人工智能助力鄉(xiāng)村教育發(fā)展研究

編號(hào)：G40（2021）24-

04-01

作者：孔彩靈1 徐艷瓊2 浦紹錦2

摘要：綜合國(guó)內(nèi)外人工智能已有研究成果，本文主要采用圖表結(jié)合的方式，分析我國(guó)人工智能教育的研發(fā)和應(yīng)用現(xiàn)狀，總結(jié)出人工智能教育應(yīng)用在中國(guó)的發(fā)展邏輯和集成方案解決思路，結(jié)合鄉(xiāng)村教育的實(shí)際情況，給出人工智能技術(shù)在鄉(xiāng)村教育中推廣應(yīng)用的實(shí)施建議。該研究對(duì)人工智能技術(shù)在教學(xué)中的深度融合應(yīng)用具有一定的理論指導(dǎo)和實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：人工智能;新技術(shù);鄉(xiāng)村教育

近幾年，人工智能研究的第三次浪潮席卷全國(guó)，覆蓋了人們生活的方方面面，在醫(yī)療、交通、生產(chǎn)和服務(wù)等方面有了較為成熟的應(yīng)用。如百度導(dǎo)航、滴滴出行、智能停車、自動(dòng)化生產(chǎn)和服務(wù)機(jī)器人等已進(jìn)入生產(chǎn)生活的常態(tài)，很大程度上解決了工作效率低下等問(wèn)題。

在教育領(lǐng)域，智慧批改工具能夠準(zhǔn)確識(shí)別印刷體和手寫內(nèi)容;英語(yǔ)單詞跟讀工具可以糾正發(fā)音練習(xí);語(yǔ)音自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)有效督查古詩(shī)文背誦……如今，孩子們的學(xué)習(xí)有了更多“智能小助手”。

人工智能（簡(jiǎn)稱AI）是指研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。本研究中的人工智能泛指綜合各類技術(shù)在內(nèi)的各種智能設(shè)備和智能軟件。

一、人工智能教育應(yīng)用集成方案

教育是一個(gè)非常龐大的復(fù)雜系統(tǒng)，借用“奮進(jìn)的旋律”電視劇中的經(jīng)典臺(tái)詞：AI教育應(yīng)用方案也應(yīng)該采用“平臺(tái)+模塊”的開發(fā)模式，讓每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)都可以是一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用模塊，既能單獨(dú)使用，也可嵌入智能教學(xué)平臺(tái)。因此，智能教學(xué)平臺(tái)應(yīng)該具有足夠的開放性和可擴(kuò)展性，能方便地將每個(gè)功能模塊連接到教學(xué)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共聯(lián)共享。同時(shí)，教師還可以根據(jù)需要方便地增、減功能模塊，進(jìn)行自主創(chuàng)新。這樣設(shè)計(jì)的好處是鄉(xiāng)村學(xué)校可以不受經(jīng)費(fèi)和環(huán)境等條件的限制，教師可以自由選擇需要的部分進(jìn)行局部輔助教學(xué)，讓有意愿的教師先行動(dòng)起來(lái)，在一定范圍內(nèi)帶動(dòng)更多的應(yīng)用，一定程度可以加快AI教育普及的步伐。如作業(yè)幫、小猿口算、學(xué)霸君等教育App就屬于模塊功能，只要有手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)，就能使用。當(dāng)然最理想的做法是將各個(gè)分散的功能集成開發(fā)，進(jìn)行一站式服務(wù)，降低教師使用的門檻，統(tǒng)一要求、統(tǒng)一步伐、統(tǒng)一管理和使用。其實(shí)，國(guó)內(nèi)外已有很多智能化教育應(yīng)用集成方案，如百度的智能教育方案，應(yīng)用百度OCR技術(shù)，對(duì)作業(yè)、答題卡進(jìn)行掃描和識(shí)別，實(shí)現(xiàn)了包括主觀題在內(nèi)的電子信息化閱卷服務(wù)。再如銳學(xué)堂互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)，課前、課中、課后的所有活動(dòng)都可在平臺(tái)上進(jìn)行，全面收集學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。集成方案的共同特征是“云”“網(wǎng)”“端”，具體關(guān)系示意圖如圖1所示。

其中“云”主要指智能教學(xué)云平臺(tái)，提供數(shù)據(jù)處理、計(jì)算和服務(wù)等云端資源，是AI集成教學(xué)的核心。“網(wǎng)”提供本地網(wǎng)絡(luò)接入，AI必備的基礎(chǔ)設(shè)施，是連接云和端的橋梁。而“端”指終端手持設(shè)備，包括教師和學(xué)生使用的手機(jī)、電腦等，是AI助教的關(guān)鍵所在。

“云網(wǎng)端”是一體化教學(xué)管理平臺(tái)，能實(shí)現(xiàn)智能排課，在線選課，協(xié)同備課，網(wǎng)上閱卷、成績(jī)分析和教學(xué)評(píng)價(jià)等功能。提供統(tǒng)一門戶管理，為學(xué)校管理者、教師、學(xué)生和家長(zhǎng)提供一站式服務(wù)。終極目標(biāo)是真正實(shí)現(xiàn)人機(jī)合作，系統(tǒng)能自動(dòng)組卷、自動(dòng)出題、自動(dòng)批改作業(yè)，自動(dòng)錯(cuò)題收集，通過(guò)過(guò)程數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)歸納分析，可針對(duì)共性薄弱點(diǎn)，隨堂講解，針對(duì)輔導(dǎo)，個(gè)別強(qiáng)化練習(xí)，幫助學(xué)生系統(tǒng)性、高效率地完成學(xué)習(xí)閉環(huán)。但是該系統(tǒng)信息化、智能化程度較高，只能在條件很好的學(xué)校才能執(zhí)行。但這種集成方案受到各種因素的限制，導(dǎo)致很多人沒(méi)有機(jī)會(huì)接觸AI教育的優(yōu)勢(shì)，也無(wú)從下手去嘗試，減緩了AI在教育中應(yīng)用的步伐。

二、AI教育應(yīng)用普及的建議與措施

在很多應(yīng)用中，人機(jī)合作的效率超過(guò)其他方式，黨的十九屆四中全會(huì)明確提出：發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教育和人工智能優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新教育和教學(xué)方式。因此，“人機(jī)結(jié)合”也將成為未來(lái)教育發(fā)展的主流趨勢(shì)，其中機(jī)械式、重復(fù)性的工作由機(jī)器來(lái)完成，如替代教師批改作業(yè)、整理收集學(xué)習(xí)資料、安排考試等。教師將更多精力放在與學(xué)生的情感交互、學(xué)生人格的塑造、道德品質(zhì)的培養(yǎng)以及高階思維能力的提高等方面。具體而言，未來(lái)的教師會(huì)在AI智能助手的幫助下引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)，從課前、課中到課后的各個(gè)環(huán)節(jié)，教師、AI和學(xué)生各司其職，相互配合，達(dá)到高效的學(xué)習(xí)效果。人機(jī)合作的教育模式如表1所示。

理想很豐滿，但怎樣將人工智能與鄉(xiāng)村教育教學(xué)相結(jié)合，使鄉(xiāng)村教師與人工智能系統(tǒng)之間協(xié)同工作，以最大限度地發(fā)揮二者的協(xié)作優(yōu)勢(shì)，共同為學(xué)生提供更有個(gè)性化和高效的教學(xué)體驗(yàn)，仍需進(jìn)一步研究與探索。AI的出現(xiàn)能否讓優(yōu)質(zhì)的教育資源下沉到鄉(xiāng)村，這需要政府、學(xué)校和企業(yè)等相關(guān)單位的共同努力。具體建議是：

1.硬件基礎(chǔ)設(shè)施方面。隨著國(guó)家對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)教育投入力度的不斷加大，在精準(zhǔn)扶貧、振興鄉(xiāng)村政策的指引下，基礎(chǔ)教育設(shè)施基本不是問(wèn)題，新建的硬件設(shè)備基本都嵌入了人工智能技術(shù)的基本教學(xué)功能。不久的將來(lái)，5G網(wǎng)絡(luò)也會(huì)普及應(yīng)用，幾乎全覆蓋的互聯(lián)網(wǎng)為農(nóng)村的智能教育提供了生長(zhǎng)的土壤。優(yōu)質(zhì)課程資源共享平臺(tái)是農(nóng)村教育扶貧的有效途徑，人工智能教育領(lǐng)域的核心是必須加強(qiáng)AI+教育資源的建設(shè)和不斷完善，構(gòu)建好優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享平臺(tái)，政府需要主導(dǎo)、規(guī)劃、重點(diǎn)投入，建成設(shè)施一流的網(wǎng)控中心，為實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)信息資源共享打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.AI人才培養(yǎng)方面。在中小學(xué)階段，應(yīng)讓學(xué)生學(xué)習(xí)與人工智能相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)他們對(duì)人工智能的興趣。大學(xué)已有相應(yīng)的人工智能專業(yè)，同時(shí)還應(yīng)深化師范生培養(yǎng)課程改革，向他們介紹教育領(lǐng)域常用的人工智能工具，并掌握應(yīng)用這些工具優(yōu)化教學(xué)的方法，將運(yùn)用AI技術(shù)開展教育教學(xué)納入師范生基本功培養(yǎng)。教育機(jī)器人企業(yè)在應(yīng)用初期作出的貢獻(xiàn)是值得肯定的，但是隨著機(jī)器人教育的逐漸深入與普及，亟需教育行政部門、教學(xué)研究機(jī)構(gòu)給以充分的關(guān)注、協(xié)調(diào)與引導(dǎo)，否則發(fā)展方向就會(huì)走偏，甚至事與愿違。

3.教師角色意識(shí)方面。AI時(shí)代，教師新角色有以下四點(diǎn)：（1）要精準(zhǔn)把握和了解學(xué)生的成長(zhǎng)需要，及時(shí)給予細(xì)致入微的個(gè)性化關(guān)懷和呵護(hù)，這是AI做不到的。

（2）增強(qiáng)勝任力中的新技術(shù)敏感意識(shí)，這將是教師在AI時(shí)代的教學(xué)新基本功。（3）使用新技術(shù)的膽識(shí)與能力。教師不僅要對(duì)技術(shù)敏感，更要敢于嘗試使用新技術(shù)，成為主導(dǎo)技術(shù)的主人。（4）持續(xù)學(xué)習(xí)、不斷提升自己的心態(tài)與能力。從來(lái)沒(méi)有一個(gè)時(shí)代像AI時(shí)代一樣，不學(xué)習(xí)，就淘汰，不持續(xù)學(xué)習(xí)，就會(huì)落伍。在AI與教育融合生態(tài)下，其發(fā)展不會(huì)以教師的意志為轉(zhuǎn)移，教師需要盡快完成角色轉(zhuǎn)換，成為滿足學(xué)生個(gè)性化需求的教學(xué)服務(wù)提供者、動(dòng)力激發(fā)者和情感呵護(hù)者，利用自己的思想和閱歷去引導(dǎo)學(xué)生，協(xié)助學(xué)生成長(zhǎng)，成為AI時(shí)代的合格教師。

4.教師AI能力提升途徑。將人工智能融入教師培訓(xùn)，狠抓其信息技術(shù)應(yīng)用能力。依托省級(jí)培訓(xùn)中心和在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，對(duì)省內(nèi)鄉(xiāng)村教師進(jìn)行信息化教學(xué)應(yīng)用全員輪訓(xùn)。開展教師智能研修行動(dòng)，建立課程資源庫(kù)，為其提供精準(zhǔn)化、定制化的研修服務(wù)。構(gòu)建服務(wù)鄉(xiāng)村教師終身學(xué)習(xí)體系，推進(jìn)鄉(xiāng)村智能化校園建設(shè)。借鑒湖南省的做法，共享省圖書館及各市州圖書館的電子圖書資源，為教師終身學(xué)習(xí)搭建良好平臺(tái)。建立省內(nèi)鄉(xiāng)村教師電子學(xué)習(xí)檔案，記錄所學(xué)課程、學(xué)時(shí)學(xué)分和學(xué)習(xí)成效等信息，方便教師及時(shí)查詢、動(dòng)態(tài)調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容，提升學(xué)習(xí)實(shí)效。

5.AI推廣應(yīng)用的原則。依據(jù)“試點(diǎn)先行，以點(diǎn)帶面，逐步推廣”的原則，選擇信息化條件比較好的地區(qū)和學(xué)校，建立教育人工智能示范點(diǎn)，探索教育人工智能的應(yīng)用模式，并逐漸向全國(guó)推廣。AI的教育應(yīng)用是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，硬件、軟件、人力、財(cái)力等因素都直接影響其推進(jìn)的步伐，這需要國(guó)家的政策引導(dǎo)、資金扶持、設(shè)備升級(jí)改造等，才可能推廣普及。AI在鄉(xiāng)村教育的推廣應(yīng)用更難，教育者應(yīng)少喊口號(hào)，多付諸行動(dòng)，采取“先普及、后提高、再創(chuàng)新發(fā)展”的發(fā)展思路。為了降低教師使用的門檻，應(yīng)該將AI的研發(fā)和應(yīng)用分開，教師只需了解人工智能，用好產(chǎn)品并服務(wù)于對(duì)象即可。新技術(shù)在教學(xué)中的選擇應(yīng)用好比人們的日常出行，類比示意圖如圖2所示。

要從起點(diǎn)到終點(diǎn)，選擇公共交通，雖然省事省心，但是路途效率不佳，費(fèi)時(shí)費(fèi)力;自駕走老路，可以自由體驗(yàn)一路風(fēng)景，適合休閑自在游。如果要追求時(shí)效，最佳選擇是自駕走高速公路，國(guó)家花費(fèi)巨資修建高速，就是為了方便大家高效出行，在時(shí)間就是金錢的時(shí)代，在可供選擇、也能自主選擇的前提下，即使出點(diǎn)過(guò)路費(fèi)也是大家的首選。愿教育者們都能用選擇高速公路出行的心態(tài)和行動(dòng)來(lái)對(duì)待新技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用，即使做不了時(shí)代的領(lǐng)跑者，至少也要努力成為新技術(shù)應(yīng)用的跟跑者，不拖時(shí)代后腿。

科技促進(jìn)了教與學(xué)的方式轉(zhuǎn)變，人工智能為“因材施教”奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，評(píng)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的易錯(cuò)點(diǎn)和薄弱點(diǎn)，幫助教師“因人而異”布置作業(yè);智能工具實(shí)時(shí)捕捉教學(xué)反饋，教師備課擁有更多參考依據(jù);虛擬助教可以協(xié)助完成作業(yè)批改，讓教師節(jié)省精力和時(shí)間用于課堂創(chuàng)新。雖然人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用還處于早期探索階段，但潛力巨大，需要教師，特別是鄉(xiāng)村教師克服困難和畏懼心理，迎接智能時(shí)代新的挑戰(zhàn)，讓技術(shù)為我所用，不斷創(chuàng)造新的驚喜，提升自我生存體驗(yàn)。

*基金資助：曲靖市教育體育局教育科學(xué)規(guī)劃課題“鄉(xiāng)村教師成長(zhǎng)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：QJQSKT2019Y B38）。

（作者單位：1.云南師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與信息中心? 云南昆明650500;2.云南省宣威市樂(lè)豐鄉(xiāng)初級(jí)中學(xué)? 云南宣威 655423）