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时间:2018-08-07 08:07 作者:佚名 点击:

  人工智能技术与学校教育融合成为一种未来趋势,这为个性化学习和个别化学习的实现提供了技术保障,成为教育发展的重要推动力。“智能教育”作为重点任务被写入2017年颁布的《新一代人工智能发展规划》,成为人工智能国家战略的重要组成部分。教育部2018年印发的《教育信息化2.0行动计划》也提出要推动人工智能、大数据、物联网等新兴技术支持下的教育模式变革和生态重构。

 

  然而,当前教育信息化面临着教学方法革新、教育资源均衡和教师专业发展等问题。人们期待新一代人工智能技术在更大程度上促进教育公平、提高教育质量。本文旨在回顾人工智能的发展历史,分析人工智能进展的动力来源,从技术和教育的视角审视人工智能教育应用的特征和规律,试图回答人工智能融入学校教育的潜能、可能面临的挑战和主要研究趋势,以期促进新一代人工智能助力学校教育发展,从而为构建智能化、网络化、个性化、终身化的教育体系贡献智慧

 

  一、人工智能的新进展及其为学权教育发展带来的新机遇

 

  正确认识人工智能的发展规律,有必要对其发展历史,尤其是典型特征进行梳理。

 

  (一)人工智能的发展动力源自技术与政策的双轮驱动

 

  人工智能主要是研究和开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用系统。自1956年达特茅斯会议提出“人工智能”一词以来,距今已有60年。期间共经历三次发展浪潮(见图1):第一次浪潮为1956年至1966年,标志是在美国达特茅斯会议上确立人工智能(Artificial Intelligence,简称AI)术语,开创人工智能研究领域。这一时期的研究重点是符号推理与机器推理。七十年代后,硬件计算能力不足和数据局限性等问题,使一些人工智能研究项目遭到质疑,同时美国和英国政府相继中断了对人工智能探索性研究的资助,其发展进人第一个“寒冬期”。人工智能的第二次浪潮为1976年至1986年,多国设立大型AI项目促进人工智能的发展。如日本的ICOT项目、美国的MCC项目和英国的Alvey项目。这一时期出现了语音识别、语音翻译计划及日本第五代计算机。九十年代后期,由于难以将人工智能技术成功应用于实际生活,经过短暂发展后的人工智能又一次进入滞缓的“寒冬期”。人工智能的第三次浪潮为2006年至今,标志是欣顿(Hinton)提出的深度学习技术及ImageNet竞赛中图像识别技术的突破,尤其是美国BRAIN计划、欧盟类BRAIN计划、中国《新一代人工智能发展规划》(国务院,2017)的制定,使新一代人工智能受到广泛关注,相应研究取得了实质性进展,应用范围和前景广阔。

 

  从历史来看,人工智能的发展总体上呈“螺旋上升”的态势,每一次进步都离不开技术的发展和国家政策的影响,技术的进步与发展又会反过来影响国家政策的出台。从长远来看,科学技术和国家政策仍将是人工智能持续发展的影响因素。

 

  (二) 新一轮人工智能发展以大规模数字化和行业深度应用为显著特征

 

  新一轮人工智能技术的发展呈现出数据规模增加、计算能力增强和行业应用能力提升等显著特征。首先,在数据规模增加上,各种“模拟”数据的数字化,产生了面向系统和人类过程行为的海量数据,使数据规模快速增加。其次,得益于硬件计算性能的快速增强,人工智能计算能力大幅度提升,使其应用程序能够处理超大规模的数据。最后,人工智能技术在金融、医疗、自动驾驶、安防、家居以及营销等领域的应用已落地生根,创造出巨大商业价值,除熟知的Alpha Go和Face++,有大型企业已尝试使用无人机和无人车配送货物。行业应用的成功使人们期待人工智能融入教育领域的美好应用前景。

 

  (三) 人工智能技术的发展为学校教育改革带来新机遇

 

  当前我国教育改革处在对象群体多元化、社会需求多样化、全民学习终身化的新形势下,如何利用新一代人工智能技术破解教育改革难题成为社会关注的热点。从历史的角度看,学校教育经历过三次转型(见表一)。伴随着第三次教育转型的到来,教育的空间与机会得到极大拓展,学习者需要能够自主选择学习时间、地点、内容和方式(黄荣怀等,2017)。

 

  李德毅院士(2017)曾对人工智能教育应用作出评价人工智能对社会的冲击是全方位的,但对行业的冲击首当教育,人工智能带给教育的就是‘改变’”。社会普遍期待人工智能为提高教学质量、提升教学服务过程、革新教学评估方法等带来新的发展动力,如通过学习分析和用户画像技术,搜集学习者学习数据,实现学生行为全面分析及知识点掌握程度精准判断,从而绘制契合学生特点的学习发展地图;借助情感机器人和自然语言处理技术,陪伴学习者成长,增加对人的关怀和陪伴;结合知识图谱,建立领域知识库,辅助教师针对学生的不同能力生成不同的试题并进行作业批改;利用智能运动设备,如智能手环、智能肺活量等测评工具,深度采集学生健康数据,从而发现学生在体质、运动技能、健康程度等方面的问题(余胜泉,2018)。

 

  二、技术视角下的人工智能教育应用

 

  二十世纪五十年代,计算机作为一种特殊的工具应用于教学,是技术应用于教育的雏形,智能教学系统则是计算机辅助教学在人工智能技术促进下的新发展,是人工智能教育应用的典型之一。

 

  (一)计算机辅助教学与智能教学系统

 

  计算机辅助教学指用计算机帮助和代替教师执行部分教学任务,传递教学信息,传授知识和训练技能,直接为学生服务的程序(Root et al.,2018)。相比于幻灯、投影、实验仪器等设备,计算机具有人机交互的特点,而计算机辅助的教学模式主要有操练与练习、个别辅导、模拟和教学游戏等,但这类系统无法为学习者提供个性化的学习指导,也不能根据学习情况动态调整教学策略(刘清堂等,2016),因此有研究者开始以计算机辅助教学系统为基础设计智能教学系统的功能。从技术发展角度看,人工智能是信息技术的延伸;从教育功能上看,人工智能应用于教育的实质仍是计算机辅助教学,也可称为智能辅助教学(Intelligent Tutoring System,简称ITS),或称作智能导师系统、智能教学系统、智能导学系统,目的依然是提升学生学习绩效,尤其是近年来人工智能在虚拟现实、情感识别、自然语言处理、深度学习等领域的发展,赋予智能教学系统更丰富的内涵,使其受到研究者越来越多的关注。

 

  (二)智能教学系统的功能延展

 

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