論人工智能技術(shù)發(fā)展及其在教育中的應(yīng)用*

王有學(xué) 高 潔

（北京市海淀區(qū)教育科學(xué)研究院，北京100080）

一、人工智能的誕生及發(fā)展

“人工智能（Artificial Intelligence，AI）”學(xué)科正式誕生于1956年夏，由約翰·麥卡錫等科學(xué)家第一次提出。最早定義：人工智能是擁有模擬能夠被精確描述的學(xué)習(xí)特征或智能特征的能力的機(jī)器[1]。1950年，艾倫·圖靈在《計(jì)算機(jī)器與智能》中闡述了AI[2]。就教育領(lǐng)域而言，1925年，美國心理學(xué)家設(shè)計(jì)了第一臺自動教學(xué)機(jī)器，可自動對學(xué)生進(jìn)行測試和記分，學(xué)生可自定學(xué)習(xí)步調(diào)[3]。

我國許多學(xué)者認(rèn)為人工智能是計(jì)算機(jī)學(xué)科的分支，也是多種學(xué)科的交叉和邊緣學(xué)科；是像人一樣理性思考和行動的系統(tǒng)；是模仿人腦的思維活動來解決只有人類專家才能解決的復(fù)雜問題；是智能機(jī)器所執(zhí)行的通常與人類智能有關(guān)的功能[4][5][6]。賈積友認(rèn)為，人工智能是人們使用機(jī)器模擬人類和其它生物的自然智能[7]。我國《人工智能標(biāo)準(zhǔn)化白皮書（2018 版）》：“人工智能是利用數(shù)字計(jì)算機(jī)或者數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能，感知環(huán)境、獲取知識并使用知識獲得最佳結(jié)果的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)”[8]。本研究中人工智能定義采用此表述。

人工智能的發(fā)展階段有研究認(rèn)為，分為起步階段（上世紀(jì)50年代-60年代末）、停滯階段（上世紀(jì)70年代）、曲折發(fā)展階段（20 世紀(jì)80年代初-21 世紀(jì)初）和高速發(fā)展階段（21 世紀(jì)10年代-迄今）[9][10]; 馬玉慧等認(rèn)為，人工智能自1956年提出以來，歷經(jīng)最開始盲目追捧到20 世紀(jì)七八十年代發(fā)展瓶頸、備受冷落，再到90年代的緩慢發(fā)展，近幾年又重新引起重視，目前已被視為推動社會快速穩(wěn)定發(fā)展的主要核心技術(shù)力量之一[11]。潘云鶴認(rèn)為，人工智能走進(jìn)被各領(lǐng)域大量應(yīng)用的2.0 時代[12]。徐貴寶認(rèn)為人工智能經(jīng)歷過三次大浪潮：上世紀(jì)50年代的計(jì)算智能時代、上世紀(jì)80年代的感知智能時代、21 世紀(jì)的認(rèn)知智能時代[13]。還有學(xué)者認(rèn)為，人工智能和人工智能教育（AIE）發(fā)展階段分為：萌芽階段、誕生階段、黃金階段、第一次低谷、繁榮階段、第二次低谷和現(xiàn)在發(fā)展階段七個階段[14]。我國《人工智能標(biāo)準(zhǔn)化白皮書（2018版）》認(rèn)為，有三個發(fā)展階段：20 世紀(jì)50年代到80年代、20 世紀(jì)80年代到90年代末、21 世紀(jì)初至今[8]。

人工智能史上教育也有應(yīng)用。1958年IBM 用磁鼓連接打印機(jī)進(jìn)行二進(jìn)制算術(shù)教學(xué)；1960年自動教學(xué)用程控邏輯研制并使用；1966年美國斯坦福大學(xué)與IBM 合作開發(fā)IBM1500 教學(xué)系統(tǒng)；以及之后的TICCIT、PLATO II等CAI 教學(xué)系統(tǒng)，還開發(fā)出各類專家系統(tǒng)、虛擬教學(xué)系統(tǒng)、智能授導(dǎo)系統(tǒng)、智能問答系統(tǒng)等等[6]。

二、人工智能發(fā)展的驅(qū)動力

近幾年，國內(nèi)外針對人工智能戰(zhàn)略都采取了一些舉措，發(fā)布了一系列報告、政策及文件，相關(guān)內(nèi)容不再贅述，根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)和資料整理如下：表1是國外人工智能發(fā)展主要舉措，表2是國內(nèi)人工智能發(fā)展主要舉措，表3為國內(nèi)外人工智能部分典型應(yīng)用。

表1 國外人工智能發(fā)展主要舉措

表2 國內(nèi)人工智能發(fā)展主要舉措

表3 國內(nèi)外人工智能部分典型應(yīng)用

三、人工智能關(guān)鍵技術(shù)及其在教育中的應(yīng)用

人工智能教育應(yīng)用主要技術(shù)是指這些應(yīng)用于教育過程的技術(shù)、工具、程序或系統(tǒng)，即以人工智能技術(shù)來支持或幫助教育教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)、問題的解決，促進(jìn)教育過程最優(yōu)化。其與教育融合分為三種模式：人工智能主體性融入模式、人工智能功能性嵌入模式、人工智能輔助技術(shù)手段模式[6]。

我國2018年1月發(fā)布的《人工智能白皮書（2018版）》中對人工智能關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分類，其中，將關(guān)鍵技術(shù)分為機(jī)器學(xué)習(xí)（核心技術(shù)）、知識圖譜、自然語言處理（重要方向）、人機(jī)交互（重要外圍技術(shù)）、計(jì)算機(jī)視覺、生物特征識別和虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)這7 項(xiàng)。人工智能在教育領(lǐng)域的典型應(yīng)用很多，綜合閆志明[18]和陳凱泉[20]研究者的文獻(xiàn)可以得出，人工智能在教育的應(yīng)用主要有：智能代理與自主學(xué)習(xí)、智能教學(xué)系統(tǒng)與專家系統(tǒng)、教育數(shù)據(jù)的挖掘與智能化分析、眼部跟蹤和面部表情識別、基于游戲教學(xué)系統(tǒng)、應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境、教育機(jī)器人、智能導(dǎo)師、智能伙伴、實(shí)時跟蹤與反饋的智能測評、學(xué)習(xí)分析與學(xué)習(xí)者數(shù)字肖像等。

“人工智能+”教育就是人工智能與教育的深度融合與發(fā)展[15]。根據(jù)知網(wǎng)檢索發(fā)現(xiàn)，雖然人工智能應(yīng)用于教育領(lǐng)域的研究很早就有，但主要集中在2016-2017年，中文文獻(xiàn)研究相對較少，如何落實(shí)到實(shí)際教學(xué)中還有很長的路，當(dāng)前學(xué)術(shù)界人工智能在教育領(lǐng)域更多是從技術(shù)角度出發(fā)，較少的從教育的視角去研究[16]。

閆志明提出了教育人工智能（EAI），是AI 與學(xué)習(xí)學(xué)科結(jié)合形成的新領(lǐng)域[17]，重在通過AI 技術(shù)，更透徹深入地理解學(xué)習(xí)如何發(fā)生，如何受到外界各因素影響，進(jìn)而為學(xué)習(xí)者高效學(xué)習(xí)創(chuàng)造條件[18]。隨著智慧教育、智慧學(xué)習(xí)、智慧校園等詞語的提出，在所有“智慧”理念的背后，都離不開“智能”技術(shù)的支撐[19],陳凱泉從AI 這一學(xué)科的角度提出人工智能教育是培養(yǎng)能夠發(fā)現(xiàn)問題、綜合運(yùn)用多學(xué)科知識解決問題的創(chuàng)新人才，推進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)、形成人工智能學(xué)科的話語體系和思維方式[20]。

吳永和從孕育條件、主要特征和作用三方面系統(tǒng)的構(gòu)筑和豐富了“人工智能+教育”的內(nèi)涵，認(rèn)為其具有創(chuàng)新驅(qū)動、重塑結(jié)構(gòu)、開放生態(tài)、尊重個性、服務(wù)智能、自治演進(jìn)六大特征，提出“人工智能+教育”視域下的智能教育，是教育信息化的深度融合和創(chuàng)新發(fā)展的突破口、教育信息化與教育教學(xué)深度融合的膠合劑，起到優(yōu)化教育信息化流程、促進(jìn)教育改革，是教育發(fā)展、創(chuàng)新的技術(shù)動力[15]。

綜上所述，人工智能在教育中的應(yīng)用可以從三種角度理解：一是作為一門專業(yè)學(xué)科，學(xué)習(xí)人工智能這門包含深度學(xué)習(xí)、語音識別等眾多技術(shù)的“大技術(shù)”，學(xué)習(xí)人工智能的理論和技術(shù)原理，并會制作人工智能工具；二是作為教學(xué)輔助工具，將擁有人工智能技術(shù)的軟件、設(shè)備、產(chǎn)品與教學(xué)過程融合，幫助教學(xué)活動更有效的發(fā)生；三是作為教育管理工具，使用人工智能教育管理軟件、平臺或設(shè)備等，幫助教育部門人員管理教育中需要的人、物和事，使教育管理更高效。人工智能是從學(xué)習(xí)它，到應(yīng)用它，再到改造它，最后還要學(xué)習(xí)它造福人類的過程。

四、結(jié)語

人工智能在教育領(lǐng)域的研究為兩大類：一是對教育人工智能的理論如內(nèi)涵、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢等的探討，分析了人工智能為教育發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)和機(jī)遇；二是對教育人工智能的某些具體領(lǐng)域，如智能導(dǎo)師系統(tǒng)、教育機(jī)器人等的研究。就整體而言，人工智能在教育領(lǐng)域的實(shí)踐研究還較少，缺少對人工智能如何在教育領(lǐng)域落地和應(yīng)用的探索[22]。就專門的人工智能技術(shù)為主的立體化綜合場——智能教室的研究鮮少，人工智能課程目前也處于初步階段。