人工智能何以促进未来教育发展
作者：顾小清（国家社科基金重大项目“人工智能促进未来教育发展研究”首席专家、华东师范大学教育信息技术学系教授）
自工业革命以来，人类社会的发展总是在技术与教育的角逐互动中前行。技术作为推动人类历史发展的核心推进力，与教育这一“人力资本发动机”竞相成为推动经济社会发展的主力。人工智能作为第四次工业革命的显著标签，其飞速发展正在逐步塑造社会、经济、生活等领域的业务新形态，也不断带来颠覆性、丰富性、创新性的新业态。面对人工智能技术对整个社会发展的刺激，教育如何发展，成为值得思考的重要问题。
人工智能凸显创新人才发展挑战
作为引发第四次科技革命的核心技术，人工智能促进社会经济和科技的指数级发展，对人力资本的质量与供给产生了新的需求，人工智能与人力资源之间的相互依存关系产生了前所未有的张力，教育的超前性更是受到前所未有的挑战。第一，知识增长的指数发展使得未来人才需要哪些方面的准备具有极大的不确定性。第二，智力劳动者比重增加，创新人才成为时代发展的刚需。人工智能技术与生产过程的深度融合，会极大压缩生产领域的从业者需求，特别是那些人工智能胜出的领域。第三，人工智能技术的兴起引发高技术产业、新兴产业、新型服务行业更广阔的发展空间，从而使得创新型人才、复合型人才、高技术人才等在劳动力结构中需求激增。人工智能技术无法取代的创造性、灵活性、人文性等能力将成为智能化时代人才竞争的关键。教育肩负培养创新人才、为未来人才提前布局的使命。回溯历史，我们可以得到的经验是，只有教育领先于技术的发展步伐，为技术推进的社会提前做好人力资源的布局，社会的发展才有后劲。因此，在人工智能推进社会更飞速发展的今天，必须回答好什么样的教育才能承载提前布局人力资源的使命，以应对未知社会的人才挑战这一问题。
人工智能催生新的知识生产方式
在人工智能的影响下，人类知识生产加剧变化，知识增量呈现指数级态势。教育的传承性发展将不再局限于知识的传授与继承，而强调知识创造与创新，人工智能的介入更是催生了新的知识生产方式。其一，人工智能强大的知识发现能力缩短了知识生产周期。随着深度学习、强化学习等新的机器学习算法的发展，人工智能除了可以加快知识的生产、访问和利用，还可以从数据中提取隐含的、未知的、潜在的、有用的信息（知识），从而扩展知识创造的能力。其二，人机协同的智能模式扩大了知识创造的机会与可能性。人工智能技术不仅促进人的群智协同创新，而且可以实现人类与人工智能代理协同，后者所具有的超强计算能力，可以极大加速知识生产，催生知识的众创，以及人机协同知识创新。人工智能催生的新的知识生产方式对教育的挑战是，教育不再局限于知识传承，而更是知识的创新。未来学校教育必须教会学生如何与人工智能技术协同合作，呵护学习者“能学”，以及高度重视学生辨析知识能力的培养，召唤学习者“会学”，促进学习者在人机交互中实现知识更新与创造。
人工智能变革学习方式带来创造力与活力释放可能
人工智能已经引发了诸多领域与行业的深刻变革，对教育的系统性变革更是呼之欲出，为学习方式的变革带来了可能。首先，人工智能技术带来规模化教育的个性化可能。人工智能构建的智慧学习环境不仅创造灵活的学习空间，还能感知学习情境、识别学生特征，为学生提供个性学习支持。其次，人工智能技术带来标准化教育下的适应性可能。人工智能通过动态学习诊断、反馈与资源推荐的自适应学习机制，可以适应学生动态变化的学习需求，从而打破标准化的教育限制，释放出学生的创造力与活力。最后，人工智能改善结构化的授导方式，释放教师的创造力与教学活力而专注于人性化的学习设计。教师烦琐重复性的工作能够被智能机器所替代，智能分析技术能为教师精准定位学生的学习问题与需求，教师的角色将转向更加优秀的学习设计师，专注于“如何让学生学好”，注重培养学生的能力和思维，将更多时间用于学习活动设计以及与学生的个性化互动交流，为学生提供个性化学习支持服务。人工智能的发展以及与教育教学的深度融合，给教育的改革创新带来了更多选择，教育需要发挥技术的赋能、增能、使能优势满足教育的功用性追求，也要坚守教育的育人初心和使命传递人文性价值，以学生的成长发展为前提探索可以实践的学习方式、学习设计，通过人工智能释放出教育的更大活力。
人工智能引发领域与行业变革催生教育生态升级
人工智能对其他领域与行业的变革影响也会延伸到教育领域，因为教育是关乎社会发展全局的事业。一方面，人工智能所发挥的增强、替代、改善、变革等作用，突出体现在对社会生产和生活各个领域所产生的行业重塑作用，以及对人力的释放。另一方面，这些重塑作用和人力的释放，引发了社会领域与行业的变革，促使了社会人才需求的转向；而教育是社会人才资源输出的重要领地，需要为此作出有力回应，从而催生教育生态升级。人工智能加速了教育深化改革的进程，推动了系统内部的更新再造。数字技术已经对教师学生、课程、教学方式、学习体验、评价、管理等教育要素产生了深刻影响，并通过逐步的再造教育流程，变革着教育生态。而人工智能则在进一步加速这一过程，以一种颠覆性创新的态势，拓展系统内各要素的内涵，改善和延展系统内部关系，重塑教育系统功能与形态。人工智能拓展了教育边界，助推未来学校建设。未来学校将借助技术的力量，把校外学习场所（如科技馆、博物馆）和线上学习场所都纳入“学校”的范畴，整合社会各领域的教育资源，形成一种全新的育人环境。同时，数字孪生等新技术促进现实空间与虚拟空间的交互融合，通过创建人、物、环境数字孪生体，实现物理空间与数字空间的双向映射、动态交互和实时连接。对教育系统内部的升级改造以及空间资源的拓展，能够使其更好地与社会领域衔接，更好地提供适应未来生活和工作的创新人才成长场所。
人工智能关乎强国战略目标实现
教育应服务于国家战略布局，为抢占人工智能发展先机，构筑先发优势；为国际竞争、社会发展输出创新人才，支持科学技术的自主研发。当前，世界各国纷纷把发展人工智能上升到国家战略的高度，以抢占新一轮科技革命的机遇高点以及全球竞争中的主动权。《新一代人工智能发展规划》提出我国要“成为世界主要人工智能创新中心”的战略目标，全局部署了经济、教育、科技、社会发展和国家安全等重要方面。教育强国战略是科教兴国战略、人才强国战略和创新驱动发展战略等重要战略的逻辑起点，人工智能对教育的人才培养能力提出更高要求。近年来，世界各国在发展人工智能的同时也面临巨大挑战，如创新人才问题、高新技术自主可控问题等。人工智能的国际竞争本质是人才的较量，这需要教育从战略层面予以回应。因此，教育在战略上起引领作用，就要既充分发挥智能技术优势推动教育生态系统升级，又谋篇布局为国家发展提供人才支撑。立足技术与教育在角逐中互为塑造的视角，对人工智能促进未来教育发展的探索，更需要在战略上把握先机，通过教育为社会各领域输出创新人才，支撑社会各领域转型升级以及人工智能等高新科技的创新发展，为强国战略注入持续活力与能量。
教育在与技术的角逐中共同推动社会的发展。教育具有超前性、人文性、传承性、战略性及生态性等特点。在人工智能技术的指数式发展面前，教育的超前性变得难以维系；需要慢工出细活的人文性与满足社会用人需求的工具性之间呈现时空拉锯和矛盾；对人类知识的传承则变身为历史传承、人际共创以及人机共创的多重特征。随着人工智能技术推动的发展加速，教育的发展战略、前瞻性谋划，是一个时不我待、任重道远的重要课题。
《光明日报》（2022年07月27日 11版）
[责编：李宜蒙]人工智能融入学校教育的发展趋势
从历史来看，人工智能的发展总体上呈“螺旋上升”的态势，每一次进步都离不开技术的发展和国家政策的影响，技术的进步与发展又会反过来影响国家政策的出台。从长远来看，科学技术和国家政策仍将是人工智能持续发展的影响因素。
(二)新一轮人工智能发展以大规模数字化和行业深度应用为显著特征
新一轮人工智能技术的发展呈现出数据规模增加、计算能力增强和行业应用能力提升等显著特征。首先，在数据规模增加上，各种“模拟”数据的数字化，产生了面向系统和人类过程行为的海量数据，使数据规模快速增加。其次，得益于硬件计算性能的快速增强，人工智能计算能力大幅度提升，使其应用程序能够处理超大规模的数据。最后，人工智能技术在金融、医疗、自动驾驶、安防、家居以及营销等领域的应用已落地生根，创造出巨大商业价值，除熟知的AlphaGo和Face++，有大型企业已尝试使用无人机和无人车配送货物。行业应用的成功使人们期待人工智能融入教育领域的美好应用前景。
(三)人工智能技术的发展为学校教育改革带来新机遇
当前我国教育改革处在对象群体多元化、社会需求多样化、全民学习终身化的新形势下，如何利用新一代人工智能技术破解教育改革难题成为社会关注的热点。从历史的角度看，学校教育经历过三次转型(见表一)。伴随着第三次教育转型的到来，教育的空间与机会得到极大拓展，学习者需要能够自主选择学习时间、地点、内容和方式(黄荣怀等，2017)。
李德毅院士(2017)曾对人工智能教育应用作出评价人工智能对社会的冲击是全方位的，但对行业的冲击首当教育，人工智能带给教育的就是‘改变’”。社会普遍期待人工智能为提高教学质量、提升教学服务过程、革新教学评估方法等带来新的发展动力，如通过学习分析和用户画像技术，搜集学习者学习数据，实现学生行为全面分析及知识点掌握程度精准判断，从而绘制契合学生特点的学习发展地图；借助情感机器人和自然语言处理技术，陪伴学习者成长，增加对人的关怀和陪伴；结合知识图谱，建立领域知识库，辅助教师针对学生的不同能力生成不同的试题并进行作业批改；利用智能运动设备，如智能手环、智能肺活量等测评工具，深度采集学生健康数据，从而发现学生在体质、运动技能、健康程度等方面的问题(余胜泉，2018)。
二、技术视角下的人工智能教育应用
二十世纪五十年代，计算机作为一种特殊的工具应用于教学，是技术应用于教育的雏形，智能教学系统则是计算机辅助教学在人工智能技术促进下的新发展，是人工智能教育应用的典型之一。
(一)计算机辅助教学与智能教学系统
计算机辅助教学指用计算机帮助和代替教师执行部分教学任务，传递教学信息，传授知识和训练技能，直接为学生服务的程序(Rootetal.，2018)。相比于幻灯、投影、实验仪器等设备，计算机具有人机交互的特点，而计算机辅助的教学模式主要有操练与练习、个别辅导、模拟和教学游戏等，但这类系统无法为学习者提供个性化的学习指导，也不能根据学习情况动态调整教学策略(刘清堂等，2016)，因此有研究者开始以计算机辅助教学系统为基础设计智能教学系统的功能。从技术发展角度看，人工智能是信息技术的延伸；从教育功能上看，人工智能应用于教育的实质仍是计算机辅助教学，也可称为智能辅助教学(IntelligentTutoringSystem，简称ITS)，或称作智能导师系统、智能教学系统、智能导学系统，目的依然是提升学生学习绩效，尤其是近年来人工智能在虚拟现实、情感识别、自然语言处理、深度学习等领域的发展，赋予智能教学系统更丰富的内涵，使其受到研究者越来越多的关注。
(二)智能教学系统的功能延展
描述智能教学系统的框架较多，最典型的是1973年由哈特利(Hartley)和斯利曼(Sleeman)提出的三模型结构(ClanCey，1982)。其核心组件包括领域知识模型、学习者模型和教学模型，分别解决教授知识过程中教什么、教学对象和如何教的问题。随后，伍尔夫(Woolf，2018)在上述三模型中加入了人机接口模型又称为用户界面(UserInterface)模型。还有专家提出五模型结构，但该模型的基础和核心仍是三模型结构。而四模型结构是智能导师系统研究领域较为通用的描述框架(见图2)。近三十年来，智能教学系统的学习者模型、教学模型及领域模型的功能不断得到丰富和完善，智能教学系统更加“智能”，拓展智能教学系统教学功能的典型途径包括借助语义网络和约束模型优化领域知识模型、利用元认知扩展学习者模型和结合虚拟现实技术拓展用户接口界面。
1.领域知识模型和学习者模型的重构
实现领域知识重构，可以采用增加语义网络和约束模型的方式细化领域知识模型功能。语义网络指用词与词之间的关系表达人类知识结构的形式，提供问题和知识点的语义关联。随着命题语义网络和数据语义网络技术的开发应用，以及基于问题解决和概念提示等知识表达规则的应用，领域知识模型不仅包含学科内容的知识，还包括应用这些知识求解问题的过程性知识及建构正确解答和求解问题的策略性知识。约束模型指通过分析学习者信息，如学习者行为、情境信息和反馈信息，从而为他们提供有针对性的学习方案(MitroviC，2012)。如智能教学系统EER-Tutor通过使用教学对话、感知情境等方式，判断和回应学生的情感状态，从而提供支持服务。
学习者模型重构可以通过引入新的研究理论使模型涵盖的内容不断丰富，如利用元认知支架获得学习者的动机、参与程度和自我意识(Dimitrovaetal.，2007)；系统还能利用环境约束分析学习者的认知水平和情感状态(Grawemeyeretal.，2015)；社会模拟也可以通过理解文化和社会规范，使语言学习者能够与其目标语言使用者成功地接触进而提升语言学习效率(Johnson&Valente，2009)。
2.用户界面模型的优化
早期智能教学系统用户界面的呈现一般采用基于文本或者2D的图画，这在一定程度上限制了对空间及物理概念的传输，而虚拟现实、增强现实技术可通过模拟真实世界里学习者无法访问的某些场景，提供身临其境的体验。当虚拟现实技术被应用于教学系统时，该系统不仅为学生提供探索、互动和操控虚拟世界的机会，还有助于他们将学到的知识迁移到现实世界中，进而以更自然的方式响应学生的请求(Westerfieldetal.，2013)。同时，系统还可以通过视频捕捉、跟踪等技术捕捉学生的行为，以及借助三维图形、视频动画、音频和文本等多模态方式搜集信息，提高系统对学生需求的适配性。
3.智能服务功能的扩展
智能服务功能主要指利用大数据与学习分析等技术为学习者提供个性化学习支持服务。它通过感知、跟踪、收集学生学习过程的行为数据，动态了解学生状况，并根据个人能力和需求，选择最合适的内容推送给学习者(Pearson&UCLKnowledgeLab，2016)(见图3)。学习者接收到相关内容(可能通过文本、语音、活动、视频或动画的方式)后，人工智能教育应用(ArtificialIntelligenceinEducation，简称AIED)系统将对学习者互动过程进行分析(如学习者目前的学习行为和答案、过去成绩以及出错率、当前情感状态)；同时，该系统会根据上述信息做出反馈(如暗示和指导)，通过调整教学进度并优化教学组织方式，确保学生的学习内容最大限度地符合他们的能力和需求，从而最有效地促进学习。
三、人工智能的教育应用潜能
人工智能与学校的融合主要涉及两个层面的问题：一，人工智能融入学校的价值是什么？以何种方式实现学校教育与智能技术的融合？二，未来的数字公民需要结合人工智能进行学习，那么人如何学会与智能机器共处。基于以上思考，本文深度剖析了人工智能融入学校教育的五项潜能和五项挑战(见图4)。
(一)支持个性化学习
数字环境下成长起来的新一代学习者对学习提出了更高诉求，步调统一、时间地点固定的学习方式正在被打破。他们渴望采用自定步调、任意时间、任意地点的学习方式。智能辅助系统/教育机器人将使上述学习方式成为可能：一，获取学习行为数据，并借助大数据和学习分析技术，为学习者提供适切的学习资源和路径；二，通过提供沉浸式的虚拟学习环境，学习者可在任意时间、任意地点参与到学习中。如设计游戏化的虚拟学习场景后，根据游戏故事的展开，从游戏和玩家获取在线参与信息，并基于这些信息使用人工智能算法确定采用哪些适合的学习行动(Pearson&UCLKnowledgeLab，2016)；三，促进学习者认知水平和情感状态的转变，以积极的心态参与到学习活动中，如智能教学系统通过模仿学习者的认知和情感状态，将学习活动与认知需求和情感状态相匹配，保证学习过程中学生深度投入。
(二)提供教学过程适切服务
学习支持服务是在远程学习时教师和学生接受到的关于信息、资源、人员和设施支持服务的综合(丁兴富，2001)。西沃特(Sewart，1978)第一次对学习支持服务做了系统论述，此后，学习支持服务作为远程教育领域特有的重要概念和实践活动不断得到丰富和发展。在远程教育师生时空分离的环境中，学习效率与教学质量的保证，必须要有相适应的学习支持服务系统，而学习支持服务系统也是学生取得良好学业表现的重要保障。人工智能技术通过分析来自计算机、穿戴设备、摄像头等终端数据，能够跟踪学习者和教学者的行为，对特定场景下的行为进行细粒度分析，从而得出面向特定对象的特定需求，再借助自适应学习支持系统将匹配的学习内容、教学专家和学习资源推送给用户。
(三)提升学业测评精准性
传统的学生档案袋记录不能及时、全面地反映学生真实的学习状况，尤其是在某些地区班额和师生比不合理的条件下，教师没有足够的时间和精力记录学生学习过程。学习分析技术为搜集学习者从小学至大学的全过程学习数据提供了新的解决途径，并能运用多类分析方法和数据模型解释与预测学习者的学习表现(Leeetal.，2016)，从而准确把握学科教学目标，调整教学策略，优化教学过程。除外，学业评测还能捕捉学生的情感状态和生理行为数据，如利用穿戴手表、语音识别和眼球追踪等数据捕获设备，捕捉学生生理和行为数据，获取学生的情感状态和学习注意力数据(Kieferetal.，2017)，挖掘深层次的行为数据，为精准的学习支持服务提供依据。
(四)助力教师角色转变
历史类、语言类、电子工程类、管理类等智能教学系统已逐步应用于课内外学习中。这一发展对于减轻教师工作负荷大有裨益。人工智能技术将成为教师角色转变的催化剂，部分替代教师的“机械”工作，传统的备课、课堂讲授、答疑辅导和作业批改等将不再是教师的专属：如辅导答疑任务可由虚拟代理替代，用智能辅助系统/教育机器人承担教师的某些任务，协作承担教学环节当中可重复的、程式性的、靠记忆或反复练习的教学模块，帮助教师将更多的精力投入到创新性和启发性的教学活动中，如情感交互、个性化引导、创造性思维开发，不断为教师赋能。
(五)促进交叉学科发展
人工智能教育应用一直是跨学科的领域，可利用计算机科学、生物学、心理学、教育神经科学等学科优势，从不同侧面深入理解学习过程，从而建立更准确的领域知识模型、学习者模型，更好地为学习者提供理论指导。如有研究者开展关于“智能激励”和“成长心态”的研究。“智能激励”是心理学、计算机科学领域的交叉研究，指的是当学习与不确定的奖励相关联时，学习可以得到改善(Demetriou，2015)。“成长心态”(Dweck&Leggett，1988)是社会学、心理学和计算机科学的交叉研究领域，主要探索“心态”在学习中的作用。有团队已研发出一种模拟大脑支持学习者以最有效的方式发展成长心态的智能技术(Brainology)(Harrisetal.，2009)。越来越多的证据表明，这种“成长心态”可以改变学生的心态，从而对他们的学业成就产生实质性影响。
四、人工智能深度融入学校教育的挑战
人工智能技术为学校教育提供了新的发展契机，但仍有一些挑战影响其教育服务能力，亟需研究者合理应对。这些挑战包括人工智能的教育价值、人机共处环境下的教学体验、智能技术的安全伦理、政府企业与学校有效协同和人机和谐发展的技术治理。
(一)人工智能的教育价值
在信息技术广泛应用的“智能时代”，新兴技术的教育应用已在深度和广度上获得了最大限度实现。然而，教育是一种特殊的活动，“为了人的发展”始终是教育的基本出发点和落脚点，如何最大程度地发挥人工智能应有的教育价值，正确认识人工智能技术在学校教育中发挥作用的前提、条件和限制是教育工作者首要考虑的问题。因此，人工智能融入学校始终应以促进“人的发展和成长”为基本立场，通过找到两者之间的契合点，将人工智能技术有效融入学校教育。
(二)人机共处环境下的教学体验
人工智能技术将引发教育教学系统各要素及其关系发生变革。在智能机器引入学习后，教学交互将实现的人人、人机等多维互动、人和机器一起工作，会引发学习者不同的学习体验，但技术并不是都会按照人们的预期在教学中发挥作用，有时甚至会起到相反的效果。例如，研究表明，在班级使用笔记本电脑的同学会花费很多时间进行多任务处理，不仅使自己分心，还影响其他同学。更重要的是，笔记本电脑的使用对学生的学习会产生负面影响，包括在自述课文内容及课堂表现上。还有研究表明，使用平板记笔记的学生在概念性问题的表现上比普通书写方式记笔记的学生差，用平板记笔记的学生虽然花了更多时间且包括更多内容，但借助科技而造成被动记忆几乎把这些好处抵消掉了(Ikanth&Asmatulu，2016)。作为反思性实践者的教师和学生，除了教学实践场景中的直观、表层体验外，更需要教师能批判地分析和判断人工智能技术应用的教学体验，进而成为指导教育教学实践的原则和原理，真正实现人工智能技术促进优化课堂教学实践的目的。
(三)政府、企业与学权的有效协同
人工智能融入学校教育的驱动力，除来自技术的成熟外，还有企业的驱使。《2016全球教育机器人发展白皮书》曾指出，未来教育机器人的市场规模或达百亿美元，教育机器人将成为工业机器人和服务机器人以后的第三类机器人。在会议迎宾、餐厅服务、远程客服等场景服务机器人已为大众所接受，将促进机器人与教育场景的结合。除教育机器人外，情感识别、人脸识别、智能语音处理等人工智能技术如何在学校教育中更好地服务师生也受到学校和企业的广泛关注。政府、企业与学校的有效协同将是未来人工智能融入学校教育的关键，企业与高校的互补，将在算法改进、教学方法研究、教育资源汇总等方面为人工智能融入学校教育提供强有力的支撑，具体来说包括人工智能设备生命周期管理制度、人工智能资源建设标准、技术共享及评价标准、人工智能技术的教育应用场景、技术研发资金、学校对接方式、校企合作方式等。
(四)人机和谐发展的技术治理
随着物联网、大数据技术及云计算等信息通信技术的兴起，社会技术化程度的显著提升，一种新的社会治理方式——技术治理悄然兴起。技术治理关注如何高效治理社会公共事务，并强调运用科学理论、技术方法和工具进行社会治理(刘永谋，李佩，2017)。技术治理产生的初衷是通过技术手段治理由信息技术引发的社会问题。如根据温度传感器的警报发现灾情，根据城市道路的车流量预测道路拥堵情况，根据摄像头留下的图像追踪罪犯的逃跑路线等。
技术发展的宗旨是更好地为人类服务，发展轨迹应与人文提倡的发展轨迹相契合。2017年1月，在霍金、马斯克等人的推动下，超过892名人工智能研究人员及另外1445名专家共同签署并发布了《人工智能23条原则》，确保人工智能的发展行进在正确轨道上。如何通过合理监管有效引导人工智能技术的发展，自然成为社会舆论绕不开的难题。当前核心并非“是否应该对人工智能的发展进行治理”，真正的挑战在于“治理什么”，以及“如何治理”人工智能并非单个领域、单个产业的技术突破，而是对于社会运行状态的根本性变革，包括数据标准化、社会服务平台、多领域智能系统协调发展等，均可纳入技术治理范围。
(五)智能技术的安全与伦理
人工智能技术融入学校教育的过程中，技术部署面临安全伦理的挑战。人工智能技术的应用需要大量教育数据的挖掘、整合和分享，智能产品的产业链上有开发商、平台提供商、操作系统和终端制造商、其他第三方等多个主体参与，这些主体均具备访问、上传、共享、修改、交易及利用用户提供的数据的能力。这一过程自然会触及学生或教师的性格取向、个性偏好、智力水平及情感、社会性交往等个人信息，那么这些数据的安全维护以及隐私保护最终将由谁来负责以及如何负责？如何应对科技辅助下学术不端现象的出现？
人工智能系统的安全部署必须考虑深层的伦理问题，设计者和生产者在开发相关教育产品时并不能准确预知可能存在的风险，因此必须保障人工智能设计的目标与多数人的利益一致，即使在决策中面对不同的场景或利益群体，人工智能也能做出符合社会规范、伦理以及相对科学合理的决定，才能真正实现保障公共安全的目的。
五、人工智能融入学校教育的典型研究领域
人工智能融入学校教育主要表现为“技术研发、环境部署与应用”“认知特征、学习本质与教育价值”“智能机器的安全、规范与伦理”三大研究领域。其中“技术研发、环境部署与应用”研究较多，主要集中在认知工具、差异化教学、适应性学习系统、学习环境感知和教育机器人方面(见图5)。
(一)研发面向特殊教育的认知工具
全纳教育提倡不让一个孩子掉队，让所有学生在合适的教育环境中接受教学。据调查，普通学校的普通班级存在大量的非盲、聋、弱智的特殊学生。在接受调查的30所普通小学中，有“特殊”儿童的学校占85%以上，65.6%的学校有情绪、行为、心理问题的学生(刘全礼，2016)。基于智能辅助技术的认识工具的开发，能为接受特殊教育的学习者认知能力的提升提供支持性服务，具体可以从以下方面展开：针对不同学习者的认知能力分析技术开发；不同学科所需技能分析技术开发；面向不同学科的特殊认知工具设计；面向不同学生群体的认知工具设计等。
(二)利用学习分析技术支持差异化教学
差异化教学管理既是课堂教学目标的实现途径，也是未来学校教育教学的目标之一，当前多借助学习分析技术实现。学习分析技术是对学习者学习过程进行记录、跟踪、分析，对学习者行为进行预测、评估(李艳燕等，2012)。当前的学习分析技术，多借助技术手段和应用软件跟踪和获取学生行为、学习轨迹等数据，主要集中于数据分析和行为分析层次。由于目前的设备不能清晰获取学习目标和教学目标，还难以做到精准学习分析，因此离差异化教学管理还有距离。以下方面的研究都值得关注：人工智能如何在教学管理工具、学习支持工具以及资源提供工具上给予差异化的保障；如何最大限度地发挥技术的管理支持作用；如何通过个性化学习目标和多元活动教学设计使学生主动投入深度学习。
智慧校园建设强调智能技术与教育教学的深度融合。单纯的网络基础设施装备、学与教数字化资源建设、应用软件系统的开发难以有效支撑教与学方式的变革和拓展相对封闭的时空维度。为此，智慧校园建设需要利用传感器和物联网技术随时随地感知、捕获和传递有关人、设备、资源的信息；同时还需要对学习者个体特征(学习偏好、认知特征、注意状态、学习风格等)和学习情境(学习时间、学习空间、学习伙伴、学习活动等)进行感知、捕获和传递。
(四)研发课内外教学有效衔接的适应性教学
系统自适应性教学系统将成为衔接课内外教学的有效途径。它可以突破时空的限制，打破课堂学习的界限，让学习者在任意时间和任意地点进行学习。该系统能够从学习环境、学习者特征、学习资源与工具、学习行为及评价反馈等方面提供全方位、立体多维的学习者学习分析模型及知识地图，完成对区域、学校、班级、学生等多维度的数据处理及分析。随着研究的深入与各种技术的应用，未来可以针对以下主题展开研究：对适应性学习策略进行形式化描述的方法与模型研究仍需突破，没有明确的学习目标指引，容易出现学习迷航现象；学习者特征模型的准确性与有效性的评价有待加强；学习内容获取的智能性是否能适应学习者特征和学习需求等。人工智能教育应用研究还应开发越来越多、能够表达学习者的社会性、情感性和元认知方面的模型，使基于人工智能技术的自适应学习系统能涵盖影响学习的所有相关因素，并将其转化应用到教学实践中。这些人工智能教育应用将对教育系统的革命性结构变革作出巨大贡献。
(五)研发教育领域服务型机器人
教育机器人是人工智能、语音识别和仿生技术在教育中应用的典型，具有教学适用性、开放性、可扩展性和友好的人机交互等特点。当前，教育机器人作为一个新兴领域，相关研究主要集中在听觉能力、视觉能力、认人能力、口语能力、情绪侦测能力及长期互动能力等领域。随着机器人技术的不断提高，教育服务机器人的应用越来越普遍，表现出了无可比拟的教育价值和发展前景，其多学科交叉融合的特性为培养宽口径、高素质、复合型的工程人才提供了良好的平台。然而，其实践应用仍然存在课程管理平台、对应的学习内容和师资缺乏等诸多困难，也面临各学段课程无法衔接、机器人教育应用研究匮乏等现实问题。未来的教育机器人研究还需继续研究感应技术、辨识技术、控制语言、机器人结构、无线网络、云端科技和仿生技术等，并从教育机器人的系统架构、教学平台管理移动设备与管理端的关系进行规划，使教育机器人的发展更完备。
(六)开展关于认知特征、学习本质和教育规律的研究
从解决单一特定任务(如下棋、机械制造)和特定领域问题(如人机对话、机器人高考)到行业变革(如服务机器人、智能制造)以及全面服务于人们的学习、工作和生活，人工智能技术将逐步满足人类日益复杂的功能需求，智能技术的支持和学习资源的丰富将使在任意时间和任意地点开展学习成为可能。需要指出的是，人工智能教育应用的生命周期受认知特征、学习本质、教学规律相关的学习科学和教育相关领域综合研究的制约。在智能时代，复杂的教学系统功能逐步实现，人们对学习本质的探讨和教育规律的追寻将比任何时代更加强烈，如什么是学习、如何让学习者获得更好的学习效果、如何多维度地获取学习者的认知特征等。
(七)开展关于智能机器的安全、伦理和规范的研究
人工智能系统的技术伦理就是要确保人工智能的决策与现有的法律、社会伦理一致，以保障人工智能应用符合人类社会的共同利益。《国家人工智能研究和发展战略计划》指出，在构建人工智能技术伦理时，国家有责任确保整个社会尽快提升人工智能技术的应用素养，保证人们可以适当地、高效率地、符合伦理规范地使用这些新技术。人工智能并非单个领域、单个产业的技术突破，而是对社会运行状态的根本性变革。目前，关于机器道德(MachineMorality)、机器伦理学(MachineEthics)、道德机器(MoralMachine)、人工道德(ArtificialMorality)等领域已有一定的研究，但仍有多个议题亟待深入探讨：如何缓解人工智能可能加剧的教育不平等现象；如何平衡人工智能带来的教师发展与失业问题；如何建立围绕算法和数据的治理体系；如何创新基于人工智能技术的社会治理体系。
六、结语
新一代人工智能以大规模数字化和行业深度应用为显著特征，将为学校教育改革带来新的机遇，促成“智能教育”的落地，有助于打破教育的时间、空间和环境的限制，促进智能化、个性化、终身化教育体系的构建。智能教学系统源于传统的“计算机辅助教学”，是人工智能融入学校教育的典型应用领域之一。以大数据、VR/AR和新一代人工智能等为代表的现代信息技术可进一步延展智能教学系统的“教学”功能，比如通过增加语义网络和约束模型增强领域知识模型功能，利用虚拟现实技术和增强现实技术优化用户界面模型功能，并结合大数据和学习分析技术完善个性化教育服务功能。
人工智能时代的教育应以人机共存的“教”与“学”为典型特征。因此，在智能时代，除了培养学习者的创造力、沟通力和终身学习力外，仍需关注基本技能(如阅读、写作和算数)的培养，从而提升原住民的数字生存能力。新一代人工智能融入学校教育将具有支持个性化学习、提供适切服务等五大潜能。但在教育教学实践中，人工智能应用仍面临人机共处环境下的教学体验、人机和谐发展的技术治理等五个挑战。后续研究还需分析应对人工智能融入学校教育挑战的对策，深挖与两大新兴发展研究领域(“智能时代的认知特征、学习本质与教育价值”和“智能机器的安全、规范与伦理”)相关的研究课题，以促进人工智能与就业的深度融合，提高教育教学质量。
基金项目：北京市科技计划项目“互联网教育个性化学习开放服务平台研发与应用”（D171100003417003)的子项目“面向在线教育的数字教育资源共享标准规范与创新服务模式研究”。
作者简介：刘德建，博士研究生，北京师范大学教育学部，北京师范大学智慧学习研究院联席院长，研究方向：人工智能与教育；杜静，博士研究生，北京师范大学教育学部，研究方向：自适应学习、智慧学习环境；姜男，高级研究员，北京师范大学智慧学习研究院，研究方向：教育管理、教师专业发展；黄荣怀（通讯作者），教授，博士生导师，北京师范大学智慧学习研究院，北京师范大学教育学部，研究方向：智慧学习环境、教育信息化。
来源：《开放教育研究》第24卷第4期转自公众号：MOOC（微信号：openonline）返回搜狐，查看更多
顾小清：人工智能何以促进未来教育发展
自工业革命以来，人类社会的发展总是在技术与教育的角逐互动中前行。技术作为推动人类历史发展的核心推进力，与教育这一“人力资本发动机”竞相成为推动经济社会发展的主力。人工智能作为第四次工业革命的显著标签，其飞速发展正在逐步塑造社会、经济、生活等领域的业务新形态，也不断带来颠覆性、丰富性、创新性的新业态。面对人工智能技术对整个社会发展的刺激，教育如何发展，成为值得思考的重要问题。
人工智能凸显创新人才发展挑战
作为引发第四次科技革命的核心技术，人工智能促进社会经济和科技的指数级发展，对人力资本的质量与供给产生了新的需求，人工智能与人力资源之间的相互依存关系产生了前所未有的张力，教育的超前性更是受到前所未有的挑战。第一，知识增长的指数发展使得未来人才需要哪些方面的准备具有极大的不确定性。第二，智力劳动者比重增加，创新人才成为时代发展的刚需。人工智能技术与生产过程的深度融合，会极大压缩生产领域的从业者需求，特别是那些人工智能胜出的领域。第三，人工智能技术的兴起引发高技术产业、新兴产业、新型服务行业更广阔的发展空间，从而使得创新型人才、复合型人才、高技术人才等在劳动力结构中需求激增。人工智能技术无法取代的创造性、灵活性、人文性等能力将成为智能化时代人才竞争的关键。教育肩负培养创新人才、为未来人才提前布局的使命。回溯历史，我们可以得到的经验是，只有教育领先于技术的发展步伐，为技术推进的社会提前做好人力资源的布局，社会的发展才有后劲。因此，在人工智能推进社会更飞速发展的今天，必须回答好什么样的教育才能承载提前布局人力资源的使命，以应对未知社会的人才挑战这一问题。
人工智能催生新的知识生产方式
在人工智能的影响下，人类知识生产加剧变化，知识增量呈现指数级态势。教育的传承性发展将不再局限于知识的传授与继承，而强调知识创造与创新，人工智能的介入更是催生了新的知识生产方式。其一，人工智能强大的知识发现能力缩短了知识生产周期。随着深度学习、强化学习等新的机器学习算法的发展，人工智能除了可以加快知识的生产、访问和利用，还可以从数据中提取隐含的、未知的、潜在的、有用的信息（知识），从而扩展知识创造的能力。其二，人机协同的智能模式扩大了知识创造的机会与可能性。人工智能技术不仅促进人的群智协同创新，而且可以实现人类与人工智能代理协同，后者所具有的超强计算能力，可以极大加速知识生产，催生知识的众创，以及人机协同知识创新。人工智能催生的新的知识生产方式对教育的挑战是，教育不再局限于知识传承，而更是知识的创新。未来学校教育必须教会学生如何与人工智能技术协同合作，呵护学习者“能学”，以及高度重视学生辨析知识能力的培养，召唤学习者“会学”，促进学习者在人机交互中实现知识更新与创造。
人工智能变革学习方式带来创造力与活力释放可能
人工智能已经引发了诸多领域与行业的深刻变革，对教育的系统性变革更是呼之欲出，为学习方式的变革带来了可能。首先，人工智能技术带来规模化教育的个性化可能。人工智能构建的智慧学习环境不仅创造灵活的学习空间，还能感知学习情境、识别学生特征，为学生提供个性学习支持。其次，人工智能技术带来标准化教育下的适应性可能。人工智能通过动态学习诊断、反馈与资源推荐的自适应学习机制，可以适应学生动态变化的学习需求，从而打破标准化的教育限制，释放出学生的创造力与活力。最后，人工智能改善结构化的授导方式，释放教师的创造力与教学活力而专注于人性化的学习设计。教师烦琐重复性的工作能够被智能机器所替代，智能分析技术能为教师精准定位学生的学习问题与需求，教师的角色将转向更加优秀的学习设计师，专注于“如何让学生学好”，注重培养学生的能力和思维，将更多时间用于学习活动设计以及与学生的个性化互动交流，为学生提供个性化学习支持服务。人工智能的发展以及与教育教学的深度融合，给教育的改革创新带来了更多选择，教育需要发挥技术的赋能、增能、使能优势满足教育的功用性追求，也要坚守教育的育人初心和使命传递人文性价值，以学生的成长发展为前提探索可以实践的学习方式、学习设计，通过人工智能释放出教育的更大活力。
人工智能引发领域与行业变革催生教育生态升级
人工智能对其他领域与行业的变革影响也会延伸到教育领域，因为教育是关乎社会发展全局的事业。一方面，人工智能所发挥的增强、替代、改善、变革等作用，突出体现在对社会生产和生活各个领域所产生的行业重塑作用，以及对人力的释放。另一方面，这些重塑作用和人力的释放，引发了社会领域与行业的变革，促使了社会人才需求的转向；而教育是社会人才资源输出的重要领地，需要为此作出有力回应，从而催生教育生态升级。人工智能加速了教育深化改革的进程，推动了系统内部的更新再造。数字技术已经对教师学生、课程、教学方式、学习体验、评价、管理等教育要素产生了深刻影响，并通过逐步的再造教育流程，变革着教育生态。而人工智能则在进一步加速这一过程，以一种颠覆性创新的态势，拓展系统内各要素的内涵，改善和延展系统内部关系，重塑教育系统功能与形态。人工智能拓展了教育边界，助推未来学校建设。未来学校将借助技术的力量，把校外学习场所（如科技馆、博物馆）和线上学习场所都纳入“学校”的范畴，整合社会各领域的教育资源，形成一种全新的育人环境。同时，数字孪生等新技术促进现实空间与虚拟空间的交互融合，通过创建人、物、环境数字孪生体，实现物理空间与数字空间的双向映射、动态交互和实时连接。对教育系统内部的升级改造以及空间资源的拓展，能够使其更好地与社会领域衔接，更好地提供适应未来生活和工作的创新人才成长场所。
人工智能关乎强国战略目标实现
教育应服务于国家战略布局，为抢占人工智能发展先机，构筑先发优势；为国际竞争、社会发展输出创新人才，支持科学技术的自主研发。当前，世界各国纷纷把发展人工智能上升到国家战略的高度，以抢占新一轮科技革命的机遇高点以及全球竞争中的主动权。《新一代人工智能发展规划》提出我国要“成为世界主要人工智能创新中心”的战略目标，全局部署了经济、教育、科技、社会发展和国家安全等重要方面。教育强国战略是科教兴国战略、人才强国战略和创新驱动发展战略等重要战略的逻辑起点，人工智能对教育的人才培养能力提出更高要求。近年来，世界各国在发展人工智能的同时也面临巨大挑战，如创新人才问题、高新技术自主可控问题等。人工智能的国际竞争本质是人才的较量，这需要教育从战略层面予以回应。因此，教育在战略上起引领作用，就要既充分发挥智能技术优势推动教育生态系统升级，又谋篇布局为国家发展提供人才支撑。立足技术与教育在角逐中互为塑造的视角，对人工智能促进未来教育发展的探索，更需要在战略上把握先机，通过教育为社会各领域输出创新人才，支撑社会各领域转型升级以及人工智能等高新科技的创新发展，为强国战略注入持续活力与能量。
教育在与技术的角逐中共同推动社会的发展。教育具有超前性、人文性、传承性、战略性及生态性等特点。在人工智能技术的指数式发展面前，教育的超前性变得难以维系；需要慢工出细活的人文性与满足社会用人需求的工具性之间呈现时空拉锯和矛盾；对人类知识的传承则变身为历史传承、人际共创以及人机共创的多重特征。随着人工智能技术推动的发展加速，教育的发展战略、前瞻性谋划，是一个时不我待、任重道远的重要课题。
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作者丨顾小清（国家社科基金重大项目“人工智能促进未来教育发展研究”首席专家、华东师范大学教育信息技术学系教授）
题图来源丨新华社
来源丨光明日报
编辑丨赵一航
编审丨郭文君
人工智能时代需要怎样的教师
“我的工作会被机器人取代吗？”人工智能的迅猛发展，让越来越多的人开始担心自己的“饭碗”。而随着人工智能进军教育领域，许多教师也开始忧虑起来：“机器人会让我失业吗？”
实际上，这种担心并非空穴来风。2016年5月，美国佐治亚理工学院计算机科学教授艾休克·戈尔，在自己的网络课程中，将一款聊天机器人安排为自己的助教。这一聊天机器人在后台回答问题的功能非常强大，学生们根本没有注意到自己的聊天对象是机器人。人工智能会取代教师吗？
教师被人工智能替代的几率为0.4%
“如果你的工作包含以下三类要求，那么你被机器人取代的可能性非常小：社交能力、协商能力以及人情练达的艺术；同情心以及对他人真心实意的扶助和关切；创意和审美。”北京师范大学教育学部副部长余胜泉说，“反之，如果你的工作符合以下特征，那么被机器人取代的可能性就非常大：无需天赋，经由训练即可掌握的技能；大量的重复性劳动，每天上班无需过脑，但手熟尔；工作空间狭小，坐在格子间里，不闻天下事。”
余胜泉告诉记者，英国广播公司（BBC）基于剑桥大学研究者的数据体系，分析了365种职业未来的“被淘汰概率”。其中，电话推销员、打字员、银行职员等职业，分别以99.0%、98.5%、96.8%概率，被列为可被人工智能取代的职业；而艺术家、心理医生、教师等职业，分别以3.8%、0.7%、0.4%的概率，被列为最不可能被人工智能取代的职业。
“BBC分析认为，教师被机器人替代的概率只有0.4%，但英国教育专家AnthonySeldon则预测现在离人类教师消失只剩下3000天。孰是孰非呢？”《华东师范大学学报（教育科学版）》主编杨九诠说，“我想不可能有也不应该有肯定的答案。但值得注意的是，此‘教师’已非彼‘教师’。在未来新的社会样态、教育样态、知识样态和学习样态中，教师的思想观念、心智结构、生活方式和角色意识等，以及教师与社会、组织、学生、同行的关系，都可能发生颠覆性的全新变化。”
“传道、授业、解惑，是教师的主要职责。随着人工智能的出现，智能机器人可以代替教师传授知识、解疑答难、展示方法、考试阅卷，但在‘传道’这一块是替代不了的。”新疆呼图壁县教科局局长朱新宇说。
“目前的智能教学系统还是对优秀教师的模拟，建立教师模型、学生模型、教学法模型和交互模型等。所以说，人工智能远远谈不上对教师、特别是优秀教师的直接威胁。我们可以将人类智慧编码输入电脑，但不可能将电脑芯片植入一个健康的大脑。”北京大学教育学院教育技术系教授贾积有说。
人工智能将是教师的得力助手
“人工智能不可能取代教师，而是要成为师生的强大助手，可大幅提升教与学的效率和效果，所以学校应积极拥抱人工智能。”科大讯飞轮值总裁吴晓如说。贾积有也表示，人工智能技术在教育领域的应用与传统教学方法相比具有比较显著的正面影响。
贾积有介绍，数据挖掘技术应用到教育上，可以实现教育决策和管理的民主化及科学化；学习分析技术可以帮助教育者更好地实施个性化和适应性教学活动，也可以帮助学习者更准确地认识自己，开展针对性学习，改进学习效果，提高学习效益；模式识别技术如情感识别等可以自动识别学生的情感状态，以便实施适应性教学；自然语言处理技术一方面可以作为辅助工具应用到语言教学上,促进学生听说读写译各个方面的发展，另一方面作为人机交互手段应用到智能教学系统上，实现自动答疑。
余胜泉也认为，人工智能在教育未来的许多方面，如自动出题与批阅、学习障碍诊断与及时反馈、问题解决能力测评、学生心理素质测评与改进、青少年体质健康实时监测、学生成长发展指导、智能学习伴侣、个性化智能教学、综合素质评价报告等方面，都可以承担起教师的角色。
“人工智能将引发现代教与学的革命，众多语音图像识别、可穿戴设备、虚拟现实成像技术渗入课堂，使得现行的教学媒介、师生评价反馈、深度学习等都发生改变，学生个性化、任务单式的学习，团队项目式的学习，多学科的统整融合实践等，都将在智能设备的支持下变得更便捷。”广东省深圳市南山区后海小学校长蒋和勇说。
“人要驾驭机器，而不能被机器奴役。”北京市第十八中学校长管杰表示，有了人工智能的辅助，教师可以腾出更多的时间和精力，创新教育内容、改革教学方法，让教育变得更好。教师就不再仅仅是知识的传授者，还是满足学生个性化需求的教学服务提供者、设计实施定制化学习方案的成长咨询顾问，成为学生学习的陪伴者、动力的激发者、情感的呵护者，真正成为学生“灵魂的工程师”。
不会使用人工智能的教师有可能被淘汰
“显然，未来的优秀教师将是那些善于使用人工智能的教师，教师要主动拥抱人工智能。”教育部基础教育课程教材发展中心主任田慧生说，“我们应该积极面对人工智能带来的挑战，同时提高自身的自主学习能力，培养创造力。创新思维的培养，就是要呵护学生的好奇心和求知欲，鼓励学生发现问题。”
“人工智能不能取代教师，但是使用人工智能的教师却能取代不使用人工智能的教师。”余胜泉说，未来的教育是人与人工智能协作的时代，充分发挥机器与人类不同的优势是提高教育生产力的关键，人工智能将会取代简单重复的脑力劳动，教师要发挥人类的创新、复杂决策、情感关怀激励等优势。
朱新宇认为，在人工智能时代，教师教学必须抓住3个核心：一是教授学生有价值的知识，同时培养学生探寻知识的兴趣、欲望和方法；二是培养学生良好的品行；三是启发学生寻找人生的价值和意义。
“最基础的教育，将不再需要教师；而‘更好教育’的需求以及市场选择中不同的支付渠道和交换方式，将大大提升教师的薪资水平和社会地位。”杨九诠认为，“教师将成为未来社会不同类型、不同规模的学习中心重要的共同规划者和运行者，从而成为社会与教育的协同创生力量；在工作性质和社会筛选的相互作用下，教师的道德水平将提升到新的境界，甚至可以想象，未来教师的薪资中将可能包含社会供养的成分。”
教育部教师工作司司长、北京外国语大学党委书记王定华说，教师要不断增长本领，善用人工智能，提高教学效果，扩展知识疆域，调动学生兴趣，不能对其漠然置之、不屑一顾。同时，教师也要体现主体地位，永做学校主人，关注学生成长。人不仅是学习知识的认知体，更是有血有肉的生命体。教师职业必将长期存在，人工智能则发挥必要辅助。
“面对信息技术和人工智能的日新月异，有关大学和中小学应加快教师发展信息化步伐，主动拥抱人工智能，进一步推动信息技术在教育教学、教育管理、教育服务过程中的应用，利用智能技术支撑人才培养模式的创新，支撑教学方法的改革，持续不断地造就一批又一批掌握信息技术、具有创新思维的教师。”王定华说。（本报记者苏令）