調(diào)研報(bào)告：人工智能教育發(fā)展中的問題及建議

調(diào)研報(bào)告：人工智能教育發(fā)展中的問題及建議人類正跨入人工智能時(shí)代，人工智能技術(shù)的發(fā)展正重塑人類思維模式，沖擊著人們生產(chǎn)、生活和學(xué)習(xí)的各個(gè)領(lǐng)域。隨著深度學(xué)習(xí)算法在語音和視覺識別上的不斷突破，教育領(lǐng)域已成為人工智能重要的應(yīng)用場景之一。2017年7月，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確提出完善人工智能教育體系，建設(shè)人工智能學(xué)科，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程。2018年4月和5月，教育部相繼制定和發(fā)布了《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》和《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，這標(biāo)志著中國人工智能已上升至國家戰(zhàn)略高度，人工智能與教育融合已開啟。當(dāng)前，在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)強(qiáng)力支撐及資本大力推動(dòng)下，人工智能在語音識別測評、智能閱卷和批改作業(yè)、拍照搜題和在線答疑等細(xì)分領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)深度商業(yè)化應(yīng)用，但整體上看，“人工智能+教育”還處于起步發(fā)展的探索試錯(cuò)期，面臨巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。一、人工智能教育研究現(xiàn)狀近年來，中國教育領(lǐng)域的專家學(xué)者和實(shí)踐者圍繞人工智能教育已開展了初步研究，主要聚焦在3個(gè)方面：一是從理論層面對人工智能教育的相關(guān)概念、內(nèi)涵和特征進(jìn)行界定；二是基于人工智能本身技術(shù)特征，從構(gòu)建人工智能教育技術(shù)框架體系的視角開展研究，具體包括數(shù)據(jù)層要素、以機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘?yàn)橹鞯乃惴▽右亍?jì)算機(jī)視覺、智能語音技術(shù)、自然語言處理、知識圖譜和生物特征識別等在內(nèi)的技術(shù)層要素，有的研究還延伸到了處理器/芯片、傳感器原件、云平臺等硬件和基礎(chǔ)設(shè)施范疇；三是從人工智能教育應(yīng)用場景的角度進(jìn)行分析，場景在分類上主要服務(wù)于教育機(jī)構(gòu)、老師和學(xué)生3個(gè)主體，具體體現(xiàn)在口語評測、試卷智能批改、習(xí)題推薦、分級閱讀、智能陪練、智能書寫、拍照搜題、智能分班排課、學(xué)情監(jiān)測等方面的應(yīng)用?？偨Y(jié)來看，當(dāng)前中國人工智能與教育行業(yè)的結(jié)合在應(yīng)用形態(tài)上可歸納為5類：1）精準(zhǔn)診斷，即正視學(xué)生的個(gè)體差異，改變傳統(tǒng)教育模式中所有學(xué)生使用相同學(xué)習(xí)資料、遵循同樣學(xué)習(xí)節(jié)奏的情況，基于過程監(jiān)測和大數(shù)據(jù)分析，按照學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中呈現(xiàn)出的不同特點(diǎn)對其進(jìn)行分類，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)情況的精準(zhǔn)診斷。2）個(gè)性化推薦，主要服務(wù)于學(xué)生自主學(xué)習(xí)、課后練習(xí)以及教師備課等相關(guān)環(huán)節(jié)，可通過用戶畫像、資源畫像及構(gòu)建知識圖譜，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的個(gè)性化推薦。3）智能導(dǎo)師，是早期計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)功能的新發(fā)展，通過模擬教師的部分職能實(shí)現(xiàn)智能化教學(xué)（例如，通過語音識別和語義分析技術(shù)輔助教師進(jìn)行口試測評，通過圖像識別技術(shù)幫助教師開展智能情緒分析，通過人機(jī)交互技術(shù)協(xié)助教師為學(xué)生在線答疑解惑和遠(yuǎn)程授課），解決傳統(tǒng)教育中以教師為核心的成本高、效率低、不公平問題。4）智慧化決策，即通過創(chuàng)造智慧學(xué)習(xí)環(huán)境輔助學(xué)校進(jìn)行智慧決策，主要服務(wù)于教育機(jī)構(gòu)的校園管理和區(qū)域的教育管理與教育治理。5）智能陪伴，在智能方面和感知行為能力方面扮演如教師、學(xué)習(xí)同伴、助理、顧問等多重角色并與學(xué)習(xí)者進(jìn)行互動(dòng)，寓教于樂。二、人工智能教育發(fā)展面臨的問題數(shù)據(jù)層首先，教育行業(yè)的數(shù)據(jù)儲備量不足。與金融、醫(yī)療、制造等其他人工智能應(yīng)用行業(yè)相比，教育行業(yè)數(shù)據(jù)儲備嚴(yán)重不足，數(shù)據(jù)類型單一，數(shù)據(jù)規(guī)模有限，大大制約了人工智能教育的發(fā)展。人工智能依賴龐大的數(shù)據(jù)支持，要實(shí)現(xiàn)人工智能與教育的深度融合，多維度、大量級的教育數(shù)據(jù)儲備尤為重要，這不僅需要包括學(xué)生成績、出勤記錄、課程教案、作業(yè)和評語等在內(nèi)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，更需要圖片、視頻、音頻等體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)行為和教師教學(xué)過程的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。其次，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的大規(guī)模數(shù)據(jù)感知體系。教育數(shù)據(jù)產(chǎn)生于各種教育活動(dòng)和整個(gè)教學(xué)的全過程，但在實(shí)踐中難以落實(shí)，問題在于數(shù)據(jù)的采集。當(dāng)前，中國尚未建立規(guī)范化的教育數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集與更新機(jī)制，缺乏適應(yīng)教育大數(shù)據(jù)需求的配套軟硬件數(shù)字化教學(xué)環(huán)境，同時(shí)，在教育數(shù)據(jù)的安全治理、服務(wù)運(yùn)營和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范上沒有出臺具體的法律法規(guī)，這都嚴(yán)重影響了大數(shù)據(jù)技術(shù)在教育行業(yè)中的應(yīng)用推廣。第三，數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通尚未有效解決，沒有形成一個(gè)智能的閉環(huán)?；ヂ?lián)網(wǎng)在連接教育各種場景的過程中，產(chǎn)生了大量信息，但目前還沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺可以使教和學(xué)、教和管之間的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)有效整合，不能實(shí)現(xiàn)互動(dòng)中數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和信息反饋，使各類數(shù)據(jù)都處于孤立狀態(tài)，無法形成大規(guī)模的應(yīng)用。技術(shù)層人工智能教育發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)之一在于人工智能本身的技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新。人工智能是將人類智力變成機(jī)器智能，讓機(jī)器像人一樣認(rèn)知、思考和學(xué)習(xí)。人類形成基本概念和判斷依賴于多種形式信息的綜合，包括文字、圖形、聲音、氣味等，因此，使機(jī)器能在語言、視覺和聽覺之間達(dá)到語義貫通是實(shí)現(xiàn)聯(lián)想、推理、概括等功能的關(guān)鍵。當(dāng)前，人工智能還處于“弱人工智能”階段，盡管已經(jīng)運(yùn)用了深度學(xué)習(xí)和增強(qiáng)學(xué)習(xí)等相關(guān)技術(shù)，但依然沒有達(dá)到有獨(dú)立自我意識、有情感認(rèn)知能力和推理思考能力的“強(qiáng)人工智能”。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，盡管當(dāng)前人工智能在語音識別測評、智能閱卷、拍照搜題和在線答疑等教育細(xì)分領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)深度商業(yè)化應(yīng)用，但在基于虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）的場景式教育上遲遲沒有突破，如何將計(jì)算機(jī)視覺計(jì)算技術(shù)、聽覺感知技術(shù)與自然語言處理技術(shù)（NLP）三者深度結(jié)合、實(shí)現(xiàn)跨媒體交互和跨媒體學(xué)習(xí)是當(dāng)前人工智能教育需要突破的技術(shù)瓶頸。此外，情感教育是現(xiàn)代學(xué)校素質(zhì)教育體系中的核心內(nèi)容，學(xué)生情感的健康發(fā)展將對他們的認(rèn)知發(fā)展、社會適應(yīng)、道德形成、潛能開發(fā)與個(gè)性發(fā)展發(fā)揮重要的促進(jìn)作用。由于人類的情感非常豐富，而學(xué)習(xí)是一個(gè)復(fù)雜的過程，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中會產(chǎn)生厭煩、愉悅、沮喪、恐懼等復(fù)雜多變情緒，及時(shí)把控學(xué)生的情緒并給予相應(yīng)的情感指導(dǎo)是情感教育的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前人工智能技術(shù)在高層次的人工意識和情緒感知方面還沒有明顯突破，人腦智能的產(chǎn)生原理尚未研究清楚，因此，從長期來看，人工智能還需要加深對人類情緒和情感的識別及了解，并與人類的腦科學(xué)、認(rèn)知學(xué)和心理學(xué)相關(guān)理論相融合，重點(diǎn)推進(jìn)情感計(jì)算、認(rèn)知計(jì)算、智能感知等技術(shù)的發(fā)展。內(nèi)容層人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展正在將教師從簡單、機(jī)械和繁瑣的教學(xué)工作中解放出來，大大提升了知識傳授的效率。但是，當(dāng)前人工智能教育的眾多產(chǎn)品和應(yīng)用過于關(guān)注人工智能技術(shù)本身，而忽視了教育內(nèi)容、教育方法和教育模式的與時(shí)俱進(jìn)，一方面導(dǎo)致市場上產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，另一方面，并沒有在學(xué)習(xí)者的能力培養(yǎng)和提升方面產(chǎn)生顯著效果，不能有效滿足知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代對創(chuàng)新人才的需求。在新的人工智能環(huán)境下，教育者應(yīng)將專注力放在創(chuàng)新教育內(nèi)容、改革教學(xué)方法，重塑和再造教育組織模式和服務(wù)模式，完成傳統(tǒng)教育想做而做不到或做不好的事情。例如，教育重心將從培養(yǎng)學(xué)生掌握低階認(rèn)知技能（記憶、復(fù)述、再現(xiàn)等初級信息加工）向培養(yǎng)學(xué)生高階認(rèn)知能力（識別問題、邏輯推理、意義構(gòu)建、自我指導(dǎo)等能力）和創(chuàng)新能力轉(zhuǎn)變，從標(biāo)準(zhǔn)化教育向個(gè)性化教育轉(zhuǎn)變，學(xué)習(xí)周期也將從傳統(tǒng)的一次性學(xué)歷教育向終身學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變等。面對這些轉(zhuǎn)變，需將人工智能作為新的工具和創(chuàng)新要素，與“教、學(xué)、考、評、管”教育全生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)結(jié)合，構(gòu)建新型教育生態(tài)體系。應(yīng)用場景層當(dāng)前人工智能教育主要聚焦在教師、學(xué)生和教育機(jī)構(gòu)3個(gè)主體，重點(diǎn)圍繞學(xué)情分析、個(gè)性化推薦和智慧化決策等開展應(yīng)用。總體來看，人工智能技術(shù)在教育行業(yè)應(yīng)用場景的寬度、廣度和深度有待進(jìn)一步拓展。家長是教育體系的重要組成部分，既是教育機(jī)構(gòu)和教育產(chǎn)品的選擇者，也是家庭教育的責(zé)任人和學(xué)生課下學(xué)習(xí)的監(jiān)督人，更是課程教學(xué)績效的評價(jià)人，同時(shí)還肩負(fù)著為學(xué)生制定學(xué)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的重要責(zé)任。但是，當(dāng)前人工智能教育無論在功能設(shè)計(jì)還是產(chǎn)品設(shè)計(jì)上都忽視了家長這一主體，缺乏對與家長相關(guān)應(yīng)用場景的考慮。同時(shí)，在應(yīng)用場景的設(shè)計(jì)上也要與時(shí)俱進(jìn)，不能用靜止的眼光將人工智能技術(shù)局限在傳統(tǒng)的教育場景應(yīng)用中，更不能停滯在對現(xiàn)有學(xué)習(xí)模式（提升知識傳授效率和質(zhì)量）的滿足上。未來，以人機(jī)交互和人機(jī)結(jié)合為主要形態(tài)的“雙師型”課堂將成為教學(xué)課堂的主要形式，同時(shí)，終身學(xué)習(xí)和個(gè)性化教育也是教育發(fā)展的新趨勢，我們需要對這些趨勢進(jìn)行前瞻思考，對各項(xiàng)潛在新功能提前研判，探索并挖掘人工智能技術(shù)在教育中的新應(yīng)用情境和應(yīng)用方式。教師隊(duì)伍層人工智能技術(shù)的出現(xiàn)，給教師帶來巨大挑戰(zhàn)。在很大程度上，人工智能可以替代教師獨(dú)立完成在知識傳授過程中的大部分重復(fù)性工作，教師需要從知識的講授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)過程的設(shè)計(jì)者，需要熟悉人工智能技術(shù)并學(xué)會與人工智能相互協(xié)作。對教育的內(nèi)容和模式進(jìn)行創(chuàng)新，這是人工智能時(shí)代對教師的新要求。然而，機(jī)器學(xué)習(xí)與智慧教育的融合存在跨界問題。一般情況下，教育工作者不懂人工智能技術(shù)，而人工智能技術(shù)人員不能深度理解教育，這就導(dǎo)致教育者無法從技術(shù)的角度對人工智能及其教育應(yīng)用提出準(zhǔn)確需求，也不容易快速接受和掌握新型機(jī)器學(xué)習(xí)支持的教育軟件，這都將影響當(dāng)前人工智能技術(shù)及產(chǎn)品在教育實(shí)踐中的應(yīng)用和推廣。在教師隊(duì)伍的人才儲備上，中國之前沒有針對機(jī)器學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)科學(xué)、教育學(xué)相結(jié)合的跨學(xué)科人才隊(duì)伍培養(yǎng)體系，導(dǎo)致人工智能教師隊(duì)伍缺乏，極大地阻礙了人工智能融入教育的進(jìn)程。三、建議當(dāng)前，中國教育信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不夠完善、“互聯(lián)網(wǎng)+”和教育尚在催化融合，人工智能作為信息技術(shù)的更高發(fā)展階段，正以前所未有的速度深層次推動(dòng)教育教學(xué)改革與創(chuàng)新發(fā)展，這給未來教育帶來巨大發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，也讓中國的教育管理部門和主要參與主體（教育機(jī)構(gòu)、教師、學(xué)生等）驟不及防，尚未做好迎接準(zhǔn)備。人工智能技術(shù)發(fā)展太快、新型教學(xué)內(nèi)容不確定、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)模式不明確，內(nèi)容載體和配套教材不成體系、教師缺乏相關(guān)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、成熟的教育理念尚未形成等，給教育工作者和教育管理機(jī)構(gòu)帶來困惑。要破解這些困惑，需要針對已經(jīng)明確的各類具體問題，分別從數(shù)據(jù)、技術(shù)、內(nèi)容設(shè)計(jì)、應(yīng)用場景和教師隊(duì)伍等多維度入手給出解決方案，加大人工智能教育產(chǎn)品的研發(fā)力度、拓寬人工智能教育應(yīng)用空間、健全人工智能教育跨學(xué)科人才培養(yǎng)體系、全方面提升現(xiàn)有技術(shù)服務(wù)品質(zhì)。更為重要的是，要回歸對教育本質(zhì)的思考。教育的本質(zhì)是“育人”，隨著教學(xué)技術(shù)和工具的不斷發(fā)展，“育人”的階段性任務(wù)重心和表現(xiàn)形式可能會發(fā)生變化，但“育人”這一核心不變。從當(dāng)前人工智能與教育融合的功能來看，主要是以知識傳授為主，其關(guān)注點(diǎn)還停留在如何讓學(xué)生更有效地接受已有知識。人工智能時(shí)代則有所不同，首先，要讓學(xué)生從死記硬背的灌輸式教育中解放出來，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的分析思辨能力、創(chuàng)新能力、合作交流能力和實(shí)踐能力，并幫助學(xué)生樹立終身學(xué)習(xí)的意識；其次，不能過分依賴人工智能技術(shù)，不能在教育主導(dǎo)者的認(rèn)識上本末倒置。人工智能是工具，它與教育行業(yè)結(jié)合的初衷是為了提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和效果，也幫助教育機(jī)構(gòu)（學(xué)校）、教師和家長從之前知識傳授過程中低層次的重復(fù)性工作中解放出來，但這不代表相關(guān)主體將遠(yuǎn)離教育。相反，這些主體需要思考和承擔(dān)更高層次的工作，讓教育變得更好。對教師這一主體來說，要不斷學(xué)習(xí)并及時(shí)關(guān)注人工智能最新技術(shù)進(jìn)展，在人機(jī)協(xié)作的新模式下對課堂的組織方式進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。例如可以基于虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建虛實(shí)融合的空間體系，實(shí)現(xiàn)對課堂教學(xué)空間的拓展，引導(dǎo)學(xué)生開展情境化協(xié)作學(xué)習(xí)等；同時(shí)，教師要更加關(guān)心學(xué)生的心理健康和情緒變化，關(guān)注學(xué)生的個(gè)性成長，掌握學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，在教學(xué)的過程中注重激發(fā)學(xué)生的好奇心，發(fā)揮每個(gè)孩子的潛能。對學(xué)校而言，需要注重對學(xué)生人格、品德、情感，特別是價(jià)值觀與行為習(xí)慣的養(yǎng)成，在這個(gè)過程中，必須清醒地認(rèn)識到，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和邏輯思維習(xí)慣絕非天生具有，往往需要低階腦力勞動(dòng)甚至體力勞動(dòng)的重復(fù)訓(xùn)練和積累，過度依賴人工智能可能導(dǎo)致學(xué)生眼高手低與好高騖遠(yuǎn)。在推進(jìn)人工智能教育的發(fā)展進(jìn)程中，也要警惕技術(shù)激進(jìn)主義，需要