教育智能體的發(fā)展歷程、應(yīng)用現(xiàn)狀與未來展望

徐振國(guó) 劉志 黨同桐 孔璽

[摘? ?要] 教育智能體是人工智能領(lǐng)域的重要研究方向，可助力實(shí)現(xiàn)教育的智能化、精準(zhǔn)化和個(gè)性化，其對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)情感、學(xué)習(xí)效果等有著直接且顯著的影響。人工智能與教育的結(jié)合愈加緊密，但教育智能體尚處于探索階段，為使教育智能體更好地服務(wù)教與學(xué)，文章通過對(duì)既有文獻(xiàn)的梳理和歸納，對(duì)教育智能體的發(fā)展歷程和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，并進(jìn)一步明確了教育智能體的內(nèi)涵和特征。教育智能體已在支持個(gè)性化學(xué)習(xí)、扮演虛擬教學(xué)角色、實(shí)現(xiàn)人機(jī)情感交互等領(lǐng)域取得應(yīng)用，但仍存在決策精度較弱、對(duì)話能力有限、外觀設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、情感交互不足等問題。未來，教育智能體將與大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)、情感計(jì)算等技術(shù)深度融合，以其“智能”促進(jìn)學(xué)習(xí)者的“智慧”發(fā)展，賦能教與學(xué)的變革與重構(gòu)。

[關(guān)鍵詞] 人工智能; 教育智能體; 智能體; 應(yīng)用現(xiàn)狀; 未來展望

[中圖分類號(hào)] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡(jiǎn)介] 徐振國(guó)（1989—），男，山東泰安人。講師，博士，主要從事人工智能教育應(yīng)用、數(shù)字化學(xué)習(xí)資源、在線學(xué)習(xí)行為研究。E-mail：xu.zhen.guo@163.com。黨同桐為通訊作者，E-mail：ncudtt@163.com。

一、引? ?言

隨著計(jì)算機(jī)性能的顯著提升和大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，人工智能加速發(fā)展，呈現(xiàn)出深度學(xué)習(xí)、跨界融合、人機(jī)協(xié)同、群知開放等新特征，并在潛移默化中影響著人們的思維方式和生活習(xí)慣，引發(fā)鏈?zhǔn)酵黄疲苿?dòng)各領(lǐng)域從數(shù)字化向智能化的加速躍升。作為人工智能領(lǐng)域的重要研究方向，教育智能體實(shí)現(xiàn)迭代發(fā)展，并初露鋒芒。國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)于2018年設(shè)立教育信息科學(xué)與技術(shù)方向，代碼為F0701，其中F070107重點(diǎn)關(guān)注教育智能體的探索與實(shí)踐[1]。據(jù)公開資料顯示，2018年F0701各資助類別共獲批65項(xiàng)，F(xiàn)070107僅1項(xiàng);到了2019年F0701各資助類別共獲批84項(xiàng)，F(xiàn)070107則為0項(xiàng)。2020年取消了F0701下的三級(jí)代碼，通過獲批項(xiàng)目的名稱判斷，教育智能體的相關(guān)研究?jī)H1項(xiàng)。在中國(guó)知網(wǎng)中以“教育智能體”和“教學(xué)代理”為篇名進(jìn)行檢索，截至2021年3月，僅檢索到10篇高質(zhì)量文獻(xiàn)。而反觀國(guó)外，教育智能體的相關(guān)研究正如火如荼地積極開展。在Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫中，以Pedagogical Agent為標(biāo)題進(jìn)行檢索，共有168篇與教育智能體密切相關(guān)的高質(zhì)量文獻(xiàn)。通過對(duì)這168篇文獻(xiàn)的梳理與歸納，發(fā)現(xiàn)國(guó)外教育智能體的研究主要集中在：將教育智能體與智能導(dǎo)師系統(tǒng)結(jié)合，以便創(chuàng)建既能提供學(xué)習(xí)支持服務(wù)，又能促進(jìn)社會(huì)關(guān)系發(fā)展的教育系統(tǒng);對(duì)教育智能體的視覺形象和對(duì)話文本進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī);探索智能學(xué)習(xí)環(huán)境、在線學(xué)習(xí)環(huán)境下情感交互的方式、方法，解決人機(jī)間的情感交互問題。

相比于國(guó)內(nèi)，國(guó)外學(xué)者對(duì)教育智能體進(jìn)行了更為廣泛的研究，并已充分認(rèn)識(shí)到教育智能體的重要作用。而國(guó)內(nèi)對(duì)于教育智能體的研究尚處于起步和探索階段，各領(lǐng)域?qū)W者對(duì)教育智能體缺乏足夠關(guān)注和重視。為此，本研究從教育智能體的發(fā)展歷程、內(nèi)涵特征出發(fā)，著重介紹教育智能體目前的應(yīng)用現(xiàn)狀，并展望和討論教育智能體所面臨的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)和未來趨勢(shì)，以期為國(guó)內(nèi)教育智能體的相關(guān)研究提供參考和幫助。

二、教育智能體的發(fā)展歷程

智能體源于人工智能、軟件工程、分布式系統(tǒng)等領(lǐng)域，具有自治性、反應(yīng)性、主動(dòng)性、社會(huì)性、進(jìn)化性等特征，其核心特點(diǎn)是能夠持續(xù)自主地發(fā)揮作用。教育智能體繼承了智能體的核心特征，但其出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)均為解決教育教學(xué)過程中的現(xiàn)實(shí)問題，因此發(fā)展出不同于軟件智能體的關(guān)鍵屬性。

（一）教育智能體的起源與發(fā)展

智能體（Agent）也被稱為代理，20世紀(jì)80年代明斯基（Marvin Minsky）在其著作《心智社會(huì)》中明確提出智能體一詞，但此前已有相關(guān)研究。智能體標(biāo)準(zhǔn)化組織將智能體定義為：智能體是駐留于環(huán)境中的實(shí)體，它能夠感知和解釋反映環(huán)境變化的數(shù)據(jù)，并可自主執(zhí)行動(dòng)作以影響環(huán)境。羅斯（Barbara Hayes-Roth）指出智能體通常具備三種功能：覺察所處環(huán)境的實(shí)時(shí)改變;主動(dòng)或被動(dòng)響應(yīng)以影響所處環(huán)境;通過“思考”理解感知到的信息、解決遇到的問題、得出結(jié)論和作出決定[2]。簡(jiǎn)單來說，可以將智能體看作能夠感知外界環(huán)境，并能根據(jù)外界環(huán)境作出相對(duì)應(yīng)答或能自主完成設(shè)定目標(biāo)的程序或?qū)嶓w。智能體領(lǐng)域著名學(xué)者伍德里奇（Michael Wooldridge）和詹寧斯（Nicholas Jennings）指出智能體應(yīng)具備以下四種性質(zhì)：自主性、主動(dòng)性、反應(yīng)能力和社會(huì)能力[3]。

教育智能體起源于20世紀(jì)70年代的智能導(dǎo)師系統(tǒng)，是智能體技術(shù)與教育教學(xué)融合創(chuàng)新的成果，但其教學(xué)思想可追溯至斯金納（Burrhus Skinner）提出的教學(xué)機(jī)器和程序教學(xué)。智能導(dǎo)師系統(tǒng)中的“導(dǎo)師”即為教育智能體的雛形，可為學(xué)習(xí)者答疑解惑，但此時(shí)多關(guān)注輔導(dǎo)的抽象實(shí)體，主要從認(rèn)知層面指導(dǎo)學(xué)習(xí)者。隨著信息技術(shù)發(fā)展，計(jì)算機(jī)的視覺呈現(xiàn)和交互能力得到顯著提升，智能體隨之發(fā)展出眾多具體的、可視化的虛擬角色。教育智能體所扮演的角色也從單一走向多元，例如教師、伙伴、激勵(lì)者、督促者等，形象更加復(fù)雜，并且可以通過文本、語音、肢體動(dòng)作等形式與學(xué)習(xí)者進(jìn)行互動(dòng)。教育智能體功能也更加全面，既有認(rèn)知層面的功能，也有社會(huì)文化層面的功能。2010年以來人工智能實(shí)現(xiàn)第三次跨越式飛躍，搭乘人工智能的“快車”，教育智能體的功能趨于多樣和完善，使之在教育領(lǐng)域的作用和重要性日益凸顯。目前，教育智能體既可以實(shí)現(xiàn)與學(xué)習(xí)者認(rèn)知層面的交互，提供個(gè)性化的指導(dǎo)和幫助，還可以通過建立與學(xué)習(xí)者的情感紐帶和聯(lián)系，豐富學(xué)習(xí)者的情感體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。教育智能體正以其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在教育領(lǐng)域展現(xiàn)出生機(jī)勃勃的活力。

（二）教育智能體的內(nèi)涵

教育智能體也被稱為教學(xué)代理，由于屬于多學(xué)科交叉領(lǐng)域，因此各領(lǐng)域研究者對(duì)它的理解和界定并不相同。貝勒（Amy Baylor）等認(rèn)為教育智能體是為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的而在教學(xué)過程中使用的由計(jì)算機(jī)生成的角色，這里的角色包括專家、同伴、評(píng)價(jià)者等[4]。庫克（Kristijan Kuk）等則認(rèn)為教育智能體是由計(jì)算機(jī)生成的虛擬導(dǎo)師，以人、動(dòng)物、植物等形式展現(xiàn)，通常可以實(shí)現(xiàn)文本、語音、動(dòng)作等的交流[5]。約翰遜（Lewis Johnson）等指出無論教育智能體是何種形象，都是通過視覺呈現(xiàn)的虛擬角色，其核心意圖為促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)[6]。劉清堂等認(rèn)為教育智能體是呈現(xiàn)于教學(xué)場(chǎng)景中的虛擬形象，其目的是促進(jìn)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知學(xué)習(xí)[7]。

基于眾多研究者對(duì)教育智能體的界定，本研究認(rèn)為教育智能體是處于學(xué)習(xí)環(huán)境中并可作為學(xué)習(xí)環(huán)境組成部分的虛擬角色，它通過語音、文本、肢體動(dòng)作、面部表情等為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)支持，旨在促進(jìn)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知學(xué)習(xí)和情感體驗(yàn)。教育智能體由計(jì)算機(jī)生成，多扮演教師、激勵(lì)者、伙伴、專家、導(dǎo)師等角色，隨時(shí)可以感知環(huán)境并且執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，同時(shí)逐漸建立自己的活動(dòng)規(guī)則，以應(yīng)對(duì)未來可能感知到的環(huán)境變化。教育智能體可以是簡(jiǎn)單的二維形象，也可以是復(fù)雜的三維形象，它提供的與學(xué)習(xí)者之間的情境互動(dòng)，使其有別于傳統(tǒng)課件，學(xué)習(xí)者可通過與一個(gè)或多個(gè)教育智能體的互動(dòng)來進(jìn)行學(xué)習(xí)。教育智能體或扮演輔導(dǎo)教師，為學(xué)習(xí)者提供高質(zhì)量的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)指導(dǎo);或扮演學(xué)習(xí)伙伴，與學(xué)習(xí)者共同學(xué)習(xí)，并開展朋輩輔導(dǎo)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情緒和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。教育智能體與專家系統(tǒng)的區(qū)別主要為：專家系統(tǒng)無須嵌入學(xué)習(xí)環(huán)境中，不必和學(xué)習(xí)環(huán)境執(zhí)行交互;另外，專家系統(tǒng)不需要和其他專家系統(tǒng)進(jìn)行通信。

（三）教育智能體的特征

教育智能體擁有智能體的普遍性質(zhì)，但又具有與其他智能體相區(qū)別的核心屬性。教育智能體通常具備以下性質(zhì)：教育性、自主性、主動(dòng)性、反應(yīng)性和社會(huì)性。（1）教育性：為學(xué)習(xí)者提供必要的學(xué)習(xí)支持服務(wù)是教育智能體的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，其最終目的是促進(jìn)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知學(xué)習(xí)和情感體驗(yàn)，這也是區(qū)別于其他智能體的顯著特點(diǎn)。（2）自主性：教育智能體在不受學(xué)習(xí)者和其他智能體的指令或者干預(yù)下，具備自主采取動(dòng)作的能力。同時(shí)，某些教育智能體還可以自主控制自身的行為和內(nèi)部狀態(tài)。（3）主動(dòng)性：教育智能體既可以針對(duì)外部刺激作出被動(dòng)響應(yīng)，也可以根據(jù)預(yù)設(shè)目標(biāo)主動(dòng)執(zhí)行動(dòng)作。（4）反應(yīng)性：教育智能體能夠覺察來自外部環(huán)境的刺激或變化，并能及時(shí)作出動(dòng)作響應(yīng)。（5）社會(huì)性：教育智能體具備與其他智能體或?qū)W習(xí)者進(jìn)行交互、協(xié)作的能力。

無論教育智能體以何種形象呈現(xiàn)，主要包括內(nèi)在特征和外在特征。內(nèi)在特征也被稱為功能特征，教育智能體既是知識(shí)傳遞的工具，也是學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程中的幫助者和促進(jìn)者。如果僅出于提高智能化程度而添加教育智能體，可能會(huì)適得其反。教育智能體應(yīng)通過科學(xué)、合理的教學(xué)策略、教學(xué)方法、評(píng)價(jià)方式來促進(jìn)學(xué)習(xí)。外在特征也被稱為社會(huì)特征，貝勒（Amy Baylor）指出當(dāng)智能體被用作社會(huì)模型時(shí)，其形象便是需要考慮的關(guān)鍵因素。研究證實(shí)，教育智能體的視覺形象和聲音特點(diǎn)對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)具有重要影響，它們?cè)谀撤N程度上決定了學(xué)習(xí)者對(duì)教育智能體的感知[8]。外在特征主要包括年齡、性別、外貌、表情、動(dòng)作、手勢(shì)和聲音的響度、音調(diào)、音色等，旨在幫助學(xué)習(xí)者建立與在線或智能學(xué)習(xí)環(huán)境之間的社會(huì)聯(lián)系[9]。

三、教育智能體的應(yīng)用現(xiàn)狀

教育智能體是順應(yīng)智能環(huán)境下教育發(fā)展的必然選擇，也是“人工智能+教育”的必然趨勢(shì)。目前，教育智能體在教育領(lǐng)域的應(yīng)用已初見成效，其在教育教學(xué)中多扮演指導(dǎo)教師、學(xué)習(xí)伙伴、自身影像、實(shí)習(xí)對(duì)象等角色，以便為學(xué)習(xí)者的認(rèn)知學(xué)習(xí)和情感體驗(yàn)提供必要幫助。

（一）教育智能體的應(yīng)用領(lǐng)域

1. 支持個(gè)性化學(xué)習(xí)

教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》中明確指出應(yīng)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、智能化、個(gè)性化的教育體系，達(dá)成優(yōu)質(zhì)的個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)，滿足學(xué)習(xí)者、教學(xué)者和管理者的個(gè)性化需求。實(shí)現(xiàn)因材施教和學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)，促進(jìn)其全面化的自由發(fā)展是教育者持之以恒的目標(biāo)與追求。縱觀當(dāng)今世界各國(guó)的教育改革，探索支持以學(xué)習(xí)者為中心的個(gè)性化學(xué)習(xí)的方式、方法已成為重中之重，并成為教育教學(xué)研究的新趨勢(shì)和新一代教育教學(xué)改革的著力點(diǎn)。

智能體與教育教學(xué)的深度融合為個(gè)性化學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，教育智能體為攻克傳統(tǒng)教學(xué)忽視學(xué)習(xí)者差異性的壁壘和突破個(gè)性化學(xué)習(xí)所面臨的挑戰(zhàn)提供了新思路和新方法，使個(gè)性化學(xué)習(xí)成為可能。教育智能體通過對(duì)在線學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的追蹤與分析，借助數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，感知學(xué)習(xí)者的認(rèn)知特點(diǎn)和學(xué)習(xí)風(fēng)格，以建立科學(xué)有效的學(xué)習(xí)者模型，進(jìn)而為學(xué)習(xí)者提供定制化的學(xué)習(xí)服務(wù)，在與學(xué)習(xí)者的交互中幫助學(xué)習(xí)者完成對(duì)知識(shí)的建構(gòu)，滿足學(xué)習(xí)者多樣化的學(xué)習(xí)需求，并提高學(xué)習(xí)者的主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)效率，真正實(shí)現(xiàn)因材施教的教育理念。教育智能體充分尊重學(xué)習(xí)者的個(gè)性化差異，形成了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)并以學(xué)習(xí)者為主的個(gè)性化教學(xué)模式，使學(xué)習(xí)者得到了適合自身的最佳發(fā)展。

智能導(dǎo)師系統(tǒng)（Intelligent Tutoring Systems，ITS）通常被認(rèn)為是教育智能體的雛形。1982年斯利曼（Derek Sleeman）和布朗（John Brown）提出ITS的概念，并指出ITS是利用計(jì)算機(jī)模仿教學(xué)專家的經(jīng)驗(yàn)、方法來輔助教學(xué)工作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[10]。教育智能體在ITS中多扮演教師角色，觀察、跟蹤學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為，并在必要時(shí)給予幫助和指導(dǎo)，同時(shí)通過與學(xué)習(xí)者的交互收集信息完善學(xué)習(xí)者的個(gè)性化偏好模型，而后根據(jù)偏好模型調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化系統(tǒng)知識(shí)庫，以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)。庫克（Kristijan Kuk）等開發(fā)了名為MIMLE的智能導(dǎo)師系統(tǒng)，其核心功能主要由教育智能體實(shí)現(xiàn)[5]。教育智能體可通過與學(xué)習(xí)者的交互，來判斷是否需要對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)提供支持和幫助。若學(xué)習(xí)者在解決問題的過程中遇到困難，便可激活教育智能體。教育智能體可通過幫助窗口向?qū)W生推送有助于解決問題的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程的干預(yù)。問題解決后，教育智能體會(huì)推送鼓勵(lì)和贊揚(yáng)的話語，提高學(xué)習(xí)者的成就感和積極性。

目前，基于教育智能體的智能導(dǎo)師系統(tǒng)研究多專注如何依據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格和認(rèn)知水平為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)指導(dǎo)，構(gòu)建更自然、更有效的智能學(xué)習(xí)環(huán)境，以便實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)，以智能助力學(xué)習(xí)者的智慧發(fā)展，賦能教與學(xué)的變革與重構(gòu)。

2. 扮演虛擬教學(xué)角色

萊斯特（James Lester）等通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)在智能學(xué)習(xí)環(huán)境中應(yīng)用教育智能體能夠提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率，并發(fā)現(xiàn)教育智能體的形象起著關(guān)鍵作用，栩栩如生的人物形象可以更好地促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)[11]。在此基礎(chǔ)上，他們提出了教育智能體的“角色效應(yīng)”。教育智能體通常以學(xué)習(xí)環(huán)境中真實(shí)存在的人物形象出現(xiàn)，與屏幕上的學(xué)習(xí)內(nèi)容共存，豐富和延伸人機(jī)間交流方式的同時(shí)，可提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，減輕由于師生分離而帶來的孤獨(dú)感。教育智能體越來越人性化，所扮演的角色更加貼合真實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境，形象也更加逼真和多樣。既可對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行講解，也可幫助解決學(xué)習(xí)者面臨的真實(shí)問題，還可演示復(fù)雜且難以用文字描述的實(shí)驗(yàn)或者任務(wù)。

課堂教學(xué)中師生之間、學(xué)生之間的社會(huì)交往能夠影響學(xué)習(xí)者的認(rèn)知過程和情感狀態(tài)，教育智能體通過模擬真實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中的教學(xué)角色，并利用語言和動(dòng)作在某種程度上模仿人類社會(huì)中的互動(dòng)，來創(chuàng)造一個(gè)逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境。學(xué)習(xí)者面對(duì)的將是“有血有肉有溫度”的“人”，而不是冷冰冰的機(jī)器，這無疑使學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程更加自然和真實(shí)，從而激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，彌合學(xué)習(xí)者與在線或智能學(xué)習(xí)環(huán)境間存在的交流鴻溝。

此外，教育智能體可通過肢體動(dòng)作引導(dǎo)學(xué)習(xí)者將注意力聚焦到當(dāng)前學(xué)習(xí)畫面最為重要的部分，同時(shí)跟蹤學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程，實(shí)時(shí)研判學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況，并在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)提供必要的幫助或表現(xiàn)恰當(dāng)?shù)谋砬椋@對(duì)改善學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗(yàn)至關(guān)重要。若教育智能體扮演指導(dǎo)教師，它可以觀察、引導(dǎo)和保持學(xué)習(xí)者的注意力，根據(jù)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知能力推送個(gè)性化學(xué)習(xí)資源，對(duì)難以用文字呈現(xiàn)的內(nèi)容進(jìn)行直觀演示，并以語言或非語言方式對(duì)學(xué)習(xí)者的需求及時(shí)給予反饋，借以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者深層次學(xué)習(xí)的發(fā)生和高層次技能的培養(yǎng)。若教育智能體扮演學(xué)習(xí)伙伴，它可以和學(xué)習(xí)者共同學(xué)習(xí)，并進(jìn)行交流。當(dāng)學(xué)習(xí)者成功時(shí)鼓勵(lì)、贊揚(yáng)，激發(fā)其自豪感和成就感;當(dāng)學(xué)習(xí)者失敗時(shí)安慰、幫助，使其重拾信心。教育智能體在某種程度上可模擬實(shí)現(xiàn)師生之間、學(xué)生之間面對(duì)面的交流，將有效減輕學(xué)習(xí)者獨(dú)自學(xué)習(xí)所帶來的孤獨(dú)感，并且恐懼、焦慮、失落等情緒將得以緩解[12]。

教育智能體通過模擬教學(xué)角色使學(xué)習(xí)者與在線學(xué)習(xí)環(huán)境間的交互更為真實(shí)且更加有效，在滿足學(xué)習(xí)者社會(huì)交往需要的同時(shí)，也提高了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果。隨著人工智能和智能體技術(shù)的愈加成熟，教育智能體所扮演的角色將更加多元，形象也將越發(fā)逼真，教育智能體將對(duì)教育領(lǐng)域產(chǎn)生更為顯著的影響，并且為智能學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建與發(fā)展提供了新的思路。

3. 實(shí)現(xiàn)人機(jī)情感交互

教育智能體的早期研究多關(guān)注學(xué)習(xí)者的認(rèn)知需求，即通過預(yù)設(shè)的算法為學(xué)習(xí)者推送學(xué)習(xí)內(nèi)容和提供問題解答，以期提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果，而對(duì)學(xué)習(xí)者情感層面的需求缺乏重視，忽視了教育智能體的情感功能[13]。隨著認(rèn)知與情感研究成果的日益豐富，專家學(xué)者逐漸意識(shí)到情感對(duì)學(xué)習(xí)過程的重要作用，并在設(shè)計(jì)開發(fā)教育智能體時(shí)，注意教育智能體情感功能和認(rèn)知功能的協(xié)調(diào)與平衡。情感在感知、推理、決策和創(chuàng)造等方面必不可少，已然是智能的重要組成部分。同樣，在社會(huì)交往中，情感也扮演著關(guān)鍵角色。當(dāng)學(xué)習(xí)者執(zhí)行學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，他們必然會(huì)與學(xué)習(xí)環(huán)境中的教師或其他學(xué)習(xí)者有所互動(dòng)。傳統(tǒng)在線學(xué)習(xí)環(huán)境雖然能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供優(yōu)質(zhì)且豐富的學(xué)習(xí)資源，但卻很難與學(xué)習(xí)者進(jìn)行情感層面的交流，忽略了學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的情感表達(dá)和情感訴求。教育智能體可對(duì)在線學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行補(bǔ)充和完善，當(dāng)學(xué)習(xí)者因?qū)W習(xí)任務(wù)或自主學(xué)習(xí)產(chǎn)生負(fù)面情緒時(shí)，教育智能體將及時(shí)給予反饋和幫助，盡可能使學(xué)習(xí)者獲得與課堂學(xué)習(xí)相同的情感體驗(yàn)。

教育智能體在構(gòu)思時(shí)便需將情感考慮在內(nèi)，力求能夠感知、判斷、回應(yīng)和調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情感，提高教育智能體與學(xué)習(xí)者的情感交互能力，使學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中始終保持積極的情感狀態(tài)。當(dāng)教育智能體對(duì)學(xué)習(xí)者的情感狀態(tài)感同身受，并根據(jù)學(xué)習(xí)者的情感需求靈活調(diào)整面部表情、肢體動(dòng)作時(shí)，學(xué)習(xí)者將會(huì)傳達(dá)出更高的自我效能感。目前，教育智能體能夠簡(jiǎn)單表達(dá)高興、悲傷、失望等情緒，當(dāng)學(xué)習(xí)者能夠較快、較好地完成學(xué)習(xí)任務(wù)，教育智能體會(huì)表現(xiàn)出高興、贊揚(yáng)的肢體動(dòng)作;而當(dāng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進(jìn)展遲緩、學(xué)習(xí)任務(wù)完成較差時(shí)，教育智能體會(huì)傳遞出失望的情緒，并對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行督促，這有助于增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的情感體驗(yàn)。

扎哈羅夫（Konstantin Zakharov）等設(shè)計(jì)并開發(fā)了名為EER-Tutor的教育智能體，可實(shí)現(xiàn)情感交互功能[14]。EER-Tutor具有多種形象，以供學(xué)習(xí)者選擇。首先，它能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者的面部特征感知、判斷學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情感。其次，它能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情感作出適當(dāng)反饋。當(dāng)學(xué)習(xí)者經(jīng)過努力將問題解決時(shí)，它報(bào)以微笑，并發(fā)送祝賀信息;而當(dāng)學(xué)習(xí)者多次嘗試但問題仍然沒有解決時(shí)，則會(huì)面帶悲傷，好像感同身受，并發(fā)送鼓勵(lì)消息。

隨著研究者對(duì)情感與認(rèn)知兩者關(guān)系的理解不斷加深，教育智能體的情感功能被愈發(fā)重視。通常，教育智能體只調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)者穩(wěn)定且持續(xù)的消極情感狀態(tài)，以減小對(duì)學(xué)習(xí)者注意力的影響。限于情感計(jì)算相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，教育智能體尚不能做到十分準(zhǔn)確地識(shí)別學(xué)習(xí)者情感，所提供的情感反饋方式也較為簡(jiǎn)單。

（二）教育智能體面臨的主要問題

目前教育智能體的研究與應(yīng)用處于探索階段，仍有許多問題有待解決，主要包括以下幾個(gè)方面。

教育智能體的決策精度較弱，靈活性不足，只能起到一定的輔助作用，距離預(yù)期目標(biāo)尚有差距。課堂教學(xué)中，教師能夠根據(jù)實(shí)際情況來處理所遇到的各種問題，哪怕某些意外情況出現(xiàn)，教師也能靈活回應(yīng)。教育智能體的決策是由領(lǐng)域?qū)＜腋鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)預(yù)先設(shè)計(jì)好的，運(yùn)行時(shí)當(dāng)遇到某個(gè)臨界條件，便執(zhí)行某個(gè)相應(yīng)的動(dòng)作。實(shí)際的教學(xué)或?qū)W習(xí)過程遠(yuǎn)比實(shí)驗(yàn)復(fù)雜，具有較高的不確定性，學(xué)習(xí)者可能遇到的問題也難以窮盡。當(dāng)出現(xiàn)設(shè)計(jì)者沒有預(yù)想到的情況時(shí)，教育智能體便無所適從。此外，教育智能體的決策能力依賴于所采用的計(jì)算機(jī)算法或數(shù)學(xué)模型，但目前研究者多使用傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)方法，對(duì)深度學(xué)習(xí)等新興方法缺乏關(guān)注，往往也難以取得理想效果。

教育智能體應(yīng)能夠在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)為學(xué)習(xí)者提供適合學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)風(fēng)格、認(rèn)知能力的學(xué)習(xí)支持，但目前教育智能體在復(fù)雜、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)條件下的“對(duì)話”能力是有限的。當(dāng)從參與有限的、特定領(lǐng)域的、面向任務(wù)的“對(duì)話”擴(kuò)展到參與更廣泛的、類似人類的“對(duì)話”時(shí)，情況將變得更為復(fù)雜，這無疑對(duì)教育智能體來說也是巨大挑戰(zhàn)。教育智能體與學(xué)習(xí)者的互動(dòng)過程中，學(xué)習(xí)者對(duì)教育智能體的“對(duì)話”能力具有較高期待，例如它是否能給出問題的正確答案，是否能討論問題的解題思路等，甚至有可能涉及學(xué)習(xí)內(nèi)容外的“對(duì)話”。事實(shí)上，課堂教學(xué)中總有一些和學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)習(xí)主題無關(guān)的對(duì)話，而這些對(duì)話可能會(huì)營(yíng)造一種放松愉悅的學(xué)習(xí)氛圍，促進(jìn)學(xué)習(xí)者的情感參與，并為學(xué)習(xí)者的認(rèn)知活動(dòng)創(chuàng)造額外的可能性。

教育智能體的形象和外觀對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程具有重要影響[15]，但目前教育智能體的形象和外觀設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。教育智能體的視覺要素包括了性別、年齡、外貌、角色等重要和即時(shí)的信息，遠(yuǎn)不是在設(shè)計(jì)過程中可有可無那么簡(jiǎn)單。越來越多的研究表明教育智能體的形象會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣產(chǎn)生影響，貝勒（Amy Baylor）指出在線學(xué)習(xí)環(huán)境中教育智能體的形象和外觀是決定教育智能體是否有效的兩個(gè)關(guān)鍵因素。精心設(shè)計(jì)的教育智能體外觀能對(duì)學(xué)習(xí)者的興趣和動(dòng)機(jī)產(chǎn)生積極影響，并可能會(huì)產(chǎn)生意想不到的良好效果。對(duì)于教育智能體的開發(fā)者來說，他們往往具備專業(yè)的學(xué)科知識(shí)和技術(shù)能力，但可能缺少較高的藝術(shù)素養(yǎng)。這就需要加強(qiáng)和設(shè)計(jì)人員的聯(lián)系，促進(jìn)跨學(xué)科、跨領(lǐng)域?qū)＜液献鳎闪ｉT的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，將多領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)運(yùn)用到認(rèn)知功能和視覺形象的設(shè)計(jì)、優(yōu)化過程中，以便合作開發(fā)出具有良好外觀，又能促進(jìn)學(xué)習(xí)的教育智能體。

目前，教育智能體研究仍以認(rèn)知層面為主，對(duì)情感層面的關(guān)注較少，造成教育智能體情感交互能力不足。現(xiàn)有的情感層面研究也僅實(shí)現(xiàn)了教育智能體與學(xué)習(xí)者的淺層交互，與學(xué)習(xí)者的期望存在差距。教育智能體全程參與學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程，在具備“高智商”同時(shí)，還應(yīng)擁有“高情商”，以便將學(xué)習(xí)者的認(rèn)知過程和情感狀態(tài)有機(jī)結(jié)合，使學(xué)習(xí)者輕松、投入和有效地學(xué)習(xí)。目前教育智能體只能通過表情、動(dòng)作、語言的組合或單一形式和學(xué)習(xí)者進(jìn)行單次情感交流，交流是否起到了應(yīng)有的作用，是否需要繼續(xù)與學(xué)習(xí)者進(jìn)行情感交流，教育智能體在情感層面的“智能”還非常有限。實(shí)際情況可能遠(yuǎn)比想象的要復(fù)雜，當(dāng)教育智能體每次都通過特定行為表達(dá)某種情感時(shí)，首次出現(xiàn)學(xué)習(xí)者可能樂于接受，并且能夠起到良好的作用，但出現(xiàn)的次數(shù)多了，學(xué)習(xí)者難免失望和厭倦。人類表達(dá)某種情感可以通過多種形式，往往是根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要選擇合適的行為，教育智能體在“擬人化”方面可能還需要完善和優(yōu)化。但明確的是，問題不在于教育智能體是否能有情感，而是沒有情感的教育智能體怎么能是智能的，擁有對(duì)情感進(jìn)行識(shí)別、分析、理解和表達(dá)的能力是教育智能體不可或缺的功能。

四、教育智能體的未來展望

（一）持續(xù)的政策支持

人工智能是引領(lǐng)科技革命和教育變革的關(guān)鍵技術(shù)，它正在不斷地影響教育形態(tài)和教育理念。面對(duì)新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)，2019年2月中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》，明確指出要推進(jìn)智慧教育創(chuàng)新發(fā)展。2020年中國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟等聯(lián)合編撰的《智能體白皮書》中提出“智能體的新理念將推動(dòng)整個(gè)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展”，教育智能體作為人工智能與教育教學(xué)深度融合的產(chǎn)物，對(duì)推動(dòng)智慧教育、革新教學(xué)觀念和教學(xué)行為有著積極影響。2018年國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)設(shè)立教育信息科學(xué)與技術(shù)方向，其中F070107重點(diǎn)關(guān)注教育智能體的研究與實(shí)踐。目前，教育智能體尚處于自由探索和“野蠻”生長(zhǎng)階段，蘊(yùn)藏著巨大的發(fā)展?jié)摿Α＝逃畔⒒?.0時(shí)代教育行政部門和科研機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)我國(guó)實(shí)際制定教育智能體的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和案例，勇于迎接技術(shù)創(chuàng)新，以促進(jìn)教育智能體的良性發(fā)展。以教育智能體作為抓手，探索人工智能與教育教學(xué)深度融合的路徑，這對(duì)推進(jìn)教育現(xiàn)代化進(jìn)程，推動(dòng)我國(guó)教育朝著更高質(zhì)量、更有效率、更加公平、更可持續(xù)的方向前進(jìn)有著重要作用。

（二）精準(zhǔn)的教學(xué)決策

人工智能與教育的融合創(chuàng)新，將塑造新的教育生態(tài)。傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，教師能夠根據(jù)觀察和經(jīng)驗(yàn)選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，把握學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解和掌握程度、調(diào)整教學(xué)進(jìn)度等。作出正確且有效的教學(xué)決策是教師的基本能力，決策依據(jù)主要是教師的主觀判斷。但是，教師的主觀判斷難免與實(shí)際存在偏差，缺少客觀數(shù)據(jù)的支撐，容易忽略部分學(xué)習(xí)者的實(shí)際需求，無法做到對(duì)全部學(xué)習(xí)者的因材施教。因此，如何保證教學(xué)決策的科學(xué)性和有效性，推動(dòng)教育高質(zhì)量發(fā)展，是專家學(xué)者需要探討的重要話題[16]。人工智能時(shí)代，教育智能體將依托智能體和多智能體的發(fā)展，與大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)、情感計(jì)算等技術(shù)緊密結(jié)合，在動(dòng)態(tài)、多變的學(xué)習(xí)情境中，通過對(duì)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的采集、處理和分析，及時(shí)且全面掌握學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況，更精準(zhǔn)和更有效地協(xié)助學(xué)習(xí)者解決學(xué)習(xí)過程中的各種問題。這無疑實(shí)現(xiàn)了以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)決策，避免了教師的主觀性和經(jīng)驗(yàn)性。教育智能體能夠追蹤學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程，發(fā)現(xiàn)和解決問題，作出基于數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)化教學(xué)決策，為智能學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)與優(yōu)化、核心素養(yǎng)的培養(yǎng)、教學(xué)模式的變革與創(chuàng)新提供了更多可能。

（三）深層的情感交互

研究者最初主要研究如何構(gòu)建基于虛擬角色的教育智能體來提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，隨著科學(xué)技術(shù)和教育理念的革新，教育智能體研究也從專注于為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)延伸到為學(xué)習(xí)者提供更廣泛的學(xué)習(xí)支持服務(wù)，其中最為緊迫的便是為學(xué)習(xí)者提供深層情感交互。總的來看，目前教育智能體的情感交互存在流于形式的問題，稱之為“淺層”交互可能更為合適。在學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程中，教育智能體應(yīng)能綜合考慮學(xué)習(xí)者的情感狀態(tài)和學(xué)習(xí)需求，并實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)者情感的感知、判斷、回應(yīng)和調(diào)節(jié)。情感計(jì)算是實(shí)現(xiàn)人機(jī)情感交互的關(guān)鍵技術(shù)，并使人工智能從感知智能向認(rèn)知智能的范式轉(zhuǎn)變。情感計(jì)算的根本目標(biāo)就是嘗試創(chuàng)建一種“智能”的計(jì)算系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠感知、識(shí)別和理解人的情感，并能根據(jù)人的情感作出智能、及時(shí)和友好的反饋。與此同時(shí)，深度學(xué)習(xí)已成為人工智能領(lǐng)域的主流算法，其避免了顯式的特征提取過程，具有較高性能和泛化能力。未來教育智能體將與情感計(jì)算、深度學(xué)習(xí)進(jìn)行融合創(chuàng)新，以便實(shí)現(xiàn)與學(xué)習(xí)者間更深層次的情感交互。融合了情感計(jì)算和深度學(xué)習(xí)的教育智能體，再結(jié)合其逼真的虛擬形象，將更像有血有肉的“人”，而不再是漠然、冷漠的“物”，有助于激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)者的情感狀態(tài)，消除學(xué)習(xí)中的孤獨(dú)感，為學(xué)習(xí)者帶來更優(yōu)的情感體驗(yàn)[17]。

（四）完善的智能導(dǎo)師系統(tǒng)

經(jīng)過多年探索，研究者對(duì)智能導(dǎo)師系統(tǒng)的理解不斷深化，并逐漸意識(shí)到智能導(dǎo)師系統(tǒng)融合多種技術(shù)要比使用單一技術(shù)更加有效，目前，智能導(dǎo)師系統(tǒng)已發(fā)展成為多學(xué)科交叉融合的研究領(lǐng)域。教育智能體是智能導(dǎo)師系統(tǒng)的核心組件，智能導(dǎo)師系統(tǒng)中的“導(dǎo)師”即為教育智能體。日益成熟的教育智能體將使智能導(dǎo)師系統(tǒng)更加完善，既可以為智能導(dǎo)師系統(tǒng)認(rèn)知層面的核心服務(wù)提供支持，還能保證學(xué)習(xí)者個(gè)性化學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)。教育智能體可借助大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)為學(xué)習(xí)者提供適當(dāng)且優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)資源和問題解答，通過情感計(jì)算和深度學(xué)習(xí)的融合實(shí)現(xiàn)智能導(dǎo)師系統(tǒng)與學(xué)習(xí)者間的深層情感交互。完善的智能導(dǎo)師系統(tǒng)旨在通過構(gòu)建自適應(yīng)開放式學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)習(xí)者提供認(rèn)知層面和情感層面的支持和幫助，來優(yōu)化學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。教育智能體的發(fā)展無疑使智能導(dǎo)師系統(tǒng)更具人性化和個(gè)性化，并提高了其智能化程度，使學(xué)習(xí)者輕松、投入和有效地學(xué)習(xí)成為可能。如何設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的且基于教育智能體的智能導(dǎo)師系統(tǒng)將成為人工智能和教育領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。

五、結(jié)? ?語

“人工智能+教育”已從融合應(yīng)用階段邁入創(chuàng)新發(fā)展階段，若把傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式比作“虎”，那么人工智能則是給了這只“虎”一雙翅膀。教育智能體作為人工智能與教育教學(xué)深度融合的產(chǎn)物，日益受到專家學(xué)者的關(guān)注和重視，并以“耀眼”姿態(tài)進(jìn)入學(xué)生和家長(zhǎng)的視野。越來越多的研究者開始探索如何利用教育智能體的優(yōu)勢(shì)為學(xué)習(xí)者提供優(yōu)質(zhì)的個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)，滿足學(xué)習(xí)者的個(gè)性化需求，充分激發(fā)人工智能對(duì)教育的革命性影響，推動(dòng)教育觀念更新、模式變革和體系重構(gòu)。目前，國(guó)內(nèi)教育智能體的研究與實(shí)踐尚處于成長(zhǎng)期和探索期，但已取得令人滿意的結(jié)果，并在賦能教與學(xué)方面展露了強(qiáng)大的能力。國(guó)外對(duì)教育智能體的研究更為細(xì)致，關(guān)注的重點(diǎn)不再是教育智能體是否有效地促進(jìn)學(xué)習(xí)，而是開始研究什么樣的教育智能體才能更好地促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)。研究者期望通過教育智能體為學(xué)習(xí)者提供認(rèn)知和情感層面的個(gè)性化指導(dǎo)和幫助，并使學(xué)習(xí)過程可測(cè)、可控，同時(shí)能夠塑造學(xué)習(xí)者的想象力和創(chuàng)造力。本研究對(duì)教育智能體的發(fā)展歷程、內(nèi)涵特征和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行闡釋，并對(duì)教育智能體的未來進(jìn)行了前瞻性的展望，以期為國(guó)內(nèi)學(xué)者的相關(guān)研究提供參考和幫助。

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