薛耀鋒 邱奕盛

摘 要：人工智能的發(fā)展到達(dá)了一個(gè)新的高度，教育也不可避免地融入了人工智能相關(guān)技術(shù)，以促進(jìn)學(xué)習(xí)變革和學(xué)術(shù)創(chuàng)新。在介紹了國際和國內(nèi)人工智能教育發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，從多方面展開了人工智能促進(jìn)學(xué)習(xí)變革的方式，并列舉了若干人工智能促進(jìn)學(xué)術(shù)創(chuàng)新的領(lǐng)域，同時(shí)指出高等教育應(yīng)當(dāng)抓住機(jī)遇，轉(zhuǎn)變固有觀念、促進(jìn)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變和推進(jìn)應(yīng)用創(chuàng)新，同時(shí)謹(jǐn)防人工智能的濫用。

關(guān)鍵詞：人工智能；教育；學(xué)習(xí)變革；學(xué)術(shù)創(chuàng)新

人工智能教育發(fā)展現(xiàn)狀

2023年3月，OpenAI發(fā)布的GPT-4，如同一個(gè)多面手，可以針對(duì)提問，根據(jù)用戶的需求響應(yīng)生成回答。這不禁再一次提醒我們，高等教育不再享有對(duì)學(xué)術(shù)知識(shí)的壟斷地位，信息和知識(shí)的圍墻已被信息技術(shù)打破，人工智能可以讓學(xué)習(xí)者在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)得到想要的信息和知識(shí)。在知識(shí)唾手可得的時(shí)代，高等教育需要培養(yǎng)何種人才再次成為研究焦點(diǎn)。

人工智能在高等教育的各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)得到深度耦合。2018年，《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》分別指出要全面提升高校信息化能力，加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化，建設(shè)教育強(qiáng)國[1]，大力支持高校開設(shè)“人工智能+”專業(yè)，完善人工智能領(lǐng)域人才培養(yǎng)體系，包括學(xué)科布局、專業(yè)建設(shè)、教材建設(shè)、人才培養(yǎng)[2]。黨的二十大報(bào)告指出，要把教育、科技、人才進(jìn)行“三位一體”統(tǒng)籌安排、一體部署，將“推進(jìn)教育數(shù)字化”寫入報(bào)告，賦予了教育在全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國家中新的使命任務(wù)，明確了教育數(shù)字化未來發(fā)展的行動(dòng)綱領(lǐng)，具有重大意義。教育部部長懷進(jìn)鵬在2023年2月的世界數(shù)字教育大會(huì)上以“數(shù)字變革與教育未來”為題作主旨演講。其中提到，我國已經(jīng)建成一大批優(yōu)質(zhì)慕課，已有7.6萬名高校名師名家、2.7萬門優(yōu)質(zhì)慕課課程、1，800門國家一流課程，有超過1，300萬國際用戶注冊(cè)學(xué)習(xí)，覆蓋了166個(gè)國家和地區(qū)。學(xué)習(xí)平臺(tái)的建設(shè)將借助人工智能和教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型，持續(xù)推動(dòng)全面學(xué)習(xí)、多樣態(tài)學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)。

作為探討人工智能在教育中應(yīng)用的領(lǐng)先國際組織，聯(lián)合國教科文組織領(lǐng)導(dǎo)了一系列人工智能在教育領(lǐng)域的重要活動(dòng)。2019年8月發(fā)布的《北京共識(shí)——人工智能與教育》研究報(bào)告提出，利用人工智能加快建設(shè)開放靈活的教育體系，確保全民享有公平、適合每個(gè)人且優(yōu)質(zhì)的終身學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。2021年4月出版的《人工智能與教育：政策制定者指南》，為政策制定者揭示了人工智能的機(jī)遇、風(fēng)險(xiǎn)和發(fā)展趨勢(shì)、對(duì)于教學(xué)的影響以及教育對(duì)于在人工智能時(shí)代成長的學(xué)生能夠做哪些準(zhǔn)備，并為政策制定提供了一系列具體操作的建議。由此可見，以大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)為代表的新一代人工智能驅(qū)動(dòng)著新一輪的學(xué)習(xí)變革與學(xué)術(shù)創(chuàng)新。

人工智能促進(jìn)學(xué)習(xí)變革

人工智能不僅被用來節(jié)省教師人力、提高教學(xué)效率，而且可以驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)方式的變革。如圖1所示，學(xué)習(xí)者畫像、學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)資源、教育決策等領(lǐng)域都將因?yàn)槿斯ぶ悄艿牡絹矶l(fā)生變革。

1.學(xué)習(xí)者畫像。隨著我國優(yōu)質(zhì)慕課平臺(tái)的建設(shè)，保有的用戶數(shù)據(jù)量也日益增長，利用智能化學(xué)習(xí)分析技術(shù)繪制學(xué)習(xí)者畫像或?qū)W校畫像，可以創(chuàng)新學(xué)習(xí)方式。面向高校的學(xué)習(xí)者畫像可以有效實(shí)現(xiàn)學(xué)校教育治理的現(xiàn)代化。依托于學(xué)習(xí)者畫像，可以全面、系統(tǒng)地掌握學(xué)習(xí)者發(fā)展質(zhì)量情況?；谀秸n的學(xué)習(xí)者畫像可以使得教育者更好地了解不同學(xué)習(xí)者之間的水平差異細(xì)節(jié)和分布，有助于從教學(xué)評(píng)價(jià)上做出更全面客觀的評(píng)價(jià)，從而提升教育服務(wù)水平、優(yōu)化資源配置和促進(jìn)教育公平。[3]

學(xué)生是教育的主體，是教育的直接對(duì)象，學(xué)習(xí)者畫像對(duì)于學(xué)生自身的影響作用也是顯著的。學(xué)習(xí)者依據(jù)智能化構(gòu)建的學(xué)習(xí)者畫像，可以對(duì)自身的認(rèn)知領(lǐng)域有一個(gè)精細(xì)化、網(wǎng)格化的分布了解，可以為自身未來學(xué)習(xí)發(fā)展提供參考。

2.學(xué)習(xí)環(huán)境?；谌斯ぶ悄艿男滦蛯W(xué)習(xí)環(huán)境正在逐漸進(jìn)入教學(xué)，特別是高等教育的專業(yè)化學(xué)習(xí)環(huán)境。以XR（擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)）為代表的拓展現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境可以演練或練習(xí)較為危險(xiǎn)的學(xué)習(xí)活動(dòng)所創(chuàng)設(shè)的情境、模擬構(gòu)建學(xué)生無法到達(dá)的場景或地點(diǎn)、展現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中難以直接觀測(cè)的物體或現(xiàn)象等。

這類智慧教室從以教為中心轉(zhuǎn)移到以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為中心。對(duì)大學(xué)生來說，學(xué)習(xí)者比教學(xué)者更迫切地希望能采取自主探索或小組合作的方式學(xué)習(xí)新知識(shí)，這就為智慧教室教學(xué)模式的多樣化實(shí)驗(yàn)提供了保障。

3.學(xué)習(xí)資源。人工智能的出現(xiàn)催生了學(xué)習(xí)資源的新一輪變革，主要體現(xiàn)在交互式電子學(xué)案和課件的優(yōu)化上。交互式電子學(xué)案利用人工智能學(xué)習(xí)分析技術(shù)，增加了主動(dòng)推薦能力。隨著技術(shù)的發(fā)展，學(xué)習(xí)者信息的不斷完善，學(xué)習(xí)者更容易獲得豐富的學(xué)習(xí)資源。研究表明：相比于紙質(zhì)書本上的圖文表現(xiàn)形式，超鏈接、動(dòng)圖、視頻等資源能夠?yàn)閷W(xué)生提供更豐富的信息。

利用人工智能對(duì)數(shù)據(jù)的分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)課件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。有研究利用學(xué)習(xí)者編程學(xué)習(xí)過程的行為數(shù)據(jù)分析，對(duì)課程進(jìn)行優(yōu)化。研究根據(jù)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)編程類在線課程資源時(shí)對(duì)不同課程元素的投入程度與效果分析，結(jié)合相關(guān)課程優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，優(yōu)化了編程類在線課程資源，如調(diào)整程序代碼、文本等元素比重，減少圖表、教師形象的無關(guān)信息，增加課堂臨場感，增加代碼編寫界面等[4]。

4.教師教學(xué)。得益于人工智能的加持，自然語言處理取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，由此誕生了虛擬助教、智能問答機(jī)器人等伴學(xué)助理。2016年4月，佐治亞理工學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院的教授阿肖克·戈?duì)枺ˋshok Goel）為他的課程增加了一名新的助教吉爾·沃特森（Jill Watson）。她其實(shí)是個(gè)虛擬助教，為每年選課的300名學(xué)生提供答疑服務(wù)，許多學(xué)生一開始甚至都沒有意識(shí)到是由機(jī)器人回復(fù)的消息。近期，浙江大學(xué)的人工智能實(shí)訓(xùn)平臺(tái)Mo（momodel.cn）也將基于智能問答系統(tǒng)的對(duì)話機(jī)器人加入到學(xué)生練習(xí)模塊，學(xué)生可以在解題困難時(shí)向這個(gè)對(duì)話機(jī)器人求助。相比于傳統(tǒng)搜索引擎的“大海撈針式”求解，對(duì)話機(jī)器人能夠更好地理解上下文和具體的問題情境，直接提供有針對(duì)性的解決方案。

5.教育決策。數(shù)據(jù)在教育決策中有其潛在力量，人工智能正是讓這股力量發(fā)揮其用武之地的“秘籍”。人工智能對(duì)淹沒在眾多信息系統(tǒng)中的海量數(shù)據(jù)加以挖掘，為相應(yīng)的決策提供方向、依據(jù)的實(shí)證證據(jù)，從而幫助相關(guān)者做出正確的決策。

根據(jù)大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)積累和智能分析，誕生了一系列的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)。例如：紐頓（Knewton）系統(tǒng)，其目標(biāo)是為全球?qū)W生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容。紐頓（Knewton）系統(tǒng)通過分析數(shù)據(jù)來了解學(xué)生掌握了哪些知識(shí)，然后為他們推薦下一步的學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而幫助更多學(xué)生掌握學(xué)習(xí)材料并取得進(jìn)步。阿爾塔（Alta）作為紐頓（Knewton）系統(tǒng)最新的高等教育產(chǎn)品，是一個(gè)完整的課件解決方案，它將自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù)與高質(zhì)量的開放可用內(nèi)容相結(jié)合，以提供廉價(jià)、可訪問的個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)并有效提高學(xué)生成績。

人工智能促進(jìn)學(xué)術(shù)創(chuàng)新

現(xiàn)在的高校人工智能培養(yǎng)非常注重技能的培訓(xùn)，但往往忽視與其發(fā)展相適應(yīng)的科學(xué)思想教育。其實(shí)，作為現(xiàn)代化技術(shù)，人工智能作用的發(fā)揮不僅取決于使用者的操作技能，而且還取決于其思維模式和價(jià)值觀。如果學(xué)習(xí)者的思想還停留在工業(yè)時(shí)代甚至手工作坊時(shí)代，對(duì)人工智能的使用還停留在工具性操作的層面，計(jì)算機(jī)的龐大功能便無從發(fā)揮。因此，人工智能何以促進(jìn)學(xué)術(shù)創(chuàng)新，必須關(guān)注人工智能特有的思維模式和價(jià)值觀。本文列舉了若干促進(jìn)學(xué)術(shù)創(chuàng)新的應(yīng)用領(lǐng)域（見圖2）。

1.創(chuàng)設(shè)仿真環(huán)境。在學(xué)術(shù)研究中，實(shí)驗(yàn)是科學(xué)求索的重要組成部分。以往一些實(shí)驗(yàn)要反復(fù)經(jīng)歷失敗，其過程消耗大量的人力、物力、財(cái)力，甚至可能對(duì)生態(tài)環(huán)境造成無法修復(fù)的傷害。如今，借助仿真模擬環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)高精度的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)仿真，為學(xué)術(shù)創(chuàng)新提供了可靠的技術(shù)支持。

以往的工程實(shí)訓(xùn)課程，需要學(xué)生前往工廠實(shí)地考察學(xué)習(xí)，在一些高危行業(yè)中，一旦操作不慎，就會(huì)引發(fā)悲劇。通過創(chuàng)設(shè)仿真環(huán)境，可以建設(shè)智慧油田的數(shù)字孿生環(huán)境，只要在遠(yuǎn)端操作數(shù)字化的界面，就可以達(dá)到控制實(shí)際物理裝置的功能。

張立強(qiáng)等人（2020年）研發(fā)的油田地質(zhì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，基于“科教融合、虛實(shí)互補(bǔ)”的理念，建設(shè)了我國主要油氣盆地?cái)?shù)據(jù)資源庫。學(xué)生也可以通過仿真模擬環(huán)境，學(xué)習(xí)復(fù)雜的油氣開采實(shí)施流程。在實(shí)際的石油開采程序中，現(xiàn)場需要調(diào)度大量的人力、物力，無法讓每一位學(xué)生都親身體驗(yàn)，而在仿真環(huán)境中，學(xué)生可以不限次數(shù)地練習(xí)探索油氣鉆錄和現(xiàn)場漫游，為類似專業(yè)和課程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)提供了借鑒。[5]

2.考古研究創(chuàng)新?？脊疟徽J(rèn)為是一門高深而偉大的行業(yè)，其中也蘊(yùn)藏著不少計(jì)算難題。對(duì)古代字符語言的理解，一直是考古難以突破的一關(guān)。人工智能的發(fā)展可以為破解古代語言提供一種新型研究思路。

2022年11月，微軟亞洲研究院與首都師范大學(xué)甲骨文研究中心合作——基于自監(jiān)督學(xué)習(xí)技術(shù)構(gòu)建的甲骨文校重助手Diviner，大幅提升了甲骨文校重工作的效率，開創(chuàng)了人工智能與人類專家協(xié)作的全新研究范式。[6]

3.科研工具創(chuàng)新。人工智能不僅可以作為科研算法，而且也可以作為科研工具。2023年3月，自然科學(xué)基金委發(fā)布“人工智能驅(qū)動(dòng)的科學(xué)研究”專項(xiàng)工作部署，學(xué)術(shù)界進(jìn)一步關(guān)注到人工智能在各領(lǐng)域科研（AI for Science）的重要意義。在2022科學(xué)智能峰會(huì)上，湯超院士指出，人工智能可以催生出各類科研工具，不僅能夠用于學(xué)科科研、技術(shù)創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化，還可以用于發(fā)現(xiàn)新興研究領(lǐng)域甚至以AI啟發(fā)對(duì)人腦、人類智能的理解[7]。各學(xué)科研究范式可以以大模型為依托，建立自己的算法模型，實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)的分析和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

2023年4月，上海人工智能實(shí)驗(yàn)室協(xié)同中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、上海交通大學(xué)、南京信息工程大學(xué)、中國科學(xué)院大氣物理研究所及上海中心氣象臺(tái)發(fā)布“風(fēng)烏”大模型，使得全球氣象有效預(yù)報(bào)時(shí)間首次突破10天。這是在地球科學(xué)的人工智能（AI for Earth）的一次探索，證明了人工智能在可信計(jì)算上的實(shí)力。

4.科研環(huán)境創(chuàng)新。2022世界人工智能大會(huì)以“智聯(lián)世界 元生無界”為主題，描繪了未來的科研環(huán)境可以是以元宇宙為代表的無邊界世界。元宇宙是指在一個(gè)與物理世界平行的巨大虛擬環(huán)境，學(xué)習(xí)者通過數(shù)字化身進(jìn)行交互。元宇宙為學(xué)術(shù)創(chuàng)新提供了一個(gè)虛擬的、充滿無限可能的探索空間，作為一個(gè)新興技術(shù)，其在各學(xué)術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用值得深入挖掘與分析。[8]

元宇宙依托人工智能計(jì)算，構(gòu)建出的現(xiàn)實(shí)與虛擬相互聯(lián)結(jié)的世界可以創(chuàng)設(shè)沉浸式探究情境、虛擬協(xié)作空間等，為科研創(chuàng)新提供了有利的環(huán)境支撐。研究者可以跨越時(shí)間和空間，在同一個(gè)虛擬環(huán)境中研討、辦公，不再受到物理?xiàng)l件的限制和制約。甚至，可以制作一個(gè)屬于自己的個(gè)性化數(shù)字人，代替自己在虛擬空間與他人交流，經(jīng)過一段時(shí)間的智能化演算，數(shù)字人可以在已有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上自我成長，為研究者提供即時(shí)可靠的研究建議和幫助。

總結(jié)與展望

高等教育應(yīng)該拓寬其教育面，成為終身學(xué)習(xí)的引擎；培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)的學(xué)習(xí)者，基于對(duì)美好生活向往的視角?？紤]到科技進(jìn)步的速度，我們可以預(yù)測(cè)到計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、人工智能會(huì)錯(cuò)綜復(fù)雜地融入我們個(gè)人生活和職業(yè)生活中。這個(gè)世界會(huì)變得不同，既有機(jī)遇，也有挑戰(zhàn)。面對(duì)機(jī)遇，需要重點(diǎn)關(guān)注以下三個(gè)方面。

1.轉(zhuǎn)變固有觀念，深刻認(rèn)識(shí)人工智能對(duì)促進(jìn)教育教學(xué)發(fā)展的意義。人工智能與教育有機(jī)融合的學(xué)習(xí)方式正在發(fā)生巨大的改變，讓教育研究者、實(shí)踐者和學(xué)習(xí)者都更深刻認(rèn)識(shí)到，以智能化和數(shù)字化為代表的現(xiàn)代技術(shù)不斷重塑與再造了教育的方方面面。人工智能已經(jīng)從以前那個(gè)不確定、不穩(wěn)當(dāng)?shù)哪：隣顟B(tài)，走向越來越明晰的可用解決方案。因此，我們不能懼怕技術(shù)帶來的學(xué)習(xí)變革，而要積極擁抱技術(shù)，不拘一格將人工智能與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式相結(jié)合，努力發(fā)展中國特色世界先進(jìn)水平的優(yōu)質(zhì)教育，有效運(yùn)用技術(shù)培養(yǎng)創(chuàng)新人才，實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化。

2.促進(jìn)技術(shù)發(fā)展，不斷探索更多能促進(jìn)學(xué)術(shù)創(chuàng)新的人工智能。在技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展方面，呈現(xiàn)出技術(shù)的多元化發(fā)展與教育深入融合的趨勢(shì)。從開放教育的學(xué)習(xí)技術(shù)和學(xué)習(xí)策略創(chuàng)新，到強(qiáng)調(diào)個(gè)性化學(xué)習(xí)的大數(shù)據(jù)分析等，人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用前景和潛在意義也越來越大。當(dāng)前，在各個(gè)學(xué)術(shù)領(lǐng)域中都可以看到人工智能的身影，研究者和實(shí)踐者不斷將人工智能作為一種工具，在實(shí)際學(xué)科問題中針對(duì)性地開發(fā)和改進(jìn)相關(guān)技術(shù)，以加快學(xué)術(shù)成果的誕生和產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型。

3.推進(jìn)創(chuàng)新應(yīng)用，創(chuàng)新人工智能在教育教學(xué)中的應(yīng)用模式。人工智能、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等為代表的先進(jìn)技術(shù)與教育各領(lǐng)域的緊密融合需要不斷嘗試新的應(yīng)用模式?？v觀現(xiàn)有的學(xué)術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用領(lǐng)域，可以發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域是近些年才涌現(xiàn)出來的，這啟示我們要加大力度探索開發(fā)人工智能在學(xué)術(shù)創(chuàng)新中的應(yīng)用模式，確保技術(shù)能夠充分合理地推動(dòng)學(xué)習(xí)創(chuàng)新與學(xué)術(shù)變革，實(shí)現(xiàn)全方位突破。

同時(shí)，濫用人工智能也成為人類需要面對(duì)的一種挑戰(zhàn)。在使用人工智能的同時(shí)，個(gè)人信息也會(huì)更多地暴露出來，要在考慮使用便捷性的同時(shí)，考慮如何對(duì)個(gè)人身份信息的加密和脫敏。聲紋識(shí)別已經(jīng)受到關(guān)注，可以通過語音合成來模擬一個(gè)人的個(gè)人特征，因此個(gè)人特有的一些生物信息，也逐漸成為隱私的一部分。針對(duì)生成式人工智能（AIGC），2023年4月國家互聯(lián)網(wǎng)信息辦公室起草了《生成式人工智能服務(wù)管理辦法（征求意見稿）》，向社會(huì)公開征求意見，對(duì)可能出現(xiàn)的各種技術(shù)濫用提出了規(guī)范。在學(xué)習(xí)與科研時(shí)，獲取和使用數(shù)據(jù)要注意符合倫理規(guī)范，切勿私自盜用、濫用數(shù)據(jù)，造成未脫敏數(shù)據(jù)的泄露。

人工智能在學(xué)習(xí)變革與學(xué)術(shù)創(chuàng)新上，既有機(jī)遇，也有挑戰(zhàn)。善用人工智能，使之不同！

本文受全國教育科學(xué)規(guī)劃教育部重點(diǎn)課題“智能教育視角下基于眼動(dòng)追蹤的在線學(xué)習(xí)認(rèn)知模型及自適應(yīng)機(jī)制研究”（課題編號(hào)：DCA220453）資助

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（作者單位：華東師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)系暨上海數(shù)字化教育裝備工程技術(shù)研究中心）

[責(zé)任編輯：于 洋]