劉峽壁

摘要： 將人工智能引入教育的價(jià)值是多重的。在中小學(xué)開展人工智能教育，不僅能為學(xué)生適應(yīng)人工智能時(shí)代的生產(chǎn)和生活儲(chǔ)備知識(shí)與技能，還是推動(dòng)人類教育走向更高階段的必然需要。人工智能與教育的內(nèi)在統(tǒng)一性在于二者都是為了人類更好地認(rèn)識(shí)和完善自己。在基礎(chǔ)教育階段，教師可通過“人工智能+教育”與“教育+人工智能”兩種模式開展人工智能教育，幫助學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)與完善自己。

關(guān)鍵詞：人工智能；基礎(chǔ)教育；AI教育；教育AI；智慧教育

近年來，人工智能教育在基礎(chǔ)教育中得到了快速發(fā)展。這在很大程度上是政策驅(qū)動(dòng)的結(jié)果，但更深層次的原因是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)使然。人類發(fā)展科學(xué)技術(shù)的目的是拓展人認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。目前，拓展人體力的技術(shù)已發(fā)展到相當(dāng)高的程度，其進(jìn)一步的發(fā)展只會(huì)體現(xiàn)為量的增長(zhǎng)，而無法引起質(zhì)的飛躍。能讓人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界能力產(chǎn)生質(zhì)的飛躍的，則是拓展人智力的技術(shù)。因此，承擔(dān)這一使命的人工智能技術(shù)成為當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。這種趨勢(shì)首先體現(xiàn)在，科幻電影大多以人工智能為主題，或者以高度發(fā)展的人工智能作為其敘事背景，“科幻電影中的場(chǎng)景變成現(xiàn)實(shí)”是人們對(duì)人工智能的一種樸素認(rèn)識(shí)。這種趨勢(shì)還體現(xiàn)在人工智能向各技術(shù)分支越來越寬廣和深入的滲透上。目前，很多學(xué)科均以人工智能作為未來進(jìn)一步發(fā)展的突破口，或者將人工智能作為引起未來技術(shù)突破的必要工具。除此之外，筆者認(rèn)為人工智能教育的快速發(fā)展還源自教育本身。在基礎(chǔ)教育階段引入人工智能教育，不僅能為人工智能產(chǎn)業(yè)的興起培育技術(shù)人才，還可以為人們適應(yīng)人工智能時(shí)代的生產(chǎn)和生活儲(chǔ)備知識(shí)與技能。更重要的是，發(fā)展人工智能教育是推動(dòng)人類教育走向更高階段的必然需要。這是因?yàn)榘l(fā)展人工智能與發(fā)展教育的內(nèi)在是統(tǒng)一的。

一、人工智能與教育具有內(nèi)在統(tǒng)一性

為何人工智能與教育具有內(nèi)在統(tǒng)一性？這要從人工智能與教育各自的使命說起。

就字面意思來理解，人工智能是“人工”+“智能”的組合，即“在認(rèn)識(shí)與理解智能的基礎(chǔ)上，對(duì)其加以人工的實(shí)現(xiàn)”。不難看出，人工智能的關(guān)鍵是智能。如果人類能夠理解智能的本質(zhì)，那么人工實(shí)現(xiàn)它是順理成章的事情。因此，人工智能的未來將是智能學(xué)。而何為智能？就我們已知的世界來說，這個(gè)世界上真正具有高級(jí)智能的只有我們?nèi)祟悺碛懈呒?jí)智能，正是人類區(qū)別于世間萬物的根本特征。因此，要理解和實(shí)現(xiàn)高級(jí)智能，就需要理解人類自身。這使得人工智能從根本上來說，是認(rèn)識(shí)人自身的學(xué)問，即所謂“認(rèn)識(shí)你自己”（know yourself）。

再說到教育，何為教育？教育的終極目標(biāo)是“使每個(gè)人成為更好的自己”。人是物質(zhì)性的，也是精神性的。作為物質(zhì)性的人，我們需要在這個(gè)世界上生存；作為精神性的人，我們需要在這個(gè)世界上探索自身的價(jià)值和意義。無論是作為物質(zhì)性的人，還是作為精神性的人，我們都需要通過教育來使自己變得更好，以更好地適應(yīng)和改變環(huán)境與社會(huì)，從而有更多的精神性追求。歸根結(jié)底，教育是每個(gè)個(gè)體能夠改變先天不公平的最主要手段，是幫助個(gè)體適應(yīng)并改造環(huán)境與社會(huì)的重要途徑。而做到這些，最關(guān)鍵的一點(diǎn)還是“認(rèn)識(shí)你自己”。每個(gè)人都有自己的特質(zhì)，都有最適合自己的發(fā)展道路。幫助每個(gè)人正確地認(rèn)識(shí)自己，并在此基礎(chǔ)上更好地完善自己，正是教育的最高境界。

綜合上述兩方面的認(rèn)識(shí)，人工智能與教育具有內(nèi)在統(tǒng)一性，換句話說，二者有著共同的根本任務(wù)，那就是“認(rèn)識(shí)自己”。在認(rèn)識(shí)自己的基礎(chǔ)上，一個(gè)人可以通過人工智能技術(shù)來完善自己，也可以通過教育提高自身能力來完善自己。從認(rèn)識(shí)與完善自己的角度來看，人工智能與教育是相輔相成的。基于此，教師可通過兩種模式更好地開展人工智能教育。第一種模式，從人工智能的視角入手，是為“人工智能+教育”，簡(jiǎn)稱AI教育；第二種模式，從教育的視角入手，是為“教育+人工智能”，簡(jiǎn)稱教育AI，通常也稱作智慧教育。

二、AI教育：人工智能+教育

從人工智能的視角來看，AI教育是在基礎(chǔ)教育階段教好人工智能技術(shù)?；谌斯ぶ悄芘c教育的內(nèi)在統(tǒng)一性，好的AI教育應(yīng)該不僅使學(xué)生學(xué)好人工智能技術(shù)，更要幫助他們建構(gòu)“認(rèn)識(shí)自己”的意識(shí)、興趣與思維方式。

（一）從認(rèn)識(shí)自己出發(fā)

人類智能的外在表現(xiàn)包括感知能力、行為能力、推理能力、問題求解能力、語言能力、學(xué)習(xí)能力、社交能力和創(chuàng)造能力。人工智能首先是對(duì)這些人類智能外在表現(xiàn)的模擬，由此形成四種實(shí)現(xiàn)途徑：行為智能（模擬人類智能的感知能力、行為能力）、符號(hào)智能（模擬人類智能的推理能力、問題求解能力、語言能力）、機(jī)器學(xué)習(xí)（模擬人類智能的學(xué)習(xí)能力）、群智能（模擬人類智能的社交能力）。創(chuàng)造能力作為人類智能中最神秘的部分，目前還沒有有效的模擬技術(shù)。

除此之外，人們通過人工智能技術(shù)也試圖模擬人類智能外在表現(xiàn)背后的基礎(chǔ)，由此形成另外兩種實(shí)現(xiàn)途徑：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（對(duì)人類大腦結(jié)構(gòu)的模擬）和進(jìn)化計(jì)算（對(duì)人類智能起源的模擬）。圖1呈現(xiàn)了上述六大實(shí)現(xiàn)途徑與人類智能的關(guān)系。

那么，學(xué)校對(duì)人工智能的教學(xué)，就應(yīng)該讓學(xué)生系統(tǒng)地了解這六種實(shí)現(xiàn)途徑。教師應(yīng)從人類智能的外在表現(xiàn)入手，使學(xué)生帶著對(duì)自己的認(rèn)識(shí)與了解，去學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)背后的思想與方法，形成對(duì)人工智能技術(shù)系統(tǒng)、全面和正確的認(rèn)知。這樣的教學(xué)，既能讓學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的核心內(nèi)容，不與編程、機(jī)器人等關(guān)聯(lián)內(nèi)容混淆，又避免了教師在教學(xué)中只講深度學(xué)習(xí)等流行技術(shù)，忽視了學(xué)生面向未來的知識(shí)與能力儲(chǔ)備。

（二）再回到認(rèn)識(shí)自己

通過對(duì)以上人工智能思想與方法的系統(tǒng)性認(rèn)知，學(xué)生不僅能了解人工智能技術(shù)，更能了解人工智能與人類智能的聯(lián)系，知曉自身智能表現(xiàn)背后的原理與機(jī)制，從而自覺地把握與人類智能有關(guān)的規(guī)律。比如，在學(xué)習(xí)AlphaGo圍棋程序的工作原理時(shí)，學(xué)生可以清楚地認(rèn)識(shí)和描述自身解決博弈問題的基本思維方式，從而讓自己的思維更加規(guī)范和有效，以更好地解決生活和工作中面臨的同類問題。這種學(xué)習(xí)就使得學(xué)生有意識(shí)地認(rèn)識(shí)和完善自己成為可能，人工智能與人類智能就能形成相互的正反饋。換句話說，通過人工智能的學(xué)習(xí)，學(xué)生越了解自己便越能進(jìn)步，越進(jìn)步便越想了解自己。

當(dāng)學(xué)生“認(rèn)識(shí)自己”的興趣被激活以后，他們會(huì)清晰地認(rèn)識(shí)到，語言、數(shù)學(xué)、物理、生物、化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科在“認(rèn)識(shí)自己”這一路途中必不可少的價(jià)值。事實(shí)上，人工智能作為應(yīng)用學(xué)科的集大成者，是建構(gòu)在基礎(chǔ)學(xué)科的根基之上的。甚至可以說，人類各種學(xué)問的終極目標(biāo)都是為了回答“人是什么”這一根本問題。因此，當(dāng)學(xué)生具備一定的知識(shí)基礎(chǔ)時(shí)，教師還可開展人工智能與基礎(chǔ)學(xué)科的融合教學(xué)。如，在數(shù)學(xué)課程中講述人工智能中的數(shù)學(xué)，在物理課程中講述人工智能計(jì)算的物理基礎(chǔ)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路，在生物課程中講述進(jìn)化計(jì)算的生物學(xué)原理等。這種跨學(xué)科學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)，能激發(fā)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)學(xué)科濃厚的學(xué)習(xí)興趣，從而取得更好的學(xué)習(xí)效果。學(xué)生對(duì)于人工智能的學(xué)習(xí)也會(huì)有更穩(wěn)固的根基，達(dá)到人工智能與基礎(chǔ)學(xué)科教育相互促進(jìn)的效果。

三、教育AI：教育+人工智能

從教育的視角來看，教育AI是在基礎(chǔ)教育階段用好人工智能技術(shù)，為更好地教與學(xué)服務(wù)。教師可通過綜合應(yīng)用模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺、自然語言理解、大數(shù)據(jù)挖掘等人工智能技術(shù)，從規(guī)律、工具、環(huán)境三個(gè)層面展開教學(xué)研究并綜合研究成果，形成人工智能輔助下的新型教育模式，從而提升學(xué)生認(rèn)識(shí)與完善自己的能力。

（一）在規(guī)律層面，挖掘教育規(guī)律，提高教育質(zhì)量

在基礎(chǔ)教育階段，借助人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，教師能夠挖掘出更多有關(guān)教育教學(xué)的規(guī)律。教師應(yīng)結(jié)合教育學(xué)知識(shí)與人工智能手段，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)過程中影響學(xué)生能力（尤其是閱讀理解、運(yùn)算、推理等基礎(chǔ)能力）發(fā)展的關(guān)鍵因素、關(guān)鍵過程，以及行之有效的干預(yù)策略，為開發(fā)有效的教育教學(xué)方法與工具提供依據(jù)。人工智能技術(shù)可以輔助教師實(shí)現(xiàn)對(duì)兩類教育規(guī)律的挖掘：一是群體性規(guī)律，二是個(gè)體性規(guī)律。

群體性規(guī)律挖掘是指從教育大數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)普遍的教育規(guī)律，或者對(duì)于某類群體適用的學(xué)習(xí)規(guī)律，為教育政策、教學(xué)方法的制訂以及在此基礎(chǔ)上的教學(xué)創(chuàng)新提供科學(xué)支撐。例如，分析學(xué)生人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征與學(xué)業(yè)成績(jī)的關(guān)系，以探究評(píng)估學(xué)業(yè)的最佳指標(biāo)、影響學(xué)業(yè)成敗的潛在因素等。又如，分析學(xué)生閱讀全過程的數(shù)據(jù)，確定影響學(xué)生閱讀理解能力發(fā)展的認(rèn)知、心理關(guān)鍵因素。

個(gè)體性規(guī)律是指從學(xué)習(xí)者個(gè)人數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的特定學(xué)習(xí)規(guī)律，以支撐個(gè)性化教育。例如，采用眼球追蹤技術(shù)，檢測(cè)學(xué)生的注意力水平、視覺注意力和學(xué)習(xí)習(xí)慣。又如，利用皮膚電反應(yīng)、皮膚溫度、心率等多模態(tài)信息，推斷學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷。

（二）在工具層面，提供智能輔助學(xué)習(xí)工具，開展個(gè)性化教學(xué)

在學(xué)生一側(cè)，智能輔助學(xué)習(xí)工具不僅可幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣，還能讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)中存在的問題，更充分地認(rèn)識(shí)到自身的優(yōu)勢(shì)與不足，從而改變學(xué)習(xí)習(xí)慣與方式，提高學(xué)習(xí)效率與成果，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化發(fā)展。在教師一側(cè)，智能輔助學(xué)習(xí)工具可幫助教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)和教學(xué)實(shí)施中出現(xiàn)的問題，從而有針對(duì)性地改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、方案、教具等。利用智能輔助學(xué)習(xí)工具，教師還可以發(fā)現(xiàn)不同學(xué)生的不同特點(diǎn)，在尊重個(gè)體差異的基礎(chǔ)上實(shí)施個(gè)性化教學(xué)。智能輔助學(xué)習(xí)工具的典型代表有教育機(jī)器人和智能輔導(dǎo)系統(tǒng)。

教育機(jī)器人可作為學(xué)生的導(dǎo)師或?qū)W習(xí)伙伴，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。教育機(jī)器人不知疲倦，并且學(xué)生與教育機(jī)器人互動(dòng)時(shí)不會(huì)有太大的心理負(fù)擔(dān)，有助于他們更好地獲取知識(shí)，提高操作技能。例如，人形教育機(jī)器人可以作為學(xué)生的學(xué)習(xí)導(dǎo)師，向小學(xué)生傳遞科學(xué)知識(shí)和概念；在英語學(xué)習(xí)中，智能聊天機(jī)器人可以通過對(duì)話引導(dǎo)學(xué)生，鍛煉和提升學(xué)生的口語表達(dá)能力。

智能輔導(dǎo)系統(tǒng)能夠根據(jù)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握情況，為他們選擇合適的教學(xué)策略，并在一定程度上模擬真實(shí)教學(xué)專家的教學(xué)活動(dòng)。智能輔導(dǎo)系統(tǒng)還可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)歷程，為他們推薦合適的學(xué)習(xí)路徑，并根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程與所達(dá)到的水平，為他們推薦適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)任務(wù)與資源，等等。

（三）在環(huán)境層面，豐富學(xué)習(xí)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)泛在學(xué)習(xí)

人工智能技術(shù)的應(yīng)用，使得學(xué)習(xí)場(chǎng)景從單一的課堂場(chǎng)景向家庭場(chǎng)景、虛擬場(chǎng)景、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景、混合場(chǎng)景延展。眾多的學(xué)習(xí)場(chǎng)景為學(xué)生提供無處不在的泛在學(xué)習(xí)服務(wù)，從而使學(xué)生能充分利用最適合他們學(xué)習(xí)的時(shí)間、空間氛圍與工具，顯著提高學(xué)習(xí)成效。智能學(xué)習(xí)環(huán)境會(huì)根據(jù)學(xué)生的個(gè)人需求以及學(xué)生所處的學(xué)習(xí)空間，為他們提供即時(shí)和適應(yīng)性的支持。支撐智能學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建的基礎(chǔ)設(shè)施主要包括虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與物聯(lián)網(wǎng)。

1.虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）

虛擬現(xiàn)實(shí)，即通過計(jì)算機(jī)生成可交互的三維環(huán)境，向使用者提供視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，從而讓人產(chǎn)生身臨其境之感。虛擬現(xiàn)實(shí)具有沉浸性、交互性等特征，允許學(xué)生通過不同的輸入、輸出設(shè)備與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)交互，能有效改善學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。其應(yīng)用場(chǎng)景案例有：基于VR游戲開展的英語移動(dòng)學(xué)習(xí)；使用沉浸式VR技術(shù)星際旅行，并降落到某個(gè)星球上開展“實(shí)地”考察；使用VR技術(shù)遠(yuǎn)程訪問實(shí)驗(yàn)室；使用VR手勢(shì)交互，術(shù)前傳授手術(shù)程序和概念；等等。

2.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，即通過智能設(shè)備將虛擬與真實(shí)場(chǎng)景融合起來，以一種更吸引人、更互動(dòng)的方式增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。例如，教師建立古建筑的三維模型，并提供歷史資料，在此基礎(chǔ)上通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)之旅提升學(xué)生學(xué)習(xí)歷史的興趣；采用交互式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為學(xué)生英語閱讀學(xué)習(xí)提供更適宜的環(huán)境；等等。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過結(jié)合真實(shí)世界、真實(shí)圖像和虛擬圖像，激發(fā)學(xué)生的想象力，提高他們學(xué)習(xí)的欲望和動(dòng)力。

3.物聯(lián)網(wǎng)（IoT）

物聯(lián)網(wǎng)可為學(xué)生提供互聯(lián)在一起的各種傳感器和可穿戴式跟蹤器，能夠?qū)W(xué)生復(fù)雜的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行精細(xì)建模，從而實(shí)現(xiàn)及時(shí)的自適應(yīng)反饋。例如，教師可通過物聯(lián)網(wǎng)將普通教室轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蚋兄虒W(xué)上下文的智能教室，用于支持學(xué)習(xí)、教學(xué)和管理等各類教育活動(dòng)；使用空氣質(zhì)量、光、溫度、濕度、聲學(xué)、輻射等傳感器，構(gòu)建自適應(yīng)物理學(xué)習(xí)環(huán)境。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用到課堂上，還可以基于行為分析和情緒識(shí)別，實(shí)時(shí)向主講人提出建議，提升其演講質(zhì)量；通過檢測(cè)學(xué)生的疲勞水平，建議適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)策略。

四、結(jié)論

從“認(rèn)識(shí)自己”這一共同的根本任務(wù)出發(fā)，人工智能與教育是內(nèi)在統(tǒng)一的。大力發(fā)展人工智能教育，對(duì)于教育而言具有重要意義。借助人工智能，教師可使用兩種模式更好地開展教育：一是從人工智能角度切入，講好人工智能技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)自己的意識(shí)、興趣與思維方式；二是從教育角度切入，用好人工智能技術(shù)，輔助學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)與完善自己。目前，人工智能與教育的融合方興未艾，在以上兩個(gè)方面已經(jīng)開展了大量工作，但還有很多根本性問題有待解決，需要集合人工智能專家、教育專家、大中小學(xué)教師、教育管理者等各方面力量共同努力，開展廣泛而深入的交流與探索。

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（作者系北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師）

責(zé)任編輯：牟艷娜