人工智能在基礎教育領域的發展路徑探究

邱雪蓮?齊振國?李京澳

摘 要：隨著信息技術的不斷發展，人工智能為基礎教育領域帶來了巨大的機遇與挑戰，要充分利用人工智能技術為基礎教育領域的改革創新帶來新的活力，切實辦好人民滿意的教育。文章先從人工智能在我國教育技術領域的研究現狀入手，探索如何將人工智能技術融入到基礎教育領域，進而為基礎教育領域教學和管理帶來個性化、便捷、高效的服務。然后，對基礎教育階段開展人工智能教育課程的形式進行介紹。最后，文章對人工智能在基礎教育領域的發展保障及注意事項進行論述。

關鍵詞：人工智能;基礎教育;大平臺;課程形式

中圖分類號：G4文獻標志碼：A文章編號：2096-0069（2018）05-0052-05

一、人工智能在教育領域的研究現狀

人工智能1956年由達特茅斯學院約翰·麥卡錫提出之后，因為計算機有限的計算能力及數據量等因素，它長時間局限于學術研究和實驗室中，未能受到社會關注。2016年Google（谷歌）公司研究開發的人工智能程序AlphaGo成功擊敗圍棋世界冠軍李世石，使人工智能再一次成為國際社會關注的熱點。隨著大數據、云計算、移動互聯網技術的成熟和快速發展，人工智能技術越來越成為衡量一個國家科技發展水平的重要指標，其應用正逐漸融入工業、金融、醫療、交通、教育、環境、農業等社會生活的各個領域。近年來，人工智能在教育中應用的主要技術是語音識別、視覺計算、可穿戴技術、情感計算技術、機器學習技術、智能挖掘技術等，研究成果包括智慧教育、大數據、機器學習、自適應學習、情感計算、深度學習、學習分析、個性化學習等，研究者在教育領域的探索可謂興致勃勃，如賈積有就人工智能的學習與人類學習關系、人工智能對人的學習方式的影響等進行了深入探討[1];劉凱等就通用人工智能對教育學發展的影響進行論述[2];張坤穎等對人工智能教育應用與研究中的新區、誤區、盲區與禁區進行了闡述[3];余明華等對人工智能視域下機器學習的教育應用與創新進行探索[4];閆志明等對人工智能的內涵、關鍵技術及應用趨勢等進行初步解析[5];牟智佳對“人工智能+”時代個性化學習培養進行研究[6];陳凱泉等對基礎教育階段人工智能課程與教學實施路徑進行了探索[7];唐燁偉等對基于人工智能支持下的STEM跨學科教學進行了教學模式研究[8]。從相關文獻的研究內容可以看出，人工智能正在快速融入教育教學的各個層面和環節之中。

但是，人工智能在基礎教育教學中如何更加系統地發展仍需要進一步的思考和探索，尤其是在人工智能如何更好地對基礎教育教學進行有效的支持和人工智能教育課程的結構建設方面缺少進一步的研究。為此，我們開展了本研究。

二、人工智能支持下基礎教育教學體系建設

（一）構建人工智能支持下的“互聯網+教育”大平臺體系

基礎人工智能體系建設不能脫離現有基礎教育信息化發展水平，要利用現有教育信息化資源，將人工智能技術充分融入到“互聯網+教育”大平臺建設中，進一步加快教育資源公共服務平臺和教育管理公共服務平臺融合發展速度，促使相關人員在教育教學和管理中生成更多經驗案例，為教育行政部門和學校在教育業務管理和教育教學管理方面的決策提供支持，為各級教育管理者提供翔實、快捷、精確的教育教學工作信息，為教師更好地因材施教提供強有力的數據分析，對學生學習過程進行全方位、全過程、全天候的追蹤指導，最終形成人工智能支持下的“互聯網+教育”大平臺體系，如圖1所示。

（二）人工智能支持下的“互聯網+教育”大平臺應用形態

《教育部關于數字教育資源公共服務體系建設與應用的指導意見》指出：“數字教育資源公共服務是實現基于信息技術的教育教學模式和教育服務的必備條件，是新時代推進教育現代化的必然要求?！盵9]基于人工智能的大平臺建設，將“互聯網+教育”與人工智能有機融合，反映了基礎教育有效利用人工智能的趨勢。

1.人工智能支持下的“互聯網+教育”大平臺智能教學系統

人工智能支持下的“互聯網+教育”大平臺智能教育系統是將人工智能中的領域知識模型、教學知識模型和學習者模型融合到大平臺中，使學生盡可能感受到“一對一”教學體驗，達到有效使用資源服務、提高學習質量的目的。領域知識模型包含大平臺中學生學習各個科目的知識體系;教學知識模型為學習者提供“一對一”的學習活動計劃，提供引領課堂學習的學習策略;學習者模型是大平臺通過追蹤學習軌跡，了解學生在學習過程中的認知能力、情感態度、學習效果等學習情況。它們之間的關系如下：系統分析和加工學生學習知識點的具體情況，進而生成領域知識模型，并將學生需要的大平臺教育教學資源靈活推送給學生;系統收集學生在學習過程中表現出的情感心理、學習效果等，以此生成學習者模型，讓學習者隨時了解個人的學習風格，為領域知識模型和教學知識模型提供數據參考;系統根據學習者模型和領域知識模型的信息生成教學知識模型，為學生提供精準的學習認知服務，最終形成一個持續為學生提供“一對一”個性化教育服務的智能教育循環系統。

2.人工智能支持下的“互聯網+教育”大平臺智能測評系統

隨著人工智能技術的發展，智能測評系統已不僅能對客觀題型做出精準的判斷，更向著主觀題和語言學習方面進一步發展。現階段研究者試圖通過設定作文評價標準，將學生的寫作手法、風格及結構等進行分析，為學生的寫作提供智能化修改和完善服務;試圖通過設定理科解題評價標準，幫助學生分析解題思路和步驟，使答題過程更加規范。未來大平臺智能測評系統將致力于在全學科開展智能評價與反饋，如在語言學習方面，智能評價系統可以對學生口語的發音、情感調用、流利性、語法掌握等進行評價及反饋。通過智能測評系統學生可以根據自己的需求對外語做提升工作或進行其他語言的學習嘗試。

3.人工智能支持下的“互聯網+教育”大平臺智能管理系統

大平臺智能管理系統通過建立“互聯互通、信息共享、業務協同”式的體系，實現功能得到集成和優化的教育業務管理信息系統，全面提升教育業務管理、教學管理等工作效率，全方位、全過程、全天候地支持和助力教育管理工作的開展。學?？梢愿鶕悄芄芾砥脚_對新入學學生的學習、性格、家庭等基本情況進行了解，對學生進行科學分班，指派相適應的教師進行教學，使教學更加符合和適應學生的特點。智能管理系統幫助學校在學生日常管理、資產管理和財務管理等方面的工作更加科學化、系統化、精確化。教育行政部門可以通過智能系統了解各中小學經費、校舍、教學設備、教學活動等學校辦學方面系統的數據信息。通過大數據分析和建立模型而產生的決策，將更好地促進教育優質資源的調動和分配，確保教育經費得到更好的利用，使貧困區域的學生得到精準扶貧，特色發展區域的學校得到支持。

三、基礎教育領域人工智能教育課程開展

（一）人工智能教育課程目標

2016年9月，中國學生發展核心素養得以確定，以培養“全面發展的人”為核心，培養目標分為文化基礎、自主發展、社會參與三個大方向[10]。人工智能教育課程的目標要以社會需求為導向，在人工智能時代，應該以“全面發展的人”為核心，重點培養學生的終身學習素養、計算思維素養、設計思維素養和交互思維素養，培養學生五種能力——高階認知能力、創新能力、聯結能力、意義建構能力和元認知能力。[11]

（二）人工智能教育課程開展形式

從我國教育的普遍發展狀況來看，現階段并不具備普遍開設人工智能教育課程的條件，同時人工智能的深層次教育并不一定適合所有學生的發展需求。因此，要將人工智能教育融入現有學科教學當中并以新型教育體系來進行，具體可以分為三個層次，如圖2所示。在基礎學科進行廣泛開展，將人工智能的通識性知識有效地和數學、物理、科學等課程結合起來傳授;在信息技術課堂開展基礎性人工智能專題學習，對人工智能進行較為系統的講授，通過體驗人工智能產品來增加學生對人工智能學習的興趣，并學習基于可視化的簡單編程內容;以社團的形式組織那些對人工智能有極大興趣并愿意投入時間來學習的學生進行專業性人工智能學習，開展基于算法的編程學習和機器人學習，使學生的創新思維、組織溝通能力、動手操作能力、自我認知能力等在團隊協作活動中得到鍛煉和提升。

1.廣泛開展及學科開展

在教育教學中，將人工智能融入傳統基礎學科課程的教學活動也正越來越多地發生。比如在地理課程中，利用Scratch來進行地圖游戲的制作，通過以任務為導向的游戲化學習來加深學生對地圖的了解和認知;在物理課程中，關于光學、力學、聲學的部分問題可以通過編程機器人應用來完成學習;在語文教學中，也可以通過機器人編寫程序來完成古詩詞的學習;在英語課程中，通過人工智能語音識別系統應用增添學生的學習趣味。

當前信息技術課程已成人工智能教學課程的主要應用環境。在小學信息技術課程中，大多數省、市的信息技術課本中包含了機器人學習模塊和圖形化智能編程模塊，這些模塊化的學習幫助學生對人工智能有了簡單的側面了解。在初中階段，人工智能已經正式成為信息技術的教學模塊之一，幫助學生學習人工智能的基本概念、機器人簡單編程、邏輯算法及人工智能倫理道德等內容，使學生對人工智能有了較為全面的了解，為日后的深入學習探索打下了一定的學習基礎。在高中階段，學生可以通過信息技術課程和通用技術課程來對人工智能的算法、計算機語言、機器人編程等內容進行學習，使學生了解計算機語言，解決復雜算法的優化、明確信息安全及人工智能倫理道德的底線。

2.社團開展

由于現實的原因，目前的人工智能處于探索教學的階段，教師以完成學科教學為主要目的，根據特定教學內容和專題模塊進行教學，在一定程度上滿足了學生的初步學習，但對于人工智能“特長生”來說卻只是淺嘗輒止性的教學，因此，為了使這些“特長生”能夠進行更好的學習，學校就要想辦法組織開展社團形式的人工智能教育。在社團開展基于STEM教育或創客教育的人工智能深度學習，通過真實的情境設置，以問題或項目為驅動，以合作探究和自主學習為基礎，結合不同學科的知識，采用新技術、新工具解決問題或完成項目，將人工智能應用于社會生活的情境當中，幫助學生提升自我和共同提高。

四、人工智能在基礎教育領域發展的保障及注意事項

（一）人工智能在基礎教育領域發展的保障

1.提升教師人工智能方面的綜合素養

影響人工智能與基礎教育教學深度融合的一個關鍵因素就是教師，隨著人工智能的快速發展，教師的信息素養、教育理論素養、思維方式亟待提升。教師主動適應人工智能的關鍵在于教師思想觀念的轉變，只有讓教師感受到人工智能帶來的驚奇和實惠，教師方可從內心接受人工智能。同時，要為人工智能教育課程培養專任教師，強化課程內容的專業性，促使學校人工智能課程得到有效開展。

2.建設開放的“互聯網+教育”大平臺

大平臺建設需要嵌入大量的應用技術（如學習分析技術、模式識別技術、語音識別技術等）來輔助教學、科研、管理等工作的開展，大量的應用技術嵌入不能單靠政府投資，要以開放的態度，吸納更多的教育企業，發揮政府和市場的共同力量來完成。政府可以通過開放一定數據資源來鼓勵企業的投入，促使教育企業提供滿足基礎教育教學的技術應用資源。同時，教育企業的盈利點不應依賴政府的教育支出，堅持用戶思維、極致思維等互聯網思維，通過滿足基礎教育教學工作需求，增加師生使用服務資源的黏度，實現盈利就會是水到渠成的事情。

3.明確政府職能，促進人工智能在基礎教育領域穩步發展

政府要進一步制定與我國基礎教育發展相適應的政策，保證基礎教育領域人工智能的專項經費，啟動“人工智能+教育”示范區建設，通過典型示范學校、示范區的建設來進一步推動人工智能在教育領域的發展（如河北省培育產業集群，建設雄安新區人工智能技術研發與產業發展示范區）;鼓勵互聯網企業，依托自身技術優勢，將人工智能應用技術向基礎教育領域延伸;建立健全數據管理模式和網絡安全管理標準，確保大平臺個人數據的隱私和網絡安全;加強各級教育督導和第三方評估，確保人工智能在基礎教育領域落地生根，開花結果。

（二）人工智能在基礎教育領域發展的注意事項

1.人工智能時代下的信息安全

在人工智能時代，信息安全關系著整個社會的安全穩定，在基礎教育領域，由于人工智能支持下的“互聯網+教育”大平臺匯集大量學生、教師、家長、學校的信息，這些信息一旦被不法分子或不良企業濫用，無疑將對社會造成巨大的危害。因此，在發展大平臺的同時要做好網絡安全工作，通過網絡安全技術的應用和政策法規的制定來確保數據使用和開放數據過程中個人信息隱私的保護和相關數據的安全，防止大平臺各項數據泄露。

2.人工智能不是為學生增負

人工智能在教育領域的應用為的是使學生有更多的時間能進行個性化選擇，讓學生更好、更快樂地學習，而不是增加學生的課后學習負擔。人工智能對學生學習的全過程進行支持和輔助，并不要求占用學生的課后時間進行教學，而需要通過課前和課后對教學的支持來提高學生的學習能力和動機，這部分的重點在于學生前期的自主學習能力培養和后期的興趣拓展延伸，是促進學生自我發展的有效動力，為學生的終身學習打下基礎。

3.人工智能在教育領域的倫理道德

在發展初期，人工智能就飽受倫理道德方面的爭議，作為一項復雜技術，在對數據記錄和進行人機交互的過程中，極有可能發生觸及法律、道德倫理的問題。我們要盡早未雨綢繆，根據可能發生的事件做出一定的預防應急措施，制定相應的管理辦法，避免人工智能技術在教育教學領域進行沒有底線的使用。堅持文化自信，發揮中國傳統文化的引導和約束作用，避免人工智能在教育領域應用出現偏差，對師生的教育學習造成不必要的影響。

參考文獻

[1]賈積有.人工智能賦能教育與學習[J].遠程教育雜志，2018，（1）：39-47.

[2]劉凱，胡祥恩，王培.機器也需教育？論通用人工智能與教育學的革新[J].開放教育研究，2018，（1）：10-15.

[3]張坤穎，張家年.人工智能教育應用與研究中的新區、誤區、盲區與禁區[J].遠程教育雜志，2017，（5）：54-63.

[4]余明華，馮翔，祝智庭.人工智能視域下機器學習的教育應用與創新探索[J].遠程教育雜志，2017，（3）：11-21.

[5]閆志明，唐夏夏，秦旋，等.人工智能（EAI）的內涵、關鍵技術與應用趨勢——美國《為人工智能的未來做好準備》和《國家人工智能研發戰略規劃》報告解析[J].遠程教育雜志，2017，（1）：26-35.

[6]牟智佳.“人工智能+”時代的個性化學習理論重思與開解[J].遠程教育雜志，2017，（3）：22-30.

[7]陳凱泉，何瑤，仲國強.人工智能視域下的信息素養內涵轉型及AI教育目標定位——兼論基礎教育階段AI課程與教學實施路徑[J].遠程教育雜志，2018，（1）：61-71.

[8]唐燁偉，解胱，郭麗婷，等.基于教育人工智能支持下的STEM跨學科融合模式研究[J].中國電化教育，2017，（8）：46-52.

[9]教育部.教育部關于數字教育資源公共服務體系建設與應用的指導意見[EB/OL].（2017-12-22）[2018-05-10].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201802/t20180209_327174.html.

[10]百度百科.中國學生發展核心素養[EB/OL].（2018-01-27）[2018-06-10].https：//baike.baidu.com/item/中國學生發展核心素養/

20361439？fr=aladdin.

[11]汪瑞林.人工智能時代需培養學生怎樣能力[N].中國教育報，2018-05-18（001）.

Research on the Development Path of Artificial Intelligence in the Field of Basic Education

QIU Xuelian1，QI Zhenguo1，LI Jingao2

（1.School of Educational Technology，Shenyang Normal University，Shenyang，Liaoning，China 110034;

2.Education Information Center of Sujiatun District，Shenyang，Liaoning，China 110101）

Abstract： With the continuous development of information technology，artificial intelligence （AI） has brought about enormous opportunities and challenges to the basic education field.It is necessary to make full use of AI technology to bring new vitality to the reform and innovation in the field of basic education，and to effectively fulfill the peoples satisfaction of education.This article starts with the research status of AI in the field of educational technology in China，and explores how to integrate AI technology into the basic education field.Then，it discusses how AI brings personalized，convenient and efficient services to the teaching and management of basic education.Subsequently，it introduces the form of AI education courses in the basic education stage.Finally，it discusses AI in terms of development guarantee，and considerations of basic education teaching.

Key words： artificial intelligence;basic education;large platform;curriculum form