王 毅，吳玉霞

(1.貴州師范大學(xué) 教育學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；2.貴陽(yáng)市三橋小學(xué)，貴州 貴陽(yáng) 550001)

2017年7月，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出，運(yùn)用智能技術(shù)從人才培養(yǎng)、教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方式等多方面構(gòu)筑新型教育體系。2018年4月，教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》指出，智能環(huán)境已對(duì)教育理念、文化和生態(tài)都帶來(lái)了深刻影響與變革。同年8月，教育部辦公廳發(fā)布的《關(guān)于開(kāi)展人工智能助推教師隊(duì)伍建設(shè)行動(dòng)試點(diǎn)工作的通知》強(qiáng)調(diào)，教師要主動(dòng)適應(yīng)并積極應(yīng)用人工智能等新興技術(shù)有效開(kāi)展教育教學(xué)。在人工智能逐步推動(dòng)傳統(tǒng)教學(xué)改革創(chuàng)新、促進(jìn)教育過(guò)程不斷優(yōu)化的背景下，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)“人工智能+教育”主題開(kāi)展了長(zhǎng)期、廣泛和深入的研究，從不同視角運(yùn)用不同方法研究人工智能技術(shù)發(fā)展及其教育應(yīng)用，形成了豐碩的研究成果。本文篩選2000—2020年以“人工智能+教育”為主題的國(guó)內(nèi)外核心期刊文獻(xiàn)，綜合文獻(xiàn)計(jì)量分析與系統(tǒng)文獻(xiàn)綜述方法，借助Bicomb、Ucinet和Spss軟件，深入分析近二十年來(lái)人工智能在國(guó)內(nèi)外教育領(lǐng)域的研究進(jìn)展并進(jìn)行比較，進(jìn)而提出未來(lái)我國(guó)“人工智能+教育”研究的發(fā)展啟示。

一、國(guó)外“人工智能+教育”研究熱點(diǎn)

(一)教育4.0的內(nèi)涵定位研究

教育4.0(Education 4.0)是同工業(yè)4.0多次共現(xiàn)的高頻關(guān)鍵詞，同時(shí)也與“人工智能+教育”存在必然的邏輯關(guān)系。從內(nèi)涵定位上看：其一，國(guó)外研究皆圍繞創(chuàng)新、智能終端和工業(yè)4.0等關(guān)鍵詞對(duì)教育4.0進(jìn)行內(nèi)涵解讀。智能化是工業(yè)4.0的外在表現(xiàn)，教育4.0是工業(yè)4.0時(shí)代培養(yǎng)未來(lái)勞動(dòng)力的一般方法或趨勢(shì)[1]；其二，面對(duì)智能時(shí)代對(duì)社會(huì)崗位和人才知識(shí)結(jié)構(gòu)變革的雙重壓力，教育4.0對(duì)學(xué)生能力框架和學(xué)校未來(lái)發(fā)展等方面進(jìn)行了重新定位。從實(shí)現(xiàn)條件來(lái)看，由物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)支持的工業(yè)4.0在教育中發(fā)揮著重要作用，為教育4.0發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，如對(duì)技能型勞動(dòng)力的高級(jí)終身培訓(xùn)支撐，讓校園物理系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)融合成為可能。正如Masschelein等人結(jié)合具體數(shù)據(jù)、技術(shù)和框架，預(yù)測(cè)未來(lái)學(xué)校將呈現(xiàn)“時(shí)間——空間——物質(zhì)”上的特殊安排[2]。

(二)智能虛擬現(xiàn)實(shí)的教學(xué)應(yīng)用研究

智能虛擬現(xiàn)實(shí)(Intelligent Virtual Reality，即IVR)技術(shù)在可視化和沉浸交互方面的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受學(xué)界青睞：一方面，IVR可為學(xué)生搭建基于游戲的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，利用多種技術(shù)和軟件(如凝視、手勢(shì)控制、觸覺(jué)、語(yǔ)音界面和人工智能)，使真實(shí)環(huán)境和虛擬的人工環(huán)境相重疊，從而產(chǎn)生感官上的混合現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，以達(dá)到激發(fā)學(xué)生興趣、強(qiáng)化互動(dòng)參與的目的。如Bouali等人介紹了一款基于VR的學(xué)習(xí)游戲Imikode，其支持計(jì)算機(jī)教育中面向?qū)ο缶幊?OOP)概念的教與學(xué)，除了可以引入人工智能擴(kuò)展游戲功能，還可解析學(xué)生游戲中的編程錯(cuò)句，并提供修復(fù)錯(cuò)誤說(shuō)明[3]。另一方面，IVR適用于程序性任務(wù)教學(xué)，以助學(xué)生產(chǎn)生沉浸感，在體驗(yàn)式學(xué)習(xí)中獲得認(rèn)知技能。尤其在語(yǔ)言類教學(xué)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于營(yíng)造第二外語(yǔ)氛圍，人工智能代理用于模擬進(jìn)行語(yǔ)言訓(xùn)練與真實(shí)對(duì)話的伙伴角色；或結(jié)合情感識(shí)別、人臉監(jiān)測(cè)或語(yǔ)義分析等人工智能技術(shù)，開(kāi)發(fā)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)模擬器。然而，Radianti等人揭示IVR應(yīng)用尚存不足，如在開(kāi)發(fā)應(yīng)用時(shí)沒(méi)有考慮用學(xué)習(xí)理論來(lái)指導(dǎo)學(xué)習(xí)結(jié)果，組織的應(yīng)用評(píng)價(jià)集中在虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用可行性上，而沒(méi)有關(guān)注學(xué)習(xí)結(jié)果[4]。

(三)智能教學(xué)機(jī)器人的角色研究

智能教學(xué)機(jī)器人(Intelligent Tutoring Robot，即ITR)基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的快速發(fā)展，扮演著現(xiàn)代教育中的同伴、教師和輔助工具等角色。與傳統(tǒng)教學(xué)機(jī)器人相比，ITR具有模式識(shí)別和自然交互能力上的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)學(xué)習(xí)者與實(shí)體機(jī)器人系統(tǒng)接觸時(shí)表現(xiàn)出更有利于學(xué)習(xí)的社交行為[5]。譬如，基于谷歌技術(shù)的Dialogflow框架，可設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)用于管理和學(xué)習(xí)支持的聊天機(jī)器人FIT-EBot，能與學(xué)生進(jìn)行持續(xù)互動(dòng)[6]。ITR將有望成為創(chuàng)新學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)習(xí)伙伴首選項(xiàng)。當(dāng)ITR作為教師時(shí)，早期Hsiu團(tuán)隊(duì)專門研發(fā)了一款應(yīng)用于監(jiān)督輔導(dǎo)與及時(shí)干預(yù)的中學(xué)教育機(jī)器人Trikebot[7]。隨后針對(duì)一對(duì)一教學(xué)，學(xué)界形成了類似兒童第二語(yǔ)言技能教學(xué)機(jī)器人Tega的ITR研究設(shè)計(jì)思路[8]。此外，ITR還作為嵌入STEM主題教育中極有效的教學(xué)媒體和學(xué)習(xí)工具，被看作是激勵(lì)現(xiàn)代化教學(xué)方式的最佳途徑[9]。Mehdipour等人采用由人工智能授權(quán)的機(jī)器人輔助新西蘭小學(xué)教育工作者開(kāi)展STEM教育，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：教師對(duì)ITR在協(xié)助搜索和準(zhǔn)備資料方面的性能作出了積極反響。相比助教，教師更愿意采用ITR作為教學(xué)輔助工具[10]。

(四)機(jī)器學(xué)習(xí)的綜合研究

機(jī)器學(xué)習(xí)(Machine Learning，即ML)作為人工智能發(fā)展的核心動(dòng)力，主要分為監(jiān)督學(xué)習(xí)、非監(jiān)督學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)[11]。在教育領(lǐng)域，國(guó)外學(xué)者綜合探討了機(jī)器學(xué)習(xí)的理論發(fā)展和應(yīng)用研究。在理論發(fā)展上，機(jī)器學(xué)習(xí)與統(tǒng)計(jì)學(xué)、信息論、博弈論等數(shù)學(xué)分支學(xué)科有共同的關(guān)系脈絡(luò)。機(jī)器學(xué)習(xí)理論可作為各種焦點(diǎn)推測(cè)和理性分析的中心點(diǎn)，通過(guò)提供邏輯框架來(lái)組織新的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，間接推進(jìn)編程的前沿發(fā)展[12]。在應(yīng)用研究上，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)使用一系列統(tǒng)計(jì)分析方法(算法)收集、構(gòu)造和分析計(jì)算性的大數(shù)據(jù)集，從而具有識(shí)別模式、構(gòu)建分類、預(yù)測(cè)模型[13]等功能。如Duzhin提出了三種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，分別用反向傳播(BP)、支持向量回歸(SVR)和長(zhǎng)短期記憶(LSTM)來(lái)預(yù)測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)[14]。Zea等人使用二元分類學(xué)習(xí)算法識(shí)別具有棄學(xué)風(fēng)險(xiǎn)的學(xué)生[15]。由英國(guó)開(kāi)放大學(xué)研制的“OU Analyze高危學(xué)生預(yù)測(cè)系統(tǒng)”則允許學(xué)生自主選擇是否參與數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。如此，從人文關(guān)懷上尊重學(xué)生選擇權(quán)，減少了學(xué)生個(gè)人與數(shù)據(jù)操控者之間的權(quán)力不平衡，是機(jī)器學(xué)習(xí)算法在人權(quán)和倫理道德考量上的具體表現(xiàn)。

(五)智能導(dǎo)師系統(tǒng)的功效研究

智能導(dǎo)師系統(tǒng)(Intelligent Tutoring System，即ITS)是一種以知識(shí)為基礎(chǔ)的軟件系統(tǒng)，由早期計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)發(fā)展而來(lái)，主要基于領(lǐng)域模型、教學(xué)模型、學(xué)習(xí)者模型和交流模型四種動(dòng)態(tài)交互模型[16]，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)輔導(dǎo)、診斷學(xué)生知識(shí)優(yōu)缺、按需策劃學(xué)習(xí)路徑以及進(jìn)行知識(shí)評(píng)估等四個(gè)主要功能。國(guó)外學(xué)者圍繞這四個(gè)功能，針對(duì)不同算法和模型開(kāi)展了研究。個(gè)性化教學(xué)輔導(dǎo)的典型研究有：Karaci將模糊邏輯與基于約束的學(xué)生模型(CBM)相結(jié)合，建立了混合式智能教學(xué)系統(tǒng)，根據(jù)學(xué)習(xí)者回答特定問(wèn)題的時(shí)間來(lái)確定學(xué)習(xí)水平，從而提供有針對(duì)性的個(gè)性化教學(xué)輔導(dǎo)[17]。在診斷學(xué)生知識(shí)優(yōu)缺上，Chayaporn等人提出基于兩步聚類(TSC)方法的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，建立了智能診斷框架(IDF)以適應(yīng)不同語(yǔ)言能力的英語(yǔ)課堂教學(xué)[18]。為實(shí)現(xiàn)按需策劃學(xué)習(xí)路徑，Rastegarmoghadam等人利用蟻群算法(ACO)開(kāi)發(fā)改進(jìn)了ITS中的學(xué)生建模方式，調(diào)整了適應(yīng)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)特點(diǎn)和學(xué)習(xí)傾向的最佳路徑，助力學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效率的提升[19]。最后，評(píng)估學(xué)生知識(shí)獲取水平也是ITS的首要任務(wù)之一，旨在衡量學(xué)習(xí)者認(rèn)知水平，決定學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)需求。鑒于此，Ramirez-Noriega Alan開(kāi)發(fā)了基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的推理機(jī)，并在實(shí)證基礎(chǔ)上得出結(jié)論：ITS測(cè)試評(píng)估比計(jì)算機(jī)考試和傳統(tǒng)紙質(zhì)測(cè)試更有效[20]。

(六)人工智能對(duì)K12教育的影響研究

人工智能對(duì)國(guó)外K12教育的影響研究主要集中在兩方面：一是教育組織者愈加重視對(duì)K12階段學(xué)生人工智能知識(shí)體系的構(gòu)建。美國(guó)人工智能協(xié)會(huì)(AAAI)和計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)(CSTA)發(fā)起的K12人工智能工作組(AI4K12)建議：K12階段學(xué)生應(yīng)具備語(yǔ)音系統(tǒng)互動(dòng)能力，體驗(yàn)過(guò)機(jī)器視覺(jué)，并能對(duì)人工智能作出正確認(rèn)知和判別[21]。在中小學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)和框架中引入人工智能相關(guān)內(nèi)容時(shí)，要充分構(gòu)思設(shè)計(jì)有意義的活動(dòng)，揭示學(xué)生的基本人工智能思想?；诖?，Burgsteiner等人開(kāi)發(fā)了一門涵蓋問(wèn)題解決、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能主題的課程。課程評(píng)估結(jié)果顯示：參與學(xué)生能熟練掌握各種概念和主題，研究者也打算在未來(lái)中學(xué)科學(xué)教育中積極整合人工智能知識(shí)理論[22]。二是強(qiáng)調(diào)依托人工智能提升中小學(xué)課堂互動(dòng)性、直觀性和趣味性的同時(shí)，促進(jìn)學(xué)生思維和技能養(yǎng)成。例如，在高中物理力學(xué)課中，Sanchez-Guzman等人采用“安第斯”智能代理來(lái)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)和技能的發(fā)展[23]。Sung等人研究了一款互動(dòng)性極強(qiáng)的戰(zhàn)略性電子編程游戲《森林之友》。與其他教育類編程游戲不同的是，《森林之友》包括人工智能編碼組件，可針對(duì)年輕的中學(xué)年齡學(xué)習(xí)者(11—13歲)，讓他們?cè)谳p松愉快的非正式環(huán)境中完成編程任務(wù)——游戲編程部分沒(méi)有預(yù)設(shè)的“標(biāo)準(zhǔn)”答案，旨在提高學(xué)生對(duì)計(jì)算思維技能的理解能力，并建立參與計(jì)算機(jī)科學(xué)的身份認(rèn)同感[24]。

(七)人工智能在高等教育的應(yīng)用研究

人工智能變革影響著傳統(tǒng)高等教育的教、學(xué)、考、評(píng)、管，具體表現(xiàn)在分析與預(yù)測(cè)、評(píng)估與評(píng)價(jià)、智能輔導(dǎo)系統(tǒng)，以及適應(yīng)性系統(tǒng)與個(gè)性化四個(gè)分野[25]。在分析與預(yù)測(cè)上，為了提前防控高等教育中的未知風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)研究提供了人工智能技術(shù)組建的早期預(yù)警系統(tǒng)，作為識(shí)別某些方面存在風(fēng)險(xiǎn)的學(xué)生的手段。使用人工智能范式之一的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示不同數(shù)據(jù)集之間復(fù)雜、主觀、非線性和未知關(guān)系的輟學(xué)情況，可主動(dòng)、持續(xù)、準(zhǔn)確地識(shí)別出容易輟學(xué)的學(xué)生，并制訂個(gè)性化預(yù)防或干預(yù)方案[26]；在學(xué)業(yè)成績(jī)方面，Howard等人實(shí)現(xiàn)了在平均絕對(duì)誤差為6.5%的基礎(chǔ)上，合理預(yù)測(cè)學(xué)生期末成績(jī)[27]。在評(píng)估上，人工智能打破了傳統(tǒng)單一、機(jī)械的評(píng)估方式，轉(zhuǎn)而整合多種人工智能算法進(jìn)行學(xué)術(shù)評(píng)估、教學(xué)評(píng)估、自動(dòng)評(píng)分和反饋參與，如采取機(jī)器學(xué)習(xí)算法評(píng)估學(xué)生作業(yè)間的相似性[28]，使用數(shù)據(jù)挖掘算法評(píng)估講師的課程表現(xiàn)[29]。智能教學(xué)系統(tǒng)作為高等教育階段集中的應(yīng)用研究之一，除了上述主題討論結(jié)果外，Steenbergen-Hu等人通過(guò)對(duì)39項(xiàng)研究和22種智能輔導(dǎo)系統(tǒng)的評(píng)估發(fā)現(xiàn)：智能輔導(dǎo)系統(tǒng)雖在提高高等教育教學(xué)效果方面不存在顯著優(yōu)勢(shì)，但優(yōu)于課堂教學(xué)、閱讀印刷材料和家庭作業(yè)等傳統(tǒng)教學(xué)輔導(dǎo)[30]。最后，適應(yīng)性系統(tǒng)可針對(duì)學(xué)生的個(gè)性化需求，通過(guò)高等教育遠(yuǎn)程系統(tǒng)開(kāi)發(fā)創(chuàng)建具有適應(yīng)性的課程[31]。與非適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)課程相比，進(jìn)行適應(yīng)性學(xué)習(xí)的學(xué)生學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)成績(jī)更佳。

二、國(guó)內(nèi)“人工智能+教育”研究熱點(diǎn)

(一)人工智能促進(jìn)教育信息化發(fā)展

智能化是教育信息化的發(fā)展趨勢(shì)之一，整合人工智能技術(shù)滿足我國(guó)教育現(xiàn)代化發(fā)展需求已成為廣泛共識(shí)。以智慧教育為代表的教育新生態(tài)是借助人工智能技術(shù)變革教育結(jié)構(gòu)的新系統(tǒng)，也是信息化教育發(fā)展的高級(jí)形態(tài)[32]。2013年起至今，海淀區(qū)在智慧教育管理機(jī)構(gòu)改革、頂層設(shè)計(jì)規(guī)劃制訂以及科學(xué)管理體系的建立上，加快推進(jìn)了智慧教育的發(fā)展進(jìn)程[33]。此外，為了深入探討人工智能促進(jìn)教育信息化及智慧教育發(fā)展的具體對(duì)策，學(xué)者們關(guān)注了智慧教學(xué)模式、智慧教育生態(tài)和智慧學(xué)習(xí)空間的構(gòu)建策略：打造“2P-7E-2E”的小學(xué)數(shù)學(xué)智慧教學(xué)模型[34]；圍繞高校教育信息化發(fā)展的人才培養(yǎng)需求內(nèi)涵，結(jié)合教育教學(xué)質(zhì)量大數(shù)據(jù)平臺(tái)框架，搭建以AI驅(qū)動(dòng)的智慧教育生態(tài)[35]；基于虛擬現(xiàn)實(shí)、電子書包[36]或“5G+AI”的技術(shù)視角實(shí)踐，探索智慧學(xué)習(xí)空間的建設(shè)與應(yīng)用[37]。

(二)智能技術(shù)緩解在線教育開(kāi)展困境

目前，在線教育平臺(tái)不斷涌現(xiàn)，在線教育資源日趨豐富。盡管如此，我國(guó)在線教育依然面臨困境：一方面，難以釋放以學(xué)習(xí)者為中心的線上網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間；另一方面，針對(duì)學(xué)生的個(gè)性化資源重建還有待增強(qiáng)。為此，教育部在《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中提出，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間建設(shè)應(yīng)滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，實(shí)現(xiàn)“一生一空間、生生有特色”。鑒于此，智能技術(shù)成為賦能個(gè)性化在線教育的有效途徑。早些年，我國(guó)在擴(kuò)展遠(yuǎn)程教育覆蓋范圍之外，就已提出采用Agent技術(shù)修復(fù)遠(yuǎn)程教育智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)的基本邏輯理路。近年來(lái)，學(xué)界更加重視構(gòu)筑高智能化和強(qiáng)參與度的個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境，提出了智慧教育視域下混合式學(xué)習(xí)空間框架[38]和物理、信息空間等多形態(tài)相融通的學(xué)習(xí)空間建設(shè)思路[39]。面對(duì)在線教育學(xué)習(xí)用戶陷入資源迷途等新問(wèn)題，學(xué)者建議采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、蟻群算法等多重智能型算法建立個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑推薦模型[40]，充分考慮在線用戶個(gè)體的差異性。

(三)“人工智能+”融合構(gòu)筑新工科改革框架

新工科被看作是應(yīng)對(duì)世界新技術(shù)、經(jīng)濟(jì)新常態(tài)，培養(yǎng)卓越工程人才的新型教育，智能技術(shù)也反作用于新工科，成為推動(dòng)新工科建設(shè)的核心驅(qū)動(dòng)力。面對(duì)人工智能技術(shù)和新工科變革的雙向擴(kuò)展，“人工智能+新工科”的概念涌現(xiàn)。對(duì)此，學(xué)界進(jìn)一步提出了人工智能技術(shù)背景下新工科發(fā)展的研究思路：其一，基于人工智能基礎(chǔ)和人工智能共性技術(shù)的視角，可開(kāi)發(fā)、重組各類“人工智能+新工科”課程體系。其二，人工智能作為時(shí)代衍生的“新”工科專業(yè)，人工智能專業(yè)人才培養(yǎng)也是新工科背景下學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)，需要從學(xué)生培養(yǎng)要求、多元化人才培養(yǎng)和新工科教育創(chuàng)新思考三個(gè)維度來(lái)認(rèn)識(shí)人工智能專業(yè)人才培養(yǎng)[41]。例如，徐曉飛等介紹了“哈工大新工科‘Ⅱ型’方案”，對(duì)我國(guó)高校新工科專業(yè)人才培養(yǎng)教育體系發(fā)展具有較大的借鑒價(jià)值[42]。

(四)創(chuàng)新教育對(duì)人工智能發(fā)展需要

機(jī)器人教育、創(chuàng)客教育和STEM教育是當(dāng)前國(guó)內(nèi)學(xué)者探討智能技術(shù)發(fā)展下創(chuàng)新教育轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵詞，呈現(xiàn)兩兩結(jié)合又相互獨(dú)立的研究脈絡(luò)：首先，創(chuàng)客教育浪潮為機(jī)器人教育發(fā)展提供了契機(jī)，如創(chuàng)客理念支持下的機(jī)器人教學(xué)模式構(gòu)建。其次，STEM教育提倡的跨學(xué)科思維與機(jī)器人教育多學(xué)科融合的本質(zhì)相匹配。最后，機(jī)器人教育、創(chuàng)客教育和STEM教育與人工智能技術(shù)基本保持兩類關(guān)系：一是將人工智能技術(shù)視為知識(shí)領(lǐng)域，在創(chuàng)客教育、機(jī)器人教育和STEM教育中融合相關(guān)技術(shù)知識(shí)開(kāi)展教學(xué)；二是人工智能技術(shù)作為外部支撐條件，賦能機(jī)器人教育、創(chuàng)客教育和STEM教育，為教與學(xué)營(yíng)造智能化環(huán)境。如唐燁偉等人通過(guò)設(shè)計(jì)人工智能技術(shù)下的STEM跨學(xué)科融合模式，從理論模型上將人工智能技術(shù)與STEM教育相結(jié)合[43]。針對(duì)機(jī)器人教育中存在的教學(xué)內(nèi)容單一、缺乏跨學(xué)科性、脫離實(shí)際生活等問(wèn)題，吳永和等人以“氪5號(hào)”教育機(jī)器人在課堂中的應(yīng)用為例，指出教育機(jī)器人在教學(xué)中的應(yīng)用可以在一定程度上幫助學(xué)生解決上述難題，激發(fā)問(wèn)題意識(shí)[44]。

(五)自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)延展個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑

學(xué)習(xí)分析技術(shù)，從2013年起被認(rèn)為是未來(lái)五年影響生活、工作及教育的關(guān)鍵技術(shù)。與此同時(shí)，教育過(guò)程中的一切行為都可被技術(shù)轉(zhuǎn)化為教育數(shù)據(jù)，采集、處理和挖掘教育數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)個(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)的前提。與國(guó)外相似，目前，國(guó)內(nèi)大部分學(xué)者也在嘗試將高級(jí)分析和深度學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用于識(shí)別困難學(xué)生和預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)偏向中。然而，僅依附于學(xué)習(xí)分析開(kāi)展學(xué)習(xí)過(guò)程監(jiān)控，還未充分發(fā)揮人工智能技術(shù)本體價(jià)值。對(duì)此，個(gè)性化適應(yīng)性學(xué)習(xí)作為智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的重要組成部分，有開(kāi)展深入研究的必要性。如黃伯平等人具體比較了AHAM、LAOS、XAHM和WebML四種自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)參考模式[45]；趙呈領(lǐng)等人總結(jié)了適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)中推薦路徑的三種算法：智能優(yōu)化算法、數(shù)據(jù)挖掘算法和基于知識(shí)的推薦算法[46]；菅保霞等人從元分析視角探討了自適應(yīng)學(xué)習(xí)個(gè)性特征模型，并分析了一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)可見(jiàn)內(nèi)容個(gè)性化自適應(yīng)調(diào)整的學(xué)習(xí)系統(tǒng)原型——AC Tutor(Adaptive Courseware Tutor)[47]。

(六)智能時(shí)代需求引領(lǐng)未來(lái)人才培養(yǎng)方向

2018年4月，教育部提出探索“人工智能+X”的跨學(xué)科人才培養(yǎng)模式，即未來(lái)教育人才培養(yǎng)模式、結(jié)構(gòu)及要求都將隨人工智能的脈動(dòng)而進(jìn)行調(diào)整和重構(gòu)，尤其是職業(yè)教育更要考慮培養(yǎng)的技能人才有隨時(shí)被機(jī)械人工智能替代的風(fēng)險(xiǎn)。因此，追蹤產(chǎn)業(yè)智能化升級(jí)和人才市場(chǎng)新動(dòng)態(tài)，培養(yǎng)適應(yīng)智能時(shí)代的高素質(zhì)技能人才是職業(yè)教育面臨的新命題。對(duì)此，國(guó)內(nèi)學(xué)者多從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展視角，以人才培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)模式、教學(xué)方式、學(xué)科重組和課程建設(shè)為錨點(diǎn)，將人工智能發(fā)展需求下沉至當(dāng)代教育中進(jìn)行考慮。未來(lái)職業(yè)教育要實(shí)現(xiàn)從適應(yīng)人工智能、應(yīng)用人工智能到引領(lǐng)人工智能的轉(zhuǎn)變[48]，以培養(yǎng)生態(tài)型、智能型、創(chuàng)新型和復(fù)合型人才為目標(biāo)[49]。為了實(shí)現(xiàn)以上定位，張海燕等人提出了指向?qū)W生主體，面向智能時(shí)代職業(yè)崗位需求的職業(yè)性特質(zhì)、信息時(shí)代社會(huì)交往的社會(huì)性特質(zhì)、個(gè)人未來(lái)發(fā)展的個(gè)性化特質(zhì)的“一體三面”人才培養(yǎng)邏輯框架[50]。

三、國(guó)內(nèi)外“人工智能+教育”研究異同比較

在不同的社會(huì)需求背景下，國(guó)內(nèi)外“人工智能+教育”研究主題既有共同指向，又有內(nèi)涵差異?；诖?，通過(guò)比較國(guó)內(nèi)外“人工智能+教育”研究異同，能為我國(guó)“人工智能+教育”發(fā)展提供參考與借鑒。

(一)國(guó)內(nèi)外“人工智能+教育”研究的相同之處

1.高度重視“人工智能+教育”領(lǐng)域研究

從數(shù)量上看，國(guó)內(nèi)外近二十年來(lái)對(duì)“人工智能+教育”研究的文獻(xiàn)貢獻(xiàn)量只增不減，2020年文獻(xiàn)數(shù)量達(dá)到峰值狀態(tài)；從熱點(diǎn)分布上看，國(guó)內(nèi)外聚類效果較好，分別形成相關(guān)研究主題，而且每個(gè)主題各有特色，又存在技術(shù)和功能相互重疊的關(guān)系。

2.人才培養(yǎng)戰(zhàn)略重心指向人工智能領(lǐng)域

人工智能作為工業(yè)4.0時(shí)代的特征正在改變?nèi)瞬排囵B(yǎng)目標(biāo)和結(jié)構(gòu)，在K12教育和高等教育方面都分別形成了各自的研究熱點(diǎn)。K12教育一方面注重利用人工智能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和提升學(xué)習(xí)效果；另一方面將人工智能的基本原理、方法作為教學(xué)內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生智能素養(yǎng)，以及為高校輸送人工智能專業(yè)人才。高等教育階段則強(qiáng)調(diào)拓寬人工智能在管理、服務(wù)、學(xué)術(shù)研究、課程資源等方面的應(yīng)用范圍，為人工智能全面介入高等教育人才培養(yǎng)作好準(zhǔn)備。

3.治理準(zhǔn)則研究零散，沒(méi)有形成單一主題集群

人工智能在教育公平、教育倫理和教育數(shù)據(jù)隱私等方面的治理問(wèn)題研究還不夠豐富，中心性和集成度較弱，國(guó)內(nèi)外學(xué)者有關(guān)該問(wèn)題的研究占比偏低，現(xiàn)狀分析和策略性建議居多，有待在國(guó)際范圍內(nèi)積極探索“人工智能+教育”治理的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

4.主題聚焦人工智能技術(shù)與教育相互賦能

國(guó)內(nèi)外研究主題又可劃分為兩大板塊：一是將人工智能作為教育改革發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力，如國(guó)外研究的智能虛擬現(xiàn)實(shí)、智能教學(xué)機(jī)器人和智能導(dǎo)師系統(tǒng)熱點(diǎn)類團(tuán)，以及國(guó)內(nèi)應(yīng)用智能技術(shù)緩解在線教育開(kāi)展的熱點(diǎn)類團(tuán)，都是技術(shù)賦能教育的具體表現(xiàn)。二是人工智能的再創(chuàng)緊緊依靠教育提供可能。如全球?qū)逃?.0的內(nèi)涵探討和國(guó)內(nèi)以創(chuàng)新教育迎合人工智能的主題，共同導(dǎo)向了以人工智能作為教學(xué)內(nèi)容培養(yǎng)人工智能人才的教育愿景。

(二)國(guó)內(nèi)外“人工智能+教育”研究的不同之處

1.指導(dǎo)思想與發(fā)展路向不同

國(guó)外人工智能發(fā)展與工業(yè)4.0發(fā)展動(dòng)向一脈相承，相應(yīng)地教育4.0全球框架也致力于創(chuàng)建教育新形態(tài)；而國(guó)內(nèi)技術(shù)與教育融合以教育信息化為發(fā)展脈絡(luò)，從傳統(tǒng)教育生態(tài)著手，挖掘人工智能變革傳統(tǒng)課堂教育和線上教育的潛力。

2.技術(shù)融合敏感程度不同

國(guó)內(nèi)外在智能導(dǎo)師系統(tǒng)、自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)和智能教育機(jī)器人的應(yīng)用研究方面關(guān)注度相當(dāng)，但國(guó)外對(duì)新興技術(shù)的敏感程度和研究行動(dòng)力優(yōu)于我國(guó)。比如，國(guó)外對(duì)人工智能與虛擬現(xiàn)實(shí)的融合應(yīng)用研究已成為一大類團(tuán)，突顯了國(guó)外人工智能技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)交互較為頻繁；而國(guó)內(nèi)在技術(shù)融合方面暫時(shí)沒(méi)有集成新關(guān)鍵詞，說(shuō)明跨媒介融合的廣度和深度不夠。

3.機(jī)器學(xué)習(xí)研究思路不同

國(guó)內(nèi)外都傾向于發(fā)揮機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在識(shí)別和預(yù)測(cè)上的優(yōu)勢(shì)，從而在教育管理方面更好地評(píng)估學(xué)生行為表現(xiàn)。不同的是：國(guó)外教育領(lǐng)域?qū)C(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)研究的系統(tǒng)性更強(qiáng)，研究不僅包括應(yīng)用開(kāi)發(fā)，還有理論、算法的深化；而國(guó)內(nèi)目前較少討論機(jī)器學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)，而是將機(jī)理問(wèn)題歸于計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，相關(guān)研究大多直接上移至基于智能系統(tǒng)的教學(xué)模式分析和構(gòu)建，有待進(jìn)一步開(kāi)展實(shí)證研究。

4.技術(shù)應(yīng)用價(jià)值取向不同

國(guó)外無(wú)論在K12教育還是高等教育階段，都積極借助人工智能產(chǎn)品和系統(tǒng)預(yù)測(cè)學(xué)生學(xué)業(yè)動(dòng)機(jī)、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，尤其在K12教育階段強(qiáng)調(diào)建立學(xué)生計(jì)算機(jī)科學(xué)身份認(rèn)同感；國(guó)內(nèi)各教育階段研究思路則緊緊圍繞未來(lái)創(chuàng)新人才培養(yǎng)變革，且集中關(guān)注高等教育和職業(yè)教育面向人工智能崗位的人才培養(yǎng)。

四、我國(guó)“人工智能+教育”研究的發(fā)展啟示

綜上所述，當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外正處于人工智能賦能教與學(xué)發(fā)展的轉(zhuǎn)型期，同時(shí)也是人工智能技術(shù)研發(fā)的關(guān)鍵期，推動(dòng)“人工智能+教育”深度融合已成為全球持久的戰(zhàn)略布局。未來(lái)我國(guó)還應(yīng)該持續(xù)突破人工智能在助推學(xué)校教育管理、教師專業(yè)發(fā)展、學(xué)生學(xué)習(xí)和教育評(píng)價(jià)方面的相關(guān)研究。

(一)人工智能助推學(xué)校教育管理研究

未來(lái)學(xué)校將朝著教育資源互享、教育數(shù)據(jù)互通、多元主體互聯(lián)的智能化管理趨勢(shì)發(fā)展。2019年，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》，提出了 “建設(shè)智能化校園，統(tǒng)籌建設(shè)一體化智能化教學(xué)、管理與服務(wù)平臺(tái)”的戰(zhàn)略任務(wù)?，F(xiàn)有智慧管理服務(wù)體系也已在各校初具規(guī)模，如南昌大學(xué)附屬中學(xué)基于IS平臺(tái)構(gòu)成了集校務(wù)、教師和學(xué)生管理為一體的智慧管理系統(tǒng)[51]；湖南工商大學(xué)以可視化的教學(xué)資源平臺(tái)、教學(xué)環(huán)境、課堂評(píng)估系統(tǒng)、師生畫像系統(tǒng)和信息安全保障平臺(tái)搭建智慧教育管理體系[52]?？梢哉f(shuō)，目前，人工智能在教育管理體系中的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，仍存在功能集成度弱、社會(huì)參與度低、運(yùn)行機(jī)制有待探索等不足。為符合教育4.0發(fā)展的規(guī)劃藍(lán)圖，未來(lái)研究要從技術(shù)支撐上打破單一的無(wú)紙化辦公、數(shù)據(jù)庫(kù)管理和學(xué)業(yè)質(zhì)量監(jiān)測(cè)的技術(shù)研究思路，深入探索自然語(yǔ)言處理、眼球追蹤、知識(shí)圖譜等技術(shù)對(duì)多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)采集，補(bǔ)充完善人工智能在學(xué)校教育管理中的情感分析、數(shù)據(jù)決策等功能缺陷。從研究主體上，要探索融合多元教育管理者的平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)學(xué)校、家庭、社區(qū)、政府、企業(yè)間的內(nèi)外聯(lián)動(dòng)，增強(qiáng)人工智能在管理評(píng)價(jià)反饋中的中介作用。在實(shí)踐應(yīng)用上，要從學(xué)校、教師和學(xué)生研究視角，科學(xué)論證智慧教育管理系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)及不足，審視技術(shù)治理在學(xué)校教育管理中泄漏師生個(gè)人信息的安全問(wèn)題和倫理風(fēng)險(xiǎn)，積極探索法律策略和治理方案，細(xì)化技術(shù)治理下智慧教育管理機(jī)制研究。

(二)人工智能助推教師專業(yè)發(fā)展研究

促進(jìn)人工智能在教師專業(yè)發(fā)展領(lǐng)域的影響研究，可以進(jìn)一步幫助教師切實(shí)履行人工智能時(shí)代的角色擔(dān)當(dāng)。2018年，教育部等五部門印發(fā)的《教師教育振興行動(dòng)計(jì)劃(2018—2022年)》強(qiáng)調(diào)，要注重教師技術(shù)應(yīng)用的養(yǎng)成，推動(dòng)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等信息技術(shù)與教師教育的有機(jī)融合[53]。這充分表明技術(shù)變革對(duì)教師知識(shí)能力結(jié)構(gòu)提出了新的要求和挑戰(zhàn)，也為教師專業(yè)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持。目前，學(xué)界研究主要聚焦于人工智能時(shí)代教師角色轉(zhuǎn)變探賾，針對(duì)教師智能教育素養(yǎng)的理論與實(shí)踐探索還不夠深入，教師運(yùn)用人工智能提升微觀課堂教學(xué)質(zhì)量的實(shí)證研究還不夠豐富，挖掘智能技術(shù)賦能教師專業(yè)發(fā)展培訓(xùn)、研修典型案例還不夠充分。因此，一要加強(qiáng)教師智能教育素養(yǎng)的內(nèi)涵構(gòu)建及培養(yǎng)策略研究，包括針對(duì)教師人機(jī)共教意識(shí)、智能知識(shí)、智能教學(xué)應(yīng)用能力、智能教育倫理的理論與案例研究，為教師適應(yīng)“人工智能+”教育場(chǎng)域以及提升教學(xué)水平賦予豐富的理論空間，同時(shí)探尋國(guó)家、地方、學(xué)校三位一體的教師智能教育素養(yǎng)形成策略。二要持續(xù)迭代研究“教師—智能機(jī)器”協(xié)同創(chuàng)新提升課堂教學(xué)質(zhì)量的實(shí)證案例，探索教師應(yīng)用智能導(dǎo)師系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)、學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)分析系統(tǒng)和自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)開(kāi)展高效人機(jī)協(xié)同課堂教學(xué)的有效規(guī)律，為幫助一線教師提高智能教育環(huán)境下的課堂教學(xué)質(zhì)量提供借鑒與參考，回應(yīng)人工智能時(shí)代教師教學(xué)能力新訴求。三要繼續(xù)挖掘人工智能賦能教師專業(yè)發(fā)展高質(zhì)量培訓(xùn)研究，助推教師隊(duì)伍建設(shè)。在培訓(xùn)模式上，從制訂精準(zhǔn)培訓(xùn)計(jì)劃著手，研究人工智能賦能教師個(gè)性化發(fā)展培訓(xùn)的實(shí)踐向度，借助智能研修平臺(tái)構(gòu)建“U(高校)—G(政府)—S(中小學(xué)、幼兒園)—T(技術(shù)支持者)”多方聯(lián)動(dòng)的教師培訓(xùn)模式，助推教師專業(yè)發(fā)展；在培訓(xùn)內(nèi)容和活動(dòng)上，持續(xù)研究利用智能研修平臺(tái)獲取、分析、精準(zhǔn)計(jì)算教師研修學(xué)習(xí)與日常教學(xué)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整基于教師個(gè)人發(fā)展需求的拔高內(nèi)容和活動(dòng)；在技術(shù)運(yùn)用上，關(guān)注智能虛擬現(xiàn)實(shí)在培訓(xùn)中調(diào)動(dòng)教師學(xué)習(xí)體驗(yàn)感的有關(guān)研究，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬仿真、視線跟蹤等技術(shù)，使教師產(chǎn)生沉浸式和持續(xù)性的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，增強(qiáng)培訓(xùn)效果，促進(jìn)教師專業(yè)發(fā)展。

(三)人工智能助推學(xué)生學(xué)習(xí)研究

人工智能技術(shù)正對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)場(chǎng)景和學(xué)習(xí)方式產(chǎn)生著結(jié)構(gòu)性變革，有利于引導(dǎo)個(gè)性化學(xué)習(xí)和培養(yǎng)創(chuàng)新能力。構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化和個(gè)性化教育體系的學(xué)習(xí)型社會(huì)，是《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》設(shè)立的總體要求。當(dāng)前，智能導(dǎo)師系統(tǒng)、智能教學(xué)機(jī)器人、自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)等智能設(shè)備在實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同、提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量、評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)能力上的實(shí)踐研究方興未艾，但研究結(jié)論各異，缺少實(shí)踐指導(dǎo)價(jià)值，針對(duì)個(gè)體的適應(yīng)性學(xué)習(xí)難以落實(shí)到位。因此，為進(jìn)一步提升人工智能在提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率中的作用，首先，要積極探索人工智能針對(duì)不同學(xué)段、學(xué)科的實(shí)際應(yīng)用研究，獲取多模態(tài)數(shù)據(jù)，以合理配套的智能化教學(xué)資源和教學(xué)策略促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)。其次，要增強(qiáng)人工智能在學(xué)習(xí)中的使用時(shí)長(zhǎng)和地域差異的關(guān)系研究，探尋人工智能在不同場(chǎng)域下對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)生持續(xù)正向影響的長(zhǎng)久策略，如在課堂教學(xué)中探索混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)、打破時(shí)空隔閡上的集成研究。最后，要改變局限于教育學(xué)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，嘗試將教育學(xué)與心理學(xué)、腦科學(xué)等多學(xué)科結(jié)合，開(kāi)展跨學(xué)科研究，探究人工智能對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)影響的個(gè)體邏輯。

(四)人工智能助推教育評(píng)價(jià)研究

積極利用人工智能提高教育評(píng)價(jià)的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和公平性，是推動(dòng)我國(guó)教育治理現(xiàn)代化發(fā)展提質(zhì)增效的有效途徑。2020年，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《深化新時(shí)代教育評(píng)價(jià)改革總體方案》，提出要“創(chuàng)新評(píng)價(jià)工具，利用人工智能、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)，探索開(kāi)展學(xué)生學(xué)習(xí)全過(guò)程的縱向評(píng)價(jià)”[54]?；诖?，現(xiàn)有研究立足“四個(gè)評(píng)價(jià)”和服務(wù)“五類主體”，提出了技術(shù)助力教育評(píng)價(jià)的發(fā)展路向，尤其關(guān)注人工智能助力更加科學(xué)、公正的學(xué)生考試評(píng)價(jià)制度改革，全面綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)的建設(shè)，以及教師教學(xué)、科研成果評(píng)價(jià)和學(xué)校質(zhì)量跟蹤評(píng)估。但服務(wù)多元主體的評(píng)價(jià)研究亟待深化，智能教育評(píng)價(jià)手段也尚待擴(kuò)展。鑒于此，一要關(guān)注基于大數(shù)據(jù)的智能化教育決策和治理研究，使教育評(píng)價(jià)貫穿教育管理全過(guò)程，提升政府履行評(píng)價(jià)職責(zé)的能力和水平；二要以教師成長(zhǎng)檔案數(shù)據(jù)管理為重心，通過(guò)獲取多維數(shù)據(jù)達(dá)成對(duì)教師師德師風(fēng)、教學(xué)績(jī)效、學(xué)生工作和科研水平的評(píng)價(jià)研究；三要充分研究人工智能助力學(xué)生成長(zhǎng)性評(píng)價(jià)、過(guò)程性評(píng)價(jià)、表現(xiàn)性評(píng)價(jià)和情感評(píng)價(jià)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，賦能學(xué)校、教師、家長(zhǎng)評(píng)價(jià)學(xué)生成長(zhǎng)狀況、行為習(xí)慣、情感態(tài)度和學(xué)業(yè)水平。