趙 雨

（揚(yáng)州大學(xué)新聞與傳媒學(xué)院，江蘇揚(yáng)州，225009）

0 引言

隨著信息技術(shù)發(fā)展，人工智能在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，尤其在教育領(lǐng)域更為顯著。1956 年美國達(dá)特茅斯學(xué)院舉辦的夏季學(xué)術(shù)研討會(huì)上首次正式提出“人工智能”（Artificial Intelligence，AI）這一術(shù)語。美國高等教育信息化協(xié)會(huì)（EDUCAUSE）在2017年《關(guān)于教學(xué)中的人工智能你應(yīng)當(dāng)知道的7 件事》報(bào)告中將人工智能定義為“承擔(dān)通常被認(rèn)為需要人類認(rèn)知過程和決策能力的任務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”［1］。在2017-2021 年《地平線報(bào)告》中人工智能被選為對(duì)未來1～5 年內(nèi)的教育有著重要影響的技術(shù)之一，充分體現(xiàn)了其推動(dòng)教育改革和發(fā)展的潛力。人工智能在解決教育問題與應(yīng)用中發(fā)揮重要作用，應(yīng)用主要包括智能導(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［2］。

如圖1 所示，據(jù)知網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)近20 年人工智能在教育領(lǐng)域相關(guān)研究的文獻(xiàn)數(shù)量總體呈上升趨勢(shì)。其中，2000-2014 年相關(guān)論文的發(fā)文量較少且增長緩慢，可見該主題尚未引起學(xué)者的廣泛關(guān)注。隨著國務(wù)院2017 年印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》指出了我國教育行業(yè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)人工智能發(fā)展的迫切需求，提出三步走戰(zhàn)略［3］，在此之后人工智能教育成為了教育領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。為順應(yīng)智能環(huán)境下教育發(fā)展，教育部2018 年印發(fā)《教育信息化2.0 行動(dòng)計(jì)劃》中明確指出要堅(jiān)持走中國特色的教育信息化道路，加快實(shí)現(xiàn)“教育現(xiàn)代化2035”［4］。

專家學(xué)者們針對(duì)不同研究對(duì)象從不同角度出發(fā)，采用相應(yīng)的工具展現(xiàn)了人工智能在教育教學(xué)中的研究熱點(diǎn)及應(yīng)用趨勢(shì)，取得了一定的成績。為有效識(shí)別我國人工智能教育研究的熱點(diǎn)，本文以人工智能教育備受關(guān)注后的階段，即2016-2020 年發(fā)表的文獻(xiàn)作為研究對(duì)象，從關(guān)鍵詞詞頻、關(guān)鍵詞聚類、多維尺度分析、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的可視化圖譜、關(guān)鍵詞中心度分析等方面進(jìn)行分析，具象化顯現(xiàn)人工智能教育發(fā)展現(xiàn)狀。通過相關(guān)數(shù)據(jù)分析，為我國教育人工智能研究與發(fā)展提供思路。

Fig.1 Number of articles published in the area of AI education re?search each year圖1 人工智能教育研究各年份的發(fā)文數(shù)量

1 研究設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，時(shí)間范圍設(shè)置為2016 年1 月1 日至2020 年12 月31 日，以“主題”為檢索項(xiàng)進(jìn)行高級(jí)檢索，主題詞設(shè)定為“人工智能教育”，選擇“核心期刊”和“CSSCI”為期刊來源，共檢索到681 篇符合條件的文章。接下來，從中剔除不符合主題的文獻(xiàn)后得到567 篇文章作為研究樣本。最后，將樣本以“Notefirst”格式導(dǎo)出后使用相關(guān)研究工具進(jìn)行分析。

1.2 研究過程

研究工具包括Bicomb2.0、Ucinet6.0 和SPSS26.0。具體研究步驟分為：①將相關(guān)文獻(xiàn)以“Notefirst”格式導(dǎo)入Bi?comb2.0 中，提取與研究相關(guān)的高頻關(guān)鍵詞進(jìn)行詞頻分析，構(gòu)建詞篇矩陣和共現(xiàn)矩陣；②在SPSS26.0 中對(duì)詞篇矩陣進(jìn)行聚類分析，將關(guān)聯(lián)性高的關(guān)鍵詞聚類，生成樹狀圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)人工智能教育研究主題的分類，同時(shí)對(duì)相似矩陣進(jìn)行多維尺度分析構(gòu)建圖譜；③為分析人工智能教育的研究熱點(diǎn)，通過Ucinet6.0 對(duì)共現(xiàn)矩陣進(jìn)行社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析，并進(jìn)行人工智能教育的關(guān)鍵詞中心度分析以預(yù)測(cè)今后的發(fā)展趨勢(shì)。

2 研究分析與結(jié)果

2.1 關(guān)鍵詞詞頻分析與統(tǒng)計(jì)

利用Bicomb2.0 提取了共計(jì)979 個(gè)關(guān)鍵詞。由表1 可見，當(dāng)閾值設(shè)置為9 時(shí)可導(dǎo)出23 個(gè)高頻關(guān)鍵詞，這23 個(gè)關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次均大于9 次，總呈現(xiàn)頻次為619 次，占關(guān)鍵詞總頻次的33.28%，高頻關(guān)鍵詞數(shù)量較少。其中，人工智能（291）、智能教育（33）與智慧教育（28）的頻次較高，說明與這些關(guān)鍵詞相關(guān)的研究較多。

Table 1 High-frequency keywords（top 23 keywords）表1 高頻關(guān)鍵詞（前23個(gè)）

對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行共詞分析構(gòu)建共現(xiàn)矩陣和詞篇矩陣。其中，共現(xiàn)矩陣為無向?qū)ΨQ矩陣，對(duì)角線的值代表關(guān)鍵詞詞頻［5］，部分高頻關(guān)鍵詞的共現(xiàn)矩陣見表2。

Table 2 Partial high-frequency keyword co-occurrence matrix表2 部分高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)矩陣

2.2 關(guān)鍵詞聚類分析

采用SPSS 26.0 軟件對(duì)詞篇矩陣進(jìn)行聚類分析，選擇譜系圖和二元法以“落合”方式生成相似矩陣，如表3 所示。同時(shí)生成樹狀圖，如圖2 所示。結(jié)合聚類分析結(jié)果可將人工智能教育的研究主題分為3類，如表4所示。

類1 指出，隨著人工智能+教育時(shí)代到來，教育技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展了諸多新技術(shù)，機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)逐漸被廣泛應(yīng)用。學(xué)習(xí)分析的本質(zhì)就是數(shù)據(jù)分析，通過對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析，能更好地為學(xué)習(xí)者提供服務(wù)，以作出最優(yōu)決策。

Table 3 Partial high-frequency keyword similarity matrix表3 部分高頻關(guān)鍵詞相似矩陣

Fig.2 Clustering analysis of co-words in artificial intelligence educa?tion圖2 人工智能教育共詞聚類分析

Table 4 Classification of artificial intelligence education research top?ics表4 人工智能教育研究主題分類

類2 表明，職業(yè)教育和高等教育都是我國人才培養(yǎng)的重要階段，要不斷變革教學(xué)模式，開啟智能教育時(shí)代。智慧教育的5 大基本特征，即學(xué)習(xí)環(huán)境傳感器豐富多樣、“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”式教學(xué)無處不在、個(gè)性化與自適應(yīng)學(xué)習(xí)普遍采用、學(xué)習(xí)資源共享共生成為常態(tài)、人工智能技術(shù)廣泛運(yùn)用［6］。智能教育強(qiáng)調(diào)以學(xué)者為中心，但目前教育分析的數(shù)據(jù)都來源于互聯(lián)網(wǎng)，因此對(duì)未來教育提出了更高的要求。

類3 研究指出，如今人工智能與教育密不可分，人機(jī)協(xié)同能夠帶來雙重智慧，是未來的發(fā)展方向之一。在智能教育領(lǐng)域普遍認(rèn)可的兩個(gè)方向：一是人工智能教育，二是教育人工智能［7］。

2.3 多維尺度關(guān)鍵詞分析

多維尺度分析利用“降維”反映二維空間中復(fù)雜關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系，對(duì)象呈點(diǎn)狀分布，具有高度關(guān)聯(lián)性的對(duì)象會(huì)被聚集成一個(gè)類團(tuán)［8］。通過SPSS26.0 軟件對(duì)高頻關(guān)鍵詞的相似矩陣進(jìn)行多維尺度分析，選擇多維刻度（ALS?CAL），根據(jù)數(shù)據(jù)創(chuàng)建距離，選項(xiàng)選擇組圖，標(biāo)準(zhǔn)化方法選擇Z 得分。繪制多維尺度分析圖譜如圖3 所示，當(dāng)壓力系數(shù)（Stress）=0.290 26，擬合系數(shù)（RSQ）=0.491 24 時(shí)，擬合效果較好。

Fig.3 Multidimensional scale analysis atlas圖3 多維尺度分析圖譜

“相關(guān)理論概念”領(lǐng)域的人工智能教育與教育人工智能的歐氏距離較近，兩者與人工智能+教育的歐氏距離較遠(yuǎn)，可見人工智能在與教育融合的過程中已取得了一定的成績，但仍有許多方面有待加強(qiáng)。

“教育應(yīng)用”領(lǐng)域的高等教育、職業(yè)教育是未來人工智能教育主要的應(yīng)用領(lǐng)域，也是我國人才培養(yǎng)的重要階段。智慧教育、智能教育可加快教育信息化的步伐，促進(jìn)教育變革。

人機(jī)協(xié)同是未來教育發(fā)展的重要方向。“人工智能教育技術(shù)”領(lǐng)域關(guān)鍵詞之間距離最大，大數(shù)據(jù)、教育大數(shù)據(jù)是機(jī)器學(xué)習(xí)的重要數(shù)據(jù)來源，在未來人工智能教育研究中，可不斷推進(jìn)、完善個(gè)性化學(xué)習(xí)體系，結(jié)合學(xué)習(xí)分析、深度學(xué)習(xí)等新技術(shù)推進(jìn)人工智能教育應(yīng)用。

教育技術(shù)與人工智能技術(shù)的研究成果較少，處于相對(duì)邊緣的地位，這也是目前人工智能教育研究領(lǐng)域最為關(guān)注且有待解決的問題之一。

2.4 社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析

將共現(xiàn)矩陣導(dǎo)入U(xiǎn)CINET6.0，構(gòu)建人工智能教育高頻關(guān)鍵詞的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖譜，如圖4 所示。圖中節(jié)點(diǎn)越大表明該關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次越多，節(jié)點(diǎn)間連線越粗表明關(guān)鍵詞之間關(guān)系越密切［9］。

Fig.4 High-frequency keyword social network atlas圖4 高頻關(guān)鍵詞社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖譜

由社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖譜可知，除檢索關(guān)鍵詞人工智能外，人工智能+教育、智能教育、智慧教育等關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次較多，教育之“智”該如何發(fā)展引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。圍繞人工智能核心關(guān)鍵詞產(chǎn)生了機(jī)器學(xué)習(xí)、教育大數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)分析、大數(shù)據(jù)等熱點(diǎn)話題，并且關(guān)鍵詞之間的關(guān)系較為密切，由此可見相關(guān)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛。

在以上關(guān)鍵詞周邊又產(chǎn)生了遠(yuǎn)程教育、機(jī)器人、人才培養(yǎng)、教育變革、教育應(yīng)用等話題，可見其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用中已取得了一定的成果，但在圖譜中仍處于邊緣地區(qū)且與其它關(guān)鍵詞距離較遠(yuǎn)，是相關(guān)研究領(lǐng)域的薄弱之處，隨著研究的深入有望成為今后研究的重點(diǎn)。

2.5 關(guān)鍵詞中心度分析

將共現(xiàn)矩陣導(dǎo)入U(xiǎn)CINET6.0 中進(jìn)行關(guān)鍵詞中心度分析，經(jīng)過“變換——對(duì)分”操作后轉(zhuǎn)換為二值關(guān)系矩陣計(jì)算中間中心度，多值關(guān)系矩陣用于計(jì)算度中心度，整體網(wǎng)絡(luò)密度采用的多重測(cè)量（Multiple Measures）值為0.466 7，結(jié)果見表5。其中，關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)中心度、接近中心度及中間中心度反映節(jié)點(diǎn)的地位和其它關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。

Table 5 High-frequency keyword centrality analysis table表5 高頻關(guān)鍵詞中心度分析表

續(xù)表

由表5 可知，人工智能+教育、智慧教育、智能教育、深度學(xué)習(xí)、教育大數(shù)據(jù)的點(diǎn)中心度排在前5 位，說明它們?cè)谌斯ぶ悄芙逃芯款I(lǐng)域中處于重要地位；人工智能、智慧教育、智能教育、人工智能+教育、機(jī)器學(xué)習(xí)的中間中心度排在前5 位，說明它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)圖譜中是連接結(jié)點(diǎn)的重要橋梁；教育應(yīng)用、教育、職業(yè)教育的中間中心度接近0，可見它們處于網(wǎng)絡(luò)邊緣。

3 人工智能教育熱點(diǎn)

3.1 理論概念

“人工智能＋教育”是人工智能與教育的深度融合，“人工智能＋”時(shí)代背景下的教育發(fā)生了巨大變化。人工智能教育（Artificial Intelligence Education，AIE）是將人工智能應(yīng)用于教育領(lǐng)域，讓學(xué)生對(duì)人工智能技術(shù)建立基本認(rèn)知［10］。教育人工智能（Educational Artificial Intelligence，EAI）是一個(gè)新領(lǐng)域，尚未形成標(biāo)準(zhǔn)定義，重在使用人工智能技術(shù)促進(jìn)教育發(fā)展改革［11］。智慧教育作為一種新型教育模式，以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)，促進(jìn)資源共享。

3.2 技術(shù)服務(wù)

機(jī)器學(xué)習(xí)是基于大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析過程［12］，能不斷學(xué)習(xí)大量數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)新數(shù)據(jù)。目前，智能教育技術(shù)已被廣泛應(yīng)用，現(xiàn)階段已借助“極課大數(shù)據(jù)”等現(xiàn)代化教學(xué)平臺(tái)開展精準(zhǔn)化教學(xué)。

此外，機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的一個(gè)新方向是深度學(xué)習(xí)（Deep Learning），通過構(gòu)建分層模型，建立從底層信號(hào)到高層語義的映射［13］，提升教學(xué)效果，目前深度學(xué)習(xí)已在圖像和語音識(shí)別等應(yīng)用中廣泛使用。人工智能教育提供的學(xué)習(xí)服務(wù)貫穿課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)、作業(yè)批改、在線考試等整個(gè)學(xué)習(xí)過程。利用大數(shù)據(jù)等技術(shù)優(yōu)化傳統(tǒng)教學(xué)模式，為學(xué)生提供個(gè)性化學(xué)習(xí)方式。通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，推送具有針對(duì)性的資源與服務(wù)，George 等［14］認(rèn)為學(xué)習(xí)分析的教育價(jià)值主要體現(xiàn)在為教育機(jī)構(gòu)的變革提供指南和幫助教育工作者改進(jìn)教學(xué)方式，在多大程度上共享學(xué)習(xí)者的個(gè)人數(shù)據(jù)仍是教育領(lǐng)域爭議的焦點(diǎn)。

3.3 教育應(yīng)用

職業(yè)教育改革要順應(yīng)時(shí)代潮流，在教育內(nèi)容、策略、政策等方面要與人工智能領(lǐng)域的需求相適應(yīng)。未來高等教育應(yīng)更注重教育的公平和多樣化，美國《2021 年地平線報(bào)告（教學(xué)版）》中指出隨著K-12 階段的分化越早出現(xiàn)，許多學(xué)生在開始接受高等教育時(shí)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于同齡人［15］，這種現(xiàn)象在我國相對(duì)落后的地區(qū)更為明顯。因此，教育應(yīng)用的普及是迫切需要解決的問題。為此，“21 世紀(jì)能力”對(duì)人才培養(yǎng)提出了更高要求，要逐步形成中小學(xué)基礎(chǔ)教育、大學(xué)高等教育和社會(huì)終身教育的一貫制教育。

3.4 發(fā)展方向

“人工智能＋教育”的一個(gè)分支是“智能教育（Intelli?gence Education，IE）”。祝智庭等［16］認(rèn)為智能教育應(yīng)具有智能技術(shù)支持的教育，學(xué)習(xí)智能技術(shù)的教育和促進(jìn)智能發(fā)展的教育三方面的內(nèi)涵，人工智能不能完全取代教師，兩者應(yīng)當(dāng)共同承擔(dān)教育功能［17］。

人機(jī)協(xié)同是人工智能教育的發(fā)展趨勢(shì)，是智能技術(shù)與教育相互融合的重要方式，二者發(fā)揮各自的智能優(yōu)勢(shì)，共同促進(jìn)教育發(fā)展。教育變革體現(xiàn)為人工智能教育可有效促進(jìn)教學(xué)資源、教學(xué)環(huán)境、教與學(xué)方式的改革。2020 年新冠疫情期間，全國中小學(xué)和高校普遍采用在線學(xué)習(xí)方式。因此，應(yīng)當(dāng)重視在線學(xué)習(xí)平臺(tái)建設(shè)和教師在線教學(xué)培訓(xùn)工作，并且高等教育機(jī)構(gòu)應(yīng)多措并舉，為學(xué)習(xí)者提供高質(zhì)量的在線學(xué)習(xí)服務(wù)平臺(tái)。在科技迅速發(fā)展的今天，只有主動(dòng)變革才能更好應(yīng)對(duì)未來的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

4 人工智能教育的發(fā)展趨勢(shì)及建議

基于對(duì)研究熱點(diǎn)的分析，結(jié)合我國人工智能教育發(fā)展現(xiàn)狀，提出以下4點(diǎn)建議：

（1）重視人才培養(yǎng)，推動(dòng)國際合作，打造高水平創(chuàng)新發(fā)展平臺(tái)。2020 年印發(fā)的《關(guān)于“雙一流”建設(shè)高校促進(jìn)學(xué)科融合加快人工智能領(lǐng)域研究生培養(yǎng)的若干意見》中指出將擴(kuò)大人工智能方面研究生的招生規(guī)模［18］，反應(yīng)了我國對(duì)人工智能教育的重視，只有不斷培養(yǎng)創(chuàng)新型專業(yè)人才，才能走在世界前列。同時(shí)，學(xué)習(xí)歐美等國先進(jìn)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，采用多學(xué)科交叉融合，加快“教育現(xiàn)代化2035”的實(shí)現(xiàn)進(jìn)程，才能更好面對(duì)未來教育的發(fā)展趨勢(shì)及挑戰(zhàn)。要加快推進(jìn)人工智能技術(shù)與教學(xué)的深度融合就必須要建立以學(xué)習(xí)者為中心的教育環(huán)境，注重以人為本，為人才培養(yǎng)提供更好的教育服務(wù)平臺(tái)。

（2）提升信息素養(yǎng)，設(shè)置人工智能相關(guān)課程。全國多地中小學(xué)、校外輔導(dǎo)機(jī)構(gòu)已開設(shè)了機(jī)器人、Scratch 編程等相關(guān)課程教學(xué)，然而部分中小學(xué)專門為機(jī)器人教育而開設(shè)一門獨(dú)立的教學(xué)課程仍存在許多困難［19］，主要原因包括信息技術(shù)和教學(xué)課程未能很好地進(jìn)行深層次整合、教學(xué)模式不成熟、教學(xué)時(shí)間不足等。因此，學(xué)校應(yīng)大力推廣編程教育，實(shí)施編制考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)合社會(huì)機(jī)構(gòu)開發(fā)和推廣編程教學(xué)軟件、教育游戲，共同構(gòu)建智能化、個(gè)性化的教育體系，開啟智能教育新時(shí)代。

（3）加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)和開發(fā)團(tuán)隊(duì)研發(fā)能力。青年教師在教育教學(xué)中能主動(dòng)應(yīng)用人工智能技術(shù)，而中年教師適應(yīng)了以往的教學(xué)模式，對(duì)人工智能應(yīng)用了解不夠深入，要加強(qiáng)教師培訓(xùn)，促使教師在教學(xué)過程中注重“學(xué)教并重”，探索新型教學(xué)模式，不斷提高教學(xué)水平和自身專業(yè)能力，促進(jìn)人工智能教育應(yīng)用與研究發(fā)展。另一方面，希望相關(guān)的開發(fā)團(tuán)隊(duì)加大對(duì)教育領(lǐng)域的了解和研究，不斷突破技術(shù)壁壘。通過研發(fā)人員和教育者之間協(xié)同合作，將教學(xué)技術(shù)落實(shí)到日常教學(xué)中。

（4）加強(qiáng)倫理教育，立法推行，規(guī)范教育數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用。人工智能應(yīng)致力于教育公共服務(wù)，現(xiàn)階段教育數(shù)據(jù)被惡意泄露等問題已受到人們的普遍關(guān)注，在線教育過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資源內(nèi)容豐富，可作為未來教育研究的數(shù)據(jù)來源。政府應(yīng)根據(jù)校園建設(shè)發(fā)展規(guī)劃出臺(tái)相關(guān)新政策和法規(guī)，建立強(qiáng)有力的監(jiān)督治理機(jī)制，保障新技術(shù)在實(shí)際教學(xué)中良性發(fā)展。學(xué)校則要加強(qiáng)對(duì)硬件資源和軟件資源的管理，加強(qiáng)技術(shù)保障，建立安全可靠的防火墻，形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，保護(hù)教育數(shù)據(jù)安全。