人工智能促進盲人學習研究

李卓珂 王娟 李涵

摘 要：隨著全面建設小康社會的迅速推進，殘疾人健康發展被列入十三五規劃，盲人在殘疾人中占比較大，是國家重點關注對象。人工智能+教育的推廣使人工智能技術應用于盲人教育成為主流趨勢。通過對人工智能應用于盲人的市場調查發現，目前涉及盲人學習的領域相對較少。在對盲人學習特征與現有技術分析的基礎上，闡述人工智能可從盲人空間表征、專有設備及智能導師等方面，幫助盲人實現閱讀、交流討論及無障礙遠程學習，滿足盲人學習需求。

關鍵詞：人工智能;盲人學習;盲人空間表征;盲人專有設備;盲人智能導師

DOI：10. 11907/rjdk. 182674

中圖分類號：TP301

文獻標識碼：A文章編號：1672-7800（2019）006-0014-04

Abstract： With the rapid advancement of building a well-off society in an all-round way， the healthy development of disabled people is included in the 13th Five-Year Plan. As one of the major proportions of disabled people， blind people have become the focus of our country. As artificial intelligence + education intensifies， the application of artificial intelligence technology to the education of the blind has become a major trend. A market survey of artificial intelligence applied to blind people found that there are relatively few areas involving blind people's learning. In the analysis and in-depth study of the learning characteristics of the blind and the existing technical conditions， it is stated that AI can help the blind to achieve reading， discussion and accessible distant learning from 3 aspects including spatial representation， blind-friendly equipment and the intelligent instructors so that the need of the blind for learning can be met.

Key Words： artificial intelligence; blind people learning; spatial representation; blind-friendly equipment; intelligent instructors

0 引言

2006年第二次全國殘疾人抽樣調查數據表明，全國15歲及以上殘疾人文盲率為43.29%。2015年全國殘疾人基本服務狀況及需求專項調查顯示，15歲及以上殘疾人文盲率有所下降，但殘疾人文盲人口絕對數大、類別多、特性突出。根據世界衛生組織公布的數據可知，全世界目前約有3 700萬人目盲，我國占80%，到2020年數據至少翻一倍。由于盲人的先天缺陷再加上后天心理、生理等原因，導致他們性格內向、孤僻，自尊心強但又自卑，因此遇到困難易暴躁、憤怒，長期處于該狀態導致盲人學生產生不想學、不會學的心態，嚴重束縛了盲人學生學習能力的發展[1]。

在國外，針對殘疾人學習的研究開始得較早。2002年Bate & Oliver[2]設計構建了一種盲人在線學習環境——TruVision，旨在幫助盲人與視力障礙者發展初高級信息處理技能及專業知識，使他們能夠在行政管理等職位上尋求全職工作;2008年，Sánchez & Flores[3]針對盲人研究基于設備的虛擬移動科學學習，該操作界面可以根據用戶心理模型進行調整，提高盲人解決問題的能力。國內學者從2003年開始認識到特殊教育嚴重落后于基礎教育，著力解決課程設置如何適應崗位流動及社會需求的問題[4]。

隨著人工智能技術在教育領域的應用與發展，2016年我國印發實施了《“互聯網+”人工智能三年行動實施方案》，經過多年持續積累，人工智能領域取得重要進展。2017年，《新一代人工智能發展規劃》指出：我國語音識別、視覺識別技術世界領先，自適應自主學習、直覺感知、綜合推理、混合智能和群體智能等初步具備跨越發展的能力，中文信息處理、智能監控、生物特征識別、工業機器人、服務機器人、無人駕駛逐步進入實際應用[5]。人工智能技術對盲人學習發展起到了推進作用。

1 應用現狀

在知網主題欄中使用“盲人”作為關鍵詞、在全文欄中使用“人工智能”作為關鍵詞進行搜索，共搜索到95篇文獻，并且文獻數量呈上升趨勢。其中，關鍵詞“圖像邊緣”出現次數最多（6次）。出現4次的關鍵詞有：視覺、人工智能技術、圖像識別、視覺網絡、障礙物檢測及讀屏軟件。

通過閱讀統計表明，目前人工智能在輔助盲人群體出行等日常生活方面已有應用，眾多新產品的研發可改善盲人生活方式，使他們更好地適應智能時代。

1.1 信息無障礙智能終端

在讀屏軟件及語音識別等技術的支持下，盲人使用智能手機也變得普遍。盲人僅借助觸覺和聽覺使用手機，因此手機按鍵識別性及獲取、發布信息的語音識別方式尤為重要。為方便盲人使用智能手機，有學者[6]提出彎屏盲人智能手機設計概念：手機屏左側彎曲，側屏上有凹凸盲文數字，為盲人觸摸提供提示。

2015年12月15日，在上海舉辦的信息無障礙國際研討會上，中興健康科技有限公司作為獨家科技信息無障礙展示單位，展示了專為殘障人士打造的一系列高科技產品與生活場景解決方案。其中包括以聲控操作為主要特色的盲人智能手機，內置多手勢及語音讀屏操作軟件，兼容安卓平臺各類第三方應用軟件，可滿足盲人對通訊和信息的需求[7]。目前，中興已實現系統級語音解決方案，并先后推出了一系列成熟的語音產品，在手機、智能微型投影儀、智能家居等產品中均有廣泛應用。

1.2 智能識別輔具

據英國《每日郵報》報道，英國研發出一種具備革新意義的智能手杖，成為盲人出行利器。它首次借用智能手機技術與面部識別技術，幫助盲人識別10m以內的熟悉面孔，以方便與人打招呼，同時實現定位功能，減少遇到危險的幾率[8]。

2018年4月，浙江大學科研團隊研發了一款適合盲人與視障病人佩戴的盲人視覺輔助眼鏡。盲人戴上后能感知身邊的桌椅、紅綠燈、來往車輛等[9]，其原理是骨傳導技術告知佩戴者身邊的情況，反饋不同的聲音。據研發團隊反饋，該設備已加入導航功能，下一步將加入人臉識別功能，讓佩戴者知道周圍人的樣貌。國外還有研究團隊利用骨傳導技術成功研發了一套盲人可穿戴設備，目前該設備的最新版本可以以高分辨率的攝像頭與智能算法分析攝像頭捕捉到的人臉、文本或物體等，并實時將信息反饋給用戶[10]。

2018年5月17日，全球無障礙宣傳日當天，蘋果官網宣稱：真正強大的科技，應該是讓每一個人，包括殘障人士在內的每一個人都能享受的科技，并能以此全情投入地工作、創作、溝通、健身和娛樂。其中該公司推出“旁白”輔助功能，是一種基于手勢的屏幕閱讀器，再結合簡易的手勢及語音輸入，視障人士即可自由地在網上發布信息[11]。

近日，福特公司開發了一種可以讓盲人“看到”周圍風景的智能汽車車窗技術——Feel the View[12]。該技術利用振動幫助盲人與視力有缺陷的乘客感知窗外風景，但目前還處于原型狀態。

1.3 智能醫學機器人

視網膜靜脈阻塞是一種常見眼科疾病，但目前無法完全根治，因為醫治過程極其精細，所以目前唯有每月昂貴的眼球注射（每次注射費用約達32 000美元）可以減輕其不良癥狀。但2017年比利時工程師、眼科醫生和一名機器人助理合作，利用機器人穩定針頭和眼球，避免一切抖動和振顫，將藥物注入病人眼球中[13]。在下一階段臨床實驗中將對6位病人進行可行性測試。如果一切順利，該技術將有望吸引投資者介入并使項目全面開展。

2018年9月17日，新華社記者俞儉報道，武漢科技大學青年教師、湖北省“楚天學子”姚凱運用干細胞療法，讓先天性眼盲的小鼠首次見到了光明，這是首次在哺乳動物上的突破[14]。該研究成果于2018年8月底發表在國際期刊《自然》上，得到了國外專家的認可。

在國務院印發的《國家教育事業發展“十三五”規劃》中要求全面實施素質教育，創新育人方式，全面提升育人水平。但如今人工智能技術為盲人提供的支持遠不如普通民眾，而且現有智能化服務也沒有充分與學習結合，只能勉強滿足盲人日常生活要求。因此，將人工智能技術大力推廣于盲人學習，創新地運用技術，變革傳統盲人學習方式成為盲人發展的當務之急。

2 人工智能對盲人學習的啟示

近年來，人工智能技術迅猛發展，向社會各領域的滲透與影響力不斷加大，教育領域亦不例外。隨著“人工智能+教育”的興起，在整合教育大數據、機器學習、學習分析等先進技術的基礎上，智能教育云服務可以為學習者提供個性化學習服務，支持其自主發展，并在一定程度上破解教育在個性培養方面不足的難題[15]。無論是教育大數據挖掘還是教育云服務等均基于網絡環境，但目前盲人無法在無人陪伴的情況下基于網絡進行學習。人工智能技術已在盲人日常生活方面進行了許多成功的嘗試，在學習方面，也會帶來幫助與啟示。

2.1 無障礙遠程學習

盲人學習者往往沒有機會也找不到合適的學習形式[16]。2010年，中國殘聯在北京舉行全國首個盲人遠程學歷教育班開班儀式[17]，標志著盲人遠程學歷教育獲得官方認可，考試合格者將獲得國家承認的學歷證書。雖然遠程學習使更多的盲人能平等接受教育，但對于盲人來說，操作是一大難題，大多需要親友在旁輔助。

基于面部識別技術在手機APP登陸界面的成功應用，語音識別技術在盲人出行導航軟件等應用普遍，可以將兩種技術嵌入盲人遠程學習的網頁中，使盲人通過面部識別即可登陸遠程學習的網頁，無需輸入登陸的用戶名、密碼等，降低盲人學習困難度。通過語音識別技術操作遠程學習頁面，比如通過語音命令“按摩課程”即可打開按摩模塊的語音課程。但即使在現有技術的支持下，盲人仍然會遇到一些困難，比如：雖然盲人不用輸入繁瑣的信息即可登錄，但如何找到需要的遠程學習網站、登入網站后盲人如何了解課程內容，以便下達正確的語音命令等，成為亟待解決的難題。

2.2 無障礙閱讀圖書

為推動殘疾人文化事業的繁榮發展，努力提升盲人整體素質與科學文化水平，促進盲人平等參與社會生活，中國盲人協會與中國盲文圖書館聯合成立了中國盲人閱讀推廣委員會，并召開了全國盲人閱讀推廣委員會成立大會暨泰安盲人讀書沙龍活動現場會[18]。由此可見，閱讀不只是普通人獲取知識的重要途徑，對于提升盲人學習能力、生活水平均有一定的促進作用。但如何使盲人無障礙閱讀成為一大難題。

目前，我國已有無障礙數字圖書館，圖書館網站內不僅有各類有聲電子書，還定期上傳講座視頻，但電子圖書類資源種類繁多，無障礙圖書館中并不能全部錄入，無法充分滿足盲人“看”書需求。現已有可嵌入手機APP的OCR識別技術，該軟件可識別文字內容，文字內容不止局限于網上電子資源，也包括已出版的紙本圖書，若結合讀屏技術，則可幫助盲人讀到各類圖書。為幫助盲人擴展獲取知識的途徑，浙江大學研發的盲人視覺輔助眼鏡可幫助盲人聽到面前的知識，比如在博物館時，盲人可通過視覺輔助眼鏡掃描前方文物的文字解釋，再通過骨傳導技術傳達給佩戴者，實現自由學習。

2.3 無障礙交流討論

盲人雖視力有障礙，但其語言表達能力與常人一樣，在進行遠程學習時可以正常地與教師及其他學習者交流討論。但遠程學習使時間與空間脫離，并不是所有學習者、教師都是同時在線進行學習、參與討論，因此盲人需要通過留言或郵件的方式與他人聯系。根據對盲人遠程交流方式的調查發現，盲人可以利用盲人專用鍵盤打字留言或發郵件，但打完字后盲人無法檢查，因此留言或郵件中可能存在錯別字、語句不通順的情況，所以利用語音的方式給他人發送郵件或留言方便許多。語音留言可以參考QQ及微信網頁版的語音消息功能，但盲人遠程學習界面中語音留言的按鈕比常規語音消息的按鈕大，隨著無障礙網頁的發展，盲人可在讀屏技術的幫助下找到發送消息的位置。另外目前的技術只能為郵件添加音頻附件，給接收方下載、獲取帶來一定困難。

3 人工智能應用于盲人學習展望

人工智能發展迅猛，在“教育2030規劃”藍圖與“2050教育愿景”中，人工智將在以下方面支持盲人學習，為盲人學習提供無障礙輔助。

3.1 盲人空間表征

空間表征是盲人定向行走的關鍵，目前存在4種盲人空間表征的研究范式，分別是基于實地導航的現場研究范式、基于言語描述的空間心理模型研究范式、基于計算機虛擬技術的虛擬環境研究范式、基于腦科學的認知神經科學研究范式[19]。前3種是盲人在他人幫助下基于聽覺、觸覺或聽覺與觸覺結合的方式完成行走，而第4種則是通過刺激腦神經傳遞視覺表象，使盲人能夠獨立行走，但仍然存在誤差，需要多次模擬練習才能使盲人在真實環境中無障礙行走。同時路途中可能有許多知識與信息可供學習，需要通過智能識別等技術為盲人讀取外部信息，再通過腦神經或骨傳導技術傳遞給盲人，從而幫助盲人獲取博物館或科技館中的信息，讓盲人能夠學習到更多的歷史、科技常識。因此，在盲人空間表征的后續研究中，應重點關注實現盲人獨立行走的技術與方法，為盲人建構精確的空間表征，最終為定向行走教學所用。

3.2 盲人專有設備

面對日新月異、變化飛速的新時代，使用移動終端與PC端學習的方式更加普及，但盲人作為視力有障礙的群體，不能精準使用普通設備，比如電腦等設備需根據盲人特性突出其專有性。盲人電腦首先需有一個使盲人僅通過觸摸即可感知的鍵盤，然后還需語音讀屏技術的支撐，使其能夠讀出鼠標所到之處的一切漢字或命令，比如當鼠標移動到計算機時，則自動讀出“計算機”，同樣，進入網頁后，電腦也會讀出所有鼠標經過位置的文字信息，盲人只需緩慢移動鼠標，就可找到需要單擊的命令，任意瀏覽網頁，進行遠程學習獲取知識。同時需設置盲人專有輸入法，使電腦能夠識別打字正確率并反饋給盲人。比如在盲人打字的同時能夠通過語音形式使盲人聽到，讓其判斷輸入是否有誤。

3.3 盲人智能導師

智能導師的作用是可在盲人學習過程中實時跟蹤、記錄及分析，幫助其管理學習時間與任務，并實時提供反饋與評測，使盲人了解自身學習特點、水平等。有研究分析了Siri在教育中的應用方式，其中包含Siri的教學用途：“Siri能從與用戶的交互中不斷學習， 這種交互回饋方式在教育中扮演著重要的角色， 它會成為我們的導師， 或者說是課內外的教師”[20]。將Siri人工智能技術應用于盲人學習中，實時提醒盲人上課、休閑、鍛煉的時間，并在盲人無意識情況下跟蹤、記錄其學習過程，在遇到問題時可以輔以指導，幫助盲人解決難題。

隨著信息技術與現代科技的飛速發展，結合大數據、云計算等技術可為盲人學習預測并解決可能出現的問題，因此，大數據、云計算、人工智能等技術的融合應用已成為當今教育發展的需要。

4 結語

如今，人工智能技術已經逐漸應用于盲人日常生活中，但對盲人學習的指導作用有限。人工智能在教育領域的應用，如智能導師輔助個性化教與學、教育機器人等智能助手、居家學習的兒童伙伴、實時跟蹤與反饋的智能測評、教育數據挖掘與智能化分析、學習分析與學習者數字肖像等方面[21]，暫未較好地與盲人學習結合。因此需充分利用人工智能技術促進盲人學習，使特殊教育實現可持續發展。

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（責任編輯：江 艷）