趙淑霞

摘 ? 要：人工智能技術(shù)日趨成熟，被不斷應(yīng)用于教育領(lǐng)域，但當(dāng)前研究大多面向中學(xué)和高等教育，對(duì)少兒階段的研究較少。文章以中國(guó)知網(wǎng)的核心期刊數(shù)據(jù)庫(kù)為文獻(xiàn)來(lái)源，先對(duì)近五年人工智能技術(shù)在在線少兒教育領(lǐng)域應(yīng)用研究的關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，了解其研究熱點(diǎn)，之后從應(yīng)用場(chǎng)景、應(yīng)用形態(tài)和關(guān)鍵技術(shù)入手，闡述當(dāng)前在線少兒教育領(lǐng)域人工智能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，最后分析了這一階段在線教育的發(fā)展需求，探討其優(yōu)勢(shì)和不足。

關(guān)鍵詞：少兒;在線教育;人工智能應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2021）21-0039-06

一、引言

近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，在線教育成為很多家庭選擇的教育方式之一。人工智能技術(shù)日趨成熟，不斷應(yīng)用于教育領(lǐng)域，為教育帶來(lái)了巨大的變化。然而，當(dāng)前人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用更多集中在中學(xué)和高等教育學(xué)段，對(duì)少兒階段的研究較少，且不夠深入[1]。本文通過(guò)梳理文獻(xiàn)，進(jìn)一步了解人工智能在在線少兒教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀。首先對(duì)近五年的文獻(xiàn)關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，了解研究熱點(diǎn)。之后從人工智能技術(shù)在在線少兒教育領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景、應(yīng)用形態(tài)和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)入手，闡述當(dāng)前人工智能在在線少兒教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀，最后分析這一階段在線教育的發(fā)展需求，分析其優(yōu)勢(shì)和不足。

二、文獻(xiàn)檢索

以中國(guó)知網(wǎng)的核心期刊數(shù)據(jù)庫(kù)為文獻(xiàn)來(lái)源，通過(guò)高級(jí)檢索的方式進(jìn)行檢索，檢索主題詞的組合分別為“人工智能”和“教育”、“AI”和“教育”、“人工智能”和“在線教育”、“AI”和“在線教育”。此外，再單獨(dú)以“人工智能教育”“智能教育”“人工智能+教育”“AI+教育”“人工智能應(yīng)用”等詞條為主題詞進(jìn)行檢索。檢索時(shí)間跨度為2016年1月1日至2020年6月29日，得到文獻(xiàn)362篇，剔除相關(guān)會(huì)議、通知、訪談、專(zhuān)欄等文獻(xiàn)后，得到文獻(xiàn)共計(jì)290篇。對(duì)290篇文獻(xiàn)進(jìn)行深入閱讀和編碼，記錄文章的標(biāo)題、第一作者、應(yīng)用學(xué)段、應(yīng)用學(xué)科、關(guān)鍵詞、發(fā)表時(shí)間、應(yīng)用場(chǎng)景、應(yīng)用形態(tài)和關(guān)鍵技術(shù)，篩選學(xué)段為學(xué)前、小學(xué)面向3～12歲兒童的研究，最終得到有效文獻(xiàn)51篇。

三、研究熱點(diǎn)

對(duì)51篇有效文獻(xiàn)按發(fā)文時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，近五年來(lái)，相關(guān)研究逐年增多，2017年至2018年的增長(zhǎng)速度最快，如圖1所示，這與2017年《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》的發(fā)布有關(guān)。在政策的支持下，學(xué)者們迅速開(kāi)展了較多研究，在2019年達(dá)到巔峰，2020年的文獻(xiàn)只有半年發(fā)文量數(shù)據(jù)，因此發(fā)文量較少。

1.關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

利用CiteSpace軟件進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析。將時(shí)間區(qū)間設(shè)置為2016—2020年，時(shí)間切片設(shè)置為1年，節(jié)點(diǎn)類(lèi)型選為關(guān)鍵詞。由于有效文獻(xiàn)數(shù)量較少，分析時(shí)保留所有關(guān)鍵詞，得到可視化圖如圖2所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜較為分散，如“應(yīng)用”“自閉癥”“人工智能+”等關(guān)鍵詞距離中心較遠(yuǎn)，中心性較低?！叭斯ぶ悄堋奔谐霈F(xiàn)在圖譜的中心位置，輻射在其周?chē)年P(guān)鍵詞分別為人工智能教育、基礎(chǔ)教育、學(xué)前教育、“互聯(lián)網(wǎng)+”。大數(shù)據(jù)、“人工智能+教育”分別形成了較小的中心，大數(shù)據(jù)周?chē)椛淞藗€(gè)性化學(xué)習(xí)、教育機(jī)器人，“人工智能+教育”周?chē)椛淞岁P(guān)鍵技術(shù)、深度學(xué)習(xí)和教育應(yīng)用。針對(duì)人工智能的具體內(nèi)容，從技術(shù)角度來(lái)看，“深度學(xué)習(xí)”算法、“人工智能等關(guān)鍵技術(shù)”的研究占有一部分;從教育應(yīng)用的角度來(lái)看，“個(gè)性化學(xué)習(xí)”“教育機(jī)器人”等人工智能的教育應(yīng)用研究也占有一部分，聚集在中心詞人工智能的圖譜周邊。整體而言，關(guān)于人工智能在在線少兒教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究比較分散，且研究的關(guān)鍵詞較為粗略，相關(guān)文章中缺乏更加詳細(xì)深入的關(guān)鍵詞呈現(xiàn)。

2.關(guān)鍵詞共現(xiàn)時(shí)區(qū)圖譜

在關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜的基礎(chǔ)上，生成時(shí)區(qū)可視化圖，得到人工智能在在線少兒教育中應(yīng)用的關(guān)鍵詞共現(xiàn)時(shí)區(qū)圖譜，如圖3所示。

從圖3可以發(fā)現(xiàn)，2017年出現(xiàn)了較多以“人工智能+教育”為主題的關(guān)鍵詞起點(diǎn)，包括“人工智能+教育”“大數(shù)據(jù)”“人工智能技術(shù)”“人才培養(yǎng)”“教育agent”等。這些關(guān)鍵詞延伸到2018年和2019年的研究中，延伸出了“深度學(xué)習(xí)”“教育應(yīng)用”“基礎(chǔ)教育”“學(xué)前教育”“人工智能教育”“關(guān)鍵技術(shù)”等關(guān)鍵詞。之后的研究更加聚焦，關(guān)注技術(shù)在教育中的應(yīng)用和在不同學(xué)段的應(yīng)用，同時(shí)注重人工智能人才的培養(yǎng)，開(kāi)展以人工智能為內(nèi)容的教育，如少兒編程等。2020年的關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)頻次較低，一方面因?yàn)橹贿x擇了上半年的研究成果進(jìn)行分析，另一方面，新冠肺炎疫情的突然到來(lái)使得在線教學(xué)成為主要手段和支撐，導(dǎo)致2020年的研究更加聚焦在基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)改造[2]、技術(shù)平臺(tái)支持、教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控保障、教師培訓(xùn)與服務(wù)等方面。

四、人工智能在在線少兒教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.應(yīng)用場(chǎng)景

當(dāng)前人工智能教育應(yīng)用場(chǎng)景分為面向教師和管理者的教學(xué)場(chǎng)景及管理場(chǎng)景、面向?qū)W生的學(xué)習(xí)場(chǎng)景與考試場(chǎng)景[3]四類(lèi)。實(shí)際上，考試的場(chǎng)景離不開(kāi)對(duì)學(xué)生的測(cè)和評(píng)。因此本文在原來(lái)考的場(chǎng)景中加入評(píng)和測(cè)，將其歸為一個(gè)場(chǎng)景，即考評(píng)測(cè)。本文基于教、學(xué)、管、考評(píng)測(cè)這四種種應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)51篇有效文獻(xiàn)中的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到圖4所示的結(jié)果。當(dāng)前人工智能在在線少兒教育中的應(yīng)用，以教為主要的應(yīng)用場(chǎng)景，其次是教育管理的場(chǎng)景，之后是學(xué)生學(xué)習(xí)的場(chǎng)景，最后是考評(píng)測(cè)的場(chǎng)景。

在教的場(chǎng)景下，應(yīng)用較為廣泛的是自適應(yīng)教學(xué)平臺(tái)，包含智能教學(xué)系統(tǒng)和專(zhuān)家系統(tǒng)等，記錄學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，通過(guò)生物識(shí)別技術(shù)捕捉兒童的面部表情和眼部追蹤等[4]，判斷兒童學(xué)習(xí)情況，幫助教師調(diào)整教學(xué)節(jié)奏。智能教育機(jī)器人的應(yīng)用也比較廣泛，既能作為教學(xué)活動(dòng)的載體，也可以作為教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)前兒童提供了優(yōu)質(zhì)教育資源，還能協(xié)助教師豐富教學(xué)手段，給兒童提供個(gè)性化的解決方案，實(shí)現(xiàn)因材施教。教的場(chǎng)景之所以是主要的場(chǎng)景，一是相關(guān)研究多從教學(xué)、教師的角度進(jìn)行，對(duì)新興技術(shù)如何能夠幫助教學(xué)更加關(guān)注和重視，因此研究成果較多;二是教本身是教學(xué)中最主要的形態(tài)，3～12歲的兒童在自主學(xué)習(xí)上缺乏一定的自制力，自主學(xué)習(xí)能力不足，因此從教的場(chǎng)景切入對(duì)教學(xué)效果的提升最為直接。

人工智能在教育管理的場(chǎng)景應(yīng)用也比較多，如教學(xué)資源的管理、遠(yuǎn)程教育功能的實(shí)現(xiàn)、分班排課、幼兒園和小學(xué)的校園安全管理、智慧課堂、智慧校園[5]、家校系統(tǒng)的建立。這些應(yīng)用能夠幫助幼兒園和小學(xué)提高管理水平和管理效率，減輕學(xué)校管理人員的管理壓力，如把一些管理的功能前置，提前預(yù)警，從而預(yù)防惡行事件的發(fā)生，保證校園、師生安全。未來(lái)的學(xué)校，在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能的幫助下，會(huì)越來(lái)越智能，越來(lái)人性化[6]。

人工智能在學(xué)習(xí)的場(chǎng)景應(yīng)用較少，應(yīng)用較為廣泛的是伴學(xué)類(lèi)產(chǎn)品，如伴學(xué)機(jī)器人、智能伙伴、互助同伴、智能代理等[7]，用于伴學(xué)和答疑。兒童數(shù)字出版可以為閱讀帶來(lái)更強(qiáng)的交互性、趣味性、生動(dòng)性，提供沉浸式的閱讀體驗(yàn)[8]。學(xué)習(xí)場(chǎng)景下缺乏口碑較高且深入的應(yīng)用形態(tài)，因此整體的關(guān)注度不如教的應(yīng)用。學(xué)的場(chǎng)景排在教和管兩個(gè)場(chǎng)景后面，主要是因?yàn)閷W(xué)前和小學(xué)階段兒童自主學(xué)習(xí)能力弱，自控力不足，如學(xué)前階段低齡段兒童對(duì)語(yǔ)言、文字等內(nèi)容的理解力本身較為缺乏，因此學(xué)習(xí)場(chǎng)景的應(yīng)用情況較為復(fù)雜，難以有效實(shí)施。此外，學(xué)習(xí)本身是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的監(jiān)測(cè)、學(xué)習(xí)行為的分析、情緒的識(shí)別和分析等需要較為綜合和復(fù)雜的技術(shù)，需要非常專(zhuān)業(yè)的教育學(xué)家、心理學(xué)家、計(jì)算機(jī)學(xué)家等多方面專(zhuān)家通力協(xié)作，才能得到較好的結(jié)果。

考評(píng)測(cè)應(yīng)用場(chǎng)景較少，大多是作為工具的替代性應(yīng)用，從重復(fù)的工作中解放教師和家長(zhǎng)。如口語(yǔ)測(cè)評(píng)系統(tǒng)能夠更好地診斷學(xué)生語(yǔ)言的發(fā)音問(wèn)題，提供更精準(zhǔn)的反饋和強(qiáng)化。以大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試為主的智能測(cè)評(píng)系統(tǒng)，除了對(duì)客觀題做出非常準(zhǔn)確的判斷外，對(duì)主觀題和語(yǔ)言學(xué)習(xí)方面的評(píng)價(jià)也在進(jìn)一步發(fā)展。通過(guò)在系統(tǒng)中設(shè)定作文評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可以對(duì)學(xué)生的寫(xiě)作風(fēng)格、手法、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分析，為學(xué)生的寫(xiě)作提供智能化修改服務(wù);通過(guò)設(shè)定答題評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分析學(xué)生的解題步驟及思路，對(duì)學(xué)生的答題進(jìn)行評(píng)價(jià)，使答題過(guò)程更加規(guī)范。考評(píng)測(cè)場(chǎng)景下的應(yīng)用較少，主要是由少兒的年齡特征造成的，較少對(duì)學(xué)前兒童進(jìn)行學(xué)業(yè)考試和評(píng)價(jià)。

整體而言，人工智能技術(shù)發(fā)展推動(dòng)教育領(lǐng)域變革，在教和考評(píng)測(cè)的場(chǎng)景下解放教師生產(chǎn)力，輕松取代重復(fù)性工作，促進(jìn)教師角色的轉(zhuǎn)變。解放教師，使其可以更關(guān)注學(xué)生作為“人”的精神構(gòu)建和成長(zhǎng)[9]，將更多時(shí)間和精力放在創(chuàng)新教學(xué)上，有更多時(shí)間與學(xué)生交流，而且還可以根據(jù)數(shù)據(jù)為學(xué)生提供個(gè)性化反饋，從測(cè)評(píng)方面把握學(xué)生知識(shí)點(diǎn)的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)行專(zhuān)攻。不過(guò)，人工智能不應(yīng)只是簡(jiǎn)單的替代重復(fù)勞動(dòng)，應(yīng)該在學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)方面有更深入的期待。

2.應(yīng)用形態(tài)

對(duì)文獻(xiàn)中的應(yīng)用形態(tài)進(jìn)行編碼統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，人工智能技術(shù)的應(yīng)用形態(tài)較為分散。此外，不同文獻(xiàn)對(duì)相同的應(yīng)用形態(tài)有不同名稱，如智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)[10]、智能導(dǎo)師系統(tǒng)[11]、智能教學(xué)系統(tǒng)[12]、智能教育平臺(tái)[13]等，其英文名字均為“Intelligent Tutoring System，簡(jiǎn)稱 ITS”。因此，在編碼時(shí)將以上不同名稱的系統(tǒng)統(tǒng)一為自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前主要應(yīng)用形態(tài)有7種，如圖5所示，自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)是最主要的應(yīng)用形態(tài)，其次為智能教育機(jī)器人，之后依次是智能批改評(píng)閱系統(tǒng)、教學(xué)平臺(tái)、智慧課堂、智能測(cè)評(píng)系統(tǒng)、VR/AR。整體而言，應(yīng)用較為簡(jiǎn)單，且各類(lèi)智能化產(chǎn)品的普適性較低，大多借鑒了其他教育階段的成果[14]。

（1）自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)

自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)通過(guò)人機(jī)交互、虛擬現(xiàn)實(shí)、自適應(yīng)學(xué)習(xí)、知識(shí)圖譜等智能技術(shù)，基于大數(shù)據(jù)，支撐精準(zhǔn)的學(xué)情判斷和科學(xué)的學(xué)習(xí)路徑推薦，便于教師掌握整個(gè)教學(xué)過(guò)程，從而及時(shí)調(diào)整、分析、評(píng)價(jià)和反思，實(shí)施數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的過(guò)程化、精準(zhǔn)化教學(xué)評(píng)價(jià)[15]。通過(guò)多途徑形成人工智能與教育的雙向賦能態(tài)勢(shì)，助推“人工智能+教育”的良性發(fā)展。針對(duì)不同需求對(duì)海量教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能整合，從而輔助和優(yōu)化教學(xué)過(guò)程[16]。課程內(nèi)容滿足個(gè)性化發(fā)展，根據(jù)兒童的學(xué)習(xí)興趣和認(rèn)知水平選擇適合的學(xué)習(xí)資料，結(jié)合兒童的興趣愛(ài)好和自信心提供適合其學(xué)習(xí)的教學(xué)材料，如圖像、聲音、視頻等，多感官接觸，激發(fā)好奇心和興趣。

不過(guò)，當(dāng)前自適應(yīng)學(xué)習(xí)的產(chǎn)品大多關(guān)注單一狹窄領(lǐng)域[17]，如學(xué)生某一科目學(xué)習(xí)的情況，從而專(zhuān)注通過(guò)技術(shù)方式提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，對(duì)學(xué)生的綜合能力發(fā)展、身心健康等方面關(guān)注不足。人工智能教育的應(yīng)用核心在于是否可以滿足未來(lái)教育的需要，而未來(lái)教育的大方向強(qiáng)調(diào)關(guān)注學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程，發(fā)展學(xué)生的批判思維能力、問(wèn)題解決能力，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展[18]。因此，除了單一學(xué)科的自適應(yīng)學(xué)習(xí)，更應(yīng)重視藝術(shù)和文化的審美能力、創(chuàng)新創(chuàng)造能力、交流溝通能力等的培養(yǎng)，主動(dòng)探索人工智能技術(shù)在兒童綜合素質(zhì)培養(yǎng)方面的應(yīng)用。由此可見(jiàn)，加強(qiáng)人工智能技術(shù)在教育中的應(yīng)用仍然任重道遠(yuǎn)。

（2）智能教育機(jī)器人

智能教育機(jī)器人以靈活啟動(dòng)學(xué)習(xí)資源、記錄學(xué)習(xí)過(guò)程、監(jiān)督學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的特點(diǎn)，起到服務(wù)學(xué)習(xí)的作用[19]。近幾年是教育機(jī)器人大爆炸的時(shí)代。智能教育機(jī)器人的應(yīng)用十分廣泛，種類(lèi)較多。國(guó)內(nèi)教育機(jī)器人主要面向家庭和教師教學(xué)兩個(gè)不同方面[20]。

面向家庭的早教機(jī)器人以早教和陪護(hù)功能為主，與幼兒實(shí)現(xiàn)智能互動(dòng)，同時(shí)提供豐富的教學(xué)和娛樂(lè)資源，如經(jīng)典故事、算術(shù)、中英翻譯等，貼心陪伴孩子，教孩子學(xué)習(xí)知識(shí)，激發(fā)孩子對(duì)知識(shí)的好奇心和探索欲，并輔助家長(zhǎng)看護(hù)孩子[21]。面向教師教學(xué)的伴學(xué)機(jī)器人具有強(qiáng)大的輔助教學(xué)、管理教學(xué)等功能。一方面充當(dāng)智能化的教具，通過(guò)與學(xué)生的互動(dòng)進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，掌握學(xué)生的更多數(shù)據(jù)和特點(diǎn);另一方面，通過(guò)采集學(xué)生特點(diǎn)進(jìn)行因材施教和精準(zhǔn)推送，輔助教師開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。

雖然智能教育機(jī)器人在少兒階段的應(yīng)用較為廣泛，但兒童的發(fā)展既要涉及知識(shí)的學(xué)習(xí)，同樣也需要情感的建構(gòu)。一些固定的知識(shí)學(xué)習(xí)可以通過(guò)智能機(jī)器人的輔助實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于兒童人格、能力、情感、態(tài)度等內(nèi)容的發(fā)展和培養(yǎng)，智能機(jī)器人難以實(shí)現(xiàn)。此外，機(jī)器人的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)兒童的身心發(fā)育特點(diǎn)，從而保障其應(yīng)用效果。我國(guó)目前研發(fā)的教育機(jī)器人在適用性、性價(jià)比、功能等方面比較單一，功能劃分不夠明確，特色不強(qiáng)[22]，仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。

（3）智能批改評(píng)閱系統(tǒng)

將拍照搜題、智能批改、機(jī)器閱卷可編碼為智能批改評(píng)閱系統(tǒng)，屬于替代式教育。替代式教育可以代替教師執(zhí)行部分任務(wù)，如閱卷、批改、考試結(jié)果的判斷、作業(yè)和練習(xí)的檢查等，還能提供針對(duì)性的反饋診斷報(bào)告，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行修改，一定程度上解決了教師因作文批改數(shù)量大而導(dǎo)致的批改不精細(xì)、反饋不具體等問(wèn)題。

（4）其他應(yīng)用形態(tài)

基于人工智能構(gòu)建個(gè)性化的學(xué)習(xí)推送服務(wù)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)資源的交流互動(dòng)、資源分享、資源推送、課程直播服務(wù)等功能，屬于功能集成的教學(xué)平臺(tái)。智慧課堂用于課堂教學(xué)中，可以整合多元化的教學(xué)資源，支持教師多樣化的課程講授方式，通過(guò)人工智能技術(shù)輔助教師教學(xué)，能針對(duì)不同學(xué)生的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的課程和教學(xué)活動(dòng)，為學(xué)生提供智能化的學(xué)習(xí)服務(wù)。智能測(cè)評(píng)系統(tǒng)主要應(yīng)用于口語(yǔ)測(cè)評(píng)的場(chǎng)景。利用人工智能技術(shù)，對(duì)發(fā)音進(jìn)行準(zhǔn)確性檢測(cè)，精準(zhǔn)定位存在發(fā)音問(wèn)題的詞語(yǔ)、音素等，自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告并提供標(biāo)準(zhǔn)發(fā)音，可以對(duì)兒童口語(yǔ)發(fā)音、語(yǔ)言流利性、語(yǔ)法掌握、情感調(diào)用等進(jìn)行評(píng)分、糾錯(cuò)和指導(dǎo)反饋[23]。VR/AR創(chuàng)設(shè)虛擬課堂，消除實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的物理距離隔閡，促進(jìn)和實(shí)現(xiàn)學(xué)生之間的資源共享，尤其是實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)施昂貴的情況下。如在遠(yuǎn)程教學(xué)場(chǎng)景中，學(xué)生能夠遠(yuǎn)程進(jìn)入虛擬課堂開(kāi)展化學(xué)或物理實(shí)驗(yàn)操作，教師能夠感受到學(xué)生的動(dòng)作并在必要的時(shí)候進(jìn)行糾正，同時(shí)學(xué)生也能夠看到、聽(tīng)到和感受到教師的指導(dǎo)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)師生遠(yuǎn)程觸覺(jué)交互。

3.應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

當(dāng)前，應(yīng)用于教育的人工智能關(guān)鍵技術(shù)[24]包括很多，如深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)、教育大數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)分析、教育數(shù)據(jù)挖掘、語(yǔ)音識(shí)別等，但不同學(xué)者對(duì)人工智能在教育中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)主要有哪些，持有不同觀點(diǎn)。為了進(jìn)一步了解當(dāng)前人工智能在教育中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)研究中提及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行編碼。編碼分為兩個(gè)維度，首先是對(duì)關(guān)鍵技術(shù)手段進(jìn)行記錄并對(duì)技術(shù)手段出現(xiàn)的次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，之后采用學(xué)者楊現(xiàn)民提出的人工智能技術(shù)框架[25]按照技術(shù)層級(jí)進(jìn)行編碼。

（1）關(guān)鍵技術(shù)手段

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，有26篇文章完全沒(méi)有提及關(guān)鍵技術(shù)，有3篇提及了關(guān)鍵技術(shù)，但沒(méi)有陳述具體的技術(shù)，而是用了諸如“人工智能技術(shù)”等描述較為寬泛的詞匯。有22篇文章提及關(guān)鍵技術(shù)較為詳細(xì)，如圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等。本文主要對(duì)22篇詳細(xì)提及關(guān)鍵技術(shù)的文章進(jìn)行了深入統(tǒng)計(jì)。在統(tǒng)計(jì)過(guò)程中將相同關(guān)鍵技術(shù)在不同論文中的表述方式進(jìn)行了統(tǒng)一，如將面部識(shí)別、人臉識(shí)別，統(tǒng)一為人臉識(shí)別;將文本識(shí)別、文字識(shí)別統(tǒng)一為文本識(shí)別;將虛擬現(xiàn)實(shí)、VR統(tǒng)一為VR;將機(jī)器視覺(jué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)，統(tǒng)一為計(jì)算機(jī)視覺(jué);將知識(shí)表示、知識(shí)表征、知識(shí)的表示方法，統(tǒng)一為知識(shí)表征等。在統(tǒng)一表述之后，進(jìn)行詞頻統(tǒng)計(jì)，選取詞頻在5次以上的關(guān)鍵技術(shù)，得到如圖6所示的結(jié)果。

在少兒階段，應(yīng)用較為廣泛的人工智能關(guān)鍵技術(shù)依次是大數(shù)據(jù)分析、VR、語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言處理、情緒識(shí)別和分析、圖像識(shí)別這六個(gè)關(guān)鍵技術(shù)?！度斯ぶ悄軜?biāo)準(zhǔn)化白皮書(shū)（2018版）》中將人工智能關(guān)鍵技術(shù)分為機(jī)器學(xué)習(xí)、知識(shí)圖譜、自然語(yǔ)言處理、人機(jī)交互、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、生物特征識(shí)別和虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)7項(xiàng)[26]。本文所得結(jié)果只有兩項(xiàng)技術(shù)與其相同，分別是自然語(yǔ)言處理和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。教育應(yīng)用中更加強(qiáng)調(diào)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)、教學(xué)資源數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等進(jìn)行挖掘、處理和分析。此外，知識(shí)圖譜和人機(jī)交互雖然也是應(yīng)用于教育的關(guān)鍵技術(shù)，但出現(xiàn)的次數(shù)并不多。實(shí)際上，知識(shí)圖譜是一種復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析和決策支持有效手段，將人類(lèi)專(zhuān)家的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、思維和邏輯存儲(chǔ)，幫助計(jì)算機(jī)從大量無(wú)序的信息資源中重構(gòu)知識(shí)之間的連接，有效組織各學(xué)科的知識(shí)體系，為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)和個(gè)性化學(xué)習(xí)提供前所未有的發(fā)展空間。因此，知識(shí)圖譜技術(shù)被提及的次數(shù)較少，說(shuō)明當(dāng)前人工智能在教育中的應(yīng)用不夠深入，缺乏對(duì)整體學(xué)科知識(shí)體系的整合，未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)知識(shí)圖譜技術(shù)的應(yīng)用。

另外，關(guān)鍵技術(shù)之間存在交叉，如情緒識(shí)別和分析是使用人臉識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別和分析等進(jìn)行的深入處理，在分析后進(jìn)行解釋。人臉識(shí)別應(yīng)用較為廣泛，如教學(xué)管理中的校園安全管理系統(tǒng)，用于教師的考勤、師生的門(mén)禁、身份認(rèn)證等。此外，在課堂管理中，還包括人臉檢測(cè)跟蹤、人臉關(guān)鍵點(diǎn)定位等技術(shù)，用于學(xué)生聽(tīng)課情緒和專(zhuān)注程度的判斷標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵技術(shù)的交叉一定程度上說(shuō)明當(dāng)前研究對(duì)技術(shù)的探討不夠深入，對(duì)“關(guān)鍵技術(shù)”的定位不夠清晰，此外，也說(shuō)明人工智能的底層技術(shù)發(fā)展較快，形成了不同層面的關(guān)鍵技術(shù)。因此，也需要將其放在教育應(yīng)用的技術(shù)框架中。

（2）關(guān)鍵技術(shù)層級(jí)

教育人工智能的技術(shù)框架分為五個(gè)層面，從最底層到最頂層，依次是教育數(shù)據(jù)層、算法層、感知層、認(rèn)知層、教育應(yīng)用層[27]，如圖7所示。教育數(shù)據(jù)層是框架的基礎(chǔ)層面，包括很多數(shù)據(jù)，如學(xué)生行為數(shù)據(jù)、學(xué)校（機(jī)構(gòu)/平臺(tái)）管理數(shù)據(jù)、教學(xué)資源數(shù)據(jù)、學(xué)生評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)等，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理以及存儲(chǔ)。算法層是核心，主要包括機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)。機(jī)器學(xué)習(xí)能夠基于大量數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別模式并發(fā)現(xiàn)規(guī)則，在學(xué)生行為建模、預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)表現(xiàn)、預(yù)警失學(xué)風(fēng)險(xiǎn)、學(xué)習(xí)支持與測(cè)評(píng)等方面具有十分重要的作用[28];深度學(xué)習(xí)在文本識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別等方面的識(shí)別準(zhǔn)確率遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)技術(shù)的識(shí)別能力[29]。感知層是讓機(jī)器具備感知外部世界的能力，如可以像人一樣能聽(tīng)、能看、會(huì)說(shuō)、會(huì)認(rèn)，該層由識(shí)別技術(shù)構(gòu)成。認(rèn)知層比感知層更進(jìn)一步，強(qiáng)調(diào)讓機(jī)器能夠讀懂識(shí)別出的內(nèi)容的內(nèi)在含義。認(rèn)知層的關(guān)鍵技術(shù)包括自然語(yǔ)言處理、知識(shí)表示方法、智能代理、情感計(jì)算等。技術(shù)框架的最頂層是教育應(yīng)用層。該層是各種人工智能技術(shù)應(yīng)用的集中體現(xiàn)，具有不同的應(yīng)用形態(tài)，如智能導(dǎo)學(xué)、智能批改、智能教育機(jī)器人、分班排課、VR/AR教學(xué)、教育智能管理等[30]。

上述劃分更加清晰地呈現(xiàn)了人工智能技術(shù)及其應(yīng)用。將關(guān)鍵技術(shù)按照該框架進(jìn)行分類(lèi)計(jì)數(shù)，得到少兒階段6個(gè)關(guān)鍵技術(shù)在技術(shù)框架各層面的分布，如圖8所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)少兒階段應(yīng)用的感知層關(guān)鍵技術(shù)最多，其次是教育應(yīng)用層，然后是認(rèn)知層，接下來(lái)分別是教育數(shù)據(jù)層和算法層。關(guān)鍵技術(shù)主要分布在感知層和教育應(yīng)用層。感知層的技術(shù)得到了快速發(fā)展，在教育中衍生出很多應(yīng)用，如拍照搜題、拍照批改、智能閱卷等，將教師從重復(fù)工作中解放出來(lái)，作為替代式教育非常成功的應(yīng)用形態(tài)，得到了更多學(xué)者的關(guān)注和研究。

當(dāng)前關(guān)鍵技術(shù)研究對(duì)認(rèn)知層的關(guān)注不夠，從個(gè)性化教學(xué)、自適應(yīng)學(xué)習(xí)等新興理念來(lái)看，認(rèn)知層與人工智能的聯(lián)系更加緊密，除了能夠利用技術(shù)識(shí)別語(yǔ)音、圖像、文字等內(nèi)容外，還可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深入分析，為教育應(yīng)用提供支持。當(dāng)前自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)雖然會(huì)對(duì)學(xué)生的行為數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，但應(yīng)用效果并不理想，底層知識(shí)模型和學(xué)習(xí)模型構(gòu)建不夠科學(xué)，難以對(duì)學(xué)生進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和干預(yù)。因此，結(jié)合各層面技術(shù)，人工智能的應(yīng)用在個(gè)性化教學(xué)、對(duì)學(xué)生全面評(píng)價(jià)方面應(yīng)有更深入的期待，在后續(xù)研究中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)認(rèn)知層技術(shù)的關(guān)注和應(yīng)用。

五、應(yīng)用展望

人工智能在在線少兒教育領(lǐng)域的運(yùn)用，取得了一些成效和影響，但整體仍處于發(fā)展的起步階段，依然面臨著許多困境。一方面，要大力發(fā)展人工智能產(chǎn)品的研發(fā)力度，合理運(yùn)用人工智能技術(shù)[31]，提高技術(shù)服務(wù)品質(zhì)[32]。不僅關(guān)注學(xué)生的知識(shí)習(xí)得，更要關(guān)注自主學(xué)習(xí)和全面發(fā)展的培養(yǎng)，幫助教師更好地理解學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程，并幫助學(xué)生更加高效地學(xué)習(xí)，促進(jìn)建模能力、實(shí)際問(wèn)題解決能力、協(xié)作能力等高階能力的培養(yǎng)[33]。另一方面，要加強(qiáng)數(shù)據(jù)監(jiān)管，嘗試進(jìn)行科學(xué)的數(shù)據(jù)共享，最大化發(fā)揮人工智能技術(shù)的價(jià)值。盡管人工智能產(chǎn)品運(yùn)用于在線少兒教育可以有效解決當(dāng)前存在的一些問(wèn)題，但也不能盲目亂用，應(yīng)該以尊重少兒的個(gè)性和尊嚴(yán)為前提，遵循少兒身心發(fā)展的普遍規(guī)律，恰當(dāng)運(yùn)用人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)少兒個(gè)性化、適宜性發(fā)展[34]。

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（編輯：王曉明）