劉德建

摘要：人工智能技術(shù)為應(yīng)對(duì)教育大數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)、實(shí)現(xiàn)教育公平性與個(gè)性化提升提供了技術(shù)支撐。智能助手作為智能技術(shù)的一個(gè)領(lǐng)域，目前已形成相對(duì)成熟的通用型智能助手技術(shù)生態(tài)，教育智能助手的技術(shù)研究雖起步較晚但也在持續(xù)推選，研究重點(diǎn)放在擬人化技術(shù)上。當(dāng)前研究圍繞人才培養(yǎng)過(guò)程，人工智能教育應(yīng)用的場(chǎng)景可劃分為學(xué)習(xí)一教學(xué)一管理三類，智能助手應(yīng)用于三類場(chǎng)景，支持教師教學(xué)的智能助手研究較多，理論與開(kāi)發(fā)并行;促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的智能助手研究還處在探索階段，潛力巨大;提升教育管理的智能助手研究較少且挖掘不深。未來(lái)研究需要推動(dòng)理論與應(yīng)用的對(duì)話，將智能助手置于技術(shù)中介學(xué)習(xí)服務(wù)系統(tǒng)下開(kāi)展系統(tǒng)研究，將落腳點(diǎn)放在促進(jìn)學(xué)習(xí)上，最后從技術(shù)與教育需求出發(fā)，對(duì)支持學(xué)生學(xué)習(xí)型智能助手的功能做了矩陣式的思考。

關(guān)鍵詞：智能助手;教育應(yīng)用場(chǎng)景;功能設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

由于自動(dòng)化技術(shù)、人工智能及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能虛擬助手市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)發(fā)展。咨詢公司Grand View Research的一份《智能虛擬助手規(guī)模、份額及趨勢(shì)報(bào)告》顯示，2018年，全球虛擬助手市場(chǎng)的價(jià)值規(guī)模達(dá)到23.9億美元，2019-2025年的復(fù)合年均增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)為40.4%[1]。

智能助手與早期用戶助手一脈相承，在服務(wù)與功能上進(jìn)行了擴(kuò)展和提升。信息化早期，信息技術(shù)快速發(fā)展，用戶在信息產(chǎn)品的使用過(guò)程中面臨大量信息帶來(lái)的認(rèn)知沖擊，用戶認(rèn)知能力與技術(shù)環(huán)境之間的差距無(wú)疑會(huì)弱化產(chǎn)品的使用體驗(yàn)，為幫助用戶縮小差距，產(chǎn)品研發(fā)方開(kāi)始內(nèi)置用戶助手。比如微軟在Office系統(tǒng)中內(nèi)置了一個(gè)曲別針的卡通形象-Clippy，通過(guò)自發(fā)跳出的方式幫助用戶進(jìn)行操作學(xué)習(xí)，但是這項(xiàng)設(shè)計(jì)最終被評(píng)價(jià)為是煩人的、不禮貌的，并且會(huì)打斷用戶的T作流程。隨著智能時(shí)代的到來(lái)，智能技術(shù)在幫助用戶快速了解、使用產(chǎn)品上的優(yōu)勢(shì)受到重視，并且各類面向日常生活的服務(wù)功能也得到了開(kāi)發(fā)。微軟公司從Windowl0開(kāi)始，就內(nèi)置了更加智能的個(gè)人助手Cortana，在私人和商務(wù)場(chǎng)合提供服務(wù)[2]。

隨著智能助手突破早期用戶助手的單一功能，智能助手的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。有研究表明，智能助手在日常生活和家庭、工作支持以及電子學(xué)習(xí)（e-Learning）_個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用具有前景[3]。佐治亞大學(xué)的Ashok Goel教授研發(fā)了Dubbed JillWatson助教系統(tǒng)，幫助教師應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)課程中學(xué)生的大量提問(wèn)，成為人工智能應(yīng)用于教育場(chǎng)景的一次成功嘗試。智能助手的教育應(yīng)用為促進(jìn)教育大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)教育公平性和個(gè)性化提供了新思路。

一、大數(shù)據(jù)、個(gè)性化教育催生教育智能助手

（一）教育系統(tǒng)在信息化建設(shè)下的大量數(shù)據(jù)有待處理

1990年，以“信息化校園計(jì)劃”（The CampusComputing Project）大型科研項(xiàng)目為標(biāo)志[4]，拉開(kāi)了全球數(shù)字校園建設(shè)的帷幕。在上世紀(jì)90年代，我國(guó)高校也開(kāi)始建設(shè)校園局域網(wǎng)，探索信息技術(shù)與高等教育的結(jié)合之路。在基礎(chǔ)教育階段，隨著“三通兩平臺(tái)”的建設(shè)，中小學(xué)校的信息化建設(shè)大步邁進(jìn)，教育主管部門的信息化管理不斷深化。隨之而來(lái)的是信息技術(shù)在教育系統(tǒng)的應(yīng)用使得相關(guān)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)膨脹之勢(shì)，各類系統(tǒng)中龐雜的數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)著個(gè)體的認(rèn)知極限。如何快速梳理出滿足用戶個(gè)人偏好的數(shù)據(jù)，幫助用戶分析形成有用的信息，成為下一步教育信息化需要解決的問(wèn)題。

智能助手顛覆了傳統(tǒng)的檢索方式，通過(guò)加載專門用于改進(jìn)信息檢索過(guò)程的軟件代理，對(duì)基于Web的信息進(jìn)行過(guò)濾;通過(guò)具有自主學(xué)習(xí)能力的推薦系統(tǒng)，智能助手可以主動(dòng)支持用戶的數(shù)據(jù)需求;通過(guò)內(nèi)部集成的專家系統(tǒng)，智能助手能夠?yàn)閿?shù)據(jù)的意義解讀提供幫助，如一種使用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng)iAPERAS，能夠針對(duì)非專業(yè)運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練數(shù)據(jù)和營(yíng)養(yǎng)信息，提供基于科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)和領(lǐng)域?qū)＜以u(píng)估的信息服務(wù)[5]。

（二）教育的公平性和個(gè)性化目標(biāo)有待實(shí)現(xiàn)

近日，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》，重申“更加注重面向人人”“更加注重因材施教”的基本理念，教育的公平性和個(gè)性化成為推進(jìn)教育現(xiàn)代化的重要抓手。國(guó)際上，聯(lián)合國(guó)教科文組織攜手聯(lián)合國(guó)兒童基金會(huì)、世界銀行等機(jī)構(gòu)在2015年世界教育論壇提出了2030年的教育愿景，實(shí)現(xiàn)包容和公平的全民優(yōu)質(zhì)教育和終身學(xué)習(xí)，承諾在所有環(huán)境中以及在各級(jí)教育中促進(jìn)優(yōu)質(zhì)的全民終身學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，并要提供靈活的學(xué)習(xí)途徑，承認(rèn)、驗(yàn)證和認(rèn)證通過(guò)非正規(guī)和非正式教育獲得的知識(shí)、技能和能力。這一宣言從教育的包容能力和個(gè)性化教育服務(wù)兩個(gè)角度提出了教育發(fā)展的目標(biāo)和方向：一方面教育體系要面向所有人提供教育服務(wù)，即實(shí)現(xiàn)教育服務(wù)對(duì)象上的公平;另一方面，又規(guī)定了服務(wù)的起點(diǎn)是個(gè)體學(xué)習(xí)者，即為每一個(gè)學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化的教育。

在以智能化等前沿技術(shù)為代表的第四次工業(yè)革命背景下，信息技術(shù)對(duì)教育公平性、個(gè)性化的技術(shù)支撐作用巨大。根據(jù)麥肯錫全球研究2017年的《Artificial Intelligence： The Next Digital Frontier？》報(bào)告，在2030年之前實(shí)現(xiàn)普遍的小學(xué)教育，世界還需要招聘和培訓(xùn)2440萬(wàn)小學(xué)老師，而全球小學(xué)老師的缺口高達(dá)4440萬(wàn)，人工智能是解決教師缺口問(wèn)題的一種方法。斯坦福大學(xué)2016年發(fā)布的《2030年的人工智能與人類生活》指出，當(dāng)前快速發(fā)展的學(xué)習(xí)分析能夠?qū)ふ业綄W(xué)生的錯(cuò)誤模式，對(duì)學(xué)生的失敗風(fēng)險(xiǎn)展開(kāi)預(yù)測(cè)，并提供實(shí)時(shí)的成績(jī)反饋，有助于學(xué)生改進(jìn)學(xué)習(xí)方式，滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，鞏固提升學(xué)習(xí)效果。

（三）智能助手的發(fā)展階段

進(jìn)入計(jì)算機(jī)時(shí)代以來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于教育大致經(jīng)歷了三個(gè)階段。從1958年到上世紀(jì)90年代，綜合應(yīng)用多媒體、超文本、人工智能和知識(shí)庫(kù)等計(jì)算機(jī)技術(shù)，圍繞練習(xí)、輔導(dǎo)和模擬等學(xué)習(xí)需求，發(fā)展了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（Computer Aided Instruction，CAI）技術(shù)。上世紀(jì)90年代后，開(kāi)始出現(xiàn)智能教學(xué)系統(tǒng)（lntelligent Tutoring System，ITS），以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)，在沒(méi)有人類導(dǎo)師指導(dǎo)的情況下幫助學(xué)習(xí)者獲取知識(shí)和技能，具有信息感知、實(shí)時(shí)反饋和學(xué)習(xí)建議等功能。隨后的發(fā)展中，ITS通過(guò)增加語(yǔ)義、代理和約束的功能模塊，以VR/AR優(yōu)化用戶接口、開(kāi)放與大數(shù)據(jù)的接口等，不斷優(yōu)化功能結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)基于不同技術(shù)重點(diǎn)的突破發(fā)展。當(dāng)前，隨著智能技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)全過(guò)程的變革成為可能，智能學(xué)習(xí)環(huán)境（Smart Learning Environment，SLE）初現(xiàn)端倪，這是一種能感知學(xué)習(xí)情景、識(shí)別學(xué)習(xí)者特征、提供合適的學(xué)習(xí)資源與便利的互動(dòng)工具、自動(dòng)記錄學(xué)習(xí)過(guò)程和評(píng)測(cè)學(xué)習(xí)成果，以促進(jìn)學(xué)習(xí)者有效學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)場(chǎng)所或活動(dòng)空間[6]。作為普通數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的高端形態(tài)，智慧學(xué)習(xí)環(huán)境是教育技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。作為智能學(xué)習(xí)環(huán)境中的典型技術(shù)，智能助手從人工智能技術(shù)研究領(lǐng)域分化出來(lái)，受到教育技術(shù)研究者的關(guān)注，并被納入教育人工智能技術(shù)框架之中[7]。

智能助手（lntelligent Assistant）技術(shù)在智能代理（lntelligent Agent）技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)。智能代理強(qiáng)調(diào)智能技術(shù)在教育過(guò)程中作為自主性實(shí)體存在，而非嵌套在某些教育環(huán)節(jié)中，通過(guò)學(xué)習(xí)，它能夠適應(yīng)其動(dòng)態(tài)環(huán)境，減少工作和信息過(guò)載。而智能助手是幫助用戶執(zhí)行特定任務(wù)的軟件代理，它通過(guò)幾乎無(wú)限的任務(wù)和應(yīng)用程序與用戶協(xié)作，能隱藏困難任務(wù)的復(fù)雜性、代表用戶執(zhí)行任務(wù)以及指導(dǎo)用戶監(jiān)視事件和過(guò)程等，實(shí)現(xiàn)與人溝通、合作、討論和指導(dǎo)。相比而言，兩者都能夠根據(jù)類似的以往經(jīng)驗(yàn)不斷改進(jìn)其行為，但智能助手更具有社會(huì)性，能夠向用戶展示其能力，同時(shí)發(fā)展社會(huì)關(guān)系以吸引用戶。

需要指出的是，“智能助手”一詞在名稱上還未達(dá)成統(tǒng)一。英文表達(dá)中，除了“Intelligent Assistant”之外，也有“Smart PersonalAssistant”“Virtual Personal Assistant”的表達(dá)。具體到教育領(lǐng)域，2017年《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》中的表述是“智能教育助理”，另有“智能書童”“Animated PedagogicalAgents”“Virtual Affective Tutor”等說(shuō)法。

二、教育智能助手技術(shù)重點(diǎn)關(guān)注擬人化

（一）智能助手技術(shù)基礎(chǔ)完善

上世紀(jì)90年代，智能私人助手（lntelligentPersonal Assistant，IPA）這一概念被首次提出[8]。而為此奠定基礎(chǔ)的是個(gè)人數(shù)據(jù)助理（Personal DataAssistant，PDA），也即手持個(gè)人電腦。手持個(gè)人電腦首次發(fā)行是在上世紀(jì)80年代中期，以方便用戶的日常生活并保證數(shù)據(jù)的可及性，但是隨著帶有觸屏技術(shù)的可便攜裝置的發(fā)展，手持個(gè)人電腦變得落后，更加智能化的個(gè)人助理成為新的需求[9]。伴隨著人工智能領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，制造更加智能化機(jī)器的可能性提高，再加上數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)算法等技術(shù)的融人，制造出反映靈敏、能自我知覺(jué)的機(jī)器成為可能。

智能助手的發(fā)展離不開(kāi)三類技術(shù)的支撐。首先是語(yǔ)音技術(shù)和語(yǔ)義技術(shù)，這是人工智能應(yīng)用的基礎(chǔ)，解決人機(jī)交互的問(wèn)題;其次是機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、知識(shí)庫(kù)等知識(shí)推理、整合技術(shù)，這是智能助手的核心技術(shù)，決定著智能助手智能水平的高低;最后是大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)，屬于智能助手的支撐技術(shù)，解決最基礎(chǔ)的信息存儲(chǔ)、傳輸?shù)葐?wèn)題[10]。隨著各類技術(shù)的成熟，出現(xiàn)了支持智能助手研發(fā)的支撐框架，如Bot Framework、Api.ai、Wit.ai、Chatfuel、圖靈機(jī)器人等。隨著交互發(fā)現(xiàn)、分析整合和傳輸計(jì)算等工具的完善，形成了相對(duì)完善的技術(shù)生態(tài)，支持虛擬助手研發(fā)的技術(shù)工具包已然形成[11]。

當(dāng)前，融合機(jī)器人技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality）技術(shù)，智能助手得到進(jìn)一步發(fā)展。廣義來(lái)看，機(jī)器人可以算作是智能助手的一種，但作為實(shí)體性的機(jī)器人，其所依賴的導(dǎo)航與定位、路徑規(guī)劃、智能控制等關(guān)鍵技術(shù)，為智能助手實(shí)體化發(fā)展提供了借鑒。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，它能夠創(chuàng)建并生成交互式的三維動(dòng)態(tài)視景，進(jìn)一步提升智能助手的人機(jī)交互體驗(yàn)。

而隨著用戶對(duì)智能助手需求的不斷擴(kuò)大，當(dāng)前數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的計(jì)算極限被不斷逼近，智能助手應(yīng)用所需的基礎(chǔ)性技術(shù)問(wèn)題受到關(guān)注，如何發(fā)展未來(lái)的服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)來(lái)支持這類新興的應(yīng)用程序成為新的技術(shù)研究點(diǎn)。有研究發(fā)現(xiàn)加速器對(duì)于智能助手服務(wù)的未來(lái)可擴(kuò)展性至關(guān)重要，而基于GPU和FPGA服務(wù)器結(jié)構(gòu)的加速器能夠改善查詢延遲，對(duì)于給定的吞吐量能夠有效減少數(shù)據(jù)中心（Datacenter，DCs）的數(shù)量、降低總擁有成本（TotalCost of Ownership， TC0）[12].

（二）智能助手在教育中的應(yīng)用研究關(guān)注擬人化

圍繞教學(xué)應(yīng)用中的實(shí)際需求，教育智能助手領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注了相應(yīng)技術(shù)。為使智能助手能夠提供知識(shí)引導(dǎo)，關(guān)注語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)（Semantic WebKnowledge）技術(shù)，以解決教學(xué)內(nèi)容層面的問(wèn)題;為使智能助手能夠根據(jù)學(xué)習(xí)環(huán)境采取合適行動(dòng)，關(guān)注情境感知（Context-awareness）技術(shù)，以解決教學(xué)環(huán)境層面的問(wèn)題;為實(shí)現(xiàn)多通道的自然教學(xué)交互，關(guān)注多模態(tài)（Multimodality）技術(shù)，解決教學(xué)互動(dòng)方式層面的問(wèn)題。而為使得學(xué)生能夠獲得更加智能化、人性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，智能助手的擬人化（Anthropomorphism）技術(shù)受到重點(diǎn)關(guān)注。

智能助手的擬人化程度有很大的差別，不同的信息通道對(duì)其產(chǎn)生影響，如蘋果公司開(kāi)發(fā)的智能助手Siri就沒(méi)有擬人的形象，而僅僅依靠聲音。但有研究表明，高擬人化程度通常與社會(huì)性的交互同時(shí)發(fā)生;在控制技術(shù)方面的原因后，設(shè)備的擬人化可以預(yù)測(cè)用戶的滿意度[13]。在教育領(lǐng)域，智能助手產(chǎn)品的擬人化對(duì)吸引學(xué)生參與具有重要價(jià)值。當(dāng)前的研究從智能助手的外形、動(dòng)態(tài)、手勢(shì)以及表情等方面進(jìn)行探尋，旨在提升智能助手的社會(huì)屬性。

在外形上，有研究表明，智能助手具體化為男性時(shí)被認(rèn)為更強(qiáng)大，而女性具體化的智能助手被認(rèn)為更可愛(ài);微笑的代理人被認(rèn)為比舉止中性的代理人更討人喜歡[14]。在動(dòng)態(tài)化上，有研究探索了唇形同步、可視文本到語(yǔ)音轉(zhuǎn)化兩種方式下，促進(jìn)嵌入式動(dòng)畫代理表現(xiàn)出自發(fā)面部活動(dòng)的情況，以促進(jìn)智能助手在講解、對(duì)話時(shí)的形象性[15]。在手勢(shì)方面，有研究表明對(duì)于指示手勢(shì)在提供注意力提示方面的效果，在缺乏其他注意力線索的情況下，智能助手的頭部活動(dòng)及手勢(shì)活動(dòng)可能有時(shí)會(huì)分散學(xué)生的注意力，將其引導(dǎo)到代理本身而不是關(guān)鍵信息元素上[16]。在表情方面，有研究提出了一種計(jì)算機(jī)概率模型，該模型能夠幫助智能助手在人機(jī)互動(dòng)中自動(dòng)選擇和展現(xiàn)合適的微笑行為，并自動(dòng)計(jì)算出使用者對(duì)所體現(xiàn)的社會(huì)姿態(tài)的潛在感知[17]。

三、教育智能助手的成熟度不及通用型智能助手產(chǎn)品

（一）通用型智能助手產(chǎn)品相對(duì)成熟

服務(wù)教學(xué)管理的智能助手，如AdmitHub研發(fā)的一款自定義虛擬助手Oli，針對(duì)美國(guó)佐治亞州準(zhǔn)大學(xué)生在注冊(cè)入學(xué)前會(huì)放棄入學(xué)的現(xiàn)象（SummerMelt），受佐治亞州政府的委托，開(kāi)發(fā)了一款智能軟件，旨在幫助學(xué)生了解有關(guān)入學(xué)任務(wù)的提醒和相關(guān)信息，收集關(guān)鍵調(diào)查數(shù)據(jù)，并隨時(shí)回答學(xué)生的問(wèn)題，目前Oli只能接受基于文本的智能交互，下一步將計(jì)劃實(shí)現(xiàn)基于語(yǔ)言的智能交互。

四、教育智能助手研究圍繞從教學(xué)、學(xué)習(xí)及管理展開(kāi)

（一）三類智能技術(shù)與教育融合場(chǎng)景

北京師范大學(xué)未來(lái)教育高精尖創(chuàng)新中心2018年發(fā)布的《“人工智能+教育”藍(lán)皮書》，圍繞學(xué)校人才培養(yǎng)的核心功能，將人工智能與教育的融合應(yīng)用梳理出5個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景：智能學(xué)習(xí)過(guò)程支持、智能教育評(píng)價(jià)、智能教師助理、教育智能管理與服務(wù)以及智能教育環(huán)境。邏輯上，可劃分為面向?qū)W生學(xué)習(xí)、教師教學(xué)、行政管理的三類，最終構(gòu)建成以學(xué)生智能學(xué)習(xí)為中心的智能教育環(huán)境。

這種學(xué)習(xí)一教學(xué)一管理三分法也符合教育應(yīng)用層面智能技術(shù)發(fā)展圖景。楊現(xiàn)民等的研究建構(gòu)了教育人工智能的技術(shù)框架，在教育應(yīng)用層面上列出了八項(xiàng)技術(shù)，大體也可以按照三類場(chǎng)景劃分，包括支持學(xué)生學(xué)習(xí)的拍照搜題、個(gè)性化學(xué)習(xí)，幫助教師開(kāi)展教學(xué)的自動(dòng)化測(cè)評(píng)、智能導(dǎo)學(xué)，支持教學(xué)管理的智能批發(fā)、學(xué)情監(jiān)測(cè)和分層排課，以及與智能助手技術(shù)息息相關(guān)的教育機(jī)器人[24]。

由此，智能助手在教育中的應(yīng)用場(chǎng)景也可以分成學(xué)習(xí)、教學(xué)和管理三類（如下圖所示）。進(jìn)一步分析，當(dāng)前智能助手與教育的三類場(chǎng)景的融合程度存在差異，從目前的研究來(lái)看，支持教師教學(xué)的智能助手研究更多，且理論與開(kāi)發(fā)并行;支持學(xué)生學(xué)習(xí)的智能助手研究潛力巨大;支持教學(xué)管理的智能助手研究不多，有待深入。

（二）支持教師教學(xué)的智能助手的研究理論與開(kāi)發(fā)并行

基于智能教學(xué)系統(tǒng)的研發(fā)，支持教師教學(xué)的智能教學(xué)代理（Graphics Pedagogical Accelerators）快速發(fā)展。智能教學(xué)代理是虛擬助理在遠(yuǎn)程教育領(lǐng)域的一項(xiàng)典型應(yīng)用，以鮮活的動(dòng)畫人物或擬人形象出現(xiàn)在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中，對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行一對(duì)一的個(gè)性化學(xué)習(xí)輔導(dǎo)[25]。隨著動(dòng)畫代理技術(shù)的快速發(fā)展，圖形加速器（Graphics Accelerators）技術(shù)的可及性和可支付性得到提升，教育中應(yīng)用動(dòng)畫代理成為可能。南加州大學(xué)先后研究開(kāi)發(fā)出Steve和Adele兩款教學(xué)智能代理動(dòng)畫產(chǎn)品。Steve運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，開(kāi)展與學(xué)生的真實(shí)合作，構(gòu)建了新的互動(dòng)模式[26];Adele拓展了Steve的教學(xué)功能，并基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)展遠(yuǎn)程教學(xué)。Adele的內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能包括學(xué)習(xí)內(nèi)容呈現(xiàn)、學(xué)生監(jiān)測(cè)和反饋、問(wèn)題探測(cè)、暗示和解釋等，整體架構(gòu)支持瀏覽器環(huán)境下的客戶端操作，并且能夠接人開(kāi)架的創(chuàng)制工具[27]。

將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合進(jìn)智能助手系統(tǒng)價(jià)值重大。有研究認(rèn)為這將極大支持教師的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，提高現(xiàn)有遠(yuǎn)程教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的質(zhì)量，智能代理在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中可承擔(dān)助手（Assistant）和實(shí)時(shí)導(dǎo)師（Real-Time Tutor）兩種任務(wù)[28]。另有研究認(rèn)為以人工智能與模式識(shí)別為核心，虛擬助手在遠(yuǎn)程教育、個(gè)性化支持服務(wù)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，如可以通過(guò)大數(shù)據(jù)等智能化計(jì)算程序理解并判斷學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)及需求，改善遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)系統(tǒng)中資源與知識(shí)單向傳輸和缺乏個(gè)性化的問(wèn)題;可以利用語(yǔ)音、圖像識(shí)別技術(shù)與學(xué)習(xí)者進(jìn)行高效互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)并提供過(guò)程性的學(xué)習(xí)支持;可以利用互動(dòng)過(guò)程監(jiān)測(cè)技術(shù)，了解學(xué)習(xí)者遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)過(guò)程中的情緒變化，緩解由于時(shí)空分離而造成的負(fù)面情緒，促進(jìn)學(xué)生社會(huì)性交往。然而也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到智能助手在支持遠(yuǎn)程教育方面還存在資源推送算法、人機(jī)交互模式、情緒狀態(tài)識(shí)別等方面的技術(shù)難點(diǎn)[29]。

智能助手的教學(xué)效果受到關(guān)注。有研究表明，基于動(dòng)畫形象的智能助手對(duì)學(xué)生的心理具有積極影響，互動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境中逼真的人物形象對(duì)學(xué)生感知他們的學(xué)習(xí)經(jīng)歷具有正面作用，即使這個(gè)形象并不怎么做解說(shuō);另外動(dòng)畫人物形象多種類型的解釋行為對(duì)學(xué)生的情感體驗(yàn)和學(xué)習(xí)表現(xiàn)也有影響[30]。另有研究關(guān)注智能助手在網(wǎng)上學(xué)習(xí)環(huán)境下提供情感交互的能力，Victor是一個(gè)集成在在線輔導(dǎo)系統(tǒng)中的嵌入式對(duì)話代理，能夠通過(guò)與學(xué)生交談、手勢(shì)和面部表情顯示，提供關(guān)于學(xué)習(xí)過(guò)程的基本反饋，為使用在線輔導(dǎo)的學(xué)生提供一個(gè)人性化的輔導(dǎo)，從而提高他們的體驗(yàn)質(zhì)量[31]。

（三）促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的智能助手研究還需探索且潛力巨大

智能助手支持學(xué)生學(xué)習(xí)方面的研究關(guān)注學(xué)生模型的建構(gòu)。有研究認(rèn)為每個(gè)學(xué)生的需求都是基于學(xué)生的模型，要滿足學(xué)生個(gè)性化的需求就需要研究學(xué)生模型，但是由于學(xué)生往往具有自我認(rèn)知等的誤解，學(xué)生模型遠(yuǎn)比其他模型復(fù)雜[32]。隨著人工智能、深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，智能助手能夠基于以往的經(jīng)驗(yàn)不斷改進(jìn)行為，未來(lái)將能夠更好地發(fā)現(xiàn)用戶的習(xí)慣、能力、偏好和目標(biāo)，更準(zhǔn)確地識(shí)別和預(yù)測(cè)用戶的意圖，開(kāi)拓學(xué)生模型建構(gòu)的思路和技術(shù)方法[33]。

智能助手促進(jìn)學(xué)生第二語(yǔ)言學(xué)習(xí)方面，有研究關(guān)注智能助手將如何并在何種程度上可以被應(yīng)用于人機(jī)交互和學(xué)習(xí)中，認(rèn)為隨著人工智能技術(shù)，尤其是自然語(yǔ)言處理技術(shù)的引進(jìn)，利用智能助手進(jìn)行第二語(yǔ)言學(xué)習(xí)的價(jià)值需要重視和深究[34]。另有研究更進(jìn)一步，關(guān)注作為同伴的智能助手，在幫助中國(guó)兒童提高英語(yǔ)學(xué)習(xí)能力上的作用，并探討了兩種形態(tài)，即軟性的機(jī)器人化身和有實(shí)體的互動(dòng)型玩具機(jī)器人，在學(xué)生英語(yǔ)學(xué)習(xí)上的應(yīng)用模式[35]。

智能虛擬助手作為一種學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)受到教育領(lǐng)域的關(guān)注，但是整體還處于探索階段。智能虛擬助手具有個(gè)性化輔導(dǎo)、交互式問(wèn)答、情境學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)支持功能，將能促進(jìn)教育智能化、個(gè)性化發(fā)展[36]。隨著傳感器、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能、模式識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)越來(lái)越注意到智能助手在滿足學(xué)習(xí)者需求和喜好、提供個(gè)性化學(xué)習(xí)支持方面的優(yōu)勢(shì)，但是其進(jìn)一步發(fā)展還需攻克資源推送算法、人機(jī)互動(dòng)模式、情緒狀態(tài)識(shí)別等技術(shù)難點(diǎn)[37]。

（四）提升教育管理的智能助手研究較少且挖掘不深

有研究針對(duì)傳統(tǒng)英語(yǔ)課堂的現(xiàn)狀，從信息交互及操作交互層面，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了以智能手機(jī)為載體的英語(yǔ)課堂助手[38]。另有研究針對(duì)大學(xué)課堂上教師點(diǎn)名的應(yīng)用場(chǎng)景，為了減輕點(diǎn)名的負(fù)擔(dān)、節(jié)省時(shí)間，研發(fā)一款基于Android平臺(tái)的教師課堂智能助手系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于Android移動(dòng)平臺(tái)，采用藍(lán)牙技術(shù)，幫助教師開(kāi)展課堂的智能管理[39]。

另有研究關(guān)注智能助手對(duì)學(xué)生狀態(tài)的監(jiān)控，研制出一款StudentLife的APP，測(cè)定達(dá)特茅斯大學(xué)學(xué)生的身心狀態(tài)，并以此數(shù)據(jù)解釋學(xué)生為期10周的學(xué)習(xí)過(guò)程[40]。這為利用智能助手監(jiān)測(cè)學(xué)生身體和心理健康狀態(tài)，并進(jìn)一步探究不同狀態(tài)與教育成果之間的關(guān)系提供了新思路。

目前的研究還是專注于課堂管理層面，對(duì)更加宏觀的學(xué)校管理乃至區(qū)域教育治理的研究不多，智能助手在促進(jìn)教育管理流程優(yōu)化、實(shí)現(xiàn)管理數(shù)據(jù)監(jiān)控上的作用還沒(méi)觸及。

五、教育智能助手未來(lái)需結(jié)合理論開(kāi)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）促進(jìn)應(yīng)用研究與理論研究的對(duì)話互證

多媒體認(rèn)知理論的指導(dǎo)與完善。多媒體認(rèn)知理論為多通道的人機(jī)自然交互提供理論指導(dǎo)，但相關(guān)理論也面臨智能時(shí)代的挑戰(zhàn)。梅耶提出的多媒體認(rèn)知理論主要探討了文本和圖片兩類信息的呈現(xiàn)方式，對(duì)學(xué)生自我認(rèn)知建構(gòu)的影響。在此理論指導(dǎo)下，有研究指出當(dāng)前發(fā)展的動(dòng)畫代理并不符合多媒體認(rèn)知理論，當(dāng)動(dòng)畫代理在屏幕上和表格、圖片、動(dòng)畫等一起出現(xiàn)的時(shí)候，代理本身會(huì)需要更多的視覺(jué)通道，從而帶來(lái)分散注意力的效果[41]。另一方面，盡管梅耶關(guān)注的文本既可以是以語(yǔ)言形式出現(xiàn)的，也可以是以書面形式出現(xiàn)，圖片也包括音頻、視頻，但是，隨著技術(shù)的進(jìn)步，以虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality，VR）技術(shù)為代表的新技術(shù)帶來(lái)了新的信息呈現(xiàn)方式，多媒體認(rèn)知理論在新的教育技術(shù)環(huán)境下面臨不斷完善的問(wèn)題。

計(jì)算機(jī)為社會(huì)行動(dòng)者（the Computers are SocialActors Paradigm，CASA）范式的意義與價(jià)值。在CASA范式下，計(jì)算機(jī)被視為社會(huì)行動(dòng)者，人們對(duì)計(jì)算機(jī)的反應(yīng)基本上是“社會(huì)性的”，當(dāng)人們與計(jì)算機(jī)互動(dòng)時(shí)，他們將社會(huì)規(guī)則、規(guī)范和期望作為人際關(guān)系的核心。有研究認(rèn)為，根據(jù)CASA范式，確定在人際溝通和人際關(guān)系背景下促進(jìn)和破壞信任的條件，可能有助于我們更好地理解人機(jī)溝通中的信任動(dòng)態(tài)[42]。根據(jù)此范式，學(xué)生與智能助手的交互具有社會(huì)性，而智能助手的哪些特征將影響這種社會(huì)性表達(dá)及互動(dòng)，相關(guān)研究將對(duì)智能助手的設(shè)計(jì)產(chǎn)生潛在價(jià)值。

（二）開(kāi)展技術(shù)中介學(xué)習(xí)服務(wù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

技術(shù)中介學(xué)習(xí)服務(wù)（Technology-mediatedLearning Services，TMLS）指的是學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)材料（閱讀、作業(yè)、練習(xí)等）、同齡人和/或教師的互動(dòng)通過(guò)先進(jìn)的信息技術(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的環(huán)境，有時(shí)也簡(jiǎn)稱為e-Learning。在實(shí)際中這種服務(wù)總是不同學(xué)習(xí)模式和方式的混合物，也可以被認(rèn)為是一種混合學(xué)習(xí)，既可以是基于互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)的學(xué)習(xí)，同步或異步的學(xué)習(xí)，也可以是指導(dǎo)下或自定步調(diào)的學(xué)習(xí)，個(gè)人或團(tuán)隊(duì)的學(xué)習(xí)等。但通常，TMLS被認(rèn)為是一種個(gè)人中心或知識(shí)中心的復(fù)雜服務(wù)[43]。另一方面，這種學(xué)習(xí)服務(wù)的過(guò)程還是一個(gè)黑箱狀態(tài)，需要進(jìn)行系統(tǒng)研究，尤其需要關(guān)注學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程、學(xué)習(xí)方式的分布結(jié)構(gòu)，未來(lái)智能助手的研究需要擴(kuò)大視角，將其置于技術(shù)中介學(xué)習(xí)服務(wù)系統(tǒng)之下，進(jìn)行更加系統(tǒng)化的研究設(shè)計(jì)。

隨著以人工智能為代表的新一代信息技術(shù)的發(fā)展，圍繞人才培養(yǎng)的教學(xué)范式將從“教師為中心”轉(zhuǎn)向“學(xué)習(xí)者為中心”[44]，智能助手無(wú)論是支持學(xué)習(xí)、教學(xué)還是管理，最終的落腳點(diǎn)都應(yīng)放在促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)上，圍繞學(xué)習(xí)過(guò)程開(kāi)展智能助手的設(shè)計(jì)研發(fā)。無(wú)論是出現(xiàn)在界面上的智能助手還是具有實(shí)體性的智能助手，在設(shè)計(jì)中都需要遵循學(xué)生學(xué)習(xí)的規(guī)律，關(guān)注學(xué)生心理情感的需求，以多學(xué)科參與的方式共同應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)中的復(fù)雜問(wèn)題。

（三）教育智能助手功能的矩陣式思考

智能助手的功能設(shè)計(jì)中需要從技術(shù)應(yīng)用和教育需求兩個(gè)方面進(jìn)行矩陣式思考。本文試對(duì)支持學(xué)生學(xué)習(xí)型智能助手的功能進(jìn)行了矩陣式分析，如表3所示。

從教育需求層面看，因材施教、提升教育質(zhì)量、讓學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)是不變的主題。因材施教需要在教育內(nèi)容的適應(yīng)性、方法的適當(dāng)性上做出努力，在技術(shù)上真正推動(dòng)個(gè)性化教育;教育質(zhì)量提升要求利用相關(guān)技術(shù)開(kāi)展有效的評(píng)價(jià)，通過(guò)積極互動(dòng)幫助學(xué)生獲得學(xué)習(xí)成就感;學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)是信息時(shí)代學(xué)生獲得持續(xù)發(fā)展的重要素質(zhì)，需要通過(guò)智能化的監(jiān)控技術(shù)幫助學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程，學(xué)會(huì)安排學(xué)習(xí)，了解學(xué)習(xí)中的情緒變化并培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。著眼于以上教育需求，并以當(dāng)前相對(duì)成熟的各類智能技術(shù)為手段，完成對(duì)教育智能助手功能的設(shè)定。未來(lái)合格的教育智能助手需要能夠完成內(nèi)容的智能推薦、方法的適時(shí)調(diào)整、學(xué)習(xí)的增量評(píng)價(jià)、過(guò)程的積極互動(dòng)、合理的學(xué)習(xí)安排以及情感的有效支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]Crant View Research，lnc.lntelligent Virtual Assistant（IVA）MarketSize，Share&Trends Analysis Report By Product（Chatbots，SmartSpeakers），By Technology（Speech Recognition.Text-to-Speech），ByApplication，And Regional Forecasts.2019-2025[EB/OL].https：//www.grandviewresearch.e om/industrv-analvsis/intelligent-virtual-assistant-industry，2019-06- 16.

[2]Maedche A.Morana S.et al.Advanced User Assistance Systems[J].Business&lnformation Systems Engineering，2016，58（5）：1-4.

[3]Robin Knote，Andreas Janson.et al.The What and How of SmartPersonal Assistants：Principles and Application Domains for ISResearch[A].Paul Drews，Burkhardt Funk.et aI.MultikonferenzWirtschaftsinformatik 2018 BandⅢ[C].Stadt Lunehurg：Leuphana Universitat Liinehurg.2018. 1083-1094.

[4]周學(xué)理.高校數(shù)字化校園共享數(shù)據(jù)庫(kù)中心的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2009.

[5]M.Verlic，M.Zorman，et al.iAPERAS-intelligent athlete's personalassistant[A].Alexey Tsymhal Pddraig Cunningham.18th IEEESymposium on Computer-Based Medical Systems[C].LosAlamitos：IEEE Computer Society Press.2005.134-138.

[6]黃榮懷，楊俊鋒等.從數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境到智慧學(xué)習(xí)環(huán)境——學(xué)習(xí)環(huán)境的變革與趨勢(shì)[J]開(kāi)放教育研究，2012.18（1）：75-84.

[7]楊現(xiàn)民，張昊等.教育人工智能的發(fā)展難題與突破路徑[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2018.（3）：30-38.

[8][34] Santos J，Rodrigues J J P C，et al.lntelligent Personal AssistantsBased on Internet of Things Approaches[J].IEEE SvstemsJournal，2018.12（2）： 1793-1802.

[9][36] Nil Coksel-Canbek，Mehmet Emin Mutlu.On the track of ArtificialIntelligence：Learning with Intelligent Personal Assistants[J].Journal ofNew Results in Science.2016，13（1）：592-601.

[10]王萍，石磊等.智能虛擬助手：一種新型學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)[J]電化教育研究，2018，39（2）：67-73.

[11]王萍，陳章進(jìn)等.智能虛擬助手的教育應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2017，27（8）：18-24.

[12] Hauswald J，Laurenzano M A，et al.Designing Future Warehouse-Scale Computers for Sirius.an End-to-End Voice and Vision PersonalAssistant[J].Acm Transactions on Computer Systems.2016，34（1）： 1-32.

[13][16][42]Purington A，Taft J G，et al."Alexa is mv new BFF"：SocialRoles，User Satisfaction，and Personification of the Amazon Echo[A].CHI EA' 17 Proceedings of the 2017 CHI Conference ExtendedAbstracts on Human Factors in Computing Systems[C].NY：ACM NewYork，2017.2853-2859.

[14] Nunamaker J F，errick D C，et al.Embodied Conversational Agent-Based Kiosk for Automated Interviewing[J].Journal of ManagementInformation Systems，201 1，28（1）： 17-48.

[15] ZoriC，Goranka.et aI.Automated gesturing for virtual characters：speech-driven and text-driven approaches[J].The Journal ofMultimedia，2006.1（1），62-68.

[17] Ochs M，Mckeown G，et al.A user-perception based approach to createsmiling embodied conversational agents[J].ACM Transactions onInteractive Intelligent Systems（TiiS）.2017，7（1）：A1-A34.

[18] Hawking S，Russell S，et al.Stephen Hawking： 'Transcendence looksat the implications of artificial intelligence-hut are we taking AIseriously enough？， [EB/OL].https：//cacm.acm.org/news/1747 16-stephen-hawking-transcendence-looks-at-the-implications-of-artificial-intelligence-but-are-we-taking-ai-seriously-enough/fulltext？tdsoure etag=s_pcqq_aiomsg， 20 14-05-07.

[19]張利遠(yuǎn)，王春麗.面向智能導(dǎo)師系統(tǒng)的Siri個(gè)人助理應(yīng)用研究[J].中國(guó)電化教育，2012.（10）：131-135.

[20] Chung H，Park J，et al.Digital Forensic Approaches for Amazon AlexaEcosystem[J].Digital Investigation.2017，22（S）：S15-S25.

[21] Cowan，B.R.，et al.What can I help you with？"：infrequent users'experiences of intelligence personal assistants[A].Proceedings of the19th International Conference on Human-Computer Interaction withMohile Devices and Services[C].NY：ACM Press，2017.43.

[22] MATHia：Smarter software that actually teaches math[EB/OL].https：//www.carnegielearning.com/products/software-platform/mathia-learning-software，2019-03-19.

[23][29][37] Hillary Lipko.Meet Jill Watson：Georgia Tech's firstAI teaching assistant[EB/OL].https：//pe.gatech.edu/blog/meet-jill-watson-georgia-techs-first-ai-teaching-assistant，2016-11-10/，2019-03-01.

[24]楊現(xiàn)民，張昊等.教育人工智能的發(fā)展難題與突破路徑[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2018，（3）：30-38.

[25]詹澤慧，梁婷等.基于虛擬助理的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)支持服務(wù)及技術(shù)難點(diǎn)[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2014，（6）：95-103.

[26] Johnson W L，Rickel J.Steve：an animated pedagogical agentfor procedural training in virtual environments[J].Acm SigartBulletin，1997，8（1-4）：16-21.

[27] Johnson，W&Shaw，Erin&Ganeshan，Rajaram.Pedagogical Agentson the Web[A].Proceedings of the Third International Conference onAutonomous Agents.[C].NY：ACM Press.1999.283-290.

[28]陳凱泉.實(shí)時(shí)導(dǎo)師和助手：智能教學(xué)代理的實(shí)踐定位[J].中國(guó)電化教育，2006，（4）： 85-87.

[30] Lester J C.Converse S A，et al.The persona effect：Affective impactof animated pedagogical agents[A].Human Factors in ComputingSystems[C].NY：ACM Press，1997.359-366.

[31] Grujic Z，Kovacic B，Pandzic I S.Building Victor-A virtual affectivetutor[A].International Conference on Telecommunications[C].LosAlamitos：IEEE Press.2009. 185-189.

[32] Eliot C.Woolf B P.An adaptive Student Centered Curriculum foran intelligent training system[J].User Modeling and User-AdaptedInteraction，1995，5（1）：67-86.

[33] Czibula，Czibula，Cojocar.IPA-An intelligent personal assistantagent for task performance support[A].IEEE International Conferenceon Intelligent Computer Communication&Processing[C].LosAlamitos：IEEE Press.2009.31-34.

[35] Ziaulhaque Q S M，Wang Z W Z，et al.A Robot that learns and teachesenglish language to native Chinese children[A].IEEE InternationalConference on Rohotics&Biomimetics[C].Los Alamitos：IEEEPress，2008.1087-1092.

[38]邵明博.基于智能手機(jī)的英語(yǔ)課堂助手的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢：華中師范大學(xué)，2012.

[39]張傳璽，楊昭穎等.基于Android平臺(tái)的教師課堂智能助手系統(tǒng)[J]中國(guó)教育信息化，2014，（17）：56-59.

[40] Wang R，Chen F，et al.StudentLife：Assessing mental health，academic performance and hehavioral trends of college students using smartphones[A].Acm International Joint Conference on Pervasive& Ubiquitous Computing{C].NY：ACM，2014.3-14.

[41] Craig S D，ChoLson B，et al.Animated pedagogical agents in multimediaeducational environments：Effects of agent properties，picture features andredundancy[J].Journal of Educational Psychology，2002，94{2） ：428-434.

[43]Janson A，De Cafenco M T.Engaging the Appropriation ofTechnologymediated Learning Services-A Theory-driven DesignApproach[A].ECIS 2015 Research-in-Progress Papers[C].Munster：Association for Information Systems，20 15. 11.

[44]黃榮懷，陳庚等.關(guān)于技術(shù)促進(jìn)學(xué)習(xí)的五定律[J]開(kāi)放教育研究，2010，16（1）：11-19.