■天津市教育科學(xué)研究院 吳 勇 陳凱陽(yáng)

當(dāng)前，伴隨著深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新興信息技術(shù)的發(fā)展，人工智能（Artificial Intelligence，簡(jiǎn)稱AI）逐漸成為社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動(dòng)力。同時(shí)，人工智能與教育的融合正在逐步推進(jìn)教育理念、教學(xué)模式和管理模式的創(chuàng)新發(fā)展，使教育現(xiàn)代化進(jìn)程進(jìn)入了提速增效的新時(shí)代。

國(guó)外也相繼推出面向智能時(shí)代的教育新形態(tài)。美國(guó)的“AltSchool”充分應(yīng)用智能科技手段構(gòu)建個(gè)性化學(xué)習(xí)平臺(tái)，來(lái)確保學(xué)生和教師實(shí)現(xiàn)個(gè)性化地學(xué)與教。新加坡在2015 年發(fā)布的教育信息化發(fā)展規(guī)劃中提出，要通過(guò)構(gòu)建智能學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)支持學(xué)生個(gè)性化、自主化地學(xué)習(xí)，并培養(yǎng)其成為面向未來(lái)、適應(yīng)智能時(shí)代的數(shù)字化學(xué)習(xí)者。

人工智能的快速發(fā)展，使基于課堂大數(shù)據(jù)的學(xué)情分析、教情分析變得越來(lái)越規(guī)范、科學(xué)，可信度和實(shí)踐指導(dǎo)意義越來(lái)越高?！癆I+教育”的應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越多，“智慧課堂”“智慧校園”“智慧教育”等教育新生態(tài)逐步展現(xiàn)。語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別、虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等人工智能關(guān)鍵技術(shù)與教育的融合將實(shí)現(xiàn)資源推送、智能評(píng)測(cè)、學(xué)生畫像、教師畫像、知識(shí)圖譜、課堂數(shù)據(jù)資產(chǎn)等“AI+教育”的典型應(yīng)用場(chǎng)景，學(xué)生獲得量身定制的學(xué)習(xí)支持，教師獲得個(gè)性化的資源支持，從而形成緊跟智能社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)的“自適應(yīng)”教育生態(tài)體系。

“自適應(yīng)學(xué)習(xí)(Adaptive Learning)”的概念于20世紀(jì)80 年代由認(rèn)知心理學(xué)家朱新明教授提出。在《人的自適應(yīng)學(xué)習(xí)——示例學(xué)習(xí)的理論與實(shí)踐》一書中，朱新明等提出了自適應(yīng)學(xué)習(xí)的“條件建構(gòu)—優(yōu)化理論”，系統(tǒng)闡述了人通過(guò)示例學(xué)習(xí)獲取知識(shí)與技能的信息加工過(guò)程。推進(jìn)人工智能與教育的融合是教育生態(tài)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的必然選擇，基于人工智能技術(shù)構(gòu)建自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境使學(xué)生自適應(yīng)學(xué)習(xí)成為可能。本文以班作為規(guī)?；难芯繉?duì)象，通過(guò)對(duì)智能云教室項(xiàng)目的建設(shè)研究，探索人工智能與教育教學(xué)融合應(yīng)用的自適應(yīng)教育新生態(tài)的創(chuàng)新發(fā)展，關(guān)注學(xué)生個(gè)性發(fā)展，就規(guī)?；逃蛡€(gè)性化學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合的自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)做一下初步探究。

本文中自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境的載體“智能云教室”是指將人工智能技術(shù)引入教育場(chǎng)景，打破傳統(tǒng)教室教學(xué)的時(shí)空概念和模式限制，將課堂內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施（網(wǎng)絡(luò)、終端、教室等）、資源（教材、圖書、課件等）、應(yīng)用（學(xué)習(xí)、教學(xué)、管理等）延伸至課堂外，打造支持多維教學(xué)空間的無(wú)邊界課堂，通過(guò)對(duì)課堂數(shù)據(jù)資產(chǎn)的分析和資源匯聚，發(fā)掘教師研學(xué)和學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)新模式，拓寬優(yōu)質(zhì)教育資源輻射面和受益面，不斷完善以學(xué)習(xí)者為中心的智能化教學(xué)系統(tǒng)。目前，我市部分中小學(xué)教室安裝了AI課堂呵護(hù)系統(tǒng)，通過(guò)人工智能技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)全程無(wú)感知的人臉識(shí)別和行為識(shí)別，與課表聯(lián)動(dòng)，與學(xué)籍系統(tǒng)建立鏈接，實(shí)現(xiàn)各學(xué)科課堂數(shù)據(jù)精準(zhǔn)采集，沉淀課堂數(shù)據(jù)資產(chǎn)，在教育心理學(xué)的指導(dǎo)下應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析和算法迭代生成“年級(jí)—班—學(xué)生—教師”從宏觀到微觀的數(shù)據(jù)報(bào)告，為教學(xué)評(píng)價(jià)提供客觀數(shù)據(jù)依據(jù)，為教師因材施教提供科學(xué)建議，為學(xué)生個(gè)性發(fā)展和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)自動(dòng)推送合適的資源，為自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)積累了初步的經(jīng)驗(yàn)。

為進(jìn)一步推進(jìn)“教育+互聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展，利用人工智能技術(shù)推動(dòng)優(yōu)質(zhì)教育資源共建共享，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展和教育均衡發(fā)展，我市啟動(dòng)了優(yōu)質(zhì)教育資源共建共享創(chuàng)新智能云教室建設(shè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目順應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)和教育生態(tài)重構(gòu)需求，充分利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)探索構(gòu)建自適應(yīng)學(xué)與教有機(jī)統(tǒng)一的教育新生態(tài)，探尋大規(guī)模因材施教的實(shí)現(xiàn)策略，為實(shí)現(xiàn)公平而有質(zhì)量的教育，促進(jìn)全體學(xué)生全面發(fā)展積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文以該建設(shè)項(xiàng)目作為研究基礎(chǔ)，以創(chuàng)新教室的教學(xué)活動(dòng)作為規(guī)模化的研究樣本，開展智能環(huán)境下的自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)與應(yīng)用的創(chuàng)新研究，旨在探索基于人工智能的規(guī)?；赃m應(yīng)教育新生態(tài)的構(gòu)建思路和實(shí)踐路線，對(duì)應(yīng)時(shí)代需求，具有一定的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。本文認(rèn)為自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)主要包括但不限于以下五個(gè)方面：

1.面向智能社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)的教育新生態(tài)環(huán)境。

隨著大數(shù)據(jù)和人工智能的逐步普及，推進(jìn)著智能時(shí)代的教育生態(tài)的重構(gòu)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、高速互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通訊技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)教室設(shè)備智能控制，溫濕度、光線等自適應(yīng)調(diào)節(jié)，將主講教師的技術(shù)支持由原來(lái)的電教教師轉(zhuǎn)換為人工智能，大大減少人員負(fù)擔(dān)，將電教教師的角色由設(shè)備管理者轉(zhuǎn)換為數(shù)字教育資源開發(fā)管理者。實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)互通，讓學(xué)生和教師、校內(nèi)和校外的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)互通，充分利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新技術(shù)，推進(jìn)學(xué)生自主、合作、探究式學(xué)習(xí)和教師教育信息教學(xué)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)和應(yīng)用。

2.智能教學(xué)硬件環(huán)境建設(shè)。

智能教學(xué)的硬件系統(tǒng)建設(shè)是實(shí)現(xiàn)“AI+教育”的重要保障，硬件系統(tǒng)包括：專線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能更好地服務(wù)教育資源的接入與共享，為學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新教育資源的智能VR 教室硬件環(huán)境，支持學(xué)情分析的4K 超清智能錄播系統(tǒng)、智能平板、智慧黑板、自主信息島，以及強(qiáng)大的后臺(tái)大數(shù)據(jù)支持的云桌面和云計(jì)算等硬件系統(tǒng)。部署資源云平臺(tái)，通過(guò)多機(jī)位錄播系統(tǒng)和語(yǔ)言識(shí)別系統(tǒng)把課堂教學(xué)過(guò)程生成視頻、課件、文稿同步的數(shù)字教育資源，通過(guò)教師空間匯聚到學(xué)校資源云平臺(tái)中，同時(shí)向下推送到學(xué)生空間，經(jīng)數(shù)字教育資源管理部門遴選后向上推送到省級(jí)平臺(tái)乃至國(guó)家平臺(tái)，為學(xué)校師生提供點(diǎn)播、大規(guī)模直播等功能。

3.教師教學(xué)資源自適應(yīng)系統(tǒng)建設(shè)。

以各級(jí)數(shù)字教育資源公共服務(wù)平臺(tái)互聯(lián)互通為基礎(chǔ)，引入獲得國(guó)家教育行政部門準(zhǔn)入的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)課程教材同步數(shù)字教育資源，圍繞課前、課中、課后教學(xué)閉環(huán)和自主探究、項(xiàng)目學(xué)習(xí)教學(xué)開環(huán)，集數(shù)字資源、同步備課、課前導(dǎo)學(xué)、課堂互動(dòng)、隨堂在線測(cè)驗(yàn)、課堂大數(shù)據(jù)、課后作業(yè)為一體，覆蓋課前備課、課中授課、課后學(xué)習(xí)、課外拓展等多種教學(xué)場(chǎng)景。在人工智能技術(shù)加持下，教師可以實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)資產(chǎn)和資源匯聚的智慧無(wú)縫互動(dòng)，智能備授課、智能考評(píng)，創(chuàng)建、共享優(yōu)質(zhì)的教育教學(xué)資源。以教師成長(zhǎng)平臺(tái)為載體，通過(guò)“過(guò)程性成長(zhǎng)模塊”與“教學(xué)評(píng)價(jià)模塊”來(lái)實(shí)現(xiàn)教師專業(yè)成長(zhǎng)和核心素養(yǎng)提升。教師在線接受專家指導(dǎo)，并進(jìn)行協(xié)同教研，促進(jìn)優(yōu)秀教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)和發(fā)展。

4.學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)。

基于課堂大數(shù)據(jù)為每一個(gè)學(xué)生建立個(gè)人數(shù)字成長(zhǎng)檔案，精準(zhǔn)刻畫學(xué)生數(shù)字畫像，實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)分析學(xué)習(xí)狀態(tài)，考勤記錄，動(dòng)態(tài)分析學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建知識(shí)圖譜，為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源。建設(shè)VR/AR課程資源，通過(guò)沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性、創(chuàng)造性和協(xié)作性，突破教學(xué)的重難點(diǎn)。移動(dòng)學(xué)習(xí)終端的使用實(shí)現(xiàn)學(xué)生課堂筆記的電子化留存、學(xué)習(xí)痕跡記錄和學(xué)情個(gè)體分析，自動(dòng)生成錯(cuò)題本和學(xué)習(xí)困難點(diǎn)，幫助學(xué)生精準(zhǔn)強(qiáng)化提高。學(xué)生可以通過(guò)使用學(xué)生終端完成教師下發(fā)的知識(shí)測(cè)驗(yàn)或提交小組探究成果，提交后即時(shí)生成統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告，并為每一名學(xué)生生成個(gè)性化反饋，支持學(xué)生收藏習(xí)題或教師分享的內(nèi)容，構(gòu)建自適應(yīng)學(xué)習(xí)和精準(zhǔn)化教學(xué)新形態(tài)。

5.課堂數(shù)據(jù)資產(chǎn)的匯聚與應(yīng)用。

依托于課堂大數(shù)據(jù)的匯聚與分析，將為學(xué)生、教師、家長(zhǎng)和學(xué)校教育管理者提供多維度、可視化的教育分析結(jié)果。依據(jù)全局性的數(shù)據(jù)分析報(bào)告，實(shí)現(xiàn)教育決策由經(jīng)驗(yàn)總結(jié)向數(shù)據(jù)實(shí)證的轉(zhuǎn)型，打通教育變革的創(chuàng)新路徑。智能云教室在實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)校本資源積淀的同時(shí)，將通過(guò)教育資源公共服務(wù)平臺(tái)的資源匯聚和輻射功能促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源共享，逐步構(gòu)建課堂數(shù)據(jù)資產(chǎn)的沉淀、挖掘、分析、交流、共享的研究和應(yīng)用平臺(tái)，為自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)和教育生態(tài)轉(zhuǎn)型重構(gòu)探索實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

人工智能方興未艾，在教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃的肇始階段，各地都在深入開展智慧教育、智能教育的創(chuàng)新應(yīng)用研究和實(shí)踐探索。2019 年末，國(guó)內(nèi)某人工智能技術(shù)企業(yè)先后中標(biāo)青島、蚌埠十?dāng)?shù)億金額的人工智能教育項(xiàng)目，提供學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)、教育大數(shù)據(jù)、智慧管理等服務(wù)，以人工智能助力因材施教和教育優(yōu)質(zhì)均衡發(fā)展。我市于2019 年開啟了智能云教室建設(shè)項(xiàng)目，本文即是結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)實(shí)踐初步探索合理利用人工智能技術(shù)規(guī)模化地實(shí)現(xiàn)學(xué)生全面發(fā)展和教師減負(fù)增效的途徑，并對(duì)人工智能支持下的自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境作一初步構(gòu)想。