席夢如 田淑敏 吳文溪 姚欣

摘 要 在當(dāng)今社會，將人工智能技術(shù)運(yùn)用于教育領(lǐng)域已經(jīng)司空見慣，本文采用文獻(xiàn)分析法對人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用做了相關(guān)研究。首先，了解了人工智能教育應(yīng)用的內(nèi)涵;其次，分析了人工智能教育應(yīng)用的研究趨勢;再次，講述了人工智能教育應(yīng)用的典型模式;此外，展示了人工智能教育應(yīng)用的典型案例;最后，描述了人工智能教育應(yīng)用的總體研究趨勢和教育趨勢以及反思。以此來供相關(guān)人士交流參考。

關(guān)鍵詞 人工智能技術(shù) 教育應(yīng)用 教育教學(xué)

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.10.024

Abstract In today's society， it is common to use artificial intelligence technology in the field of education. This paper uses the method of literature analysis to do some research on the application of artificial intelligence in the field of education. Firstly， the connotation of artificial intelligence education application is understood; secondly， the research trend of artificial intelligence education application is analyzed; thirdly， the typical mode of artificial intelligence education application is described; in addition， the typical cases of artificial intelligence education application are displayed; finally， the overall research trend and education trend of artificial intelligence education application are described as well as reflection. In order to provide reference for the exchange of relevant people.

Keywords artificial intelligence technology;Educational application;Education and teaching

0引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，教育領(lǐng)域也發(fā)生著日新月異的變化。不少學(xué)者意識到傳統(tǒng)教育的不足和缺陷，為了教育領(lǐng)域更好的發(fā)展以適應(yīng)社會需要，人們開始逐步意識到教育改革的必要性。作為21世紀(jì)三大頂尖技術(shù)之一的人工智能，其與教育的關(guān)系也是密不可分。隨著其在教育領(lǐng)域內(nèi)的更加深入應(yīng)用，有利于促進(jìn)教育領(lǐng)域改革的開展。本文通過對大量相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀，對人工智能在教育領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的一些情況以及趨勢進(jìn)行了分析和總結(jié)，并反思存在的問題，希望能夠幫助人工智能教育應(yīng)用有更好的發(fā)展。

1人工智能教育應(yīng)用的內(nèi)涵辨析

1.1 人工智能的內(nèi)涵

人工智能英文為Artificial Intelligence，簡稱AI，也有人稱之為智械、機(jī)器智能，通常情況下，是表示人創(chuàng)造出來的機(jī)器表現(xiàn)有人類智能的一項(xiàng)技術(shù)。人工智能的核心問題包括建構(gòu)能夠跟人類似甚至超卓的推理、知識、規(guī)劃、學(xué)習(xí)、交流等能力。

人工智能最早是起源于古埃及的傳說，但真正意義上提出“人工智能”這一概念是在1956年DARTMOUTH學(xué)會上。在那之后，人工智能的相關(guān)思想和理論不斷更新，人工智能的概念也慢慢推廣開來。從40年前出現(xiàn)到如今，人工智能技術(shù)一直在發(fā)展，并且不斷滲透到各個領(lǐng)域，并對各個領(lǐng)域的研究和發(fā)展都起到很大的影響。

1.2 人工智能教育應(yīng)用的內(nèi)涵

筆者閱讀了大量的文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)較多文獻(xiàn)引用了王亞飛（2017）等將智能教育劃分為淺層、中層和較深層三個層次的觀點(diǎn)，如圖1所示。在此觀點(diǎn)中，淺層可以理解為“計算智能+教育”，在這一層次中，主要是運(yùn)用了人工智能領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，較好的體現(xiàn)了計算智能的特性，例如依據(jù)用戶歷史選擇和偏好進(jìn)行學(xué)習(xí)資源推薦等;中層應(yīng)用可以理解為“感知智能+教育”，在這一層次中，主要是音像等感知相關(guān)技術(shù)的運(yùn)用，較好的體現(xiàn)了感知智能的特性，例如語音識別、文字轉(zhuǎn)換等功能的出現(xiàn);較深層應(yīng)用可以理解為“特定領(lǐng)域認(rèn)知智能+教育”，這一層次則要求對于某一個領(lǐng)域具有較為深刻的認(rèn)識，并且具備一定推理能力，例如產(chǎn)生面向某一特定學(xué)科教學(xué)與測驗(yàn)的“知識圖譜”等。

2人工智能教育應(yīng)用研究的趨勢

筆者在知網(wǎng)中對相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了檢索，并將主關(guān)鍵字設(shè)置為“人工智能”和“教育應(yīng)用”，以此來提高搜索的精確度;同時文獻(xiàn)來源設(shè)置為中國電化教育、電化教育研究、現(xiàn)代教育技術(shù)、中國遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程教育雜志和開放教育研究六本期刊，以此來篩選出更高質(zhì)量的論文來作為參考。最終符合條件的論文一共有62篇，在此基礎(chǔ)上對所有論文進(jìn)行匯總分類，并從時間和內(nèi)容兩個維度上進(jìn)行分析。

2.1 從時間看人工智能教育應(yīng)用研究的趨勢

論文發(fā)布時間不均勻的分布于2006年至2020年各個年份之中。筆者利用知網(wǎng)提供的可視化分析功能，具體分布情況如圖2所示。觀察到相關(guān)論文發(fā)表數(shù)量總體上呈現(xiàn)遞增趨勢，這表明了人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用受到了越來越多的關(guān)注，相關(guān)理論和思想也不斷涌現(xiàn)并逐步推廣，相關(guān)的熱點(diǎn)和話題更多并且更新加速。這也從側(cè)面反映了人工智能技術(shù)對教育領(lǐng)域的影響不斷增大，影響范圍更加廣泛。

2.2從研究內(nèi)容看人工智能教育應(yīng)用研究趨勢

為了更清晰的了解和分析人工智能教育應(yīng)用的研究趨勢，筆者對檢索到的論文，按照理論研究、技術(shù)開發(fā)研究和實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行了內(nèi)容分類。數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出，理論研究類占74%，技術(shù)開發(fā)研究占18%，實(shí)踐應(yīng)用研究占8%，具體如圖3所示。由此可以得出關(guān)于人工智能教育應(yīng)用研究的理論研究占比最大，其次是技術(shù)開發(fā)研究，而實(shí)踐應(yīng)用研究相對偏少。

3人工智能教育應(yīng)用的模式

結(jié)合王亞飛（2017）等提出的觀點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)，一般情況下，我們將在教育業(yè)務(wù)和場景的基礎(chǔ)上，結(jié)合了人工智能技術(shù)、產(chǎn)品和方案的特點(diǎn)，形成的以促進(jìn)人工智能教育應(yīng)用為目標(biāo)的智能教育應(yīng)用模式稱之為人工智能教育應(yīng)用的典型模式。目前，針對人工智能教育應(yīng)用典型模式的相關(guān)研究主要體現(xiàn)了以下三個趨勢：

3.1 觀點(diǎn)表述相似，容易出現(xiàn)認(rèn)知混亂

閱讀相關(guān)文獻(xiàn)后，筆者發(fā)現(xiàn)了許多與“人工智能教育應(yīng)用模式”稱謂相似的名詞，包括教育智能模式、智能教育管理模式、智能教育模式、智能應(yīng)用模式、智能教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用模式等。這些名詞的標(biāo)識比較相近，但具體含義并不完全相同，容易讓讀者在閱讀過程中產(chǎn)生知識混淆。這些模式都是人工智能在教育領(lǐng)域中應(yīng)用的體現(xiàn)，但之間的具體聯(lián)系還有待商榷，能否稱為同義詞進(jìn)行互換通用也需要打一個問號。

3.2人工智能教育應(yīng)用一般模式

人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用一般模式主要包括了兩個方向：一個是教育人工智能的方向。這個方向主要是為了更好的解決相關(guān)教育問題，而利用人工智能技術(shù)，重點(diǎn)還是落腳于較好的解決教育問題，強(qiáng)調(diào)人工智能技術(shù)的適用性，并沒有強(qiáng)調(diào)人工智能的關(guān)鍵性技術(shù)等;另一個是人工智能與教育融合的方向。相較于上面提到的方向，更加注重于兩者的內(nèi)在聯(lián)系，相互融合，相互促進(jìn)，共同創(chuàng)新。這就要求兩個方向更加深入的結(jié)合，需要尋找到兩者的契合點(diǎn)，而并不是簡單的運(yùn)用。

3.3人工智能教育應(yīng)用典型模式關(guān)注度逐步提高

依據(jù)從2006年到2021年4月份之間每年發(fā)布的論文數(shù)量的發(fā)展趨勢，不難發(fā)現(xiàn)，關(guān)于人工智能教育應(yīng)用模式的論文數(shù)量總體呈上升趨勢。同時，越來越多的人開始注意到人工智能教育應(yīng)用的模式這一概念和相關(guān)應(yīng)用。這體現(xiàn)了人們對于人工智能教育應(yīng)用典型模式的關(guān)注度不斷提高，人們對于人工智能教育應(yīng)用模式的研究愈加深入，同時新觀點(diǎn)和新理論不斷涌現(xiàn)。

通過上述研究分析，不難看出人們已經(jīng)逐漸從人工智能在教育領(lǐng)域應(yīng)用的一般模式轉(zhuǎn)向典型模式的應(yīng)用和研究。但是，目前階段，人工智能在教育領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)模式的研究仍然處于萌芽和摸索的時期，更加細(xì)致和深入的研究還需要進(jìn)一步的探索，才能夠達(dá)到更加成熟的階段。

4人工智能教育應(yīng)用的案例

除了上述研究之外，筆者檢索了相關(guān)文獻(xiàn)，了解到了人工智能在教育領(lǐng)域的典型應(yīng)用案例。近年來人工智能在教育中的應(yīng)用案例不在少數(shù)，筆者挑選了其中三個案例進(jìn)行了具體表述。首先是吳曉如（2018）等介紹了科大訊飛在合肥市某省屬重點(diǎn)中學(xué)應(yīng)用其智能教學(xué)、智能學(xué)習(xí)和智能管理系統(tǒng)的案例;其次是孫眾（2020）等進(jìn)行基于人工智能的課堂教學(xué)分析，團(tuán)隊(duì)由638個課例組成的數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐分析;再次是李鋒（2019）等進(jìn)行了案例中學(xué)生在線學(xué)習(xí)伴隨式干預(yù)的應(yīng)用等。筆者對相關(guān)論文進(jìn)行了閱讀，并對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行比較分析。

本研究借鑒高婷婷（2019）等歸納的下載量排名靠前的12個國內(nèi)外案例作為典型案例，具體如表1所示。并按上文提及的三大類（淺層應(yīng)用、中層應(yīng)用、較深層應(yīng)用）對這12個案例進(jìn)行了分類。不難發(fā)現(xiàn)中層應(yīng)用數(shù)量最多，其次是淺層應(yīng)用，較深層應(yīng)用的數(shù)量較少。

5人工智能教育應(yīng)用的總體研究趨勢和教育趨勢以及反思

5.1 總體研究趨勢及反思

本文通過從2006年到2021年4月份之間，以“人工智能”和“教育應(yīng)用”為主關(guān)鍵字的優(yōu)秀論文進(jìn)行研究。有關(guān)的論文還是主要以理論研究為主，技術(shù)開發(fā)研究居于第二，但實(shí)踐應(yīng)用研究相對偏少。但依據(jù)發(fā)展趨勢來看，目前各界對于人工智能教育應(yīng)用的研究重點(diǎn)仍然在理論研究領(lǐng)域，技術(shù)開發(fā)研究數(shù)量也在逐步增加，并且已經(jīng)具有了較有代表性的研究成果。例如“Z+Z智能教學(xué)系統(tǒng)”，這是由我國知名數(shù)學(xué)家張景中院士主持開發(fā)的應(yīng)用于數(shù)學(xué)教學(xué)及數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的平臺。“Z+Z”的意思就是“知識+智能”，與目前已經(jīng)在教學(xué)中廣泛使用的“幾何畫板”相比較，“Z+Z智能教學(xué)系統(tǒng)”具有的功能更加強(qiáng)大，針對性更強(qiáng)。但實(shí)踐應(yīng)用研究領(lǐng)域還是相對匱乏，需要提高相應(yīng)意識。這就體現(xiàn)了雖然已經(jīng)有了相應(yīng)的技術(shù)成果，但是并沒有很好地應(yīng)用到真實(shí)的教育環(huán)境中去，這是該領(lǐng)域面臨的一個極大的挑戰(zhàn)。因此我們在研究過程中不僅僅要注重理論和技術(shù)的研究，更重要的是需要將相應(yīng)的研究成果與實(shí)際情境相結(jié)合，運(yùn)用到實(shí)際中去，并在實(shí)際運(yùn)用的過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題并加以改進(jìn)，從而更好的為教育教學(xué)工作提供服務(wù)。

5.2應(yīng)用趨勢及反思

另外，通過對人工智能教育應(yīng)用典型模式和應(yīng)用案例的分析，筆者總結(jié)了人工智能技術(shù)應(yīng)用于教育的趨勢，將從以下三個方面進(jìn)行描述：

首先是淺層應(yīng)用，可以理解為“計算智能+教育”。這一層次的案例對于人工智能技術(shù)的運(yùn)用還是比較基礎(chǔ)的，所以使用也較多。這一部分主要是提供基礎(chǔ)的輔助教學(xué)和學(xué)習(xí)過程的作用，主要是承擔(dān)了“擬物”這一角色，使教具和學(xué)具等更加豐富。但功能相對來說比較單一和簡單。這一層次更多還是停留在教育人工智能方向，還是更加注重相關(guān)的教育問題的改進(jìn)和完善。

其次是中層應(yīng)用，可以理解為“感知智能+教育”。處在這一層次使用的案例是最多的，該層次的產(chǎn)品主要是人工智能與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的產(chǎn)物，其智能性較上一層次更高，使其能更好的應(yīng)對更加復(fù)雜的實(shí)際問題。而在應(yīng)用案例中，這一層次的教育應(yīng)用，除了提供基礎(chǔ)的教學(xué)和學(xué)習(xí)的輔助，還擔(dān)任了“擬人”的角色，包括充當(dāng)學(xué)伴、助手、導(dǎo)師等多種身份，同時能夠創(chuàng)設(shè)更加真實(shí)的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。相較于上一層級，功能更加豐富和人性化。這一層次已經(jīng)開始從教育人工智能方向轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ぶ悄芘c教育融合的方向，這一層次不僅僅是對于計算問題的解決，也開始重視體現(xiàn)人工智能技術(shù)智能化等特點(diǎn)。

最后是較深層應(yīng)用，可以理解為“特定領(lǐng)域認(rèn)知智能+教育”。這一層次對技術(shù)和理論要求更為嚴(yán)格，所以目前使用到的案例并沒有很多。這一層次的案例除了對智能教育技術(shù)有很強(qiáng)的要求，還需要對使用的學(xué)科有準(zhǔn)確的認(rèn)識。所以這一層級的應(yīng)用主要是體現(xiàn)了功能的豐富性向針對性發(fā)展的一個過程。這一層次主要是教育融合的方向，不僅僅對教育領(lǐng)域的發(fā)展有一定的要求，對于人工智能技術(shù)也有著較高的要求。需要兩者更加深入的融合以及共同發(fā)展。

總的來說，隨著人工智能技術(shù)的不斷升級，其在教育領(lǐng)域運(yùn)用的范圍不斷擴(kuò)大，并且逐步向更深層次的應(yīng)用發(fā)展。不得不承認(rèn)，隨著人工智能技術(shù)的不斷滲透，教育領(lǐng)域更加智能化，教育教學(xué)更加多媒體化，學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)更加自主和個性化。正是因?yàn)檫@些變化，也讓人們意識到了教育領(lǐng)域的更多不足，從而不斷推動了教育領(lǐng)域的改革。

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