人工智能助推鄉村教育振興的技術框架及模型

倪侃 倪其育

（揚州大學 江蘇省揚州市 225009）

教育是強國之本，它事關億萬少年兒童的健康成長，事關國家的發展和民族的未來。如何使教育均衡發展，保障教育公平，是我們必須關注的重大問題。

1 振興鄉村教育是社會發展的時代要求

當前，我國社會主義建設已經進入新的時代，其主要矛盾已經轉化為“人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾”。在教育領域，其主要就是教育公平的問題。“發展更加公平更有質量的教育[1]”是發展教育工作的總基調。

1.1 教育公平的需求

《辭海》中公平的定義為：“作為一種道德要求和品質，按照一定的社會標準（法律、道德、政策等）、正當的秩序合理地待人處事，是制度、系統、重要活動的重要道德性質。”可見，所謂教育公平，并不等同于教育的平等，它主要包含教育資源配置的機會平等、能力差異和弱勢補償等三個合理性原則。

根據教育公平原則，我國當前的教育不公平體現在哪里？一方面城市學校在師資隊伍、硬件設施、經費投入，以及生源的質量與升學率等方面，都明顯優于鄉村學校。另一方面東西部地區學校教育和城鄉教育的差別仍是影響我國教育公平的重要因素。因此，振興鄉村教育是實現教育公平的主要環節。

1.2 鄉村學校是學校教育的重要組成部分

《國務院關于基礎教育改革與發展的決定》提出了 “按照小學就近入學、初中相對集中、優化教育資源配置的原則，合理規劃和調整學校布局”。在經過一輪“撤點并校”的大潮之后，鄉村學校仍然會以一定的規模存在。據近期的一次調查顯示，鄉村學校數仍然占較大比例，如表1所示。可見，以教育公平的視角來看，振興鄉村教育，仍是重中之重。

2 鄉村教育面臨的突出問題

目前，我國社會各界都一致公認，要想實現鄉村振興，就必須大力提高鄉村教育的水平。然而鄉村教育的種種問題又時刻困擾著我們，主要表現在以下幾個方面。

2.1 鄉村學校師資力量的匱乏

學校的師資力量是影響教育質量的一個重要因素。因流失和補充跟而不上造成了鄉村學校師資力量的缺乏。針對這一現狀，國家持續制定相關政策法規、采取應對措施，如采取免費師范生政策、“特崗計劃”以及“鄉村教師支持計劃”等措施，來大幅擴充中西部地區和鄉村教師的隊伍，提高隊伍的素質。2012年農村基礎教育專任教師學歷合格率在學前、小學、初中和普通高中分別為 58.99%、81.73%、66.48%和95.40%，到2015年分別提高至69.72%、89.73%、76.07%和96.99%。這對于促進中西部和農村地區的教育發展至關重要[3]。但盡管如此，城鄉學校的師資依然存在較大的差別。

圖1：人工智能+教育的典型應用系統框圖

2.2 鄉村家庭教育的缺失

鄉村尤其是西部地區的鄉村，是我國主要的勞務輸出區域，年輕的父母們大多外出進城打工，他們常常把子女留給年老的長輩們看管，“大人打工，老人育兒”已經成為我國鄉村的普遍現象，由于監管的不到位，孩子缺少有效的教育和引導，相當一部分學生學習態度和行為存在問題，逃課、上課調皮、走神、不愛學習等現象時常發生，這嚴重影響了教育教學活動的開展。

2.3 基礎教育設施的不夠完善

從我國義務教育的整體水平來看，西部鄉村的義務教育還是存在較為滯后的情況，這已成為影響教育公平的重要領域。進入本世紀，黨和國家對農村義務教育的投入力度不斷加大，特別是在我國的中西部農村地區，每年投入經費都保持在3% 以上的增加，這使得農村義務教育學校的基礎教育設施、師資隊伍建設等都較以往有了很大的發展。但從實際來看，西部農村地區義務教育硬件基礎設施還是存在著數量不夠的現象，大班額的情況也常常存在。

通過分析可以發現，鄉村教育的核心問題就是人力資源和環境資源問題。

3 人工智能助力鄉村教育振興的技術路徑

面對鄉村教育存在的問題，在當今信息化時代，搭載著云計算、大數據、虛擬現實、“互聯網+”及5G通信等眾多先進科技的人工智能技術，以它強大功能應用于教育領域，能很好地解決相關問題，必將成為鄉村教育振興的強力支撐。

表1：鄉村、城鎮中小學校數量[2]

人工智能屬于計算機科學的分支，是跨世紀的尖端技術，它主要研究使計算機怎樣模擬人的某些思維過程和智能行為（如學習、推理、思考、規劃等）的學科，包括計算機實現智能的原理、制造類似于人腦智能的計算機，使計算機能實現更高層次的應用[4]。其在許多領域、一定程度上代替了人的行為。目前人工智能的理論和技術日益成熟，應用領域不斷擴大。運用人工智能+教育來助推鄉村教育振興，主要集中在以下方面的工作。其結構框圖如圖1所示。

3.1 教育環境智能化

在智能教育環境中，主要實現自然交互、任務驅動、直觀可視、智能管控、自動適應、情境感知、異構通訊、無線移動等功能。

3.2 智能支持學習過程

人工智能技術在學習場景中的應用，既可成為學生學習的智能導師、智能伙伴；也可智能感知學生在學習過程中的行為和情緒變化；還能對學生的學習過程進行診斷、分析、測評，從而實現給予學生學習過程的智能支持。

3.3 智能的教育評價

人工智能技術在教育評價中的應用，可使之不再止于靜態的利用問卷的形式，對學生掌握知識的程度來進行定點測量，而是利用多種人工智能設備對學生的高級認知、元認知、心理以及身心健康等方面進行多維度的綜合評價。這種評價不是固定于已設的時間節點，而是隨機智能地對學生表現來進行持續追蹤，從而使評價更加全面、有效。

3.4 智能教師助理

人工智能技術可幫助教師高效處理多項事務，如智能機器代理教師可完成日常教學、教學研究、專業學習與發展等工作任務。

3.5 智能教育管理與服務

人工智能促進教育公平，打破時間和空間的限制，能自動推薦教師服務；基于大數據的教育智能決策，通過教育管理信息系統的數據，提供宏觀決策、動態監管、綜合分析及公眾數據服務等方面的功能。

由此可見，人工智能在教育中的有關應用，是解決鄉村教育面臨的突出問題的有效途徑。

4 人工智能促進鄉村教育的應用模式

通過上面的討論，我們發現人工智能+教育的典型應用領域的相關功能，恰恰契合了解決鄉村教育的突出問題。針對鄉村教育存在的問題，借助人工智能技術，我們構建如圖2所示的智能教育模型，它能有效地擔當振興鄉村教育的重任。

人工智能在教育中的應用主要體現在：人工智能技術正在日益與教育的核心場景和業務相融合，促進了教育領域核心場景和業務的自動化、智能化，大幅提高教育者和受教育者的教育和學習效率，從而創新了教育生態。

其系統是基于高速多媒體網絡、云計算、智能決策平臺系統共享大數據的資源，對分布的各鄉村學校站點平臺、學校及家庭的用戶終端，進行環境構建、資源共享、任務分配、監測響應等，從而實現一系列智能決策功能。

首先，依托智能決策平臺，智能教師助理通過人機對話，可以智能高效地完成教學設計、日常教學與輔導、出題、答題與批閱、個性化作業及評價報告生成等等方面的任務。在一定程度上可以代替和輔助教師，從而減輕教師負擔，提高教育質量，進而解決師資匱乏的問題。

圖2：智能教育構成圖

其次，個性化學習的微環境。通過精品教學資源、精準數據分析、精確教學地圖及精細學生管理，以及教育質量動態監測，可全面掌握與跟蹤學生學習和教師教學的過程數據，利用智能設備獲取眾多細粒度數據，定制化教育服務，可以精準高效地為學生提供“因材施教”的個性化學習體驗。從而有效地解決家庭教育的缺失問題。另外，智能學伴亦能提供個性化智能教學路徑。

再則，創設了多層次的智能教育環境。一是包括基于大數據資源的宏觀智能平臺，它能實現物理空間與虛擬空間的融合來實現跨區域的教育應用；自動感知師生需求，自動提供智能服務；提供無處不在的智能學習環境和人機關系；滿足學習發生的各種需求。二是包含校本特色資源的智能環境。主要有“物聯網+”的智慧校園、校園安全系統、智能圖書館、智能書寫系統、智能教室應用場景等。

隨著智能設備不斷普及其添置的成本在迅速下降，隨著國家對偏遠落后的鄉村教育投入力度的不斷加大。在精準扶貧、振興鄉村的政策的指引下，這種鄉村基礎教育設施的不完善的問題就會迎刃而解。

教育公平需要振興鄉村教育，鄉村教育的振興離不開政策、人力、物力及技術的支撐。人工智能作為一個前沿的研究領域，其研究的深度和廣度不斷擴大。它已對教育的各個領域提供越來越多的支持。其核心是必須加強人工智能+教育資源的建設和對此不斷完善，相信未來人工智能+教育一定能夠有效促進鄉村教育振興，使之得到跨越式發展。