國內外人工智能教育應用研究綜述

楊帆

摘要：隨著人工智能的發展，人工智能教育也取得了快速發展。本文統計了從 2000年1 月1日至2016年12月31日的文獻，采用spss18.0和Excel2016進行分析統計，對17年間民族教育相關的541篇期刊論文從論文數量上看對人工智能教育的研究熱度、文獻來源、高頻關鍵詞聚類分析與研究熱點和高頻關鍵詞知識圖譜和熱點關系分析四個維度進行研究。最后對人工智能教育提出研究趨勢和反思。

關鍵詞：人工智能;教育;人工智能教育;聚類分析;知識圖譜

一、引言

信息技術快速發展促使教育信息化快速推進，進入了一個新的發展階段—智慧教育（黃榮懷，2014）。人工智能技術的發展，自1956年提出以來，歷經最開始的盲目追捧，到20世紀七八十年代遭遇發展瓶頸、備受冷落，再到90年代的緩慢發展等幾個階段的起伏，近幾年重新引起了人們的重視（馬玉慧，2017）。而隨著Google公司的基于深度學習的AlphaGo在2016年和2017年分別戰勝了韓國和中國兩位世界圍棋冠軍，人們對人工智能的熱情又被重新點燃。人工智能簡而言之就是用機器模擬和延伸人的智能，它可代替或者輔助人類完成諸多人類腦力和體力無法完成的工作，具有極其廣泛的應用價值（鄒會來，2017）。當前，人工智能已在多個領域開始試用，并在某些領域已經取得突出的成績（武晶晶，2017）。教育作為社會中的一個重要部分，社會技術發展到人工智能階段，教育正在探索一條與人工智相結合的道路。教育與人工智能合作創新的運用，最直接結果就是誕生了智能教學系統（Farag HE&El-Saadany E F，2012）。總的來說，利用人工智能技術推動教育發展是大的趨勢，本文將利用近些年文獻，來對這一趨勢進行研究與分析。

二、數據來源、研究方法和研究工具

首先，數據來源。我國各類期刊上刊登的關于人工智能教育的論文和期刊有許多，為了使研究的數據完整、準確并具有較高的可信度，本研究以國內最大的學術期刊數據庫---中國知網（CKNI）為數據來源，對“主題為‘人工智能并且‘教育”，時間跨度從 2000 年 1 月 1 日至 2016 年 12 月 31 日的文獻進行檢索，共檢索出 566 篇期刊論文。為保證數據的準確可靠，通過人工法刪除重復發表的論文、通知、和相關度不大的論文 25 篇，得到有效的期刊論文541篇。其次，研究方法。本研究主要采用文獻計量法對17年間民族教育相關的541篇期刊論文從論文數量上看對人工智能教育的研究熱度、文獻來源、高頻關鍵詞聚類分析與研究熱點和高頻關鍵詞知識圖譜和熱點關系分析四個維度進行研究。最后，研究工具。本研究主要采用 spss18.0 和 Excel2016 進行分析統計。

三、研究綜述

第一，從論文數量上看對人工智能教育的研究熱度。論文的發表數量基本能夠表明某一個研究領域的理論水平和發展速度（李昭涵，2016）。通過檢索 2000 年-2016 年間在中國知網（CNKI）數據庫中收錄的論文，由圖1中藍色折線圖可以看出在2000年發表9篇，2001-2006年，每年基本發表20篇左右。2007-2015年，每年基本發表30-40篇，2016年有一個激增，發表了81篇。回顧人工智能教育的發展，和人工智能的發展是離不開的。人工智能雖然在1956年就已經被提出，但是受限于當時的技術，無法實現快速發展，直到2016年，也就是被大家公認的人工智能的元年（A.W.Tony Bates）。因為隨著大數據、云計算、機器學習和深度學習的發展，人工智能得以飛速發展，同時，人工教育也獲得了發展（王益，2007）。

第二，從文獻來源來看。表1中列出了文獻來源前10名的發文單位。在541篇有關人工智能教育的期刊論文中，計算機教育發表的最多，發表了24篇，約占4.4%。其次依次為中國電化教育、現代教育技術、中國教育信息化、電化教育研究、中國遠程教育、電腦知識與技術、遠程教育雜志、現代遠程教育研究、福建電腦。從以上主要文獻來源可以看出，關于人工智能教育的研究主要集中在計算機和教育相關的期刊雜志中。因為人工智能也是基于計算機技術，當人工智能與教育結合的時候，則計算機相關雜志和教育技術相關雜志會更加關注一些。

第三，高頻關鍵詞聚類分析與研究熱點。將541篇文獻關鍵詞合并，共2860個，其中不同關鍵詞個數為1834個。依據高頻關鍵詞閾值計算公式式N=，代入D值1834計算出N值為42.825，即詞頻數為43（含）以上的為高詞頻關鍵詞（李昭涵，2016）。按這樣的標準只有1個，即“人工智能”。這一個關鍵詞顯然不足以構成人工智能教育研究的熱點詞群，原因是采樣文獻量嚴重不足，故必須根據實際情況適當放大高頻關鍵詞范圍。筆者選擇頻次8以上的28個關鍵詞研究17年來人工智能教育的熱點。

四、研究趨勢和反思

從現有的關于人工智能與教育技術結合的資料來看，人工智能廣泛地應用于教育領域是一個趨勢。未來社會，一定是網絡信息技術非常發達的社會，網絡交流、網絡大數據查詢、網絡瞬時互動和體驗將成為常態化的人的生活方式。此時的教育絕不是僅僅教會人知識或傳授經驗，而是要傳遞給受眾處理信息和不斷適應新技術變更的能力。這要求教育要慢慢地智能化，即給人們提供學習處理信息和學習使用新技術的能力。目前，教育中使用到的人工智能技術主要從數據采集、數據處理、人機互動等方面入手，這逐步增強了教育的互動性，其中數據采集包括語音、圖像、聲音的識別以及傳感器的應用，數據處理包括語義識別、大數據分析以及計算機認識、情感、評價系統的應用，人機互動包括虛擬現實、機器人、3D打印技術的應用等。而大數據與教育的融合性應用主要體現在自動化作業審批、在線智能解答、在線智能測評、個性化學習互動等方面。劉界在其文章中談到，他發現接受人工智能教學的學習者，相對于傳統科學教育的學習者而言，具有更強的好奇心和求知欲，具備更多的創新能力和創新精神。當前，網絡教育和學校教育中存在模式化培養問題，個性化學習的思想應運而生，而人工智能或許可以為個性化的學習提供一系列的技術支持。人工智能技術在網絡教育中的應用需要學生慢慢吸取和適應，是一個復雜的教育過程。這個過程需要具有多年教學經驗的老師作為人材保證，針對不同的學習提出適合其發展的學習路徑，學生應該是在個性化的作業寫作、知識學習、推理訓練等過程中完成學習任務。提高教學的質量、提升學生的學習能力是人工智能應用于教育的主要目的，而實際情況也確實是能夠達到這樣的目標。因為，人工智能本身就是要研究人類智慧機理及機器模擬人的智能的科學，在教育中的實踐就是通過智能計算機向學生展示大量可供互動的圖文信息和數據，學習者在這一過程中能夠有充分的感性認識，為其掌握復雜知識，形成理性思考提供全方位技術幫助和體驗幫助。從提高學習效率來看，智能計算機能夠幫助教師在課程設計、課程開發、資料收集與整理、優質效果展示等方面提供技術支持，這將大大縮短教師的備課時間，提高教師的授課效率;對于學生而言，在智能計算機技術的輔助下接受知識和教育，能夠使知識更加形象、多元地展現出來，學生理解起來更加容易，接受將更加快速，學習效率將大大提高。在未來社會，人工智能在教育中的應用將更加廣泛，具體來看：第一，政府將加大在教育領域的信息化和智能化發展的投入，設計一整套教育信息化發展規劃。如政府在近十年的規劃中提出加大信息化投入，扶持教育信息化產業的發展，各級地方教育部門將人工智能、大數據和云計算技術當做發展的重點，在嘗試將其與教育發展相融合。第二，教育信息智能化經濟的發展成為未來經濟驅動的重大引擎。根據前瞻產業研究《中國在線教育市場前景與投資戰略規劃分析報告》統計，2015年在線教育市場規模大約為479億美元，而這一數字 在2020年預計將增長到504 億美元。由于這一市場的巨大增長現實以及日益可見的社會對其需求的擴大，許多大型資本公司和創意企業越發傾向于進入此行業，教育領域的人工智能研發與投入快速增長，涉及的高科技公司越來越多。第三，網絡教育與人工智能相結合的目前進度和前景相當可觀。人工智能與網絡教育之所以能快速融合，關鍵在于他們都依賴于計算機的使用。網絡教育中，人與人交流、人與知識互動都需要計算機提供技術支撐，而人工智能能夠把計算機的智能化水平提高到新的高度，促進網絡教育的越發便捷化和智能化的開展。只有使計算機擁有像人一樣的智商和能力，才可以在保持網絡教育在空間和時間上優勢的基礎上，最大地發揮網絡教育中計算機的作用，使計算機可以智能地參與教學，對學生進行評測，讓學生之間自由交流，同時進一步優化人機交互功能。

總之，人工智能應用于教育是未來的趨勢，越來越多的專家學者開始關注和研究此領域的知識和理論，更多的是越來越多的企業、科技人員和政府部門開始投入更多的興趣和信息進入此領域來發展自我，推動社會前進。可以想見，未來社會的人工智能教育發展將越發快速，其對教育領域的一系列變革所帶來的影響也將越發顯現。

參考文獻：

[1]黃榮懷.智慧教育的三重境界：從環境、模式到體制[J].現代遠程教育研究，2014 （6）：3-11.

[2]馬玉慧，柏茂林，周政.智慧教育時代我國人工智能教育應用的發展路徑探究——美國《規劃未來，迎接人工智能時代》報告解讀及啟示[J].電化教育研究，2017 （03）：123-128.

[3]鄒會來.AlphaGo對我國人工智能教育的警示與啟示[J].計算機教育，2017 （03）：78-80.