AI賦能教育產(chǎn)業(yè)應(yīng)用管窺與瑣思

人工智能已進(jìn)入“大航海時(shí)代”，成為科技創(chuàng)新的“超級風(fēng)口”。習(xí)近平***強(qiáng)調(diào)：“人工智能是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動(dòng)力量，加快發(fā)展新一代人工智能是事關(guān)我國能否抓住新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革機(jī)遇的戰(zhàn)略問題?！痹谝苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、超級計(jì)算、傳感網(wǎng)、腦科學(xué)等新理論、新技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，人工智能正在“重構(gòu)生產(chǎn)、分配、交換、消費(fèi)等各環(huán)節(jié)，形成從宏觀到微觀各領(lǐng)域的智能化新需求，催生新技術(shù)、新產(chǎn)品、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式，引發(fā)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)重大變革，深刻改變?nèi)祟惿a(chǎn)生活方式和思維模式”。而人工智能及其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀如何？人工智能時(shí)代教學(xué)環(huán)境、教學(xué)方式、教師角色、 教育管理將會發(fā)生怎樣的變化？筆者結(jié)合實(shí)際案例，從產(chǎn)業(yè)應(yīng)用視角做簡要闡釋。

一、人工智能概述

人工智能是研究開發(fā)能模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)科學(xué)。1956年夏，麥卡錫、明斯基等科學(xué)家在美國達(dá)特茅斯學(xué)院研討“如何用機(jī)器模擬人的智能”，首次提出“人工智能”（Artificial Intelligence， AI） 概念，開創(chuàng)了人工智能研究領(lǐng)域。人工智能概念提出后， 機(jī)器定理證明、跳棋程序等研究成果相繼問世，掀起人工智能發(fā)展的第一個(gè)高潮。20世紀(jì)70年代初至80年代中期，美國、日本、英國等國家相繼設(shè)立大型人工智能研究項(xiàng)目， 成功解決醫(yī)療、化學(xué)、地質(zhì)等特定領(lǐng)域的部分問題，推動(dòng)人工智能進(jìn)入應(yīng)用發(fā)展的高潮。21世紀(jì)至今，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)及以深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的技術(shù)的飛躍式發(fā)展，人工智能在算法、 算力（運(yùn)算能力）和算料（數(shù)據(jù)）方面均取得重大突破， 在語音識別、人機(jī)對弈、無人駕駛、智能搜索等領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從“不可用”到“可以用”的歷史性跨越。2016年，Alpha Go戰(zhàn)勝世界圍棋冠軍李世石引發(fā)關(guān)注熱潮，美國、英國、中國相繼發(fā)布國家層面的人工智能發(fā)展規(guī)劃，人工智能迎來爆發(fā)式增長。

產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面，微軟、英特爾、甲骨文、IBM等傳統(tǒng)信息產(chǎn)業(yè)代表企業(yè)，谷歌、蘋果、亞馬遜、阿里巴巴、騰訊、百度等互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代信息產(chǎn)業(yè)代表企業(yè)，紛紛布局人工智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)。制造、醫(yī)療、交通、零售、金融、家居等場景應(yīng)用如雨后春筍，令人目不暇接。據(jù)中國信息通訊研究院數(shù)據(jù)研究中心實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2018年上半年，全球共監(jiān)測到人工智能企業(yè)4998家，其中， 美國 2039家、中國（不含港澳臺地區(qū)）1040家、英國392家，位居前三；北京、舊金山和倫敦則是全球人工智能企業(yè)數(shù)量排名前三的城市，分別有 412家、289家和 275家。麥肯錫公司2018年的研究報(bào)告預(yù)測，到2030年，約 70%的公司將至少采用一種形式的人工智能，人工智能新增經(jīng)濟(jì)規(guī)模將達(dá)到 13萬億美元。我國發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》 提出，到2030年，人工智能核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過 1萬億元，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過10萬億元。

二、人工智能促進(jìn)教育發(fā)展的核心價(jià)值

教育是人工智能的重要應(yīng)用領(lǐng)域，人工智能在教育行業(yè)的滲透，使教育開始向智能教育新形態(tài)邁進(jìn)，助力教育技術(shù)、模式、結(jié)構(gòu)變革，提升教育服務(wù)的個(gè)性化、精準(zhǔn)化、智能化水平。正如教育部陳寶生部長在 2019北京國際人工智能與教育大會的報(bào)告中指出：“人工智能是實(shí)現(xiàn)教育生態(tài)重構(gòu)的有效手段，人工智能技術(shù)在教育中的深度廣泛應(yīng)用，將徹底改變教育的時(shí)空場景和供給水平，將實(shí)現(xiàn)信息共享、數(shù)據(jù)融通、業(yè)務(wù)協(xié)同、智能服務(wù)， 推動(dòng)教育整體運(yùn)作流程改變，使規(guī)?；疤嵯碌膫€(gè)性化和多元化教育成為可能，進(jìn)而構(gòu)建出一種新的靈活、 開放、 終身的個(gè)性化教育生態(tài)體系?！?/p>

● 教學(xué)環(huán)境：從“標(biāo)準(zhǔn)化工廠”到“個(gè)性化農(nóng)莊”

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)是將年齡和知識程度相近的學(xué)生編成固定人數(shù)的班級，按照統(tǒng)一的教學(xué)大綱規(guī)定教學(xué)內(nèi)容，依據(jù)固定的時(shí)間表向全體學(xué)生授課，并按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行考試評價(jià)?；谌斯ぶ悄艿慕虒W(xué)則能感知學(xué)習(xí)情景，識別學(xué)習(xí)者特征，提供精準(zhǔn)學(xué)習(xí)資源與互動(dòng)工具，自動(dòng)記錄學(xué)習(xí)過程，實(shí)時(shí)評測學(xué)習(xí)成果并反饋建議，以促進(jìn)學(xué)習(xí)者進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)或探索。

如果把傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境比喻成“標(biāo)準(zhǔn)化工廠”，那么，基于人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的教學(xué)環(huán)境就是“個(gè)性化農(nóng)莊”，從標(biāo)準(zhǔn)化的集體授課空間變成個(gè)性化的學(xué)習(xí)探索空間，從相互分割的物理空間變成全面感知的智慧空間。一是基于各類智能設(shè)備識別溫度、光線、聲音、圖像等信息，監(jiān)測并自動(dòng)調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)和設(shè)備，保障系統(tǒng)智能、高效運(yùn)行，創(chuàng)設(shè)綠色、安全的教學(xué)環(huán)境；二是基于人臉識別、語音識別、自然語言處理、情境感知等技術(shù)捕獲學(xué)習(xí)者的動(dòng)作、行為、情緒等信息，感知學(xué)習(xí)狀態(tài)、記錄學(xué)習(xí)過程、提供診斷報(bào)告，支持線上線下一體化、課內(nèi)課外一體化、虛擬現(xiàn)實(shí)一體化的全場景教學(xué)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)過程中的智能決策、學(xué)習(xí)資源的智能推送、教學(xué)效果的智能評價(jià)；三是基于人與人、人與物、物與物之間信息數(shù)據(jù)的連通、匯聚與交換，形成學(xué)生、班級、年級、學(xué)校級數(shù)據(jù)體系，生成可視化報(bào)告，為教育教學(xué)提供參考依據(jù)。

日本東洋大學(xué)東京赤羽臺校區(qū)花費(fèi)120 億日元打造“21 世紀(jì)智慧校園”，內(nèi)部空間設(shè)計(jì)和課程體現(xiàn)徹底的“無紙化”思想， 試圖營造出一個(gè)“不會寫程序就無法生活”的校園環(huán)境。英國斯泰福廈大學(xué)（Staffordshire University） 的人工智能教育工具Beacon，是第一個(gè)在英國大學(xué)內(nèi)運(yùn)行的數(shù)字化助理，它能夠全天候待命，回答學(xué)生提出的課程時(shí)間安排、參加社團(tuán)活動(dòng)建議、申請免除市政稅、訂制新的學(xué)生卡、與講師溝通等各種問題。中國安徽蚌埠第二中學(xué)的“智慧課堂”平臺，利用學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析、課堂即時(shí)評價(jià)和智能推送等技術(shù)，以微課程為核心資源，按照“云端建構(gòu)、 先學(xué)后教、以學(xué)定教、智慧發(fā)展”的實(shí)踐思路，總結(jié)形成了“4+N”（“4”是指智慧課堂的共性特征， 即教學(xué)決策數(shù)據(jù)化、評價(jià)反饋即時(shí)化、交流互動(dòng)立體化、資源推送智能化，“N”是指各個(gè)學(xué)科智慧課堂的個(gè)性化特征） 的智慧課堂特點(diǎn)與應(yīng)用優(yōu)勢。

● 教學(xué)方式：從“以教定學(xué)”到“以學(xué)定教”

傳統(tǒng)課堂因標(biāo)準(zhǔn)化的教學(xué)預(yù)設(shè)、形式化的提問交流、單調(diào)滯后的評價(jià)反饋，常常為人詬病。人工智能時(shí)代的教學(xué)依據(jù)建構(gòu)主義、 連通主義等學(xué)習(xí)理論，基于“情境”“協(xié)作”“會話”和“意義建構(gòu)”開展協(xié)作式、探究式、體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，基于人工智能技術(shù)記錄、跟蹤、反饋學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)并給出個(gè)性化建議，把學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)還給學(xué)生，充分發(fā)揮學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，讓學(xué)生愿學(xué)、樂學(xué)、會學(xué)，教師也從知識的傳授者、灌輸者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的組織者、促進(jìn)者?；谌斯ぶ悄艿淖赃m應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)通過預(yù)設(shè)的知識圖譜和行為數(shù)據(jù)為學(xué)生“畫像”，通過“生成內(nèi)容—診斷評測—獲取數(shù)據(jù)—分析反饋”不斷優(yōu)化迭代，識別學(xué)生的知識水平和個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，為學(xué)生匹配最佳學(xué)習(xí)路徑，智能化推送“所得即所需”的學(xué)習(xí)資源，幫助學(xué)生和教師對癥下藥、精準(zhǔn)施策，減少無效學(xué)習(xí)時(shí)間，提升學(xué)習(xí)效率，提高教學(xué)的個(gè)性化、精準(zhǔn)化水平。

可汗學(xué)院的“學(xué)習(xí)儀表盤”集學(xué)習(xí)、分析、評價(jià)、反饋等多重功能于一身，知識被精細(xì)切割成“納米級”知識點(diǎn)，每個(gè)知識點(diǎn)都有視頻講解和 5~10個(gè)在線測試題，學(xué)生可以自主選擇個(gè)性化的學(xué)習(xí)材料，并接收自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù)?？拼笥嶏w公司研發(fā)的“個(gè)性化學(xué)習(xí)手冊”，基于學(xué)生的日常學(xué)業(yè)大數(shù)據(jù)對學(xué)情進(jìn)行記錄、診斷、分析，形成個(gè)人“畫像”，針對不同類型的學(xué)生、不同錯(cuò)題產(chǎn)生的原因，推薦相對應(yīng)的糾錯(cuò)變式練習(xí)。學(xué)習(xí)評價(jià)方面，基于手寫識別、自然語言理解、智能評測等人工智能技術(shù)研發(fā)的作文批改機(jī)器人、智能評卷系統(tǒng)、聽說考試訓(xùn)練系統(tǒng)等已廣泛應(yīng)用于各類考試評價(jià)場景。國家普通話水平測試已在全國范圍內(nèi)采用智能測試系統(tǒng)，廣東省、上海市在高考英語聽說考試中引入智能評卷系統(tǒng)，進(jìn)行英語口語考試的評分。

● 教師角色：從“知識傳授者”到“靈魂工程師”

英國廣播公司基于牛津大學(xué)研究者的數(shù)據(jù)體系，預(yù)測 2040年365種職業(yè)的被淘汰率，其中，電話推銷員、打字員、會計(jì)的被淘汰率分別為 99%、98.5%、97.6%，而教師的被淘汰率僅為0.4%。人類教師擁有難以被人工智能教師簡單替代的獨(dú)特性，但這并不意味著人類教師可以高枕無憂。未來，傳統(tǒng)的備課、 課堂講授、答疑輔導(dǎo)、作業(yè)批改等環(huán)節(jié)不必是教師的專屬。

北京師范大學(xué)余勝泉教授分析了未來人工智能教師可能承擔(dān)的12種角色， 即“可自動(dòng)出題和自動(dòng)批閱作業(yè)的助教、學(xué)習(xí)障礙自動(dòng)診斷與反饋的分析師、問題解決能力測評的素質(zhì)提升教練、學(xué)生心理素質(zhì)測評與改進(jìn)的輔導(dǎo)員、體質(zhì)健康監(jiān)測與提升的保健醫(yī)生、反饋綜合素質(zhì)評價(jià)報(bào)告的班主任、 個(gè)性化智能教學(xué)的指導(dǎo)顧問、學(xué)生個(gè)性化問題解決的智能導(dǎo)師、學(xué)生成

長發(fā)展的生涯規(guī)劃師、精準(zhǔn)教研中的互助同伴、 個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容生成與匯聚的智能代理、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的教育決策助手?！泵绹糁蝸喞砉W(xué)院 Ashok Goel教授，借助 IBM的 Watson人工智能系統(tǒng)創(chuàng)建了在線機(jī)器人Jill Watson，并將其作為課程教學(xué)助理，幫助教師回答學(xué)生通過在線論壇提出的問題， 正確率達(dá)到 97%。公司 Scott R. Parfitt 博士研發(fā)的備課機(jī)器人，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重難點(diǎn)、學(xué)生學(xué)情等信息，在學(xué)科知識庫中進(jìn)行資源搜索與整合，教師導(dǎo)入教學(xué)大綱，CTI的人工智能引擎能自動(dòng)填充教科書的核心內(nèi)容，教師根據(jù)所教班級的學(xué)生特點(diǎn)與自己的教學(xué)習(xí)慣對教案、課件、習(xí)題稍作調(diào)整，即可應(yīng)用于教學(xué)。

人工智能可以進(jìn)一步釋放教師的生產(chǎn)力，幫助教師從標(biāo)準(zhǔn)化、程序化、機(jī)械化的重復(fù)性勞動(dòng)中解脫出來，為教師的專業(yè)發(fā)展提供“自由的時(shí)間”和“可能的空間”，但是，教育畢竟是“人的靈魂的教育，而非理智知識和認(rèn)識的堆積”。冰冷的機(jī)器無法感知人性的溫度，我們不能把機(jī)器制造得越來越像人，卻把人培養(yǎng)得越來越像機(jī)器。今天的教師若不生活在未來，未來的學(xué)生將可能活在過去。人工智能不會取代教師，但使用人工智能的教師將會取代不使用人工智能的教師，未來將是人類教師與人工智能教師協(xié)同共生的時(shí)代。

在人工智能時(shí)代，教師“教”的功能弱化，“育”的功能強(qiáng)化；“經(jīng)師”的功能弱化，“人師”的功能強(qiáng)化；“知識傳授者”的功能弱化，“靈魂工程師”的功能強(qiáng)化。教師的能力結(jié)構(gòu)也將解構(gòu)與重構(gòu)，更加聚焦于品德養(yǎng)成、性格塑造、人際交往、批判意識、創(chuàng)新思維、審美素養(yǎng)等“人”的教育活動(dòng)，促進(jìn)“人”的個(gè)性解放、主體躍升和智慧成長，教師轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)新支持者、活動(dòng)設(shè)計(jì)者、溝通協(xié)調(diào)者、技術(shù)擁抱者，與人工智能教師協(xié)作，幫助學(xué)生精準(zhǔn)學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的因材施教。

● 教育管理：從“錐形結(jié)構(gòu)”到“扁平結(jié)構(gòu)”

傳統(tǒng)教育管理為金字塔式的科層制組織系統(tǒng)，基于完全理性假設(shè)、中立人行動(dòng)假設(shè)和一元制權(quán)力支配假設(shè)，信息傳遞效率低、失真率高，信息監(jiān)測成本高、糾錯(cuò)難度大，束縛了教育主體的自主性和創(chuàng)造性，難以應(yīng)對人工智能時(shí)代的教育管理需求。人工智能具備深度學(xué)習(xí)自主建模能力、人機(jī)交互的情感理解與表達(dá)能力以及模擬人類決策的專家系統(tǒng)，可以為信息傳輸、復(fù)雜情境識別、決策方案制定提供技術(shù)支持，促進(jìn)教育管理從科層組織走向彈性組織，從“錐形結(jié)構(gòu)”走向“扁平結(jié)構(gòu)”，從管理本位走向服務(wù)本位，使其更加靈活、敏捷，更加富有彈性與創(chuàng)造力。

一是建立智能學(xué)情監(jiān)測與教育評價(jià)體系，開展教學(xué)過程監(jiān)測、學(xué)情分析和學(xué)業(yè)水平診斷，構(gòu)建技術(shù)賦能的智能化、個(gè)性化校園管理環(huán)境， 打破“千校一面”的局面，加速數(shù)字校園向智慧校園轉(zhuǎn)變。二是借助人工智能技術(shù)變革學(xué)校管理體制，落實(shí)學(xué)校在教師評聘、經(jīng)費(fèi)使用、課程安排、育人方式等方面的自主權(quán)，建立普通師生、家長、社區(qū)以及相關(guān)利益方參與學(xué)校管理的機(jī)制。三是開展前瞻性教育管理研究，借助智能化搜索引擎，檢索主題性關(guān)鍵信息，模擬學(xué)校布局、教育投入、人口變化、就業(yè)形勢等動(dòng)態(tài)信息，以更廣泛的人機(jī)交互模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的臆斷式?jīng)Q策模式，提升區(qū)域教育治理與宏觀決策水平。例如，皮爾森教育公司開發(fā)的“學(xué)習(xí)曲線在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫”，部署交互式數(shù)據(jù)可視化網(wǎng)絡(luò)，利用自動(dòng)算法系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)痕跡跟蹤，構(gòu)建數(shù)據(jù)與算法驅(qū)動(dòng)的教育管理技術(shù)平臺，系統(tǒng)識別應(yīng)答模糊任務(wù)，自主適應(yīng)復(fù)雜教育情境。百度公司開發(fā)的百度教育大腦針對學(xué)生、教師、校長推出不同的系統(tǒng)界面，為學(xué)生和教師提供海量優(yōu)質(zhì)資源、專業(yè)知識圖譜、智能交互教學(xué)服務(wù)，校長則可以登錄管理者界面，基于人工智能助手適時(shí)評估，以輔助決策。

當(dāng)前，人工智能的應(yīng)用與發(fā)展還面臨安全、倫理、隱私、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等諸多問題，但是，經(jīng)歷了農(nóng)業(yè)時(shí)代的個(gè)性化精英教育階段和工業(yè)時(shí)代的集體性大眾教育階段，人工智能時(shí)代的個(gè)性化大眾教育階段已迎面而來。隨著納米技術(shù)、基因技術(shù)、腦機(jī)接口技術(shù)等與人工智能技術(shù)的整合，倘若機(jī)器在算法心智的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步擁有自主心智和反省心智，有可能進(jìn)一步促進(jìn)人機(jī)一體、意識傳導(dǎo)、人和機(jī)器的共生演化。以色列尤瓦爾·赫拉利教授在《未來簡史》 中指出，人工智能時(shí)代人類將出現(xiàn)“無用階級”。美國邁克斯·泰格馬克教授在《生命 3.0：人工智能時(shí)代人類的進(jìn)化與重生》一書中指出，以人工智能為代表的科技階段，生命不僅可以自行設(shè)計(jì)軟件，還可以自行設(shè)計(jì)硬件，由碳基生命變?yōu)楣杌?，最終擺脫進(jìn)化的枷鎖。那時(shí)，教育如何演變與發(fā)展，將是一個(gè)更加令人期待的話題。