人工智能在基礎教育中的創新應用

朱光輝

摘 要：人工智能是開啟未來智能世界的鑰匙，也是未來科技發展的制高點。近年來，隨著大數據智能、深度學習、類腦智能、自主控制和群體學習等新一代人工智能技術的發展，人工智能迎來了新一輪爆發，走入大眾視野，改變著各行各業。

關鍵詞：智能教育;深度學習;虛擬現實;教育機器人;人工智能;智能服務

中圖分類號：TP39文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）03-00-03

0 引 言

2016年是人工智能發展歷程中的一個“里程碑”。當時，韓國圍棋九段選手李世石大敗于AlphaGo，讓大眾紛紛意識到人工智能技術已經不是科幻。過去幾年中，Google，IBM，Amazon等全球科技巨頭已經陸續設立人工智能實驗室，投入越來越多的人力資源和資金支持，旨在提前布局，搶占未來的人工智能市場。甚至近兩年，有些企業開始整體轉型為人工智能公司，開啟了全新的基于人工智能技術的服務或者解決方案。我國同樣也把人工智能當作國家戰略，2017年7月

發布了面向2030年的發展規劃—《新一代人工智能發展規劃》，計劃從中央到地方進行整體部署，引導各行各業迎接即將到來的人工智能時代。

1 我國人工智能發展環境分析

我國人工智能發展的基礎條件已經具備，對人工智能軟硬件的政策與資金扶持、對人工智能理論與關鍵共性技術的人才培養、對人工智能算法和海量訓練數據的技術積累已為我國人工智能的發展奠定了諸多利好的環境因素。中國人工智能宏觀環境分析如圖1所示。

1.1 政策—從中央到地方的政策支持

在2017年7月，科技部出臺的《新一代人工智能發展規劃》中人工智能被推上國家戰略層面;2017年12月，工業和信息化部出臺《促進新一代人工智能產業發展三年行動計劃（2018—2020）》。

許多省市自治區紛紛跟進，例如2017年11月，上海市印發《關于本市推動新一代人工智能發展的實施意見》，指出到2020年實現人工智能重點產業規模超過1 000億元;其中智能駕駛產業規模達300億元，智能機器人規模達200億元，初步建成具有全球影響力的人工智能發展高地;2017年12月，北京市印發《北京市加快科技創新培育人工智能產業的指導意見》，提出到2020年北京新一代人工智能總體技術和應用將達到世界先進水平的目標;2017年12月，浙江省政府發布《浙江省新一代人工智能發展規劃》，指出到2022年建設成全國人工智能發展的引領區……

1.2 經濟—智能經濟成為投資熱點

據中國信息通信研究院數據顯示，2017年，中國占全球人工智能創業投資的48%，而美國為38%。也就是說，在大規模的引導基金和風險投資的推動下，我國正在全面推動人工智能創業創新與研究開發。

1.3 社會—國家投入持續增加，人才紅利已然形成

國家對高科技領域的研發投入持續增多。其中，新一代人工智能是國家重點投入領域;人工智能以及計算機畢業人員眾多，許多高等院校紛紛開設人工智能相關專業，創辦人工智能學院或研究所，為未來的人工智能行業發展帶來人才紅利。

1.4 技術—一邊借鑒國外技術算法，一邊取得應用突破

我國在人工智能的視覺識別、語音識別、智能安防、無人駕駛等領域實現了技術突破，部分人工智能理論和關鍵技術處于國際領先水平。

因此，基于對我國人工智能宏觀環境的分析可以看出，未來基于人工智能技術發展智能經濟、建設智能社會是經濟社會發展的必然選擇。

2 智能教育是發展便捷高效的智能服務的首要任務

以往的人工智能主要是指模擬人類行為的智能，而當下出現了大量新的社會需求，比如智能教育、智能醫療、智能健康和養老、智能政務、智慧法庭、智慧城市、智能交通、智能環保等。這些需求不是個體行為，而是群體的系統行為。如何利用人工智能技術模擬智能系統，這將給各行各業提出更多新的挑戰和機遇。

我國幅員遼闊，地區間發展、經濟社會水平不均衡，優質的教育資源、醫療資源和健康養老資源往往集中于大城市，中小城市或者偏遠山區遠未實現高水平的教育、醫療和健康養老。

所以，唯有加快人工智能基礎設施建設，形成像水、電、燃氣那樣無時不有、無處不在的智能化基礎環境，推進人工智能技術與各行業深度融合，全社會、全國各地區的智能化水平才能大幅提升。尤其是圍繞教育、醫療、養老等剛性民生需求，加快人工智能在這些領域的創新應用，能夠為公眾提供更多高質量、多元化的智能服務。

3 人工智能重塑基礎教育

當前全球主要國家紛紛重視利用人工智能技術推進教育教學創新，探索教育新模式，開發教育新產品，形成智能教育體系。未來，基于人工智能技術的智能教育將徹底解放教師資源，改變教學方式，對教育理念與教育生態引發深刻而長遠的變革。

通過如下舉措改變教學方式。

（1）構建個性化學習系統，激發學生自主學習動力。通過對每個學生的學習特點建立知識圖譜與學生畫像，為每個學生設計、制定有針對性的教學內容，進一步激發學生自主學習的意愿。

（2）實現教學成果的智能測評，提升教學質量。利用人工智能大數據分析技術對所有教師教學行為與學生學習情況進行對照分析與科學評價，從而快速且精準地定位教學問題，提升教學效果。

（3）構建大型線上學習系統，提升學生學習效果。將機器學習與互聯網融合，打造線上自主教學平臺，方便學生合理安排時間和課程進行有效學習。反之，線上學習系統積累的數據也將為學習分析算法提供訓練資源。據2014年美國自適應教育人機大戰數據顯示，自主教學平臺相對于傳統教育而言有效提升了學生的學習效果，學生成績及格率平均提升10%，學生學習新知識時間平均縮短44%。

在解放教師資源方面，教育機器人已成為必不可少的教育設備，甚至最早可以追溯到20世紀60年具備訓練和示教功能的工業機器人。同時，教育機器人借助圖像識別與語義分析技術實現了作業的智能批改，大大降低了教師的教學負擔。2018年4月，安徽省教育廳發布《安徽省中小學智慧校園建設指導意見》，提出了“2020年將建成作業測評系統，實現學生作業自動批改”的具體目標。根據中國信息通信研究院數據顯示，截至2018年底，基于人工智能圖像識別技術進行作業自動批改的移動應用APP已有上百個，主要聚集在小學數學計算領域，其中“愛作業APP”每天平均使用用戶數超過20萬，自動批改作業50萬份。

有了人工智能技術，教育領域將得到增強和轉變。斯坦福大學2018年9月發布的《2030年人工智能與生命》報告剖析了目前不同領域人工智能的全景圖。在教育方面，該報告強調虛擬現實、教育機器人、智能輔導系統和在線學習或學習分析技術將在未來15年內在課堂上占據顯著位置。斯坦福大學的智能教育結構如圖2所示。

《2030年人工智能與生命》報告中提到的智能教育技術與場景如下。

（1）虛擬現實

虛擬現實環境現在被用來允許學生與不同環境或對象進行交互。在2030年，這些環境將會變得更加普遍和復雜，學生們可能會沉浸在其中學習不同的學科。

（2）教育機器人

自從80年代樂高開發出第一個機器人工具包以來，許多模型已經被推廣到不同的領域。未來的智能教育將允許更多學生創造和編程機器人，同時發展邏輯和演繹思維以及創造力。

（3）智能輔導系統

自動語音識別和自然語言處理等人工智能技術的發展促進了智能輔導系統的發展，這些系統已經從實驗室迅速轉移到實際應用中。這些技術能夠模仿教師，指導不同學科的學習和訓練。當學生遇到問題時，他們會提醒，根據錯誤或答案提供即時反饋，甚至為每個學生設計個性化的學習方案。

（4）在線學習系統

在線教育模式在各級教育中呈爆炸式增長，借助人工智能技術，學生可以更容易地得到準確評估。

（5）學習分析

學習分析這一領域是由學習過程中學生數據的測量、收集和分析組成的，它由在線學習系統產生，亦可作為數據資源供系統分析挖掘。交互機制可以促進教育領域的科學發現，并促進大規模學習的改進。

4 結 語

人工智能是大勢所需。據統計，近三年來，已經有中國科學院、清華大學、北京大學、北京科技大學、北京郵電大學等院所開設相關專業與研究所，重點培養人工智能人才。國內大學開設的人工智能相關專業與研究所分布如圖3所示。

智能教育是大勢所趨。通過本文的研究，基礎教育、智能教育乃至智能服務很有必要，同時這也是社會的剛性需求。建議我國教育主管部門和教育機構聯手，進一步梳理人工智能領域學科發展思路，設立更多的人工智能類專業，增加師范院校中人工智能相關學科方向的本科生、研究生招生名額。

相信不久的將來，隨著基于大數據的智能在線學習教育平臺和教育分析系統的推廣和普及，將會有效建立以學生為中心的教育環境，提供精準推送的智能教育服務。利用人工智能技術重塑基礎教育體系之后，無論是人才培養模式還是教學方法改革都將煥然一線，智能學習、交互式學習的新型教育將孕育而生。

參 考 文 獻

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