張俊：人工智能教育體系的探索

“平行教育系統(tǒng)平臺是針對人工智能教育構(gòu)建的一個框架體系。平臺基于平行智能技術(shù)對教育和管理過程完成優(yōu)化和控制、實驗和評估、學(xué)習(xí)和培訓(xùn)等功能，對數(shù)字校園信息融合、教學(xué)行為數(shù)據(jù)分析、教學(xué)過程績效評價、教學(xué)策略計算實驗、教學(xué)管理優(yōu)化、教學(xué)環(huán)境設(shè)計、教學(xué)技能培訓(xùn)等業(yè)務(wù)提供支撐。”

在過去幾年，中國許多學(xué)校和教研機構(gòu)已經(jīng)開始了人工智能教學(xué)試點。面向幼兒園到高中K12學(xué)段的智能科技創(chuàng)新教育是我們復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國家重點實驗室和青島智能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院的一個重點研究方向。王飛躍教授首先提出了人工智能教育體系，其整體布局包括兩個核心：iSTREAM和iCDIOS。iSTREAM和iCDIOS就是在美歐的STEM（面向中小學(xué)的科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)綜合教育）和CDIO(面向大學(xué)的設(shè)想、設(shè)計、實施、運營一體化教學(xué)方法)基礎(chǔ)上改革的結(jié)果，其中i代表了激勵（inspiration）、智能（intelligence）、創(chuàng)新（innoration），而R代表機器人以及其他提高生產(chǎn)力的智能機器，A代表藝術(shù)和美育，強調(diào)以人為本，而M不但代表數(shù)學(xué)，更強調(diào)的是管理和制造，頂天立地，這是人工智能技術(shù)最應(yīng)發(fā)揮其作用的領(lǐng)域。最后，S代表服務(wù)、安全和可持續(xù)發(fā)展的的理念。

iSTREAM已在青島一些學(xué)校實踐了近兩年，完成了初步的研究和論文總結(jié)，并且被美國工程教育學(xué)會特邀進行大會報告介紹，計劃列為美國21世紀(jì)工程教育挑戰(zhàn)Global challenge項目部分內(nèi)容。我們將在這些工作的基礎(chǔ)上繼續(xù)努力，以智能科技創(chuàng)新教育為切入點，逐步發(fā)展，使其更加系統(tǒng)化與實用化。希望今后能夠?qū)⒖茖W(xué)的線上游戲和卡通教學(xué)進一步應(yīng)用并納入到智能教育中，以提升教學(xué)效果、適應(yīng)瞬息萬變的世界發(fā)展。

人工智能技術(shù)與教育的深度融合必將產(chǎn)生一種新的教育范式。結(jié)合基礎(chǔ)學(xué)科教學(xué)，利用新型教育信息化系統(tǒng)，針對每個學(xué)生的學(xué)習(xí)和認(rèn)知特征，提供個性化的教學(xué)策略。并基于各個學(xué)段學(xué)生的核心素養(yǎng)要求，通過定量計算的手段支持教育管理部門和學(xué)校培養(yǎng)全面發(fā)展的人。

張俊 武漢大學(xué)教授

同時，圍繞國內(nèi)外廣泛開展的諸如基于現(xiàn)象的跨學(xué)科和多學(xué)科教學(xué)、項目式教學(xué)等教育模式創(chuàng)新，借助平行智能技術(shù)推動落地實施。傳統(tǒng)的分科教學(xué)、工業(yè)流水線的培養(yǎng)模式、單純強調(diào)知識灌輸?shù)慕虒W(xué)理念、教師、教室、教材為中心的教學(xué)模式將被徹底打破，泛在的各種課堂形式、學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)理念、基于實踐活動的教學(xué)方式等新式教學(xué)模式在平行教育平臺支持下將更為普遍推廣。

平行教育系統(tǒng)平臺包括以下三層內(nèi)容：

第一，教育信息化基礎(chǔ)設(shè)施，包括物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字課堂、數(shù)字圖書館、教學(xué)教務(wù)系統(tǒng)、學(xué)生管理系統(tǒng)、數(shù)字安防、數(shù)字校園等信息化系統(tǒng)；第二，平行智能算法支持，包括數(shù)據(jù)中心及可視化展示、虛擬教學(xué)過程構(gòu)建，教學(xué)和認(rèn)知過程模型庫，教學(xué)環(huán)境設(shè)計評估等平行智能算法；第三，教學(xué)與管理應(yīng)用，包括平行優(yōu)化和控制系統(tǒng)、平行實驗和評估系統(tǒng)，平行學(xué)習(xí)和培訓(xùn)系統(tǒng)等。平行教育系統(tǒng)平臺是基于ACP（人工系統(tǒng)、計算實驗和平行執(zhí)行的英文首字母）技術(shù)構(gòu)建的。其中，A指的是軟件定義的人工教育系統(tǒng)，它包括虛擬的教學(xué)環(huán)境、知識體系以及學(xué)習(xí)者，成熟演化發(fā)展的人工系統(tǒng)可以為教師、學(xué)生乃至教育管理者提供游戲化的培訓(xùn)服務(wù)。C是計算實驗，計算實驗的方法是去預(yù)測、分析和生成不同類型的教育模式和教育策略。教育大數(shù)據(jù)是計算實驗的重要依據(jù)，幫助我們對實際狀況進行分析。P代表的是平行執(zhí)行，一方面我們會把構(gòu)建的人工教育系統(tǒng)中的結(jié)果和評估反送回實際的教育體系中來用于決策支持，另一方面實際的教育體系信息被傳遞到虛擬環(huán)境中用于模型優(yōu)化。平行執(zhí)行的目標(biāo)，是推動實際教學(xué)系統(tǒng)和虛擬教學(xué)系統(tǒng)之間的信息互動、協(xié)同演化引導(dǎo)實際教學(xué)系統(tǒng)能夠向期望的目標(biāo)發(fā)展。

考慮到教育是一個典型的復(fù)雜社會系統(tǒng)，教育家的智慧是難以短期內(nèi)通過人工智能技術(shù)實現(xiàn)的。平行執(zhí)行過程需要集成人和機器兩方面的智能，整合利用人機協(xié)同的混合智能，不斷推進教育科學(xué)創(chuàng)新。