人工智能時代高等教育變革及挑戰(zhàn)

楊翠麗 韓紅桂 喬俊飛 稂時楠 賈懋砷

[摘 要] 目前，人工智能正以超越人類預(yù)想的速度發(fā)展，并得到了世界各國領(lǐng)導(dǎo)人的高度重視。同時，人工智能在高校教育領(lǐng)域的應(yīng)用逐步深入。針對人工智能的發(fā)展歷程，分析了人工智能時代下高等教育變革，進而探討了高等教育面臨的挑戰(zhàn)。高校應(yīng)直面挑戰(zhàn)，只有把握住此次技術(shù)革命，才能促進高等教育的智能化發(fā)展。

[關(guān)鍵詞] 人工智能;高等教育變革;高等教育挑戰(zhàn)

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是模擬、延伸和擴展人腦智能理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用的一門新興學(xué)科[1]。隨著大數(shù)據(jù)、量子計算、類腦科學(xué)和云計算等技術(shù)的迅猛發(fā)展，人工智能技術(shù)也有了革命性發(fā)展。近年來，人工智能技術(shù)在醫(yī)療健康、公共安全、網(wǎng)絡(luò)空間安全、環(huán)境保護等領(lǐng)域產(chǎn)生了顛覆性變革，并成為改變?nèi)藗內(nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鲗W(xué)習(xí)的重要技術(shù)[2]。2018年4月，教育部出臺《教育信息化2.0行動計劃》，提出中國需要積極建設(shè)教育信息化可持續(xù)發(fā)展機制，積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，堅持信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的核心理念，構(gòu)建智能化、網(wǎng)絡(luò)化、個性化、終身化的教育體系[3]。2019年，習(xí)近平總書記曾指出，人工智能是引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動力。因此，要成為創(chuàng)新型強國必須在人工智能核心技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)有效突破。由此，如何將人工智能技術(shù)應(yīng)用于高等教育領(lǐng)域，提升傳統(tǒng)教學(xué)模式、教學(xué)方法，使得教學(xué)內(nèi)容和方法更加智能化和高效化，是實現(xiàn)高等教育改革的關(guān)鍵目標(biāo)。本文將基于人工智能發(fā)展歷程，討論人工智能引起的高等教育變革，進而分析人工智能時代高等教育面臨的挑戰(zhàn)。

一、人工智能的發(fā)展歷程

20世紀(jì)60年代，麥卡錫、明斯基、申農(nóng)等科學(xué)家首次提出“人工智能”這一術(shù)語，開創(chuàng)了人工智能學(xué)科[4]。到目前為止，人工智能的發(fā)展經(jīng)歷了三個重要階段。

第一階段是人工智能的誕生。1956—1976年是人工智能技術(shù)發(fā)展的第一次繁榮期。這一時期的重點是符號推理、機器推理和專家系統(tǒng)等。然而，由于計算機硬件計算能力不足和數(shù)據(jù)計算復(fù)雜度高等瓶頸難題，機器的邏輯推理能力難以實現(xiàn)，人工智能受到懷疑。同時，美國和英國政府相繼中斷人工智能研究的資助，人工智能技術(shù)的發(fā)展受阻。

第二階段是人工智能步入產(chǎn)業(yè)化階段。人工智能的第二次飛速發(fā)展階段為1976—1986年，美國、英國、日本等國家先后設(shè)立多個大型AI項目。同時，數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展在語音識別、機器翻譯等領(lǐng)域取得了很好的效果。但是，由于抽象推理和基于符號處理模型技術(shù)的限制，人工智能技術(shù)很難應(yīng)用于實際生活，人工智能技術(shù)再次發(fā)展滯緩。

第三階段是人工智能爆發(fā)性發(fā)展階段。2006年以來，Hinton提出的深度學(xué)習(xí)技術(shù)及ImageNet競賽中圖像識別技術(shù)的突破，掀起了AI研究的第三次熱潮。2016年3月15日，谷歌機器人Alpha Go戰(zhàn)勝韓國棋手李世石，使人工智能再次受到學(xué)術(shù)界、商業(yè)界和產(chǎn)業(yè)界的密切關(guān)注。同時，美國腦計劃、歐盟類腦計劃、中國《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》的制定，使得人工智能的研究取得了實質(zhì)性進展，其應(yīng)用范圍和前景廣闊。

2017年12月，在第七屆“吳文俊人工智能科學(xué)技術(shù)獎”頒獎盛典上，中國工程院院士、中國人工智能學(xué)會理事長李德毅指出，當(dāng)前人工智能沖擊最大的行業(yè)為教育行業(yè)，人工智能的發(fā)展歸根到底還是人才的培養(yǎng)。2018年4月，國家教育部發(fā)布《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》，推動人工智能在教學(xué)、管理、資源建設(shè)等全流程應(yīng)用，為我國躋身創(chuàng)新型國家前列提供科技支撐和人才保障[5]。因此，如何利用人工智能開啟人的智慧、化育人的心靈、傳承人類文明，是高等教育亟待解決的問題。

二、人工智能引發(fā)高等教育變革

人工智能已經(jīng)在人機交互、健康醫(yī)療、公共安全、環(huán)境保護等領(lǐng)域產(chǎn)生了重要變革，并取代了部分重復(fù)性、模式化的工作。同樣，在高等教育領(lǐng)域，人工智能逐漸將教師從簡單、機械煩瑣的“教學(xué)”工作中解放出來，從而能投入更多的時間和精力專注“育人”，使得學(xué)生學(xué)習(xí)潛力和能力得到充足發(fā)展。

（一）教師教學(xué)方式的變革

從教師的地位看，隨著人工智能的推廣，教育者已經(jīng)從教育活動的控制者轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭斯ぶ悄?教師”。傳統(tǒng)高等教育一般以授課教師為中心，以傳播知識為導(dǎo)向，采用標(biāo)準(zhǔn)的教材和統(tǒng)一的教學(xué)方法，通過組織學(xué)生統(tǒng)一學(xué)習(xí)進行知識傳授。人工智能依托移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等方面的技術(shù)創(chuàng)新成果，創(chuàng)建了眾多開放式、智能化教學(xué)平臺和智能化學(xué)習(xí)軟件，例如雨課堂、句酷批改網(wǎng)、麥可思智能助教等，這些平臺集智能備課、精準(zhǔn)教學(xué)、師生互動、測評分析、課后輔導(dǎo)等功能為一體。因此，人工智能可以輔助高校教師開展備課、授課、答疑等環(huán)節(jié)工作，智能設(shè)備會自動完成大量簡單、重復(fù)性、慣性的教學(xué)工作，減少教師教學(xué)任務(wù)及壓力[6]，教師具有更多時間和精力開展教學(xué)方法創(chuàng)新、復(fù)雜學(xué)術(shù)科研、學(xué)生情感關(guān)懷等工作。同時，針對零散化、碎片化的知識，人工智能能夠進行整理，并將相關(guān)知識進行歸納總結(jié)，針對不同領(lǐng)域研究人員進行知識、教學(xué)內(nèi)容的遠(yuǎn)程推送，打破不同領(lǐng)域不同學(xué)科之間的界限壁壘，幫助教師為不同的授課對象量身定做教學(xué)方案。

（二）學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變革

傳統(tǒng)高校體系以班級授課制和標(biāo)準(zhǔn)化教材為基礎(chǔ)，學(xué)生統(tǒng)一進行標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)模化學(xué)習(xí)。目前，人工智能已經(jīng)將學(xué)生學(xué)習(xí)活動變?yōu)槎ㄖ苹€性化的行為。例如：依據(jù)大數(shù)據(jù)捕捉單個學(xué)生的興趣偏好、學(xué)習(xí)習(xí)慣、目前知識水平和能力，設(shè)計不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容，制定合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)時間，根據(jù)反饋調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。同時，人工智能為學(xué)生提供了虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生學(xué)習(xí)空間和時間的選擇更自由。高校學(xué)生的學(xué)習(xí)不再局限于傳統(tǒng)的、固定的課堂學(xué)習(xí)，而是通過移動學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)、混合學(xué)習(xí)等來滿足“精準(zhǔn)化學(xué)習(xí)”的需求。未來，視覺情境教學(xué)將實現(xiàn)學(xué)習(xí)過程與實踐過程的有機融合，使得學(xué)生在問題解決和項目實踐中提升專業(yè)技能。因此，課堂組織形式不再以課堂講授為主，討論、實驗、啟發(fā)式學(xué)習(xí)成為主流形式。另外，存儲常識性和專業(yè)性知識的大規(guī)模數(shù)據(jù)庫的建立極大豐富了高校學(xué)生的知識儲備。高校學(xué)生無須花費大量時間和精力查找和梳理知識點，而通過簡單搜索就能在最短時間內(nèi)獲取相關(guān)資料。學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)荷降低，具有更多的思考空間和時間，學(xué)習(xí)活動從傳統(tǒng)的知識記憶變成知識整理、知識融合、知識應(yīng)用過程。

（三）教學(xué)資源分配的變革

傳統(tǒng)高校教育模式下，不同地區(qū)、不同類別的高校在教學(xué)資源上存在巨大差異，教學(xué)資源分配非常不平均。隨著人工智能的發(fā)展，傳統(tǒng)高校逐步發(fā)展為一個包含教師、智能設(shè)備的智能化教學(xué)平臺[7]。該平臺可以打破時間、空間的立體式學(xué)習(xí)場域，使得更多人享受一樣的教育資源，從而進一步促進教育公平，幫助落后地區(qū)拉平教育資源差距，解決高校教育資源稀缺問題。同時，人工智能還將打破學(xué)校教育和社會教育的壁壘，學(xué)校教育將成為社會教育的理論基礎(chǔ)，社會教育將為學(xué)校教育提供實踐基地，教育資源的配置更加均衡，學(xué)生學(xué)習(xí)、成長空間更自由和廣闊。特別需要提到的是，人工智能還可以為殘疾、障礙人群等特殊人群提供了接受高等教育的機會。人工智能可以為特殊人群提供輔助性設(shè)備，幫助其適應(yīng)外部環(huán)境，縮小特殊人群與正常人群在身心功能上的差異，幫助特殊人群提高生活學(xué)習(xí)技能。例如，為了有效幫助視力障礙者識別書本或者屏幕文字信息，麻省理工學(xué)院自主研發(fā)了便攜式、可朗讀文本的智能設(shè)備。為解決殘疾人群學(xué)習(xí)的問題，國內(nèi)高校也利用人工智能技術(shù)進行了多項改革，例如北京工業(yè)大學(xué)設(shè)計出具有爬坡、自動拐彎功能的智能論文，為殘疾人群提供更好的學(xué)習(xí)環(huán)境。

（四）人才培養(yǎng)模式的變革

傳統(tǒng)的高等教育人才培養(yǎng)模式是重理論輕實踐，其培養(yǎng)了大批具有同一思維模式、同一標(biāo)準(zhǔn)模式、為就業(yè)而就業(yè)的職業(yè)性人才。人工智能是一個高度學(xué)科交叉的方向，其包括計算機、自動化、數(shù)學(xué)、機械、哲學(xué)、心理學(xué)等多個學(xué)科方向。為了適應(yīng)人工智能時代，當(dāng)代高校人才培養(yǎng)在人工智能學(xué)科與心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、數(shù)學(xué)、社會學(xué)、法學(xué)等相關(guān)學(xué)科進行交叉融合的基礎(chǔ)上，注重培養(yǎng)研究型人才、創(chuàng)新型人才，增強學(xué)生創(chuàng)新能力、思考能力、審美能力和健全人格的培養(yǎng)，開發(fā)培養(yǎng)和挖掘不同個體的潛質(zhì)和精神氣質(zhì)，以不同形式培養(yǎng)不同層次、不同領(lǐng)域的人工[8]。另一方面，當(dāng)代高等教育更注重研究問題驅(qū)動式學(xué)習(xí)、模塊式學(xué)習(xí)、和基于項目的學(xué)習(xí)方式。同時，借助人工智能和跨學(xué)科交叉的課程學(xué)習(xí)，教師以真實的專業(yè)領(lǐng)域工程問題（大數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能化需求）為依托，將多學(xué)科交叉與產(chǎn)業(yè)需求項目研究結(jié)合起來，讓學(xué)生在工程實踐過程中主動學(xué)習(xí)和建構(gòu)多學(xué)科交叉知識，從而培養(yǎng)學(xué)生的人工智能思維、實踐和知識靈活運用的能力。

三、人工智能時代高等教育面臨的挑戰(zhàn)

隨著人工智能時代的到來，人工智能與高等教育的有機融合大力推動了高等教育領(lǐng)域的變革，推進了高等教育的進步。但是，高等教育領(lǐng)域的教師職責(zé)、人才培養(yǎng)理念、專業(yè)結(jié)構(gòu)、管理方式也同時面臨巨大挑戰(zhàn)。

（一）高等教育教師角色的挑戰(zhàn)

隨著人工智能技術(shù)飛速發(fā)展，教師成為高等教育改革的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但同時也面臨一些挑戰(zhàn)。首先，各類智能教學(xué)設(shè)備逐步替代高校內(nèi)一些固定工序、標(biāo)準(zhǔn)范式、重復(fù)性勞動，教師教學(xué)效率大幅提升，有效解決了師資力量貧乏、教學(xué)投入不足的難題。但同時，學(xué)科基礎(chǔ)知識講授的任務(wù)將會逐步被智能教學(xué)設(shè)備替代。例如，智能機器人會逐步替代語言類教師所從事的閱讀、聽力、口語、寫作等方面的輔導(dǎo)。同理，智能機器人或者設(shè)備會逐步替代基礎(chǔ)法律課堂、基礎(chǔ)歷史課堂、簡單實驗操作等重復(fù)的、簡單的課程。其次，為了適應(yīng)人工智能時代的高速發(fā)展，高等教育對教師的職業(yè)要求會逐步提高，高校教師需要不斷提高自身溝通能力和想象力，同時需要加強自身創(chuàng)造力和批判力，以及復(fù)雜問題的解決能力[9]。另外，人工智能在知識儲備量、知識傳播速度及教學(xué)講授手段等方面超越人類，教師的知識權(quán)威面臨極大挑戰(zhàn)。面對人工智能的沖擊，教師應(yīng)該具備危機意識和改革意識，加強自身學(xué)科知識水平和職業(yè)素養(yǎng)，同時要清楚認(rèn)識到教師這個角色的不可替代性。不管人工智能如何發(fā)展，變的是教育手段和方式，不變的是教育目的與本質(zhì)。

（二）高等教育人才培養(yǎng)理念的挑戰(zhàn)

為了順應(yīng)人工智能時代的發(fā)展，現(xiàn)有的高等教育人才培養(yǎng)模式面臨兩大挑戰(zhàn)。第一，強化“以學(xué)生為創(chuàng)新中心”基本理念的貫徹執(zhí)行。目前，部分高校的人才培養(yǎng)模式仍然以傳統(tǒng)知識傳授為主[ 10 ]。因此，高等教育應(yīng)改變灌輸式的教育方式，進一步降低應(yīng)試教育的空間，降低學(xué)生對具體知識的強化記憶，加強學(xué)生學(xué)習(xí)方法的培養(yǎng)，提高學(xué)生解決復(fù)雜問題的思維方式和思維能力。第二，時代在發(fā)展，科技在進步，自主性、個性化的復(fù)合型人才在未來更受企業(yè)、社會的青睞。因此，高等教育需要強化個性化教育理念。如何利用人工智能技術(shù)判斷每個學(xué)生的個性與特點，滿足學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求，有序?qū)W(xué)生學(xué)習(xí)進度開展個性化學(xué)習(xí)指導(dǎo)，是高等教育亟待解決的難題。未來的發(fā)展中，高等教育要以解放學(xué)生思想、挖掘?qū)W生潛能為目的，滿足學(xué)生個性化培養(yǎng)需求為宗旨，將高等教育個性化教學(xué)真正落到實處。

（三）高等教育專業(yè)結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)

人工智能時代，社會發(fā)展需要的是一種具備科學(xué)素養(yǎng)和人文素養(yǎng)的復(fù)合型人才，高校教育目標(biāo)從知識傳授轉(zhuǎn)向批判能力、社交能力、創(chuàng)造力、實踐能力等核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。同時，知識的多元化和不確定性是培養(yǎng)創(chuàng)新思維的重要方式。因此，與人類研究相關(guān)的專業(yè)，例如美學(xué)、藝術(shù)、人文、社會、哲學(xué)等需要大力倡導(dǎo)及發(fā)展。同時，由于人工智能的廣泛應(yīng)用，一些有重復(fù)性、規(guī)范性、工序固定、可重復(fù)驗證特征的職業(yè)將會被人工智能替代，高校專業(yè)結(jié)構(gòu)將會發(fā)生變化，例如會計、翻譯、審計、機械操作等專業(yè)或被取消、或規(guī)模驟減、或面臨轉(zhuǎn)型，有關(guān)人工智能開發(fā)、設(shè)計、智能機器維修的相關(guān)專業(yè)將會成為熱門專業(yè)。另外，人工智能時代高等教育人才培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變需要進行知識交叉融合與知識體系重構(gòu)。而知識的深度融合與交叉創(chuàng)新，意味著不同學(xué)科彼此交織滲透，學(xué)科邊界將逐漸模糊化，新型學(xué)科將跨越大文大理，傳統(tǒng)單一專業(yè)的知識傳授途徑將可能被“學(xué)科交互式”相結(jié)合的新途徑替代。因此，如何根據(jù)人工時代發(fā)展的特點設(shè)置高校專業(yè)，是高等院校亟待解決的難題。

（四）高等教育管理方式的挑戰(zhàn)

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的升級換代，高校將通過信息化程序執(zhí)行課程選擇、學(xué)籍管理、學(xué)生信息管理、教師教學(xué)管理、科研管理等工作，如何通過平臺發(fā)布統(tǒng)一的信息，又能同時獲取學(xué)生、教師、管理者等的使用信息，全面實現(xiàn)高效率的信息化管理，是高校管理者面臨的一個重大挑戰(zhàn)。另外，高校可以利用人工智能的語音識別、大數(shù)據(jù)分析、人機對話等功能，分析學(xué)生記錄學(xué)生學(xué)習(xí)行為、記錄并分析學(xué)生課外表現(xiàn)，從而針對不同學(xué)生設(shè)計個性化培養(yǎng)方案。不幸的是，學(xué)生活動信息的采集會或多或少的涉及教師和學(xué)生的肖像、隱私、行動信息。該類信息若處理不當(dāng)，必然造成管理混亂，甚至引發(fā)法律糾紛。因此，如何合理利用采集的教師、學(xué)生信息，是高校管理需要解決的難題。高等教育教學(xué)過程中，會產(chǎn)生大量作業(yè)、考試、評測活動等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的采集與分析對后期教學(xué)活動的指導(dǎo)具有重要意義。但是，目前很多高校在信息管理中對數(shù)據(jù)的重要性沒有高度重視，各個管理模塊之間聯(lián)系薄弱，難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效采集和合理利用。例如，部分高校僅僅實現(xiàn)了課堂教學(xué)實錄的保存，學(xué)生試卷的掃描等工作，這些僅僅是非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，而不是可處理、可分析的數(shù)據(jù)。因此，如何將高校教學(xué)過程中的信息轉(zhuǎn)變?yōu)閷Ω叩冉逃袔椭倪^程化數(shù)據(jù)，是高等教育管理面臨的另一個挑戰(zhàn)。

四、結(jié)語

隨著人工智能時代的到來，人工智能已經(jīng)滲入高等教育的各個方面，高等教育從傳統(tǒng)的知識傳授轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳芰橐⒅R為基、學(xué)生為本”。人工智能與高等教育的有機融合勢必減少簡單的、慣性、重復(fù)性工作，促進教師教學(xué)方式、學(xué)生學(xué)習(xí)方式、教育資源分配、人才培養(yǎng)模式的變革。同時，也導(dǎo)致高等教育教師職責(zé)、人才培養(yǎng)理念、專業(yè)結(jié)構(gòu)、管理方式面臨巨大挑戰(zhàn)，改革不可避免，直面迎接挑戰(zhàn)才是出路。對高等教育而言，重視和把握此次技術(shù)革命，對高等教育培養(yǎng)理念、模式、過程做出積極應(yīng)對，開創(chuàng)科學(xué)化、精細(xì)化、個性化的復(fù)合型人才培養(yǎng)模式，才能在未來發(fā)展中贏得先機，促進高等教育的智能化發(fā)展。

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