熊璋 蒲菊华：人工智能重新定义教师角色
人工智能的发展与普及应用冲击着各个领域，人工智能与教育的融合势不可挡。近几年，各地积极开展教学改革，开展融合信息技术的新型教与学模式。人工智能与教育的这种融合一定会改变现在的教育，包括课堂形式、教学方式等方方面面，而首先是对教师的改变。因此，教师角色的重新定义是实现人工智能与教育深度融合的基础，从而会形成一种新的教育生态。
人工智能与教育融合不以教师意志为转移
当前，人工智能的发展跟教育的融合更加紧密，人工智能在教育中的应用也越来越广泛、越来越深入。人工智能对教育的影响，体现在如下几个方面：
首先，人工智能取代了简单重复的教学工作。在教育领域，教学过程中诸如作业和考试设置及批改等重复性工作，都可以由人工智能取代。现今出现的很多智能教学系统或线上评测系统，就将老师们从这些简单而重复的大量作业评测中解放出来。此外，利用线上系统进行评测，不但可以实现对学生学习情况的评测，还能基于所积累的评测数据精准分析学生对知识的掌握情况。
其次，人工智能提升了教学组织的效率。人工智能的兴起，改变了教育过程中对学生的评价方式，使得评价的自动化、及时化成为可能。相比于传统教学通常需要教师设置作业和考试来评价学生一段时间的学习情况，人工智能系统可以提供更加及时有效的反馈机制。比如，应用面部表情识别及语音情绪识别等技术感知学习者上课时的情感变化，判断学习者对当前学习内容的掌握情况，以及判断学习者对教师授课风格的喜好程度，并将这些信息及时反馈给教师，为教师及时调整教学活动、教学进度和教学方法提供可靠依据，从而可以极大地提高教学组织效率。此外，在“人工智能+教育”时代，教师可以通过人机协作来辅助课堂组织，从而进一步实现高效教学。
再其次，人工智能改变了师生的互动模式。人工智能技术的应用，使得课堂变得更加智慧，通过在原始课堂中加入教师、学生、教学内容、教学媒体之间的多维互动，实现了从传统灌输模式到即时交互模式的转换，完全改变了师生的互动模式。比如，依赖于体感交互、3D、AR增强现实等技术的“沉浸式体验”教育，可以将传统教育方式无法直接感知、体验、实践的课程知识，通过接近真实的三维场景呈现出来，真正实现了“玩中学，学中玩”，从而充分激发学习兴趣。
最后，人工智能促成了个性化教育。传统教学模式存在很大的同一性，所以很难针对学生的个体特征开展个性化指导。而人工智能和教育的融合实现了课堂的翻转，将教学中心重新转移至学生，也就使得课堂逐渐走向多样化。借助人工智能，教育可望摆脱同样的教材、同样的教学步骤、同样的学习内容、同样的考试和学生们齐步走的不合理现实，真正促成个性化教育。
人工智能与教育融合对教师形成多方面冲击
正是因为人工智能在教育领域有如此众多的优势，人工智能与教育的融合不以教师的意志为转移。这种融合为学习者和教师都带来了极大的便利，促进了教育变革的发展，但也对教师产生了多方面冲击。
首先，简单工作被取代。在教育过程中，简单重复性的动作可以被人工智能所取代，具体包括：需要重复做的事情（如布置作业、批改作业）；需要庞大工作量的事情（如汇聚众多教师的教学经验，寻找最佳教学方式）；需要精准定位的事情（如学生的个性特质、个性需求，学生的学习难点、障碍点等）。在这些工作上，人工智能比人类教师更高效、更准确、更细腻。因而这些工作被替代，是对教师的解放和对教育的有效辅助。
其次，照本宣科被忽视。理论上，智能教学应是教师在教学实际中，将教学经验、教学思想与人工智能进行有效结合，借助智能教学系统来提升教学效果。但现实中，会有教师对智能教育定位不准，认为有了智能教学系统或人工智能教学设备，教师只需要会操作这些系统和设备就可以完成教学任务，照本宣科而不自知。因此，在某种意义上，人工智能辅助教学在为教师提供方便的同时，也在一定程度上为教师提供了“照本宣科”的“温床”，使教师对其形成了相对的依赖性。
人工智能与教育融合重新定义教师角色
人工智能与教育融合对教师造成如此巨大的冲击，它重新定义了教师的角色，教师也要对自身进行相应的调整，使自己成为人工智能新时代下的合格教师。
第一，精准把握和了解学生的成长需要。首先，教师要永远具备仁爱之心，应永葆正确的教育价值观，深入落实“立德树人”的根本任务，这是人工智能无法给予学生的。在日常教学和生活中，以学生为本，精准把握和了解学生的成长需要与个性特质，及时给予细致入微的个性化关怀和呵护，使学生在“冷冰冰”的人工智能世界里依然能够感受和传递人性的温暖。
第二，增强胜任力中的新技术敏感意识。在人工智能融合的教育生态下，各种技术层出不穷，对这些新技术的敏感意识以及合理有效使用这些技术的能力，在很大程度上决定了教师的胜任力。技术敏感意识既体现为对原有技术的搜集、整合和分析的意识，更体现为主动探索新技术的意识。这将是教师在人工智能时代的教学新基本功。
第三，科学使用新技术的胆识与能力。在人工智能时代教师不仅要对技术敏感，更要敢于科学使用新技术。要勇于创新，敢于运用新技术。面对新技术，教师们要在技术敏感的基础上，在保证新技术应用合理的前提下，勇于做“第一个吃螃蟹的人”。要科学创新，合理科学地运用新技术，辅助教学的提升。只有具备这样的能力，才能避免教师在技术更新潮面前失去方向、丧失自我，让教师成为主导技术的人，而不是被技术主宰的人。
第四，持续学习、不断提升自己的心态与能力。教师要拥有持续学习、不断提升自己的心态，更要有持续学习提升的能力。这种持续学习和提升体现在多个方面：实践应用导向的技术和理论的学习能力，包括将人工智能技术融入教育教学活动的能力等；先进知识学习能力，包括了解所在领域出现新理论新技术的能力等；职业技能学习能力，包括借鉴优秀教学经验查漏补缺的能力等。总之，从来没有一个时代像人工智能时代一样，对教师的学习能力有如此高的期待和要求：不学习，就淘汰，不持续学习，就落伍。
总之，在人工智能与教育融合生态下，教师需要完成角色转换，不再仅仅是知识的传授者，而要成为满足学生个性化需求的教学服务提供者、学生学习陪伴者、动力激发者、情感呵护者，真正成为学生“灵魂工程师”。在新形势下，教师需要做的更多的是投入情感、利用自己的思想和阅历去引导学生，协助学生成长。而这一教师角色的重新定义也就进一步推动了知识、能力、素质、人格“四位一体”的教育新生态的形成。 （北京航空航天大学计算机学院 熊璋 蒲菊华）
郭绍青：人工智能助力教师教学创新
人工智能作为关键共性与颠覆性技术，正在对产业结构、生活环境等产生影响。人工智能进入教育领域，推动了智能学习系统、虚实融合学习环境、智能教育助理等智能系统和工具的开发与供给，智能教育环境建设已现端倪。实现机器智能与人类（教师）智慧相融合指向学习者的高级思维发展、创新能力培养，启迪学习者智慧的新教育，培养复合型、创新型、战略型、智慧型的人才，能够对人工智能与人类智慧相融合从事社会工作的劳动者的智慧教育进行广泛讨论。教师作为人工智能融入教育的直接利益相关者，具备利用人工智能学习系统和工具开展教学的知识与技能，提升人工智能技术素养显得十分重要。当前人工智能教育产品正在快速进入学校与课堂，为教师利用人工智能技术实现教学创新提供了支撑。
智能诊断助力教师优化课堂教学。适应性学习系统、手写板、智能阅卷等系统进入学校，为教师提供了对学生个体、小组、班级等随堂数据和课外数据采集与分析的手段，教师利用数据分析结果，精准定位学生个性学习问题与班级的普遍问题，找准学生个性与共性薄弱点、聚集学生学习障碍点，改进教学策略与方法，进行分层、分类教学，提升教师在课堂教学中解决学生学习问题的针对性与教学效率。
学习分析技术助力教师开展规模个性化教学。《中国教育现代化2035》提出“走班制、选课制等教学组织模式……利用现代技术加快推动人才培养模式改革，实现规模化教育与个性化培养的有机结合”的要求，具备大数据学习分析功能的网络学习空间的应用，对学生学习的精准画像，使教师在精准掌握学情的基础上，能够有效组织翻转课堂、小组合作学习、探究学习等学习活动。同时，学习分析技术正在推动网络学习空间中以个性化发展为核心的动态学习组织的发展，并引发实体学校动态走班制度的建立，实体学校与网络学习空间相融合的动态学习组织发展，将使教师实施规模个性化教学成为现实。
课堂智能分析助力教师精准教研。集自然语言处理、计算机视觉、生物特征识别等技术的课堂教学智能分析系统的应用，实现了对课堂教学过程数据的伴随性采集，汇聚课堂教学多维数据的智能分析能够形成更加精准的教师课堂教学行为的可视化分析结果。跨校际、跨区域的教研活动，利用课堂教学智能分析系统的分析报告，结合教研员与优秀教师评价分析，为研修教师提供精准服务，指导、组织、协助研修教师进行深度学习，对提升研修效果与效率具有显著作用。
智能学习系统助力教师提升教学质量。目前相对成熟的智能学习系统主要集中在智能语言学习方面。英语流利说、英语趣配音等一批利用自然语言处理技术开发的智能语言学习系统进入了教育领域，教师利用英语智能学习系统能够支持学生的听说训练，特别是在面向农村教学点的专递课堂中的应用，能够弥补教师自身的能力缺陷。同时利用自然语言处理技术与AR/VR相融合开发的藏、维双语智能学习系统将为学生提供多通道的人机交互，提升国家通用语言的学习质量。
人工智能助力教师家校协同。人工智能技术在家校协同教育中的应用，正在改变家校教育分离、难以形成合力与协同监管的现状。一些县区在推动人工智能教育应用过程中，利用人工智能技术助力家校协同教育，利用智能校徽与体温和人脸采集摄像机，无感采集学生体温、运动量、行动轨迹等数据，协助教师与家长掌握学生健康状况、安全信息、运动强度。要求学生阅读课外书籍，并在每天规定时间内利用纸笔系统写出读后感，教师能够及时进行点评，对培养学生的学习习惯、扩宽知识面等发挥了积极作用。（西北师范大学郭绍青）
卢宇：中小学人工智能教育教什么怎么教―中国教育信息化网ICTEDU
近年来，在国家相关政策的大力支持下，我国中小学人工智能教育从无到有，正在逐步进入快速发展时期。开展高质量的中小学人工智能教育，需要首先关注当前所面临的一些挑战。在此基础上，需要规范和明确课程的核心内容与范围，遵循人工智能学科本身特点进行课程设计，从而帮助广大中小学教师了解和掌握“教什么”与“怎么教”。
中小学人工智能教育的痛点有哪些
随着人工智能技术的快速发展，我国高度重视人工智能课程进入中小学课堂。早在2003年，教育部就将“人工智能初步”作为选修模块，纳入国家《普通高中信息技术课程标准》。近年来，国家陆续出台了系列相关政策和指导意见，倡导在基础教育阶段设置人工智能课程，推动了我国中小学人工智能教育的开展与实施。当前，在基础教育阶段，尤其是义务教育阶段，人工智能教育也面临着一些痛点问题。
一是人工智能课程定位模糊。人工智能课程当前多作为选修或校本课程，属于“个性化课程”。相当一部分中小学与课外培训机构缺乏对其清晰的认识，将传统的创客教育、STEM教育或编程教育中的教学内容，经过简单改造后直接搬到人工智能课堂中。学生所学到的知识与人工智能学科本身的基本思想和方法相去甚远。
二是课堂教学内容分化。有些教学内容没有考虑学生的基本认知能力和数理基础，倾向于讲授人工智能特定子领域的复杂模型和理论，以抽象性知识为线索组织教学。例如，在中小学课堂上直接讲授机器学习领域的“对抗网络”等复杂模型，学生很难对其有深入完整的认识和理解。有些教学内容则只强调体验式学习，侧重于简单的动手实践活动，学生通常难以学习到人工智能领域的基本原理和知识。相应地，教学资源建设水平也参差不齐。迄今为止，全国范围内已出版超过30种人工智能教材及配套资源，相当一部分是以购买实践环节所需的软硬件平台为导向，受商业利益驱动明显。
三是人工智能课程师资缺乏。我国高等教育正在加快人工智能学科建设与人才培养，但在师范院校存在一定的滞后性。许多师范院校在本科和研究生阶段还没有开设人工智能课程。因此，毕业生缺乏系统的人工智能知识，不具备设计和讲授中小学人工智能课程的能力。在职的中小学教师队伍中，更加缺乏具备相关知识与教学能力的教师。而非师范类院校或信息类专业培养的毕业生，受薪酬待遇等因素影响，进入基础教育领域的数量很少。
中小学人工智能教育教什么
总体而言，人工智能学科的目标是研究和开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论方法与技术，以构建不同形态的智能机器。智能机器既可以是硬件形态，如服务类智能机器人，也可以是软件形态，如围棋博弈程序。在中小学阶段，人工智能教育需要让学生了解智能机器的基本能力，理解人工智能处理问题与人类的异同，并认识其对社会生活的影响。具体可以包括以下核心内容：
一是智能机器的感知能力。该项能力可以概括为“采集信息、了解世界”。各类传感器对外部世界的信息进行采集并提取有意义的知识，使智能机器了解世界，具备和人一样的“看”和“听”等能力。同时，智能机器还可以感知很多人类所不能或难以精确感知到的信息，例如地理位置信息（GPS）等。
二是智能机器的推理能力。该项能力可以概括为“逻辑思维、求解问题”。智能机器可以模拟人类逻辑思维过程，得到新的知识。例如可以像人类一样，进行归纳或演绎推理。虽然智能机器已经可以进行非常复杂的逻辑推理和问题求解，但是它们目前仍然不能像人类一样进行创造性思考。
三是智能机器的学习能力。该项能力可以概括为“观察世界、寻找规律”。智能机器通过对客观世界的观察，从中寻找到规律或模式，从而提高自身的性能。观察的结果通常以数据的形式存储和使用，智能机器用特定的模型找到适用于新情况的规律或模式，也就是机器学习的过程。模拟人类大脑结构的人工神经网络模型，是迄今为止最成功的机器学习模型，在围棋博弈、图片分类等特定任务上已经超过了人类的能力。
四是智能机器的交互能力。该项能力可以概括为“理解人类、沟通交流”。智能机器需要用自然合理的方式与人进行沟通和交流，包括理解人类复杂的语言与情绪等。当前的各种智能音箱和智能手机助理，都是这方面能力的体现。智能机器的交互能力目前仍停留在较为初级的阶段，仅仅相当于人类儿童的水平。
五是智能机器的道德能力。该项能力可以概括为“信息安全、摒弃偏见”。各类智能机器一方面正在让我们的生活和工作更加方便和高效，但另一方面也可能给我们带来负面影响和危害。例如，智能机器可能会侵犯个人隐私或制造“信息茧房”，也可能会从人类社会产生的数据中学习到带有“偏见”的知识。因此，需要引导学生深入认识这些问题的存在和发生的可能，具备自我防护意识和信息社会责任。
这些核心内容都易于被中小学阶段的学生理解和掌握，且有一定的理论和实践深度，便于教师设计具体课程内容和构建教学资源。
中小学人工智能课程如何设计
中小学人工智能课程可以基于上述核心内容组织和规范教学内容，同时需要遵循科学合理的基本设计原则。
首先，课程设计应强调基础性概念和基本原理的掌握，而不能将大量仍处于探索阶段的所谓人工智能最新成果搬进课堂，陷入盲目“求新”的误区中。当前人工智能学科仍然处于快速演进的过程中，与数学、物理等传统学科相比，很多最新成果还未经过理论和实践的充分检验，缺乏经典性和稳定性。例如，机器学习相关课程可以侧重监督式与非监督式学习的基本思想和方法，避免涉及正在快速演进的各类复杂的深度学习模型。
其次，针对不同学段学生的认知能力和特点，设计相应的教学内容和课堂活动，不同学段之间要有明显区别。例如在小学阶段可以主要以体验性活动与课堂讨论为主；在初中阶段更多侧重于对基本原理的了解和简单实践；在高中阶段可以适当深化对重要概念和方法的理解并组织综合性实践。针对同一核心内容，不同学段的课程设置需要由浅入深，进行整体设计和规划。对于较为复杂的概念与方法的讲解，应尽量采用横向类比的方法，向学生直观呈现。
再其次，课程设计应多采用项目式或探究式学习，不必强调完备的知识和理论体系，从而让学生易于接受并产生深入探索的兴趣。可以选取学生在日常生活中常见的情境和主题，设计合理的驱动问题与教学支架，引导学生利用人工智能技术解决实际问题或制作项目作品。例如，可以选取“垃圾分类”主题，以“如何构建更智能的垃圾桶”为驱动问题，引导学生在完成智能垃圾桶的设计和制作过程中，完成相关核心内容的学习。
我国中小学人工智能教育，需要遵从人工智能学科本身的知识体系和思想方法，让学生在体验中了解人工智能可以用来解决什么问题，在学习中掌握人工智能的基本概念和思想方法，在实践中思考人工智能会带来什么新的问题和影响。同时，要鼓励领域专家、行业协会、人工智能企业等社会多元主体参与，共建共享优质课程设计方案、工具和案例，协同解决优质教师队伍匮乏等瓶颈性问题，为人工智能课程在中小学大规模、高质量落地提供保障。
（作者卢宇系北京师范大学教育学部副教授、未来教育高精尖创新中心人工智能实验室主任）