人工智能在教育领域的运用
摘要：通过对人工智能的发展历程进行梳理，对其发展未来进行了展望。又对自然语言处理、计算机视觉、大数据三项技术进行了原理、优势、不足等角度的分析。最终将人工智能与教育领域相结合，阐述了以上三种技术在教育领域的应用。其中，计算机视觉的应用以实例为背景进行阐述。
关键词：人工智能；自然语言处理；计算机视觉；大数据。
1引言
首次提出人工智能的概念至今，人工智能AI已经有近五十年的发展历程。人工智能的最新成果有什么，人工智能的发展跌宕起伏，高潮和低谷在何时，作为人工智能发展的基石。其核心技术是如何实现的,人工智能的应用领域广泛，本文将分析其对生产、生活的提升意义。
2人工智能的成果和发展历程
2.1最新成果
首位中国AI主播在浙江乌镇举行的第五届世界互联网大会上亮相引发关注。用户只需要输入新闻文本，AI合成主播就能用和真人一样的声音进行播报。赞叹之余，我们会发现，随着人工智能技术的发展，越来越多的领域开始有人工智能身影的出现。从不久前的阿尔法狗击败世界围棋冠军李世石震惊世界，到无人驾驶技术的突破，再到现在中国首位AI主播的亮相，无一不在展现着人工智能的多元性和可能性。在21世纪，人工智能必将迎来一个发展的新高潮，令人充满期待。
2.2发展历程
（1）人工智能的起源。1950年，被称为“人工智能之父”的图灵提出了一个举世瞩目的想法——图灵测试。按照图灵的设想：如果一台机器能够与人类开展对话而不能被辨别出机器身份，那么这台机器就具有智能。六年后，在美国达特茅斯大学举行的一场为其两个月的讨论会上，“人工智能”概念首次被提出。（2）人工智能的发展。1956年的会议之后，科学家们在这一领域取得了瞩目的进展，形势一片大好。然而随着时间的推移，在人们的热切期待之下的人工智能遇到了发展中的瓶颈。因其不能解决人们提出的更加复杂的问题，政府对于人工智能的经费拨款开始大幅下降。幸而，得益于计算机技术的飞速发展，人工智能在1970年代终于再次迎来了它的春天。1997年，计算机国际象棋下棋系统“深蓝”战胜国际象棋冠军卡斯帕罗夫，宣告了人工智能的王者归来[1]。（3）人工智能的发展现状及前景。进入21世纪，互联网呈现出飞速发展的趋势，计算机性能成倍增长、分布式系统的广泛应用使得人工智能在众多领域同步发展，关于深度学习技术和人工神经网络算法的深入研究，使得人工智能不仅仅是论文中的概念，而是逐渐形成产品，慢慢渗入到我们的日常生活中，相信在未来这项技术一定会带来巨大的实用价值，造福我们的社会。
3人工智能核心技术
3.1自然语言处理
自然语言处理通常是指用计算机对人类的自然语言进行有意义的分析与操作，其基础研究主要包括词法分析，句法分析，语义分析。词法分析的主要任务是词性和词义的标注，即在不同的语境中确定每个词的语法范畴和多义词的义项，通常有基于规则和基于统计的两种方法。句法分析的任务是确定句子的句法结构，识别组成句子的各个成分，明确它们之间的相互关系，一般分为完全句法分析和浅层句法分析两种。前者的难点有两条：一是词性的歧义，二是搜索难度大。后者的主要任务是语块的识别和分析。语义分析也就是将人类能够理解的自然语言转化为计算机能够理解的形式语言。句子的分析和处理过程一般采用句法语义一体化的策略，常见的有词义消歧和浅层语义分析。词义消歧就是在语境中通过上下文的联系确定词的具体义项。浅层语义分析通过将句子中的句法成分标注成为谓语动词的语义角色，并将每个语义角色赋予一定的语义含义，形成计算机的形式语言[2]。
3.2计算机视觉
如何使计算机具备“看”的能力，是计算机视觉的核心目的。而数字图像处理技术则是关键所在。通过计算机对数学图像的提取、去噪、复原等步骤，数字图像处理技术可以提取图像的特征，并将其转化成数字信号进行处理。数字图像处理的任务主要分为以下三个步骤：首先是提高图像的清晰度，即视觉质量；其次是识别并提取图像的某些特征值或者特征信息；最后是将图像数据进行转换、编码、压缩等处理，以便图像以数字信号的形式进行传播、存储和分析。数字图像处理的主要技术手段包括图像描述和图像分割。通常情况下，图像描述主要采用二维形状描述方式，包含了边界描述和区域描述。图像分割的主要目的在于提取图像的有意义部分，包含边缘、区域和形状等，便于进一步的分析和处理。去除噪声是提高图像质量的有效手段，而图像增强和图像复原可以使得图像的视觉效果产生飞跃。图像压缩的意义在于减少图像传输和处理时间，同时可有效减少图像存储空间。编码是压缩技术最主要的手段，发展较为成熟。以上图像处理方法和技术，是计算机图像处理的主要途径[3]。
3.3大数据分析
现在社会处于高速发展时期，科学技术日益发达，社会每时每刻都在发生变化，而这些变化就会产生大量的数据。随着网络信息物联网的普及应用，数据总量不断快速增长，这些数据量大，种类繁多，价值密度较低，因此需要通过深入研究大数据，进行过滤，提取有价值的信息。由此可见，TB级别（1TB＝1024GB）的实际应用数据中存在很多不完整、模糊、随机的无效数据，大数据分析的策略就是将其中蕴藏的有价值的数据和信息进行甄别、提取和整合。在商业应用层面，挖掘新的有价值的数据，并对这些数据进行分析处理是将会是一种新的生产力信息。大数据里隐藏着无穷的价值，但从里面挖掘有用的信息，却是不容易的。首先我们用储存器把采集到的数据储存起来，建立相应的数据存，进行管理和运用。通过这些储存的数据以批量式处理、流式处理、交互式处理，进行归类、分析、统计、预测等等，提取人们需要的各个领域的数据信息。为社会经济提供依据，从而提高各个领域的运行效率，推动社会生产力的进步[4]。
4人工智能在教育领域的应用
4.1自然语言处理在教育方面的应用
随着自然语言处理技术的发展和日趋成熟，其应用的空间也变得十分广泛，而教育也正成为其重要的一个应用领域。教育环境和教育模式的改变使教育行业对于技术的需求日益增加，越来越多的技术开始应用到实际的教育工作中。例如，基于互联网技术的远程授课在当下非常流行，课堂上有着海量的学习者，老师们显然不能像在学校中一样批改每一位学生的作业，于是基于机器自动评判和打分的交互式练习即时反馈技术就起到了非常重要的作用。自然语言处理技术在教育方面的应用还有很多，例如机器自动对作文的评价和纠错技术已开始渐渐普及;未来,电子书包将成为学生们的日常工具,通过学习系统概念的可视化和知识体系的构建，受教育者将会有更好的学习体验。相信随着技术应用的深入，越来越多的人会受益其中。
4.2计算机视觉教育的应用案例
计算机视觉在教育领域的应用主要包括以虚拟现实技术为基础的教学目标呈现（生物领域的器官和标本、数学领域的立体图形）、以智能摄像头为基础的STEM教育模块。而与此同时，计算机视觉技术本身的教授也是不容忽视的一个应用领域。本文将以计算机视觉教育图书馆项目（CVED）为案例进行分析。计算机视觉学科自诞生以来，产生了很多有价值的内容和教学资料，如何将这些资料整合到一起为更多人所用？美国国家图书馆率先提出了计算机视觉教育图书馆项目。其主要目的在于概括计算机视觉教育资源的同时为从业人员和高校师生提供一个可以共享、讨论计算机视觉教育资源的平台，同时也是未来学科教育图书馆的发展方向。该图书馆整理、汇总了有价值的计算机视觉教学资源，包括了：世界各大学的计算机视觉教学视频链接、对应的课程教材以及精华笔记，以及授课教师提供的课后作业和解答。但是，该数字图书馆仍存在以下两点问题：首先是资料数量不足，目前仅有十余种，无法满足“包含世界各地大学计算机视觉课程资料”这一愿景；其次是更新较慢，很多内容在建设之初就存在，并没有及时更新，计算机视觉技术发展迅猛，如果无法做到及时更新资料，CVED很快将会从“新技术学习库”转变为“历史资料库”，失去了创设之初的意义。以上问题需要加大数字图书馆的投入，采用专门人员和财力对其进行管理；同时要引起社会各界对计算机视觉教育的关注，扩大CVED图书馆这一非营利组织的影响力，扩大图书馆的用户基数和活跃人数，并引入奖励机制，鼓励用户上传最新的计算机视觉资料[6]。
4.3大数据在教育领域的应用
21世纪是知识经济时代，同时也是大数据的时代，二者的有机结合已经成为未来发展的趋势。在人人强调个性化的今天，私人订制成为热门，而教育行业的“私人订制”也将在大数据的支持下成为可能。实现个性化学习，首先我们需要对学习者进行初步的特性评估，它包括对学习偏好，学习习惯，学习现状等方面的了解。这种确定用户偏好的模式实际上在很多消息推送软件上都得到了应用，并且取得了不错的成效。相信在大数据的支持下，特性识别于教育领域而言同样效果可期。经过前期的了解，为学习者制定个性化的学习方案也就有据可依了。通过大数据分析对学习者的特性进行资源匹配，如此便可找到与学习者高度契合的学习路径和方式，让其在学习过程中达到事半功倍之效。对于学习者来说，学习成果的评价也是一个必不可少的部分。利用大数据进行智能化的学习评价，可以精准定位自己的优劣所在，从而对自己实现有针对性的改善和强化。教育与学习拥有了大数据这一强有力的武器之后，个性化，针对性都将会很直观的得到应用和体现。大数据时代的背景之下，教育行业的前景一片光明[7,8]。
5结语
人工智能经历及几十年的发展，涌现了自然语言处理、计算机视觉、大数据等赋予计算机“智能”的技术。自然语言处理技术较为成熟，其典型应用价值在于语音交互，在教育领域的应用广泛，包括互联网打分系统等。计算机视觉的核心技术在于数字图像处理技术，能有效地将图像转化为计算机可处理、存储、传输的数据，着眼于计算机视觉教育本身，CVED图书馆在未来或引领计算机视觉技术走出高校和科研机构，在大众中普及。大数据分析是近年来新兴的技术，通过TB级数据的筛选、分析和整合来挖掘数据蕴含的潜在价值，在教育领域的典型应用为个性化学习。人工智能即将成为改变人类生活方式和生产效率的革命性技术，随着计算机计算能力、传感器识别能力、存储器存储能力等硬件水平的提升和算法的不断改进，人工智能走进千家万户、创造美好世界的愿望即将实现。
参考文献
[1]王超.从AlphaGo的胜利看人工智能的发展历程与应用前景[J].中国新技术新产品,2017(04):125-126.
[2]李生.自然语言处理的研究与发展[J].燕山大学学报,2013,37(05):377-384.
[3]倪晨旭.计算机视觉研究综述[J].电子世界,2018(01):91+93.
[4]周梅.大数据科学综述[J].科技创新导报,2017,14(36):139-144+146.
[5]王萌,俞士汶,朱学锋.自然语言处理技术及其教育应用[J].数学的实践与认识,2015,45(20):151-156.
[6]刘燕权,王凌云,刘莎.CVED——计算机视觉教育数字图书馆[J].数字图书馆论坛,2013(08):62-66.
[7]郝成义.大数据分析在智慧教育中的应用探讨[J].网络安全技术与应用,2018(12):69-70.
[8]吴文峻.面向智慧教育的学数据分析技术[J].电化教育研究,2017,38(06):88-94.
作者:魏伊非单位:湖北省武昌实验中学
人工智能在教育领域的应用
人工智能为远程教育的智能化提供了有力的技术支撑。格物斯坦认为：通过运用专家系统、自然语言处理、人工神经网络、机器学习等技术，跟踪学习者的思维路径及其解决问题的潜在目标结构，诊断和评估学习者的理解域，对学习者提供及时的指导、反馈和解释，通过平台大数据的分析以合适的难度水平和最适当的内容来规划学习活动，进一步促进高效学习行为的发生。
语音识别还可以应用于更广的教学方向，语文的认字，文章的朗读，小语种学习等，最想说是音乐学习领域。能够帮助用户快速直接的提升唱歌水平。目前没法现特别好的音乐学习APP。教育娱乐类未来可能趋势，幼儿教学类的APP肯定会逐渐游戏化，（字节已经开始布局），使用终端会慢慢想电视大屏靠近，在同等条件下，95%的父母会选择电视让宝宝观看。成人教育类APP会越来越垂直，尤其语音学习课程也会越来越贵，成人基本不会选择电视进行学习。
人工智能在教育领域更多的是应用于学校教学和远程教育等方面。人工智能教育应用使教育资源内容更加丰富，教学方式更为灵活，教学环节和流程得到了优化。如Z+Z智能教学系统、智能导师系统、智能自适应学习系统及机器人DIY等在教育中的应用，充分考虑学习者的个体差异，协助教师更好地进行因材施教，优化和创新了教学方式；实现了O2O混合式个性化教学，创造了新的教育生态。同时在教学过程中，人工智能为智慧教育提供了技术支撑，如智能批改、基于案例的推理等新兴的机器学习为教育注入了新鲜的血液。机器阅卷减轻了教师的负担，教师能够腾出更多的时间和精力关注学生互动、教学设计、专业发展和教育质量。
通过研究发现,近年来国内教育技术界对于人工智能教育教学应用的技术开发研究关注度较高,研究范围也比较广泛,涉及教育教学活动的诸多环节,具体集中在以下几个方面。人工智能被人们定位为即将到来的第四次技术革命。从这一新技术的内涵来看，其革命性不仅表现为技术自身的进阶，而且比以往任何一次技术革命更触动人的心灵，甚至可能导致人与技术关系的异变。人工智能在教育中的应用目前还只是一种趋势，但我们可以基于教育系统的需求和人工智能的潜力对未来做出预测。
综上所述，整体地看，人工智能的应用，一方面能带来更高的教育效率和更好的教育效果，另一方面也可能带来教育者的精神危机和教育过程的教育性损减。但我们相信，人类的理性足以引导自己最大限度地从人工智能中获益，同时最大限度地回避人工智能可能带来的风险。 责任编辑:tzh
人工智能技术在教育领域中的应用
1.人工智能与教育
要说近年来发展最快的莫过于“人工智能”这个词了，好像现在什么都能和人工智能搭上关系，例如人工智汽车、人工智能医疗、人工智能智慧城市等等，能快速发展，这些技术极大的改变人类的生活方式。那么今天海森大数据就和大家一起来讨论关于人工智能技术在教育行业的一些应用现状。
1.早教机器人
随着当前儿童经济的盛行，儿童教育行业消费在家庭总体消费中所占的比例在逐渐增大。近年来幼儿教育行业发展迅速，尤其是在人工智能技术的驱动下产生了巨大的变化，智能早教机器人已经取代传统的电子教育产品成为未来家庭幼儿教育产品的主流，它不仅能够陪伴孩子，还能引导孩子学习。
2.个性化学习
因材施教作为教学中一项重要的教学方法，一直以来都被教育学者提倡，随着人工智能技术的发展和广泛应用，因材施教的可行性有了很大的提高。人工智能技术可以根据学生的历史学习数据来预测学生未来的学习表现，并智能化推荐最适合学生的内容，从而高效、显著地提升学生的学习效果。
3.拍照搜题
近年来被称为“学生的救星，作业的克星”等各类搜题软件，例如国内的猿题库、学霸君以及作业帮，国外的Volley等。这类软件主要运用深度学习、图像识别、光学字符识别等技术来分析照片和文本，用户使用手机上传题目照片到云端后，系统在短时间内就可以给出该题目的答案以及解题思路，并显示学习要点、难点。
4智能作业批改
随着自然语言处理技术以及语义分析技术的不断进步，自动批改作业已逐渐成为可能。计算机能够根据自然语言处理技术对文本进行语法纠错，例如各种英语时态的主谓一致，单复数以及遣词等，甚至是给出修改意见，这将能够有效的分担教师的教学压力，并且显著提高教师的教学效率以及学生的学习效率。目前许多教育产品开始尝试利用人工智能技术来实现这一功能，随着图像识别技术以及自然语言处理技术的不断完善，作业自动批改将会变得越来越实用、准确。
未来
随着互联网教育的兴起和人工智能技术的不断进步，现如今人工智能技术渗透到了教育行业许多领域和方面，除了上述介绍的几种应用外，人工智能技术还可以用于自动化辅导与答疑、智能测评、智能教育决策等方面。随着计算机视觉、语音识别、人机交互等技术的不断提高，未来的人工智能技术必定会给教育行业带来广泛而深刻的影响。
智能时代教育面临的前景与挑战
▲王素（中国教育科学研究院，国际比较教育研究所所长）
我今天跟大家分享的主题是智能时代的教育，我想从三个方面来跟大家分享：第一个是人工智能对教育的挑战，第二个是人工智能赋能教育，第三个是如何开展人工智能相关的教育。
人工智能对教育的挑战
◆人工智能的时代将如何改变社会？
每一次工业革命都带来了相对应的生产方式的巨大变化，人工智能时代让生成方式自动化、个性化、智能化。生产方式的改变，让人类面临新的挑战。
我们能不能适应这样的时代？麦肯锡连续两年发布了关于人工智能的报告。
在2017年的报告中谈到，由于人工智能所带来的自动化，在2030年大概4-8亿人当中会有3.75亿的人需要职业转换，也就是说他们需要学习新的技能才能适应工作。
在过去的三年当中，中国的工业企业中已有40%实现了自动化的过程。自2012年以来，这个程度增长了500%，欧洲的比例是增加了112%。
2018年，麦肯锡发布了新的报告，重点谈到AI时代人们需要什么样的技能。报告将劳动力区分为五大类,分别是:体力和手工技能，基本认知技能，高度认知技能，社会情感技能，技术的技能。
麦肯锡预测，人工智能和自动化将会除去体力劳动工作和低技能岗位，比如生产线工人，以及基本认知技能岗位的工作人员，如收银员和资料输入人员。但是，虽然有些工作可能会消失，但同时也会创建新工作，新工作将需要其他关键技能。
较高的认知技能包括高级识字和写作、定量和统计技能、批判性思维和复杂的资讯处理。这些技能由医生、会计师、研究分析师和作家/编辑所具备。
社会情感技能在不断发展的劳动力市场中仍然非常重要，包括高级沟通和谈判技巧、持续学习、管理他人的能力和适应性。
技术的技能方面从基础到高级IT技能、数据分析、工程和研究，这些技能是未来最赚钱工作的条件。
◆人工智能对教育的影响
人工智能给教育带来很大影响，最主要的影响就是教育的培养目标变了，这个是核心和关键。
在工业时代，教育体系是以知识为核心，以后教育以人的发展为核心价值。在OECD面向2030学习框架中提出，教育最终目标是要让社会和个体都能幸福生活。
由于培养学生的目标变了，那原来的学习内容肯定也要随之而改变。学习的场景和学习方式由于技术的加入也会发生巨大的变化，这种变化是一个结构性的改变。
同时，教师的角色也会跟着改变，对学生的评价方式也会改变。以知识为考核重点时用纸笔考试。未来我们会综合评价一个人的发展，就需要综合素质评价。综合素质评价就要做过程性的记录，这就要用到AI技术，甚至用到区块链技术。
人工智能赋能教育
人工智能一方面对教育提出了结构性的变革的需求，另一个方面是它赋能教育，让教育能够发展得更好。
人工智能在教育领域中一定会带来系统性的变革，而不是一个单一的解决某一个方面的问题。如果不进行系统性的变革，那我们也很难取得我们期待的一个结果。
我们在讨论这个问题时，就是要解决：培养什么人？如何培养？如何学习、如何有效学习？
这几个问题恰恰是学习科学所研究的问题。学习科学当中三大核心问题：人为什么要学习？人如何学习？人怎么样学习才能够更有效？
在工业化时代，教学模式很简单，就是老师教授。现在我们已经认识到，要把人看作是植物，需要给植物提供肥料、阳光和水，来促进它的成长，要给学习者提供各种发展的机会，比如实践机会、个性化学习机会等。
未来的学习不是以教师为主体的学习，更多的要让学生进行自我的学习。我们现在对于教育和学习大家有一些基本共识的：
第一，人的成长不是靠单一的知识，还包括了技能和价值观；
第二，大脑的认知部分跟情绪部分密切相关，当情绪发展的好的时候是可以促进高级思维的发展。
第三，学习是多样化的，真实世界的场景对于学习来说非常重要，这也就是为什么我们今天要做项目式学习的原因。同时，跨学科的学习对于学习成长非常重要，所以我们要培养学生设计思维、工程思维、计算思维，这是我们应对人工智能时代必须的方式。
第四，数字化素养非常重要，技术能够帮助实现学习方式的转变。自我学习到底会让学生发生哪些改变？研究表明，学生进入自主学习状态时，他就会成为问题的解决者，更具有成长性心态，更有创造性。
人工智能给人带来哪些影响呢？2013年有一位教授提出：
第一，让每个学习者都有虚拟导师；
第二，面对生活和工作，人学会新的技能；
第三，通过对数据分析，让学习者能个性化学习；
第四，让教育更公平，优质资源更普及；
第五，学习不仅仅在课堂内，学习也是终身学习的，所以学校形态也会发生变化。
中国教育科学研究院未来学校实验室在11月做了一项面向老师的关于人工智能对未来教育影响的调研。大部分老师都认为，未来最大挑战是教师理念有可能跟不上技术发展。
所以我认为，在人工智能教育实施过程当中，教师培训一定是最核心的一项任务。
目前，中国在谈到人工智能在教育领域当中的应用，主要以下几方面：
第一，自适应性学习，个性化学习；
第二，虚拟导师，像教育机器人；
第三，机器人和编程的应用；
第四，基于虚拟现实和增强现实场景。目前这在高等教育当中应用较多；
第五，教育管理。
如何开展人工智能教育
目前我国大概有18.76%的中小学校开展了人工智能相关的教育，主要是通过社团活动、人工智能实验室、编程等方式开展。
但在全球的研究过程中，我们看到世界在开展人工智能教育的方面实际上不仅仅是编程和开设人工智能课程，更重要的是调整教育结构，比如加强数学教育，加强数字化框架的培养，这些其实也是人工智能教育非常重要的方面。
（本文根据作者在第二届世界教育前沿论坛上的主旨发言整理，有删节。）
中国青少年科技辅导员协会
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原标题：《智能时代教育面临的前景与挑战》