數字教育出版與人工智能融合發展研究

王涵?江靜怡?葉陽

【摘要】數字教育出版與人工智能融合是順應教育信息化的必然要求。以人工智能為代表的技術，推動知識秩序重構及教育模式改變，被視為科技賦能數字教育出版產品的最佳選擇。助力數字教育出版回歸知識本體，重塑知識表征形式，創新敘事手段，輔助自適應平臺發展，在數字教育出版流程創新與教育出版的高質量發展中具有重要意義。

【關? 鍵? 詞】數字教育出版;知識服務;教育出版智能化

【作者單位】王涵，武漢理工大學法學與人文社會學院;江靜怡，武漢理工大學法學與人文社會學院;葉陽，江漢大學人文學院。

【基金項目】武漢研究院開放性課題（IWHS20212078）階段性成果;江漢大學高層次科研項目（3015/082101

02）階段性成果。

【中圖分類號】G230.7【文獻標識碼】A【DOI】10.16491/j.cnki.cn45-1216/g2.2022.16.014

2022年2月，《教育部2022年工作要點》發布，提出實施教育數字化戰略行動，即強化需求牽引，深化融合、創新賦能、應用驅動，積極發展“互聯網+教育”，加快推進教育數字轉型和智能升級。伴隨人工智能技術在數字教育出版領域應用日趨深入，數字教育出版在教、學、測、評、管各環節呈現智能化與交互化有機結合的融合實踐，是教育出版轉型升級的有效途徑。由此，數字教育出版與人工智能融合發展成為順應教育信息化和數字化戰略發展的必然要求。在此背景下，數字教育出版面向教育數字化戰略，抓住發展契機，打破媒體邊界，大力推進融合人工智能的新興出版范式，合理把握教育新理念、新模式，具有重要意義。推進數字教育出版與人工智能融合發展，將有助于教育出版機構設計出教材、教學、課程一體化，且符合學生學習規律，體現素質教育導向，聚合知識服務功能的個性化數字教育出版產品。高質量的數字教育出版能夠大力提升教育教學質量，有助于推動教育數字化戰略。

一、數字教育出版發展現狀與問題

信息技術推動教育信息化與數字出版活力釋放，同時也催生出數字教育出版的概念。 數字教育出版是由多元主體共同參與的具有過程評價效果適用性的知識生產與傳播活動[1]。其主要產品形態涉及數字教材、數字資源庫、在線課程、智慧教育平臺、學習類APP、在線測評、在線培訓等，既包含傳統教育出版數字化轉型后的資源、產品與服務，也包括新興互聯網公司、在線教育公司推出的教育教學產品及服務，是一個既面向學校義務教育出版，又面向社會商業教育出版的多元化、開放性產品矩陣。

其中，教育出版機構近年來開始對以數字教材為代表的數字教育出版領域產品的關鍵技術、機制和標準等展開深入研究。2021年11月，由人民教育出版社牽頭的國家新聞出版署數字教育出版技術與標準重點實驗室正式揭牌。2022年，市場監管總局（標準委）發布了首批中小學數字教材國家標準，提出了能夠兼容教育領域和出版領域的總體方案。數字教材建設作為我國教材建設工作中的一部分，已被納入教材創新工作。數字教育出版兼具實現出版高質量發展和教育高質量發展的作用，成為保障教育信息化公平的主要途徑，但在發展過程中仍然存在如下問題。

1.數字教育資源開發能動性不足

隨著數字教育出版用戶群體不斷擴大，服務于新課程改革目標，支撐用戶個性化學習發展的數字教育資源開發尚且不足。市場中數字資源產品服務形態主要傾向于題庫類、在線家教類及作業輔導類產品，存在同質化問題，而以學生為中心的智能教學類資源、課程和服務偏少。面向開放性、共享性、交互性與協作性特征的教育需求，如何解決數字教育出版與教育教學實踐兩張皮的問題，是教育出版機構需要思考的問題。教育出版機構亟須借助人工智能、大數據等技術，發揮技術驅動的內容聚合優勢，使數字教育出版產品融入學生專業學習、思維能動性提升與整體素養提升等方面。作為教學方式與教育理念創新發展主體的教師，也應獲得相應的數字教育培訓資源與服務。除教育部門外，出版機構、新興互聯網企業、在線教育公司等可以進一步對此領域展開探索。

2.市場主體多元導致產業格局分散

目前，從事數字教育出版的單位包含出版機構、新興互聯網企業、在線教育公司等，出版、教育、媒介的邊界逐漸模糊。從數字教育出版產業鏈來看，傳統教育出版機構技術支撐相對薄弱。少數互聯網企業、在線教育公司、硬件商、網絡運營商擁有更多強有力的技術力量，為搶占市場、爭奪話語權而破壞內容與技術提供商的收益分配與版權關系生態，導致兩者無統一標準，數字教育出版產業資源配置不合理，難以形成廣泛合作的產業鏈條和共贏機制。

3.需求匹配的技術融合能力亟待提升

使數字教育適應混合應用場景的關鍵是技術的加持。從數字化、移動化再到智慧化，雖然技術環境在不斷改善，但仍然存在“人—機—物”協作優化的局限性，影響數字教育出版進一步提質增效、提檔增速。教育出版機構應考慮人機混合的協同智能如何提高用戶教育信息素養，篩選數字環境下的冗余信息、碎片化資源，滿足用戶對數字教育信息的高效提取、學習、評價與分析的需求。此外，教育出版機構在研發數字教育產品時大多基于單一產品的角度，沒能完全立足用戶個性化需求，導致數字教材、移動教育平臺等體系規劃不夠完善，產品之間無法形成互聯共享。未來，教育出版機構需要進一步運用媒介技術，加快人工智能的產業化步伐和應用推廣速度，凸顯需求式知識服務，建立增值型服務平臺。只有教育、出版與技術強強聯合，數字教育出版才能進一步邁向體系化、精品化、數據化的高質量發展目標。

二、人工智能對數字教育出版的支撐

目前，人工智能與大數據、云計算、移動互聯網及物聯網等深度融合，成為極具潛力和影響力的教育信息化技術。5G技術的發展支持海量傳感器接入網絡，形成強大的數據采集能力，使得機器學習、深度學習等日益成熟，人工智能開始具備由理論向實踐大規模應用的基礎。人工智能對知識秩序的重構及教育模式的改變，被視為科技賦能數字教育出版產品的最佳路徑。

1.自然語言處理技術

自然語言處理作為人工智能領域中的一個重要方向，指操作人員使用計算機對自然語言的形、音、義等信息進行處理[2]，主要應用于文本情感分析、語義分析、本文分類、個性化推薦等。數字教育出版發展至今已從對內容資源的數字化轉換發展為以知識點為核心的資源構建，這就要求教育出版探尋一條精準提取知識并提供智能化知識服務的路徑。基于全信息自然語言理解的文本過濾技術，一方面能夠構建教學大綱或者紙質教材的知識點，將其轉化為以知識點為核心拓展的電子框架形式，另一方面能夠從語義層面對學生所表述的信息進行深入挖掘，提取潛在的觀點和情感，理解更深層次的含義，基于語義網絡和知識圖譜分析學生的認知發展狀況[3]。

2.機器學習

機器學習是現代人工智能建立的基礎，其思路是通過傳感器獲取數據，經過預處理、特征提取、特征選擇，再到推理、預測或識別[4]。通過機器學習，人工智能能夠形成具有復雜感知和理解能力的解決方案，無須具備人類專業知識或復雜的知識工程，解決方案來自實例。經過訓練的機器學習模型可以在其他解決方案的組合體或組件中進行復制和重用，人工智能具有作出預測或產生結果比傳統的推斷或算法快等優勢，有助于師生收集、分析、測量在學習、教學管理中產生的知識、行為和情緒等數據，使師生能夠高效提取具有潛在應用價值的信息，從而更好地開展智慧教學，精選適配于學生的教學模式。

3.智能生物識別技術

智能生物識別技術具有個人生物特征的唯一性，由生命體的生理特征（指紋、人臉、聲音、虹膜、體味等）或行為特征（如打字的速率、步態等）構成[5]。智能生物識別技術在數字教育出版的應用領域包括智慧評估、智能演講臺、眼球追蹤、口語測評、多媒體信息檢索等。如在智慧評估方面，生理、心理、行為構成的多模態數據成為智慧評估的新元素，智能生物識別技術能夠對腦電、皮電、心電等形成生理數據，展開更為全面、精準且動態更新的全息畫像，真實反映學生的學習情況，為個性化學習和教學模式的探索提供數據支持。

4.XR 技術

XR為 Extended Reality的簡稱，指拓展現實，是混合物理與沉浸式虛擬體驗環境的技術總稱，包括VR（虛擬現實）、AR（增強現實）、MR（混合現實）等多種形式，其與全息投影結合能夠創設完全沉浸式的虛擬空間。AI、XR與5G融合相生。人工智能深度學習與計算機視覺等在3D物體識別與場景建模中的應用，是提升終端側XR體驗的關鍵因素。XR應用過程產生的海量數據，需要人工智能進行智能識別、個性化分析與綜合預測。XR 技術對數字教育出版產品的支撐，主要體現在移動泛在學習與虛擬仿真教學產品的應用中。VR技術所提供的高沉浸感的完全虛擬世界，與AR技術所提供的作了注解的現實世界，可共同作用在空間互聯、遠程控制、同步授課的移動泛在學習產品中。MR技術具有強真實性和臨場感，能夠提供虛實交融的情境，可作用在虛擬仿真教學平臺或實驗實訓產品的開發中，尤其在工程技術、藝術、醫學等領域，其可視化、互動性、構想性特征能有效激發學生的學習動力，創設虛擬仿真式觀察、合作、研討的智慧學習形式。

三、基于人工智能的數字教育出版流程創新

以人工智能為代表的信息技術，成為教育出版機構及教育技術公司打造數字教育出版產品的關鍵技術引擎。

1.回歸知識本體，創新數字內容供給模式

以知識點為核心的內容資源構建模式，需要在原有出版內容資源供給的基礎上擴充內容邊界，跨越內容載體，回歸知識本體，并利用人工智能、大數據進一步驅動知識學習的個性化、體系化和智能化發展。首先，教育出版機構可以通過語義分析、自然語言處理、跨媒體智能分析技術等，對教育知識內容進行碎片化細微識別，將原有內容資源拆分為多個知識單元。其次，技術人員將解構后的知識單元作為基本生產要素，挖掘、補充、拓展形成知識抽取、知識融合與知識關系計算的常規機制和算法模型[6]。最后，教育出版機構基于常規機制和算法模型，能夠形成適應個性化數字需求的表達形式，構建知識內容與功能服務并重的數字教育出版產品體系。在這過程中，教育出版機構需要不斷通過深度挖掘和演化內容資源創新知識表達，以滿足不同用戶對教育出版產品的個性化、體系化需求。

尤其在實施教育數字化戰略的過程中，教育出版機構要適應義務教育轉向素質教育的新理念、新模式。如大象出版社、人民教育出版社、人民衛生出版社、北方婦女兒童出版社等機構，都在積極探索教育出版智能化發展道路。大象出版社基于ADP5平臺已形成了以知識為數據元的特色內容資源庫，包括智慧型題庫、影音內容資源庫、傳統出版內容資源庫和用戶信息資源庫等，用于生產、發布和運營融媒數字產品，并開展相應的教育應用服務。

2.智能化重塑知識表征形式

在內容呈現終端方面，多模、多頻、多形態的智能終端，使得一切可接入的終端設備都可能成為屏幕，實現泛在化連接。在新技術飛速發展的當下，“大屏+教育”的個性化輔導和知識服務，成為教育出版機構在學校與家庭教育之間開展學科輔導的重要補充。基于家庭智慧大屏的數字教育出版產品，是教育出版機構可以探索的新興市場，教育出版迎來新的發展契機[7]。如教育出版機構可以為完善家庭教育場景應用提供數字化、個性化、專業化的解決方案。

XR 技術與人工智能的進一步結合，多模態融合、智能交互協同、語義驅動，還將帶來數字教育內容的多感官體驗，給用戶更多智能化驚喜[8]，有助于教育出版機構制作高質量、情景化的教學資源，建設交互式、沉浸式智慧課堂，創新遠程多人互動教學平臺等。如人民衛生出版社以人體解剖數據為基礎，結合虛擬現實技術推出了人類3D經絡穴。湖北教育出版社推出了AR/VR智慧課堂，依據鄂教版《科學》和《勞動教育》教材，通過全景漫游、關鍵技術交互與知識講解等方式，幫助學生掌握科普知識與勞動技能。教育科技公司飛象星球發布了VR虛擬課堂、智能作業系統等五款智能教育科技產品，以優質VR教學資源為核心，為學生提供主題化、體系化的VR素質教育課程內容。

3.創新數字教育產品敘事手段

數字教育出版產品廣泛運用于學生、教師之間，需要由單一、靜態的傳統形態向交互、動態的融媒體形態轉變，呈現多元敘事主體、多媒介敘事方式、多重內容聚焦，建構基于多媒體性、非線性和互動性等特點的新型敘事[9]。在人機交互方面，探索交互方式、交互技術、交互媒介不斷革新。如發明人工智能聊天機器人Juji的公司，推出了一款專為高等教育量身定做的虛擬代理機器人，這款虛擬代理機器人能夠在遠程學習、在線教育中解析遠程直播，展現內容的真實場景，并回答學生的大量重復問題，使得不同的敘事主體互相影響。

出版機構圍繞用戶需求延伸教育產品服務，可與技術商、運營商等產業鏈各方尋求跨界連接與合作。如荷蘭出版商與挪威技術公司Beat Technology合作，推出名為Fluister的數字內容平臺。該平臺又與Veronica媒體集團和Libris.nl連鎖書店合作，以每月12.99歐元的固定費率開放訂閱服務，提供有聲讀物、電子書和播客。2021年8月，培生教育集團推出了一款增值服務應用程序Pearson+，學生每月支付 14.99 美元便可以無限訪問培生教育集團推出的1500本電子教科書。2022年7月，由中國音像與數字出版協會指導，數字教育出版技術與標準重點實驗室、人教數字出版有限公司主辦，北京網梯科技發展有限公司承辦的數字內容智能分發技術創新中心揭牌成立，體現了數字教育出版技術重點實驗室、行業領軍企業和技術企業強強聯合的創新模式。通過強強聯合的方式，實驗室和技術企業能夠利用融合技術構建智能分發平臺，帶動其他出版機構共同進步。

4.人工智能輔助精細化教學與自適應平臺

在傳統教育評估中，教師需要通過作業或測驗來掌握學生的知識狀態，以此進行教育評估。這種方式需要花費一定人力，且教師于數十到數百人的測驗中洞察學生的知識狀態并非易事，具有延遲性。深度學習、語音識別、圖像識別和虛擬仿真等人工智能技術，可助力數字教育出版機構提供精準、高效的智能教學服務，識別學生在測驗和作業中的知識狀態。人工智能能夠在課前導學、課中互動、在線檢測、課后作業等環節輔助學生學習，對教學系統的高度參與將會覆蓋更多場景，包括自動出題、自動生成導學內容、最優算法推送學習內容、虛擬形象模擬名師點撥講解。此外，人工智能可以審查學生作業的抄襲行為，還可以現場轉錄教師講課的內容，回答有關助學金、學籍注冊和校園生活等管理問題，甚至可以利用預測性分析工具識別面臨輟學風險的群體。

智能化的自適應教學與評估系統，是教育出版與人機混合增強智能融合的一種模式。自適應學習，是系統通過計算機算法協調與學生的互動，在學、練、測方面為學生提供定制學習資源和學習活動，以滿足每個學生獨特需求的教育方法。AI驅動下的自適應技術能夠挖掘學生的學習路徑、學習速度、習慣偏好、學習規律等數據，進而選取匹配的教育資源，助力師生互動與精細化教學。如松鼠AI研發了擁有完整自主知識產權的1對1智能自適應學習系統，還與釘釘聯手，為學生、教師等提供高質量的在線智能作業服務[10]。

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