人工智能教育應用的視覺交互“賦能”效應研究

權國龍 顧小清 汪 靜

(1.江南大學 教育信息化研究中心，江蘇無錫 214122； 2.華東師范大學 教育學部教育信息技術學系，上海 200062)

一、問題提出

人工智能教育應用正努力實現為主體賦能、為教育教學賦能的價值目標。在教育最優化的發展路徑上，以計算為基礎的人工智能技術，通過模式識別、機器學習、深度學習被應用于教育教學管理產品、教學系統產品和學習系統產品的研發與實踐中。其在學習支持服務和教學以及行政管理服務方面的應用主要集中于：特征分析和預測、考核和評價、自適應系統與個性化和智能輔導系統四個方面(奧拉夫·扎瓦克奇-里克特等，2020)。人工智能技術的發展和創新不斷為社會生產提供動力，教育應用也在不斷深化并接近其發展目標——提高教育績效、實現教育最優化(郭炯等，2020)。其中，人工智能與教育主體的“連接”是實現其應用價值與目標的關鍵之一。

人工智能教育應用效能的發揮主要依靠互動和交流，即主體與人工智能應用實體的“交互”。人工智能教育應用的情境主要有“人”與“物”兩個方面，其在教育、教學和學習應用中的角色表現為伙伴、師長、管理者，以及支持工具與服務環境等五種。不同的應用形態都存在教育主體與人工智能應用角色的互動與交流問題——它與反思一樣在人的學習與思考中具有重要意義。根據人在學習中感官參與的程度，視覺交流是人工智能應用中“人-智”互動的重要部分，涉及視覺感知、視覺反應及能被視覺感知的實體表達。人工智能能以多樣的實體形態在多種場景中為教育、教學、學習提供支持與服務。視覺化、可視化是主體感知信息、形成意義、準確傳達、高效呈現，乃至視覺分析與思考中不可或缺的方式，是人的學習中應用最多的學習方式。所以，人工智能視覺互動在人工智能教育應用中有重要意義。在科技界，華為與百度已發布了5G+人工智能工業視覺解決方案白皮書(百度智能云，2020)，為智能工業發展提供技術支持，也反映了視覺智能是人工智能應用的重點之一。

如何應用人工智能技術，如何創造、改進并運用人工智能視覺交互為主體賦能成為未來主體發展與教育發展的重要議題。本文重點關注人工智能教育應用形態中視覺交互的不同方式、賦能法則以及其對教育主體的影響。研究問題包括：1)人工智能教育應用有哪些主要應用形態，哪些主要交互形態，其視覺交互方式有何特點？2)人工智能視覺交互需要具備何種“賦能”特性？3)視覺交互對教育主體有何賦能效應？

二、人工智能教育應用的形態及特性

將人工智能與其相關技術結合起來考慮其如何被用于教育，才能透徹觀察其教育應用的研究與實踐。因為發展中的人工智能，形態不定、功能日增，其應用涉及方方面面；而且，連接“硬件”與“軟件”的“潛件”更是其應用的要點。如果把人工智能作為一種問題解決方法，那么其教育應用就是要用人工智能技術解決現實教育問題，或用人工智能技術支持或滿足現實教育需求。在現實情況下，研究并判定人工智能應用的真實教育場景與情景，厘清人工智能技術的本質及其擅長應對的問題，才能在實踐中恰當地設計并應用它們。

考察人工智能教育應用如何賦能主體，需要全面理解人工智能教育應用形態。當前應用于教育領域的人工智能軟件系統主要有三類：私人導師、協作學習智能支持系統和智能虛擬現實(Luckin et al., 2016)。貝克等(Baker et al.，2019)把人工智能教育應用工具按教育活動參與要素分為：面向學生的、教師的和系統的人工智能教育軟件。事實上，人工智能技術可嵌入的教育系統要素，是由其“智能”本質和潛在需求決定的。兼具感知、計算、表征、存儲以及識別、推理、表達等功能的人工智能技術可與教育教學主要要素相結合，針對教育教學實際需要設計技術樣式，形成不同應用方向和應用層次的實踐形態。楊緒輝等(2019)指出，通過人工智能技術之所長補足教育活動中人之短板來完成“人-技”關系重構，是使人工智能教育應用達到協同與融合狀態的實踐方向之一，是最終實現技術之教育價值的基本途徑。所以，結合實際應用，人工智能教育應用形態可以更完整地分為：智能環境、智能工具、智能學伴、智能教師和智能管理者。

人工智能環境主要通過環境感知和信息整合從環境適宜的角度智能地為主體提供主動的活動建議或被動的行動指導，使主體擁有多元的場景感和深刻的現場體驗。智能環境的特性在于環境信息聯通，為學習者提供適時、準確的環境信息，“溝通”主體所需要的環境信息并按需調節，營造人性化的教育活動氛圍。例如，由人工智能支持的教室是典型的智能環境，它能智能地調節光線、溫度和空氣質量。

人工智能工具主要利用判別、跟蹤、預測等智能，通過信息整理、模式識別、思維感應等提供必要的認識監察和適宜的思維輔助，使主體擁有充分的認知和思維發展。其教育應用在于對“認”和“思”的輔助，對主體認知與思維的輔助是其釋放其教育效用的重要目標。例如，智能軟件為主體提供及時的反饋或提示。

人工智能學伴主要利用感應、識別、對話、思維、行動等智能通過不同層級與風格的同伴身份或伴學角色為主體提供“學友”式的人際交流與心智交流，使主體擁有人性化的心智發展體驗。其教育應用特性主要是情志陪伴與社交往來。嵌入人工智能的智能學伴，使學生不僅不會缺少心理交流和社會交往，而且會因交往自由而放大智能“學伴”的效用。在積極正向的情志作用下，交流中的認知也會因靈活性和啟發性增強而額外增強。

人工智能教師能利用識別、監察、決策、規劃等智能為主體診斷學情、疏導心理、適應地推薦、檢測目標等。人工智能教師可以輔助學生課業學習和個性成長，可以傳授科目內容，耐心地為學生授業解惑。“人工智能+教師”的協同實踐模式是人工智能教師形態的特別形式(周琴等，2020)，或可為教育教學帶來更好的效果。在強人工智能技術支持下，人工智能教師可如同師長一樣輔佐學生，幫助其成長為一位知識技能優秀、心智能力健全、人格品性和倫理觀念兼具的“完人”。

作為人工智能管理者，其具體形態多樣，功能上與其他應用形態的信息充分互聯，擔負著組織決策、系統協調的角色，負責團體、學校、社區的活動規劃與資源調配(見圖1)。其教育應用特性在于輔助決策與協同管理，使團體、學校、社區等活動井然有序、和諧發展。

圖1 人工智能教育應用的管理者形態

在各應用形態中，人工智能技術發揮的功用主要有四種，包括獨立或協同地知識建構、問題解決、系統決策和協同行動。對教育主體來說，其應用重點在于信息交換、引導思考、陪同交流和協助行動四個方面。正是基于上述支持，人工智能技術不同教育應用形態的主體賦能才得以展開，其教育價值實現成為可能。

不過，對于人際型的智能學伴、智能教師和智能管理者形態來說，機器人的出現將成為人工智能教育應用的拐點，其經典的“擬人”化實體代理就是智能機器人。由于智能機器人更加具象化、實體化，在滿足主體即時的交流、溝通、指導、啟發等需要時更具優勢。實際上，隨著數字智能的獨立性和集成性的發展，人工智能教育應用形態也將更靈活多樣。例如，智能工具與智能“學伴”或智能“教師”可以合二為一。在“軟硬”技術成熟、應用形態理想的情況下，機器人的應用將成為人工智能教育應用的一大亮點。所以，在現階段和未來很長一段時間內，幾種形態的應用將獨立存在；而未來的應用形態或將演化為：智能環境、智能“附件”、智能機器人(可代理多種教育角色)三種形式。

三、 人工智能教育應用的視覺交互方式

與教育主體的互動“連接”是人工智能教育應用的重點。如果說互動“連接”是實現其賦能的關鍵，那么視覺交互智能就是打開教育主體賦能空間的鑰匙。視覺交互能擴展人的實踐活動范圍，在人工智能服務中扮演非凡的角色。事實上，以視覺交互智能為代表的人工智能交互(簡稱“人智交互”)與“人機交互”之間存在本質的不同。

(一)“人工智能體”與教育主體交互的形態

人工智能依附于物理實體而存在，“人工智能體”與教育主體間的交互存在多種形態，即人智交互形態，涉及多個維度：1)由于人的活動涉及情感、認知、行為等層面，交互需要也涉及不同層面；2)交流動機不同，交互有主動與被動的差別；3)人工智能所屬關系或地理位置不同，交互也存在面對面或異地的差異；4)交互涉及感官不同，存在多種方式；5)依附的實體不同，交互所依賴的硬軟件樣式也多種多樣。對交互形態的多維度考慮，意味著對多樣人工智能交互需求的支持，以及多樣的人工智能交互形態的產生。

在實際應用中，多樣需求與多維支持使人智交互呈現豐富的特點，其在人工智能技術的應用特性上表現為：1)功能有強弱，即已被熟知的強人工智能和弱人工智能，如影片《機器人管家》中的安德魯和《機器人和富蘭克林》中的“強智”機器人；2)顯性或隱性的應用，即有無可見形象，如智能代理和智能軟件工具；3)形象有虛有實，如車間的機器人、微軟計算機操作系統(Windows)里的小娜(Cortana)；4)存在于人體內或外，如嵌入人體的人工智能單元與可穿戴的人工智能設備。多樣的人工智能應用使人智交流方式更豐富。

在人智交互形態中(見表一)，多樣的人智交互需求與人工智能技術形態有對應關系。 人智交互形態依賴視覺居多，聽覺次之，基于觸覺的交互正在發展。根據感官通道與媒介性質的不同，人智交互方式可以歸為：1)文本交互；2)語音交互；3)圖形界面交互；4)虛擬代理交互，如與數字系統的智能代理或助手的交流；5)實體角色交互，如機器人與人之間的交流。這些交互方式有靜態的文本與畫面，也有動態的影像與圖形；有抽象的文字與符號，也有具體的景象與人物。將媒介的交互方式與指向內容的交互形式適當結合，能增強人智交互形態的“表現力”。

表一 人工智能教育應用的交互形態

人工智能應用形態、人智交互方式與交互形態之間存在“角色—擬態”的依存關系。人工智能教育應用形態是把人工智能技術應用于教育系統后形成的智能化實踐模式與狀態，主要表現為人工智能的教育用途。人智交互方式是人工智能發揮功能的方式，是產生服務效用的技術手段。人智交互形態是實現人工智能應用的技術性物化結果。人工智能應用的目的及對人工智能需求的認識影響人工智能應用物化的結果。三者都依賴人工智能技術的成熟度，決定于設計者的思想與設計。人工智能的交互形態與交互功能直接影響，甚至決定其教育應用形態，如包括功能的集成性、模式的可轉換性等。人工智能教育應用的技術化媒介與程式通過“擬態”與教育角色的應用需求相結合，在彼此的互動關系中動態完成“人智”相依的系統樣態。“擬態”的出現需要先經過“模擬”階段，其成熟需要仿真與模擬技術的高度發達與創新應用。所以，技術形態與應用形態息息相關。

(二)“人-智”視覺交互方式

人工智能體與教育主體的交互有兩個重要要素：交互方式和交互時機。人智交互主要是“近距離雙向”交互(見表一)，交互方式直接影響人智交互的“溝通”表現，涉及感官通道，內容組織與解析形式。交互方式為交互內容服務，支持“人-智”間的信息交匯、知識交流、思維交融和創造協作等。交互時機取決于基于學習與教學原理的社會性行為設計，信賴于設計者的理解與設定。交互方式則與學習者的體驗與參與度緊密相關，與人體感官關系密切，尤其是視覺交互方式。

典型的人智交互場景展示了人智交互的視覺方式與形態特點。例如，服務型“小胖”機器人(Fabo)，廣泛應用于家庭、教學、娛樂和服務等場景(柳晨晨等，2020)。它集成移動監測、自主導航、空氣凈化、電器智控、應急報警等功能，可多方位提供智能化環境服務，如對封閉環境的空氣質量監控與調整，對室內空調、熱水器等的操控，大型封閉空間中的導航等。“小胖”與人的交互方式主要有：人臉表情、圖像顯示、視頻投影、遠程攝像及文本。其中，視頻、圖像是主要的視覺交互要素，通過播放、攝像與投影完成視覺交互功能；人臉表情是重要的交互方式，它關照主體情感，與語音一起集中體現社會性交互；屏顯和投影是其視覺交互方式；多種視覺交互配上語音交互，使“小胖”在多場景智能服務中表現出色。

再如，武漢泰樂奇信息科技有限公司研制的“治趣(CureFun)醫學虛擬診療云平臺①，能夠智能化地追蹤、虛擬真實場景(高婷婷等，2019)，創建沉浸式學習環境。通過“仿真模型設備”“虛擬軟件”“希爾曼(SimMan 3G PLUS)”等高仿真模擬人以及“標準化病人”，為學生提供問診溝通、體格檢查、臨床思維、診療決策、團隊合作等臨床能力綜合訓練。此平臺涉及的交互形式主要有仿真模型、虛擬模型、視窗界面，都是經典的視覺交互載體。而且視覺影像、觸感與動作是其主要交互通道。屏幕、數字虛擬及仿真實體是其主要的交互形態。類似的智能技術應用還有很多，如谷歌云深度學習(Cloud ML)，百度的簡易深度學習(EasyDL)、開源的深度框架(AutoKeras)等(王萍等，2020)。這些自動化平臺應用人工智能技術于文本分類、圖像分類、視覺分析和自然語言處理等，其交互形式大多是圖形與文本，交互形態主要基于屏幕顯示的數字系統。這也預示著，交互方式的視覺化選擇與實際應用需求密切相關。

隨著增強現實、混合現實以及全息投影等技術的創新發展，人智交互可以發揮更多更強的效能。例如，地理空間的景象還原、歷史文化故事與人物復原呈現、想象空間模擬等，甚至支持人在其中與它們深入互動。而在自然語言處理、全息投影、視覺識別與追蹤等技術的支持下呈現特定時空的地理空間信息與社會行業場景，以根據主體的需求與應答展現后續情景，提供虛擬歷史場景，嵌入沉浸式學習環境，或智能追蹤人的行為等，都為智能技術的深入應用提供了可能。所以，視覺交互在眾多技術的支持下，將使人智交互更接近于“人—人”交互。教育機器人的發展與應用預示了這一前景。服務于兒童的社交機器人(Rubi)和微軟的人工智能產品，與學生一起形成“同學”間的多元互動，在學習中充當了智能學伴的角色。它可以扮演虛擬的或實體的同事角色，與教師互動、共同備課、一起聽評課等。擁有認知與情感智能的“計算機導師(AutoTutor)”“北極星人工智能助教”及“人工智能好教師”，則作為設計者和指導者，可精準分析學生的認知和行為模式，并結合情境為學生提供個性化指導(周琴等，2020)。作為學伴或教師的機器人，多基于各種技術集成打造而成，尤其是情感識別與表達、自然語言處理、面部表情與肢體語言等技術。這些機器人的交互方式主要有語音、面部、手勢、肢體及虛擬與實體模型等，其交互形態逐漸從聽覺走向視覺與觸覺交互，從虛擬走向實體交互，從攜帶走向與穿戴和嵌入共存，而交互體驗也逐漸接近于人與人之間的交流。 因此，以實體機器人實現的人智交互將是人工智能教育應用的轉折點，展現了人工智能在人性化教育中的美好愿景。其視覺交互是人智互動最直接、最常用的方式，在教與學中有重要意義。

四、人智視覺交互方式的“賦能”通則

在教育系統活動中，主體的知識技能增長與能力提高通常涉及學與教的活動及認知思維兩個層面。人工智能應用賦能主體、賦能教育，也需要從活動與認知思維兩個層面考慮。作為人工智能應用的“連接樞紐”，人智交互的形態與方式直接影響其應用的結果和效能。設計與應用更要重視視覺交互方式及交互形態，聚焦視覺交互操作以提高“內輔”效果，聚焦視覺互動活動以增強“外輔”效用。

(一)增強意向對象的“可見性”

人工智能視覺交互的重要任務之一就是幫助主體看見、看清、看準認知對象。學習中直接的感受和體驗主要來自視覺。“直觀地看到”是通過視覺形成感知、完成理解并產生視覺記憶的重要方式，但不是一切意向對象都“可見”。因此，視覺賦能的首要任務在于讓對象“可見”：一是讓看不見的看得見，要顯微，即讓微小的看得清晰，又要能縮小讓龐大的看得完整；二是讓看得見的看得明了，即讓無形的看得明白，隱形的看得清楚；三是要讓不存在的看得了，即要能虛擬，讓不存在的看見其形；又要能增強，讓存在的看得準確。總之，增強對象“可見性”就是借助人工智能視覺交互技術為教育主體表征意向對象的視覺影像，展現一切可學、將學之物。

在理想狀態下，人工智能應用的視覺交互可以完美勝任“可視性”要求。這得益于智能型視覺應用的優勢：1)交互中可即時網羅大量“可見”內容，可接入海量資源；2)在識別、比對、過濾等視覺功能的支持下，可以根據交互需要處理并展現事物，豐富“材料”展現方式；3)可根據交互情境與內容需要推理和計算，產生精準應需的“可視物”，即事物的準確展現。以“視像”表征意向對象，這是人工智能視覺應用“內輔”服務中的核心。

(二)提高視覺空間的“可變性”

人工智能視覺交互的另一項重點，是幫助教育主體看“懂”意向對象。視覺交互的直觀可見在多數情況下是對意向對象表面信息的觀察，往往不得其要。看“懂”意向對象不僅要明白其內在特征，更要將其置于本原環境中動態觀察其內外部關系。所以，人工智能視覺交互支持下的“看懂”需要“轉換形義”：一是引導主體看到重點，使其注意正確聚焦，使其心智有效操作；二是引導主體看得全面，使其理解連續而完整；三是引導主體看得透徹，使其抓住本質。在連續的交互中做到這些并不容易，需要交互理解和交互響應的連續往復。而在視覺空間內的可變展現，以及依據外在互動的可變調整，是智能化視覺交流賦能主體的重要途徑。

人工智能應用的視覺交互可支持主體“看懂”的需求，更能滿足其個性地看的需要。增強型人工智能視覺技術擁有強大的視覺處理能力，能結合語義處理等相關技術提供視覺空間的靈活抽取與呈現、“視像”對象的多元定制與多維處理、視覺交互語義的動態調整等支持服務，實現視覺空間中對同一事物不同形態的展現需要、同一事物不同的場景識別、不同事物的比較分析，以及對主體的交互動態與內在狀態識別等。

未來人工智能視覺交互的技術發展與實踐應用面臨更多挑戰。它的應用不僅能在交互進程中基于對主體理解狀態的感知和判斷，調整展現給主體的視覺交互內容及形式(即交互方式)，還能根據主體的完整交互狀態調整交互策略。在此基礎上，通過人工智能還原式或催化式的視覺轉化以及智能機器人近似或逼真的“人格化”表達，視覺展現的意義改變和“肢體”語義表達的調整才能趨于完善、完美。“形義一致”的視覺空間“可變性”是高級智能化的表現，是人工智能視覺交互技術“內輔”心智與“外輔”互動的重要方式。

(三)意義空間中提升交互賦能的“智慧性”

人工智能視覺交互應用的更高層級是其視覺賦能的“智慧性”。就教而言，人工智能視覺交互技術的應用讓主體“會看”，而不僅是機器“會看”。如果說“看見”是知道某物的存在，“看懂”是理解事物，那么“會看”就是能夠根據實際從適當的角度、用適當的方法、從特定的立場看。不管如何，它的目標是要使學習者靈活地看、智慧地學(祝智庭等，2018；權國龍等，2018)。人工智能視覺交互技術的高階發展可以達到“可見性”和“可變性”，但對它的“智能性”要求，是強人工智能技術應用面臨的考驗，就像機器認知發展——不僅是人讓機器可以，而且通過人工智能使人可以。以教育目標分類而言，視覺交互的“智慧性”涉及視覺化遷移和應用，即對照和比較；涉及視覺化分析，即分解與解析；也涉及評價和創造，即多維與多元；而不僅僅是“看見”和“看懂”，即知道、理解。

人工智能應用的視覺交互要能賦能主體，使其“會看”，就需要上位的智慧理論、高維的知識框架、多源信息數據的構造與發明。智慧的要領在于靈活與巧妙，是價值取向、目的基準、方法優選下的靈活。人工智能視覺交互能力，要做到靈活地思考、智慧地思想，還需要依賴多模態高密集、即時更新數據與模型支持及時的運算切換，需要依賴已有的、未來創新的算法支持應需的靈活思考，更需要依賴只會快而不會慢的算力支持即時運算。就實際應用效力看，“智能性”要求是人工智能視覺交互技術“內輔”心智與“外輔”互動的重要手段。

如果說人工智能視覺交互的“可見性”和“可變性”主要輔助認知與學習，那么其“智慧性”主要輔助思維與教學。“可見性”“可變性”“智慧性”作為人工智能視覺交互應用通則，其發展與應用需要學習科學與教學理論的參與。就主體賦能過程看，“三性”通則在人工智能視覺交互技術賦能主體中有重要意義。

(四)人智視覺交互的“內輔”與“外輔”

本研究選用人工智能集成環境和人工智能機器人的經典案例，分析人工智能視覺交互在設計上的可期效果，以及應用過程與結果上的理性預期。這幾個案例包括電影作品中的“智能艦長”、機器人瓦力和伊娃②，人形機器人(Pepper)和小胖機器人(Fabo)以及可穿戴式機器人(Fitbot)(柳晨晨等，2020)。它們分別代表未來預期的人工智能應用、當前主流應用和初期應用的交互形態。與實用的小胖等智能機器人相比，瓦力和伊娃在形態與智能上更接近于人。雖然經過了藝術加工，但他們是未來機器人發展的方向。我們可以從案例中比較不同視覺交互方式與形態的主體賦能潛力。

1．認知“內輔”的視覺方式差異明顯。由于視覺化表達的需要，機器人瓦力和伊娃需要借助外部器件展現認知的事物，如屏顯。人形機器人和小胖具備屏顯功能，可以通過視像顯示事物；可穿戴機器人幾乎不具有視像顯示能力。實際上，二維和三維投影技術就可以擴充、增強智能機器人的“內輔”展現能力——這也是機器人在視覺交互上完勝于人的地方。機器人只有充分具備呈現能力，才能以“可見性”與“可變性”輔助主體的認知需要。

2．互動“外輔”的視覺表達與互動回應以“表情”與動作為主。智能集成環境可以通過調用獨立智能體以多種視覺方式完成互動回應。瓦力和伊娃具有靈活、逼真的肢體表現、面部表情及語言和語音系統，可以自如回應服務主體；人形機器人、小胖和可穿戴機器人有情感識別和情感交互功能，主要通過語音完成交互，表情和肢體表達偏弱；可穿戴式機器人主要依賴語音系統。可以看到，有獨立行動能力的機器人往往具備兩種重要的表達與回應方式：表情(包括眼神)和動作。這兩種方式模擬了真人交往的重要元素，而語音的參與使這種模擬走向完美。互動“外輔”對維系個體情感和賦能關系有重要作用。劉革平等(2021)在虛擬實驗中的手勢交互說明，互動“外輔”可增強沉浸感，提高學習動機與學習體驗，進而通過積極的參與和行動提高學習效果。

3．視覺交互的方式與形態是人工智能賦能主體的兩個重要方面。“內輔”認知可用視覺符號表征“視像”，“外輔”互動主要依賴表情與肢體動作回應交流。屏幕與投影器是前者主要的視覺交互實體，具備表情與行動能力的機器人是后者的實體形態。人工智能視覺交互賦能主體，就是要輔助主體的內在認識，協同其外在行動。其中，“內輔”的重點在于視覺符號運用和展現方式選擇；“外輔”的關鍵是實體形態與(交互)響應方式設計。兩者都與人工智能視覺交互的設計目標與服務目的有關。依據視覺化、可視化之設計與應用研究(權國龍等，2016)，人工智能視覺交互的設計與應用要關注對象的表征、情境的還原和動態交互的展現，以透過學與教的原理輔助人的識別、呈現、模擬、分析、思考、表達，最終完成主體賦能。在機器視覺和計算機視覺發展成熟的情況下，人工智能視覺交互方式與形態將在教與學情境下大幅增強其主體賦能的能力，勝任情境還原、過程展現和空間對象表征等需要。例如，舞蹈機器人在教學中可通過豐富的視覺展現與演示“內輔”認知，而伺服機器人在服務中可通過靈活的參與“外輔”互動交流。而最后的重點依然回到人工智能視覺交互的設計思想和運用策略。 不過，以人工智能視覺交互“賦能”主體，除關注交互形態與方式外，不可忽視其智能性，需要正視人工視覺智能的實際效應與理想效能。目前人工智能應用視覺交互的智能性尚處于有限的水平。

五、人智能交互的主體“賦能”影響

如果說以計算智能(王亞飛等，2018)為根基的人工智能教育應用是“內驅”數據動力的智能應用，那么以視覺交互智能為基礎的人工智能教育應用就是“外展”實踐空間的智能應用。人工智能視覺交互可以使教育實踐活動在人智交互中充分展開，機器和智能的技術潛能也可以在人智交互中充分發揮。人工智能視覺交互質的變化將在各種應用形態中為教育主體帶來深刻影響。

(一)從認知方式到行動策略全面促進主體學習

以視覺交互為主的人智交互應用將全面支持主體學習，深化其學習效用，滿足“三性”通則的視覺交互可以將主體置于逼真的知識生產與應用場景，通過視覺變換最大限度地顯現學習對象與學習過程，做到“內輔”認知方式，外輔”互動與行動策略。在視覺感知、視覺表達與行為表現的交互性理解與設計中， “三性”通則可以在多種情景需求中提供支持。機器視覺與計算機視覺技術的發展與應用，將進一步形成人工智能教育應用的發展方向。

“可見性”使學習主體能看到一切可看之物，在現實與數字的視域中、在感性與理性的范疇內、在邏輯與直覺維度上不再有“盲區”。“可見”使得一切變得容易接觸，而“可變”使理解與掌握它們只是時間問題——眾多可選的視覺樣式、動與靜的展開式使理解不再是無法想象的混沌思慮，而是可欲可求的知會過程與思想給養。“可見性”與“可變性”的輔助效用是在視覺交互中對主體“認”與“思”的延展；在視覺、聽覺、觸覺等多種模態交互信息的共同作用下，“可見性”與“可變性”通過“多源”信息融合為主體的理性思維與設計創造帶來可能。對充滿好奇心與求知欲的學習主體來說，“可見”“可變”的人工智能視覺交互特性將直接促進主體感性認識與理性思考的直觀展現。而“智慧性”是在延展認知的基礎上幫助主體獨立思考和創新思維。人工智能視覺交互中的“智慧”傳遞過程本質上是思維的模仿。這里需要把握兩點：一是智慧地傳遞，即視覺化展現的有效性和靈活性；二是智慧的實體，即視覺化呈現的事物及巧妙的呈現形式。智慧性應用只要形成例子就可以觀察模仿。“智慧”“可變”的人工智能視覺交互是輔助主體思維和情感的重要方向。通過穩定主體情感狀態，引導其動機與目標，人工智能視覺交互可以在情感交互和具象交流的基礎上(柳晨晨等，2020)以特定的角色陪伴學習主體深化學習。在人工智能技術發展及情感研究的相互支持下，人工智能視覺交互也將進一步涉及主體的情感和意志。屆時以視覺交互外展的人智交互對主體認知與行動的影響將變得全面而精致，主體在視覺空間與意義空間中的深層次自我認知與個性化外部反饋(郭炯等，2019)也將在人工智能的情感關照中變得豐富而人性化。

在現代科技的教育應用市場中，人工智能視覺交互應用的趨勢是明顯的。2020年教育技術行業的創收達到2520億美元，年增長率為17%。其中，代表視覺技術應用的增強現實處于領先地位。這與其自身優勢緊密相關，如學生的興趣和注意力的抓取、無障礙學習材料、無需特殊設備、快且有效的學習過程、可改進協作能力、支持實踐學習、適用于各類教育和培訓(如對危險性工作的培訓)等(Aleksandrova，2018)。

(二)從群眾共性到個體差異精準改進主體的教學

人工智能視覺交互賦能主體、賦能教育必然包含對教師和教育教學的支持與服務。就教學應用而言，人工智能視覺交互的支持也是“有向”“準確”而“及時”的。“有向”指既能針對個體差異，也能關照群體共性。教育教學有此需求，教師在“一對多”的情形下更需要這種支持服務。人工智能視覺交互的支持也將變得“準確”，直指個體與群體的潛在需求與即時問題。人工智能應用總能指向應用場景的“問題所在”，明確可以調整、改變的部分，提供及時而有力的智能支持。在教學應用中人工智能視覺交互可以：1)在視覺化模擬與分析的基礎上，準確預測教學中的關鍵目標、重點環節及實施策略以幫助教師做好充分準備；2)在視覺化識別與運算的基礎上，把握學習者狀態并理解其學習過程輔助教師適時調整教學；3)在視覺化分析與統計的基礎上，診斷教學過程中存在的問題并能及時找到教學設計與實施中的疏漏與弊端；4)在視覺化推理與決策的基礎上，提出新的教學革新方案，形成新的教學設計；5)基于對學和教過程的充分了解，及時發現“主體間”的問題，推薦或推行系統性的教學方案。

人工智能視覺交互的支持也將恰在其時，以智慧的方式與主體在實踐情景中互動。在視覺交互層面上，教育系統中的數據、信息與知識甚至智慧都牽涉其中；智能教學中的主體感知、思考與行動也值得人工智能視覺交互的參與。人工智能應用，能以視覺化方式創建和管理學習內容，可以對所學內容及學習過程與結果做最大程度的可視化展現與分析；進而，在獲得對學習進度和理解過程的重要見解(Sudarshan，2018)后，通過視覺交互在知識、技能、思維等方面“賦能”學習主體，如智能仿真教學系統(李愛霞等，2019)。無論是嵌入“環境”的人工智能，還是陪伴主體的人工智能，都離不開對環境和主體的狀態與過程數據的收集，都需要信息識別，自動收集信息，快速分析，即時聚焦，合理推薦，以及支撐并完成視覺化的實踐應用。也正是在合理科學地應用教育數據的基礎上，人工智能視覺交互可以支持教育教學的價值選擇和主體的思想與實踐活動，如基于智能決策引擎的智能閱卷和智能推題(王亞飛等，2018)。

(三)從智能理想到教育現實辯證應對人智交互賦能的機遇和挑戰

由智能視覺交互外展的人智交互有賦能主體于教育實踐場域的“智能理想”。以機器視覺和計算機視覺技術為代表，以問題求解、邏輯推理、自然語言理解、自動程序設計、機器學習、人工神經網絡系統、模式識別、智能檢索等為基礎(吳永和等，2017)，人工智能視覺交互在未來智能技術支持下將為教育主體帶來全新的學與教模式、體驗與效果。例如，增強現實應用帶來的體驗(汪存友等，2016；陳凱泉等，2017)。教育系統的人智交互使未來教育在認知方式、資源供給、課堂教學、教育形態和道德框架等方面面臨變革(柳晨晨等，2020)。這是未來人工智能教育應用發展的機遇，也是人工智能技術、人智交互應用、未來教育協同發展的新起點。

與此同時，人工智能視覺交互的教育實踐應用也存在諸多現實困境，涉及人工智能技術本身、主體的多元適應以及社會經濟、政策與倫理等。例如，從技術應用看，先進技術的實踐應用需要高昂的成本，教育所期望的人工智能技術發展不夠成熟，應用缺乏師資隊伍和師資培訓，現有的教與學過程面臨來自“新型智能與意識”的挑戰，教育場域的人與人工智能共處的倫理問題，人工智能應用涉及教育的公平、主體和本體等哲學問題。從應用形態看，人工智能教育環境、系統、學伴、教師和管理者越來越“聰明”“自由”，作為獨立的存在它們如何“和諧”地參與學與教的活動；人工智能實體與主體協作的過程與結果在教育評估中如何被認定。人工智能技術與人工智能視覺交互充分應用于教育活動時，現有的教育體制會成為“桎梏”還是“適配性容器”，現有的教育模式是否需要調整，如人工智能教育的“盲區”和“禁區”問題的解決(張坤穎等，2017)，等等。不過，可以肯定的是，當人工智能技術的教育參與已然使教育主體和諧，使教育格局均衡、實現生態化時，體制與模式所面臨的更新就是必然的。

辯證地看待人工智能教育應用進程中的機遇和挑戰是人智交互賦能未來教育的應有姿態。人工智能視覺交互作為人工智能教育應用的重要方向，要在理論研究與實踐應用中把握教育科學規律，揚長避短使其良性發展。智能學習地圖的設計與應用(顧小清等，2018)就是智能教育背景下學習主體需求導向的智能化設計與應用。正如奧拉夫·扎瓦克奇-里克特等(2020)的觀察，人工智能教育不能與教學理論若即若離，要逐步探索符合教育規律和倫理規范的人工智能應用。人工智能視覺交互應用依然需要從“現代”人工智能的三個特征、算法的客觀與公正、保護隱私與權利等方面檢驗人工智能對教與學的促進作用。而人工智能技術新進展所預示的教育應用新愿景也當成為當下人工智能教育應用的航標，畢竟人工智能的潛力是可期的，就像現在的人工智能發展讓人驚訝一般。

[注釋]

① 武漢泰樂奇信息科技有限公司網址：http://www.curefun.com。

② “智能艦長”、瓦力和伊娃出自影片《機器人瓦力》。