人工智能教育應用的機遇與挑戰

伴隨著信息技術的發展，智慧教育也逐漸展開，人工智能作為智慧教育時代發展的核心力量，近年來對人類社會的影響越來越廣泛與深遠，它正在為農業、醫療、教育、能源、國防等諸多領域提供大量新的發展機遇。

人工智能技術自1956年提出以來，從最開始受到盲目追捧，到20世紀七八十年代逐漸遇冷，近些年又重新引起了人們的重視。尤其是在2016年谷歌公司基于深度學習的AlphaGo戰勝了圍棋世界冠軍，再一次引爆了人們對人工智能的熱情。現在，人工智能已被視為推動現代社會進步的主要核心技術力量。目前，人工智能已經開始服務于工業、農業、環境、醫療、教育等眾多領域，切實推動了社會的進步。人們紛紛預言，雖然通用的智能系統在未來10年內很難超過人類智能，但在越來越多的特定領域，智能系統的問題解決能力可以達到甚至超過人類的智能水平。如智能公交可以為殘疾人和老年人帶來幫助，減少交通事故；智能政府可以更好地服務于大眾；智能建筑可以節約能源，減少污染，等等。那么，智能教育又會對現今的教育帶來哪些改變呢？

本文主要是從人工智能的角度出發，思考其對教育所產生的積極作用及所帶來的挑戰，以便進一步把握、促進人工智能在教育中的有效與合理應用，用以應對當今智能化浪潮下教育人工智能需要面對的重要挑戰，以較好地順應技術發展趨勢，助力教育變革。

一、人工智能教育應用的機遇

在傳統的人工智能學習系統中，我們發現更多的是為了滿足某個專門領域的學習需求，目的是促進學習者獲得特定的知識和技能，而且這些系統常常作為學校教育的補充，未能深入影響學生的日常學習和生活。隨著人工智能技術的發展，教育領域對人工智能技術提出了更高的要求，期望人工智能技術對教育產生革命性的影響。總體來說，人工智能還是能給教育帶來諸多機遇，能夠提供個性化的學習，促進學習者各方面素養和能力的提升，加快全球課堂的普及，并減少教師的重復性工作等。

1.提供個性化的學習。當今教育一直都在探討如何實現個性化的教育和教學，并提倡因材施教。在教育技術不斷發展的同時，慕課、翻轉課堂等作為其產物，也在逐漸探索如何實現個性化教學。然而隨著學習科學領域的不斷深入和擴大，人們期待著下一次智能系統的發展，以充分結合科學研究成果與人工技能技術的進步，使學習系統能夠與學習者之間以更自然的方式和方法進行交互，在教師缺席的情況下承擔起個人或者小組導師的角色。

在現實生活中，我們看到“智能導師”作為教育領域的一個重要應用，可以通過自然語言處理和語音識別技術，來實現計算機扮演導師角色的功能，代替現有教師為學生提供輔助性的學習材料。實踐證明，根據學生的興趣、習慣和學習需求為其制訂專門的學習計劃，有利于學生的個性化學習。在實際操作中，智能導師能夠在學習者學習的過程中實時跟蹤、記錄和分析其學習過程和結果，以了解其個性化的學習特點，并根據這一特點為每一位學習者選擇合適的學習資源，制訂個性化的學習方案。當然，智能導師在為學習者提供有針對性、即時的學習方案時，還能夠對學習者的學習表現和問題解決的情況進行評價和反饋，并提出相應的建議。這樣，學生在學習中就可以擁有具體的反饋，為學生的個性化學習提供詳盡的途徑。

2.促進學習者各方面素養和能力的獲得。隨著現代社會的發展，對于人類的素養和能力的訴求也在逐漸增多。21世紀核心素養一度成為國際上熱門的話題，我們可以看到，核心素養主要包含三大類：一是學習與創新素養；二是數字化素養；三是職業和生活技能。除素養之外，21世紀能力作為應對知識經濟發展需求及社會進步而對人才培養所提出的需求，具體包括創造性與問題解決、信息素養、自我認識與自我調控、批判性思維、學會學習與終身學習、公民責任與社會參與等內容。

在這些素養和能力的建構過程中，人工智能發揮著不可忽視的作用：一方面是社會信息化的發展在逐漸推動人工智能的步伐；另一方面是21世紀核心素養和能力存在著內在的需求。在這樣的背景之下，人工智能技術不能局限于促進學生學習具體的、結構良好的知識和技能，而是要幫助學生獲得復雜問題解決、批判性思維、多人協作等高階能力。而在現實中，我們可以看到，隨著技術的發展，評估難度較高或者領域內專家無法清晰表達的規則知識、深度學習、自然語言的處理、情感計算等問題，都會在未來被逐漸攻克。而人工智能產品應用到教育領域上可以逐漸成為學生的朋友，為學生提供補習的幫助，成為學生的學習助手，使學習收到寓教于樂的效果。

3.加快全球課堂普及。在全球化趨勢背景下，全球課堂普及能夠為學習者隨時隨地打造深度學習的環境，成為學習的一個重要條件，在人工智能教育的應用下，則可以很簡單地實現這一功能。

全球課堂的目標是為學習者提供一種普及化的、隨時隨地可以訪問的、學習者深度參與的學習環境。在這樣的學習環境中，處于任何水平的學習者都能獲得良好的學習體驗。在知識共享水平不斷提高的情況下，人工智能的發展能夠自然地促進全球課堂的普及。在現今教育領域，慕課可以被看作是全球課堂的雛形。在慕課的依托之下，學習者可以隨時隨地地進行學習和享受當前世界各地的教育資源。但慕課也存在一些弊端，如偏重知識傳遞、通過率較低、只適應具有一定知識背景和較高學習動機的學習者等。雖然慕課在現今的教育之中帶來了一些改變，但是所帶來的改變還是具有限度的。而人工智能技術支持下的全球課堂，能夠為學習者提供一個云端一體、支持認知發展和相互協作的全新學習環境，這在一定程度上打破了慕課等教育技術手段所帶來的局限性。

4.減少教師的重復性勞動。當前，中小學教師除了教學工作之外，還存在諸多重復性工作，而要想促進教師的教學，教師就還需要更多的進行創新工作的時間，以加深對教育的反思、改進。若長期進行重復教學，不但程序枯燥，而且對社會來說也是一種資源浪費。

在這種情況下，使用人工智能技術和多媒體等各種先進的教學手段形成開放式交互教學系統，學生可以主動向系統索取知識，系統也可以根據學生的知識、能力和學習方法來因人施教，以收到最佳的教學效果，達到無人化、個性化適應教學的目的。此外，隨著人工智能技術的發展，越來越多的人工智能工具被應用于教育領域，成為教師教學和學生學習的得力助手。教育機器人就是一種被廣泛應用于教育領域的人工智能型助手。例如，網龍華漁教育研發的“未來教師”機器人，就可以幫助教師完成課堂輔助性或重復性工作，如朗讀課文、點名、監考、收發試卷等工作，還可以幫助教師收集、整理資料，輔助教師進行備課、科研活動。由此，在減輕教師負擔的同時，還提高了教師的工作效率，從而使教師將更多的精力真正放在學生身上，促進學生更好地學。

二、人工智能教育應用的挑戰

人工智能在給教育帶來諸多有利因素的同時，也會存在相應的挑戰。在當今社會人工智能相關人才還比較欠缺的狀態下，政府和學校該如何進行人才的培養；教師在教學中該如何與人工智能系統進行有效協調；人工智能教育應用中存在的倫理、社會以及安全等問題應該如何解決……這些因素都對人工智能在教育中的應用提出了新的挑戰。

1.人工智能的人才培養存在滯后性。人工智能作為推動社會發展的一項重大舉措，對于人類的影響是巨大的。教育領域作為人工智能影響的一個重要部分，在某種程度上說，要想對教育產生重大的作用，政府和學校就應提供必要的協助。在人工智能專業人才培養中，首先，一方面，政府應了解企業和社會對人工智能人才的需求，制定出人工智能專業人才的培養目標和相關標準，并根據目標和標準協調包括中小學、大學、職業培訓機構等在內的相關機構，推進人工智能專業人才的培養。另一方面，政府應為人工智能教育提供必要的經費支持，如增加人工智能研究生的培養經費，提升人工智能課程設計的投入，資助人工智能教育研究項目，對開展人工智能教育的高校、職業院校和其他組織撥款等，這些措施在一定程度上可以促進人工智能的發展。其次，學校在培養人工智能人才上需繼續加大措施和力度。在中小學階段可以培養學生的科學素養，為人工智能的成長奠定良好的基礎，而大學作為人工智能發展的重要時期，在師資力量方面，可以把與人工智能相關的人才組織起來，引進學校外部人工智能的專業人才，充實人工智能教學團隊。

然而，在目前的就業市場上，雖然企業高薪資聘用相關人才的公告在就業市場屢見不鮮，但這方面的人才卻很難在市場上找到。這也表明在現今社會中，人工智能領域相關人才培養還是存在著顯性不足和滯后的問題，政府和學校所貢獻的力量還存在著欠缺。

2.人工智能中教師角色轉變的障礙。在現今教育技術的使用中，人們常常會疑惑教育和教學之中人與人之間的交互作用容易被忽視的問題。在人工智能教育時代來臨之時，如果在教育中大量使用高新技術，會不會削弱教師與學生的交往或者不利于學生語言能力和溝通能力的培養？面對這些疑惑，人工智能的研究案例表明，當人類智慧與人工智能技術相結合的時候，在工作上能夠取得更好的效果。例如，一項研究發現，當通過照片判斷淋巴細胞中是否存在癌細胞時，如果只使用人工智能技術，錯誤率為7.5%，如果只由醫療專家來判斷，錯誤率為3.5%，但如果將兩者結合起來，錯誤率則可以下降至0.5%。也就是說，在人工智能時代，教師與人工智能系統之間需要相互協同。

而具體到現實生活中，我們發現在實施翻轉課堂和慕課的時候，一方面，存在實施的過程中部分教師不愿意改變的現象。當教師傳統的教學模式已經形成了成熟的體系和模式，他們認為現今的教育方法已經可以教好學生，尤其是那些這樣教已經出了成績的教師，繼而讓其進行改變會存在較大困難。另一方面，教育信息技術的老師比較少，當更多的教師面臨一個新的事物時，有效的實施對教師的相關培訓是非常有必要的。與此同時，人工智能在教育系統中的實施也面臨著怎樣將人工智能教學系統與面對面教學相結合，使教師與人工智能系統之間協同工作，以最大限度地發揮二者的協作優勢，共同為學生提供更有個性的、更有效的教學體驗，這是當前教育人工智能研究面臨的挑戰之一。

3.人工智能教育中的倫理、社會及安全問題。在網絡普及率極高的時代，越來越多的人開始加入互聯網的大軍之中。我們看到互聯網在給我們帶來越來越便利的生活的同時，也存在一些隱患：網絡暴力的滋生、信息的泄露、網絡欺詐行為等問題不斷涌現。在圖像識別技術上，出于對當事人隱私或者某些信息的保護，電視和網絡會將文字或臉部像素化。但隨著人工智能的發展，這種保護隱私的方法已經不再可靠。有研究發現，神經網絡只要通過主流的機器學習方法訓練，就可以識別圖像中隱藏的信息。在某些數據庫和隱私技術上，神經網絡的成功率已達到80%，甚至是90%。在像素化圖像方面，隨著圖片模糊程度增加，神經網絡的成功率會降低，但仍然能夠達到50%到75%的成功率。因此，倫理道德和安全保障是教育人工智能也必須面對的挑戰之一。

在教育系統中，教師各方面信息的泄露，以及學生所面臨的網絡暴力會不會更加肆虐？尤其是在中小學階段，學生對這個社會的認知還不夠全面，是否會更多地存在著網絡上的隱性傷害，而這些問題都是在人工智能應用于教育領域之中所要面臨的問題。為此，一是將倫理道德教育納入人工智能課程之中，樹立倫理道德意識也就成為人工智能時代必須要解決的課題；二是應該加強人工智能教育應用的監管，制定與安全應用相關的規則，運用相關技術保護使用者的隱私和權益，著力于推動教育人工智能良性積極發展。

未來的時代是智能時代，無論是政府管理機構，還是各級教育部門，都應為迎接智能時代的到來做好充分準備。在具體的發展之中，我們可以看到美國政府在 《規劃未來，迎接人工智能時代》研究報告中不僅引領了美國社會未來的發展方向，同時也為我國的人工智能教育應用提供了很好的啟示與借鑒。人工智能教育應用作為未來我國教育發展的核心內容之一，在具體的應用過程之中，對于我國的教育和教學發展存在著重要的意義。為更好地找到人工智能與教育的契合點，應促進人工智能技術人員與教師的合作，提高教育管理者和教師的數據素養，培養學生的計算思維能力，對人工智能教育中的倫理、社會及安全問題制定好相關措施，為更好地適應未來時代的發展做好準備。

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