人工智能赋能基础教育的展望

人工智能作为新一轮科技革命和产业变革的新兴技术，正在对教育行业和技术产业的发展产生重大而深远的影响。从开发教育产品的企业工程师，到基础教育管理和决策者、教育工作者，再到学习者和家长，教育领域不同角色的参与者都深切感受到了人工智能技术为教与学带来的变化。随着一大批人工智能教育产品进入基础教育系统，试图从各方面多层次对传统教研、授课、学习和评价及管理等领域产生深刻影响，这给基础教育实践领域带来了巨大挑战，同时也促进了教育的变革与创新。人工智能赋能基础教育，既包括人工智能课程的研制和学习实施，以及人工智能人才的培养，也包括了人工智能赋能教育教学的改革实践。随着新一代信息技术的迅速发展和对社会各领域的快速融合渗透，泛智能化的时代正在加速到来，人工智能正在以前所未有的广度和深度促使传统的教育理念、教育形态、教育场景产生颠覆性的变化，推动教育教学从信息化向智能化、智慧化纵深发展。一、人工智能赋能基础教育的内涵关于人工智能赋能基础教育，主要包括三方面的内涵：一是培养具有创新能力和合作精神的人工智能人才，包括人工智能技术学习和人工智能素养培育。培养人工智能人才成为世界各国综合国力提升的战略部署，我国政府不断加强政策驱动、课程标准、赛事推动以及专项途径等落实人工智能人才。2017年国务院印发的《新一代人工智能发展规划》提出，要在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，鼓励企业与科研机构搭建开源平台，支持青少年人工智能竞赛项目等。《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》中正式将人工智能纳入高中新课标。教育部2018年印发《高等学校人工智能创新行动计划》从小初高本一体化角度再次提出要在中小学阶段引入人工智能普及教育，构建人工智能专业教育。2022年发布的义务教育信息科技课程标准中，人工智能作为信息科技课程的六大主线之一，是信息科技教育的重要组成部分。此外，人工智能技术应用也是教育部青少年大赛白名单的重要内容。人工智能素养是未来公民最重要的素养之一。虽然我们把人工智能定义为人类器官的一种延伸，又或者说是人类智慧的一种自我实现的方式，但是我们要意识到，今天人类和人工智能这两种主体的关系已经打破了过往人类和技术简单的二元关系。在人工智能时代，学生除了要具备良好的信息意识、计算思维、社会责任之外，还要掌握人机协同的合作、认知学习能力、人机协同的设计思维，问题解决能力以及创造创新能力等，这些对基础教育阶段人工智能教育课程开发和跨学科融合的教学研究与实践提出了强烈的时代需求和巨大挑战。二是通过人工智能在教育教学和教育管理中的赋能和应用，促进人工智能和基础教育深度融合，以推动基础教育变革创新。2017年国务院发布的《新一代人工智能发展规划》中提出，“利用智能技术加快推动人才培养模式、教学方法改革，构建包含智能学习、交互式学习的新型教育体系”。2021年中央网络安全和信息化委员会《“十四五”国家信息化规划》提出，“要推进信息技术、智能技术与教育教学融合的教育教学变革。以人工智能为代表的新一代信息技术成为‘十四五’期间教育高质量内涵式发展，建设科教兴国、人才强国、创新驱动型国家的重要保障和核心动力。”近年来，人工智能技术在疫情导致迅猛发展的线上线下混合式学习中也发挥了显著的促进作用，北京师范大学受联合国教科文组织国际教育局委托于2022年7月发布的《混合式教育、学习和评价指导框架》中专门详细阐述了可用于支持混合式教育的主要人工智能应用。2022年开始进入大众视野的元宇宙概念，也把应用领域瞄向基础教育，预测对模拟仿真真实情境的学生自主探索、学生解决问题的创造力和创新能力，提供了前所未有的沉浸环境和引擎。人工智能赋能基础教育，离不开基于人工智能技术的教育产品研发和市场投入，主要包括人工智能教育课程研发和实施；促进自适应学习环境以及其他灵活、包容、个性化、富有吸引力且行之有效的AIED工具的开发（Luckinetal.，2016）；在教育学、心理学和社会学（Self，1998）中，使用精确的计算和明确的形式来表达模糊的知识，使得人工智能成为理解学习的发生和过程的必要工具。这些工具深刻影响和促进教与学的思想、方式、途径和工具方面的变革和创新。三是随着人工智能技术及其支持的教育产品进入基础教育领域，人工智能可能会推动人类的认知与学习方式的革命。伴随着越来越多的人工智能教育产品进入基础教育领域的学校和家庭，中小学课堂以及学生的学习方式正在一步步发生变化。学生从过往的数字化学习走向一种人机复合体的认知学习，教师也从单一的教学主体走向人机协同的教学，学校随之可能将发生系统性的、深层次的变革。数据科学驱动的教育治理和决策更加精准，教育内容和手段的变革和创新必将会改善整个教育生态。在人工智能技术建构的课堂环境中，学生的认知能力是建构在人与这些技术充分、深度的融合基础之上，整个知识加工的过程和品质跟传统的教学有很大不同，这也要求了教师应具备人机复合体的知识生产、传播和创新的能力。2022年3月教育部发布《新时代基础教育强师计划》明确提到，要实施人工智能促进教师队伍建设包括优化教师管理、教师教育改革、教育教学方法创新、教育精准辅助等。二、人工智能赋能基础教育的层次人工智能赋能基础教育，主要包括以下三个层次。一是通用的人工智能技术在教育行业的简单应用，快速解决某些学习痛点问题，如由图像、语音识别技术衍生出拍照搜题、听说训练测评等产品服务，抓住了学生痛点而快速得到推广，类似成熟的人工智能技术迁移到教育领域带来快速应用。这类手段运用了人工智能的前沿技术，但其运用场景仅止于学习过程中的辅助性环节，并没有直接导致教学质量与成效的改善。在教育产品体系化标准化、提高教学质量、丰富学科内容、培养科学兴趣等方面帮助不大，对发展学生综合素质与素养不起作用。二是借助人工智能技术提高教育整体效能，人工智能与大数据、云计算等相结合，衍生出一系列智慧教学产品，如智能备课系统、教研平台、智能批改作业等智能产品的研发，大大减少学生寻找学习资源、教师备课批改作业、管理者统计分析的时间，帮助教师快速获取丰富专业资源，为教师提供便捷资源获取和管理能力，实现减负增效，实现个性化教学，打造高效的学习课堂。三是借助人工智能创新教学理念与学习方法，力图创造新的教育价值，比如，情绪识别、自适应学习类产品在一定程度上运用到教育行业中，有助于学生系统规划自适应学习路径，找到适合自己个性化需求的学习活动和资源，促进学生更加有效的学习。人工智能应用于中小学课堂中不仅为传统教学提供了全新的教学模式，以更加行之有效的方式提高教学效率，也为未来基础教育提供了变革方向，着力实现教育公平。三、人工智能赋能基础教育的意义近年来，人工智能技术在教育领域中的运用越来越成熟，伴随而来的人工智能教育产品也不断涌现，如学情分析、教学设计、作业评阅、课业辅导、考试统计、学业评测、职业生涯规划等，人工智能赋能基础教育正多点绽放。它不仅能辅助教师实施教学管理，如帮助教师对学生学情进行深度分析，辅助教师根据学生差异制定个性化培养方案，减轻教师对学生出勤的监管压力等；也能取代教师的某些功能，如作业的批改分析、学习资源的推送、考试试卷的设计批阅等。信息化建设逐渐深化，逐步促进着数据、技术等各方面的累积与革新，人工智能技术对教育赋能效果也会愈加显著。因此，从教育的本质目标出发，人工智能赋能基础教育有以下意义。一是人工智能在教育领域的应用提升了教育的质量和效率。教师可以通过多层面来源的数据采集、深度分析、可视化呈现等技术，迅速、精准了解每一位学习者“画像”，动态调整教学计划，有针对性地生成满足学习者个性化学习进度的推送课程，从而实现因材施教。通过人工智能技术进行精准分析和方案制定，并对学习过程进行监管干预，可以让学习者更清晰地了解存在的问题及解决途径，使学习者快速高效地完成学习任务，实现有效的个性化学习。二是利用人工智能技术推动实现教育公平。借助人工智能技术，转变教育内容提供模式，利用精准推送减少教育信息泛化的影响，使不发达地区的学习者依然能便利地享受发达地区教育资源，促进区域间教育水平渐趋均衡。此外，小规模学习组织下学习者接受知识和接受能力差异较大，而人工智能赋能教育可以帮助教师实现个性化教学，将教育资源进行合理分配，进而推动公平教育。三是人工智能赋能基础教育有利于培养具有人工智能应用能力的高端技术人才和具有终身学习意识的创新型人才。在人工智能时代，随着社会需求的变化，人类的生产生活方式和学习方式也发生了变化。人工智能赋能教育，可以让教育顺应时代需求，让教育由“经验”走向“科学”，提高教学质量，实现因材施教。同时人工智能赋能教育，可以让学生沉浸在技术的环境中，让学生对技术心存敬畏并学会艺术性地运用技术，使学生能适应智能社会的变化与挑战，成为符合时代需要的人才。人工智能赋能基础教育，既包括人工智能课程的研制和教学实施、人工智能人才的培养，也包括了人工智能赋能教育教学的改革实践。人工智能可以成为赋能教育的巨大能量，创造出新的可能性，新的学习方式，也给出了广阔的产品生产和应用场景。作为人工智能时代的教育从业者，我们必须主动拥抱智能时代，为打造更加公平、更有质量、更加美好的教育而努力。四、对人工智能赋能基础教育的未来展望人工智能在教育领域的广泛应用研究，将带动着社会对传统教育行业的变革，打破教育平衡实现教育资源的公平公正，推动教育思维的变化，从应试教育方式到个性化教学的转变，人工智能赋能教育的模式最终会达到普及化、个性化的发展。而目前人工智能在基础教育领域阶段的应用与发展仍存在很多不足之处，例如，人工智能技术不成熟、教师对智能产品使用程度不熟练、研究人工智能的专业人才短缺等。在人工智能已逐渐进入教育领域的同时，也给传统教育形式带来了极大的变化，传统课堂上教师单向传授知识的方式无法提高学生的积极性，学生不能有效地思考问题，不仅降低了教学效率，而且不利于培养学生的思维。而人工智能与教育的结合给教师和学生提供更加个性化、更具有动力、更加多样性的教学模式及智慧教学环境。因此本文基于当前的发展现状，从学校、教师、学生三个角度出发，对人工智能赋能基础教育提出相应的建议，以便为人工智能基础教育的发展提供改进的方向。从学校层面来讲，人工智能课程的开设和智能硬件设施的配备是人工智能进入基础教育领域尤为重要的两个切入点。人工智能校本课程的开发需要学校教师和管理者共同制定，教学内容要注重不同学科之间的融合，从实际场景出发寻找教学素材，将课程内容按照学习技术、实践操作、创新应用三个步骤进行设计，实现课程内容的分层化，帮助学生最大限度地获得人工智能知识。另外学校应该加强课程内容相应的软硬件设施配备，完善配套设施建设，以便教师能更好地进行教学。从教师层面来讲，由于人工智能技术本身是跨学科的、前沿的，其课程内容融合多学科知识体系，因此教师需要具备人工智能技术所需的专业知识和能力。例如，学校可以经常组织教师参加人工智能教育的教师培训，提高教师对人工智能课程和相关政策的了解，鼓励各学科教师相互学习，合作分工。同时教师还应树立终身学习的理念，积极参与课程的编写和研究，根据学科信息素养的要求，不