嚴(yán)曉梅 高博俊 萬(wàn)青青 尹霞雨

關(guān)鍵詞：教育信息化;人工智能;智能教育;協(xié)同創(chuàng)新

一、引言

面對(duì)人工智能的發(fā)展浪潮，各國(guó)紛紛加大其發(fā)展力度，從政策規(guī)劃，到產(chǎn)業(yè)布局，再到領(lǐng)域深耕，積極推動(dòng)人工智能同經(jīng)濟(jì)社會(huì)的深度融合。教育是關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的重要領(lǐng)域，利用人工智能變革教育已經(jīng)成為國(guó)際共識(shí)。例如，剛剛落幕的“國(guó)際人工智能與教育大會(huì)”引起了全球廣泛關(guān)注，會(huì)上各國(guó)專家達(dá)成了《北京共識(shí)》，提出關(guān)于發(fā)展人工智能教育的三個(gè)核心觀點(diǎn)：第一，人工智能是實(shí)現(xiàn)教育生態(tài)重構(gòu)的有效手段;第二，理性推進(jìn)人工智能與教育融合共生;第三，讓人工智能與教育共同賦能未來(lái)。

自2016年起，美國(guó)從國(guó)家層面規(guī)劃了人工智能的發(fā)展藍(lán)圖，制定了一系列政策與戰(zhàn)略明確規(guī)劃了人工智能教育發(fā)展的路線。中國(guó)也發(fā)布一系列教育信息化政策逐步聚焦于人工智能技術(shù)，并注重結(jié)合各項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)，探析其在教育領(lǐng)域各個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用潛能。在融合人工智能進(jìn)行教育創(chuàng)新方面，美國(guó)國(guó)際教育技術(shù)協(xié)會(huì)和美國(guó)教育傳播與技術(shù)協(xié)會(huì)等充分發(fā)揮其在教育科技領(lǐng)域的引領(lǐng)作用，分析并制定了一系列教育變革的標(biāo)準(zhǔn)，為教師、學(xué)生以及其他利益相關(guān)者的具體行動(dòng)提供了理論框架;并且以推廣計(jì)算思維為核心，通過(guò)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)等知名學(xué)府，以及美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)和美國(guó)國(guó)家計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)教師協(xié)會(huì)等團(tuán)體，積極開(kāi)展人工智能技術(shù)的傳播和應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)根本性的思維變革提供了強(qiáng)有力的支撐。在走向智能時(shí)代的教育創(chuàng)新過(guò)程中，中國(guó)也做了很多積極的探索。以政策為引領(lǐng)，以平臺(tái)為支撐，我國(guó)教育部積極推動(dòng)人工智能學(xué)院、研究院或交叉研究中心的建立，搭建產(chǎn)學(xué)研用一體化的研究平臺(tái)，提倡人機(jī)協(xié)同，面向教學(xué)和學(xué)習(xí)的實(shí)際需求有條不紊地開(kāi)展系列工作;并且積極構(gòu)建基礎(chǔ)教育、職業(yè)教育和高?？蒲袡C(jī)構(gòu)的系統(tǒng)化、多層次人才培養(yǎng)體系，為人工智能技術(shù)的發(fā)展儲(chǔ)備人才。

基于此，筆者回顧了2019年3月18-20日在美國(guó)北德克薩斯大學(xué)召開(kāi)的“第四屆中美智慧教育大會(huì)”，借鑒中美雙方學(xué)者對(duì)智能教育的思考，總結(jié)推進(jìn)人工智能與教育“融合共生”的發(fā)展趨勢(shì)與實(shí)踐策略。會(huì)議搭建了高校學(xué)者、一線教師、科技企業(yè)和資本投資方溝通交流的平臺(tái)，為我國(guó)在智能教育領(lǐng)域建立產(chǎn)學(xué)研用一體化平臺(tái)的布局提供了寶貴的實(shí)踐建議。

二、會(huì)議概述

“第四屆中美智慧教育大會(huì)”由北京師范大學(xué)、美國(guó)北德克薩斯大學(xué)、互聯(lián)網(wǎng)教育智能技術(shù)及應(yīng)用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合主辦，北京師范大學(xué)智慧學(xué)習(xí)研究院和美國(guó)北德克薩斯大學(xué)信息學(xué)院共同承辦。來(lái)自中美雙方知名高等院校、研究所及科研機(jī)構(gòu)的專家學(xué)者、互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)知名企業(yè)高管和代表們出席并開(kāi)展了高規(guī)格學(xué)術(shù)研討和思想峰會(huì)。會(huì)議的主題是“智能技術(shù)變革教育”，聚焦于人工智能與混合現(xiàn)實(shí)、教育服務(wù)機(jī)器人、未來(lái)教育的智慧裝備、智慧學(xué)習(xí)環(huán)境、游戲化學(xué)習(xí)、后MOOC時(shí)代的在線教育、科學(xué)教育等前沿議題。通過(guò)組織主題論壇（包括專家演講和圓桌探討）、中美教育科技企業(yè)展覽和提案比賽等多種形式，搭建產(chǎn)學(xué)研用的國(guó)際交流平臺(tái)。該文以主題分析的方法對(duì)該會(huì)議中所有的演講內(nèi)容進(jìn)行了梳理，進(jìn)而結(jié)合文獻(xiàn)提煉主題，深入剖析主題結(jié)構(gòu)，分析中美兩國(guó)在智能教育領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和共同面臨的挑戰(zhàn)。

根據(jù)主題分析發(fā)現(xiàn)，該會(huì)議在圍繞智能教育環(huán)境的研討中，涉及了多種多樣的信息技術(shù)，其中人工智能的發(fā)展和應(yīng)用成為關(guān)注熱點(diǎn)。整體上，圍繞人工智能呈現(xiàn)技術(shù)整合的明顯趨勢(shì)，但不同學(xué)習(xí)階段在技術(shù)應(yīng)用上有不同的偏好，在基礎(chǔ)教育階段沉浸式媒體的應(yīng)用得到了持續(xù)的關(guān)注（包括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和仿真模擬在內(nèi)的演講占比達(dá)到40%）;而高等教育階段的討論中涉及了廣泛的技術(shù)應(yīng)用案例。人工智能與混合現(xiàn)實(shí)等智能技術(shù)的發(fā)展，為創(chuàng)新學(xué)習(xí)機(jī)制與構(gòu)建學(xué)習(xí)系統(tǒng)提供了重要的技術(shù)保障，推動(dòng)了創(chuàng)新文化體系的建設(shè)，促進(jìn)了創(chuàng)新型學(xué)習(xí)空間的發(fā)展，使未來(lái)的學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)更加智能化、數(shù)字化、個(gè)性化。

與會(huì)專家們帶來(lái)了智能技術(shù)應(yīng)用在教育領(lǐng)域的理論研究與實(shí)踐創(chuàng)新。智能技術(shù)的應(yīng)用范圍覆蓋了不同學(xué)段和不同學(xué)科，并體現(xiàn)出很強(qiáng)的針對(duì)性。在學(xué)段覆蓋上，智能技術(shù)的使用覆蓋了基礎(chǔ)教育、高等教育和職業(yè)教育在內(nèi)的各個(gè)學(xué)段，其中大約有15%的議題明確討論了高等教育相關(guān)的內(nèi)容，響應(yīng)了中美兩國(guó)人才培養(yǎng)的國(guó)家戰(zhàn)略。而大部分的議題（約占比67%）未指定明確學(xué)段，而是討論了技術(shù)使用的整體趨勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn)。在教學(xué)使用場(chǎng)景方面，智能技術(shù)的使用涉及了教學(xué)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括教學(xué)過(guò)程、教學(xué)評(píng)價(jià)以及教學(xué)管理。學(xué)習(xí)內(nèi)容除了校內(nèi)課程教學(xué)，也包含了藝術(shù)教育、科學(xué)教育、軟技能培訓(xùn)等多個(gè)領(lǐng)域。其中，STEM教育是中美學(xué)者、企業(yè)家廣泛關(guān)注的領(lǐng)域。

基于此，該文結(jié)合與會(huì)專家的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的視域中，總結(jié)智能教育中的技術(shù)應(yīng)用特征和智能技術(shù)支持教育教學(xué)的實(shí)踐案例，探索發(fā)展智能教育的途徑，回顧發(fā)展智能教育所面臨的挑戰(zhàn)，最后提出對(duì)我國(guó)發(fā)展以人工智能為基礎(chǔ)的智能教育的建議。

三、智能教育的技術(shù)特征

（一）人工智能與教育場(chǎng)景的深度融合

近年來(lái)，隨著深度學(xué)習(xí)在諸如計(jì)算機(jī)視覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別和自然語(yǔ)言處理等領(lǐng)域均取得了突破性進(jìn)展，人工智能與學(xué)校教育的深度融合已經(jīng)逐漸成為重要的發(fā)展趨勢(shì)。Nilsson指出，人工智能致力于使機(jī)器變得更加智能化，而智能化能夠使實(shí)體在其環(huán)境中恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)作，同時(shí)也能夠預(yù)估環(huán)境的變化。中國(guó)學(xué)者任友群揭示人工智能最大特征在于：人工智能應(yīng)當(dāng)是具備自主學(xué)習(xí)和自我進(jìn)化能力的機(jī)器系統(tǒng)，越運(yùn)行其性能會(huì)越好。在大會(huì)中，來(lái)自中美雙方的人工智能領(lǐng)域的學(xué)者探討了包含語(yǔ)音識(shí)別、學(xué)習(xí)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)等關(guān)鍵技術(shù)在教育方面的應(yīng)用。例如，胡祥恩教授介紹了基于自然語(yǔ)言的智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)Auto Tutor，它可以在模擬人類教師教學(xué)的基礎(chǔ)上采用自然語(yǔ)言與學(xué)生對(duì)話，并使用預(yù)期一誤解定制式對(duì)話，對(duì)學(xué)生的答案給予及時(shí)反饋，根據(jù)學(xué)生對(duì)問(wèn)題理解的程度隨時(shí)調(diào)整對(duì)話內(nèi)容，從而有效地引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建理想答案。在這個(gè)系統(tǒng)中，智能技術(shù)為學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)提供了有力的保障。

（二）人工智能與沉浸式媒體的融合

就人工智能的發(fā)展而言，除了自身不斷迭代升級(jí)之外，它也展現(xiàn)出與其他新興技術(shù)不斷融合、協(xié)同賦能教育的趨勢(shì)。來(lái)自北漢普頓社區(qū)學(xué)院的Ritter-Guth教授探討了如何綜合利用人工智能、VR/AR/MR、物聯(lián)網(wǎng)等智能技術(shù)創(chuàng)設(shè)游戲化學(xué)習(xí)環(huán)境的策略及其對(duì)教學(xué)的變革。一方面，教育應(yīng)用場(chǎng)景的復(fù)雜性以及學(xué)生的個(gè)性化需求為人工智能與各項(xiàng)新興技術(shù)的融合提供了外因;另一方面，每項(xiàng)新興技術(shù)均有其潛在的能力，技術(shù)之間的融合發(fā)展將能夠開(kāi)辟新的增長(zhǎng)源泉，這是其融合的內(nèi)因。其中，人工智能與沉浸式媒體的融合成為構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的新興關(guān)鍵技術(shù)之一。

學(xué)者們尤其關(guān)注人工智能技術(shù)結(jié)合沉浸式媒體（包括虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)）提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。例如，大會(huì)）2Mursion公司的Straub介紹如何通過(guò)使用虛擬現(xiàn)實(shí)與人工智能相結(jié)合的技術(shù)，創(chuàng)設(shè)仿真的智能學(xué)習(xí)情境，將遠(yuǎn)程的在線培訓(xùn)者模擬成虛擬的不同角色，使得受訓(xùn)員工可以在“真實(shí)”環(huán)境中練習(xí)使用不同的溝通技巧解決“真實(shí)”的問(wèn)題。Straub強(qiáng)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)力等軟技能的培訓(xùn)往往需要情境化的練習(xí)，但在現(xiàn)實(shí)世界中開(kāi)展這樣的培訓(xùn)費(fèi)時(shí)耗資。智能技術(shù)的使用大大節(jié)省了他們的培訓(xùn)成本，提高了培訓(xùn)的效率和效果。因而在教育領(lǐng)域，人工智能與虛擬現(xiàn)實(shí)的融合可以為依賴情境的學(xué)習(xí)活動(dòng)構(gòu)建更有沉浸感、更智能化、更符合學(xué)習(xí)需求的學(xué)習(xí)環(huán)境。

人工智能的加入，也為解決虛擬現(xiàn)實(shí)與教育融合的困境提供了新的工具與途徑。2016年以來(lái)，伴隨VR頭戴設(shè)備技術(shù)的成熟，教育市場(chǎng)、教育科技公司和金融投資都極大地關(guān)注和期待虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域更廣泛且深入地應(yīng)用。但目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)療培訓(xùn)以外的學(xué)校教育中，鮮有大規(guī)模應(yīng)用的案例，部分學(xué)者認(rèn)為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)存在的一些技術(shù)挑戰(zhàn)導(dǎo)致其無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用于教育教學(xué)實(shí)踐中。Jensen等人在對(duì)21份實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告進(jìn)行全面檢索后發(fā)現(xiàn)，目前頭戴VR設(shè)備普遍有暈屏的現(xiàn)象，讓使用者無(wú)法佩戴很長(zhǎng)時(shí)間;并且有使用者（大部分是教師）反饋使用操作困難，認(rèn)為全沉浸式的環(huán)境分散了學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)的注意力，因而學(xué)習(xí)效果適得其反。國(guó)內(nèi)也有學(xué)者如劉德建等人，提出了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐仍存在技術(shù)和教法兩大方面的挑戰(zhàn)。針對(duì)這些技術(shù)挑戰(zhàn)，我國(guó)學(xué)者趙沁平院士指出人工智能的應(yīng)用可以從以下三方面賦能虛擬現(xiàn)實(shí)，進(jìn)而共同支持智能教育：一是虛擬對(duì)象智能化;二是交互方式智能化;三是虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容研發(fā)與生產(chǎn)智能化。因而，智能技術(shù)的應(yīng)用讓更多技術(shù)手段可用于教育場(chǎng)景，讓技術(shù)可以滿足更多的教育需求，從而使得技術(shù)與教育的融合范圍更廣程度更深。

四、智能技術(shù)支持的教學(xué)體系

信息技術(shù)對(duì)教育的革命性影響日趨凸顯，教育信息化建設(shè)進(jìn)入新的階段，學(xué)習(xí)環(huán)境、教學(xué)模式以及教育系統(tǒng)治理都面臨著從傳統(tǒng)向智能轉(zhuǎn)變過(guò)程中的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。但正如Lane等人所指出人工智能與教育的融合路徑，不僅僅是使用新興技術(shù)去解決教育中的問(wèn)題，而是體現(xiàn)出研究者與實(shí)踐者群體通過(guò)跨領(lǐng)域的合作，從更廣闊的研究領(lǐng)域和視角共同探究教育問(wèn)題的本質(zhì)，尋求洞見(jiàn)、創(chuàng)新方法。大會(huì)中，雙方的學(xué)者和企業(yè)也就智能技術(shù)如何賦能學(xué)生、教師、學(xué)校和教育管理開(kāi)展了深入研討，涌現(xiàn)出針對(duì)教學(xué)具體需求的豐富多樣的實(shí)踐案例。

（一）智能技術(shù)提升學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)

智能技術(shù)的發(fā)展有助于創(chuàng)設(shè)有意義的學(xué)習(xí)環(huán)境，滿足學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)需求，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高學(xué)習(xí)效率。大會(huì)中涌現(xiàn)了豐富的使用智能技術(shù)輔助學(xué)生學(xué)習(xí)的創(chuàng)新實(shí)踐案例。例如，來(lái)自挪威卑爾根大學(xué)的Davidsen教授分享了如何通過(guò)嚴(yán)肅游戲的方式來(lái)促進(jìn)大學(xué)生對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)和機(jī)制等深?yuàn)W概念的理解。智能技術(shù)的使用不僅幫助學(xué)生學(xué)習(xí)抽象的知識(shí)，也幫助提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。Ritter-Guth教授介紹了使用Unreal Tournament 2004游戲（一款大型虛幻競(jìng)技類游戲）幫助學(xué)生學(xué)習(xí)英語(yǔ)寫作的研究。通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行前后測(cè)對(duì)比，Ritter-Guth發(fā)現(xiàn)在游戲競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的引導(dǎo)下，學(xué)生的英語(yǔ)寫作成績(jī)有明顯提高。學(xué)者們希望通過(guò)為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)游戲化學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提升學(xué)習(xí)興趣，并在智能技術(shù)的幫助下，改善學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和參與度，進(jìn)而提升學(xué)習(xí)效果。

豐富多樣的技術(shù)手段還有助于突破傳統(tǒng)教學(xué)方式在培養(yǎng)學(xué)生思維能力與創(chuàng)造力上的局限。來(lái)自亞利桑那州立大學(xué)的Johnson教授呈現(xiàn)了結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)與教育游戲的產(chǎn)品，用以支持兒童的科學(xué)探究學(xué)習(xí)。Johnson教授指出，基于虛擬現(xiàn)實(shí)和智能技術(shù)的教育游戲，能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供身臨其境的學(xué)習(xí)環(huán)境，創(chuàng)造自由開(kāi)展科學(xué)探究的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生安全高效地體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程。同時(shí)，游戲機(jī)制的引導(dǎo)，能夠幫助學(xué)生結(jié)構(gòu)化地、有針對(duì)性地鍛煉科學(xué)探究的技能，從而更高效地提升學(xué)生科學(xué)探究的能力。來(lái)自我國(guó)的華漁教育科技有限公司陳長(zhǎng)杰則介紹了一款基于Unity開(kāi)發(fā)的VR游戲化教學(xué)產(chǎn)品——101創(chuàng)想世界，讓學(xué)生自主構(gòu)建VR世界。依托云端海量的VR、2D、3D素材庫(kù)，學(xué)生可通過(guò)編輯劇情、任務(wù)事件和智能NPC等活動(dòng)制作簡(jiǎn)單的VR游戲作品，通過(guò)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)造，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與想象力。無(wú)論是在制作好的環(huán)境中自由探索，還是由學(xué)生自己搭建，虛擬技術(shù)的使用都為學(xué)生提供了真實(shí)世界中所不具備的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，而智能技術(shù)則支持學(xué)生更高效地發(fā)展思維能力與創(chuàng)造力。

智能技術(shù)的使用也使得學(xué)生的學(xué)習(xí)不再受到物理空間的限制，可以在任何地方開(kāi)展有意義的學(xué)習(xí)。來(lái)自南卡羅來(lái)納大學(xué)的Grant教授呈現(xiàn)了信息技術(shù)在不同的校外場(chǎng)所中如何支持STEM教育的開(kāi)展，包括支持學(xué)生搜集數(shù)據(jù)、開(kāi)展數(shù)據(jù)分析、進(jìn)行試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)等的學(xué)習(xí)工具。Grant教授指出隨著科學(xué)教育的發(fā)展，教育工作者越來(lái)越意識(shí)到“真實(shí)”問(wèn)題空間和跨領(lǐng)域的教學(xué)情境對(duì)STEM教育的重要性。但是在場(chǎng)館、植物園、工廠或其他生活環(huán)境中開(kāi)展科學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)，學(xué)生往往得不到及時(shí)的學(xué)習(xí)支持，學(xué)生注意力也容易被分散，往往達(dá)不到高效的學(xué)習(xí)效果。而移動(dòng)設(shè)備和智能技術(shù)的使用，使得學(xué)生在課外的STEM教育活動(dòng)也能更高效地聚焦于學(xué)習(xí)目標(biāo)，幫助學(xué)生更有效地體驗(yàn)科學(xué)探究項(xiàng)目學(xué)習(xí)。

（二）智能技術(shù)輔助教師高效教學(xué)

智能技術(shù)對(duì)個(gè)性化學(xué)習(xí)具有特殊的意義，充分使用教育數(shù)據(jù)挖掘與學(xué)習(xí)分析技術(shù)，實(shí)時(shí)追蹤并動(dòng)態(tài)獲取每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，深入分析學(xué)習(xí)者的行為差異以及產(chǎn)生的原因，能夠有效地支持個(gè)性化教學(xué)。來(lái)自北德克薩斯大學(xué)的Spector教授介紹了基于復(fù)雜模式匹配算法、數(shù)據(jù)分析等智能技術(shù)的智能導(dǎo)師系統(tǒng)。它能自動(dòng)生成有意義的交互以培養(yǎng)幼兒的探究和批判性推理習(xí)慣。智能技術(shù)的應(yīng)用也為教師教學(xué)提供了更豐富的教學(xué)資源。來(lái)自Lumen Learning公司的Wiley提出，通過(guò)學(xué)習(xí)分析技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中學(xué)習(xí)材料的不足之處，而開(kāi)放教育資源（OER）為幫助教師改善這些不足提供了一個(gè)持續(xù)改進(jìn)的新機(jī)會(huì)。智能技術(shù)的使用將教師從作業(yè)批改、簡(jiǎn)單測(cè)試等機(jī)械重復(fù)的環(huán)節(jié)中解放出來(lái)，讓教師可以將更多的精力轉(zhuǎn)移到設(shè)計(jì)和互動(dòng)等教學(xué)活動(dòng)，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的能力、素養(yǎng)、人格等，實(shí)現(xiàn)差異化教學(xué)。

（三）智能技術(shù)助力教師發(fā)展與培養(yǎng)

智能技術(shù)的使用也為教師職業(yè)發(fā)展提供了新的平臺(tái)與工具。大會(huì)中，研究者們提供了如何使用智能技術(shù)解決困擾STEM教育發(fā)展的師資短缺問(wèn)題的新方式。STEM教育是中美兩國(guó)乃至全球教育的熱點(diǎn)議題。但是教師短缺的問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了STEM教育在中美兩國(guó)的發(fā)展。由于STEM實(shí)踐的跨學(xué)科性質(zhì)，教學(xué)實(shí)踐通常使用問(wèn)題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)方式，傳統(tǒng)科學(xué)教師不能滿足STEM教育的要求。美國(guó)政府通過(guò)讓工程師或其他行業(yè)專業(yè)人士參與設(shè)計(jì)和傳授STEM課程以緩解專業(yè)教師不足的問(wèn)題。大會(huì)上，德州儀器公司教育技術(shù)部Balyta博士多年來(lái)一直致力于將一線的工程師融入基礎(chǔ)教育階段的STEM教育中，拓展教師隊(duì)伍和課程資源，將前沿的科學(xué)技術(shù)和真實(shí)的工程師帶到學(xué)生們面前。智能技術(shù)的使用，使得更多的STEM相關(guān)產(chǎn)業(yè)的專業(yè)人士可以通過(guò)遠(yuǎn)程、甚至虛擬的方式“走入”中小學(xué)的STEM課堂。來(lái)自北京師范大學(xué)的董艷教授介紹了培養(yǎng)STEM教師的框架和實(shí)踐。在我國(guó)，依托各級(jí)教育主管部門和各地師范大學(xué)，為中小學(xué)在職教師開(kāi)展圍繞STEM主題的相關(guān)培訓(xùn)，有力地鏈接了理論與實(shí)踐。特別是借助新一代信息技術(shù)，通過(guò)在線直播課堂拓展教師培訓(xùn)的范圍，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建STEM教師群體的網(wǎng)絡(luò)交流空間，共同開(kāi)展教學(xué)研討，共建共享優(yōu)秀的教學(xué)資源。

（四）智能技術(shù)輔助精準(zhǔn)評(píng)測(cè)

新一代信息技術(shù)的興起，特別是基于大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析，以及腦神經(jīng)科學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的進(jìn)一步揭示，使得對(duì)教育效果和過(guò)程的評(píng)測(cè)可以更高效更全面。在大會(huì)中，研究者們提出了如何使用智能技術(shù)解決STEM領(lǐng)域教學(xué)評(píng)測(cè)困難的創(chuàng)新實(shí)踐。STEM教育培養(yǎng)跨領(lǐng)域的知識(shí)整合能力、問(wèn)題解決能力、反思能力和基于證據(jù)做出理性決策的能力，培養(yǎng)科學(xué)方法、科學(xué)思維和科學(xué)精神。因而傳統(tǒng)的紙筆測(cè)試方式和總結(jié)性評(píng)價(jià)難以對(duì)STEM教育做出正確評(píng)測(cè)。來(lái)自北德克薩斯大學(xué)的Spector教授介紹了構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)環(huán)境以評(píng)測(cè)學(xué)生發(fā)展批判性思維的效果，為STEM教育中的多維科學(xué)評(píng)價(jià)提供了創(chuàng)新實(shí)踐的機(jī)會(huì)。相似地，來(lái)自北京師范大學(xué)的鄭永和教授總結(jié)了我國(guó)在STEM領(lǐng)域使用信息技術(shù)支持教學(xué)評(píng)測(cè)的實(shí)例，包括對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集，基于大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析，學(xué)習(xí)者建模，以及對(duì)學(xué)生學(xué)業(yè)多維度的評(píng)測(cè)工具。盡管評(píng)測(cè)工具與模型依然在發(fā)展過(guò)程中，但是信息技術(shù)帶來(lái)的評(píng)測(cè)手段的變革，可以提供更精準(zhǔn)的教學(xué)支持，為滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求提供有力保障。

（五）智能技術(shù)輔助科學(xué)化的教學(xué)治理

智能技術(shù)的使用可以提高學(xué)校服務(wù)水平，促進(jìn)教育決策的科學(xué)化和資源配置的精準(zhǔn)化。智能技術(shù)的使用加強(qiáng)了學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)，可以更全面科學(xué)地為學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)提供服務(wù)和管理。來(lái)自北德克薩斯大學(xué)的Simmons介紹了其與Concentric Sky公司成功合作開(kāi)發(fā)的一個(gè)ePorffolio學(xué)習(xí)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)結(jié)合了證書(shū)、徽章等游戲機(jī)制，以微證書(shū)成績(jī)單和數(shù)字徽章儀表盤（Micro-Credential Transcript and DigitalBadge Dash Board）的形式，認(rèn)證學(xué)生在線學(xué)習(xí)進(jìn)程并鼓勵(lì)學(xué)生持續(xù)進(jìn)行課程學(xué)習(xí)。另外，來(lái)自我國(guó)西南大學(xué)的劉革平教授介紹了人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)在中國(guó)大學(xué)智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用和發(fā)展。新技術(shù)的使用增強(qiáng)了大學(xué)為學(xué)生提供個(gè)性化服務(wù)的水平，為學(xué)生的校園生活提供了便利性和安全性。同時(shí)，技術(shù)的使用也讓學(xué)?？梢愿珳?zhǔn)定位特困學(xué)生予以及時(shí)幫助，并且為院系提供學(xué)習(xí)預(yù)警，幫助導(dǎo)師及早發(fā)現(xiàn)沉迷游戲的學(xué)生進(jìn)行合理干預(yù)等。智能技術(shù)的發(fā)展也為實(shí)現(xiàn)教育的普惠性、解決教育資源不均衡的問(wèn)題提供了新的機(jī)會(huì)。來(lái)自北京師范大學(xué)的蔡蘇副教授展示了他們團(tuán)隊(duì)基于AR技術(shù)開(kāi)發(fā)的一系列科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品。這些產(chǎn)品使得中國(guó)偏遠(yuǎn)地區(qū)沒(méi)有實(shí)驗(yàn)器材的學(xué)生也同樣可以擁有動(dòng)手操作體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究的機(jī)會(huì)，從而在科學(xué)教育方面有效促進(jìn)教育的均衡和公平發(fā)展。

五、建立產(chǎn)學(xué)研用一體化的實(shí)踐

教育信息化的發(fā)展在中美兩國(guó)均得到了來(lái)自市場(chǎng)與資本的影響，教育服務(wù)供給方呈現(xiàn)多元和多樣化的發(fā)展趨勢(shì)。然而，中美雙方的與會(huì)專家都指出市場(chǎng)創(chuàng)新與教育實(shí)踐的需求依然存在不協(xié)調(diào)，來(lái)自企業(yè)的技術(shù)驅(qū)動(dòng)與教學(xué)研究的理念也往往南轅北轍。大會(huì)匯集了來(lái)自企業(yè)管理層、投資人士、研究者和各級(jí)學(xué)校的技術(shù)管理人員、一線教師等各方干系人，搭建了寶貴的交流平臺(tái)，讓不同干系人圍繞著共同關(guān)心的智能教育發(fā)展的愿景進(jìn)行溝通與研討，增進(jìn)彼此的了解，交流實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

我國(guó)的教育市場(chǎng)在金融資本的推動(dòng)下，近年來(lái)異?；钴S，有力推動(dòng)了教育信息化的發(fā)展。來(lái)自我國(guó)網(wǎng)龍網(wǎng)絡(luò)公司的黃成鋼指出2018年作為教育行業(yè)的拐點(diǎn)，體現(xiàn)出在教育信息化領(lǐng)域投融資收縮的態(tài)勢(shì)，但是市場(chǎng)對(duì)教育服務(wù)的需求不減。以人工智能和大數(shù)據(jù)為代表的新技術(shù)應(yīng)用正不斷鋪開(kāi)，特別是測(cè)評(píng)、語(yǔ)音、圖像識(shí)別等方面。然而來(lái)自北京師范大學(xué)的黃榮懷教授則提醒，在由市場(chǎng)推動(dòng)的這場(chǎng)人工智能技術(shù)與教育融合的浪潮中，要特別警惕技術(shù)的應(yīng)用方式和導(dǎo)向，避免加強(qiáng)應(yīng)試教育，片面追求教學(xué)效果和效率，而忽視或違背學(xué)生發(fā)展的規(guī)律，剝奪學(xué)生創(chuàng)新和學(xué)習(xí)所必需的思考時(shí)間和所需要經(jīng)歷的困難。

同時(shí)，由于教師和研究者往往不了解新的技術(shù)，這也為新技術(shù)在教育實(shí)踐中的應(yīng)用帶來(lái)了困難。來(lái)自北德克薩斯大學(xué)的Dhuwaraha教授探討了如何在應(yīng)用程序中利用移動(dòng)和虛擬計(jì)算fMobile andVirtual Computing）提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。他認(rèn)為，教育者需要充分意識(shí)到技術(shù)對(duì)教育的促進(jìn)作用，并在教學(xué)實(shí)踐中有效地使用技術(shù)。又如，來(lái)自北德克薩斯大學(xué)的Parsons教授指出實(shí)驗(yàn)證明智能技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的融合能為特殊兒童教育和康復(fù)訓(xùn)練提供有針對(duì)性的訓(xùn)練環(huán)境，讓他們?cè)凇鞍踩钡沫h(huán)境中嘗試、練習(xí)各種技能，并逐步適應(yīng)日常學(xué)校的環(huán)境。但Parsons教授指出由于心理學(xué)家和特殊教育研究者對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不甚了解，還需要更多跨領(lǐng)域的研究推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和特殊教育更深層次的融合。這些矛盾都突出了探索協(xié)同發(fā)展機(jī)制的必要性，需要以科學(xué)教育理論為基礎(chǔ)協(xié)同產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新與教學(xué)應(yīng)用。大會(huì)中企業(yè)與研究者提出了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

（一）企業(yè)與高校合作共同培養(yǎng)創(chuàng)新人才

應(yīng)對(duì)國(guó)際人才競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的現(xiàn)狀，中美雙方都帶來(lái)了高校與企業(yè)合作培養(yǎng)人才的創(chuàng)新實(shí)踐。戴爾科技公司高等教育首席技術(shù)官Dewitt先生介紹，戴爾對(duì)來(lái)自全球的12，000名高中和大學(xué)生進(jìn)行了調(diào)查，調(diào)查結(jié)果顯示那些出生于20世紀(jì)90年代中期及以后的人對(duì)科技充滿了狂熱，但是這些數(shù)字原生代對(duì)他們的整體勞動(dòng)力準(zhǔn)備情況不太確定。研究表明，由于各種數(shù)字技能和對(duì)新興技術(shù)的態(tài)度，經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員擔(dān)心，未來(lái)大多數(shù)領(lǐng)導(dǎo)角色將由數(shù)字原生代人填補(bǔ)。應(yīng)對(duì)這樣的需求，戴爾以豐富的IT教育資源與高校合作，共同開(kāi)展在虛擬化、云計(jì)算和數(shù)據(jù)分析等前沿領(lǐng)域的教育，共同為培養(yǎng)未來(lái)的創(chuàng)新型領(lǐng)導(dǎo)人才做好準(zhǔn)備。北京師范大學(xué)的鄭永和教授介紹了中國(guó)高校與企業(yè)合作共同培養(yǎng)人工智能領(lǐng)域的人才培養(yǎng)模式，具體包括企業(yè)提供工程師擔(dān)任大學(xué)的兼職講師，介紹人工智能技術(shù)在實(shí)踐中應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)和發(fā)展前沿;企業(yè)提供真實(shí)數(shù)據(jù)和問(wèn)題拓展人工智能領(lǐng)域的教學(xué)資源;企業(yè)資助各類人工智能賽事，鼓勵(lì)、吸引和選拔青年人才從事相關(guān)工作;同時(shí)，高校與企業(yè)共同開(kāi)展課題研究，促進(jìn)理論與實(shí)踐的相互轉(zhuǎn)化。

（二）企業(yè)服務(wù)區(qū)域教育發(fā)展

由市場(chǎng)和企業(yè)推動(dòng)的校外教育是學(xué)校教育的必要補(bǔ)充，并且是滿足市場(chǎng)對(duì)教育多元需求的重要提供者，是智能教育的創(chuàng)新策源地。研究者們和教育從業(yè)者呼吁充分發(fā)揮企業(yè)和市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)，尤其注重與校內(nèi)教育的銜接，協(xié)調(diào)一致共同為滿足學(xué)生與家長(zhǎng)的要求努力。大會(huì)上，我國(guó)優(yōu)必杰教育科技有限公司提供了他們與區(qū)域教育部門合作的實(shí)踐案例。教育部門采用區(qū)域統(tǒng)一采購(gòu)的方式，可以靈活調(diào)用市場(chǎng)資源支持學(xué)校教育的發(fā)展，優(yōu)化區(qū)域內(nèi)教育資源配置。優(yōu)必杰為區(qū)域提供創(chuàng)客、STEM等探究型科學(xué)教育課程服務(wù)，包括提供課程資源包、入校教學(xué)服務(wù)和教師培訓(xùn)服務(wù)等。這種方式既滿足了學(xué)校為學(xué)生提供多樣性科學(xué)課程的需求，也幫助區(qū)域內(nèi)的學(xué)校解決了科學(xué)教師短缺的問(wèn)題，以及學(xué)校問(wèn)資源不平衡等問(wèn)題。以前，因?yàn)閷W(xué)校一周只提供一節(jié)這樣的課程，所以很多學(xué)校無(wú)法負(fù)擔(dān)聘用一個(gè)專職科創(chuàng)教師的成本。如今，因?yàn)橐粋€(gè)教師同時(shí)為區(qū)域內(nèi)多個(gè)學(xué)校提供教學(xué)服務(wù)，不僅提高了效率，也增進(jìn)了學(xué)校之間的交流與合作。來(lái)自美國(guó)的德州儀器公司教育技術(shù)部Balyta博士，強(qiáng)調(diào)行業(yè)和學(xué)術(shù)界在培養(yǎng)學(xué)生STEM能力方面必須協(xié)同發(fā)揮作用，共同幫助學(xué)生在畢業(yè)時(shí)做好職業(yè)準(zhǔn)備。

六、人工智能賦能教育所面臨的挑戰(zhàn)

隨著人工智能與教育融合程度的不斷加深，我們?cè)谙硎鼙憷耐瑫r(shí)也面臨著一系列的挑戰(zhàn)。

（一）人工智能教育發(fā)展面臨的倫理挑戰(zhàn)

學(xué)生的數(shù)據(jù)安全、隱私保護(hù)等已成為人工智能發(fā)展不可回避的倫理問(wèn)題，目前教育領(lǐng)域人工智能技術(shù)應(yīng)用的倫理機(jī)制尚不清晰，如何實(shí)施教育視角下的可信賴人工智能，是需要高度重視并持續(xù)關(guān)注的問(wèn)題。大會(huì)中卡爾加里大學(xué)的Eugene教授梳理了教育領(lǐng)域人工智能應(yīng)用可能帶來(lái)的7大倫理挑戰(zhàn)，特別倡議在基礎(chǔ)教育階段提升學(xué)生們對(duì)人工智能倫理問(wèn)題的意識(shí)，了解人工智能的本質(zhì)，幫助學(xué)生們準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì)人工智能大規(guī)模應(yīng)用的未來(lái)社會(huì)。

（二）人工智能教育發(fā)展面臨的理論挑戰(zhàn)

雖然智能技術(shù)的發(fā)展為構(gòu)建更高效的學(xué)習(xí)環(huán)境提供了可能，但如何從形態(tài)多變、分布零散、屬性復(fù)雜的海量異質(zhì)教育數(shù)據(jù)和資源中高效獲取有價(jià)值的知識(shí)，在學(xué)習(xí)資源更新、學(xué)習(xí)活動(dòng)安排、學(xué)習(xí)過(guò)程監(jiān)督、學(xué)習(xí)問(wèn)題解決和個(gè)性化學(xué)習(xí)定制等過(guò)程中幫助學(xué)生有效學(xué)習(xí)就成為亟待解決的問(wèn)題。來(lái)自微軟公司的Williamson介紹了其與新南威爾士大學(xué)funiversity of New South Wales）合作研發(fā)的基于智能技術(shù)的在線學(xué)習(xí)社區(qū)，以期待提高學(xué)生參與度。Williamson指出還需要更多的基礎(chǔ)研究來(lái)指導(dǎo)智能技術(shù)如何能構(gòu)建滿足學(xué)習(xí)者需求的多重交互的學(xué)習(xí)環(huán)境，包括人機(jī)交互、師生交互以及生生交互。類似地，在使用智能技術(shù)發(fā)展教育游戲化的研究與實(shí)踐中，來(lái)自北德克薩斯大學(xué)的Parberry教授明確提出，目前的研究只觸及了教育者如何利用游戲幫助學(xué)生學(xué)習(xí)的表面，如何在提高教育游戲趣味性的同時(shí)避免學(xué)習(xí)者游戲成癮等負(fù)面影響還需要持續(xù)研究下去。教育者與研究者需要充分了解基于智能技術(shù)的教育游戲特點(diǎn)與教育知識(shí)屬性，甄別出合適的教育內(nèi)容，設(shè)計(jì)出恰當(dāng)?shù)慕逃繕?biāo)以及平衡的教育規(guī)則，注重學(xué)習(xí)者自身發(fā)展與學(xué)習(xí)體驗(yàn)的融合以及教育性和游戲性的平衡。此外，在虛實(shí)結(jié)合、主輔雙師（即教師主導(dǎo)、虛擬助手輔助）的新型智慧課堂，教師與人工智能助手如何協(xié)同、如何把握各司其職的邊界等問(wèn)題同樣值得探討。大會(huì)中，ISTE的South、AECT的Harris等在探討“人與技術(shù)的關(guān)系”這一熱點(diǎn)問(wèn)題時(shí)，充分肯定了技術(shù)在教育變革中的積極作用，但同時(shí)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)第一、技術(shù)第二，應(yīng)積極發(fā)揮教師與學(xué)生的主觀能動(dòng)性，從而使技術(shù)潛能最大化。因而智能技術(shù)的使用讓教育工作者和研究者反思教學(xué)的本質(zhì)，對(duì)基礎(chǔ)研究提出了新的挑戰(zhàn)，研究者亟需基于實(shí)證研究，分析學(xué)習(xí)過(guò)程中哪些環(huán)節(jié)是可以被自動(dòng)化和智能化所加強(qiáng)，制定科學(xué)合理的技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，更好地輔助學(xué)生成長(zhǎng)。

七、結(jié)論與啟示

新一代信息技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)智能教育系統(tǒng)生態(tài)化的建構(gòu)，為教育變革帶來(lái)了新的發(fā)展契機(jī)，為實(shí)現(xiàn)千年來(lái)“有教無(wú)類，因材施教，寓教于樂(lè)”的教育夢(mèng)想提供了實(shí)現(xiàn)的新途徑。教育市場(chǎng)中的資本和企業(yè)積極地推動(dòng)了技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。目前中美兩國(guó)的成功探索已在世界范圍引起不小的反響，但是要想真正占領(lǐng)人工智能的制高點(diǎn)，使其重構(gòu)教育生態(tài)、與教育融合共生，共同賦能未來(lái)，還需要密切關(guān)注人工智能的發(fā)展態(tài)勢(shì)及其可能面對(duì)的種種挑戰(zhàn)，進(jìn)行前瞻性地分析與探討，以應(yīng)對(duì)智能時(shí)代的變革浪潮。

“第四屆中美智慧教育大會(huì)”為我國(guó)發(fā)展智能技術(shù)為基礎(chǔ)的智能教育提供了寶貴的實(shí)踐和前沿研究的經(jīng)驗(yàn)，借鑒“第四屆中美智慧教育大會(huì)”中的前沿理論研究與實(shí)踐創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)，為貫徹我國(guó)人工智能在教育領(lǐng)域的發(fā)展提出以下研究與實(shí)踐的建議。

（一）融合互補(bǔ)，面向需求

大會(huì)中雙方學(xué)者和企業(yè)的實(shí)踐都顯示出技術(shù)與教育深度融合的特點(diǎn)，在發(fā)展人工智能教育時(shí)，應(yīng)特別注意面向教育領(lǐng)域的真實(shí)問(wèn)題，整合不同技術(shù)方案構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)環(huán)境以滿足多樣化的學(xué)習(xí)需求。

（二）理論引領(lǐng)，關(guān)注體驗(yàn)

在以人工智能和虛擬仿真等新技術(shù)為基礎(chǔ)的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)者們指出更應(yīng)該關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，以避免為技術(shù)所驅(qū)動(dòng)而違背學(xué)生發(fā)展的規(guī)律。故而在發(fā)展智能教育的過(guò)程中，更應(yīng)該加強(qiáng)教育基礎(chǔ)研究和理論構(gòu)建，制定科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范引導(dǎo)技術(shù)的使用。加強(qiáng)對(duì)學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)的培養(yǎng)，提升他們對(duì)于智能技術(shù)本質(zhì)的理解，幫助他們應(yīng)對(duì)智能技術(shù)可能帶來(lái)的全方位的影響。

（三）協(xié)同發(fā)展，共創(chuàng)未來(lái)

在探索智能教育的過(guò)程中，高校需與企業(yè)緊密合作，面向真實(shí)需求與實(shí)踐困難，通過(guò)在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)與迭代，形成可落地實(shí)施的教學(xué)方法和最佳實(shí)踐，并通過(guò)產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)教育創(chuàng)新的可持續(xù)發(fā)展，形成產(chǎn)學(xué)研用一體化的“無(wú)縫鏈接”。同時(shí)，高校需要在與企業(yè)緊密合作的基礎(chǔ)上推動(dòng)科研創(chuàng)新和人才培養(yǎng)，為我國(guó)發(fā)展人工智能儲(chǔ)備人才、奠定基礎(chǔ)。