九位院士、校長談“人工智能賦能高等教育”
——“‘人工智能賦能教育’中國工程科技論壇”會議綜述

本刊編輯部

西安交通大學,陜西 西安 710049

人工智能發展關乎未來世界走向,作為新一輪科技革命的重要組成部分,人工智能為高等教育發展帶來了新挑戰與新機遇。黨的二十大首次將“推進教育數字化”寫入報告,這是以習近平同志為核心的黨中央作出的重大戰略部署,賦予教育在全面建設社會主義現代化國家中新的使命任務。2023年4月15日,由中國工程院主辦,西安交通大學、聯合國教科文組織國際工程科技知識中心(IKCEST)共同承辦的“‘人工智能賦能教育’中國工程科技論壇”,圍繞人工智能賦能教育的新范式、人因要素、認知環境、大數據知識工程等信息技術與教育融合的前沿問題與重要方向,邀請多位中國工程院院士、高校校長出席論壇作專題報告。《西安交通大學學報(社會科學版)》整理了本次會議的主要內容,以期借助人工智能技術發展,探索高等教育改革新賽道,在新技術革命中把握發展脈搏,走在時代前列,不斷引領未來發展。

一、人和AI將共同進化

中國工程院院士、浙江大學原校長潘云鶴認為,從人的發展歷史角度,人工智能是人類進化方式的改變。1858年7月1日,查爾斯·羅伯特·達爾文與阿爾弗雷德·拉塞爾·華萊士在倫敦林奈學會上宣讀了關于“進化論”的論文,達爾文在次年出版的《物種起源》一書中系統闡述了他的進化學說,由此進化論正式被提出。1865年,奧地利植物學家孟德爾提出了染色體遺傳學,為進化論補充了更多的思想。進化論認為,生物種群的進化大致分為三步:第一步是基因的自然變異;第二步是自然選擇,這個選擇基本上是互相競爭、適者生存的結果;第三步是繁殖擴大,強者、適者能夠擴充,從此生物不斷進步、循環而進化。但是,猿進化成人以后,達爾文的進化論很難再解釋人類的起源,主要原因是出現了進化屏障,比如繁殖擴大減弱了,隨著出生人口越來越少,優秀種群的擴大也就越來越困難。過去的競爭邏輯是擇優選擇、適者生存,人類的倫理和醫學的發展反而保護了弱者、病者、殘者、幼者不被淘汰,例如幼年的獅子、老虎雖然跑得不快,但人類用倫理把它們保留下來了。現在的戰爭方式由打擊弱者變為瞄準強者,如智慧炮彈與定點清除打法。總之,達爾文的進化論在現代人類社會遇到了很多進化的屏障。

盡管如此,人類的發展卻越來越快,這和達爾文的生物進化論并不一致,原因在于人類創造了一種新的進化方式——人工物。從制造和使用工具到制造、使用新材料,再到建造新建筑、發現新能源……人類不斷發明和制造出更多復雜的人工器物。

(一)人工物的進化歷程

人工器物的本質是其本身會迭代進化,其進化速度遠快于生物進化的速度。與進化論不同的是,人工器物的發展不但速度快,而且具有突破性的升級。人制造的東西被稱為人工物,從歷史上看,引導人類和人工物的共同進化有三次比較大的加速,也就是人工物進化的三個臺階。

人工物的第一個臺階是人工器物。人類能夠制造人工器物,標志著人類從猿開始變成了人,從人猿變成了猿人。世界大概在300萬年前、中國在180萬年前出現了石器和猿人的痕跡,開始進入石器時代。人工物的第二個臺階是文字,人類可以系統建立信息,這大概始于3 300年之前的甲骨文。人工物的第三個臺階是始于21世紀的人工智能、大數據。這是人類發展的三個臺階。

人類由第一個臺階到第二個臺階用了約180萬年的時間,而從3 300年前到現在,短短幾千年就已經產生了金屬、紙、印刷、機械、高層建筑、電視、電話、汽車等。所以,文字的出現使人類的發展發生了質變。因為有了可存儲,可傳播、發展的文字信息系統,人工物、人工器物的發展明顯加速。可以說,語言文字系統是進化的加速器,不但可以記錄、保存信息,而且能起到組織的作用,將信息組織為知識。人既創造了人工器物,又創造了很多知識;既是器物和知識的傳播者,又使彼此互相影響、互相深化、互相迭代地發展和傳承,從而構成人工智能和知識的模型,這其中,人處于中心地位。

進入21世紀以來,隨著大數據、人工智能的崛起,人類發展進入第三個臺階,而人工智能是進入這個臺階的關鍵。基于互聯網、傳感器、大數據、人工智能2.0,提出了大數據智能、群體智能、跨媒體智能、人機混合智能、增強智能和自主智能五個方向,其中一半是講知識創新,一半是講人工器物傳承。所以,知識創新也要考慮人工智能在創造人工器物創新中的作用,并促進其發展。

在人工智能和人工器物、文字信息共同進化的過程中,技術發展得越來越好,阿爾法、元宇宙、ChatGPT,各種各樣的智能系統不斷涌現。人工智能的發展對現代社會的發展起到非常重要的作用。人工智能是創造知識的強大工具,大數據智能、跨媒體智能和群智系統的結合會大大提高知識生長的速度與使用水平。人工智能從邏輯知識到模擬人的廣泛知識和知識的推理,提出了各種各樣的知識表征方式:20世紀出現了搜索技術;21世紀瞄準了學習、識別、聲音設備,ChatGPT用自然語言進行人機交互和AI生成,使得交互的方式更加有效和智能。人工智能和人類的進化使得知識的進化規律從點狀初步過渡為鏈式,現在逐漸向網狀知識發展。人工智能在促進人工器物發展中有很大的作用,智能自主和群智技術促進了人工器物的使用和創造,構成了群智系統。所以,人和人工智能同時使用和創造知識,知識系統在人工智能出現以后會得到新的大發展,這也會使得人工器物得到大發展,設計、生產、交換、使用、維護的產品創造迭代會越來越高效、越來越快速,原材料、零部件、成品的供應鏈會越來越順暢、越來越迅速,資金流、人流、設施平臺、物流、信息流的市場組織也將會越來越優化。人工智能的發展使得人造器物的生產以及圍繞它的經濟行為大大改善和提高。人既創造了人工器物,創造了知識,還創造了人工智能,人工智能同時會不斷地創造新的知識和新的器物,所以人和人工智能將共同合力創造知識和人工器物。當然,人和人工智能的區別在于,人同時創造了人工智能以及控制人工智能。

(二)人工物促進人的生物進化

如今,人類的生存很難離開人工物,人類活動大部分都依靠人工物的知識和掌握人工物的能力,人工物改變了人的生物特征。得益于醫學、住房、食品等人工物水平的提高,人類壽命大大延長。新中國成立初期,中國人的平均壽命是40.8歲,到2022年已經提高到77.93歲。人類的結構特征也發生了改變,大腦越來越發達,人成長過程中的教育越來越重要。兩三百年前,中國人的平均受教育時間是10年,學習內容主要是四書五經;而現在中國人最高情況下要接受21年的教育:中小學12年,10余門課;本科4年,一般為30門課;碩士博士5年,學的課也不少,更重要的是在研究中學習。除課程外,學習的方式也變得多種多樣,過去是教師講、學生背,現在除了課堂的傳授,還要進行操作實踐、自學、科學研究等。學習工具也變得越來越重要,與過去簡單直接的學習工具相比,未來ChatGPT將成為一個重要的學習工具。人工智能已經成為強大的編寫、答疑和學習工具,可以從論文、書籍和數據中實時新編教材,改變了過去幾百、幾千甚至幾萬人同用一本教材上課的情況。人工智能可以為不同的學生定制不同的教材,例如“計算機數據結構和算法”課程的教材,針對不同的學生可以不一樣。人接受知識的方式也發生了變化,過去是課堂教授,如今除了課堂以外,通過使用手機、網絡、人工智能也可以接收到很多知識。書籍編寫也應該從過去的以作者為中心轉變為站在讀者的角度考慮安排內容。這樣一來,每一位讀者的畫像就越來越重要,根據不同的讀者畫像進行知識增減,才可以編出實質的教材。

人類壽命的延長帶來了人的學習和教育的變化,更重要的變化是已經開始促進生物進化的知識、工具與能力。例如,在農業種子的選擇上,從過去挑選優秀的種子發展到用雜交的方式培育優秀的種子,再到現在可以用基因工程的方法創造優秀的種子。這個種子自然界不存在,但是可以通過自然界存在的東西改造它,使它變得更加優秀。

(三)結語

180萬年以來,人類進化之所以越來越快,是因為人類先后與人工器物和知識共同進化,知識和人工器物都是人工的。21世紀的人工智能、傳感器網與大數據的參與,打開了知識和人工器物的發現、集聚、使用、創造和學習的新天地,同時也將改變生物進化。人工智能發展千姿百態,未來除了要考慮倫理方面的規范,以保證技術可以使人類可持續發展外,還要緊緊扣住人工智能發展的三大方向,并引導人工智能在三個方向上發展:一是用人工智能提高人類知識的發展水平;二是用人工智能提高人工器物的創造水平;三是提高人對人工智能的理解、控制和合作水平,使人工智能這匹“良駒”,始終為人類服務。

二、虛擬現實:教育數字化的新型支撐平臺

近幾年,“數字”成為一個熱詞,數字經濟、數字產業、數字中國,特別是“教育數字化”首次寫入了黨的二十大報告。黨的二十大報告明確提出“推進教育數字化,建設全民終身學習的學習型社會、學習型大國”,使中國的教育信息化建設進入一個新的發展階段。實際上,教育信息化一直深受黨和政府重視,教育信息化也始終在發展的路上,并不斷推動中國教育事業的改革發展以及教育的公平公正。中國工程院院士、教育部原副部長趙沁平指出,人工智能賦能教育實際上是科技賦能教育,人工智能賦能教育具有時代特征。目前,科學技術對教育模式以及教育形態的發展,特別是教育公平,都有很大的推動和促進作用。科學技術特別是信息技術發展到人工智能階段,給予教育的推動具有空前的、重大的意義。教育數字化有三個要素:一是教育數字化技術與平臺,側重于技術;二是教育數字化思維與能力,或者說教育數字化素養;三是教育數字化的教學方法,教育數字化治理和教育教學評價。

(一)信息技術對教育發展的影響

信息技術對教育的發展一直有很大的影響,特別是在推動和促進教育新形式、新方式,促進教育公平公正方面起到了很大的作用。廣播電視、計算機、互聯網,都對教育模式和形態產生了很大影響,互聯網+教育中的慕課技術以及遠程教育的發展,對維護教育公平、打破教育數字鴻溝發揮了很好的作用。人工智能和虛擬現實、大數據等技術的發展,使技術對教育的推動和促進,特別是對教育的改革以及教育新模態的發展發揮了更深刻的作用。

運用技術模擬仿真教學內容,讓學生形象地認知教學內容和操作實驗,一直是教育界特別是教育技術追求的目標,基于虛擬現實(VR)的教學在這方面達到了一個新境界。以醫學教學為例,對主體、人體的模擬仿真用于醫學教育已經有兩三千年的歷史,中國出土最早的一個經脈漆木模型上就繪制了經絡圖形用于教學,屬于實物模擬仿真;隨著仿真技術的發展和教學的需求,后來發展了“實物+機電”的仿真,除了可以外觀示教,還可以進行一定的操作,如針對溺水或者呼吸不暢的搶救、按摩訓練等;發展到虛擬現實以后,醫學教學的示教、實操以及手術方案的制定、預演、培訓和規劃均可以在虛擬人體上全面操作。

虛擬人體是對真實人體的細胞、組織、器官、系統等多尺度的構成單元進行多模態、多源數據采集,并通過幾何、物理、生化、生理建模而構成的數字化人體,這一技術難度非常大,只能循序漸進。目前,我國在心臟、肝臟、肺、胃、口腔等領域都有器官模型,且均用于手術的訓練和培訓,甚至還可以做手術規劃,有了設計方案,加上一個預演、評價、優選的平臺,就可以像飛行員試飛一樣,在虛擬病體器官上演練,而且可以設置各種異常情況進行培訓。目前,虛擬人體經歷了可視人體到幾何人體、物理人體,然后到數字人體的發展過程。物理人體具有幾何、物理特征;數字人體用于醫療,可以進行醫學研究、醫療手術規劃、預演,甚至藥物研發,可以全方位地支撐醫學教學。例如,人體解剖示教是數字人體最起碼的功能,師生可以在數字人體上對人體器官進行拆卸、裝配等。與之相比,實物實材的重用性差、消耗性大,數字人體則可以不斷更新和升級換代。手術操作訓練方面,目前國內已有幾十家醫科院校使用VR展示口腔手術的模擬訓練,并將其應用于實踐中的腹腔鏡手術。

醫學外的其他學科也在運用技術模擬仿真教學內容,如科學教學中可以應用VR將宇宙、太陽系的模型更加逼真地展示給學生;體育教學中把動作實時拍攝下來,從各個角度、各個時刻分析體育動作;機械教學中可以應用VR學習如何裝配、拆裝、維護等。除此之外,VR圖書、VR教科書也很有發展前景。

(二)VR+教育的發展趨勢

虛擬增強技術對教育的推動主要體現在兩個方面:一個是虛擬現實,即模擬仿真教學內容和教學場景,如在醫學教學中模擬病體、人體;另一個是人工智能技術,即模擬人的智能,包括教師和教輔人員,如在醫學領域,VR可以取代和輔助醫生。此外,大數據還可以用來分析教師和學生的教學效果,等等。可以說,大數據、人工智能、虛擬現實、互聯網技術等共同對智慧教育、智慧校園給予支撐。需要指出的是,學校教育的主體還是教師,教育技術只是輔助,特別是針對創新思維、人文素質等方面的培養,需要的是人對人,而不是機器對人。

VR+教育的發展具有如下趨勢:一是會出現大量的VR教育教學應用系統,它和人工智能、大數據、互聯網等共同支撐智慧教育的發展;二是會出現基于虛擬現實教學環境的教學模式與學習方法,特別是在人工智能和虛擬現實結合以后,教學模式和學習方法會對教育教學改革、教育教學方法的改變起到推動和促進作用;三是會形成一批硬件設備、平臺軟件與研發工具軟件、虛擬現實教育設備標準等,帶動形成新的虛擬現實教育儀器設備產業和VR教育服務產業,由此會帶來一個新興的產業。

VR+教育的發展還有一些需要突破和思考的問題:

首先,在技術方面。一是與教學內容相關的各類數據的獲取;二是深度物理建模、生理建模、教育應用中人的行為模型,這些均與人工智能有關;三是模型的可信性,用于教育的模型一定要可信、可靠;四是自然化交互機制與實時逼真響應,這一技術如果可以在互聯網進行實操,將會對教育產生更大推動作用;五是人工智能與虛擬現實的結合,它們之間有天然的聯系,需要在技術上進行更深入的研發。

其次,對教學方法的影響方面。一是要考慮虛擬現實課程教學將達到的效果與需求,選擇合適的VR課程教學片段用于教學方案與過程的創意設計。由于構造虛擬現實的教學場景成本較高,需要在創意設計上考慮哪些用文本、哪些用圖片、哪些用三維呈現,以達到最好的效果。二是要考慮虛擬現實教學效果的評價,即比較研究教師采用虛擬現實以后,教學效果是否提升。三是要考慮基于虛擬現實場景新的教學模式、方法以及對教師提出的新要求,注重提升教師的數字化思維和數字化能力,特別是數字化素養的提升。四是要考慮虛擬現實教育心理學與虛擬現實社會學,即在教育場景下使用虛擬現實對學生,尤其是學前齡兒童教育階段的影響。

(三)結語

技術,特別是信息技術的發展會對教育教學方法、模式、效果等帶來深遠影響,教育界要主動擁抱新技術、運用新技術,不斷突破教育發展瓶頸,使教育更公平、更高質、更有效,同時要重視研究新技術可能對教育、倫理等帶來的新問題、新挑戰,不斷改革,推動人類社會的進步。

三、開源智能平臺賦能新一代人工智能教育

人工智能概念被提出的1956年通常被認為是人工智能元年,至今已經經歷了60多年。中國工程院院士、鵬程實驗室主任高文提出目前人工智能發展經歷了三個階段:自1956年人工智能的概念提出以后,第一個30年,即人工智能發展的第一次浪潮,主要是人工智能從邏輯推理開始演進;第二個30年,即1986—2016年,是以知識工程為主的第二次人工智能浪潮;第三個階段,即2006年至今,是以深度學習為主的第三次人工智能浪潮。估計十幾年或幾十年以后,會有下一個強人工智能的出現。

(一)關于新一代人工智能的人才需求

在人工智能研究方面,特別是在最近的第三次人工智能浪潮當中,中國其實并不落后于其他國家的布局。2017年,國務院發布中國“人工智能2.0”,總體目標是2020年與世界先進水平同步,2025年部分達到世界領先水平,2030年總體達到世界領先水平。

新一代“人工智能2.0”中比較關鍵的是大模型。大模型推動了關鍵技術突破和關鍵應用創新。最近爆火的ChatGPT,包括后續的GPT4以及VIT等通用智能模型發展迅速,在國內外引起了轟動,有人甚至將其說成是自iPhone手機以后的信息領域的又一次重大突破。它其實和AlphaGo等人工智能是一脈相承的,不同之處在于,前幾次人工智能主要是以谷歌(Google)投資為主的團隊。開放人工智能公司(OpenAI)主要是以微軟(Microsoft)投資為主的團隊,這兩個團隊的區別在于,前者更多面向科學目標,后者更看重產業目標。

中國的人工智能發展早期比較滯后,大概從六七年前開始,迄今而言發展水平已經相當不錯。中國人工智能的發展有四個優勢和四個短板,即“四長四短”。其中,“四長”指的是具有開放的政策,海量數據資源,豐富的應用場景,數量多、成長快的青年人才;“四短”體現在人工智能基礎理論和原創算法較少、高端芯片和關鍵零部件還未實現自主可控、有影響力的人工智能開源平臺不多、高端人才數量不足。

在過去的五年中,中國的人工智能取得了一定的進展,但還未徹底改觀,如在高端芯片領域依舊存在被“卡脖子”風險,數據等領域在ChatGPT浪潮的沖擊下,優勢有所減弱,反而暴露出一些劣勢。但是,青年人才集聚以及應用場景豐富的優勢依然存在,為此,應該與時俱進、補齊短板。此外,人工智能領域高端人才總量不足是中國長期面臨的挑戰,這涉及方方面面,包括整個技術體系、產業和高端人才培養能否融合緊密,產教、科教是否緊密融合,產業應用的融合做得好不好,等等。這些問題都可能對高端人才的培養產生巨大影響。

培養人工智能領域的高端人才,不僅是培養他們寫論文,或者在實驗室小規模做一些模型,更為重要的是,培養高端人才的算力。人工智能的高端人才在“系統”方面一定要具有非常強的能力,這個“系統”指的是會應用大規模的人工智能算力來解決問題,并帶領團隊在大的算力上完成一個模型,這樣才真正對產業、對行業有重大的推動作用。

“鵬城云腦II”是一個一級智算平臺,主要做人工智能大規模訓練,一級是1018/秒,被稱為智算平臺。“十三五”“十四五”期間,“鵬城云腦II”已經成為一個國家級的科技基礎設施,為新一代人工智能開放創新平臺提供了強有力的支撐。它既可以做理論研究,為核心技術提供訓練和支撐,也可以為智能應用提供超大規模的人工智能模型,用以支持各種各樣的應用。正在設計中的“鵬城云腦III”,其算力是“鵬城云腦II”的16倍,算力更強,訓練速度更快。原來需要兩個月訓練完成的內容,用“鵬城云腦III”3～4天就可以訓練完成,效率大幅度提高。除了訓練速度快,“鵬城云腦III”訓練的精度也更高,滿足不斷增長的大模型算力需求。

培養學生人文情懷，樹立正確的人生觀、價值觀。教材選材均是情文并茂的經典佳作，涉及人文、社會和情操培養等方方面面與人格培養相關的內容。通過挖掘課文的啟發警示意義，提高學生的思想道德素養。

(二)開源生態和大模型合作

開源生態非常關鍵,并且開源協同也是鵬城實驗室推崇的“云腦”生態。鵬城實驗室的環境、程序都是向高校、科研單位、企業開源的,很多項目、生態、技術、能力實現了開源,并且有各種各樣的評估手段和規范,這些開源對企業、國家以及行業的發展都具有重要的支持作用。為了同步做好開源和人才培養工作,鵬城實驗室考慮建立“AI人才孵化基地”,這一人才孵化基地包括實訓(AI大賽)、大數據工程化推演、社區研討、問題反饋、能力提升,等等。

為推動人才培養,鵬城實驗室布局了人工智能領域的大規模權威賽事,迄今已舉辦三屆“全國人工智能大賽”,每年都有6 000名左右選手參賽,實現了產學研用的合力和人工智能產業技術創新水準的提升,打通了人工智能先進技術從科學創新到落地應用的完整閉環。未來,希望通過人工智能大賽、算力網絡、開源社區的組合,將人工智能生態建設得更強大。

如今,處于風口浪尖的ChatGPT可以帶來很多機遇,當然也會有技術等方面的挑戰,需要一個涉及算力、算法的大模型。OpenAI可以做得這么好,主要是因為用了微軟的“云”,同時在算法方面有很多小技巧,需要有高水平人才參與算法的設計。在數據方面,OpenAI基本是用英文數據訓練出來的,中文量很少,而國內要訓練的話,以中文為主,這方面是我們面臨的巨大挑戰。

如何抓住機遇呢?首先,在商業模型上,ChatGPT的成功在于OpenAI+微軟的緊密聯手,即“兩頭在內、中間在外”的合理布局。OpenAI主要負責算法,算法和應用是在內的;大數據和大算力是在外的,主要由微軟來做。其他要么“都在內”,要么“一頭在內、一頭在外”的布局,存在著各種各樣的問題,很難做好。在國內,像鵬城、高校這樣算力比較厲害的組織機構要同步和企業合作,如何把三者組合在一起,關鍵在于結構設計。其次,關于大模型計劃,鵬城實驗室已經開始布局,計劃在數據聚合上發力,在模型本身、模型開源方面繼續推進,建立強大的伙伴合作關系。希望鵬城實驗室大規模人才計劃可以對國內人工智能起到促進作用,或者做出實質性的貢獻。

(三)結語

新一代人工智能的發展,對人才的培養提出了非常高的要求,“鵬城云腦II”對高層次青年人才的培養提供了很好的環境,除了“鵬城云腦II”以外,與之配套的開源社區、人工智能大賽以及大模型的合作,都可以給年輕人提供更多的機會。希望通過這一技術推動國內人工智能的發展,經過幾年的努力,真正實現中國“人工智能2.0”制定的目標。

四、智慧教育賦能全人化培養

黨的二十大報告第一次把教育、科技和人才“三位一體”統籌布局,提出了戰略支撐和創新引領。中國工程院院士、北京理工大學校長龍騰強調,加快建設教育強國、科技強國、人才強國,需要全面提升人才自主培養質量,著力造就拔尖創新人才,聚天下英才,瞄準創新素質,強化人才支撐。

(一)數字時代智慧教育的新機遇

關于人才素質培養的國際認識,哈佛大學提出學生要成為“完整的人”,要能夠有效思考、清晰交流思想、做出恰當判斷,而且能夠辨別價值;麻省理工學院提出工程教育跨學科建設計劃,其中工程綜合素養、創新能力、倫理道德規范和社會責任感是其重點培育要素;歐林工程學院提出人文素質的培養目標,包括確立自我意識、有效溝通與協作、自我調節、批判思維與創新意識。所以,對人才素質培養的理解也是多元化的。

知識圖譜包括時間維(一維)、知識維(一維)、空間維(三維),共五維。其中的知識維又包含了從知識元到知識鏈到知識面,最后到知識空間的全過程,要實現認知推理、規律辨識和拓展衍新,通過知識驅動貫通五維。例如,在電子信息體系中,量子理論、摩爾定律、香農定律、微納濾波、小波分析、神經網絡等很多環節上都有信息熵的概念貫穿其中,為此就要關聯融合、延伸創新,基于知識元形成知識鏈,然后再貫通知識面延伸知識空間。熵的概念除了在信息領域之外,在熱力學、生物學、社會學領域都有相應的表述,借以通過多學科的知識交叉來實現知識的增值創造。

能力圖譜包括知識學習、實踐能力、創新品格、團隊協作和創業創造。在知識學習中有自主解決、持續學習;實踐能力中有實踐操作和主動實施;創新品格中有批判精神和邏輯思維;團隊協作中有團隊合作和自我表達;創業創造中有應對風險、敢闖勇闖。能力圖譜的培育可以從知、研、賽、創四個環節發力。其中,“知”是多元知識汲取,“研”是項目制和研究制的課程,“賽”是產學研一體賽創空間,“創”是實現知識衍新和能力提升,通過品能互促,實現知行合一。

素養圖譜包括個人修養、社會責任、家國情懷以及篤行、審辯、創新、協作。其中,篤行包括持之以恒、學以致用、知行合一;審辯包括批判分析、包容異見、辯證思維;創新包括勇于探究、敢于失敗、追求卓越;協作包括溝通交流、各盡所能、群策群力。整體而言,通過價值的塑造來育人樹人。

知識圖譜、能力圖譜、素養圖譜的“三譜”合一,在從農業社會到工業社會再到信息社會的歷史上,有其不同的培育方式。農業社會通過口耳相傳、招收學徒;工業社會是規范流程、規模培養;信息社會是海量共享、分布聯通。人工智能在這個過程中將發揮重大作用,包括內容精準(可調整、可定義)、自主個性(可自主、可交互)、群智協同(可協作、可衍新)。所以,智慧教育可以為拔尖創新人才培養帶來新的機遇。

(二)AI賦能教育的新趨勢和新挑戰

人工智能技術可以為智慧教育實現全面賦能,包括以下六個方面的實例:

一是在教育角色的重塑方面。以ChatGPT為代表的開源人工智能系統的正式上線,對教育新體系、多模式、新形態、新元素都有全新的開拓,包括新體系中的以人為本、新模式中的主動個性化學習、新形態中的超遠程教師、新元素中的教學機器人,最終實現教育個性化,即教育的“量身定制”。

二是在知識空間的衍新方面。包括拓寬知識空間、多模態的知識表征以及多元化的知識分析及傳播。其中,拓寬知識空間包括知識深度挖掘、知識交叉融合以及知識空間衍新,從而強化目標導向的注意力,提高泛化識別的認知能力,實現教育延伸化和知識衍新。

三是在教育資源的合力方面。“國家智慧教育公共服務平臺”上線一年多以來,平臺訪問總量超過67億次,現已成為世界最大的教育資源庫,擁有上萬高等教育名師課堂以及課程等,實現了教育整合化。

四是在權威的沉浸空間方面。以北京理工大學為例,北京理工大學在全國高校首創了智慧思政、沉浸式教學平臺,通過虛擬現實、仿真技術,包括周圍環境的臨場技術,讓學生重走長征路,對爬雪山、過草地有切身的體會;借助線上云實驗、口袋實驗室等技術,通過教育沉浸化實現身臨其境。

五是在全鏈條深度感知方面。可以追蹤學習過程,形成學生畫像,進行智能教學評估,定制個人方案,實現個性化、精準化、高時效和全鏈條,通過教育精準化實現“因材施教”。

六是在全時智能管理方面。可以構建全時間的健康監測、全情境的數據采集、全流程的輔助管理、全覆蓋的設備管理和全校園的安全監控,通過教育可控化實現“透明管控”。

人工智能賦能教育,機遇與挑戰共存,其挑戰包括隱私泄露、虛假信息、網絡詐騙、不良引導、線上增速以及算法偏差等。因此,人工智能的全面應用也會帶來教育安全的隱患。為此,需要做好如下三方面工作:首先,構建人工智能時代新科技的倫理體系。科技倫理就是智慧教育的第一層約束框架,人工智能的開放性和智慧性打破了各國的文化壁壘,同時會衍生出對科技倫理的新思考。為此,亟須完善人工智能時代科技倫理的新體系。其次,構建智能算法的安全平臺。算法安全是智慧教育的第二層約束框架,包括對算法偏見、算法歧視的檢測以及對算法傾向性的評估等,從而保持對算法偏見的敏感度,確保教育公平。最后,進行教育隱私的保護。隱私保護是智慧教育的第三層約束框架,包括個人隱私的過度收集、個人隱私非法泄露、個人隱私的非法交易以及人工智能賦能教育過程中產生的大量隱私數據,這些都要進行謹慎管理。歸結起來,就是通過科技倫理、智能算法、教育隱私保護來實現人工智能技術的智用、致用、治用、制用。“智”用,就是有智慧地應用人工智能技術提高教育效率;“致”用,就是有效采用人工智能技術解決痛點問題;“治”用,就是應用人工智能技術治理教育教學化的全過程;“制”用,就是應用人工智能技術管制教育中的倫理風險。

總而言之,人工智能賦能教育的目標是促進數字時代智慧教育發展,提升人工智能技術賦能教育的全人化培養效能,培養適應新時代發展需求的拔尖創新人才。

五、科技賦能,重構高等教育的內涵與形式

自高等教育誕生以來,生產和傳播知識就是高等教育的重要功能。香港工程科學院院士、香港科技大學(廣州)校長倪明選針對人工智能時代教育的本質、教師角色、教學方法進行了反思:教育的本質是知識授予,還是能力素養塑造?教師是傳道授業解惑者,還是導師、伙伴和教練?教學方法應以學生為主導,還是以教師為主導?真的可以做到因材施教嗎?

(一)重構面向未來的人和教育

人工智能時代的人應該具有韌性(resilient,未來技術和世界的變化可能遠超預期,人類需要具備足夠的韌性應對各種不確定性),具備高階思維(創造力、思辨性、理解力、問題發現、邏輯鏈),具備同理心、團隊協作能力和領導力,擁有有趣的靈魂(人類世界并非整齊劃一、精確計算,人類的非理性、盲目性和隨機性使世界變得復雜,有時也很有趣)。

未來的教育場景包含以下內容:(1)以學生為主導。學生自主定義學習過程和學習節奏,完成對個人潛能和興趣的自我發現;強調知識的可遷移性,重視默會知識。(2)設置靈活的課程體系和組織形式。方便學生的多元、個性化需求以及外部場景的持續變化。(3)創客項目教育。以項目驅動的、發現式的教育活動,使學生通過實踐和經驗,打破學科知識邊界,建立對某一事物的系統性認知,生成個人的思維體系。(4)以工具為媒介的、教與學平等的學習社區。“人機、師生、生生”三元合作,用虛擬現實和敘事性科學傳播等手段實現概念可視化,使難以表征的過程具象化;在教師的引導和機器的輔助下,以自比性評價發現學生的發展軌跡和教育目標的實現過程。(5)全面發展育人。以人為本,融合身心學、體育、美育等全面育人發展體系,發展情境性和創造性的知識活動。

人工智能環境下的教育生態系統與自然界的生態系統存在諸多不同,如表1所示。

表1 人工智能環境下的教育生態系統與自然界的生態系統存在的不同之處

(二)香港科技大學(廣州)的改革

香港科技大學已成立32年,培養了非常多的人才。如小米旗下人工智能助手小愛同學的首席技術官就是香港科技大學計算機專業畢業的學生。回顧過去30多年,要辦一所什么樣的大學,而且是滿足國家需求的大學,一直是香港科技大學思考的問題。香港科技大學在十多年前就意識到了交叉學科的重要性,香港科技大學(廣州)進行了人才培養和教學的改革。

香港科技大學(廣州)是中國第一個進行碩士生大類招生改革的學校。具體做法是,學校統一招生,學生不參加碩士研究生入學考試,所有的學生都參加面試,讓學生學習一個禮拜后再看是否符合要求,碩士生進來不選專業和教師。雖然是一個科技大學,但學校招收的第一批碩士生中,理工科學生占比不足75%,25%屬于非理工科,如心理系、藝術系的學生。學生入學第一學期需要修一門課——“設計思維”,以改變思維方式,訓練探索新問題的能力。

之后給學生提供工業智能化、可持續發展、人類生命健康三大方向,要求學生思考這三大方向分別有哪些問題需要解決,并邀請專業教師、業界高管給學生講授工業自動化可能會碰到的問題以及學生需要解決的問題。再之后,由6～8名不同專業背景(計算機、物理、心理、藝術)的學生集中反思、討論、訪談。目前碰到的挑戰和問題不是單一學科可以解決的,所以每個團隊有三個導師,分別是專業導師、企業導師和項目導師。此外,學校還建立了創客空間,配備電路、打磨、3D打印等各種設備培養學生的動手能力,并且每一門課都是翻轉教學,學生要適應這種上課方法。

以上改革只維持了一學期,得到的第一個教訓是,改革最大的阻力來自教師,讓教師改變已經習慣的教學方式非常困難。學生的適應性要強于教師,尤其是藝術學、心理學的學生,他們的思維方式跟工科學生在一起碰撞出了許多火花,但還是有部分學生感到迷茫,不知道自己該做什么。第二個教訓是項目,有2/3的項目是教師想到的,只有1/3的項目是學生想到的,希望在未來更多是學生想到的項目。

(三)技術賦能高等教育體系

香港科技大學(廣州)的人才培養和教學改革表明,技術賦能高等教育體系,需要個性化,需要重構師生關系,需要工具的使用、輔導和支持,這是大勢所趨。

具體而言,第一,突破普及化階段的資源制約,建立個性化的學習方案。豐富學習系統中的學習資源和支持;建立一個無處不在的輔導資源和工具;建成更加靈活、個性化和發展性的課程系統和學習體驗。第二,改善師生關系,建立更高階、高質量的交流和輔導。提供一個無縫的、持續在線的支持平臺;系統預警高風險和異常;教師可以通過后臺信息更全面地理解學生的狀態和問題,提供高階的支持。第三,整合海量資源,輔助學生的思考過程。快速整合大量資源和觀點;完成對作品的標準化評價;通過提問的方式激發學生思考,產生對自己的認知。

未來的高等教育需要三個層次的反思。第一,學生層次。人類是機器的大腦,人工智能是輔助學習的工具,學生獲取知識的途徑和方式會越來越多,類似ChatGPT這樣的工具,學生會比教師用得還好。獲取知識的方式很多元,考試的方法要改變。學生在學習過程中,尤其是面對碎片化、第二手、標準化和淺層次的信息輸出時,需要明確學習的目的,防止機器替代人類思考。過度依賴機器一方面影響思維深度,因為深度思考需要大量閱讀、輸出、反思和不斷迭代;另一方面影響寫作能力,寫作是思維輸出的過程,文本輸出需要長期、反復訓練,在修正中打磨思維。第二,教師層次。教師要調整教學方法和學生評價的手段。堅持原創思想,規范學生對工具的使用,正確使用、引用和致謝。推進形成性評價和自比性評估,關注學生成長過程,擴大答辯類評價的比重。第三,學校層次。利用好人工智能,重構高等教育的形式和基礎平臺。關注學術誠信等相關基礎性規范的適用性,注重學生之間的公平性,依托現有工具,關注學生對現有人工智能工具的使用,分析其使用、思維習慣,系統性重新設計教育目標、授課內容和教學形式。

(四)結語

知識獲取已經不是高等教育的主要內容,高等教育應該注重能力、素養的培育。人的個性、天賦不同,擅長的領域也是不一樣的,每個人都應該培養最適合自己的素養。進入人工智能時代,知識不再是稀缺品,教育要重構學生素養塑造模式,進一步思考素養的內容、人工智能能否助力素養塑造、素養的量化和改革的阻力等問題。

六、數字技術賦能高水平人才培養

中國工程院院士、南京航空航天大學校長單忠德認為,數字革命和產業變革使數字技術引領人類發展、驅動生產方式的變革,成為經濟組織形式的重要力量。數字化轉型是世界高等教育轉型升級的一個重要載體和重要方向,也是教育發展的大勢所趨。

(一)立足“兩個大局”,順應世界大勢,深刻把握數字技術賦能高水平人才培養的時代坐標

黨的二十大報告中提出要把教育、科技、人才一體化布置推進落實。高等教育是教育、科技、人才高度統一、集成耦合的一個載體,同時也是科教興國、人才強國、創新發展的重要支撐,只有發展好高等教育才能支撐好高水平人才培養和高水平科技自立自強。為此,需要開辟發展的新領域、新賽道,增強更多的發展新動能、新優勢。

高質量發展是全面建設社會主義現代化國家的一個重要任務,更是中國式現代化的本質要求。中國已經建立了最大規模的高等教育體系,高等教育進入世界公認的新的發展階段,需要解決的問題,一個是高質量,如何真正把自主培養能力和培養水平提升起來;另一個是有特色,特別是高等教育品質提升、水平提升的兩個要求。要實現高質量、有特色,數字技術、人工智能發揮了重要作用。習近平總書記指出,“要推進教育數字化,建設全民終身學習的學習型社會、學習型大國”,這為推動實施教育數字化戰略行動提供了明確的方向。

1.面對百年未有之大變局,教育數字化是應對世界之變、推動高等教育開放共享的必然要求

這個時代需要更好地發展數字化,高等教育作為國際交流的重要紐帶,也是世界各國應對危機挑戰、提振發展信心的一個重要支撐。無論是發達國家還是發展中國家,都把教育數字化作為促進教育公平和教育提升的重要手段。教育數字化變革,高等教育跨國別、跨區域、跨學校聯動耦合和資源共享,更加彰顯了教育作為全球公共利益的屬性。數字化技術可以更好地推動教育包容公平、高質量發展、精準育人、綠色發展和融合開放。教育數字化開放之后,無論身處世界哪個地方,都可以接收到最高專業水平的課程教學內容。

2.教育數字化是建設一流大學、構建現代大學治理體系的基礎支撐

一流的大學需要一流的治理、一流的師資,培養一流的學生,產生一流的成果,構建一流的生態。要實現這一目標,要發展人工智能、5G、大數據等一系列新一代信息技術、數字技術,系統性設計、整體性重構、協同性優化大學治理體系的管理邏輯和要素支撐,加快與學校學科建設、人才培養、科學研究等的深度融合。發展數字技術可以實現業務流程再造、服務場景再造、制度實施再造、組織結構再造,真正使高校形成一個互聯互通、即時高效、動態共享、深度集成的數字化管理服務保障體系,真正實現多方協同聯動、數據集成整合、效果精準高效,更好提升教育管理效率和治理決策科學水平。

3.發展數字技術是深化教學改革、提升人才自主培養能力的關鍵驅動

提升人才自主培養質量,尤其是在數字化時代,要實現精準化育人的要求和學生個性化學習的需求,一定要結合當前時代的發展,挖掘學生感興趣的方向,更好地引導學生積極學習。教學方式固然重要,教學內容更加重要,因為在當今時代知識的獲取無處不在,如果教學內容不能引起學生的興趣,學生就會對課堂失去興趣,而通過數字技術可以構建時時可學、處處能學、無邊界的教學生態。

(二)注重系統治理,深度融合發展,構建數字技術賦能高水平人才培養的創新體系

新時代、新征程,黨和國家對高等教育事業發展提出了新的要求,服務國家重大戰略需求賦予高校新的使命,高水平人才培養、科技自立自強、國家區域發展縱深推進以及復雜的國際形勢均對教育提出了新的挑戰。

1.聚力教育教學數字化發展,提升科學精準育人能力

南京航空航天大學搭建精品課程網絡教學平臺,打造國家、省、校三級線上一流課程建設體系,全方位推動各級各類課程和教學資源上線,推動數字化教育的便利化。加快新形態教材和數字課程建設,形成一系列數字化課程和教材,更便于學生使用。大力探索人工智能智慧應用與教學體系深度融合,包括課堂行為分析和場景模擬,開展個性化、精準化、科學化的師生畫像評價,給予教學定性評價,通過數字化抓拍,更好地進行數字化課堂效果評價。

2.聚力教學平臺數字化建設,提升自主學習服務能力

建立飛天云課堂、學習通、知識圖譜等,提升學生創造力。加強虛擬教室、網上教學、虛擬視野等,如飛機生產線、大部件裝備,可以讓學生體驗虛擬工廠與真實的場景,了解整個生產的過程,推動專業化教育。按照“大平臺、微應用”的要求,全課程數字化管理,既可以點對點,又可以面對面,實現師生廣泛交流,24小時內回應。

3.聚力基礎設施數字化建設,提升智慧教育空間保障能力

南京航空航天大學目前是一校兩地三校區,為了把智慧教學、自主學習、信息體驗為一體的智慧教室建造好,助力傳統課堂向智慧課堂轉變,學校建設了一大批智慧課堂,在新冠病毒感染疫情防控期間發揮了很大的作用。同時,學校也建立了公共共享的服務平臺,包括計算中心,能夠真正實現學校各個計算中心的計算能力實時共享。

(三)緊扣重點環節,加快轉型升級,不斷優化數字技術賦能高水平人才培養的一流生態

信息時代,知識的廣度和速度、數量和質量都快速增長,數字化教學成為一種新常態。沒有信息化就沒有現代化,沒有數字化更難有教育的現代化,把握教育數字化、教育現代化的基本內涵和顯著特征,更是加快世界教育現代化的有效途徑。新時代對教育提出了很多新要求,迫切需要推動數字化和教育教學的深度融合,構建網絡化、智能化的人才培養體系。

1.更加突出戰略引領,在完善數字化頂層設計上發力

完善數字化,要站在培養社會主義接班人的高度,真正培養出一流的人才,設計好教育數字化規劃,實施好數字化的教育。同時,要通過規劃引領,不斷形成數字化教育可持續發展的體制機制;要注重目標驅動,真正構建與時代相適應的人才培育新模式和新業態;要注重系統實施,思考設計好教育數字化規劃之后,如何真正實施好、搭建好校園保障體系,這一點對推動教育數字化非常重要。

2.更加突出精準導向,在建設教育數字化資源平臺上發力

通過各類場景分析,重構學生行為,在各個方面都分析得更準、做得更好。同時,要構建數字源的供給體系,特別是專業的覆蓋面,真正把教師互動式教學、學生個性化學習有機統一,真正讓教師和學生互動起來。爭取進一步完全實現學分制,包括跨專業、跨學院,甚至跨學校選課、聽課,真正實現重塑教育的生態,比如選修其他學校的課程也可以取得相應的學分。

3.更加突出開放融合,在推動教育數字化互聯互通上發力

當下,如何把產教融合、科教融匯,把科研院所、企業的數字化能力融入學校里面去,提升學校的教學水平和教學能力,越來越重要。很多企業的專業水平很高,需要思考企業的專業知識如何嵌入學校的專業課教學中,更好地提升學生的專業化能力。各類聯盟的構建,包括專業培養聯盟、課程教學聯盟、實習實踐聯盟、學生工作聯盟等,通過數字技術實現聯盟之外的更大共享,同樣特別重要。

(四)結語

黨的二十大吹響了加快建設數字中國的奮斗號角,教育數字化在數字中國建設整體布局中具有重要支撐作用。數字時代,需要更好地抓住數字技術、人工智能,賦能高水平人才培養,構建更多的教育數字化新模式、新機制、新應用,為建設中國特色世界一流大學,推進科技強國、人才強國、教育強國注入更多的數字智慧和數字力量。

七、知識森林:個性化導學的知識引擎

同濟大學校長鄭慶華指出,人工智能主要在范式、場景、新技術、新方法方面賦能教育。傳統的教育模式是由教師和學生構成的二元結構,人工智能賦能教育后,教育模式變成教師—機器—學生,三者之間互學習、同進步、共成長。從技術上來說,無外乎三種途徑:一是人工智能技術創建沉浸式、交互式各類教學場景;二是為教師、學生提供個性化的教與學,改變現在千人一面、無差別的資源推薦和學習模式;三是人工智能、大數據技術提供全過程、多維度的評價方式,實現教、學效果更加真實、完整、科學的評價。

(一)知識森林個性化導學

《中國教育現代化2035》明確提出要實現規模化教育和個性化培養結合。個性化的學習面臨供給側和需求側兩個方面的難題。從供給側來說,隨著自媒體的發展,所有教學環節的數字化資源面臨著海量、爆炸性增長的問題,所有人都面臨認識過載、學習迷航、在海量資源中尋找自己所需要知識的難題;從需求側來說,每個人的興趣、定位、認知能力和水平都是不同的,如何改變千人一面的資源推薦模式,進而為每個人提供個性化的導學是面臨的又一難題。

針對學習迷航、千人一面的困境而提出知識體系化、畫像全息化、導學個性化的思路,核心是解決三個難點問題。一是如何把海量的資源轉化為知識森林,就是知識體系化;二是怎樣根據學生的在線學習和線上線下的學習場景、學習日志進行全息畫像;三是根據學生畫像進行學習路徑的個性化導學推薦。

為破解第一個難題,對來自百度百科等各類百科網站的4億多碎片知識之間存在的拓撲連接、時續關系、語義進行分析挖掘后發現,碎片知識的三個特性與規律——散、雜、亂,為碎片知識融合提供理論依據。針對知識結構隨著時間演化的規律而提出一個新概念——拓撲演化規律,知識體系遵循動態演化和時間演化的規律。知識結構與主題分布的對應關系,對研究碎片知識怎么融合成為主題樹和知識森林提供了重要的理論支撐。在這個基礎上提出了知識森林的構建方法,重點是發明了標簽傳播“樹葉→樹木”主題樹生成算法,同時基于圖模式匹配認知關系挖掘算法生成知識森林,挖掘了16個學科400多門課程的知識森林。

為實現學生的全息畫像,采集學生線上線下各種場景的數據,并且運用不同的視角、算法,對參數、特征進行挖掘,找出了9個關鍵的變量、特征,進而融合形成反映學生學習能力、興趣的四維全息畫像。有了知識森林,也有了學習者的畫像,怎樣實現路徑規劃,實際上就是一個搜索問題或者是一個匹配問題。這個匹配問題是一個典型的圖匹配問題,根據學生選擇的目標以及知識森林的圖譜結構,能夠實現學習路徑、學習主題到學習資源三者聯合的資源推薦。

在此基礎上研制出的知識森林的引擎,實現了各類海量教育資源的匯聚、搜索和存取,能夠根據學生畫像進行個性化的導學推薦。這個引擎具有四個特點:一是碎片知識的主題融合;二是高階多跳的問答求解;三是場景感知的全息畫像;四是畫像驅動的個性化導學。

(二)關于ChatGPT

根據OpenAI的介紹,目前GPT4在現實場景中的能力可能還不如人類,但是在各種專業和學術考試中,如留學研究生入學考試(GRE)中已經明顯超過人類,被稱之為考試能手。為什么ChatGPT能夠做到這些?ChatGPT實際上是六大集成體,或者是六大綜合平臺,包括大數據、大算力、大模型、大知識、大資本、大人力。據說微軟為了研制開發ChatGPT,前后投入了上百億美元,在人力方面,集合了通用人工智能的理想主義者、數以千計的知識工程師、大數據分析師等。這樣一個平臺絕不是一日之功,技術的積累、資本的積累、數據的積累,找到了一個很好的切入點,是各種要素融合的結果。

ChatGPT大語言模型最早是2017年提出的,2018年推出了第一個版本,目前剛剛推出了GPT4,其參數規模超過了一百萬億,比GPT3要大500倍。在這樣一個大規模參數下,它的閱讀能力或者說理解穿透能力已從過去的只有幾百個字,發展到現在可以上下貫通兩萬四千個字。如此一來,它的理解能力和融會貫通能力就可以精準地理解提問者的意圖,這是一個重大突破。

ChatGPT建立在GPT3.5大語言模型的基礎上,采取了預訓練+指令微調+人類反饋強化學習(RLHF)的通用語言模型,能完成撰寫故事、人機互動、對話聊天、翻譯編程,甚至撰寫商業計劃書、分析報告等任務。應該說,這些原本只有人,或者說只有接受過高等教育的人才能完成的事情,今天ChatGPT也可以做,如果教師僅僅停留在傳授知識上,可能還沒有ChatGPT厲害。所以,教師要傳授知識,要創造知識,要給人提供新的智慧思想,提供德智體美勞全面發展的動能。

今天的ChatGPT絕不是完美無缺的,它有很多不足和局限,它回答的問題中有錯誤甚至非法的內容,因為它采集的原始資料可能是不準確、不完整的,甚至是帶有偏見的。ChatGPT在推理和數字計算能力方面表現比較弱,特別是對于常識性的邏輯推理、數字計算等問題表現出明顯的不足,而且已經有學者對這一點進行了系統分析,即便是擴大參數的規模,在這個問題上也沒有明顯的改進。ChatGPT個性化教學的能力依然比較薄弱,它不會因為不同的人問同一個問題而給出不同的答案,也就是說它沒有辦法做到因人而異。而這個問題恰恰是真實教育當中非常關注的問題,不同的學生會提出同一個問題,教師將根據學生的背景和他的認知能力來回答,這是因材施教當中最核心的一個關鍵點。此外,ChatGPT雖然有很強的自然語言能力,但是依然缺乏教師的溫度,缺乏啟發性的引導,缺乏情感交流和交互,難以支撐有溫度的教學和互動,因為教師的教育過程不僅僅是把知識傳授給學生,更重要的是把溫暖、愛、理想、信念、情懷傳遞給學生,而這個過程中僅有機器是不夠的。目前,ChatGPT的所有數據截至2021年,無法回答在這之后的問題。據說數據做一次大語言的訓練,要花費1 200萬美元,因此,不可能時時刻刻動態做這個訓練,它的數據有很強的時效性,對于眼下、當今很多的問題,它的回答不一定準確。

此外,ChatGPT也涉及知識產權和人工智能的倫理問題。盡管其在設計階段以及語言和素材的收集階段,已經對這一問題進行了考慮,但是依然面臨著很多現實問題。教育界也對ChatGPT持謹慎的態度,包括美國、歐洲、意大利等許多國家或地區已經明確提出禁用ChatGPT,主要是擔心作弊、知識產權等問題,從長遠來說,其對學生的學習能力也會造成負面影響。ChatGPT本身的黏性很大,而且這一類技術一旦使用過多,可能會對學生的獨立思考、研究分析造成一些負面的影響,許多國際知名期刊也對ChatGPT作為論文的合作者提出了明確禁止、否定的態度。

所以,ChatGPT盡管賦能教育,為知識獲取以及個性化學習提供了很好的輔助手段,但是也存在三方面的問題。(1)ChatGPT致“廣大”而不能盡“精微”。Chat-GPT搜集的素材、資源來自全世界,有很廣泛的覆蓋面,但是在一些專業性很強的領域,更需要深度邏輯推理、演繹計算,其表現得無能為力。(2)有知識,但缺智能、缺智慧。ChatGPT目前只是一種教育的輔助手段,而并非一種新的模式,特別是在有溫度的教育中,ChatGPT還有很大的距離。它缺乏人機互動和同理心的培養,導致學生社會化不足,不利于學生情感發展和人格健全,這一點恰恰是教育發展關注的問題,如果學生過度依賴ChatGPT,將忽略創造力和批判性思維的培養。(3)對現有考試評價制度也會造成沖擊,導致嚴重的知識產權和學術誠信問題。到目前為止,人們還沒有辦法檢測一段文字到底是人寫的還是ChatGPT寫的,這樣一來,ChatGPT很可能變成一種作弊的手段。

(三)智慧教育的發展建議

數字教育是數字中國的重要組成部分,也是實現教育現代化、建設學習型社會、實現終身學習、支撐教育強國不可或缺的國家基礎設施,總體上包括四大部分,即教育數字化轉型、學習資源開發與應用、師生數字素養提升以及教育數字化治理。為此,提出了“一硬、一軟、六個工程”的建議。

所謂“一硬”,即打造中國智慧教育公共服務平臺。其核心是匯聚全國各級各類教育資源,形成面向教育的超大規模資源中心、數據中心,進而成為未來大規模語言訓練的基礎模型,未來將面向學生提供各種導學、互動服務,并向教師提供備課教學服務,面向各級各類教育主管部門、大學、中小學、幼兒園提供管理服務等。

“一軟”指的是形成一套完整規范的治理體系。教育領域尤其要進行規范并保證質量。第一要實現教育范式的轉換。人工智能的發展賦能是不以人的意志為轉移的,是人類社會思維方式、組織架構和運作模式的根本性變革,系統性重塑的催生力量。第二是標準規范。進入這個平臺要有相應的技術規范和內容質量標準。第三要研究在這個平臺下知識產權保護、內容安全等教師關注的問題。很多時候教師不愿意把最前沿、最精華的東西傳至網絡,沒有這樣的機制,教師可能會有顧慮。第四是倫理道德。虛擬機器人參與教學活動中,可能出現與傳統教學相悖的倫理道德問題,比如一個問題講錯了,這個責任誰來承擔。

“六個工程”實際上就是支撐教育數字化轉型的“四梁八柱”。招生考試數字化工程、學科大數據工程、專業知識圖譜、數字化教材工程、就業大數據工程、決策智慧化輔助工程,這些工程都是教育體系能力現代化不可或缺的。

(四)結語

作為教育工作者,要始終秉持初心。這個初心就是要堅持德智體美勞全人教育,既要充分利用技術,又要避免技術的“物化”和“異化”;既要發揮人工智能的賦能作用,又要防止技術凌駕于育人之上。從教師的維度,要教會學生如何思考與創造,不能只停留在知識傳授和獲取上;從學生的角度,要特別重視學生批判性思維、創造性思維的培養,絕不能滿足于ChatGPT推送的現成答案;從評價的角度,要改革知識記憶復現式的評價,注重思維、批判能力培養的評價。

八、人工智能賦能教育創新的探索和實踐

習近平總書記在黨的二十大報告中提出“推進教育數字化,建設全民終身學習的學習型社會、學習型大國”,大力實施國家教育數字化戰略。教育部部長懷進鵬也指出,要推動教育治理高效化、精細化、精準化,通過人工智能、大數據等技術應用,實現業務協同、流程優化、結構重塑、精準管理,從而更好提升教育管理效率和教育決策科學化水平。

中國工程院院士、東北大學校長馮夏庭回顧了西方發達國家的人工智能研究,包括理論技術、軟件的創新。西方特別強調人工智能賦能人才培養,均制定了相應的發展戰略。他指出,人工智能賦能人才培養主要在于智能的人才培養、智能的教學空間、智能的監測分析、智能的教學終端、智能的采集診斷等。

ChatGPT會挑戰科研誠信、挑戰教師權威、挑戰道德安全、挑戰傳統職業,倒逼教育轉型。教育要從重知識傳授轉為價值塑造和能力培養,提升學生創新能力,提高創造性、思辨性、系統性和整合性能力等,同時教師要更新教學模式,用好課堂助手,助力教學。面對挑戰,東北大學進行了一些實踐探索。

(一)數字化賦能治理能力提升

以數字化校園建設助推一流大學建設,為此提出四個提升行動,即新型基礎設施提升行動、教學科研數字賦能提升行動、治理能力數字提升行動、師生數字素養能力提升行動。2023年,東北大學制定了“東北大學數字教育三年行動計劃”,首先是建設教育新基建,如超算中心、智能感知物聯網、數據中心擴容、四網融合等。在體制機制上,成立數字教育推進辦公室,分別制定了“1+8”的數字教育分方案,在學科規劃、人才培養、科學研究、師生素養、師生服務等方面分別制定了相應的行動計劃。在治理體系的改變上,重點打造“三個一號通”——教師一號通、學生一號通、資源一號通。

要實現一號通,核心是要有數據。從人事、教學、科研、資產等多方面的信息數據采集,到數據清洗、數字服務,提供一體化數據全生命周期的管理,均著重考慮并保證數據安全。通過基本數據的自動采集和個別部分的自行補充核對,為教師、學生畫像,通過各方面的行為特征分析,在組建一個大團隊、交叉團隊的時候,這個數據就可以提供更好的服務。另外,教師年度的業務考核、學校資源的配置情況和開放共享情況,也可以通過統計分析和數據挖掘,哪個地方有瓶頸,平臺都可以看到。把數字化的基礎設施和圍繞教師、學生、資源配置的“三個一號通”建成,就可以為教師隊伍建設、人才培養服務。

(二)人工智能助推教師隊伍建設

東北大學通過“兩項工程”和“三項計劃”助推教師隊伍建設。“兩項工程”就是人工智能支撐教師評價改革和教師智能教育素養提升,教師評價可以用一號通平臺實現,教師能力素養的提升需要建立教師培訓平臺。“三項計劃”是人工智能改進教師教學模式、人工智能助推教師科研創新、人工智能服務區域經濟發展,為此構建兩個平臺,一個是智能教育平臺,一個是開放性技術云平臺。

1.人工智能支撐教師評價改革

對教師、對團隊的評價,可以從兩個維度考慮,一個是定量的硬指標,一個是發展性的指標。定量的硬指標以標志性任務完成為考核重點,發展性指標以發展狀態和創新活力為觀測重點。這樣便有五個維度對教師進行綜合評價,包括對團隊進行評價,可以是年度,也可以中期,也可以完成以后評價,當然也有特殊的人才特區,有5年都不考核的,也有3年考核的。

從學科方向的匹配度、研究成果的前沿性、未來的發展潛力、教師職務的晉升、業績成果的豐碩性、學術影響力、高質量、體系化等數據來支撐教師的評價,用于教師隊伍的補充和人才引進。東北大學建立了五種晉升職稱制度,有代表作制度,有主任提名制度,也有特別考量等制度,比如教學做得好可以直接當教授。關于教師的薪酬,通過大數據平臺也可以考量其產出是突擊的還是連續的,是優勞優得還是多勞多得。

2.教師智能教育素養提升

建構數字化教師培訓平臺,包括崗前培訓、教育技術培訓、卓越教師工作坊、教工學堂、教師在線學習中心、網絡培訓、直播課堂等,營造學習氛圍、提高智能素養、掌握智能技術,最終應用于教學和科研之中。另外,學校也要創造好的環境條件,如虛擬仿真實驗室、AI、VR、智慧教室、各種資源平臺、在線教學、虛擬教研室等,通過培訓,鼓勵教師充分利用這些平臺。

3.人工智能助推教師科研創新

以鋼鐵行業中的煉鋼為例。把原材料放在煉鋼爐里面,溫度很高,但是看不到里面是什么,人們形容它是一個“黑箱”。從輸入的材料到煉出來的東西是不是滿意,很難形成一個決定性的模型。大數據就是數據的挖掘、機器學習、動態反饋優化,用人工智能的技術就可以更好地完成這項工作。人工智能加上機理分析,就可以提高鋼材的質量,使它能夠走向高端化。

再以基于人工智能的隧道巖爆智能檢測預警技術為例。我國川藏鐵路等很多大的工程,開挖過程中會發生巖體爆裂,這是全世界面臨的挑戰性問題。解決這些問題,可以用人工智能實現監測預警,風險在什么位置、什么時候、什么等級都可以預警出來,然后采用主動性的控制措施,降低這種災害對工程造成的損失。

4.人工智能助推教師服務區域經濟發展

打造開放性的云平臺服務區域經濟社會發展,首先要了解社會、產業的發展需求和學校核心技術的優勢,并將兩者結合形成開放性技術云平臺,促進產學研協同創新,推進數字化轉型,服務區域發展。如東北大學在遼寧省委的支持下成立了紀檢監察大數據重點實驗室,推進數字遼寧強省戰略;成立了沈陽數字經濟培訓基地,承擔人員培訓任務,助力數字沈陽、智造強市;孵化小牛翻譯智能企業,推動國際文化交流;與北部戰區總醫院共建研究院,促進醫教協同、醫工融合,用人工智能輔助創新發展。

(三)智能技術賦能未來人才培養

教育部批準設立的未來技術學院聚焦未來工業智能,就是要回答未來10年、15年的前沿性、革命性、顛覆性技術到底是什么樣的,如何培養這樣的人才,這本身就是一個很大的挑戰。過去是人操作機器,現在是人機合作,未來可能是機器自主合作,這樣的態勢下人才怎么去培養?東北大學構建了面向未來工業智能的培養體系,已經開設人工智能、未來工業智能、智能機器人、智能鋼鐵、智能深采、半導體真空六個班級。采用多學科交叉模式,從本科生開始,到碩士生、博士生,由學科型+工業型的教授以及來自企業的教師聯合指導學生。

面向未來工業智能的培養體系體現的是問題觸動的培養、創新創造思維方式的培養、成果考核和問題牽引的培養,特別是探索課題怎樣去實施。所以,面向未來的挑戰課題,學生要進行任務解析,要形成多源知識補充,通過教師教、自己選學、自己評價,形成作品、進行展示和答辯。

(四)結語

全面貫徹黨的二十大提出的教育素質化戰略部署,牢牢把握發展大局,主動順應和把握數字化轉型帶來的新機遇、新挑戰,始終做到兩個堅持,堅持需求導向和應用牽引,堅持融合創新和數據驅動。通過實施數字教育三年行動,提升科學決策和治理能力,助推教師隊伍建設,培養具有創新精神和實踐能力的高素質人才。

九、AI賦能教育的知識生產與創造力培養:人工智能時代需要重新定義學習和教育

中國工程院院士、西安交通大學原校長鄭南寧特別強調,人工智能作為一種先進的生產力工具,引領人類知識生產的革命;人工智能賦能教育是教育史上近400年以來的大挑戰、大機遇。1632年,“教育學之父”夸美紐斯倡導班級授課以來,教育幾乎沒有發生本質的變化,依然是教室、教材、教具、教案、實驗室,而今天人工智能的出現,特別是ChatGPT為教育革新按下了“加速鍵”。推動教育智能化轉型是應對時代之變的戰略選擇。教育與人工智能深度融合,將催生劃時代的教育變革和學習革命,促使人們重新定義學習和教育。此外,在擁抱新技術的同時,科技是一把“雙刃劍”,一定要警惕人工智能的濫用給教育帶來的潛在風險。走向人機共融的教育未來,教育將會發生怎樣的顛覆性變化,需要從不同的維度去思考和行動。

人工智能是人類歷史上的一次重要演變。過去40億年當中,所有生命完全按照有機化學的規則演化,但人工智能的出現使這一規則發生根本變化:生命可以根據計算機智能設計,人們會逐步看到有機化學規律和無機智慧性生命形式并存。人工智能極大地影響了人類的生活方式,人類享受著信息技術和人工智能帶來的各種便利;人工智能改變了人類的工作方式,提高了生產效率,同時催生了許多新的職業和崗位;人工智能推動了人類科學技術的進步和發展,為科技帶來創新的動力;人工智能影響著人類的認知,讓人們重新思考人類和機器的關系;人工智能也對社會倫理和一系列的政策帶來了變革。

(一)人類智能的本質和邊界

對人工智能而言,什么是人類智力獨有的特征?要做到像人類一樣有智能行為,計算機又需要什么樣的能力?在這個問題上,大模型、ChatGPT,還有最近出現的一系列的視覺大模型已經作出回答:人類可以用很少的數據表現出智能的行為,ChatGPT運用萬億以上的參數去學習,堪稱最強大腦,但是它在行為上或者它能不能利用很少的數據做出像人類一樣的行為,這一點恰好是發展人工智能下一步需要去思考的。

人類在發展人工智能時,需要深入理解人類智能的本質和人類智能的邊界。人類智能的本質包含五個方面:(1)適應性。人類智能具有強大的適應性,能夠在各種不同的環境和情境中找到有效的解決方案。(2)學習能力。人類智能表現為強大的學習能力,可以通過經驗不斷地改進和優化行為。(3)抽象思維。人類智能可以進行抽象思維,對概念和原則進行歸納、推理和批判。(4)創造力。人類智能具有創造力,能夠產生新的想法、概念和解決方案。(5)情感和意識。人類智能與情感和意識密切相關,這使得人們能夠理解和處理復雜的社會情境和人際關系。

如果說人類智能本質的前三項,機器在一定程度上可以比人類做得更好,那么機器有創造力、情感和意識嗎?人類智能的邊界又在哪里?了解了人類智能的邊界就可以從機器智能那里得到一些啟發。人類智能有生物學的限制,受到大腦結構和功能的限制,比如說人的記憶容量、注意力和認知速度都有上限,從記憶這個角度來說,機器已經超過人類。人類智能受到個體的知識和經驗的局限,沒有足夠的知識和經驗,一些問題是難以理解和解決的。人類智能也有認知的偏見,當前來看,不僅僅人工智能有偏見,其實人類也是存在偏見的,這會導致人類在決策、判斷時出現錯誤。人類智能還受到環境和文化的制約,例如教育資源、社會規范等都會影響個體的智能發展。

(二)AI賦能的知識生產

人工智能的出現使得人類知識生產的方式和效率發生了巨大的變化,知識的生產和學習更加高效而且創新的速度更快,智能化的水平更高。實際上,人工智能賦能的知識生產可以從六個方面來認識。一是數據挖掘與分析。數據不僅僅是代碼0、1和二進制的表現,人類任何一種表達或者任何一種行為都是通過數據展現出來的,大數據和機器學習技術使得人們能夠從海量數據中提取有價值的信息和知識,發現新的規律、趨勢和關聯,從而提高知識生產的質量和效率。二是模式識別與預測。因為人工智能技術幫助人們識別到復雜系統中的模式,從而進行準確的預測和決策,在金融、氣象、醫療等領域,人工智能賦能的模式識別和預測已經成為知識生產的重要手段。三是知識自動化。不同于傳統的工廠生產,人工智能技術可以通過算法和計算實現知識的自動化創新,比如在藥物研發、材料科學等領域,人工智能技術可以快速篩選和優化候選化合物,從而加速知識的產生和傳播。四是智能化協作。人工智能賦能可以實現人與機器之間的智能協作,比如人工智能系統可以幫助研究人員進行文獻檢索、數據分析、實驗設計等工作,從而提高知識生產的效率。五是知識可視化與表達。人工智能技術可以幫助人們以更直觀和生動的方式表達知識,如虛擬現實、增強現實等技術可以將抽象的知識轉化為可視化的場景,提高知識的理解和傳播效果。六是個性化知識推薦。基于人工智能的知識推薦系統為用戶提供個性化的服務,通過分析用戶的興趣和需求,精準推送相關知識內容,為知識的傳播和消費提供便利。

(三)AI賦能教育存在的風險

人工智能賦能下的知識生產以及人工智能賦能教育,特別是ChatGPT,給教育帶來很多機遇,但是,人工智能賦能教育依然存在著風險。第一,數據隱私和安全的問題。數據的泄露可能會對學生帶來傷害。第二,教育資源的不平等。有條件的、有資源地區的孩子能夠接受更好的教育,可是偏遠山區或者沒有經濟能力的孩子,無法支付人工智能賦能教育的基礎設施建設費用。第三,過度依賴人工智能,沒有辦法培養創新性人才或者具有創造力的人才,只會培養一批惰才。第四,人際交往能力減弱。人工智能把人變成了機器,但是我們不希望這樣,因為人類還必須要有自身的情感,人類是一種群體動物,人們希望交流、希望人與人之間互相溝通,這是人類之所以能夠進化的一個非常重要的原因。第五,缺乏情感支持。有時候教師的一句話或許就能夠改變學生的未來。此外,還有內容質量和準確性問題,人工智能偏見問題,部分教師失業問題,這是毫不夸張的,人類會很快迎來這樣一個變化。為了降低這些風險,需要在政策、技術和教育實踐等多個方面努力。

(四)ChatGPT對“學習”和“教育”帶來的思考

在人工智能賦能教育的時代,如何重新定義學習和教育,或者說教育將面對一個幾乎完全沒有準備的未來,有兩個問題值得深思。如果智能機器成為史上無所不知的智能大腦,在學習知識方面,人類學不過機器,那么人類究竟還需要學什么?怎么樣學習?學習的內容和方法如何變革,才可以適應人機共融的智能教育,而不僅僅是把機器當成一種工具?既要有人才,也要有“機才”“器才”,人才和器才結合就可以創造教育美好的未來。

與此同時,人類可以無限量地生產及使用各類智能機器人來滿足知識生產需求,那么作為延續物種生命、傳承人類自身文明的傳播和知識“再生產”活動的教育,它的價值和意義又如何體現?這是在推動人工智能賦能教育時一些更深層次的問題。

(五)結語

人類特有的情感力、想象力、創造力是目前機器無法展現的“人格魅力”,但是無法保證機器以后是否也有這樣一種天賦。教育不能簡單停留在傳道授業解惑的層面,而是要注重培養學生的情感力、想象力、創造力,因此,教育是一個緩慢、優雅而美妙的過程,人工智能賦能教育不是把人變成機器,人類要享受其中,要提供有溫度的教育。人工智能賦能教育無論發展到何等地步,機器都無法替代師生之間、心靈之間的交流和思想的啟迪,也就是說在人工智能賦能的時代,師德、師風的建設依然是一個核心,培養具有創造力、創新能力的學生,不可或缺的是教師跟學生面對面的交流。