智能網(wǎng)上評卷系統(tǒng)[8]。牟智佳等人闡述了以教育大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的個性化學(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)測框架[9]。自動化測評系統(tǒng)使教師從繁重的閱卷工作中解放出來，專注于教學(xué)工作，從而有效地提升教學(xué)質(zhì)量（見圖2）。

3.教育游戲

祝士明等人認(rèn)為教育游戲能提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效果[10]。李敏建議基于當(dāng)前學(xué)歷體制下游戲與學(xué)習(xí)的關(guān)系應(yīng)該要考慮兩者之間的平衡與沖突[11]。當(dāng)前，游戲化學(xué)習(xí)的理念已形成共識，特別是隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，將人工智能技術(shù)融入游戲化學(xué)習(xí)的各個階段是教育游戲發(fā)展的趨勢（見圖3），但是真正成功的教育游戲仍然是鳳毛鱗角。

4.教育機器人

李志河等人闡述了陪練機器人在音樂教育中的應(yīng)用，探討了促進人工智能+教育的深度融合的話題[12]。唐仕喜介紹了智能機器人應(yīng)用于教育圖像的搜索[13]。方海光等人介紹了基于區(qū)塊鏈的面向中小學(xué)生的智慧學(xué)習(xí)機器人[14]。陸文虎等人呼吁通過機器人制作競賽的方式來普及機器人相關(guān)知識和促進機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[15]。王益等人思考了教育機器人資源網(wǎng)站的建設(shè)，為開發(fā)實用的教育機器人打下堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[16]。

5.智能教育開發(fā)工具

Tensorflow是谷歌開發(fā)的人工智能工具軟件，可用于教育應(yīng)用的開發(fā)[17]。目前最為流行的工具是Tensorflow和Caffe，本土工具有百度的Paddle Paddle。人工智能教育應(yīng)用需要多種技術(shù)來實現(xiàn)，但是其核心技術(shù)在于人工智能算法，而算法的實現(xiàn)需要人工智能工具包，因此，了解各類人工智能開發(fā)工具也是非常重要的。本文建議使用百度工具包，它具有良好的性能，支持國產(chǎn)AI軟件，也是支持提升我國AI國際地位的一種體現(xiàn)。

三、發(fā)展歷程

人類是真正智能體，機器只是學(xué)習(xí)并試圖具有類似人的智能。如果機器需要一個學(xué)習(xí)和進化過程才可能具有類似人的智能，那么對于機器智能（人工智能）的分類完全可以利用教育心理學(xué)的理論——學(xué)習(xí)方式分類學(xué)[18]，將人工智能+教育的發(fā)展歷程歸納分類為以下四個階段。

1.被動融合

被動學(xué)習(xí)在教育心理學(xué)上主要是指對相關(guān)信息予以被動關(guān)注等心理活動。韓光迪在1986年闡述了當(dāng)時校方對計算機進入學(xué)校教育的被動接受態(tài)度[19]?，F(xiàn)在看來，計算機融入學(xué)校教育是勢不可擋的，由于當(dāng)時的人工智能技術(shù)尚處于萌芽階段，人工智能與教育的融合是很初級，是被動融合階段的開始。從文獻發(fā)表時間的角度來看，經(jīng)過不到7年的發(fā)展過程，1993年柴志浦介紹了人們對計算機與教育之融合的新思考，標(biāo)志著人工智能與教育的被動融合階段結(jié)束，即將進行入新的階段——主動整合階段[20]。

2.主動融合

主動學(xué)習(xí)在教育心理學(xué)上表示主動參與信息學(xué)習(xí)和接收的過程。1993年宋云嫻[21]介紹了人工智能與CAD相結(jié)合開發(fā)的模擬電子線路相關(guān)課程的教學(xué)系統(tǒng)[21]?；诒疚乃芯课墨I，可以認(rèn)為這是主動融合階段的開端。2000年蔣碧波等人提出建立影音及文本知識庫供學(xué)生課外學(xué)習(xí)的想法[22]（現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)實，如慕課等）。2008年李鳴華介紹了利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)與人工智能創(chuàng)建的虛擬教室系統(tǒng)[23]。2017年唐燁偉等人提出了基于人工智能+教育的STEM跨學(xué)科融合模式，該模式是基于主動方式來促進STEM跨學(xué)科之間的融合[24]。因此，是主動融合方式。由于教育所涉內(nèi)容很廣，主動融合階段將會是一個長期的過程。

3.建構(gòu)融合

建構(gòu)學(xué)習(xí)指學(xué)習(xí)現(xiàn)有材料過程中實現(xiàn)超越并產(chǎn)生新知識。大數(shù)據(jù)、計算能力的提升和良好的人工智能算法成就了今天的人工智能及其應(yīng)用。然而，當(dāng)前人工智能是基于某種特定的場景，受條件限制的人工智能，人工智能的目標(biāo)僅僅是依照一定的預(yù)設(shè)來行動，沒有靈活性，只能照章辦事，不能產(chǎn)生新知識。人們需要的是具有理解能力的人工智能。而具有理解力的人工智能必須建立在人工智能具有常識的基礎(chǔ)之上。因此，人工智能+教育的建構(gòu)融合階段還需要一個漫長的時間才能實現(xiàn)。

4.交互融合

交互學(xué)習(xí)指兩個及以上學(xué)習(xí)個體相互協(xié)同，在不同學(xué)習(xí)者之間展開激活思想、啟發(fā)思路和補充不足等建構(gòu)性學(xué)習(xí)活動。只有將感性知識的世界統(tǒng)一起來，進入建構(gòu)融合階段，人工智能具有理解和思維判斷能力后，人工智能才真正進入交互融合階段。日前，將數(shù)據(jù)（符號向量）和行為（特征向量）融合幾乎不可能，因此，機器無法變得更智能。在人工智能+教育的路上，現(xiàn)在走得并不遠，還在出發(fā)點附近，但是人工智能+教育永遠在路上，這也許正是其魅力之所在。

四、思考與建議

擁有大量人工智能素養(yǎng)人才是把握人工智能新時代脈搏的關(guān)鍵，因此，本文提出以下幾個方面的思考和建議。

1.加速融合進程

充分利用現(xiàn)有人工智能技術(shù)，深度開發(fā)智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)，提升人工智能輔助教學(xué)的融入度，挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)推廣自適應(yīng)學(xué)習(xí)和自動測評。繼續(xù)深度融入人工智能技術(shù)推進個性化學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)。利用虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實以及混合現(xiàn)實，建立沉浸式人工智能學(xué)習(xí)環(huán)境。將教育信息化向教育智能信息化提升。近一兩年以來，隨著信息識別與獲取等人工智能技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，人工智能已從1.0時代——只有小眾精英群體應(yīng)用和了解，過渡到2.0 時代——各行各業(yè)大量的應(yīng)用。圖4展示了人工智能2.0時代新型智能教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建與運行模型。該模型新增了智能信息感知與識別引擎，這些引擎不僅能捕捉、識別相關(guān)的人體數(shù)據(jù)及媒體信息，還能智能推理和決策，同時還能給用戶反饋信息。該例子說明，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，人工智能+教育的融合力度得到了進一步的加強。

2.加強人工智能素質(zhì)培養(yǎng)力度

人工智能素質(zhì)是指熟悉各類人工智能應(yīng)用資源，并且能高效利用其來分析和解決問題的能力。人類必須從繁重的記憶活動中解脫出來，利用人工智能技術(shù)搜索知識，加強人工智能素質(zhì)和卓越分析能力的培養(yǎng)。人類是基于人工智能的記憶和搜索獲取信息來進行更高層次的分析，因此人類應(yīng)該具備高于智能機器的分析能力。通過崗前培訓(xùn)和職后培訓(xùn)來提升教師的人工智能素質(zhì)。

3.加強兩類人才培養(yǎng)力度

在人工智能情境下，應(yīng)該厘清具有人工智能的機器和人類之間的關(guān)系，也就是說，機器可以代替人類做些什么。人工智能時代也是一次偉大的工業(yè)革命，機器能做的，人類不要與之爭搶，人類應(yīng)該做機器不能做和不擅長做的事。教育應(yīng)該培養(yǎng)控制機器（如軟硬件工程師等）和機器無法介入（如創(chuàng)新和創(chuàng)造力等，這些能力是基于對人工智能產(chǎn)生的智能分析結(jié)果的綜合創(chuàng)新和創(chuàng)造力）兩類領(lǐng)域的人才，對這兩類人才的培養(yǎng)要有近期和長期的規(guī)劃。

總之，人工智能必然會與未來教育逐步深度融合，不斷融合的結(jié)果必然逐步呈現(xiàn)給人們：以人為本、多樣性和自適應(yīng)的教育，以創(chuàng)新探索為主題的教育，平等享有優(yōu)質(zhì)教育資源的教育，強調(diào)終身學(xué)習(xí)和快樂學(xué)習(xí)的教育，開放式和多維度的教育，智能化和網(wǎng)絡(luò)化的教育。同時，教育反哺人工智能的發(fā)展，二者融合發(fā)展，是相互促進的關(guān)系。

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[作者：熊媛（1980-），女，湖北黃梅人，天津大學(xué)教育學(xué)院，博士生，浙江商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師;盛群力（1957-），男，上海崇明人，浙江大學(xué)教育學(xué)院，教授。]

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