徐建華　張曉帆

摘? ?要 目前，科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，人工智能成為國際視野的新焦點(diǎn)，人工智能與各行各業(yè)的有機(jī)結(jié)合為人類社會(huì)開辟了新的研究視角和發(fā)展方向。美國人工智能與教學(xué)的有機(jī)融合一直在全球處于領(lǐng)先地位，其在戰(zhàn)略上的政府主導(dǎo)、學(xué)校主體和社會(huì)協(xié)同，以及在實(shí)際應(yīng)用中的智能導(dǎo)師、虛擬模擬和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等做法都值得我國學(xué)習(xí)與借鑒。

關(guān)鍵詞 人工智能? 教學(xué)融合? 戰(zhàn)略? 應(yīng)用

目前，我國已步入教育改革的新時(shí)代，要大力推動(dòng)教育現(xiàn)代化發(fā)展以及教育強(qiáng)國的建設(shè)，就要緊緊抓住人工智能與教學(xué)融合的戰(zhàn)略部署，為我國建設(shè)創(chuàng)新型國家與科技強(qiáng)國把握新的發(fā)展機(jī)遇。人工智能是國際視野的新焦點(diǎn)，美國人工智能與教學(xué)的有機(jī)融合一直在全球處于領(lǐng)先地位，其在戰(zhàn)略方略與實(shí)際應(yīng)用方面都為我國提供了可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

一、美國人工智能與教學(xué)有效融合的戰(zhàn)略方略

1.政府主導(dǎo)：整體規(guī)劃教育人工智能戰(zhàn)略

美國為推動(dòng)教育領(lǐng)域的深刻變革，實(shí)現(xiàn)未來人才培養(yǎng)目標(biāo)，保持其科技大國的領(lǐng)先地位，2009年至2015年，美國聯(lián)邦政府先后修改了三次《美國創(chuàng)新戰(zhàn)略》，2016年起至2018年又頒布了三份有關(guān)教育人工智能的國家級(jí)報(bào)告，戰(zhàn)略與報(bào)告中均重點(diǎn)提到教育是人工智能發(fā)展的重要領(lǐng)域，應(yīng)對(duì)其給予高度重視[1];2018年同年，美國國防部和戰(zhàn)略研究所相繼下發(fā)文件，明確指出教育人工智能為美國國防的重要戰(zhàn)略組成部分之一;此外，美國聯(lián)邦教育部還制定了教育技術(shù)專項(xiàng)規(guī)劃，持續(xù)推動(dòng)教育人工智能發(fā)展。從美國多頻次頒布的系列報(bào)告與文件中，足以可見美國政府早已將人工智能提到國家發(fā)展戰(zhàn)略的高度，充分肯定了人工智能在教育領(lǐng)域中的地位與價(jià)值?！睹绹斯ぶ悄苎邪l(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃》指出，聯(lián)邦政府需大力投資進(jìn)行教育人工智能研發(fā)，其中包括培養(yǎng)人工智能的技術(shù)與應(yīng)用人才、資助人工智能課程的開設(shè)、增設(shè)人工智能項(xiàng)目與軟件的研發(fā)和烘托人工智能的輿論氛圍等。在美國聯(lián)邦政府充分肯定教育人工智能價(jià)值的背景下，美國各級(jí)各類學(xué)校開始將人工智能引入教學(xué)，從而引領(lǐng)了人工智能技術(shù)在學(xué)校教學(xué)中的廣泛應(yīng)用。

2.學(xué)校主體：貫徹實(shí)施教育人工智能課程

早在二十世紀(jì)末，人工智能課程就被引進(jìn)了美國的科學(xué)課堂，繼而STEM教育思潮的涌現(xiàn)繼續(xù)推動(dòng)了人工智能課程的發(fā)展。在美國，中小學(xué)人工智能課程大多數(shù)以選修課的形式開設(shè)，屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)課程的一部分。課程內(nèi)容主要包括使學(xué)生初步了解通過計(jì)算機(jī)傳感器去感知世界，從計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中進(jìn)行學(xué)習(xí)并且通過數(shù)據(jù)模型進(jìn)行推理，簡單組成已經(jīng)編寫好的編程程序來操作機(jī)器人的動(dòng)作，以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于教育人工智能的興趣為主。美國學(xué)校根據(jù)學(xué)生不同的年齡階段，制定了獨(dú)具特色的計(jì)算機(jī)科學(xué)課程的框架，例如：1-6年級(jí)的學(xué)生，教師引導(dǎo)其認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)的重要性，并了解其基本結(jié)構(gòu);6-9年級(jí)的學(xué)生，教師引導(dǎo)其將計(jì)算機(jī)作為解決問題的工具，并將計(jì)算機(jī)滲透到其他學(xué)科中;10-12年級(jí)的學(xué)生，教師教授計(jì)算法則，并將其運(yùn)用到今后的職業(yè)生涯中。對(duì)于未來要從事專業(yè)計(jì)算機(jī)行業(yè)的學(xué)生，教師則教授其專業(yè)的編程語言。美國學(xué)校的計(jì)算機(jī)科學(xué)課程按照內(nèi)容難度相互銜接，使學(xué)生循序漸進(jìn)地深化對(duì)教育人工智能的了解。

3.社會(huì)協(xié)同：鼎力支持教育人工智能發(fā)展

人工智能被列為美國發(fā)展戰(zhàn)略之一，美國政府特別注重發(fā)揮社會(huì)各界的優(yōu)勢和積極性，社會(huì)各行業(yè)協(xié)會(huì)、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)以及科技巨頭等均紛紛投資，鼎力推動(dòng)教育人工智能的發(fā)展，為美國帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。美國人工智能發(fā)展協(xié)會(huì)積極投資并研發(fā)了教育人工智能項(xiàng)目，對(duì)教育人工智能實(shí)踐者進(jìn)行了培訓(xùn);出版《人工智能雜志》并開設(shè)了許多有關(guān)人工智能教育的專題，面向中小學(xué)生進(jìn)行宣傳與講解;協(xié)會(huì)還設(shè)立人工智能杰出教育家獎(jiǎng)，對(duì)教育人工智能做出貢獻(xiàn)的人員進(jìn)行表彰。美國的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)定期會(huì)開展以人工智能為主題的活動(dòng)，例如美國的數(shù)字媒體學(xué)院機(jī)構(gòu)或科學(xué)機(jī)構(gòu)每年都會(huì)組織機(jī)器人夏令營活動(dòng)，來激發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能的興趣，提高學(xué)生對(duì)人工智能技術(shù)的應(yīng)用能力[2]。同時(shí)，美國各大慈善基金會(huì)也大力支持并資助教育人工智能的研發(fā)，吸引全球智能領(lǐng)域頂尖的技術(shù)人才與應(yīng)用人才，加強(qiáng)與國際其它投資者、業(yè)界人士的商討與合作。美國希望與其他國家建立人工智能合作伙伴的關(guān)系，利用盟友的優(yōu)勢宣傳其人工智能的價(jià)值觀，并在國際頂尖人才的幫助下完善教育人工智能機(jī)制，提升人工智能的治理水平，促進(jìn)教育與人工智能融合的發(fā)展。各界鼎力合作是美國教育人工智能發(fā)展不竭的動(dòng)力之源。

二、美國人工智能與教學(xué)有效融合的實(shí)際應(yīng)用

人工智能與教學(xué)的融合為教育領(lǐng)域的創(chuàng)新性發(fā)展提供了極大便利，教師與人工智能合力協(xié)作，通過人工智能協(xié)同輔導(dǎo)、虛擬現(xiàn)實(shí)情景模擬以及人工智能教育評(píng)估等方式，進(jìn)而培養(yǎng)出符合時(shí)代發(fā)展所需的未來人才。

1.智能導(dǎo)師：協(xié)同進(jìn)行教學(xué)輔導(dǎo)

人工智能與教師在日常的教學(xué)生活中進(jìn)行協(xié)同化教學(xué)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，推進(jìn)美國教育領(lǐng)域的歷史性變革。人工智能不僅能利用其精準(zhǔn)性與熟練性的特點(diǎn)進(jìn)行一些例如批改試卷、修改作業(yè)、評(píng)定分?jǐn)?shù)以及評(píng)估課程等繁瑣、耗時(shí)的程序性勞動(dòng)[3]，美國孟菲斯大學(xué)人工智能研究團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了人工智能產(chǎn)品—“智能導(dǎo)師”。智能導(dǎo)師與傳統(tǒng)形式上的人工智能并不相同，它可以智能地對(duì)學(xué)生進(jìn)行分析，促進(jìn)學(xué)生對(duì)于知識(shí)的領(lǐng)悟，進(jìn)而協(xié)助教師更好地進(jìn)行教學(xué)。智能導(dǎo)師的編程中儲(chǔ)存了大量的知識(shí)庫，可以充分準(zhǔn)確地解答學(xué)生的問題。同時(shí)，智能導(dǎo)師不會(huì)直接將答案告訴學(xué)生，而是通過不斷地啟發(fā)、循序誘導(dǎo)，最后使學(xué)生自己得出問題的答案。智能導(dǎo)師還會(huì)從學(xué)生的面部表情、語音語調(diào)中分析出學(xué)生的心理，從而進(jìn)行更好的教學(xué)指導(dǎo)。因?yàn)榘嗉?jí)額度的原因，教師的精力并不足以做到一對(duì)一輔導(dǎo)，但是智能導(dǎo)師能夠協(xié)同教師針對(duì)不同的學(xué)生，具體分析每個(gè)學(xué)生的認(rèn)知程度和思維方式，從而為不同學(xué)生量身定制適合其自身個(gè)性化發(fā)展的教育內(nèi)容，進(jìn)行因材施教的教學(xué)。智能導(dǎo)師還通過跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)策略，不斷調(diào)整學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑，從而使其達(dá)到更高水平的發(fā)展。

2.虛擬模擬：創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景再現(xiàn)

美國人工智能在教育領(lǐng)域的虛擬模擬技術(shù)可以增加教學(xué)的直觀性，促進(jìn)學(xué)生對(duì)教學(xué)情景的領(lǐng)悟，從而提高學(xué)習(xí)質(zhì)量與學(xué)習(xí)效率。人工智能與教學(xué)的有機(jī)融合，體現(xiàn)在虛擬模擬技術(shù)與各個(gè)學(xué)科相結(jié)合，例如虛擬模擬技術(shù)與歷史學(xué)科結(jié)合，使學(xué)生置身于歷史場景中，經(jīng)歷無法親臨的場景，生動(dòng)形象地感受歷史人物與故事的趣味性，獲得主觀真切感受;虛擬模擬技術(shù)與物理、化學(xué)學(xué)科實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，不僅能夠減少實(shí)驗(yàn)物品的消耗，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的環(huán)保性、節(jié)能性，同時(shí)能夠做一些現(xiàn)實(shí)生活中無法完成的實(shí)驗(yàn)，增加實(shí)驗(yàn)的趣味性，減少實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性，真正做到安全實(shí)驗(yàn);虛擬模擬技術(shù)還用于創(chuàng)設(shè)教師、同學(xué)等不同的虛擬人物，美國南加州大學(xué)的創(chuàng)意技術(shù)研究所致力于開發(fā)人機(jī)交互的虛擬角色，與學(xué)生在教學(xué)過程中進(jìn)行共同探討，他們會(huì)從不同的角度提出觀點(diǎn)，啟發(fā)學(xué)生新的學(xué)習(xí)思維，增強(qiáng)教學(xué)的互動(dòng)性及有效性[4]。人工智能的虛擬模擬技術(shù)，可以使學(xué)生置身于虛擬的現(xiàn)實(shí)教學(xué)情景中，增強(qiáng)直觀感受，更好地促進(jìn)其對(duì)學(xué)習(xí)的感知與領(lǐng)悟。

3.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：促進(jìn)教學(xué)科學(xué)評(píng)估

美國教育人工智能系統(tǒng)針對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確的教育評(píng)估。傳統(tǒng)的教育評(píng)估可能摻雜個(gè)人因素，評(píng)估結(jié)果有可能存在誤差，而人工智能教育評(píng)估采用教育數(shù)據(jù)挖掘及分析系統(tǒng)，能夠保障教育評(píng)估的精準(zhǔn)性與科學(xué)性。智能評(píng)估系統(tǒng)為每位學(xué)生單獨(dú)建立一個(gè)數(shù)據(jù)信息資源庫，數(shù)據(jù)信息資源庫具有實(shí)時(shí)更新、不可篡改以及隨時(shí)驗(yàn)證等特點(diǎn)。2017年，麻省理工學(xué)院推出數(shù)字證書，學(xué)生可以自己對(duì)教育數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，了解數(shù)據(jù)的生成過程，保障數(shù)據(jù)的真實(shí)性，也可提出自己的觀點(diǎn)與反思，成為自身數(shù)據(jù)信息資源庫的主管者[5]。聯(lián)邦教育部積極響應(yīng)政府號(hào)召，大力研發(fā)智能評(píng)估工具，采用標(biāo)準(zhǔn)化的智能測試，能夠更加準(zhǔn)確地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)水平以及發(fā)展能力，進(jìn)而改進(jìn)對(duì)學(xué)生的教學(xué)方法，使其更有效率地進(jìn)行學(xué)習(xí)。人工智能與教育評(píng)估相結(jié)合是未來教育的必然發(fā)展趨勢，對(duì)于學(xué)生的評(píng)估將更加具有科學(xué)性與精準(zhǔn)性。

三、美國人工智能與教學(xué)有效融合對(duì)我國的啟示借鑒

縱觀美國教育領(lǐng)域人工智能與教學(xué)融合所取得的豐碩成果，可以清晰地看到，美國各界都高度重視教育人工智能發(fā)展戰(zhàn)略，充分肯定了未來教育中人工智能的地位與價(jià)值，為我國新時(shí)期人工智能與教學(xué)的有效融合提供了可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

1.加強(qiáng)戰(zhàn)略設(shè)計(jì)，健全人工智能與教學(xué)融合的體制機(jī)制

目前，我國正處于新時(shí)代的坐標(biāo)下，應(yīng)立足于我國國情，以開放的姿態(tài)面向當(dāng)今世界，向世界人工智能發(fā)達(dá)的先進(jìn)國家學(xué)習(xí)與借鑒。其中，加大對(duì)教育人工智能的資本投資以及政策建設(shè)是大力加強(qiáng)戰(zhàn)略設(shè)計(jì)的首要任務(wù)，應(yīng)做到以下五點(diǎn)：第一，在研發(fā)領(lǐng)域，將人工智能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用作為資金投入的重點(diǎn)，加強(qiáng)我國人工智能發(fā)展的基礎(chǔ)保障;第二，在政策方面，應(yīng)加快落實(shí)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，全面提升經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展以及教育智能化水平，加快建設(shè)創(chuàng)新型國家以及世界科技強(qiáng)國;第三，在資源配置方面，盡快縮小城鄉(xiāng)發(fā)展差距，使教育資源均衡化發(fā)展，人工智能與教學(xué)的融合得到普及;第四，在人力資本培養(yǎng)方面，加大資本投入并設(shè)置教育人工智能獎(jiǎng)項(xiàng)，全面提升教師的信息化素養(yǎng)，使人工智能協(xié)作教師貫穿于教學(xué)的始終;第五，在國際合作方面，與世界人工智能發(fā)達(dá)國家的頂尖人才進(jìn)行交流合作，吸取高端人才的成功經(jīng)驗(yàn)，為我國未來教育中人工智能的發(fā)展提供智力支持。

2.推進(jìn)智能課程，全面提升教師與學(xué)生的信息化素養(yǎng)

當(dāng)前，我國人工智能課程還處于探索階段，師資培養(yǎng)體系尚未完善，人工智能理念還未深入人心等問題。因此，要加快推進(jìn)人工智能與教學(xué)的有效融合，需要學(xué)習(xí)和借鑒美國在各級(jí)學(xué)校的成功經(jīng)驗(yàn)。首先，在基礎(chǔ)教育中開設(shè)人工智能課程。設(shè)置人工智能教育的課程標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)學(xué)生年齡階段定制不同的人工智能課程教授內(nèi)容，提供相互銜接的人工智能課程體系，吸引學(xué)生對(duì)人工智能課程及計(jì)算思維的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的信息化素養(yǎng);其次，完善人工智能課程的軟硬件設(shè)施與資源。學(xué)校應(yīng)加大教育經(jīng)費(fèi)的投入，加強(qiáng)對(duì)教師進(jìn)行人工智能課程的進(jìn)修及培訓(xùn)，積極尋求與高等院校的合作，借助高校的智能資源進(jìn)行課程的推進(jìn)，不斷提升教師的信息化水平;最后，將人工智能與學(xué)科課程相融合。人工智能與教學(xué)的有效融合要貫穿于基礎(chǔ)教育的各個(gè)學(xué)科，在開拓學(xué)生視野的同時(shí)，提升其運(yùn)用人工智能技術(shù)為實(shí)際生活服務(wù)的本領(lǐng)。只有加快推進(jìn)中小學(xué)智能課程建設(shè)，提高教師以及學(xué)生的信息化素養(yǎng)，才能使我國人工智能與教學(xué)的有效融合得到飛速進(jìn)展。

3.加快技術(shù)開發(fā)，積極探索人工智能與教學(xué)融合的新模式

我國應(yīng)加快教育領(lǐng)域內(nèi)人工智能技術(shù)的開發(fā)，采用人機(jī)協(xié)作的方式推動(dòng)教育變革，積極探索人工智能與教學(xué)有效融合的新模式。首先，利用人工智能輔助教師教學(xué)，幫助教師處理繁瑣、復(fù)雜的程序性勞動(dòng)，減輕教師的日常工作負(fù)擔(dān);其次，利用人工智能的導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力進(jìn)行測評(píng)及數(shù)據(jù)分析，幫助學(xué)生量身定制學(xué)習(xí)計(jì)劃與學(xué)習(xí)策略，學(xué)生通過線上教學(xué)、智能機(jī)器人教學(xué)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化自主學(xué)習(xí)，將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)移交給學(xué)生，使學(xué)生的角色發(fā)生轉(zhuǎn)化，幫助學(xué)生有針對(duì)性的進(jìn)行學(xué)習(xí)并及時(shí)反饋;再次，利用人工智能技術(shù)可以模擬虛擬的教學(xué)情景，使學(xué)生能夠感同身受地領(lǐng)悟立體化教學(xué)，并通過虛擬的教師，與學(xué)生進(jìn)行交流與探討，促進(jìn)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深入理解;最后，利用人工智能技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與分析，能夠?qū)W(xué)生、教師、課堂進(jìn)行科學(xué)的評(píng)析，增強(qiáng)評(píng)析的客觀性與準(zhǔn)確度。

目前，我國正處于新時(shí)代教育改革的浪潮中，人工智能與教學(xué)的融合是教育發(fā)展的必然趨勢。我國要加強(qiáng)頂層戰(zhàn)略設(shè)計(jì)，建立健全人工智能與教學(xué)融合的體制機(jī)制，推進(jìn)智能課程的落實(shí)，全面提升教師與學(xué)生的信息化素養(yǎng)，加快智能技術(shù)的開發(fā)，積極探索人工智能與教學(xué)有效融合的新模式，全面提升我國教育信息化水平，為成功建設(shè)科技強(qiáng)國與創(chuàng)新型國家做好完滿準(zhǔn)備。

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[作者：徐建華（1968-），女，黑龍江哈爾濱人，黑龍江大學(xué)教育科學(xué)研究院教授，博士，碩士生導(dǎo)師;張曉帆（1996-），女，黑龍江齊齊哈爾人，黑龍江大學(xué)教育科學(xué)研究院。]

【責(zé)任編輯】

*該文為全國教育科學(xué)規(guī)劃教育部重點(diǎn)項(xiàng)目“教育供給側(cè)視域下我國高等教育結(jié)構(gòu)研究”（課題編號(hào)：DIA180390）的階段性成果之一