鄭 琳

(衡水開放大學(xué),河北 衡水 053000)

一、人工智能發(fā)展的時代背景

當(dāng)今時代智能化已經(jīng)成為工業(yè)化、自動化、信息化、現(xiàn)代化發(fā)展的新特征。伴隨人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)迅猛發(fā)展,出現(xiàn)了諸如智能手機(jī)、智能駕駛、智能機(jī)器人、智能家居、智能工廠、智能超市、智能酒店等產(chǎn)品與設(shè)備,這給人們的生產(chǎn)、生活帶來極大的便利,在一定程度上智能化延伸了社會產(chǎn)業(yè)部門生態(tài)鏈,加快了社會各部門的生產(chǎn)效率,也革新了傳統(tǒng)的工業(yè)社會固有的生產(chǎn)方式[1]。

從工業(yè)社會之始,資本增冪、技術(shù)增冪的鐵律就要求社會的各個生產(chǎn)領(lǐng)域在自動化的道路上不斷前進(jìn),不斷研發(fā)新技術(shù)。以英國發(fā)明“珍妮紡紗機(jī)”為肇端,自動化就如影隨形地伴隨著科技的發(fā)展不停地向前進(jìn)步。從嚴(yán)格意義上講,今日的人工智能技術(shù)(AI)是在信息化社會的基礎(chǔ)上所發(fā)展的另一種形式的高端自動化技術(shù),準(zhǔn)確說它是“信息自動化”。隨著超級計算機(jī)技術(shù)不斷刷新運(yùn)算速率、不斷更新數(shù)學(xué)模型,更適宜人類社會生產(chǎn)、更能夠替代人類體力和腦力工作的智能生產(chǎn)模式將在社會的各個領(lǐng)域應(yīng)用,人類開始進(jìn)入智能社會、智能時代。

二、基于人工智能技術(shù)促進(jìn)教育領(lǐng)域變革的意義

(一)人工智能對教育領(lǐng)域的影響日趨凸顯

教育領(lǐng)域的智能化推進(jìn)隨著人工智能技術(shù)的高速發(fā)展也將逐步展開,尤其是在“元宇宙(虛擬空間)學(xué)習(xí)”、深度學(xué)習(xí)機(jī)器人(如AlphaGo)、自動語音識別(ASR)、自動機(jī)器翻譯(MT)、自動問答系統(tǒng)(QA)、自動對話系統(tǒng)(DS)、自動文檔摘要技術(shù)、自動文本分類(TC)技術(shù)、自動文本檢索(IR)技術(shù)等方面,日趨成熟且具有顛覆性的智能技術(shù)變革教育的新時代即將來臨[2]。

目前,人工智能已經(jīng)能夠在學(xué)習(xí)輔導(dǎo)、教學(xué)測評和教學(xué)空間優(yōu)化等方面全方位地提升教與學(xué)的效率。人工智能可以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn),使得個性化學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)、虛擬空間模擬技能訓(xùn)練等成為現(xiàn)實(shí)。人工智能正在引領(lǐng)著教育教學(xué)的創(chuàng)新,包括推動人才模式創(chuàng)新、教學(xué)方法改革、構(gòu)建智慧課堂和交互式學(xué)習(xí)的新型教育體系等。人工智能正在推動教育由低層次到高層次、由粗放型到精準(zhǔn)型、由全才教育到個性化教育的迅猛轉(zhuǎn)變。

(二)時代呼喚人工智能技術(shù)變革教育

人工智能在當(dāng)前的各類教育中已經(jīng)初步被應(yīng)用,但從目前的應(yīng)用效果看,無論是在教育目標(biāo)、教育內(nèi)容、教育形式、教育過程、教育結(jié)果上,都未有大的發(fā)展突破。因而,推動教育領(lǐng)域的智能化轉(zhuǎn)型,實(shí)現(xiàn)教育的跨學(xué)科、跨專業(yè)融合,以使得教育與當(dāng)今經(jīng)濟(jì)和科技進(jìn)步協(xié)同發(fā)展,應(yīng)成為教育部門為社會培養(yǎng)智能型人才的重要使命。

在教育管理中,教育內(nèi)容、教育形式、教育管理人員是展開教學(xué)管理工作的三個重要方面。教育內(nèi)容決定學(xué)生學(xué)什么,教育形式?jīng)Q定學(xué)生以什么方式、什么技術(shù)手段學(xué)習(xí),教育管理人員決定學(xué)生的秩序狀況和學(xué)校管理成本。在人工智能時代,人機(jī)交互離不開上述“三要素”,人工智能技術(shù)只有與上述三個方面緊密結(jié)合,才能充分地助推學(xué)生教育管理工作的開展。一是在教育內(nèi)容上,泛在化學(xué)習(xí)資源以及大數(shù)據(jù)的高信息儲備將使得今后的學(xué)習(xí)者更加需要進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí),這方面人工智能的專家系統(tǒng)將發(fā)揮很大的作用;二是在教育形式上,被動的教育方式將轉(zhuǎn)為高頻度、高互動性的主動學(xué)習(xí)方式,教與學(xué)的態(tài)勢轉(zhuǎn)換標(biāo)志著終身學(xué)習(xí)成為人工智能時代的必需;三是在教育管理上,人工智能時代信息技術(shù)的高度發(fā)展可以提高學(xué)生管理工作效率,比如學(xué)籍管理、課程管理、圖書借閱管理等,納入智能化信息平臺后,所有的管理措施實(shí)行都可以提高效率、增加管控準(zhǔn)確度、為教學(xué)規(guī)劃提供研判參考。就人工智能的替代功能而言,一般性的簡單、重復(fù)、有標(biāo)準(zhǔn)程序的教務(wù)工作基本可以被代勞,人工智能時代的教育將會把教學(xué)重心放在對學(xué)生的系統(tǒng)性培養(yǎng)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)、思辨能力培養(yǎng)、情感互動方面。這有利于使學(xué)生個性得到解放,素質(zhì)得到全面發(fā)展。

三、人工智能促進(jìn)教育變革的基礎(chǔ)

(一)人工智能促進(jìn)教育變革的相關(guān)理論基礎(chǔ)

對于人工智能促進(jìn)教育進(jìn)行變革的理論闡述,目前國內(nèi)外學(xué)界主要分為三派。

第一派是以R.G哈維洛克和C.V古德為代表的“教育變革理論”,該理論主張有計劃地進(jìn)行教育變革,他們認(rèn)為教育變革具有非線性與復(fù)雜性的特征[3]?；诖?自上而下進(jìn)行人工智能的技術(shù)融入來進(jìn)行教育變革并不一定會得到理想結(jié)果。因?yàn)榻逃兏锏慕Y(jié)果既可能是好的也可能是壞的,既可能對某一部分受教群體有利也可能使某一部分受教群體受害,因此如何平衡是一個復(fù)雜的社會問題。在具體細(xì)節(jié)上,教育變革理論倡導(dǎo)基于具體的教學(xué)環(huán)境來改變各教學(xué)要素的地位和作用,這些要素包括教學(xué)資源形態(tài)、教學(xué)組織方式、學(xué)習(xí)活動方式、學(xué)習(xí)評價方式等,對各要素的狀態(tài)應(yīng)用及分布比例進(jìn)行指標(biāo)測量與效果反饋,是該理論平衡技術(shù)變革教育所引起的社會正負(fù)作用的主要方式。

第二派是赫欽斯(Edwin Hutchins)所提出的“分布式認(rèn)知理論”,該理論認(rèn)為,人的認(rèn)知是分布的,人認(rèn)知現(xiàn)象主要通過某種形式的交互活動來實(shí)現(xiàn)。這一派的學(xué)者認(rèn)為,處在“分布式認(rèn)知狀態(tài)”中的人利用“人工制品”如工具、技術(shù)等可起到轉(zhuǎn)移認(rèn)知任務(wù)、降低認(rèn)知負(fù)荷的作用。各種智能學(xué)習(xí)軟件在文本分析、信息檢索、語音翻譯、專業(yè)領(lǐng)域問題對答等方面的進(jìn)化優(yōu)勢可以有效幫助人類減輕認(rèn)知負(fù)荷,從而引導(dǎo)個體向深度認(rèn)知與創(chuàng)造性的生產(chǎn)活動中去發(fā)展[4]。此外,分布式認(rèn)知理論還強(qiáng)調(diào)個體與認(rèn)知環(huán)境間的交互,在教學(xué)過程中智能技術(shù)的應(yīng)用將會改變生生交互、師生交互、知識與師生的交互、人機(jī)交互的形式,這種技術(shù)變革將重構(gòu)學(xué)習(xí)體驗(yàn),甚至可以在觸覺、聽覺、視覺、味覺、嗅覺的“五識”層面創(chuàng)造出迥異于傳統(tǒng)教學(xué)方式的認(rèn)知模式。

第三派是技術(shù)創(chuàng)新理論,由經(jīng)濟(jì)學(xué)家熊彼特在《經(jīng)濟(jì)發(fā)展理論》一書中提出,該理論認(rèn)為“創(chuàng)新是一種新的生產(chǎn)函數(shù)的建立,即實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)要素和生產(chǎn)條件的一種從未有過的新結(jié)合”[5]。這種基于社會生產(chǎn)體系描述的理論,包括五個方面內(nèi)容,即制造新產(chǎn)品、采用新的生產(chǎn)方式、開辟新市場、獲取新的原材料或半成品的供應(yīng)來源、形成新的組織形式。將這一理論引入教育領(lǐng)域,即培育新型人才、采用新的教育方式、面對新的學(xué)習(xí)群體、制定新的教育內(nèi)容、形成新的教育教學(xué)管理制度。新的技術(shù)出現(xiàn)將對教育教學(xué)帶來影響,技術(shù)創(chuàng)新理論對于教育教學(xué)創(chuàng)新具有重要指導(dǎo)意義的內(nèi)容在于:將人工智能技術(shù)應(yīng)用于智能化教學(xué)工具的創(chuàng)新,形成新的教學(xué)模式以及教學(xué)評價方式和教學(xué)管理方式。

隨著人工智能技術(shù)不斷革新,將會大量淘汰重復(fù)性強(qiáng)、創(chuàng)造性缺乏的工作,學(xué)生在新時代走向工作崗位面臨的一個重要決策是:必須具有相對機(jī)器(AI)技術(shù)的優(yōu)勢之處,即通過教育提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力、想象力、問題解決能力、交流溝通能力以及藝術(shù)審美能力。人工智能并不能取代人類去做“價值判斷”的事,在智能科技發(fā)達(dá)的今天,重視學(xué)生各種創(chuàng)新能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。

(二)人工智能促進(jìn)教育變革的技術(shù)基礎(chǔ)

智能控制、自然語言處理、模式識別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)、智能機(jī)器人是目前應(yīng)用于教育領(lǐng)域的主要技術(shù)。這些智能技術(shù)的特點(diǎn)是輔助性強(qiáng),可以很好地幫助人進(jìn)行深度學(xué)習(xí)與強(qiáng)化學(xué)習(xí),能夠很好地融入教學(xué)的資源、環(huán)境、評價和管理中。如機(jī)器學(xué)習(xí),通過從信息中歸納知識,實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計描述、相關(guān)分析、聚類、分類、規(guī)則關(guān)聯(lián)、預(yù)測、可視化等功能,AI可以從大量的數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)規(guī)律,其自動識別模式可以很好地對學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和成績進(jìn)行預(yù)測,通過數(shù)據(jù)預(yù)測來進(jìn)行反饋糾正,教師可以更為有的放矢地促進(jìn)和改善學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況[6]。而且機(jī)器在數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)過程中處理的數(shù)據(jù)越多,預(yù)測學(xué)生情緒、學(xué)習(xí)狀態(tài)、技能水平等指標(biāo)也就越精準(zhǔn)。它還可以有效提高教師在個性化教育、精準(zhǔn)化教育方面的掌控力,以實(shí)現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)成績、學(xué)習(xí)行為的智能改善。如自然語言處理,包括對人類語言、知識文本的分析、檢索和整理,如基于語言的問答系統(tǒng)、基于文本的機(jī)器批閱。這不僅可以實(shí)現(xiàn)教育領(lǐng)域人與“知識專家?guī)臁钡拇鹨苫?還能夠提升學(xué)生自主練習(xí)時的反饋效率。如模式識別技術(shù),通過采集學(xué)習(xí)者的語音、情感、圖像等體征數(shù)據(jù),在一些技能實(shí)訓(xùn)課程中,AI可以自動將學(xué)生的技能動作與標(biāo)準(zhǔn)的模式動作進(jìn)行對比,可以有效對學(xué)生的技能動作進(jìn)行提示、指導(dǎo)、糾正、幫助、鼓勵,從而增強(qiáng)學(xué)生的技能訓(xùn)練水平并節(jié)省相應(yīng)的師資力量。高校應(yīng)加強(qiáng)人工智能的技術(shù)綜合作用,迎接人工智能給教育教學(xué)帶來的新機(jī)遇和新挑戰(zhàn),完成人工智能、大數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)分析等新技術(shù)與教育教學(xué)的融合創(chuàng)新[7]。

四、人工智能促進(jìn)教育領(lǐng)域革新的路徑

(一)人工智能促進(jìn)教育資源與教育環(huán)境創(chuàng)新發(fā)展的路徑

1.智能化教學(xué)工具

一是專門針對某一學(xué)科的智能化教學(xué)平臺的應(yīng)用,它的特點(diǎn)是為學(xué)習(xí)者分析教學(xué)內(nèi)容、構(gòu)建知識圖譜、制訂學(xué)習(xí)方案、智能化推薦學(xué)習(xí)內(nèi)容以及支持學(xué)生自適應(yīng)學(xué)習(xí),它的高效性與個性化優(yōu)勢以及數(shù)據(jù)驅(qū)動邏輯和“虛實(shí)交融”體驗(yàn)(VR和AR的應(yīng)用),不僅可以深入剖析學(xué)生的學(xué)習(xí)過程,有效進(jìn)行因材施教式的預(yù)警干預(yù),還可以將學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合,在這個智慧學(xué)習(xí)環(huán)境下,學(xué)生可以更加個性化、沉浸式以及趣味化學(xué)習(xí),他們的學(xué)習(xí)積極性和自主性會被調(diào)動,有利于讓教師的育人行為更加具有人文關(guān)懷。二是自適應(yīng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)的應(yīng)用,如智能教學(xué)機(jī)器人和智能化學(xué)習(xí)軟件能夠有效提升教學(xué)的精準(zhǔn)性,智能預(yù)測學(xué)生的能力水平和偵測學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)與學(xué)習(xí)盲點(diǎn),減少他們的重復(fù)性學(xué)習(xí),并有針對性地提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。智慧課堂的應(yīng)用將推進(jìn)教學(xué)過程的科學(xué)化與可視化,如視像系統(tǒng)對學(xué)生行為自動生成的可視化數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析圖表,可以幫助教師合理地進(jìn)行教學(xué)過程和學(xué)生學(xué)習(xí)行為干預(yù)。人工智能在數(shù)據(jù)層、算法層的云計算應(yīng)用既可以拓展教育資源的共享性,也可以有效解決學(xué)習(xí)者的信息孤島問題[8]。

2.智能化教學(xué)資源

智能化教學(xué)資源既可以適應(yīng)外界不斷變化的數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境,也是教育變革的重要內(nèi)容。智能化教學(xué)資源不僅包括一般教學(xué)資源,如教材、試卷、課外書籍、教具,還包括音頻/視頻類的網(wǎng)絡(luò)課程、開放性的知識資源檢索平臺、智能化教學(xué)資源推送系統(tǒng)等。AI對現(xiàn)有教學(xué)資源的分析、整理、歸類要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人類,智能化教學(xué)資源匹配智能推動流程,才能滿足當(dāng)今學(xué)習(xí)者對高更新頻率知識的各項(xiàng)需求[9]。因此,應(yīng)將人工智能技術(shù)融入教育資源構(gòu)建和教育資源推送的方方面面,從而為學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)、自適應(yīng)學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)以及教師的科學(xué)教學(xué)提供幫助。

3.智能化教學(xué)環(huán)境

當(dāng)今數(shù)字教學(xué)環(huán)境下的學(xué)習(xí)場所仍然比較固定,學(xué)生獲取知識的來源也相對單一,因此構(gòu)建具有多元化的知識獲取渠道和豐富的新技術(shù)、新工具、新活動的智能化教學(xué)環(huán)境應(yīng)是教育改革的重要內(nèi)容。這類智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的技術(shù)特征包括記錄學(xué)習(xí)過程、識別學(xué)習(xí)情境、感知學(xué)習(xí)的物理環(huán)境、連接學(xué)習(xí)社群、具有益智與娛樂功能等,這樣才能使得教育環(huán)境具有連通、感知、交互、適配、記錄、整合的促學(xué)作用[10]?？偨Y(jié)來說,智能化教學(xué)環(huán)境必須具有感知化、泛在化、個性化、開放化等四大特征。其中,感知化就是要在物理感知的溫度、濕度、燈光等方面和情景感知、社會感知的不同學(xué)習(xí)者建立交互關(guān)系方面,完成對學(xué)習(xí)者的技術(shù)支持;泛在化是指滿足學(xué)習(xí)者在不同時間、不同空間接受文本、視頻、音頻、動畫、圖片等學(xué)習(xí)資源的要求;個性化是應(yīng)用于學(xué)習(xí)者的歷史學(xué)習(xí)行為、歷史學(xué)習(xí)興趣、歷史學(xué)習(xí)成績等數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的教學(xué)反饋系統(tǒng)構(gòu)建;開放化是指人工智能打造的云端學(xué)習(xí)環(huán)境,隨著全球課堂的發(fā)展,知識場在云端技術(shù)的支持下將變?yōu)樾袨閳?、交流場、激發(fā)場,虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的互動將會更強(qiáng)、連接方式也將更為多元。滿足這些環(huán)境構(gòu)建需求的目的是使教育不再成為一種單方面灌輸?shù)慕逃问?而是為學(xué)生主動學(xué)習(xí)創(chuàng)造多樣化的學(xué)習(xí)環(huán)境。

(二)人工智能促進(jìn)教育方式與學(xué)習(xí)方式的發(fā)展路徑

技術(shù)的進(jìn)步必然導(dǎo)致生產(chǎn)方式和生產(chǎn)關(guān)系的改變。在人工智能技術(shù)融入教育領(lǐng)域之后,原本的傳統(tǒng)教育方式和學(xué)習(xí)方式自然也要迭代跟進(jìn),以適應(yīng)新的生產(chǎn)工具——人工智能。在教師教學(xué)方面,教師備課、制定教學(xué)內(nèi)容、管理教學(xué)過程等工作都可以由人工智能技術(shù)進(jìn)行輔助。教師可以從繁忙的、基礎(chǔ)性的教學(xué)事務(wù)中解放出來,將更多的時間用于創(chuàng)造性的教學(xué)活動以及心靈性的育人活動中來。在學(xué)生學(xué)習(xí)方面,通過智能化的環(huán)境構(gòu)建,如在智慧課堂和交互機(jī)器人所創(chuàng)造的支持性學(xué)習(xí)環(huán)境中,學(xué)生可以自主完成新知預(yù)習(xí)、錯題練習(xí)、技能練習(xí)、深度學(xué)習(xí),這既幫助學(xué)生不斷認(rèn)知自己、發(fā)現(xiàn)自己和提升自己,也會促使學(xué)生在學(xué)習(xí)需求方面更為快速地從基礎(chǔ)技能、基礎(chǔ)知識中解放出來,學(xué)生的時間和精力將被用于更前沿、更具有創(chuàng)造性和個性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容中去[11]。

(三)人工智能促進(jìn)教學(xué)評價與教學(xué)管理創(chuàng)新發(fā)展的路徑

人工智能技術(shù)的逐步發(fā)展不僅可以使得教學(xué)環(huán)境得到優(yōu)化,教學(xué)效率得到提高,教學(xué)方式得到豐富,還能夠使得教學(xué)管理與教學(xué)評價更契合人的個性化需求。通過采集“教與學(xué)”場景中的數(shù)據(jù),利用大數(shù)據(jù)模型對學(xué)生的歷史學(xué)習(xí)行為、歷史成績等內(nèi)容進(jìn)行深度的挖掘,對于學(xué)習(xí)者的教學(xué)評價將會更加科學(xué)、全面、人性化,這將使傳統(tǒng)的以經(jīng)驗(yàn)為主的教育教學(xué)管理方式向智能化、科學(xué)化轉(zhuǎn)變。如自動分析數(shù)據(jù)的視像監(jiān)視系統(tǒng),可以很好地代替教師監(jiān)督與反饋學(xué)生課堂行為;如智能化學(xué)習(xí)軟件(又稱專家訓(xùn)練系統(tǒng)),作為一個自評測的習(xí)題資源庫,它可以解決學(xué)生基礎(chǔ)知識自主學(xué)習(xí)的諸多問題。一些智能畫像技術(shù)、智能分析技術(shù)的應(yīng)用對于學(xué)習(xí)者而言,將突破個性化教育的難題,在人工智能對教學(xué)的診斷反饋不斷加深過程中,因材施教的教學(xué)成本會越來越低,這將更有利于學(xué)生個性的充分發(fā)展。