人工智能下的教育發展與實踐

蔡志偉 宋嘉 呂娜

2017年3月，加拿大發布了《泛加拿大人工智能戰略》（Pan-Canadian Artificial Intelligence Strategy），這項戰略對世界人工智能的發展起到了向導作用。在移動互聯網、大數據、超級計算等新理論新技術以及經濟社會發展需求的共同驅動下，當前人工智能快速發展，推動著經濟社會各領域從數字化、網絡化向智能化加速躍升[1]。而人工智能的快速發展，對于教育領域也有著重要意義，促使教育根據人工智能的適應性進行內部協調和變革。教育需要從執行和決策層面構建機器智能教育的實踐范式，進行全新的實施和實踐，并從倫理和價值層面促進人類與人工智能的和諧相處，使教育更具個性化與智能化。近幾年，有關人工智能在教育領域應用的研究成為了熱點。圍繞人工智能技術在教育領域的實際應用情況，把握最新的信息，能有效促進中國教育事業的良好發展。因此，對《泛加拿大人工智能戰略》進行解讀，并思考其在教育領域應用所面臨的機遇和挑戰，將對未來教育的變革產生重大影響。

一、《泛加拿大人工智能戰略》

明確了教育的核心地位

《泛加拿大人工智能戰略》反映了加拿大高等研究院（CIFAR）主導的建議。同時，聯邦政府的預算書報告中明確指出，2012—2017年共投資1.25億加元[2]。這是一項重要且目標明確的投資，目的是吸引更多優秀人才加入人工智能研究領域，促進相關研究領域獲得更大的創新力，培養高素質人才，并構建人工智能研究中心，匯集來自世界各地的人工智能頂尖人才來檢驗人工智能的廣泛社會影響。

《泛加拿大人工智能戰略》的首要目標是對多倫多、蒙特利爾和埃德蒙頓這三座城市的人工智能科研資源進行整合，并建立三個新的人工智能研究和創新卓越中心，這三個中心的負責人均由人工智能領域的專家擔任[3]。其中，埃德蒙頓艾伯塔大學的機器情報研究所的科學顧問一職由里奇·薩頓（Rich Sutton）擔任;蒙特利爾的學習算法研究所則由蒙特利爾大學教授約書亞·本吉奧（Yoshua Bengio）創立;多倫多人工智能矢量研究所的首席科學顧問一職由多倫多大學的吉奧夫·辛頓（Geoff Hinton）擔任[4]。

在《泛加拿大人工智能戰略》的推動下，加拿大的人工智能初創企業數量激增，主要分布在蒙特利爾、多倫多、滑鐵盧、埃德蒙頓和溫哥華等地區，這些企業極大地促進了人工智能技術在商業領域的應用。如今，加拿大政府已批準成立了六百多家基于人工智能的初創公司，其中許多正在開發具有社會、環境或經濟影響潛力的產品和服務。到目前為止，《泛加拿大人工智能戰略》一直致力于推進學術研究和學術創新。

二、《泛加拿大人工智能戰略》

增進了學術交流合作

人工智能為社會帶來了巨大的發展機遇，但也引發了人們對就業、隱私、安全、民主和道德方面的擔憂。

加拿大魁北克省基金會與經濟、科學和創新部合作，向位于魁北克省的所有大學發出呼吁，要求建立一個關于人工智能和數字技術的社會影響的國際觀察站。該觀察站的任務是支持圍繞人工智能的社會影響，對人工智能科研工作的公眾參與和知識調動等進行深入研究。

2017年11月3日，在由蒙特利爾大學組織的關于人工智能的社會責任發展論壇上，與會專家學者們一致通過了《關于人工智能負責任發展的蒙特利爾宣言》（Declaration of Montreal）。2018年6月，在魁北克省沙勒沃伊舉行的七國集團會議之前，加拿大總理賈斯廷·特魯多和法國總統埃馬紐埃爾·馬克龍發表了關于人工智能的聯合聲明，聲明中強調兩國將共同合作建立一個國際研究小組，該小組將召集跨國家和部門的專家，并定期召開對人工智能的研討會議。

自《泛加拿大人工智能戰略》發布以后，蒙特利爾大學和麥吉爾大學相繼成立了用于人工智能科研的實驗室;卑詩大學則設置了獎學金和數據科學專項計劃，對人工智能領域的學術成果進行表彰;其他高校也推出了關于人工智能培訓的合作項目。目前，加拿大高等研究院正與英法兩國的研究人員開展合作，并對人工智能技術帶來的社會影響進行深入分析[5]。

三、《泛加拿大人工智能戰略》

推動了人才教育事業的發展

人才素質直接關系到技術的進步，要想讓人工智能得到進一步發展，就必須重視培養高素質人才。無論是對現有人才進行再培訓，還是提前做好人才儲備以應對未來的社會需求，都需要引起重視。《泛加拿大人工智能戰略》也同樣對人工智能在教育領域的應用和發展給予了關注，尤其是對人工智能在基礎教育中的應用提出了新的見解。因此，詳細解讀并闡釋《泛加拿大人工智能戰略》有關基礎教育的論述，可以為人才教育事業的變革發展提供一定的參考，這從國家發展層面來說具有重要意義。

1.人工智能與教學

人工智能對基礎教育的影響，重點體現于教學方式的革新。當前，已經有很多中小學的課堂教學開始應用人工智能技術。例如，在語言教學類課堂上使用語音技術，進行語音識別或將語音轉化為文字;用聊天機器人擔任助教[6];在教室里安裝人工智能客戶端，可以直接聯網調取資料，實時指導學生分析并解決遇到的各種學習問題;利用人工智能與廣泛的數據處理技術相結合的優勢，使學生可以直接在網上完成作業并及時獲得作業反饋等，不但使教師從大量作業批改任務中解放出來，同時還能保證作業批改的質量;在教室內采用智能拍攝設備全程記錄學生的課堂表現情況，使用圖像視頻識別和數據采集技術，識別學生的情緒和行為，得到針對不同學生的反饋信息，幫助教師進一步了解學生，以便因材施教，提高教學實效。

2.教育大數據的挖掘

隨著教育改革的推進，人們越來越提倡個性化教育。個性化教育就是根據不同學生的基本情況，制定出最適合學生的教學方法，以提供有針對性的教育。在這種背景下，大規模的學生數據便成為了實行個性化教育的重要參考依據。經過不斷的開發、研究和應用，人工智能在人機協同增強智能和群體集成智能方面已經得到了大幅度的提升和發展。人工智能系統可以分析出不同學生的學習模式和特征，幫助教師了解學生的思維特征、個性特長等，進而為學生提供適合的教學方法。

3.暖實力概念的提出

暖實力，就是一些非技術性的，在各種工作場合都需要用到的，并且與工作成功關系密切的技能，通常也被稱為可轉移技能（transferable skills），如社交技能、組織管理技能等。對于個體的發展來說，暖實力更具個性特征，因此很難被觀察和量化。也正因如此，具有足夠暖實力的人員很難被機器簡單替代。比如，在中小學計算機課程的教學中，除了要對學生進行計算機知識與技術的培訓，還應將機器智能的使用須知納入課程開發計劃中，并注意培養學生的合作能力、創新意識和實踐能力等。如此，才能保證學生所學知識與技能的實用性，才能適應未來數字社會和智能社會發展的需求。

4.人機協作環境的構建

人工智能在基礎教育領域應用的目的，不僅僅是讓學生在基礎教育階段學到大量的知識，更重要的是鍛煉學生運用所學知識分析、解決實際問題的能力，并提升相應的技術操作能力。這就需要實現學生和智能機器、系統的合作，讓學生在完成思考的同時，能操作相應的機器來完成實踐。因此，教育領域的研究者有必要進一步研究人工智能對教育的長期影響。特別是教育主管部門需要時時關注人工智能的發展，針對基礎教育的不同階段制定明確的培養計劃，以確定哪些教育實踐可以充分運用人工智能，對學生進行相應的技能培訓，盡可能使所有學生都能適應人機協調，從而營造良好的現代化教育環境。

四、展望與建議

1.展望

如今，人工智能的發展規劃已經上升到國家戰略。人工智能不僅為各行各業帶來新的活力，也為各行各業的發展提供了新的方向。筆者認為，未來人工智能在基礎教育領域的應用將在以下五個方面顯現價值。

（1）實現個性化教育

教育者可以通過人工智能技術，實時記錄學習者的學習過程、學習路徑和各種選擇。比如，借助人工智能技術幫助中小學各個階段的學生分析和解決學習問題，使教育更具有針對性。此外，運用人工智能，每個學習者都可以獲得專屬于自己的虛擬導師，實現個性化學習。

（2）營造暖實力教育環境

學生的硬技能可能會被智能機器所取代，因此培養學生的暖實力將成為教育的重點。學生可以獲得更多、更有效的學習體驗與成果，獲得有助于問題解決的非技術性、可轉移的技能。因此，教育體系需要進一步革新，打造一個能鍛煉學生各種暖實力的教育環境。

（3）促進交互式學習的發展

隨著個性化教育不斷受到重視，人工智能將為教育大數據的挖掘提供極大的便利。利用人工智能技術，可以大量收集學習者的學習數據，總結出有關個人學習特征、學習環境、學習軌跡和學習興趣的多維度報告，為今后交互式學習的發展提供支持。

（4）實現“全球教室”

人工智能將為教育的進一步發展提供支持，為打造“全球教室”帶來更多的可能性。一方面，可以幫助教師從教室里解放出來，促進教師之間的互相學習，使跨地域的教師可以在同一時間共同探討教學方法以及如何應用新技術輔助教學，共同進行教學設計;另一方面，使各個學段的學生都可以享受到國際頂尖的教育資源，促進教育的無國界發展，也有助于“全球教室”教育目標的及早實現。

（5）延伸人類感知和思想的發展

人工智能技術有助于人類感知和思想的進一步發展。教育是一個非線性的生態系統，通過反饋可以促進生態系統的革新和發展[7]，因此研究者應該將更多的時間和精力用于研究“人”本身，助推教育延伸到更寬廣的領域中，也為人們終身學習目標的實現開辟新途徑。

2.建議

未來，傳統學校將迎來人工智能教育全面普及的時代，教育將進入一個全新的發展時期，并將更具個性化、靈活性和多元化。未來，教育工作者也將由專業教師與人工智能系統共同擔任。因此，有必要牢牢把握人工智能的發展趨勢，做好適當的準備。具體可以從以下三個方面著手，實現人工智能與教育的良好整合。

（1）將人工智能教育列為國家戰略項目

要制定國家層面的戰略，明確未來人工智能發展的中期和長期計劃，并制定具體的實施辦法。眾所周知，人工智能技術的發展需要高端人才和經濟投入，只有將“人工智能+教育”上升到國家戰略層面，才能更好地保證相應技術的研發有條不紊地進行，并為其他技術的發展提供良好的指導，確保得到即時反饋。

（2）重視人工智能教育領域的人才培養

要制定一個專門的人工智能人才發展戰略，完善人才的培養教育。其中包括對教育目的、課程資源、教育形式等內容的構思，并確保有足夠的時間和空間進行實施。筆者認為，首先需要進行教師培訓，讓教師了解并掌握人工智能的相關知識與技術，這樣教師才能在課堂上有效地利用人工智能技術輔助教學。比如，在地理課堂上，利用人工智能技術可以讓學生更好地觀察太陽系，直觀地感受季節交替和行星旋轉，這種更直觀、更有趣的方式能夠幫助學生系統掌握知識[8]。

（3）對人工智能技術的應用進行合理規范

人工智能在為社會帶來發展機遇的同時，也為社會帶來了新的風險和威脅。相關部門需要制定相應的管理辦法，避免人工智能技術在教育教學領域被違反社會道德原則甚至違反法律法規的使用[9]。要將一些良好的道德標準和正確的價值觀融進人工智能研究中，以更好地保證人工智能始終在安全范圍內發揮作用。

五、結論

人工智能在教育領域的應用和發展還處于探索與研究階段。展望未來教育的發展趨勢，相信人工智能將是具有廣泛應用前景的技術手段，將為教育事業的發展提供莫大的支持，同時也會給人們的生活、工作和學習帶來更多便利，繼而更好地推動社會的發展進步。

參考文獻

[1]杜占元.人工智能與未來教育變革[J].中國國情國力，2018（1）：6-85.

[2]Dutton T，Barron B，Boskovic G. Building an AI World：Report on National and Regional AI Strategies[EB/OL]. [2018-12-06]. https：//www.cifar.ca/cifarnews/2018/12/06/building-an-ai-world-report-on-national-and-regional-ai-strategies.

[3]董麗麗，魯昱璇.加拿大人工智能人才培養戰略目標與舉措[J].世界教育信息，2019，32（14）：58-63.

[4]夏進.全球主要經濟體人工智能發展戰略觀察[J].大數據時代，2019（9）：58-72.

[5]周伯柱，趙晏強.加拿大人工智能發展現狀[J].科技促進發展，2019（8）：762-770.

[6]陳松云，何高大.機器智能視域下的教育發展與實踐范式新探——2018《美國機器智能國家戰略》的啟示[J].遠程教育雜志，2018，36（3）：34-44.

[7]王馥芳.大數據新發展：面向機器人的大規模知識引擎誕生[N].中國社會科學報，2015-05-25.

[8]鄭蘭琴，張璇，曾海軍.人工智能助力教與學的創新——訪美國教育傳播與技術協會主席Eugene G. Kowch教授[J].電化教育研究，2018，39（7）：5-11.

[9]倪偉波.人工智能與社會責任[J].科學新聞，2018（3）：61-63.

（責任編輯 ? 張慧籽）