人工智能在我國(guó)教育領(lǐng)域應(yīng)用的可視化分析*

劉 勇 生曉婷 李 青

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人工智能在我國(guó)教育領(lǐng)域應(yīng)用的可視化分析*

劉 勇 生曉婷 李 青

（北京郵電大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院，北京 100088）

人工智能為我國(guó)教育領(lǐng)域帶來(lái)深刻變革，使教育向智能化方向發(fā)展。文章以CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)為研究對(duì)象，基于主題“人工智能”和“教育”、“AI”和“教育”進(jìn)行檢索后對(duì)2006～2017年間的文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析。文章首先利用CiteSpace可視化工具，基于關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行研究熱點(diǎn)和研究前沿分析，然后通過(guò)聚類(lèi)算法對(duì)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)討論，最后探討了人工智能對(duì)教育的影響，并對(duì)人工智能在我國(guó)教育領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)行反思。

人工智能；教學(xué)技術(shù)；CiteSpace；可視化分析

一 概述

人工智能（Artificial Intelligence，AI）的概念首次在1956年召開(kāi)的美國(guó)達(dá)特茅斯會(huì)議上提出。自20世紀(jì)70年代起，許多國(guó)家都開(kāi)展了人工智能的研究，涌現(xiàn)出了大量的研究成果。2016年，在百度舉辦的“暢想教育科技高峰論壇”上，來(lái)自各領(lǐng)域的專(zhuān)家學(xué)者共同探討了人工智能在未來(lái)教育的發(fā)展方向[1]。全球新經(jīng)濟(jì)行業(yè)數(shù)據(jù)挖掘和分析機(jī)構(gòu)iiMedia Research發(fā)布的《2017年中國(guó)在線(xiàn)教育行業(yè)白皮書(shū)》顯示，人工智能/大數(shù)據(jù)技術(shù)將使大范圍個(gè)性化教育成為可能[2]。美國(guó)新媒體聯(lián)盟聯(lián)合北京師范大學(xué)智慧學(xué)習(xí)研究院發(fā)布的《2017中國(guó)高等教育技術(shù)展望：地平線(xiàn)項(xiàng)目區(qū)域報(bào)告》中指出，未來(lái)4～5年內(nèi)，情感計(jì)算、機(jī)器人技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)將對(duì)中國(guó)高等學(xué)校產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[3]，而這些技術(shù)都是人工智能領(lǐng)域中的主要研究?jī)?nèi)容。在教育領(lǐng)域，人工智能技術(shù)具有極大的創(chuàng)新潛力和應(yīng)用前景，我國(guó)在教育人工智能領(lǐng)域進(jìn)行了積極的探索和研究，有必要對(duì)這些研究成果進(jìn)行梳理。

二 研究設(shè)計(jì)

本研究主要聚焦于我國(guó)教育人工智能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、研究前沿及關(guān)鍵詞聚類(lèi)這三個(gè)方面。本研究借助軟件CiteSpace，繪制了教育人工智能應(yīng)用的知識(shí)圖譜，并通過(guò)內(nèi)容分析法對(duì)檢索到的文獻(xiàn)進(jìn)行分析，從而對(duì)人工智能技術(shù)在我國(guó)教育領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)梳理和闡述。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究以CNKI學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)來(lái)源，以“人工智能”和“教育”、“AI”和“教育”作為主題詞進(jìn)行檢索，選定文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間為2006～2017年，共獲得文獻(xiàn)1186篇，剔除無(wú)作者、無(wú)關(guān)鍵詞、與主題相關(guān)度不高等無(wú)效數(shù)據(jù)，得到有效文獻(xiàn)數(shù)量共1086篇，其中期刊629篇、碩博士學(xué)位論文457篇。

2 研究步驟

本研究首先將所篩選的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)CiteSpace自帶的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換器進(jìn)行預(yù)處理，再導(dǎo)入到CiteSpace中進(jìn)行科學(xué)知識(shí)圖譜生成。CiteSpace的參數(shù)設(shè)置如下：時(shí)間段為2006～2017年，時(shí)間切片為1年，節(jié)點(diǎn)類(lèi)型為“關(guān)鍵詞（Keyword）”，分析數(shù)據(jù)的閾值為topN%=50%，并采用Pathfinder裁剪方法，最終生成相關(guān)圖譜。

三 研究結(jié)果

1 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分析

（1）熱點(diǎn)分析

本研究首先運(yùn)行CiteSpace使節(jié)點(diǎn)以年輪樣式顯示，然后進(jìn)行關(guān)鍵詞熱點(diǎn)分析。本研究對(duì)高頻詞和中介中心性較高（取值高于0.1、帶有紫色圓環(huán)）的詞進(jìn)行綜合分析從而判定熱點(diǎn)。除去基本關(guān)鍵詞“人工智能”后得到高頻與高中介中心性關(guān)鍵詞的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)圖譜如圖1所示，圖1顯示共有9個(gè)熱點(diǎn)關(guān)鍵詞，關(guān)鍵詞右側(cè)括號(hào)中的數(shù)值分別為該關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻次與中心性值。

上述9個(gè)熱點(diǎn)關(guān)鍵詞可大致歸納為四個(gè)方面：①信息技術(shù)方面，主要涉及“數(shù)據(jù)挖掘”、“Agent”和“自然語(yǔ)言處理”，這三個(gè)關(guān)鍵詞對(duì)應(yīng)相關(guān)的信息技術(shù)，說(shuō)明在教育領(lǐng)域主要采用人工智能中的此類(lèi)技術(shù)為教育提供服務(wù)；②教育理論知識(shí)方面，主要涉及“遠(yuǎn)程教育”和“在線(xiàn)教育”，這兩種教育方式突破了時(shí)空界限，更多地運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與環(huán)境開(kāi)展教育，用戶(hù)規(guī)模巨大，并應(yīng)用大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，因此與人工智能技術(shù)的結(jié)合更緊密；③人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域中的典型應(yīng)用，主要涉及關(guān)鍵詞“智能教學(xué)系統(tǒng)”，通過(guò)分析學(xué)習(xí)行為，提供更好的學(xué)習(xí)路徑；④關(guān)鍵詞“智能制造”，它是由智能機(jī)器和人類(lèi)專(zhuān)家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它使制造自動(dòng)化的概念高度集成化、智能化，該熱點(diǎn)在我國(guó)教育領(lǐng)域中主要應(yīng)用于制造業(yè)的職業(yè)技能培訓(xùn)方面。

圖1 高頻與高中介中心性關(guān)鍵詞可視化圖譜

圖2 突現(xiàn)關(guān)鍵詞可視化圖譜

（2）前沿分析

本研究選擇突現(xiàn)值＞5的關(guān)鍵詞作為前沿關(guān)鍵詞，除去基本關(guān)鍵詞“人工智能”后得到的突現(xiàn)關(guān)鍵詞可視化圖譜如圖2所示。圖2中方框示出的是突現(xiàn)值＞5的7個(gè)突現(xiàn)關(guān)鍵詞，關(guān)鍵詞右側(cè)括號(hào)中的數(shù)值為該關(guān)鍵詞的突現(xiàn)值。為進(jìn)一步從時(shí)間維度上顯示前沿關(guān)鍵詞演進(jìn)的視圖，本研究采用CiteSpace中“時(shí)區(qū)視圖”的呈現(xiàn)方式展示出關(guān)鍵詞的更新和相互影響，如圖3所示。由圖3可知，7個(gè)突現(xiàn)關(guān)鍵詞出現(xiàn)的時(shí)間集中在2006～2007年。

圖3 時(shí)間區(qū)域方式呈現(xiàn)的突現(xiàn)關(guān)鍵詞可視化圖譜

圖4 關(guān)鍵詞聚類(lèi)分析可視化圖譜

Agent的研究集中在2006～2008年，教育信息化的普及和遠(yuǎn)程教育的發(fā)展使得基于Agent技術(shù)的教育應(yīng)用研究不斷涌現(xiàn)。專(zhuān)家系統(tǒng)的突現(xiàn)時(shí)間集中在2006～2012年，在此期間，專(zhuān)家系統(tǒng)由最初的專(zhuān)業(yè)化解決專(zhuān)門(mén)問(wèn)題到單學(xué)科專(zhuān)業(yè)型、應(yīng)用型系統(tǒng)再到多學(xué)科綜合型系統(tǒng)不斷發(fā)展。本體的突現(xiàn)集中在2006～2010年，這一時(shí)期隨著遠(yuǎn)程教育的發(fā)展出現(xiàn)了各種網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，創(chuàng)建了各種學(xué)習(xí)資源。遺傳算法突現(xiàn)時(shí)間為2006～2011年，應(yīng)用最多的是智能組卷。智能教學(xué)系統(tǒng)的研究集中在2007～2012年，人工智能不斷從計(jì)算智能、感知智能向認(rèn)知智能發(fā)展，智能教學(xué)系統(tǒng)也伴隨新技術(shù)的出現(xiàn)而改善升級(jí)[4]。數(shù)據(jù)挖掘在教育領(lǐng)域中的突現(xiàn)出現(xiàn)在2007年，一直延續(xù)至2015年，是所有前沿關(guān)鍵詞中時(shí)間跨度最長(zhǎng)的，能夠應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育、高等教育等多種教育形式，以及智能教學(xué)系統(tǒng)、教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)、教學(xué)輔助系統(tǒng)等多種類(lèi)型的教學(xué)系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)提供了強(qiáng)大的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

2 聚類(lèi)分析

本研究針對(duì)關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)通過(guò)對(duì)數(shù)似然率算法（Log-Likelihood Rate，LLR）進(jìn)行聚類(lèi)，并以該類(lèi)中LLR算子取值最高的特征詞的名稱(chēng)作為聚類(lèi)名稱(chēng)，得到聚類(lèi)結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，共得到12個(gè)聚類(lèi)，本研究將這12個(gè)聚類(lèi)進(jìn)一步歸納為三大類(lèi)：教育領(lǐng)域中采用的人工智能技術(shù)、人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域中應(yīng)用的產(chǎn)物、人工智能技術(shù)對(duì)教育理論的影響，下面分別從這三個(gè)方面對(duì)各聚類(lèi)內(nèi)容進(jìn)行分析。

（1）教育領(lǐng)域中采用的人工智能技術(shù)——6個(gè)聚類(lèi)

#0人工智能聚類(lèi)下提取出的特征詞有人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、三維建模等。虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)三維逼真圖像，能高度模擬人在環(huán)境中的各種感知行為，讓觀察者有身臨其境的感受，并很好地感知和研究客觀事物的變化規(guī)律。尹偉等[5]從警務(wù)實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練的角度，探索了VR的教學(xué)模式，如在公安現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法教學(xué)中，教師可通過(guò)VR技術(shù)構(gòu)建案件場(chǎng)景，讓學(xué)員的語(yǔ)言控制、動(dòng)作技能、武力使用在虛擬現(xiàn)實(shí)中最大限度地得到訓(xùn)練。由于VR技術(shù)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，各高校也陸續(xù)開(kāi)始研發(fā)相關(guān)課程并予以實(shí)施。盧梅麗等[6]對(duì)VR技術(shù)課程的教學(xué)改革進(jìn)行了研究，通過(guò)講授VR技術(shù)來(lái)培養(yǎng)高精尖職業(yè)技能型人才。

#1本體聚類(lèi)下提取出的特征詞有本體、個(gè)性化學(xué)習(xí)、Agent、智能教學(xué)系統(tǒng)等。人工智能領(lǐng)域的學(xué)者Neches等[7]最早提出本體（Ontology）一詞，認(rèn)為本體是構(gòu)成相關(guān)領(lǐng)域詞匯的基本術(shù)語(yǔ)和關(guān)系，以及利用這些術(shù)語(yǔ)和關(guān)系構(gòu)成的、規(guī)定這些詞匯外延的規(guī)則。Jiang等[8]通過(guò)本體來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中的個(gè)性化需求。Agent一詞在國(guó)內(nèi)通常被翻譯為“智能體”或“艾真體”，為實(shí)現(xiàn)個(gè)性化智能教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用提供幫助[9]。基于Agent的分布式和集中式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式，可以針對(duì)不同的學(xué)生個(gè)體提出相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，較好地解決了傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的一些問(wèn)題[10]。

#5學(xué)習(xí)分析聚類(lèi)下提取出的特征詞有學(xué)習(xí)分析、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間、自適應(yīng)學(xué)習(xí)等。美國(guó)普渡大學(xué)構(gòu)建的名為“課程信號(hào)（Course Signals）”的教師教學(xué)支持與學(xué)習(xí)干預(yù)系統(tǒng)，就是利用學(xué)習(xí)分析的各種技術(shù)手段幫助教師了解每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，不斷改進(jìn)教學(xué)方法，并為學(xué)習(xí)者提供及時(shí)且具有針對(duì)性的反饋[11]。賀相春等[12]在明確網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，分析了系統(tǒng)的功能演變，提出人工智能驅(qū)動(dòng)大數(shù)據(jù)分析、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、可穿戴技術(shù)的交叉融合，使得原有的學(xué)習(xí)環(huán)境可以借助智能代理、智能導(dǎo)師、智能學(xué)伴等，為學(xué)習(xí)者提供智能化的學(xué)習(xí)服務(wù)。

#6專(zhuān)家系統(tǒng)聚類(lèi)下提取出的特征詞有專(zhuān)家系統(tǒng)、推理機(jī)、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（Computer Aided Instruction，CAI）等。專(zhuān)家系統(tǒng)可以在程序系統(tǒng)中存儲(chǔ)某個(gè)專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域的專(zhuān)家知識(shí)（知識(shí)庫(kù)），并且擁有類(lèi)似領(lǐng)域?qū)＜医鉀Q實(shí)際問(wèn)題的推理機(jī)制（推理機(jī)），最終實(shí)現(xiàn)人機(jī)的互動(dòng)（人機(jī)接口）。方利偉等[13]利用機(jī)器人語(yǔ)言設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)時(shí)專(zhuān)家系統(tǒng)，它可以自動(dòng)獲取傳感器信號(hào)，根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的規(guī)則庫(kù)進(jìn)行推理，得到下一步執(zhí)行的指令，從而控制機(jī)器人的行動(dòng)。推理機(jī)一般在專(zhuān)家系統(tǒng)中用來(lái)控制、協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)[14]。這些技術(shù)將人工智能理論變成實(shí)踐并應(yīng)用于CAI系統(tǒng)中，形成智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)，可以幫助學(xué)生對(duì)大量知識(shí)進(jìn)行選擇、判斷、處理。

#10關(guān)聯(lián)規(guī)則聚類(lèi)下提取出的特征詞有關(guān)聯(lián)規(guī)則、遺傳算法、試題庫(kù)、智能組卷等。關(guān)聯(lián)規(guī)則的挖掘算法被應(yīng)用于包括教育在內(nèi)的很多行業(yè)和研究領(lǐng)域。例如，通過(guò)改進(jìn)的Apriori關(guān)聯(lián)算法挖掘出高職院校教務(wù)信息中的規(guī)則，用于構(gòu)建學(xué)生培養(yǎng)模型、成績(jī)預(yù)警模型、教學(xué)質(zhì)量評(píng)估模型等。此外，關(guān)聯(lián)規(guī)則也可以對(duì)基于遺傳算法的智能組卷系統(tǒng)進(jìn)行考試數(shù)據(jù)的挖掘與分析[15]。余紅朝[16]在分析傳統(tǒng)的組卷算法和策略的基礎(chǔ)上，結(jié)合遺傳算法，以知識(shí)點(diǎn)為基本的考查點(diǎn)，把試題個(gè)數(shù)作為試卷最重要的約束目標(biāo)，提出了改進(jìn)的自動(dòng)組卷算法，并在實(shí)際運(yùn)行中證明自動(dòng)組卷算法能快速生成質(zhì)量相對(duì)較好的試卷。

#11媒體融合聚類(lèi)下提取出的特征詞有媒體融合、科技革命、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。電子和信息技術(shù)的普及應(yīng)用開(kāi)啟了第五次科技革命[17]。媒體融合指的是各種媒介呈現(xiàn)多功能一體化的趨勢(shì)，信息傳輸通道變得多元化，報(bào)紙、電視等傳統(tǒng)媒體與互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)、智能終端等新媒體結(jié)合起來(lái)，為信息、知識(shí)的傳播提供了不同形式、不同平臺(tái)。如賈寧[18]基于物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)校園教育互聯(lián)系統(tǒng)，充分利用手機(jī)短信、定位、攝像頭服務(wù)、射頻識(shí)別等功能，使學(xué)生、家長(zhǎng)、老師之間可以無(wú)縫連接溝通。

（2）人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域中應(yīng)用的產(chǎn)物——3個(gè)聚類(lèi)

#2智能機(jī)器人聚類(lèi)下提取出的特征詞有智能機(jī)器人、機(jī)器人教學(xué)、智能制造等。隨著人工智能越來(lái)越多地被應(yīng)用于教育教學(xué)中，類(lèi)似朗讀課文、點(diǎn)名、監(jiān)考、收發(fā)試卷等這樣的輔助性或重復(fù)性勞動(dòng)可以由人工智能替代老師完成[19]。東京理科大學(xué)小林宏教授制造的仿人機(jī)器教師“薩亞”可以在面部呈現(xiàn)6種表情，會(huì)講大約700個(gè)單詞、300個(gè)短語(yǔ)，并且可以對(duì)一些詞語(yǔ)和問(wèn)題做出回應(yīng)，還可以學(xué)會(huì)講各種語(yǔ)言[20]。除此之外，周蘭菊等[21]從智能制造企業(yè)的崗位能力需求出發(fā)，分析了智能制造的特點(diǎn)和技術(shù)技能人才崗位能力需求的變化，并結(jié)合學(xué)校的實(shí)踐，探索并提出了適合智能制造企業(yè)人才需求的高職人才培養(yǎng)的一些新舉措。

#3高考狀元聚類(lèi)下提取出的特征詞有高考狀元、語(yǔ)音識(shí)別、科大訊飛等。2017年，學(xué)霸君公司研發(fā)的智能教育機(jī)器人Aidam與兩人一組的6名高考狀元同臺(tái)挑戰(zhàn)了2017年高考數(shù)學(xué)試題，完成了整張?jiān)嚲淼慕獯穑凑赵u(píng)分標(biāo)準(zhǔn)得到了134分的最終成績(jī)，三組高考狀元分別得到146分、140分、119分[22]。科大訊飛是國(guó)內(nèi)最大的智能語(yǔ)音技術(shù)提供商，廣東高考英語(yǔ)的口語(yǔ)環(huán)節(jié)目前由科大訊飛提供的計(jì)算機(jī)語(yǔ)音技術(shù)完成考核，不需要再投入任何師資；在與廣東省考生經(jīng)過(guò)幾年磨合后，2015年即實(shí)現(xiàn)以機(jī)器評(píng)閱為主、人工審核為輔的全新評(píng)閱方式。另外，科大訊飛還推出了一款叫“e天說(shuō)”的英語(yǔ)學(xué)習(xí)應(yīng)用，用于學(xué)生口語(yǔ)訓(xùn)練[23]。

#8人類(lèi)智能聚類(lèi)下提取出的特征詞有人類(lèi)智能、李世石、谷歌公司、技術(shù)浪潮等。2016年3月5日，谷歌公司的圍棋人工智能AlphaGo在與韓國(guó)棋手李世石的一場(chǎng)轟動(dòng)全球的“人機(jī)大戰(zhàn)”中，以總比分4:1獲勝，AlphaGo的圍棋世界排名由此躍升至世界第二。2017年5月，中國(guó)棋王柯潔向AlphaGo發(fā)出了挑戰(zhàn)，最終結(jié)果是AlphaGo獲勝。雖然代表人類(lèi)智慧的柯潔在比賽中以失敗告終，但是這場(chǎng)比賽本身的歷史意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其結(jié)果的勝負(fù)[24]。大家的討論也使教育領(lǐng)域掀起了一股人工智能技術(shù)浪潮，為此，奚駿[25]提出教師要關(guān)注技術(shù)、辨別技術(shù)、引領(lǐng)技術(shù)，從而促進(jìn)教育公平、助力教育創(chuàng)新、實(shí)現(xiàn)教育與技術(shù)的雙贏發(fā)展。

（3）人工智能技術(shù)對(duì)教育理論的影響——3個(gè)聚類(lèi)

這3個(gè)聚類(lèi)分別是#4教育理念、#7創(chuàng)客教育和#9高等教育，而該大類(lèi)下提取出的特征詞有教育理念、創(chuàng)客教育、高等教育、遠(yuǎn)程教育等。由此可知，這三個(gè)聚類(lèi)都側(cè)重教育理論，涉及教育理念的轉(zhuǎn)變。隨著創(chuàng)客教育的興起和教育信息化進(jìn)程的加快，基于遠(yuǎn)程教學(xué)方式的個(gè)性化教育在教育人工智能領(lǐng)域占據(jù)重要地位。如在睿易云教學(xué)系統(tǒng)中，學(xué)習(xí)者課前自主學(xué)習(xí)和課后系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)者的反饋重新制定課堂設(shè)計(jì)，通過(guò)這樣的課堂設(shè)計(jì)理念，大大提高了教學(xué)效果[26]。國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中指出，為了推進(jìn)我國(guó)人工智能技術(shù)的發(fā)展，要大力推進(jìn)編程教育并且設(shè)置人工智能相關(guān)學(xué)科，在教育中融入更多信息化元素[27]，創(chuàng)客教育為國(guó)家培養(yǎng)信息化創(chuàng)新型人才提供了一種有效的教育模式。如清華大學(xué)以創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)“三創(chuàng)融合”的核心理念打造“三創(chuàng)”創(chuàng)客空間、開(kāi)發(fā)多維立體化課程、開(kāi)設(shè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)位教育、舉辦各類(lèi)賽事及活動(dòng)，為在全國(guó)高等院校中實(shí)行創(chuàng)客教育起到了引領(lǐng)示范的作用[28]。創(chuàng)客教育在高等教育中的應(yīng)用使學(xué)生成為知識(shí)生態(tài)系統(tǒng)中的積極貢獻(xiàn)者[29]，使他們能夠創(chuàng)造性地思考問(wèn)題、實(shí)踐創(chuàng)新過(guò)程。

四 研究討論

1 人工智能對(duì)教育的影響

通過(guò)上述CiteSpace對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的可視化分析以及對(duì)于聚類(lèi)后的文獻(xiàn)分析，可以了解到人工智能對(duì)教育的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①人工智能作為教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容。目前，我國(guó)在中小學(xué)教學(xué)中設(shè)置編程課程來(lái)為學(xué)生的計(jì)算機(jī)編程能力打下基礎(chǔ)[30]。此外，人工智能是涉及機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語(yǔ)言處理等許多復(fù)雜技術(shù)的學(xué)科，所以在高等教育中，許多院校已經(jīng)開(kāi)設(shè)了人工智能學(xué)院、人工智能相關(guān)專(zhuān)業(yè)，以系統(tǒng)地培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)性與研究性人才[31]。

②人工智能增進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的深度理解。教育信息化的發(fā)展使許多數(shù)字化的新媒體進(jìn)入教室，教學(xué)內(nèi)容通過(guò)多種方式呈現(xiàn)出來(lái)，幫助教師和學(xué)生更方便、更有效地進(jìn)行傳授和學(xué)習(xí)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)出現(xiàn)后，課程內(nèi)容發(fā)生了很大變化，不再是單純的文字或者二維幻燈片，而是通過(guò)三維的物體、動(dòng)畫(huà)、視頻等形式呈現(xiàn)，甚至現(xiàn)實(shí)中無(wú)法通過(guò)肉眼觀看的內(nèi)容（如電流的走向、人體血液的流動(dòng)等）都可以在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，并生動(dòng)直觀地給學(xué)習(xí)者展現(xiàn)出來(lái)，從而增進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的深度理解。

③人工智能助力教學(xué)評(píng)估。智能測(cè)評(píng)系統(tǒng)在全程參與學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過(guò)程后，對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)、測(cè)試和分析，并反饋結(jié)果，從而達(dá)到完善方案的目的。例如，目前國(guó)內(nèi)外一些相對(duì)有影響力的智能導(dǎo)師系統(tǒng)都擁有測(cè)試和評(píng)估的功能，它們能記錄并評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為，并在這個(gè)過(guò)程中達(dá)到不斷優(yōu)化教學(xué)的目的[32]；在英語(yǔ)教學(xué)中，智能測(cè)評(píng)系統(tǒng)可以診斷學(xué)習(xí)者在英語(yǔ)寫(xiě)作中存在的錯(cuò)誤，分析原因并采取糾正和指導(dǎo)措施，可以使用智能語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，代替人工進(jìn)行口語(yǔ)考試等[33]。

2 人工智能在我國(guó)教育領(lǐng)域中的反思

基于上述可視化結(jié)果和內(nèi)容分析，對(duì)人工智能在我國(guó)教育領(lǐng)域中的研究反思如下：

①加強(qiáng)人工智能背景下教師和技術(shù)人員的培養(yǎng)和深度合作。教師在教學(xué)活動(dòng)中發(fā)揮著非常重要的作用，人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用程度離不開(kāi)教師對(duì)人工智能技術(shù)的理解。然而與人工智能中的技術(shù)發(fā)展相比，人工智能在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用存在一定的滯后性。究其原因，主要是人工智能涉及的技術(shù)非常復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用中需要具有一定專(zhuān)業(yè)背景知識(shí)的人來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，而具有這種背景知識(shí)的專(zhuān)業(yè)人士又往往缺乏教育理論基礎(chǔ)，因此應(yīng)加強(qiáng)兩個(gè)領(lǐng)域?qū)I(yè)人士的溝通合作，才能開(kāi)發(fā)出更智能化的教育產(chǎn)品。

②貫徹落實(shí)政府對(duì)人工智能的支持政策。自2014年以來(lái)，我國(guó)政府部門(mén)先后在各種場(chǎng)合和重要政府文件中強(qiáng)調(diào)人工智能發(fā)展的重要性。2018年4月2日，教育部印發(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，引導(dǎo)高校以世界科技前沿為目標(biāo)，強(qiáng)化基礎(chǔ)研究，實(shí)現(xiàn)前瞻性基礎(chǔ)研究和引領(lǐng)性原創(chuàng)成果的重大突破，進(jìn)一步提升高校人工智能領(lǐng)域科技創(chuàng)新、人才培養(yǎng)和服務(wù)國(guó)家需求的能力[34]。在未來(lái)的幾年中，要將優(yōu)化高校人工智能領(lǐng)域科技創(chuàng)新體系、完善人工智能領(lǐng)域人才培養(yǎng)體系、推動(dòng)高校人工智能領(lǐng)域科技成果轉(zhuǎn)化與示范應(yīng)用作為教育發(fā)展重點(diǎn)任務(wù)。

③重視人工智能教育帶來(lái)的隱私和歧視問(wèn)題。學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)是學(xué)生的隱私，在未來(lái)是否可以嘗試讓學(xué)生擁有自己的數(shù)據(jù)，并有權(quán)決定是否將其交給學(xué)校或其它教育機(jī)構(gòu)來(lái)分析使用。另外，在智能教育平臺(tái)的產(chǎn)業(yè)中要制定相應(yīng)的隱私標(biāo)準(zhǔn)，讓行業(yè)中的開(kāi)發(fā)者和運(yùn)營(yíng)者有標(biāo)準(zhǔn)可循。此外，人工智能條件下的預(yù)測(cè)算法可能會(huì)產(chǎn)生不同程度的歧視。比如，學(xué)校非公開(kāi)地嘗試用機(jī)器學(xué)習(xí)的技術(shù)分析、預(yù)測(cè)學(xué)生的成績(jī)，并通過(guò)這個(gè)結(jié)果來(lái)挑選或決定是否錄取學(xué)生。當(dāng)然我們不能說(shuō)這樣的方式是完全有偏見(jiàn)的歧視行為，但是相應(yīng)的解釋性工具是必須的，我們需要令人信服的理由來(lái)解釋機(jī)器決策的結(jié)果。

五 結(jié)束語(yǔ)

作為21世紀(jì)的尖端科學(xué)技術(shù)之一，人工智能對(duì)教育領(lǐng)域的影響十分深遠(yuǎn)[35]。本研究基于人工智能在我國(guó)教育領(lǐng)域中近12年的文獻(xiàn)研究，對(duì)研究熱點(diǎn)和前沿進(jìn)行了可視化分析，通過(guò)這樣的方式直觀、清晰地獲取我們想了解的信息，并進(jìn)行總結(jié)分析。此外，本研究還通過(guò)聚類(lèi)分析對(duì)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了討論，據(jù)此探討了人工智能對(duì)我國(guó)教育領(lǐng)域的影響，并進(jìn)行了反思。

需要指出的是，本研究也存在一些不足：①本研究雖然盡量在文獻(xiàn)的“質(zhì)”和“量”上達(dá)到平衡，但由于文獻(xiàn)本身的主題詞歸類(lèi)可能存在偏差，人工的數(shù)據(jù)篩選也存在偶然性，一些非學(xué)術(shù)類(lèi)的文獻(xiàn)可能會(huì)為研究的結(jié)論帶來(lái)少量誤差；②本研究雖然通過(guò)關(guān)鍵詞、突現(xiàn)術(shù)語(yǔ)等可以推測(cè)出當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和未來(lái)的研究趨勢(shì)，但這樣的概括分析具有一定的主觀性，導(dǎo)致對(duì)未來(lái)研究方向的概括存在一定的局限性。基于此，在后續(xù)研究中，本研究會(huì)繼續(xù)關(guān)注人工智能技術(shù)的發(fā)展，并追蹤其在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用。

[1]盧楠.從IBM、百度、Udacity等公司的嘗試,看人工智能如何應(yīng)用于教育領(lǐng)域[OL].

[2]艾媒咨詢(xún).艾媒報(bào)告:中國(guó)成人在線(xiàn)外語(yǔ)教育行業(yè)白皮書(shū)[OL].

[3]地平線(xiàn)項(xiàng)目.2017新媒體聯(lián)盟中國(guó)高等教育技術(shù)展望:地平線(xiàn)項(xiàng)目區(qū)域報(bào)告[OL].

[4]陳凱泉,沙俊宏,何瑤,等.人工智能2.0重塑學(xué)習(xí)的技術(shù)路徑與實(shí)踐探索——兼論智能教學(xué)系統(tǒng)的功能升級(jí)[J].遠(yuǎn)程教育雜志,2017,(5):40-53.

[5]尹偉,姬艷濤.VR虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)模式探索——以警務(wù)實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練應(yīng)用為視角[J].公安教育,2017,(11):25-29.

[6]盧梅麗,龔昕.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課程教學(xué)改革研究[J].教育現(xiàn)代化,2017,(39):65-66、87.

[7]Neches R, Fikes R E, Gruber T, et al. Enabling technology for knowledge sharing[J]. AI Magazine,1991,(3):36-56.

[8]Jiang X, Tan P. Learning and inferencing in user ontology for personalized semantic web services[C]. International Conference on World Wide Web. ACM, 2006:1067-1068.

[9]蔡自興,賀漢根.智能科學(xué)發(fā)展的若干問(wèn)題[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào),2002,(S1):142-150.

[10]吳戰(zhàn)杰,秦健.Agent技術(shù)及其在網(wǎng)絡(luò)教育中的應(yīng)用研究[J].電化教育研究,2003,(3):32-36.

[11]鄭旭東,楊九民.學(xué)習(xí)分析在高等教育領(lǐng)域內(nèi)的創(chuàng)新應(yīng)用:進(jìn)展、挑戰(zhàn)與出路[J].中國(guó)電化教育,2016,(2):2-7.

[12]賀相春,郭紹青,張進(jìn)良,等.網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間的系統(tǒng)構(gòu)成與功能演變——網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間內(nèi)涵與學(xué)校教育發(fā)展研究之二[J].電化教育研究,2017,(5):36-42.

[13]方利偉,張劍平.基于實(shí)時(shí)專(zhuān)家系統(tǒng)的智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)教育信息化,2007,(16):69-70.

[14]方毅.嵌入式儀表設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)推理機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].杭州:浙江大學(xué),2006:6-7.

[15]黃海.基于人工智能的考試系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].成都:西南交通大學(xué),2015:12.

[16]余紅朝.基于遺傳算法的組卷研究及題庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[D].重慶:重慶大學(xué),2008:20-51.

[17]余少華.“信息改變了美國(guó)”讀后感——牢牢抓住全球第五次科技革命的戰(zhàn)略機(jī)遇期[J].新遠(yuǎn)見(jiàn),2012,(8):53-59.

[18]賈寧.面向智能終端的校園教育互聯(lián)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2017,(s2):573-576.

[19]北京師范大學(xué)智慧學(xué)習(xí)研究院.2016年全球教育機(jī)器人發(fā)展白皮書(shū)[OL].

[20]本刊編輯部.人工智能的教育應(yīng)用[J].今日教育,2017,(9):11.

[21]周蘭菊,曹曄.智能制造背景下高職制造業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)實(shí)踐與探索[J].職教論壇,2016,(22):64-68.

[22]允中,量子位.直擊高考人機(jī)大戰(zhàn):技術(shù)、爭(zhēng)議與人族勝利[J].智能機(jī)器人,2017,(3):14-17.

[23]劉勝男.吳曉如:人工智能如何改變教育?[J].中國(guó)傳媒科技,2015,(7):52-54.

[24]孫冰.“阿爾法狗”留下的興奮與憂(yōu)傷[J].中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊,2016,(12):84-85.

[25]奚駿.教師該如何應(yīng)對(duì)“新技術(shù)熱潮”[J].人民教育,2017,(20):8.

[26]季友勇.睿易云教學(xué)——引領(lǐng)教學(xué)大翻轉(zhuǎn)[J].人民教育,2017,(12):83.

[27][30]國(guó)發(fā)〔2017〕35號(hào).新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃.[OL].

[28]李川. 清華大學(xué)創(chuàng)客空間考察學(xué)習(xí)及思考[A]. 中國(guó)武漢決策信息研究開(kāi)發(fā)中心、決策與信息雜志社、北京大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院.“決策論壇——企業(yè)黨建與政工創(chuàng)新工作發(fā)展學(xué)術(shù)研討會(huì)”論文集（下）[C].中國(guó)武漢決策信息研究開(kāi)發(fā)中心、決策與信息雜志社、北京大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院:《科技與企業(yè)》編輯部,2016:1.

[29]S·亞當(dāng)斯貝克爾,M·卡明斯,A·戴維斯,A·弗里曼,C·霍爾給辛格,V·安娜塔娜額亞婻,殷丙山,高茜,任直,劉鑫馳,曹紅巖,王濟(jì)軍,趙廣元,邵恒.新媒體聯(lián)盟地平線(xiàn)報(bào)告:2017高等教育版[J].開(kāi)放學(xué)習(xí)研究,2017(02):1-20+62.

[31]邢弈涵.這些國(guó)內(nèi)高校已經(jīng)成立人工智能學(xué)院,并開(kāi)設(shè)了相關(guān)專(zhuān)業(yè)[OL].

[32]馮黎.關(guān)聯(lián)規(guī)則分析技術(shù)在高職院校教務(wù)管理中的應(yīng)用研究[D].蘭州:蘭州大學(xué),2009:20-21.

[33]劉清堂,黃景修,雷詩(shī)捷,等.PST視角下智能導(dǎo)師系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與新發(fā)展——以句酷批改網(wǎng)為例[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2017,(5):81-87.

[34]中華人民共和國(guó)教育部.高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃[OL].

[35]徐鵬,王以寧.國(guó)內(nèi)人工智能教育應(yīng)用研究現(xiàn)狀與反思[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育,2009,(5):3-5.

Visualization Analysis of Artificial Intelligence Applied in the Field of Chinese Education

LIU Yong SHENG Xiao-ting LI Qing

Artificial Intelligence (AI) has brought about profound changes to our country’s education and made education develop into the intellectualized direction. The article took China National Knowledge Infrastructure (CNKI) database as research object and conducted a visualization analysis of the literature between 2006 and 2017 based on themes of “artificial intelligence” and “education”, “AI” and “education”. Firstly, the visualization tool of CiteSpace was used to investigate the research hotspot and research frontier based on the key nodes of keywords network. Then, the research content was further discussed through the clustering algorithm. Finally, the influence of AI on education was analyzed, as well as the reflection on the development of AI in our country’s education.

artificial intelligence; teaching technology; Citespace; visualization analysis

G40-057

A

1009—8097（2018）10—0027—08

10.3969/j.issn.1009-8097.2018.10.004

本文為北京市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2016年度課題“大數(shù)據(jù)時(shí)代教師數(shù)據(jù)素養(yǎng)能力構(gòu)成和發(fā)展研究”（課題批準(zhǔn)號(hào)：CCFA16119）的階段性研究成果。

劉勇，副教授，博士，研究方向?yàn)榻逃龜?shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘，郵箱為liuyong001@bupt.edu.cn。

2018年5月25日

編輯：小西