黃宇星 張武威
【摘要】隨著教育信息化及人工智能技術的發(fā)展,人工智能與教育融合已成為教育變革與創(chuàng)新的重要內容。人工智能技術的發(fā)展及其在教育中的應用,推動了教育智能化進程;當今,在教育信息化融合創(chuàng)新發(fā)展的前提下,大數(shù)據、互聯(lián)網、物聯(lián)網及人工智能與教育的融合,將為教育的新生態(tài)構建奠定基礎。本文從人工智能與教育融合發(fā)展著手,闡述了人工智能與教育融合的價值及應用模式,并展望未來人工智能與教育融合的應用趨勢。
【關鍵詞】人工智能 教育融合 創(chuàng)新發(fā)展
一、人工智能與教育融合發(fā)展
人工智能(Artificial Intelligence,簡稱AI),是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的新興技術科學。1956年,約翰·麥卡錫,在美國達特茅斯學院會議上,正式提出“人工智能”一詞之后,人工智能與教育融合經歷了以下發(fā)展階段。
1. 誕生及興起階段:1956-1966。自1956年開始,AI開始在機器翻譯、定理的證明以及博弈等方面開展研究,取得了一定的成果。本階段,AI主要應用于代數(shù)問題求解、幾何定理證明,以及代替人進行邏輯推理和問題求解等簡單智能工作,難以應對現(xiàn)實世界復雜的領域問題,并由于受到計算機計算能力的限制等因素的影響,研究一度跌入低谷。
2. 興旺發(fā)展階段:20世紀70年代中期至80年代末期。1977年,費根鮑姆在第五屆國際AI聯(lián)合會議上提出了“知識工程”的概念,給AI的發(fā)展帶來新的轉機。人工智能開始對人的語言理解、邏輯推理、求知解答等能力的模擬。1980年以后,AI的研究開始將人類知識引入AI系統(tǒng),專家系統(tǒng)和人工神經網絡取得新進展,AI與教育融合應用的成果,開始呈現(xiàn)上升態(tài)勢。但是由于當時的專家系統(tǒng)面臨著“知識工程瓶頸”問題,以及受到計算機技術的限制,發(fā)展一度受挫。
3. 高速發(fā)展階段:21世紀初以來。步入21世紀以來,隨著計算機技術的飛速發(fā)展,以及計算機算法的突破,AI與教育融合進入高速發(fā)展階段。2006年,加拿大計算機科學家喬弗瑞·欣頓提出“深度學習”,開啟了深度學習研究和應用。2010年以來,伴隨著機器學習、深度神經網絡研究,非結構化數(shù)據處理能力提升,以及大數(shù)據分析、數(shù)據挖掘技術的應用,AI與教育融合更加關注診斷與識別、智能導師系統(tǒng)、智能代理與教學應用。
二、人工智能與教育融合價值
AI與教育融合的價值,在于實現(xiàn)教育的增能、使能和賦能,進而實現(xiàn)教育的最優(yōu)化。
1. 創(chuàng)新教育供給,促進教育均衡發(fā)展。隨著“互聯(lián)網+”AI的發(fā)展,AI與教育融合,創(chuàng)新教育服務的供給模式,使教育服務體現(xiàn)智慧化、個性化、多元化、系統(tǒng)化的特征,并能最大限度地優(yōu)化區(qū)域教育資源配置,促進區(qū)域、城鄉(xiāng)和校際之間的教育均衡,從而縮小數(shù)字鴻溝、縮小差距,讓不同地區(qū)、民族差異的學生,都能獲得全納和公平的教育機會,促進教育均衡發(fā)展。
2. 促進終身學習,構建終身學習服務?;贏I的在線學習平臺,通過數(shù)據挖掘對學習者進行分析,并為成人學習者提供擴展知識和技能,為構建終身學習奠定基礎。智能在線學習平臺的構建,可以使不同的學習風格、性格特征、興趣特長、素質潛能的學習者,都能通過終身學習平臺獲得所需的資源,讓學習能夠伴隨人的一生,實現(xiàn)“人人皆學、處處能學、時時可學”。
3. 賦能教育教學,助教師一臂之力。隨著AI與教育融合的深入,教師將與智能教學助理協(xié)同工作。智能教學助理可以幫助教師完成一些重復簡單的教學任務,如作業(yè)批改、教育資源查詢、日常事務管理等,以減輕教師工作負擔,使教師可以更加專注地開展課堂教學,個性化學習指導,學習診斷與改進,心理健康管理與疏導,情感態(tài)度和價值觀的培養(yǎng)等工作。
4. 變革學習方式,促進個性化學習。AI與教育融合,為自主、合作、探究學習方式變革奠定基礎。智能導師系統(tǒng)及教育機器人的應用,能夠根據學生不同的認知水平、自身素質以及學習能力,制訂具體的、個性化的學習方案。還可根據學生個性化的需求,推薦最適合學習的內容,為每個學生創(chuàng)建自適應的學習體驗,從而高效、顯著地提升學生的學習效果。
5. 優(yōu)化教育管理,提高績效及決策能力。通過教育管理智能決策支持系統(tǒng),解決教育管理過程科學化的問題。智能決策支持系統(tǒng)可實現(xiàn)學校教育管理數(shù)據的匯聚與交換,形成學校、教師、學生等多級數(shù)據體系,并通過度量、分析、診斷、預測等模型,實現(xiàn)校園數(shù)據的有效管理與處理,生成可視化數(shù)據圖表。通過深度數(shù)據挖掘,為教育管理者決策提供依據,使管理過程更科學、精準。
6. 構建教育生態(tài),促進智慧教育發(fā)展。在新興信息技術發(fā)展背景下,大數(shù)據、物聯(lián)網、虛擬現(xiàn)實、可穿戴技術以及AI與教育的融合,將構建教育新生態(tài),促進智慧教育的發(fā)展。通過AI技術,構建智能教學系統(tǒng)、智能代理系統(tǒng)、智能答疑系統(tǒng)、智能化教育決策支持系統(tǒng)等。還能將AI技術嵌入教育教學系統(tǒng)或平臺中,形成數(shù)字化評價、適應性學習、數(shù)據管理系統(tǒng)等,為教育新生態(tài)的構建奠定了基礎。
三、人工智能與教育融合模式
當前,AI與教育融合的模式趨于多樣,主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
1. 智能導師系統(tǒng)。智能導師系統(tǒng)(ITS)是指將某教育領域專家的知識、資源和研究成果(專家系統(tǒng)),經科學分析、智能判斷和整合,為學生提供全面、有效的教學系統(tǒng)。ITS是一種自適應學習系統(tǒng),運用數(shù)據挖掘、收集和分析學生的基礎和學情信息,通過對學生的認知及行為建模、學科知識點建模,生成學科知識圖譜,以向學生提供個性化的學習路徑和資源,實現(xiàn)個性化教學。
2. 智能考試、測評、閱卷系統(tǒng)。智能考試系統(tǒng),是通過學生、教師及管理員模塊,實現(xiàn)智能組卷、題庫管理、在線測評考試、網絡閱卷、成績統(tǒng)計分析等一體化功能系統(tǒng)。智能測評及閱卷,基于圖像、文字、語音識別,自然語言處理,大數(shù)據等技術,實現(xiàn)對學生作業(yè)的智能測評、批閱、生成學情報告和個性化的錯題集,進行智能匯總和統(tǒng)計分析,提高了閱卷效率,并反饋給教師、家長和學生,實現(xiàn)個性化的學習推送,促進自適應學習。
3. 課堂觀察及注意力監(jiān)測?;贏I的課堂觀察,運用深度學習、人臉識別、情感識別、動作識別、語音識別等技術,對課堂的教學情況進行有效觀察和分析。系統(tǒng)可以對學生在課堂上的行為表現(xiàn)進行監(jiān)測及分析,幫助教師、家長更好地了解學生情緒和學習狀態(tài),并通過智能決策,及時改進教學方法,提高教學績效。
4. 智能教育機器人。智能教育機器人基于圖像識別、語音識別以及自然語言處理等技術,通過人機交互技術,實現(xiàn)人機對話、在線答疑,快速、準確地獲取所需的資源,并通過大數(shù)據分析,解決學習者學習過程中的問題,促進學生個別化教學。
5. 智能教育管理。利用AI技術,通過各種終端設備和AI算法模型,跟蹤、記錄、評價教師和學生的表現(xiàn),改善教育管理與服務水平,提升教育系統(tǒng)整體效能。智能教育管理平臺,全面打通課前、課中及課后的教學測評數(shù)據,實現(xiàn)教育質量的動態(tài)監(jiān)測,并為學生和教師提供個性化學習和發(fā)展服務,實現(xiàn)師生發(fā)展定制化、教育管理智能化。
6. 智慧校園及教育新生態(tài)構建。將AI技術與大數(shù)據、可穿戴等技術結合,構建智能開放的教育管理、智慧教學、智慧評價、智慧文化、智慧生活環(huán)境,促進智慧校園及教育的新生態(tài)構建,從而服務于學校教育、教學及管理的完整體系。還可將AI技術與學?,F(xiàn)有的應用系統(tǒng)(如教務、圖書館、一卡通等)進行集成,從而進一步提升校園的管理效率與水平。
四、人工智能與教育融合展望
AI與教育融合,已成為未來教育變革的重要趨勢。2019年3月,聯(lián)合國教科文組織發(fā)布《教育中的人工智能:可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)和機遇》報告,提出利用AI改善學習和促進教育公平,利用人工促進AI為學習者的未來做準備。該報告展現(xiàn)了AI教育發(fā)展與變革的新趨勢,對引領AI與教育融合發(fā)展具有重要意義。
2019年5月,聯(lián)合國教科文組織在北京召開了首屆人工智能與教育大會,會議主題為“規(guī)劃人工智能時代的教育:引領與跨越”,形成成果文件《北京共識》?!侗本┕沧R》提出,要制定相應政策,推動AI與教育、教學和學習系統(tǒng)性融合,利用AI加快建設開放靈活的教育體系,促進全民享有公平、有質量、適合每個人的終身學習機會。《北京共識》倡議,要支持對與新興AI技術發(fā)展相關的前沿問題進行前瞻性研究,探索利用AI促進教育創(chuàng)新的有效戰(zhàn)略和實踐,以期在AI與教育領域構建具有共同價值觀的國際共同體。展望未來,AI與教育的融合將出現(xiàn)新的發(fā)展趨勢。
1. 教育教學模式融合創(chuàng)新。近年來,在智能教學系統(tǒng)中,跨界學習及協(xié)作型教學模式得到越來越多的重視和研究。隨著“互聯(lián)網+教育”的發(fā)展,新型信息技術包括虛擬現(xiàn)實技術、增強現(xiàn)實技術、3D打印技術、體感技術等在教育中的應用,新型的教育方式應運而生,包括創(chuàng)客教學、STEAM教學、基于項目學習(PBL),以及基于設計思維跨學科教學等模式,進一步促進了AI與教育的融合創(chuàng)新發(fā)展。
2. 教育體系機制創(chuàng)新。隨著AI與超媒體技術、互聯(lián)網、物聯(lián)網以及虛擬現(xiàn)實技術的融合,對教育體系的促進更加突出。將傳統(tǒng)AI與神經網絡模糊決策機制相結合,可從微觀方面進行認知模擬,著力實現(xiàn)模仿人類右腦的模糊處理功能和整個大腦的并行化處理功能。這將探索一種新的智能處理模型:把神經網絡的模糊決策機制和符號專家系統(tǒng)的推理能力結合起來,利用多重知識源、多種模型進行復合協(xié)同處理。
3. 學科融合創(chuàng)新,構建智慧教育新生態(tài)。將加強AI與教育學、學習科學、信息科學、生命科學、腦科學、社會學、倫理學等領域的深度交叉融合,實現(xiàn)AI理論和技術的突破,為AI時代教育新生態(tài)的構建奠定理論基礎;注重AI與信息技術及領域的融合,包括大數(shù)據、互聯(lián)網、物聯(lián)網、虛擬現(xiàn)實、機器人學、可穿戴技術、增強現(xiàn)實等有機融合,為構建教育新生態(tài)奠定重要的技術基礎;注重AI新的研究和應用領域的拓展,包括分布式AI與智能代理、計算智能與進化計算、數(shù)據挖掘與知識發(fā)現(xiàn)以及人工生命等,進一步開拓新的研究方向,大力開展人工智能與相關學科的交叉研究,構建智慧教育新生態(tài)。
人工智能與教育的融合發(fā)展,將帶來教育生態(tài)、教育文化的變革與創(chuàng)新。人工智能以及互聯(lián)網、云計算、物聯(lián)網、虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據等技術的飛速發(fā)展,使教育的革命性變革成為現(xiàn)實,它打破了傳統(tǒng)教育體系的形態(tài),使其向更加靈活、更加人本的智慧教育新生態(tài)邁進。
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