智能教育：深度認知、應用路徑與未來展望
——第二屆中國智能教育大會經驗交流

俞建芬 張桂云

2019 年8 月23 日至24 日，來自人工智能和教育研究領域的30 多位知名專家學者共赴湖南株洲，參加第二屆中國教育智能大會，圍繞“智能時代的教育”前沿熱點問題進行深入探討，共同探索智能時代教育的新模式。

會議介紹了目前株洲市在信息化教育領域所面臨的挑戰(zhàn)、積極探索和取得的突出成效，其中包括大力發(fā)展信息產業(yè)，搭建大數據教育中心，建設智慧校園等，有利推動了各項教育事業(yè)的發(fā)展進步。中國工程院院士、中國人工智能學會理事長李德毅，教育部原副部長、國家總督學劉利民，國家語委中國語言智能研究中心主任、首都師范大學原副校長周建設，北京航空航天大學教授熊璋，美國國家工程院院士、美國第三腦研究院院長陳世卿，北京師范大學教育學部教授鄭永和，北京理工大學計算機學院院長、中國人工智能學會副理事長黃河燕，哈佛大學語言與腦信息研究中心研究員、中國語言智能研究中心特聘教授李太豪，清華大學信息技術中心副總工程師、中國教育技術協(xié)會副會長鐘曉流，清華大學教授、國家文科基地心理學與認知科學研究中心主任蔡曙山，國家英語課程標準修訂組核心成員魯子問，國家英語課程標準研制組核心成員劉兆義，教育部中央電化教育館研究部主任黃天元等30 多位知名專家學者出席會議并作專題學術報告。教育行政部門的管理者、全國各地關注教育的中小學教師及媒體代表共1 300 多人參加了此次大會。與會專家學者立足人工智能發(fā)展的時代熱點，圍繞“教育均衡發(fā)展”“基礎教育智能化途徑”“智能教育生態(tài)體系建設”等一系列主題進行分享、研討，從不同層面、不同角度闡述了觀點，并就未來人工智能的發(fā)展趨勢及變革作了深入研討，以期推動未來人工智能和教育在更深層面的融合，更高層面的創(chuàng)新與發(fā)展。

一、智能時代下的教育再認知：緣起、內涵與特征

（一）智能根植于教育

在探討對于“智能”的理解時，李德毅指出，智能根植于教育。人類發(fā)展史是人類用智慧逐步征服自然的歷史，智能時代是已經走來的時代，人工智能在本質上是人類智能的體外延伸。智能源自何處？答案是教育。教育的目的是培養(yǎng)和孕育學生的創(chuàng)新能力及進行創(chuàng)新的內生動力，而創(chuàng)新是以認知為基礎的，它常常源于交叉學科之間的知識整合和邊緣突破，教育是以知識為基，能力為要，創(chuàng)新為本的，這是人類的智能所在，也是人工智能的來源。李德毅提出，智能時代要關注人類高級的群體認知教育，構架崇尚教育，構建新的超越時空的帶強制性的教育，將個人基因和社會環(huán)境結合起來，將傳承學習和自主學習結合起來，讓硅基智能與碳基智能互動起來，增強人類的經驗知識和記憶認知，增強人類的溝通與交互能力，使人類更具創(chuàng)造性。

（二）智能教育的內涵

關于智能教育的內涵，不同學者從不同角度給出了自己的理解。陳世卿從腦科學的角度提出第三腦的概念，試圖通過腦科學的研究帶動人工智能教育的研究和發(fā)展。陳世卿認為，第三腦就是大腦跟小腦的延伸，是將來人的外掛腦。人工智能實際上可以認為是每個人智慧的延伸，例如手機就可被看作是每個人的人工智能。我們保護腦、開發(fā)腦、延伸腦，目的是要將每一個人的智慧開發(fā)出來，進行創(chuàng)新。研究人工智能的本質就是要研究大腦，讓每一個人的大腦放松，讓人工智能來幫他做重復性的工作。在自己大腦放松的前提下，人機融合才能推動智能教育更好地向前發(fā)展。

周建設提出，智能教育就是利用人工智能技術精準計算學生的知識基礎、學科傾向、能力潛質、情感偏好，根據這些計算的數據來配置知識內容。人工智能有三大基礎五大模塊，三大基礎即感知、傳輸、儲存，五大模塊是智能教育、智能課堂、智能數據、智能服務、智能管理，這都要以大數據作為支撐。

湖南工業(yè)大學教授朱文球指出，智能是指智力和能力的總稱。智能教育從目的和方法去理解，會有兩種不同的含義：首先是指致力于促進學習者智能發(fā)展的教育，其次是指利用智能化的系統(tǒng)和設備傳授知識和技能的教育。

廣東省佛山市順德區(qū)教育信息化辦公室主任章傳東提出，智能教育就是從數據到信息到知識到智能的發(fā)展過程，過程中牽扯到求索、吸納、行動、互動和內省的發(fā)揮，是由部分到整體的匯聚過程。智能教育體系包括：（1）智能環(huán)境的建設，如智能校園云等；（2）智能教學，包括標準化教學、分層教學、移動教學等；（3）智能學習，包括個性學習、協(xié)作學習、泛在學習等；（4）智能管理，包括學校管理、區(qū)域管理、成績管理、教師檔案管理等。

綜上，智能教育可以被視為手段，也可以成為歸宿，最終都以促進學習者的智能發(fā)展為目的。

（三）智能教育的特征

人工智能背景下，教育呈現(xiàn)出什么樣的特征？了解智能教育的特征有助于更好地理解智能教育的本質。對此，劉利民指出，智能時代的加速到來，為教育發(fā)展帶來新機遇。人工智能在其發(fā)展過程中呈現(xiàn)出智慧和普惠的特征。智慧特征是指利用智能技術可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、建構能力和合作能力；普惠特征是指利用智能教育可以將發(fā)展公平而有質量的教育愿景落到實處，實現(xiàn)教育的均衡化發(fā)展。鄭永和從計算機學科的角度出發(fā)，提出智能教育本身并不是一個完整的學科的概念，從學科邏輯角度去思考和概括，教育和人工智能、大數據結合需要一個學科作為基礎，即計算機科學。并指出，智能時代的特點是人機協(xié)同、跨界融合、共創(chuàng)分享。智能教育的本質特征是科教融合、創(chuàng)新驅動。熊璋從倫理學角度出發(fā)，提出人工智能教育實際上是一個特殊的系統(tǒng)，它缺失了社會道德倫理的約束和規(guī)范，對社會的沖擊要求我們必須有與其共生的倫理系統(tǒng)，這是人工智能教育的特別性。教育在本質上是求真求美向善的，人工智能教育有責任把倫理教育放到一個非常重要的位置。

二、智能教育生態(tài)體系建設

（一）筑基智慧教育：可信數字身份建設

教育部教育管理信息中心信息化應用與發(fā)展處處長馬亮提出，要推進可信教育數字身份建設，需筑基智慧教育高質量發(fā)展。大數據時代，數據可以隨時隨地實現(xiàn)共商共建共享，但是同時也要關注網絡安全和信息安全問題，因此每個人都需要可信數字身份。什么叫可信數字身份？從技術和核心組成上來說，可信數字身份包括三個部分：一是由我們寫入公安部的第二代身份證，二是把個人信息例如學籍信息等納入可信身份，三是根據國家電子簽名法，是基于國產密碼算法的認證技術，是數字健全。

在智能時代，數據要有統(tǒng)一的標準才能實現(xiàn)真正的統(tǒng)計和使用。可信數字身份為其提供了前提，這便是可信數字身份的真正價值所在。在處處可學、人人可學的時代，可信教育數字身份可以幫助學生建立終身學習檔案，在未來中考甚至高考的綜合素質評價中實施和使用。關于學生所有的評價只有基于真實有效的包括學習在內的所有數字信息，才能確保評價體系的科學性和廣泛性。

實際上，可信數字身份是對智慧教育的具體實踐與應用，其應用范圍不僅包括學習空間、綜合素質評價、學籍系統(tǒng)、招生考試等，同時也運用到深度學習和差異化學習的需要中去，實現(xiàn)真正意義上的智能教育。

（二）教學環(huán)境建設：智慧教室與數字校園

鐘曉流從當前信息化條件出發(fā)，探討了教學環(huán)境的應然轉變。從教學環(huán)境來看，智能化的教學環(huán)境基于智能感知、物聯(lián)網、移動互聯(lián)、云計算、大數據、社交網絡和虛擬現(xiàn)實等信息技術，將教學活動的物理空間和信息空間有機銜接，為師生建立智能開放的教學資源應用環(huán)境和快捷便利的教學活動環(huán)境，如智慧教室，它突破了傳統(tǒng)教室體型大小的概念，可以是單體教室、若干個有型的實體教室空間的組合，也可以是完全虛擬空間的組合或虛實空間結合。

教育部中央電化教育館研究部主任黃天元提出，信息化網絡的出現(xiàn)使數字校園建設成為可能。數字校園實現(xiàn)了信息和數據共享，解決了校內信息孤島問題，打破了學校之間的孤島。目前在國家“三通兩平臺”的體系下，學校已經開始嘗試解決區(qū)域與區(qū)域之間的信息孤島問題，這正是數字校園2.0的概念。學校積極借助信息化教育設備，解決教師身份認證數據的匯聚與分析；建設云、網、端平臺，能夠為教師教學、學生學習提供更優(yōu)質的個性化支持與服務。

（三）教學變革：創(chuàng)新型的教學模式

從教學變革而言，鐘曉流將教育的過程視為對人腦的塑造，因此每一節(jié)課都是一次腦認知的實踐。借助智慧教室，演示教學、討論教學、翻轉課堂、遠程同步課堂等創(chuàng)新型教學模式應運而生，教學“云平臺”支持各類終端隨時、隨地學習，打破學習受時間、空間的限制，裝備智能化管控、教室預約與課表聯(lián)動，更新設備檔案、教學環(huán)境檔案，運行日志和智能分析等有助于智能化感知與控制管理，基于教學情境、教學活動的實時大數據，可以為教學教務管理提供評價依據與決策信息。

劉兆義從具體的英語學科切入，表明人工智能應該促進外語教學的變革與創(chuàng)新，智能時代呼喚智慧的英語教與學。并基于美國的TPCK 理念，提出要將“動”作為一個突破口，讓學生學會動耳、動眼、動口、動手、動腦、動情，學會與教師互動，實現(xiàn)課堂的全面聯(lián)動。要借助翼課網充分發(fā)揮智能教育的特點，將信息化核心技術運用在提升監(jiān)控和評價等一系列“動”上，從而提高英語教育教學的質量。指出人工智能與英語教學的深度融合是一個整體的轉換運動過程，是對傳統(tǒng)教育的超越，是傳統(tǒng)教育在現(xiàn)代社會的轉化。因此，英語教育必須緊跟技術發(fā)展，讓每個學生都能夠在學習中實現(xiàn)自我價值。魯子問提出，人工智能在促進教育公平和教育扶貧中具有非常重要的意義。基于人工智能的信息化學習平臺，包含著大量的英語教育教學資源，可以在貧困地區(qū)進行共享，助力貧困地區(qū)學生的英語學習，這已然成為教育扶貧扶智的新思路和新路徑。同時，人工智能學習平臺也能促進教師信息素養(yǎng)的提升，這均有助于基礎教育的均衡化發(fā)展。

三、基礎教育智能化發(fā)展策略

（一）人工智能背景下基礎教育發(fā)展困境

劉利民從基礎教育發(fā)展取得的成效出發(fā)，結合當前人工智能發(fā)展的新背景，就基礎教育發(fā)展過程中存在的問題作了以下梳理。第一，在大數據的儲備和標準化方面有待完善。如數據的格式不同造成的“孤島”數據和異類數據，既無法進行大規(guī)模的整合分析，又影響教育改革在范圍上的推廣。第二，教育學理念和教學內容的更新有待加快。當前人工智能教育的眾多產品和應用過于關注人工智能技術本身而忽略了教育內容、教育方法和教育模式的與時俱進，并沒有在學習者的能力培養(yǎng)和提升方面產生顯著效果。第三，教師隊伍的角色轉變和人才儲備有待提升。人工智能技術給教師帶來了挑戰(zhàn)，但是在對教師進行信息技術培訓的同時，也要注重教師教育理念的轉變和更新。第四，智能教育的作用和應用范圍有待進一步拓展。隨著教育的變革和發(fā)展，智能教育應深入更加廣闊的領域。

（二）基礎教育智能化發(fā)展的需求及應用場景

廣東省佛山市順德區(qū)教育信息化辦公室主任章傳東提出，中小學教育智能化的需求主要體現(xiàn)在八個方面：（1）教育管理部門的教育規(guī)劃、教育治理；（2）學校的管理和教學的監(jiān)測需要科學的評估；（3）學校與教育各個環(huán)節(jié)的輔助；（4）課堂教學模式化和智能化；（5）教育教學的研究改革和創(chuàng)新；（6）提質增效與師生減負，即精準教學；（7）智慧城市與智慧校園環(huán)境打造；（8）精準決策的系統(tǒng)。

根據工作經驗和調查，章傳東總結了基礎教育中智能教育的應用場景，主要有如下十個方面：（1）智慧課堂，因為課堂是我們基礎教育的主陣地；（2）智能校園，在原來數字化校園的基礎上如何融合智能教育的要素；（3）教師發(fā)展支持系統(tǒng)，助力教師專業(yè)成長；（4）家校互動的移動化智能化；（5）動態(tài)資源與網閱系統(tǒng)的智能監(jiān)控；（6）個性化診斷與智能輔助學習；（7）新中高考服務一體化的問題，要滿足學生的個性化需求，必須借助AI 系統(tǒng)；（8）德育與班級管理的智能化；（9）教育管理的輔助與移動辦公；（10）校園安全與校園管理的智能化。

（三）基礎教育智能化發(fā)展的具體策略

1.實施多任務混合式精準教學

南京師范大學智慧教育研究院院長惲如偉指出，智慧課堂是強調一種教學改革，而不是簡單的信息化設備展示。在智慧課堂中要強調知識的動態(tài)生成，注意師生角色的轉換，關注學生的元認知發(fā)展，進行精準的問題解決，開展合作探究學習。理解智慧教育，教育信息化語境是關鍵。在此，惲如偉提出多任務混合式精準課堂教學方案，包含如下四個任務：（1）讓學生參與進來；（2）精準了解學生對知識的建構情況；（3）精準發(fā)現(xiàn)學生的問題所在；（4）強調常態(tài)化課堂。智慧課堂的關鍵和核心在于教師，教師如何在教學活動中落實任務，主要有三點措施：（1）多樣化的學習活動；（2）個性化的學習計劃；（3）問題解決情景和思考的方法。綜合以上任務及具體措施，努力將多任務混合式的精準教學落到實處，真正助力基礎教育的均衡化發(fā)展。

2.認知再造：培養(yǎng)學生的關鍵能力

廣西教育學院校長袁旭認為，過去的智能教育生態(tài)演化是從感知智能到認知智能的過程，是一個從物理反應到化學反應的過程，而未來的演化趨勢則是推動人工智能從技術到商業(yè)化的轉變。智能教育實際上是一場認知革命。認知再造時代的人才培養(yǎng)需要思考的是，到底要把學校辦成什么樣的學校，培養(yǎng)什么樣的學生，引導什么樣的老師。從根本來講，這是一個認知再造的過程。人工智能時代的人才，創(chuàng)新能力是關鍵。因此，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力是關鍵。首先，認知再造時代，要培養(yǎng)學生提出觀點的能力，教會學生獨立思考問題。從這一方面而言，在學校教學過程中，知識、技能、態(tài)度的學習和養(yǎng)成缺一不可。其次，需要培養(yǎng)學生的專業(yè)能力，包括發(fā)展能力、社會能力等。

3.推進人工智能與教育融合創(chuàng)新

浙江省教育技術中心主任施建國提出，技術作為內容可以豐富課程資源，技術作為工具可以創(chuàng)新教學過程，技術作為思維可以改變教育的形態(tài)。因此，應該確立以學為中心的理念，并根據浙江省的智慧教育實踐梳理技術應用的五個維度，即重構學習空間、豐富教學內容、拓展學習方式、開展學情分析和學習評價。據此，施建國提出推進人工智能與教育創(chuàng)新融合的六條實施路徑：（1）重構學習空間；（2）增強學生的學習內驅力；（3）信息技術與教學融合，提高學生的認知水平；（4）改變教育的供給方式；（5）提升教育專業(yè)能力；（6）推動教育教學的精準化。四川農業(yè)大學信息工程學院院長高雪松提出，智能教育的推進應該以學科體系為根本，以教育大數據為基礎，從學科體系、空間、學情、評價體系出發(fā)構建四位一體的教育生態(tài)體系。

四、高等教育智能化發(fā)展路徑

（一）推進民族高等教育治理智能化

貴州民族大學副校長王林從貴州省的基本情況出發(fā)，表明大數據已經是貴州重要的發(fā)展戰(zhàn)略之一，高等教育信息化基礎設施建設基本完善，智能時代下民族高等教育發(fā)展既要有智慧性、整體性、動態(tài)性，又要具備協(xié)同性和透明性。據此，王林提出民族地區(qū)高等教育發(fā)展的五條路徑：（1）轉變高等教育發(fā)展的理念；（2）推進智能化數字校園建設；（3）充分擴充民族高等教育數字共享資源；（4）加強智能化教育人才隊伍建設；（5）著力實施教育教學改革。

綜合以上措施，要充分利用大數據的優(yōu)勢嘗試現(xiàn)代智能化科技手段和高等教育治理與變革的深度融合，積極探索智能化時代民族高等教育治理創(chuàng)新變革路徑，開辟一條適合中國特色且符合民族地區(qū)實際的高等教育發(fā)展與治理之路。

（二）搭建高校人工智能專業(yè)人才培養(yǎng)平臺

朱文球指出，在教育邁向智能化的時代，高校要完成兩項工作：（1）為社會、為不同產業(yè)培養(yǎng)人工智能領域的高水平人才；（2）推進高校的智能教育發(fā)展。提出“四個融合”的人工智能專業(yè)建設思路，包括產教融合、科教融合、雙創(chuàng)融合、學科融合；“四個一流”的杰出人才培養(yǎng)思路，包括一流的培養(yǎng)目標、一流的師資隊伍、一流的課程體系、一流的教學體驗。介紹了高校在智慧校園建設方面已經有的舉措，如作為教學產品的工業(yè)物聯(lián)網平臺已經搭建，包括智能制造、大數據分析；精心研發(fā)了人工智能的示范教材，積極投入人工智能背景下的教師隊伍建設行動計劃等，共同助力高等教育的智能化發(fā)展。

五、智能教育發(fā)展的趨勢

信陽師范學院教授張茂林指出，教育革命是教育產生根本性變化的重要原因，從文字創(chuàng)造、學校產生到印刷術發(fā)明，教育實現(xiàn)了規(guī)模化、一致化和高效率的發(fā)展愿景；電化時期的教育經歷了視覺教育、視聽教育和程序教育；信息化時代的到來導致了教育的第五次革命，實現(xiàn)了教育的全時空化。聯(lián)合國教科文組織把信息技術應用于教育的過程分四個階段：起步、應用、融合、創(chuàng)新。智能化背景下，信息化和智能化對教育的疊加作用和效果決定了教育的智能化，教育智能化是一個過程，有很長的路要走，最終目的是實現(xiàn)智能教育。

（一）推動計算機教育學的內容及框架完善

“智能教育是一種新的教育模式。在新的人工智能發(fā)展背景下，我們期待能夠提出符合智能時代的教育理論體系。”鄭永和試圖在人工智能的背景下提出計算教育學的框架設想。計算機教育學是基于數據匯集與分析、數據挖掘和服務的研究模式，完全顛覆了傳統(tǒng)的教育學模式和路徑。信息技術的發(fā)展、學科的交叉融合、教育學研究范式的轉型都呼喚著計算機教育學的誕生和發(fā)展。如何用計算機教育學進行學科歸納，鄭永和提出了以下幾方面的內容設想：（1）有計算機教育學的基本概念；（2）有知識建構和學習機理的基本理解；（3）對教育情景、教育資源與信息技術環(huán)境的具體界定；（4）對教學信息采集與整理；（5）學習者建模、知識建模和認知工具；（6）教與學的數據表達與建模；（7）教育大數據與教育評價相對宏觀；（8）有一個智能時代的教育倫理的結構。

（二）突出人工智能教育中的倫理教育

熊璋提出，在人工智能時代不斷發(fā)展的過程中，維護整個教育發(fā)展過程的科學性、健康性成為不可忽視的要點。這要求我們要具備信息意識和計算思維，在進行數字化學習與創(chuàng)新的同時，主動承擔信息社會的責任。首先在思想意識層面，要樹立正確的價值取向，揚善避惡；在實操層面，要主動承擔社會責任，規(guī)避可能存在的系統(tǒng)風險。熊璋提出，人工智能教育，尤其是倫理教育要納入高中和大學的課程體系，并對以下幾個方面的內容提出明確要求：（1）明確倫理教育的目標；（2）明確課程內容和學業(yè)標準；（3）嚴格保證教材的科學性、嚴謹性、規(guī)范性；（4）加強一線教師的培訓，鼓勵社會輿論和其他社會力量共同加入到維護人工智能教育健康發(fā)展的浪潮中來。

（三）推動智能化語言處理進一步完善

蔡曙山指出，認知科學本質上是一個交叉學科，是研究認知的現(xiàn)象和規(guī)律的學科。腦神經系統(tǒng)和心智中間的橋梁是認知，心智的進化從初級到高級，進化過程中人類出現(xiàn)語言。有了抽象語言，進而產生了抽象思維，語言和思維建構了整個人類的知識大廈，知識的積淀形成文化。從語言到思維到文化，核心在于人類的建構。黃河燕指出，人類智能的最高體現(xiàn)之一是語言，人工智能遇到的難度最大的領域也是語言領域的智能處理。計算機的功能用途，第一是進行大量的計算，第二是模擬人的感知能力，第三是認知智能。語言智能處理是智能教育里面非常核心的一個技術。大量的中小學技術知識庫的建設，對中小學生智能化的輔導均需要借助語言智能處理技術。目前，語言智能處理領域的發(fā)展主要表現(xiàn)出如下幾個趨勢：（1）多模態(tài)協(xié)同處理；（2）垂直化領域的應用；（3）腦科學與智能科學交叉融合研究，互相促進；（4）智能體的協(xié)同；（5）計算模式的革命與創(chuàng)新。但是，如何通過計算機數據進行語義理解、情感理解和邏輯理解，達到語言智能，也是我們進一步思考和探索的方向。

六、總結

智能化會引領未來教育發(fā)展，引領未來人的發(fā)展，引領未來社會的發(fā)展。人工智能引發(fā)智能教育。智能教育的核心就是推動人工智能與教育教學的深度融合，是優(yōu)質教育均衡配置和發(fā)展的“助推劑”。在此次會議中，學者專家及一線教師的研討為人工智能及當前教育的發(fā)展梳理了清晰的脈絡，有助于加深對智能教育的認識，總結智能教育的生態(tài)體系構建及智能教育發(fā)展策略。啟示我們要充分利用人工智能技術促進教育教學模式變革，創(chuàng)新教學內容手段和方法，構建網絡化、數字化、智能化、個性化、終身化教育體系，全面提升教育體制，實現(xiàn)公平而有質量的教育。智能教育要引領未來人的發(fā)展，必須要通過制度的安排，要滲透、融合、賦能到教育制度的方方面面，培養(yǎng)智能化時代的人才，使之成長為智能新人。人工智能時代，智能教育的教育理念、教育理論、教育實踐必然會產生很大的變化。人工智能技術快速發(fā)展，將在提升教育質量、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式、促進個性化學習和終身學習方面發(fā)揮重要作用，需要教育超前識變、積極應變、主動求變，支撐引領教育的智能化，培養(yǎng)智能化時代的建設者和接班人。