人工智能教育应用的机遇与挑战

1、人工智能教育应用的机遇与挑战伴随着信息技术的发展， 智慧教育也逐渐展开， 人工智能作 为智慧教育时代发展的核心力量， 近年来对人类社会的影响越来 越广泛与深远，它正在为农业、医疗、教育、能源、国防等诸多 领域提供大量新的发展机遇。人工智能技术自 19561956 年提出以来，从最开始受到盲目追捧， 到 2020 世纪七八十年代逐渐遇冷，近些年又重新引起了人们的重 视。尤其是在20162016年谷歌公司基于深度学习的 AlphaGoAlphaGo战胜了 围棋世界冠军，再一次引爆了人们对人工智能的热情。现在，人 工智能已被视为推动现代社会进步的主要核心技术力量。目前， 人工智能已经开始服务于工业、

2、农业、环境、医疗、教育等众多 领域，切实推动了社会的进步。人们纷纷预言，虽然通用的智能 系统在未来 1010 年内很难超过人类智能，但在越来越多的特定领 域，智能系统的问题解决能力可以达到甚至超过人类的智能水 平。如智能公交可以为残疾人和老年人带来帮助， 减少交通事故； 智能政府可以更好地服务于大众； 智能建筑可以节约能源， 减少 污染，等等。那么，智能教育又会对现今的教育带来哪些改变呢？本文主要是从人工智能的角度出发， 思考其对教育所产生的 积极作用及所带来的挑战， 以便进一步把握、 促进人工智能在教 育中的有效与合理应用， 用以应对当今智能化浪潮下教育人工智 能需要面对的重要挑战， 以较好

3、地顺应技术发展趋势， 助力教育 变革。一、人工智能教育应用的机遇在传统的人工智能学习系统中， 我们发现更多的是为了满足 某个专门领域的学习需求， 目的是促进学习者获得特定的知识和 技能，而且这些系统常常作为学校教育的补充， 未能深入影响学 生的日常学习和生活。 随着人工智能技术的发展， 教育领域对人 工智能技术提出了更高的要求， 期望人工智能技术对教育产生革 命性的影响。总体来说，人工智能还是能给教育带来诸多机遇， 能够提供个性化的学习，促进学习者各方面素养和能力的提升， 加快全球课堂的普及，并减少教师的重复性工作等。1.1. 提供个性化的学习。当今教育一直都在探讨如何实现个 性化的教育和教学

4、， 并提倡因材施教。 在教育技术不断发展的同 时，慕课、翻转课堂等作为其产物，也在逐渐探索如何实现个性 化教学。 然而随着学习科学领域的不断深入和扩大， 人们期待着 下一次智能系统的发展， 以充分结合科学研究成果与人工技能技 术的进步，使学习系统能够与学习者之间以更自然的方式和方法 进行交互，在教师缺席的情况下承担起个人或者小组导师的角 色。在现实生活中， 我们看到“智能导师”作为教育领域的一个 重要应用， 可以通过自然语言处理和语音识别技术， 来实现计算 机扮演导师角色的功能， 代替现有教师为学生提供辅助性的学习 材料。实践证明，根据学生的兴趣、习惯和学习需求为其制订专 门的学习计划，有利于

5、学生的个性化学习。在实际操作中，智能 导师能够在学习者学习的过程中实时跟踪、 记录和分析其学习过 程和结果， 以了解其个性化的学习特点， 并根据这一特点为每一 位学习者选择合适的学习资源，制订个性化的学习方案。当然， 智能导师在为学习者提供有针对性、 即时的学习方案时， 还能够 对学习者的学习表现和问题解决的情况进行评价和反馈， 并提出 相应的建议。这样，学生在学习中就可以拥有具体的反馈，为学 生的个性化学习提供详尽的途径。2.2. 促进学习者各方面素养和能力的获得。随着现代社会的 发展，对于人类的素养和能力的诉求也在逐渐增多。 2121 世纪核 心素养一度成为国际上热门的话题， 我们可以看到

6、， 核心素养主 要包含三大类：一是学习与创新素养；二是数字化素养；三是职 业和生活技能。除素养之外， 2121 世纪能力作为应对知识经济发 展需求及社会进步而对人才培养所提出的需求， 具体包括创造性 与问题解决、信息素养、自我认识与自我调控、批判性思维、学 会学习与终身学习、公民责任与社会参与等内容。在这些素养和能力的建构过程中， 人工智能发挥着不可忽视 的作用：一方面是社会信息化的发展在逐渐推动人工智能的步 伐；另一方面是 2121 世纪核心素养和能力存在着内在的需求。在 这样的背景之下，人工智能技术不能局限于促进学生学习具体 的、结构良好的知识和技能， 而是要帮助学生获得复杂问题解决、 批

7、判性思维、 多人协作等高阶能力。 而在现实中， 我们可以看到， 随着技术的发展， 评估难度较高或者领域内专家无法清晰表达的 规则知识、深度学习、自然语言的处理、情感计算等问题，都会 在未来被逐渐攻克。 而人工智能产品应用到教育领域上可以逐渐 成为学生的朋友， 为学生提供补习的帮助， 成为学生的学习助手， 使学习收到寓教于乐的效果。3.3. 加快全球课堂普及。在全球化趋势背景下，全球课堂普 及能够为学习者随时随地打造深度学习的环境， 成为学习的一个 重要条件， 在人工智能教育的应用下， 则可以很简单地实现这一 功能。全球课堂的目标是为学习者提供一种普及化的、 ?S?S 时随地 可以访问的、学习者

8、深度参与的学习环境。 在这样的学习环境中， 处于任何水平的学习者都能获得良好的学习体验。 在知识共享水 平不断提高的情况下， 人工智能的发展能够自然地促进全球课堂 的普及。在现今教育领域，慕课可以被看作是全球课堂的雏形。 在慕课的依托之下， 学习者可以随时随地地进行学习和享受当前 世界各地的教育资源。 但慕课也存在一些弊端， 如偏重知识传递、 通过率较低、 只适应具有一定知识背景和较高学习动机的学习者 等。虽然慕课在现今的教育之中带来了一些改变， 但是所带来的 改变还是具有限度的。 而人工智能技术支持下的全球课堂， 能够 为学习者提供一个云端一体、 支持认知发展和相互协作的全新学 习环境，这在

9、一定程度上打破了慕课等教育技术手段所带来的局 限性。 4.4. 减少教师的重复性劳动。当前，中小学教师除了教学工作之外，还存在诸多重复性工作，而要想促进教师的教 学，教师就还需要更多的进行创新工作的时间，以加深对教育的反思、改进。若长期进行重复教学，不但程序枯燥，而且对社会 来说也是一种资源浪费。在这种情况下，使用人工智能技术和多媒体等各种先进的教 学手段形成开放式交互教学系统，学生可以主动向系统索取知 识，系统也可以根据学生的知识、能力和学习方法来因人施教， 以收到最佳的教学效果，达到无人化、个性化适应教学的目的。 此外，随着人工智能技术的发展， 越来越多的人工智能工具被应 用于教育领域，成

10、为教师教学和学生学习的得力助手。 教育机器 人就是一种被广泛应用于教育领域的人工智能型助手。例如，网龙华渔教育研发的“未来教师”机器人，就可以帮助教师完成课堂辅助性或重复性工作，如朗读课文、点名、监考、收发试卷等 工作，还可以帮助教师收集、整理资料，辅助教师进行备课、科 研活动。由此，在减轻教师负担的同时，还提高了教师的工作效 率，从而使教师将更多的精力真正放在学生身上，促进学生更好地学。二、人工智能教育应用的挑战人工智能在给教育带来诸多有利因素的同时，也会存在相应的挑战。在当今社会人工智能相关人才还比较欠缺的状态下，政府和学校该如何进行人才的培养； 教师在教学中该如何与人工智 能系统进行有效

11、协调；人工智能教育应用中存在的伦理、 社会以 及安全等问题应该如何解决这些因素都对人工智能在教育 中的应用提出了新的挑战。1.1. 人工智能的人才培养存在滞后性。人工智能作为推动社 会发展的一项重大举措， 对于人类的影响是巨大的。 教育领域作 为人工智能影响的一个重要部分， 在某种程度上说， 要想对教育 产生重大的作用， 政府和学校就应提供必要的协助。 在人工智能 专业人才培养中，首先，一方面，政府应了解企业和社会对人工 智能人才的需求， 制定出人工智能专业人才的培养目标和相关标 准，并根据目标和标准协调包括中小学、大学、职业培训机构等 在内的相关机构，推进人工智能专业人才的培养。另一方面，政

12、 府应为人工智能教育提供必要的经费支持， 如增加人工智能研究 生的培养经费， 提升人工智能课程设计的投入， 资助人工智能教 育研究项目， 对开展人工智能教育的高校、 职业院校和其他组织 拨款等，这些措施在一定程度上可以促进人工智能的发展。 其次， 学校在培养人工智能人才上需继续加大措施和力度。 在中小学阶 段可以培养学生的科学素养，为人工智能的成长奠定良好的基 础，而大学作为人工智能发展的重要时期，在师资力量方面，可 以把与人工智能相关的人才组织起来， 引进学校外部人工智能的 专业人才，充实人工智能教学团队。然而，在目前的就业市场上， 虽然企业高薪资聘用相关人才 的公告在就业市场屡见不鲜， 但

13、这方面的人才却很难在市场上找 到。这也表明在现今社会中， 人工智能领域相关人才培养还是存 在着显性不足和滞后的问题， 政府和学校所贡献的力量还存在着 欠缺。2.2. 人工智能中教师角色转变的障碍。在现今教育技术的使 用中，人们常常会疑惑教育和教学之中人与人之间的交互作用容 易被忽视的问题。 在人工智能教育时代来临之时， 如果在教育中 大量使用高新技术， 会不会削弱教师与学生的交往或者不利于学 生语言能力和沟通能力的培养？面对这些疑惑， 人工智能的研究 案例表明， 当人类智慧与人工智能技术相结合的时候， 在工作上 能够取得更好的效果。例如，一项研究发现，当通过照片判断淋 巴细胞中是否存在癌细胞时

14、， 如果只使用人工智能技术， 错误率 为 7.5%7.5%，如果只由医疗专家来判断，错误率为 3.5%3.5%，但如果将 两者结合起来，错误率则可以下降至 0.5%0.5%。也就是说，在人工 智能时代，教师与人工智能系统之间需要相互协同。而具体到现实生活中， 我们发现在实施翻转课堂和慕课的时 候，一方面，存在实施的过程中部分教师不愿意改变的现象。当 教师传统的教学模式已经形成了成熟的体系和模式， 他们认为现 今的教育方法已经可以教好学生， 尤其是那些这样教已经出了成 绩的教师，继而让其进行改变会存在较大困难。另一方面，教育 信息技术的老师比较少， 当更多的教师面临一个新的事物时， 有 效的实施

15、对教师的相关培训是非常有必要的。 与此同时， 人工智 能在教育系统中的实施也面临着怎样将人工智能教学系统与面 对面教学相结合， 使教师与人工智能系统之间协同工作， 以最大 限度地发挥二者的协作优势， 共同为学生提供更有个性的、 更有 效的教学体验，这是当前教育人工智能研究面临的挑战之一。3.3. 人工智能教育中的伦理、社会及安全问题。在网络普及 率极高的时代， 越来越多的人开始加入互联网的大军之中。 我们 看到互联网在给我们带来越来越便利的生活的同时， 也存在一些 隐患：网络暴力的滋生、信息的泄露、网络欺诈行为等问题不断 涌现。在图像识别技术上， 出于对当事人隐私或者某些信息的保 护，电视和网

16、络会将文字或脸部像素化。 但随着人工智能的发展， 这种保护隐私的方法已经不再可靠。 有研究发现， 神经网络只要 通过主流的机器学习方法训练，就可以识别图像中隐藏的信息。 在某些数据库和隐私技术上，神经网络的成功率已达到80%80%，甚至是 90%90%。在像素化图像方面，随着图片模糊程度增加，神经网 络的成功率会降低， 但仍然能够达到 50%50%到 75%75%的成功率。 因此， 伦理道德和安全保障是教育人工智能也必须面对的挑战之一。在教育系统中， 教师各方面信息的泄露， 以及学生所面临的 网络暴力会不会更加肆虐？尤其是在中小学阶段， 学生对这个社 会的认知还不够全面，是否会更多地存在着网络上的隐性伤害， 而这些问题都是在人工智能应用于教育领域之中所要面临的问 题。为此，一是将伦理道德教育纳入人工智能课程之中，树立伦 理道德意识也就成为人工智能时代必须要解决的课题； 二是应该 加强人工智能教育应用的监管， 制定与安全应用相关的规则， 运 用相关技术保护使用者的隐私和权益， 着力于推动教育人工智能良性积极发展。未来的时代是智能时代，无论是政府管理机构，还是各级教 育部门，都应为迎接智能时代的到