淺談人工智能教育的發展

張益銘

摘? ?要： 大數據時代背景下，人工智能教育的發展在促進教育領域變革的同時，也面臨亟待解決的難題。本文查閱近十年的相關文獻進行研究，分析人工智能教育的發展難題，結合國情思考解決方案。在政府的大力支持和正確引導下，人工智能教育的發展將呈現持續向好的趨勢。人工智能教育給教育領域帶來的革新將推動智慧教育創新性發展。

關鍵詞： 智能? ?人工智能? ?人工? ?教育? ?發展

1.引言

長久以來技術一直是推進人類經濟發展和社會進步的重要的動力源泉，也是促使教育變革的堅強動力。從古至今每次技術革命都為教育領域帶來新的文化，促使其產生新的變化，但是并不是每次技術革命都會促使教育發生結構性變革。2016年第三次人工智能革命興起，人工智能技術迅速發展并在信息處理、機器人視聽說識別、智能系統及囊括的其他學科領域中獲得了里程碑式的成就。人工智能推動產業升級技術更新，大大加快了其在全球發展中發揮重要作用的占有率變化，引起了國際范圍的廣泛關注，各國紛紛出臺了相關政策規劃，力爭搶占人工智能在世界范圍內的科技制高點，一些傳統職業被人工智能的產品取代已經成為時代的潮流。

在人工智能的推動下，教育領域正在發生一場由內而外的變革。與此同時，教育技術經歷了傳統教育多媒體輔助授課階段，在人工智能技術的推動下已經進入信息化教育階段。但人工智能與教育的融合是一項任重道遠的事業。任何事物在發展中都有自己的客觀發展規律，人工智能與教育融合面臨一些亟待解決的問題，如在當下人工智能教育發展的探索階段怎樣在教育過程中恰當合理地引入人工智能技術提高教學質量減輕師生負擔;人工智能基礎性教育應該如何在中小學實現普及和落實;如何使人工智能專業在全國范圍內的高校實現高質量有價值的開設普及等一系列相關問題都需要得到及時妥善的處理。

2.促成人工智能與教育融合的背景

2.1人工智能的發展

1943年阿蘭·圖靈經過著名的“圖靈實驗”后首次提出了人工智能的概念——能夠成功騙過人類并使其相信自己也是人類的機器就具有人工智能，稱為智能機器。1946年馮·諾依曼教授帶領團隊研制出了世界上第一臺具有編程功能、完全圖靈的通用計算機并將其命名為埃尼阿克（ENIAC），從此人工智能的發展被提上日程。初代電子計算機采用的是電子管技術，體積龐大且運行速度慢內存也很小。此后電子計算機先后獲得兩次重要的技術升級，經歷晶體管階段、集成電路階段后，于1970年進入第四次發展階段——大規模集成電路階段并且沿用至今。隨著電子計算機的升級換代，功能和運行速度大幅提升，同時編程技術獲得階段性的升級優化，成為適合人工智能的“種子”迅速發芽壯大的溫床。人工智能技術的成長就像一棵藤蔓植物，隨著生長發展將“觸須”伸展到各學術領域吸收所需的知識養分，不再僅僅拘泥于計算機科學領域，目前已形成了以計算機科學、哲學、心理學和語言學等知識為基礎，輔以自然科學和社會科學的所有學科的局面。尼爾遜教授曾這樣定義人工智能：“人工智能是關于知識的學科——怎樣表示知識及怎樣獲得知識并使用知識的科學。”自1970年以來，人工智能技術得到了快速發展，以迅猛之勢成長為在理論和實踐上日趨完善的獨立分支學科。

2.2教育的發展

教育狹義上指專門組織的學校教育;廣義上指影響人身心發展的社會實踐活動。“教育”一詞來源于孟子的“得天下英才而教育之”。拉丁語educare是西方“教育”一詞的來源，意思是“引出”。從出生起教育便開始常伴人左右，并且在人的生命中產生持久而深刻的影響。在西方國家，教育起源于古希臘哲學教育和貴族教育，在很大程度上受宗教組織的影響，歐洲很多初代大學都富有濃厚的天主教色彩。在我國，教育開始于中國古典著作。早在遠古時期人們就開始以言傳身教的方式教育后代如何捕獵和存活，這是教育的最初形態。自有文字記載以來，文字成為教育和經驗的有效載體。春秋戰國時期，諸子百家思想齊相涌現，各學派自成體系爭奇斗艷，此時我國的思想文化達到空前繁榮，對教育的發展產生極大影響。封建社會時期，教育主要以古典著作、儒家思想作為理論支撐和核心內容。近現代以來，外來思想文化對本土文化封建思想產生沖擊，教育內容開始不再拘泥于四書五經。教育內容與人的工作、生活息息相關，人們學到的理論知識不經過大量的實戰操作是無法完全掌握的，甚至現在有部分已經工作了的高校畢業生表示，在學校學到的理論知識無法很好地支持自己的工作，需要在工作后經過大量實踐操作才能真正掌握所學相關知識，使工作按照正常軌道進行。這是各單位新員工需要接受培訓的原因之一。

2.3人工智能教育的小試牛刀

人工智能教育可以大大縮短培訓時間，提高學生的學習質量和效率。美國國防部為了縮短海軍新兵的技能訓練時間的同時增強新兵作戰能力，設立了“教育優先”項目，并且投資開發了一款智能導師系統。事實證明，采用了人工智能教育技術的智能導師系統能在很大程度上縮短訓練海軍新兵技能所需的時間——使用智能導師系統能夠在短短幾個月內培養海軍新兵奶和具有多年經驗及豐富知識的海軍專家水平相當的能力。并且在該項實驗測試中，接受過幾個月的智能導師系統培訓的新兵在相關知識測試和真實環境的問題解決過程中的表現要優于具有七到十年實戰經驗的海軍專家。同樣的，將智能導師系統用于工人培訓，可以使他們用比人工培訓更少的時間掌握更高級別的技術經驗，并且獲得更高的工資收入。

3.人工智能教育的三大落腳點

3.1校園里的人工智能教育

目前引入多媒體的教學形式并不算是人工智能教育，它在豐富課堂形式和內容的同時增加了教師的備課負擔。未來的人工智能教育系統不是用來代替教師的，而是成為教師的有力助手和工具，以幫助學生獲得全面發展和給師生減輕工作和學習壓力為目標進行工作。人工智能教育系統的有效應用離不開教育各方面的大數據收集利用。大數據從人一降生就伴隨著人，人的一生從始至終都伴隨著大數據的產生和利用，同樣在人一生的教育經歷中大數據也是無處不在的。

教師除了課堂教學外還需要課前備課、課后批改作業、階段測試學生掌握情況及根據每個學生的階段性學情反饋進行教學調整。人工智能教育系統可以通過相關大數據分析提供更好的、適合不同學習風格學生的學習方式和教學順序，比如有的學生適合舉一反三的引導式教學，有的學生更偏向圖文并茂的生動教學，有的學生能夠根據課本順序學習，但有的學生更適合獨特的學習順序。針對不同學生采取不同的教學模式，真正做到因材施教，實現個性化教育。這有利于擺脫大班式一刀切教學，使每個學生都能獲得更好發展。利用人工智能教育系統進行學生作業批改、試卷分析等工作能夠準確及時地反映學生的功課弱點并反饋到教學系統中。學生利用人工智能教育系統學習，不但能夠主動查漏補缺，而且能夠接收到系統根據功課反饋推出的私人訂制版課后作業，幫助學生補齊功課短板，既避免了學生課下的盲目補課，又準確有效地補足了學習弱點。人工智能教育技術涉及廣泛而龐大的知識庫，能夠極大地拓寬學生的認知范圍，有效地為教師工作減負。此外，人工智能利用實時收集到的教育信息可以分析學生的學習狀況，及時調整采用適合學生的教育模式，甚至可以及時檢測到學生的學習滑坡和厭學傾向，發揮預警作用。教師能夠根據學生在學習過程中的動態數據和課后任務的完成狀況數據監測快速準確地了解學生的德智體美勞全面發展狀況，并根據對學生的評價及時采取相應的措施。

3.2人工智能教育的基礎教學

一項新的專業知識要得到推廣需要從基礎教育抓起，正如我國的英語教學，四十多年前英語只在高中階段開設，那時英語的普及程度并不高，當英語課程普及到小學甚至幼兒園時，英語學習群體日漸龐大。目前人工智能尚存在于小眾的、尖端科研的層面，要想使人工智能得到推廣并被廣大人民群眾接受，就需要從基礎教育做起。小學課程中的信息技術課程和信息科學課程可以作為人工智能基礎知識教育的切入點。計算機科學、編程技術是人工智能的基礎，教育系統應當從義務教育階段開始重視信息技術課程的教學內容和教學質量，讓學生打好人工智能理論知識和基本操作的基礎。計算機課程偏向于實操和死記硬背，在課程知識逐漸深化的過程中應當注意對學生進行及時的查漏補缺。從高中階段開始建立正式的人工智能課程體系，學習系統化、具體化的編程等相關人工智能基礎技術知識。大學階段應當銜接義務教育和高中階段的人工智能基礎學習設立獨立的人工智能專業，與研究項目掛鉤，定向培養人工智能技術優秀人才，補充人工智能技術研究團隊。師范專業應當設立人工智能教學類專業和人工智能教育系統操作相關課程，以滿足人工智能基礎教育應用對于師資的需求。在義務教育及高中階段的信息技術類課程中，人工智能課程是不可或缺的組成部分，教育部門應監督信息技術課程教學在各學校的認真實施，管理部門應當落實各學校對于人工智能技術性課程的學生學習考核情況，嚴禁形式主義和應付工作。教學目標、課程內容和學術質量標準必須及時更新，必須嚴格保證學校教科書的科學性、嚴格性和標準化。每學期進行的教師培訓工作應當加入人工智能教育相關內容，必須及時培訓學校的一線教師使其成為未來人工智能教育的主要力量。

3.3高校內人工智能教育的推廣普及

人工智能在促進國際社會各行各業飛速發展變革的同時刺激著教育事業作出反應。教育必須適應人工智能對社會各方面帶來的巨大影響，并且培育出適應這種變化的人才，同時人工智能技術的發展需要源源不斷的人才支持，因此人工智能教育的人才培養顯得十分重要。當下人工智能發展處于初級階段正是亟須人才的時候，人工智能教育的普及將為人工智能技術發展提供優秀的人才力量。在中國，擁有人工智能相關專業和培養人工智能技術最著名的學校有北京大學、清華大學、復旦大學、浙江大學、上海大學等。其中，北京大學智能科學技術專業主要從事智能機器人、機器感知、智能信息處理，機器學習研究與教學等跨學科研究;清華大學的計算機系智能技術與系統國家重點實驗室是國內人工智能人才培養和科研的中心;上海交通大學計算機系余凱教授團隊的智能語音技術贏得了許多國際評估冠軍，并達到了世界一流水平。目前我國有一百八十所高校成功申請并設立了人工智能專業，這是教育領域為人工智能的發展提供的良好開端，但是就現在來說，我國人工智能在全國范圍內的高校并不普及，開設人工智能專業的大學只占少數且總體來說招生數量小，一些學校的人工智能專業目前仍是不成熟的初級發展階段，是“冷門”專業，知識結構不完善、內容淺散不精。對此，政府部門應當提供資金支持，頒布相關政策支持人工智能專業在教育領域的高質量推廣普及及人工智能與教育的融合，促進人工智能教育的完善和推廣。將高校人工智能專業與相關人工智能科研掛鉤，注重理論的實踐和實戰;設立多個創新性的人工智能科技大賽激勵學生在認真學習課程知識的同時能夠頭腦風暴促進技術新發展。與此同時國家應當加強相關法律實施，重視創新和保護專利，嚴懲剽竊侵權行為。

4.結語

人工智能教育是教育領域的新鮮血液，人工智能領域和教育領域的融合將有力地推動教育改革，推動智慧教育的建成完善。雖然目前人工智能教育的接受范圍較窄，很多人對其定義模糊，但是在政府和媒體的正確引導和知識普及的作用下人工智能教育技術將得到更廣泛的推行。在政府的大力支持和鼓勵下，人工智能教育的發展將呈現持續向好的趨勢。

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