人工智能與教育融合及展望

黃宇星　張武威

【摘要】隨著教育信息化及人工智能技術的發展，人工智能與教育融合已成為教育變革與創新的重要內容。人工智能技術的發展及其在教育中的應用，推動了教育智能化進程;當今，在教育信息化融合創新發展的前提下，大數據、互聯網、物聯網及人工智能與教育的融合，將為教育的新生態構建奠定基礎。本文從人工智能與教育融合發展著手，闡述了人工智能與教育融合的價值及應用模式，并展望未來人工智能與教育融合的應用趨勢。

【關鍵詞】人工智能 教育融合 創新發展

一、人工智能與教育融合發展

人工智能（Artificial Intelligence，簡稱AI），是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的新興技術科學。1956年，約翰·麥卡錫，在美國達特茅斯學院會議上，正式提出“人工智能”一詞之后，人工智能與教育融合經歷了以下發展階段。

1. 誕生及興起階段：1956-1966。自1956年開始，AI開始在機器翻譯、定理的證明以及博弈等方面開展研究，取得了一定的成果。本階段，AI主要應用于代數問題求解、幾何定理證明，以及代替人進行邏輯推理和問題求解等簡單智能工作，難以應對現實世界復雜的領域問題，并由于受到計算機計算能力的限制等因素的影響，研究一度跌入低谷。

2. 興旺發展階段：20世紀70年代中期至80年代末期。1977年，費根鮑姆在第五屆國際AI聯合會議上提出了“知識工程”的概念，給AI的發展帶來新的轉機。人工智能開始對人的語言理解、邏輯推理、求知解答等能力的模擬。1980年以后，AI的研究開始將人類知識引入AI系統，專家系統和人工神經網絡取得新進展，AI與教育融合應用的成果，開始呈現上升態勢。但是由于當時的專家系統面臨著“知識工程瓶頸”問題，以及受到計算機技術的限制，發展一度受挫。

3. 高速發展階段：21世紀初以來。步入21世紀以來，隨著計算機技術的飛速發展，以及計算機算法的突破，AI與教育融合進入高速發展階段。2006年，加拿大計算機科學家喬弗瑞·欣頓提出“深度學習”，開啟了深度學習研究和應用。2010年以來，伴隨著機器學習、深度神經網絡研究，非結構化數據處理能力提升，以及大數據分析、數據挖掘技術的應用，AI與教育融合更加關注診斷與識別、智能導師系統、智能代理與教學應用。

二、人工智能與教育融合價值

AI與教育融合的價值，在于實現教育的增能、使能和賦能，進而實現教育的最優化。

1. 創新教育供給，促進教育均衡發展。隨著“互聯網+”AI的發展，AI與教育融合，創新教育服務的供給模式，使教育服務體現智慧化、個性化、多元化、系統化的特征，并能最大限度地優化區域教育資源配置，促進區域、城鄉和校際之間的教育均衡，從而縮小數字鴻溝、縮小差距，讓不同地區、民族差異的學生，都能獲得全納和公平的教育機會，促進教育均衡發展。

2. 促進終身學習，構建終身學習服務?；贏I的在線學習平臺，通過數據挖掘對學習者進行分析，并為成人學習者提供擴展知識和技能，為構建終身學習奠定基礎。智能在線學習平臺的構建，可以使不同的學習風格、性格特征、興趣特長、素質潛能的學習者，都能通過終身學習平臺獲得所需的資源，讓學習能夠伴隨人的一生，實現“人人皆學、處處能學、時時可學”。

3. 賦能教育教學，助教師一臂之力。隨著AI與教育融合的深入，教師將與智能教學助理協同工作。智能教學助理可以幫助教師完成一些重復簡單的教學任務，如作業批改、教育資源查詢、日常事務管理等，以減輕教師工作負擔，使教師可以更加專注地開展課堂教學，個性化學習指導，學習診斷與改進，心理健康管理與疏導，情感態度和價值觀的培養等工作。

4. 變革學習方式，促進個性化學習。AI與教育融合，為自主、合作、探究學習方式變革奠定基礎。智能導師系統及教育機器人的應用，能夠根據學生不同的認知水平、自身素質以及學習能力，制訂具體的、個性化的學習方案。還可根據學生個性化的需求，推薦最適合學習的內容，為每個學生創建自適應的學習體驗，從而高效、顯著地提升學生的學習效果。

5. 優化教育管理，提高績效及決策能力。通過教育管理智能決策支持系統，解決教育管理過程科學化的問題。智能決策支持系統可實現學校教育管理數據的匯聚與交換，形成學校、教師、學生等多級數據體系，并通過度量、分析、診斷、預測等模型，實現校園數據的有效管理與處理，生成可視化數據圖表。通過深度數據挖掘，為教育管理者決策提供依據，使管理過程更科學、精準。

6. 構建教育生態，促進智慧教育發展。在新興信息技術發展背景下，大數據、物聯網、虛擬現實、可穿戴技術以及AI與教育的融合，將構建教育新生態，促進智慧教育的發展。通過AI技術，構建智能教學系統、智能代理系統、智能答疑系統、智能化教育決策支持系統等。還能將AI技術嵌入教育教學系統或平臺中，形成數字化評價、適應性學習、數據管理系統等，為教育新生態的構建奠定了基礎。

三、人工智能與教育融合模式

當前，AI與教育融合的模式趨于多樣，主要體現在以下幾個方面。

1. 智能導師系統。智能導師系統（ITS）是指將某教育領域專家的知識、資源和研究成果（專家系統），經科學分析、智能判斷和整合，為學生提供全面、有效的教學系統。ITS是一種自適應學習系統，運用數據挖掘、收集和分析學生的基礎和學情信息，通過對學生的認知及行為建模、學科知識點建模，生成學科知識圖譜，以向學生提供個性化的學習路徑和資源，實現個性化教學。

2. 智能考試、測評、閱卷系統。智能考試系統，是通過學生、教師及管理員模塊，實現智能組卷、題庫管理、在線測評考試、網絡閱卷、成績統計分析等一體化功能系統。智能測評及閱卷，基于圖像、文字、語音識別，自然語言處理，大數據等技術，實現對學生作業的智能測評、批閱、生成學情報告和個性化的錯題集，進行智能匯總和統計分析，提高了閱卷效率，并反饋給教師、家長和學生，實現個性化的學習推送，促進自適應學習。

3. 課堂觀察及注意力監測?；贏I的課堂觀察，運用深度學習、人臉識別、情感識別、動作識別、語音識別等技術，對課堂的教學情況進行有效觀察和分析。系統可以對學生在課堂上的行為表現進行監測及分析，幫助教師、家長更好地了解學生情緒和學習狀態，并通過智能決策，及時改進教學方法，提高教學績效。

4. 智能教育機器人。智能教育機器人基于圖像識別、語音識別以及自然語言處理等技術，通過人機交互技術，實現人機對話、在線答疑，快速、準確地獲取所需的資源，并通過大數據分析，解決學習者學習過程中的問題，促進學生個別化教學。

5. 智能教育管理。利用AI技術，通過各種終端設備和AI算法模型，跟蹤、記錄、評價教師和學生的表現，改善教育管理與服務水平，提升教育系統整體效能。智能教育管理平臺，全面打通課前、課中及課后的教學測評數據，實現教育質量的動態監測，并為學生和教師提供個性化學習和發展服務，實現師生發展定制化、教育管理智能化。

6. 智慧校園及教育新生態構建。將AI技術與大數據、可穿戴等技術結合，構建智能開放的教育管理、智慧教學、智慧評價、智慧文化、智慧生活環境，促進智慧校園及教育的新生態構建，從而服務于學校教育、教學及管理的完整體系。還可將AI技術與學?，F有的應用系統（如教務、圖書館、一卡通等）進行集成，從而進一步提升校園的管理效率與水平。

四、人工智能與教育融合展望

AI與教育融合，已成為未來教育變革的重要趨勢。2019年3月，聯合國教科文組織發布《教育中的人工智能：可持續發展的挑戰和機遇》報告，提出利用AI改善學習和促進教育公平，利用人工促進AI為學習者的未來做準備。該報告展現了AI教育發展與變革的新趨勢，對引領AI與教育融合發展具有重要意義。

2019年5月，聯合國教科文組織在北京召開了首屆人工智能與教育大會，會議主題為“規劃人工智能時代的教育：引領與跨越”，形成成果文件《北京共識》?！侗本┕沧R》提出，要制定相應政策，推動AI與教育、教學和學習系統性融合，利用AI加快建設開放靈活的教育體系，促進全民享有公平、有質量、適合每個人的終身學習機會?！侗本┕沧R》倡議，要支持對與新興AI技術發展相關的前沿問題進行前瞻性研究，探索利用AI促進教育創新的有效戰略和實踐，以期在AI與教育領域構建具有共同價值觀的國際共同體。展望未來，AI與教育的融合將出現新的發展趨勢。

1. 教育教學模式融合創新。近年來，在智能教學系統中，跨界學習及協作型教學模式得到越來越多的重視和研究。隨著“互聯網+教育”的發展，新型信息技術包括虛擬現實技術、增強現實技術、3D打印技術、體感技術等在教育中的應用，新型的教育方式應運而生，包括創客教學、STEAM教學、基于項目學習（PBL），以及基于設計思維跨學科教學等模式，進一步促進了AI與教育的融合創新發展。

2. 教育體系機制創新。隨著AI與超媒體技術、互聯網、物聯網以及虛擬現實技術的融合，對教育體系的促進更加突出。將傳統AI與神經網絡模糊決策機制相結合，可從微觀方面進行認知模擬，著力實現模仿人類右腦的模糊處理功能和整個大腦的并行化處理功能。這將探索一種新的智能處理模型：把神經網絡的模糊決策機制和符號專家系統的推理能力結合起來，利用多重知識源、多種模型進行復合協同處理。

3. 學科融合創新，構建智慧教育新生態。將加強AI與教育學、學習科學、信息科學、生命科學、腦科學、社會學、倫理學等領域的深度交叉融合，實現AI理論和技術的突破，為AI時代教育新生態的構建奠定理論基礎;注重AI與信息技術及領域的融合，包括大數據、互聯網、物聯網、虛擬現實、機器人學、可穿戴技術、增強現實等有機融合，為構建教育新生態奠定重要的技術基礎;注重AI新的研究和應用領域的拓展，包括分布式AI與智能代理、計算智能與進化計算、數據挖掘與知識發現以及人工生命等，進一步開拓新的研究方向，大力開展人工智能與相關學科的交叉研究，構建智慧教育新生態。

人工智能與教育的融合發展，將帶來教育生態、教育文化的變革與創新。人工智能以及互聯網、云計算、物聯網、虛擬現實、大數據等技術的飛速發展，使教育的革命性變革成為現實，它打破了傳統教育體系的形態，使其向更加靈活、更加人本的智慧教育新生態邁進。

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