人工智能：教育變革的重要動力

人工智能：教育變革的重要動力2017年，國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》），確立了“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，要求到2030年，我國成為世界主要人工智能創(chuàng)新中心。《規(guī)劃》指出，要完善人工智能教育體系，加強(qiáng)人才儲備和梯隊建設(shè)，形成我國人工智能人才高地。2019年8月召開的人工智能與教育大數(shù)據(jù)峰會以“AI+教育：跨界融合創(chuàng)新發(fā)展”為主題，分享了人工智能與教育大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的最新成果。眾多高校和研究機(jī)構(gòu)的相關(guān)專家與優(yōu)秀企業(yè)開展了深度合作，大力推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研一體化，共同推動人工智能與教育大數(shù)據(jù)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。將人工智能與教育領(lǐng)域深度融合，發(fā)展人工智能教育，已成為當(dāng)代教育變革與創(chuàng)新的重要動力。一、人工智能技術(shù)概述呂紅軍在2019年第2期《教育與教學(xué)》中的《中小學(xué)開展人工智能教育的現(xiàn)狀及改進(jìn)建議》一文中談到關(guān)于什么是“人工智能”與“人工智能教育”時認(rèn)為：人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門技術(shù)學(xué)科。根據(jù)這一定義，筆者理解人工智能主要有三大特征：機(jī)器思考、機(jī)器計算和機(jī)器執(zhí)行。機(jī)器思考就是使機(jī)器能夠思維，就像具有了人一樣的智力;機(jī)器計算就是按照一定的程序“使理解、推理和行為成為可能的計算”，或者是機(jī)器在“自學(xué)習(xí)”的過程中獲得新的計算能力;機(jī)器執(zhí)行就是機(jī)器按照“設(shè)計具有智能行為的計算程序，以執(zhí)行人或動物所具有的智能任務(wù)”。目前，人工智能已經(jīng)被應(yīng)用在了社會各個領(lǐng)域，與我們的生活密不可分。按照人工智能的應(yīng)用類型，筆者將其分成三類：一是勞動密集型人工智能。此類人工智能完成的是人可以想到也能做得到的事情。這類人工智能設(shè)計的出發(fā)點(diǎn)，是代替人們做重復(fù)性較高、技術(shù)密度較低的工作。例如服務(wù)業(yè)（如餐廳、銀行）機(jī)器人、掃地機(jī)器人、質(zhì)檢機(jī)器人、生產(chǎn)線上的機(jī)器人裝卸，等等。二是執(zhí)行型人工智能。此類人工智能完成的是人可以想到但做不到的事情。這類人工智能基于大數(shù)據(jù)和強(qiáng)大的運(yùn)算速度，可以執(zhí)行人腦想做但無法完成的任務(wù)。如基于大數(shù)據(jù)的語音識別、人臉識別等等。三是未來型人工智能。此類人工智能完成的是人想不到，更做不到的事情。這一技術(shù)預(yù)示著，人工智能發(fā)展到了可以解決基于人類力量難以突破的問題，如大量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)人類難以意識到的提升效率的方式、解決方案等等。人工智能教育是將人工智能引入學(xué)校教育，將其知識整合為教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動方式并在課堂及學(xué)?；顒又型瓿?。教育部教師工作司司長任友群關(guān)于人工智能在信息技術(shù)教學(xué)中的定位指出，可以把人工智能教育分成三個等級：“一是了解前沿領(lǐng)域發(fā)展情況，進(jìn)行人工智能啟蒙教育;二是要讓每個學(xué)生都學(xué)會與智能工具打交道，體驗(yàn)日常生活中的人工智能產(chǎn)品;三是要分學(xué)段實(shí)施不同層次的編程教學(xué)，學(xué)習(xí)用編程解決實(shí)際問題，培養(yǎng)計算思維、創(chuàng)新思維等信息時代的基本素養(yǎng)。”二、人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用王露在2019年第13期的《課程教育研究》《現(xiàn)代教育中人工智能的應(yīng)用》一文中列舉了人工智能在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用形式：智能教學(xué)系統(tǒng)智能教學(xué)系統(tǒng)由三個基本模塊組成：領(lǐng)域知識模塊、學(xué)生模型和教師模型。領(lǐng)域知識模塊又稱為專家模塊，它包含了需要傳授給學(xué)生的知識和技能，具體包括學(xué)生需要學(xué)習(xí)的基本概念、規(guī)則以及解決問題的策略。目前我國教育界已經(jīng)在這方面有所突破，如在計算機(jī)技能考試中對學(xué)生的操作進(jìn)行跟蹤和測評。學(xué)生模型主要應(yīng)用于管理學(xué)生相關(guān)信息庫，由此測定出學(xué)生的學(xué)習(xí)水平和認(rèn)知特點(diǎn)。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識時，它會對其之前的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評估測試并給學(xué)生提供最合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而達(dá)到最佳的學(xué)習(xí)效果。教師模型又稱為教學(xué)策略模塊，它可以針對每個學(xué)習(xí)者的特點(diǎn)，為其提供合適的學(xué)習(xí)方法和教學(xué)策略。智能測評系統(tǒng)測評是教學(xué)活動中必不可少的，就像考試需要教師評分和作業(yè)需要教師批改一樣。但是，如何能讓教師從繁重的閱卷和批改作業(yè)的工作中解放出來，從而用更好的精神狀態(tài)從事更有意義的工作呢？智能測評解決了這一問題，不僅減輕了教師的負(fù)擔(dān)，而且有效提高了教學(xué)效率。智能閱卷系統(tǒng)智能閱卷系統(tǒng)是基于圖像識別、云計算與大數(shù)據(jù)分析的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要為基礎(chǔ)教育服務(wù)，通過對學(xué)校的作業(yè)和考試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和采集，教師準(zhǔn)確了解了學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，不但能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，也能提高工作效率。目前，基于這一系統(tǒng)而創(chuàng)建的教育平臺有很多，例如，上海易教智能閱卷系統(tǒng)，它主要包括智能閱卷平臺和閱卷大師（教師客戶端）。智能閱卷平臺可以將上傳的學(xué)生試卷數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度數(shù)據(jù)分析，自動生成各類統(tǒng)計分析報表。教師通過分析報表可以對學(xué)生的知識掌握情況有非常直觀的了解，從而有針對性地開展教學(xué)工作，幫助學(xué)生攻克難點(diǎn)。教師客戶端的閱卷大師可以自動識別試卷的客觀題并準(zhǔn)確賦予分值，主觀題部分則需要教師批改賦分。此舉不但減輕了教師的負(fù)擔(dān)，也讓閱卷更加精準(zhǔn)高效。智能口語測評系統(tǒng)基于語音識別技術(shù)的智能口語測評系統(tǒng)能夠?qū)忌恼Z音、語調(diào)等進(jìn)行多維度的評判，并能生成卷面評測報告，指出考生答卷中的錯誤，從而讓考生有針對性地練習(xí)改正。操作該測評系統(tǒng)需要計算機(jī)與耳機(jī)連接，通過人機(jī)對話完成聽力和口語測試，測試完成后系統(tǒng)會自動評分。例如，基于這一系統(tǒng)所開發(fā)的大學(xué)英語四六級口語考試系統(tǒng)可以極好地改善我國學(xué)生英語學(xué)習(xí)資源匱乏的問題，從而提高學(xué)生的英語口語水平。另外，我國普通話智能測試系統(tǒng)也對普通話的普及產(chǎn)生了重要影響。李海峰、王煒在《遠(yuǎn)程教育雜志》2019年2月的《國際領(lǐng)域“人工智能+教育”的研究進(jìn)展與前沿?zé)狳c(diǎn)》中提到：大數(shù)據(jù)技術(shù)在支持個性化運(yùn)動技能學(xué)習(xí)中具有較大潛能，穿戴設(shè)備、大數(shù)據(jù)處理、3D打印以及環(huán)境智能等技術(shù)的發(fā)展，為個性化運(yùn)動技能學(xué)習(xí)提供了更加有效的支持，模擬神經(jīng)運(yùn)動交互以及提供適切的個性化神經(jīng)運(yùn)動支持，將是“人工智能+教育”研究的重要取向。在協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境中，云計算服務(wù)支持的知識評價與學(xué)習(xí)推薦，為評價學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、知識水平和互動參與等提供了有力支持。云計算、大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)的結(jié)合，為推測學(xué)習(xí)者的知識水平和興趣提供了一種有效方式。社會性計算技術(shù)的發(fā)展，使研究者能夠利用大量學(xué)習(xí)資源，但是集成正確的協(xié)議和用戶接口，將是大數(shù)據(jù)面臨的重要挑戰(zhàn)。運(yùn)用人工智能技術(shù)將這些資源結(jié)合起來，通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)以生成不同的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和監(jiān)控學(xué)習(xí)算法，能夠設(shè)計出學(xué)生參與和評價的新機(jī)制。在具體的語言評價測驗(yàn)環(huán)境中，運(yùn)用大數(shù)據(jù)、人工智能和數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，我們能夠從大量語言學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中，抽取出學(xué)習(xí)者的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行語言習(xí)得測評。三、人工智能對教育的影響北京師范大學(xué)國際與比較教育研究院黃秦輝在《中國教師報》2019年6月19日第3版《人工智能時代的教育挑戰(zhàn)及應(yīng)對》中認(rèn)為：學(xué)校將走向“智慧型校園”智慧校園是物理環(huán)境、虛擬環(huán)境和混合環(huán)境的整合，在對校園基礎(chǔ)設(shè)施、教學(xué)資源、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動等進(jìn)行數(shù)字化改造的基礎(chǔ)上，構(gòu)建智能化的教育生態(tài)系統(tǒng)，最大化地提高學(xué)生學(xué)習(xí)、生活質(zhì)量，促進(jìn)師生全面提升。此外，智慧校園還為家庭、學(xué)校和社會協(xié)同發(fā)展提供了重要條件，有助于提升學(xué)校治理水平。傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師為中心，教師作為學(xué)習(xí)活動的組織者和控制者，在學(xué)習(xí)過程中占主導(dǎo)地位。而在人工智能時代，學(xué)生可以很方便地從網(wǎng)絡(luò)上獲取豐富的信息資源，學(xué)生處于學(xué)習(xí)活動的中心。因此，教師應(yīng)幫助學(xué)生建構(gòu)知識體系，重視激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情，充分調(diào)動學(xué)生積極陛。首先，人工智能時代知識的獲得更加便利，學(xué)生的認(rèn)知方式也會發(fā)生根本變革，因此教師應(yīng)更加關(guān)注學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，著重通過多樣的教學(xué)活動和教學(xué)過程將能力培養(yǎng)與知識獲得結(jié)合起來，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知和非認(rèn)知能力的養(yǎng)成。其次，隨著人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深入，教師工作的環(huán)境將逐步智能化。智能備課、智能閱卷、智能評估和反饋系統(tǒng)將成為可能，教師能夠更加準(zhǔn)確、快捷地把握學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和情況，從而開展個性化指導(dǎo)。南通大學(xué)外國語學(xué)院周文娟在2018年12月《鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版）》的《“人工智能+”時代的教育變革路向研究》一文中認(rèn)為，“人工智能+”時代的到來將會促使教師職能轉(zhuǎn)變：人工智能不僅在教育技術(shù)層面，而且在知識傳播和知識研究層面將得到日益廣泛的應(yīng)用。也就是說，“人工智能+”終將促使教育以機(jī)器代人實(shí)現(xiàn)智能教學(xué)。然而，這并不意味著教育人工智能能夠完全取代教師。因?yàn)閺慕逃举|(zhì)的角度審視，教師不僅需要傳授知識，更需要以思想情感引導(dǎo)塑造學(xué)生的內(nèi)在品德素質(zhì)。德國哲學(xué)家雅斯貝爾斯在《什么是教育》中，形象地將教育比作是“用一顆心靈喚醒另一顆心靈”的心靈培育工程。教師作為這一工程的實(shí)施者，他們所具備的情感、智慧與創(chuàng)造特質(zhì)，遠(yuǎn)非現(xiàn)在的人工智能所能企及。從這一角度來看，不管未來人工智能在知識搜集、數(shù)據(jù)分析儲備、信息傳播路徑與手段方面將有多大幅度的提升，人類教師的善良等精神特質(zhì)仍然是人工智能無法替代的。因此，教師在明確自身教育責(zé)任與義務(wù)的同時，也應(yīng)認(rèn)識到在“人工智能+教育”的條件下，教師亦亟待轉(zhuǎn)換現(xiàn)有角色，開拓變革思路，以重新認(rèn)知人才培養(yǎng)目標(biāo)，將人工智能帶來的挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)新教育的契機(jī)，及時實(shí)現(xiàn)教師職能由知識輸出者向教育引導(dǎo)者轉(zhuǎn)變。郭紹青在《學(xué)習(xí)時報》2019年5月31日第6版《人工智能對教育的革命性影響》一文中認(rèn)為，人工智能技術(shù)將使——動態(tài)學(xué)習(xí)常態(tài)化大數(shù)據(jù)技術(shù)與人工智能技術(shù)的融合發(fā)展，正在推動互聯(lián)網(wǎng)教育企業(yè)與體制內(nèi)的教育機(jī)構(gòu)開展在線教育服務(wù)供給。學(xué)生能夠在線選擇教師，以一對一或?qū)W習(xí)共同體的方式獲得在線智力資源服務(wù)，同一學(xué)習(xí)共同體中的學(xué)習(xí)者年齡沒有限制，他們可能來自不同的省區(qū)甚至不同的國家。智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠分析學(xué)習(xí)者的特征，為學(xué)習(xí)者推送相應(yīng)的學(xué)習(xí)資源。隨著互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)提供豐富多樣的課程服務(wù)，有條件家庭的孩子通過互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)將獲得更多的個性化教育機(jī)會，這將倒逼國家教育體制的改革，推動學(xué)校教育向網(wǎng)絡(luò)延伸，跨區(qū)域的虛擬班級、虛擬學(xué)校得到政府的政策支持，以滿足差異性與個性化學(xué)習(xí)需求，使所有學(xué)生享受人工智能推動的虛擬網(wǎng)絡(luò)教育帶來的利益。這些措施將全面推動網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間中以個性化發(fā)展為核心的動態(tài)學(xué)習(xí)組織的發(fā)展，并推動實(shí)體學(xué)校采用在同年級、不同年級之間，以學(xué)生發(fā)展水平與需要為前提的動態(tài)走班制度、課程選學(xué)制度，實(shí)體學(xué)校的走班制與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間的動態(tài)學(xué)習(xí)組織進(jìn)行全面的融合，最終構(gòu)建虛實(shí)融合的動態(tài)學(xué)習(xí)組織方式。素質(zhì)評價精準(zhǔn)化當(dāng)前以知識為核心的考試制度，是制約教育創(chuàng)新發(fā)展的重要因素。當(dāng)沒有另外一種制度替代考試制度時，考試制度正在以一種評價方式承擔(dān)著社會認(rèn)可的公平的人才選拔任務(wù)。隨著智能數(shù)據(jù)采集方式的完善，大數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)能夠?qū)W(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)水平等進(jìn)行分析，建立由學(xué)習(xí)者的動機(jī)、能力、愛好、水平、態(tài)度、體能、心智水平等要素構(gòu)成的學(xué)習(xí)者畫像，也將建立以學(xué)習(xí)者動態(tài)發(fā)展學(xué)業(yè)水平為基礎(chǔ)的適應(yīng)性雙向匹配與選擇制度。熊璋在《中國教育報》2019年6月1日第3版《充分利用人工智能促進(jìn)教育公平》一文中認(rèn)為：科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展、人工智能的出現(xiàn)，是我們不能錯失的促進(jìn)教育優(yōu)質(zhì)公平的機(jī)遇。人工智能將在以下三個方面促進(jìn)教育公平，分別是：優(yōu)質(zhì)資源共享、教師隊伍建設(shè)和教學(xué)范式創(chuàng)新。在優(yōu)質(zhì)資源共享方面，我國基礎(chǔ)建設(shè)已為人工智能進(jìn)一步促進(jìn)教育公平做好鋪墊。據(jù)統(tǒng)計，全國教學(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋項目惠及邊遠(yuǎn)貧困地區(qū)400多萬孩子，國家數(shù)字教育資源公共服務(wù)體系基本建立，逐步實(shí)現(xiàn)“三通兩平臺”。通過互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)整合，我們能夠把優(yōu)質(zhì)的教育資源迅速、高效、低成本地輻射到邊遠(yuǎn)貧困地區(qū)，并在一定程度上滿足個性化教育的需求。四、建設(shè)有中國特色的人工智能教育華東師范大學(xué)開放教育學(xué)院副教授李鋒在《中國教育報》2019年5月25日第3版《人工智能教育：我們的責(zé)任與使命》中認(rèn)為，針對當(dāng)前我國人工智能教育中的問題和發(fā)展需要，我們必須密切關(guān)注以下幾點(diǎn)：一是融于信息素養(yǎng)，體現(xiàn)人工智能。學(xué)校應(yīng)依據(jù)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展特征，建立人工智能內(nèi)容體系，明確“學(xué)什么”。堅持以素質(zhì)教育為前提，在教育部課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，界定從小學(xué)到高中不同學(xué)段人工智能的課程目標(biāo)，明確不同學(xué)段學(xué)生應(yīng)知、應(yīng)會和應(yīng)發(fā)展的學(xué)習(xí)內(nèi)容。建立不同學(xué)段的中小學(xué)人工智能知識結(jié)構(gòu)體系，加強(qiáng)不同學(xué)段人工智能學(xué)習(xí)內(nèi)容的銜接。按照核心素養(yǎng)發(fā)展要求，設(shè)計項目學(xué)習(xí)方式，明確“怎么學(xué)”。通過STEAM或創(chuàng)客方式倡導(dǎo)“創(chuàng)中學(xué)”的理念，在活動中實(shí)現(xiàn)學(xué)生“動手、動腦、動心”的結(jié)合，突出“人工智能+”的教育特色，避免“為學(xué)人工智能而學(xué)人工智能”。二是開展教師培訓(xùn)，提高學(xué)科教師的專業(yè)教學(xué)能力。優(yōu)秀的學(xué)生需要優(yōu)秀的教師來培養(yǎng)。事實(shí)上，對于當(dāng)前很多學(xué)科教師來說，人工智能的知識內(nèi)容也是全新的內(nèi)容。為了更好地落實(shí)人工智能教育，國家教育管理部門要鼓勵教師交流和合作，要積極發(fā)現(xiàn)、搜集、宣傳和推介好的中小學(xué)人工智能教學(xué)方式、教學(xué)設(shè)計、課程安排，整理優(yōu)秀的教學(xué)案例和教學(xué)資源，為不同學(xué)段人工智能教育的開展提供案例支持，為一線教師提供指導(dǎo)。三是實(shí)施人工智能教材的研發(fā)