智能（AI）教育：技术推动变革建设教育新生态

智能（AI）教育技术推动变革建设教育新生态

人工智能（AI），自2016年AlphaGo战胜世界顶级围棋选手李世石后，成为热词。其实，人工智能从1956年达特茅斯会议被提出至今已有60多年，这期间经历了三次发展浪潮，如今在移动终端和海量数据同时暴增的技术生态环境下，焕发新力量，与金融、交通、医疗、服务、工业、安防等领域嫁接，有了诸多应用。“人工智能+”，教育是加号后面一个重要类别。特别是自2019年以来，关于人工智能与教育的话题不断冲击人们的认知。学生刷脸进校园，甚至进教室、食堂、运动场也已经不是个例。一些智慧课堂、智慧校园管理系统，使用摄像头对学生进行扫描，识别学生高兴、难过、愤怒、反感等常见的表情，以及举手、起立、听讲、书写、趴桌子等行为，记录学生上课低几次头、走几次神，更有甚者，给学生戴上脑机接口环，监测其上课是否集中精力。那么，这些就是人工智能教育的应用了吗？人工智能教育的作用、范围、效果、影响、边界到底在哪里？一我国人工智能教育发展基本情况人工智能教育发端于“互联网+教育”，产生于“人工智能+教育”。人工智能教育成为一个类别和教育形态，除了技术本身发展的助力外，各种政策也是一大推动力。商业机构开始大量应用人工智能教育产品，政府、学校对此表现出极大热情。（一）政策推动人工智能教育驶上快车道“人工智能”于2017年首次出现在《政府工作报告》中，并连续三年出现其中；2017年国务院印发《新一代人工智能发展规划》；2017年10月，党的十九大报告提出“推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合”；教育部于2018年4月制定了《高等学校人工智能创新行动计划》，确定了人工智能多层次教育体系。2019年2月，中共中央、国务院印发《中国教育现代化2035》，部署十大战略任务，其中包括“加快信息化时代教育变革”。2019年5月，“国际人工智能与教育大会”在北京召开，国家主席习近平向大会致贺信。此次大会后，联合国教科文组织发布了成果文件《北京共识——人工智能与教育》。通过政策梳理，我们发现我国支持人工智能教育应用主要表现在以下方面：推动教学改革，建设智能校园；建立智能评价体系；开发基于大数据智能的在线学习教育平台；满足个性化学习需求；构建全民终身学习体系。（二）大量资本驱动人工智能教育产品开发应用“AI+”近三年成为投资领域的蓝筹股，资本成为人工智能教育产品开发应用的推动力。《中国民办教育产业发展报告（2019）》指出，人工智能教育投资自2015年起呈爆发式增长态势，2018年教育行业融资持续攀升，人工智能教育所占比重增大。资本力量不容小觑，除一些老牌的投资公司外，包括阿里巴巴、腾讯在内的几家互联网巨头都开始涉及教育领域。人工智能教育产品成为很多高科技公司的标配。例如以语音识别为技术起点的科大讯飞、生产机器人的优必选都进入教育领域。一批技术创新型教育公司纷纷建立，主打人工智能教育。原有的许多课外培训机构也推出了各类人工智能产品。教育App快速发展、应用广泛，一些地方和学校出现了应用泛滥甚至垄断现象。2019年11月，德勤发布《中国教育智能化发展报告》，指出“AI+”教育行业或将进入教育巨头大举投资和并购的时代。[1]（三）各级政府热情高涨政府采购大手笔投入当人工智能概念成为争相追捧的目标，各地各级政府、各类学校也唯恐错过这一轮风口。登录“全国公共资源交易平台”，虽然普通用户只能查询三个月内的政府采购项目，但仍能从中看到这股热潮。列举基础教育阶段的一些大单如下：青岛市人工智能教育项目5173.7万元；江苏省梁丰高中人工智能创新实验室项目297万元；福州金山中学人工智能创新实验室采购项目181万元[2]……2019年贵阳市招标“人工智能教育项目”，贵州优必选以1.738亿元中标；当地教育局计划采购230台初级人形机器人、900台集控人形机器人、师资培训、课桌、座椅等在内的整套人工智能教室的解决方案。[3]2019年末，科大讯飞以15.86亿元中标了安徽蚌埠智慧学校建设项目，是全年人工智能教育领域的最大订单。而此前，这家公司刚刚以8.6亿元中标了青岛AI教育项目。从这些项目公告可以看出，基础教育阶段人工智能的建设从小学到高中全覆盖，硬件软件课程教材全覆盖，金额从几万元到千万、亿元不等。二人工智能教育应用目前，人工智能教育涵盖学前教育、中小学基础教育、高等教育多个阶段，实施主体包括各类学校和大量的校外培训机构。分类维度不同、标准目的不同，使得人工智能教育并没有明确分类，本文所探讨的人工智能教育是指利用人工智能的技术来促进教育创新。（一）应用分类人工智能教育的技术支撑主要是自然语言处理、机器视觉、机器听觉等等，应用体现在各类教育产品中，产生人机交互、AR/VR等具体应用。国家自然基金委员会2018年新增学科目录，设立了人工智能类别F06，之后又把人工智能和计算机、自动化并列组建了一个学科，即教育信息科学与技术F0701，类别下面的子类包括教育信息科学基础理论及应用、在线与移动交互学习、虚拟与增强现实学习环境、教育机器人、学习分析与测评、自适应个性化辅助学习。从这些学科分类可以看出人工智能教育的理论和应用的大致分类。当然，从不同领域着眼，又有不同的维度。北京师范大学余胜泉教授梳理了未来人工智能在教育行业可起到的作用，大致将其归为12类，不仅涉及校内教学，还涉及学生身体素质、心理健康、成长规划、辅助决策等多个方面。《中国民办教育产业发展报告（2019）》指出当前国内人工智能教育产品主要应用于智能排课、智能教学，如分组阅读、英语语音测评、智能习题批改、智能安保、智慧校园等方面。（二）目前具体应用1.教材类随着各高校开设人工智能专业或者人工智能学院，相关教材不断涌现。高校专业教材集中对学生进行人工智能学科的基础通识和专业教育，以培养人工智能专业技术和研发人才。同时，人工智能教材也在向下延伸。例如，商汤科技面向初、高中生，编写《人工智能入门》《人工智能基础》。清华大学出版社、北京交通大学出版社出版的《AI积木编程启蒙课》《走进人工智能》则是面向小学及以下孩子的普及读物。由图灵奖得主、中国科学院院士姚期智领衔主编的教材《人工智能（高中版）》将于2020年9月出版。这类读本、教材多是为激发孩子对AI的兴趣而出版。智能时代，在中小学开设相关课程，有助于学生善于利用甚至是“智造”工具，来辅助自己的学习，今后使用技术为社会服务。2.人工智能教育产品目前，智能教育产品五花八门。有一定规模的课外培训机构，几乎都推出了自己的人工智能教育产品。这些应用有的是这些机构自己研发的，有的则是企业共同开发的。面向K12的产品，主要集中于英语情景对话或跟读、人机对话、作文批改、作业批阅等，例如新东方开发了Realskill、分级阅读；VIPKID开发了Homework系统、智能情绪识别、分级阅读；51Taik开发了AirClass；沪江开发了Unl智能；好未来的魔镜系统、分级阅读、ITS系统等已经开始应用。3.智能教育机器人智能教育机器人由于具有机器人的“人形”特征，有的还能够行走、肢体互动，更易被小朋友接受，在此将其单独列为一类。北京师范大学智慧学习研究院院长黄荣怀统计了教育类机器人的12种应用场景，包括家居空间、学校一般教室、学校专用教室、校外培训机构、专业培训场所、社会公共场所等。他认为教育机器人将增强或延伸教师在时间和空间上的表达能力、搜索梳理分析等知识加工能力、在教学过程中的情感沟通能力。此外，音乐、棋类、书法、滑冰、滑雪、球类等文体活动都出现了机器人陪练，进行重复性练习、纠错。类似应用同样可以用在课堂实践教学中，比如可以通过视觉行为分析，对学生在物理、化学、生物实验中的实践操作过程与精度进行对比检测，给出优化指导，提升学习效果。4.智慧校园建设不同校区通过使用视频、会议系统、双师课堂等形式，可以实现同步上课，而且不会有任何的延迟。有了智慧课堂，学生能够随时随地获得教师的支持。搭建学习资源库，依据不同学生的学习状况，有针对性地推送练习和评价。凭借平台和资源库，助推学校生态智慧课堂的实践，从而将课程和生活形成统一的整体，学科之间实现交互与融合。这是北京一零一中学智慧校园的设计思路，并非单纯地将智慧校园作为技术手段，更是将智能教育当作一个课题来研究和推进。[4]2018年6月，《智慧校园总体框架》由国家标准化管理委员会发布。这一国家标准的起草者主要是高校，2019年智慧校园的建设开始向中小学延伸。阿里巴巴、腾讯、旷视科技等公司都提出了智慧校园建设方案，主要集中于校园安防、教学管理和支持、生活服务等方面。5.其他应用2017年“两位”AI高考机器人AI-MATHS和Aidam分别在成都和北京参加了高考文科数学考试。AI-MATHS在断网、断数据库的条件下，用时22分钟，取得了105分。Aidam需要借助人工输入考题信息，再利用数据库得出答案，得了134分。2018年，AI又挑战高考作文，得到高分。这类高考机器人被用来检测机器理解人类语言的能力。个性化知识图谱的开发是另外一种应用，可以不断评价学生在学习过程中的知识掌握，相当于建立一个学科的“错题本”，引导学生高效掌握知识。还有，各类翻译软件，通过耳机能够实时翻译，也是一类智能机器人。三人工智能教育助力传统教育改革人工智能教育是信息时代的产物。信息时代的特点是连接无处不在，世界点与点可以无时空相连，这就与传统学校课堂教育有了本质的区别。那么，人工智能教育究竟在哪些方面影响目前的教育方式呢？（一）提高学习效率为个性化学习提供可能人工智能时代会极大地将人们从日常劳动中解放出来，很多传统岗位消失，同时创造出更多的工作模式。机器能做的让机器去做，被解放的人将获得更大的思想自由。因此，社会将越来越多地要求劳动者具备更强的思维创造力和思维灵活性，与算力越来越强大的智能机器不同的思维方式。这就让人工智能教育成为传统教育的改造者甚至是颠覆者。人工智能教育与传统教育在教育空间环境、教师的作用、教学模式、可利用的教学资源、技术需求、个性化程度，以及学习评价、学习路径规划等方面都有着区别。学生的知识来源不再限于书本和老师，他们可以通过网络获得人类全部既有知识，人工智能技术的应用还会帮助学生进行筛选、提炼。可以根据每个学习者的接受程度、基础知识水平、理解能力，制订个性化的学习方案。传统教育方式侧重知识点的学习，加上强化考试来检验学生的学习成果。而AI的技术优势，可以让学生置身于真实的场景之中，从课堂共同学习到泛在学习，从标准化知识点考试到项目制问题解决，再到场景体验式学习，智能教育可以为这种演化提供支撑，从而大大提高学习效率。此外，智能教育一个重要的作用是可以让现在的学生学会终身学习的方法。（二）改变以分数为主的评价标准目前，学校教育还是以分数为主要评价机制。量化评价看似精准，但不能评价学生知识掌握以外的能力，书面考试也很难考察知识的灵活运用和实际使用能力。而基于数据以及算法的人工智能教育，可以记录每个学生的学习过程，进行过程化、多元化的评价。不仅能全方位评价，还能及时帮学生查找出学习漏洞。评价方法和标准的改变，反过来也能改变过去单向知识传授的方式，鼓励学生通过自我学习发现问题、提出问题，从而去解决问题，在这一过程中，还能与同学充分合作、探讨。同时，可以实现各种学科的分层分级指导，让学生按照自己的节奏学习知识。（三）AI成为教学助手，老师的指导作用增强让老师更多关注学生身心健康、个性发展如今AI方兴未艾，甚至有人认为教师在某种程度上会被替代。对这类极端观点，无论是技术界还是教育领域，并不认可。苹果公司第54号员工、教育副总裁约翰·库奇坦言：“即便是世界上最先进的技术，也不能做到伟大教师能够做到的事情之皮毛。”新技术无疑会给教育带来无限可能，但教师对人的影响是永远不会被机器所替代的。从知识分类和工作性质来看，可将认知领域的教学交给机器来做，让教师拥有更多的时间来从事情感、态度、价值观领域的教育教学。例如，AI助手把教师从繁杂的出题、判卷、批改作业等事务性工作中解放出来，教师有更多的时间与学生进行沟通交流，组织进行合作项目学习，关注学生的兴趣爱好、学科特长以及潜能，对其今后发展提供规划建议。[5]总之，技术只能作为教师的助手来服务教育，助力学生的身心发展。作为教师，要拥有使用新技术的能力，确立人工智能教育的学习目标，创设独特的课堂环境，利用数据分析来提升教学效果。不是用技术来取代现有的教学方法，而是对其进行改造。四人工智能教育如潘多拉魔盒逐渐被打开人工智能从被提出到现在，几起几落，“每一次的高潮都是一个旧哲学思想的技术再包装，而每一次的衰败都源自高潮时期的承诺不能兑现”。[6]（一）警惕资本驱动下的人工智能教育应用逐利而忽略教育本质目前依托信息技术建立的教育公司，很多是以提高学生考试分数为目的的技术应用。为了精准地找到学生的薄弱知识点，有机构将初中数学拆分成上万个知识点。对于这种智能辅助训练，中国科学院院士梅宏极不认同，“智能刷题系统会阻碍人的学习创新激情，这种方式会在K12教育期间把年轻人的创新激情全部耗尽，这是很严重的问题”。目前，人工智能教育领域暴露了许多问题：混淆概念、夸大作用、虚假宣传……这些“忽悠”主要是面向各级各类学校和家长。个别少儿编程培训机构打出“不懂编程就是新时代的文盲”的宣传口号；有的声称“假如学校不使用智能产品，不做智慧校园，就会落后于这个时代，让学生享受不到优质教育”；还有的机构甚至将知识、能力、思维等所有与成长相关的因素全部量化[7]……之所以产生这些现象，是因为一些教育公司的目标是扩大覆盖面、规模化，终极目标是上市圈钱。大量App进入校园，强行让学生和家长绑定，也是一种滥用技术的表现。2019年9月，《关于引导规范教育移动互联网应用有序健康发展的意见》出台，这是我国首个全面规范教育App的文件，规定App不得与学分、成绩和评优挂钩。（二）政府学校盲目上马忽略教育成本与效果2019年，山东省教育厅公布了首批人工智能教育试点学校，确定济南市、青岛市、淄博市、临沂市的721所学校为人工智能教育首批试点学校。[8]广州市提出，到2022年，人工智能教育将覆盖全市学校。[9]这些都意味着政府大手笔投入，但对于效果的预估鲜见报道。“三线城市一个城区花了990多万元采购VR设备，每个学校一套，只用来上了两堂示范课。询问各个学校的学生和家长，都不知道学校有VR设备，也没有上过VR的课程，就是一摆设。”这是一位中学教师反映的问题。这种情形与20世纪80年代末各地教育信息化建设大干快上，投入大量设备，造成很多硬件闲置浪费如出一辙。大量的政府采购项目投入大量资金，能否真正见效，还要假以时日才知道。教育的现代化，还应该更多聚焦于学生的真正成长，聚焦于教与学的共同改变，试图用硬件超越实际水平，而忽略老师和学生的共同作用，终会事倍功半。信息技术、人工智能的大发展，及其和教育的融合，势必会对传统教育带来较大冲击，我们需要保持理性态度，实事求是地看待技术的作用，把重点放在教育本身，而不是技术手段上面。（三）人工智能教育产品使用无边界侵犯学生隐私除了实时监控学生的课堂和校园表现，以及前面提到的脑机接口外，人工智能教育产品还有一些奇葩应用。贵州10多所中小学学生穿上了一种“智能校服”，植入在校服肩膀位置的芯片可以准确定位学生位置。如果学生更换制服离开学校，与提前内置的人脸识别数据不匹配，报警装置就会发出警报。[10]人工智能教育产品获取学生人脸、表情、指纹等个人信息，这无疑侵犯了学生隐私。信息管理专家涂子沛认为，产权、使用权、编辑权、存储权等边界的不清晰，造成了侵犯隐私的情况。信息时代，每人需要有数据保护的意识，要学会向侵犯自身权利的事情说不。与此同时，全社会要建立公共数据隐私保护相关制度。2019年6月，科技部公布《新一代人工智能治理原则——发展负责任的人工智能》，尊重隐私是其中的一项原则。2019年10月1日起开始施行的《儿童个人信息网络保护规定》明确指出，“网络运营者收集、使用、转移、披露儿童个人信息的，应当以显著、清晰的方式告知儿童监护人，并应当征得儿童监护人的同意”。区块链是信息技术的一部分，加密技术带来的透明化、无可篡改性是其特点。有人提出把区块链技术用于教育，给每个孩子留下成长记录，但是后续的数据保密，又是一个新课题。五科技向善以人为本，智能教育未来发展预估瑞布基金会2019年6月发布一份名为《教育技术能帮助学生学习吗？》的报告，指出越来越多的研究表明技术可能会产生负面影响。从国际上看，技术和成绩之间的联系很薄弱。[11]那么，在未来，人工智能教育的技术创新到底该在哪些方面促进教育改革、助力学生发展？（一）政府应认清人工智能教育优势，助力教育资源均衡我国教育，东西部之间，大城市与乡村之间，无论是质量还是资源都存在不均衡是不争的现实。从20世纪80年代末起，推广信息化建设，就是试图抹平这一鸿沟。过去的二三十年里，政府和各类机构、学校用信息化方式将课程同步到偏远地区。如今，远在千里之外，同上一节课已经不是新鲜事。现在更多的是借用技术开始互动，很多机构推出了双师模式。5G时代，开发浸入式的场景将会在远程教学上有更多应用。（二）学校要认清人工智能教育目标，防止人工智能技术成为应试教育帮凶人工智能教育的一个目的是降低教师和学生负担，提高学习效率，提升学生能力。但是如果只是专注于提高成绩，反而会加重他们的负担。哈