推進人工智能促進教育教學改革研究

王子敏，黃忠義

（1.南京郵電大學 經濟學院，江蘇 南京 210023；2.南京郵電大學 管理學院，江蘇 南京 210000）

一、引言

科技與教育二者之間關系密切，科技的發展離不開教育，并對教育的發展起到促進作用；同時教育對科技也起著決定性作用，沒有教育科技的發展就無從談起。

2016 年，東中西三大區域的教育經費分別為175 413 827 萬元、97 864 019 萬元、70 515 130 萬元，教育基本建設投資分別為19 806 836 萬元、10 445 203 萬元、8 237 978 萬元。從經費和基本建設投資兩個方面來看，區域間教育差距還是比較大也較為明顯。具體來看，東部地區的教育資源投入最多、發展程度最高，中部地區次之，西部地區最為落后，形成了區域教育發展參差不齊的格局現狀。隨著互聯網、大數據、云計算等新一代信息技術的發展，人工智能技術也在逐漸發展并日趨成熟，在區域教育資源差距較大的背景下，如何利用人工智能技術來彌合縮小中西部地區，尤其是農村、邊遠、貧困地區與東部地區的教育差距，對于提高中西部地區的教育質量和水平，推動區域間教育協調發展具有十分重要的意義。

二、文獻綜述

技術進步對于教育發展起著決定性的作用，同時教育的發展也能夠促進科技在新質的基礎上繼續進步，因此國內外有許多學者研究了人工智能技術對教育的影響。在已有的文獻研究中，有學者關注人工智能如何影響教育以及影響的方式。如單戈和楊柳（2019）[1]認為人工智能與教育的結合，應以學生為主體，尊重學生的地位。同時人工智能可以對不同的個體差異性進行科學、合理、有效性的幫助，降低學生的壓力以及激發學生課堂聽課興趣。王竹立（2018）[2]認為人工智能可能是有史以來最具革命性的技術，其對教育的沖擊影響也非常大，所以應從培養什么樣的人和如何培養人兩方面來考慮其對教育的影響。伍紅林（2019）[3]認為人工智能時代的教育學將有兩種發展路徑：一是面對人工智能的正面沖擊，教育學的必然回應；二是面對人工智能的挑戰和潛在危險，教育學的可能回應。Roll 和Wylie（2016）[4]認為人工智能教育是一個進化過程，應重點關注當前的課堂實踐，與教師合作以及技術和領域的多元化，同時主張將技術嵌入學生的日常生活中。Popenici 和Kerr（2017）[5]認為將AI 納入教與學的機會，高等教育機構預見了無限的可能性和挑戰，應進一步研究教師的新角色，以更高的學歷屬性為重點，為高學歷學生提供新的學習途徑，尤其是想像力，創造力和創新，是機器幾乎無法復制的一些能力和技能。

也有許多學者關注如何縮小不同區域的教育差異以及如何用技術彌合鴻溝。如鄭展鵬和岳帥（2017）[6]基于省際面板數據模型，研究我國各教育階段教育資源區域配置差異的動態趨勢，結果顯示高等教育階段最快，義務教育階段次之，中等教育階段最慢。胡小勇和卞金金（2010）[7]通過問卷及訪談調查分析研究了不同區域信息化教育資源配置的區域性差異現象，針對如何解決數字鴻溝等問題提出了相關對策建議。文軍和顧楚丹（2017）[8]基于國家教育統計數據，比較了中國城鄉基礎教育資源分配的發展及其差異狀況，重點分析了這種差異狀況可能帶來的社會后果。史平（2015）[9]通過對山東省部分綜合類型高校學生進行的關于城鄉不同生源地教育背景差異的研究，提出了一些可供參考的合理配置城鄉教育資源的措施。

通過以上文獻梳理發現，有許多學者研究了區域教育的差異與對策，也有學者研究了技術進步對教育的影響。本文將從另一個視角，基于區域教育的較大差距，研究如何利用人工智能技術來縮小教育鴻溝，從而促進教育公平。

三、中西部區域教育需求與技術及應用特征

（一）中西部教育需求表現

在新時代條件下，有許多東部地區的學生享受著互聯網、數字化時代帶來的教育資源，操作著先進的實驗裝置，這些學生成長在數字化環境中，被稱為數字土著一代。而在中西部地區有許多他們的同齡人卻不能享受同等的教育，只能用著別人流傳下來的資源，老師也只能通過簡單的方式向他們傳遞知識。據統計，全國共有鄉村教學點8.68 萬個，偏遠地區的學校在硬件條件、師資隊伍、教學管理諸多方面與大城市的學校存在較大差距。

隨著時代的發展，中西部教育也表現出了新的需求特征。主要體現在以下三個方面：第一，軟硬件設施的建設。軟件和硬件設施建設是中西部教育發展的基礎和載體，有了這些基礎設施載體可以使教育變得高效便捷，同時可以在很大程度上與未來的技術對接，縮小與東部地區教育的差距。第二，師資隊伍建設。伴隨中西部教育的發展進步，對任職老師的要求也變的越來越高，如軟硬件裝備的使用、教育思想和質量的改變等，都需要引進高素質、高質量的人才。但是由于相關條件的限制和缺乏，很難吸引到高質量的師資人才。尤其是在技術不斷進步的時代條件下，對高質量人才的需求表現得更加突出。第三，教育資源共享。雖然中西部教育有了很大的進步，但是在某種程度上，與東部地區教育資源的差距還是很大。東部地區的教育資源在與中西部地區共享過程中存在著許多問題，如共享方式、教育范式等方面。

（二）人工智能的技術特征

人工智能是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學，嚴格上來說是計算機科學的一個分支，該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統等。

人工智能主要的特點表現在以下幾個方面：第一，是從人工知識表達到大數據驅動的知識學習技術。人工智能的發展需要以大數據為核心，通過大數據的積累，分析、挖掘、判斷人類相關行為，并最終模擬人的“智慧”自主學習。第二，是從分類型處理的多媒體數據轉向跨媒體的認知、學習、推理，這里的“媒體”主要是指不同的界面或者環境。隨著新一代信息技術的發展，包括物聯網、云計算等技術的逐漸成熟，人工智能以這些技術為依托，能夠在不同的交互環境實現自主學習。第三，是從追求智能機器到高水平的人機、腦機相互協同和融合。人工智能的初期發展是實現機器的智能化以及自動化，伴隨著技術的成熟發展，機器可以實現自主學習、判斷，在中后期完全可以實現機器與人的高效協同，形成真正的人工“智”能。第四，是從聚焦個體智能到基于互聯網和大數據的群體智能，它可以把很多人的智能集聚融合起來變成群體智能。隨著物聯網、大數據等信息技術的發展，萬物互聯將成為現實。依托互聯網為線，大數據為核心，智能機器為載體，云計算為保障，人工智能將從個體智能逐漸過渡到群體智能，完全可以實現少數人與絕大多數智能機器交互工作的任務，甚至只需要一人便可以讓智能機器與機器之間高效協同完成相關工作，即所謂的群體智能。第五，是從擬人化的機器人轉向更加廣闊的智能自主系統，比如智能工廠、智能無人機系統等。人工智能的最終目的是實現智能機器之間的高效、零誤差協同融合。初期人工智能的發展主要以機器擬人化為主，到了中后期主要是依靠智能自主系統結合智能機器來實現生產作業的無人化，簡言之，智能自主系統及機器的配合將大大減少人力的投入，但卻可以高效完成工作任務。

（三）人工智能在教育中的應用特征

人工智能是一門利用計算機技術賦能機器模擬人類智能行為的科學，包括聲音圖像識別、判斷決策和自主學習等方面，是引領新一輪科技革命和產業革命的重要驅動力，正深刻改變著人們的生產、生活、學習方式。目前，人工智能研究主要依靠大數據和高性能計算技術的支撐，在教育中的應用尚處于起步階段，當前主要用來為學生提供學習輔助、測驗評分、智能答疑等方面的幫助[10]。此外，人工智能可以跟蹤記錄學習過程，及時反饋給學習者進行調節，從而取得更好的學習效果。而教師能夠借助人工智能等技術采集教學數據，使教學等日常工作全程數據化、可視化，因此可以將大量重復性的工作交給人機進行處理，大大解放教師的時間，使其可以將更多的精力投入到創新性教學活動中。

目前人工智能在教育領域應用較多的是專家系統，包括智能教學系統、智能化考試系統、虛擬現實技術等。智能教學系統可以將優秀的教學資源和成果經過智能判斷、分析、整合，最終形成一個全面的教學系統[11]。智能化考試主要指引入專家系統進行智能組卷，根據個體的差異性和特點進行反饋訓練，全程都是智能化、自動化的出卷、評測，從而提高考試和學習的質量。虛擬現實技術主要集中于虛擬課堂及虛擬實驗等方面，虛擬課堂主要是可以將東部地區老師上課的實況同時向中西部地區課堂傳送，實現異地同課，讓學生能夠及時共享教學資源。此外，對于中西部地區，尤其是偏遠地區、貧困地區的學生，可以利用虛擬技術讓他們進行相關的課程實驗，達到與真實實驗一樣的效果。

四、教育公平實現路徑

對于中西部地區，尤其是農村、邊遠及貧困地區，通過人工智能技術實現教育落后的追趕是一個非常重要的契機。目前，已經有相關的人工智能應用系統在進行實踐探索，未來中西部地區人工智能與教育的融合需求及特征主要表現在以下三個方面：

第一，智能系統及平臺的搭建。人工智能技術的發展逐漸成熟完善，搭建人工智能教學平臺，專門用于區域之間教育資源的傳遞共享，其功能類似于MOOC，但是初期主要目標是幫助國內區域間教育的發展，后期可以嘗試與國外優秀教育資源的對接。主要是東部地區向中西部輸送，中西部地區向東部地區進行反饋交流。有了共享智能平臺作為支撐，相當于為中西部地區教育發展鋪就了一條成功的道路，可以進行雙向的信息傳遞并形成循環交流的模式。

第二，加強師資隊伍的建設。人工智能平臺的搭建需要高素質的人才作為引導者，同時教師是教學之本，是教育的關鍵節點。新時代高素質教師人才擁有先進的教育觀念和思想意識，能夠將技術與教育的融合成效發揮到最大，也是人工智能在教育領域中應用趨勢的必然要求。新時代條件下，高素質教師可以將人工智能專家系統與自身實現高效結合，在一定程度上能夠達到人機的高效協同，將中西部地區的教育逐漸向數字化教育過渡，為未來中西部教育數字化發展打下堅實的基礎。

第三，優質資源共享。除了平臺的建立以及人才隊伍的建設，還需要將優質資源向中西部引進，包括東部地區、甚至是國外先進的教育資源。通過互聯網、大數據等相關信息技術與人工智能相結合，可以將優質的教育資源及時、便捷、高效地輻射到偏遠地區，讓這些地區的學生也能享受到發達地區的教育資源，同時也可以在某種程度上實現個性化教育。此外，隨著5G 技術的建設發展，通過遠程實時直播教學的模式也將逐漸變為現實。只有將優質資源實現共享，才能真正意義上使中西部地區教育從根本上實現轉變發展。

五、對策建議

人工智能技術的出現給中西部地區教育的發展帶來了契機，為了抓住這次機遇，對促進中西部教育提出以下相關對策建議。

（一）加強基礎設施建設，吸引優質企業

首先，推進完善中西部地區信息技術設施的建設，重點加強對偏遠、貧困地區的覆蓋面。其次，著重引進相關配套的軟件設施，使軟件和硬件設施能夠齊全，從而保證與人工智能技術的對接。最后，與優質軟件和硬件企業簽訂戰略發展協議，因此保證軟硬件設施可以及時更換設備，在一定程度上保持與發達地區的同步技術對接。為此，政府可以出臺相關產業優惠政策，吸引優質企業入駐中西部地區，為推動整體的發展打下基礎。

（二）多渠道吸引高素質教師人才

教師是教育的發展之本，政府部門應當重點加強人才吸引方面的措施。一方面，政府可以牽頭與發達地區的學校達成戰略協議，合作引進高素質教師，支援中西部教育發展。此外，政府應大力度扶持教師待遇福利建設，提高待遇門檻，以此吸引發達地區的人才投入到中西部地區，同時不定期選拔優秀教師到東部地區及國外先進學校進行學習，綜合培養高素質師資隊伍，為提高教育質量作鋪墊。

（三）建立完善教育資源共享機制

在資源共享方面，首先要分析資源的需求，按照不同的需求有針對性地向發達地區引進高質量資源；其次，要及時通過信息建設渠道，將資源一級一級地分發下去，保證輻射到所有的學校，盡可能地擴大覆蓋范圍；最后，重視資源庫建設，將所有引進的優質資源保存到資源庫中，建立資源配套體系，從而使資源可以反復使用，同時可以為優化、更新資源提供保證。