(學(xué)校教育論文)人工智能下的教育變革研究

【學(xué)校教育論文】人工智能下的教育變革研究內(nèi)容摘要：教育需隨時代進步而不斷變革，人工智能時代催生了智慧教育等多種形式的教育，需要開展與其相適應(yīng)的教育變革?；谌斯ぶ悄軙r代下教育變革的背景，進而闡述人工智能所帶來的教育目的、學(xué)習(xí)方式以及學(xué)習(xí)環(huán)境上的變革；探究人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，綜合提出人工智能時代教育變革的實踐路徑。本文關(guān)鍵詞語：人工智能；教育變革；智慧教育近年來大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術(shù)飛速發(fā)展，人工智能在一些特殊領(lǐng)域〔如此圖像識別、語音識別、自然語言等〕不斷取得突破性進展。人工智能作為新的技術(shù)驅(qū)動力正引發(fā)第四次工業(yè)革命，為醫(yī)療、教育、能源、環(huán)境等關(guān)鍵領(lǐng)域帶來新的發(fā)展機遇。人工智能專家預(yù)測，人工智能在通用技術(shù)領(lǐng)域可能尚不能替代人類，但在一些特殊領(lǐng)域，人工智能將會淘汰現(xiàn)有的勞動力。在國外，許多國家紛紛把人工智能作為國家發(fā)展的重要競爭戰(zhàn)略，我們國家學(xué)者也密切關(guān)注著人工智能的最新理論進展和實踐應(yīng)用，于2017年7月頒布(新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃〕，明確人工智能發(fā)展的重點策略?！叭斯ぶ悄茏兏锝逃暤某绷?，引發(fā)了教育研究領(lǐng)域的“人工智能熱〞。當(dāng)下全球范圍內(nèi)，人工智能在教育領(lǐng)域的大量研究和應(yīng)用催發(fā)形成了教育人工智能概念。當(dāng)前梳理學(xué)術(shù)上關(guān)于研究人工智能與教育的文獻主要集中于：〔一〕教育理念的革新?！叭藱C一體〞將成為未來新的教育方式[1]，由新技術(shù)和新手段的出現(xiàn)所應(yīng)運而生的智慧教育[2]，將對原有教育進行改進和完善。智能技術(shù)在改變教育的手段和環(huán)境的同時，還有利于構(gòu)建出系統(tǒng)解決教育問題的教育新體系，從而真正觸及教育的根本[3]?！捕酬P(guān)注技術(shù)的革新。機器深度學(xué)習(xí)、智能學(xué)習(xí)的算法、視覺識別以及智能語言識別這些基礎(chǔ)技術(shù)的突破，為人工智能的教育應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)[4]?！踩程骄拷逃膽?yīng)用。人工智能在學(xué)校教育中的學(xué)業(yè)測評、交叉學(xué)科、角色變化等應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大潛力，老師角色內(nèi)涵也將在與人工智能的協(xié)同共存中發(fā)生改變。AI監(jiān)課系統(tǒng)能夠數(shù)據(jù)化、可視化評估老師的授課情況，將人工智能技術(shù)的運用滲透到整個教學(xué)過程中，老師可以根據(jù)評分實時調(diào)整授課內(nèi)容，以促進個性化學(xué)習(xí)，從而提升教學(xué)效果。教育深受技術(shù)發(fā)展的影響，新技術(shù)融入教育并促進教育方式的轉(zhuǎn)變已成為必然趨勢。一方面技術(shù)為教育提供了新的、更加廣闊的可能性；另一方面技術(shù)具有變革人類的教育方式與學(xué)習(xí)方式的能力。然而，技術(shù)是一把“雙刃劍〞，如何獲取或?qū)崿F(xiàn)以人工智能為代表的新興信息技術(shù)所擁有的特征、優(yōu)勢與功能，使其在教育中最大限度地發(fā)揮其應(yīng)有的價值呢？人工智能技術(shù)如何繼續(xù)被安全使用到教育領(lǐng)域？如何通過教育變革來促進新興信息技術(shù)在教育教學(xué)中的廣泛與深切進入應(yīng)用，實現(xiàn)教育深層次革命等問題，是當(dāng)前需要關(guān)注和探討的主要問題。1人工智能時代下教育變革的背景1.1人工智能的內(nèi)涵及具備的強大能力人工智能最早由美國達特茅斯學(xué)院于1956年提出，其研究主要包括機器人、圖像識別、自然語言處理、語音識別等，實質(zhì)是一種自動感悟、學(xué)習(xí)思考并做出判斷的程序。人工智能具有自主學(xué)習(xí)、推斷與革新的能力，推動了圖像識別、自然語言處理等方面的技術(shù)突破。人工智能同時具有理性判斷力、超強的工作力，只要電力供應(yīng)不斷，幾乎可以無限制地工作下去，而且適應(yīng)不需要情感投入的工作。它的超強能力，源于三個重要的技術(shù)：深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)和強算力。1.2人工智能時代的機遇和挑戰(zhàn)人工智能在精力、記憶力、計算力、感悟力以及進化力等方面與人類相比，具有突出優(yōu)勢。在醫(yī)藥領(lǐng)域，人工智能的出現(xiàn)使普通民眾可以享受更為高效、稀缺的醫(yī)療資源，解決醫(yī)療診斷領(lǐng)域診斷質(zhì)量不均衡、醫(yī)生資源不足等問題。在教育領(lǐng)域，人工智能促進教學(xué)質(zhì)量進一步提升、老師角色多樣化、學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提升；為教育研究提供新技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐；極大拓展了教育研究新視域；使教育在立德樹人方面、教育方法創(chuàng)新方面、教育手段和環(huán)境方面以及教育服務(wù)供給方式方面均發(fā)生改變。然而，看到人工智能以其強大的處理能力帶來機遇的同時，也需要正視人工智能帶來的新挑戰(zhàn)。在人工智能浪潮沖擊下，如何借助人工智能發(fā)展的機遇推進教育的變革與創(chuàng)新？人工智能技術(shù)如何繼續(xù)被安全使用？首先，人工智能專家大都認(rèn)為，人工智能將會淘汰大量現(xiàn)有的依靠非腦力勞動為生的勞動力，需要培養(yǎng)人工智能時代的新型勞動力。而且，人工智能技術(shù)本身的不太成熟使很多人工智能技術(shù)只是應(yīng)用在兒童教育領(lǐng)域，再者，人工智能潛在的道德倫理問題缺少法律制度規(guī)范。除此之外，人工智能時代將對社會結(jié)構(gòu)以及人的地位構(gòu)成挑戰(zhàn)。綜上所述，人工智能時代所帶來的機遇是大于挑戰(zhàn)的。教育需適應(yīng)人工智能技術(shù)所帶來的突破和飛躍，不斷調(diào)整和更新教育的方向和目標(biāo)，實現(xiàn)育人成人的發(fā)展目標(biāo)。2人工智能與教育變革2.1人工智能與教育目的的變革人工智能帶來的巨變不僅影響人類未來如何發(fā)展，而且極大釋放了人類的生產(chǎn)力，這些在一定程度上使得人類需要重新思考教育是何目的。人工智能影響教育目的的變革主要表現(xiàn)在：第一，人工智能可能會使人類陷入精神危機。這源于兩方面的結(jié)果：一方面，人工智能將取代大部分人的工作崗位，工作的喪失將會導(dǎo)致人的價值和尊嚴(yán)喪失。另一方面，人工智能技術(shù)的發(fā)展將可能導(dǎo)致所有基于自由主義的想法破產(chǎn)，轉(zhuǎn)而人類所擁有的價值和尊嚴(yán)可能轉(zhuǎn)化為一種“算法〞，人工智能帶來的職業(yè)替代風(fēng)險在教育領(lǐng)域同樣存在，主要是對老師角色的挑戰(zhàn)。第二，人工智能有利于培養(yǎng)人的學(xué)習(xí)能力。從某種角度上講，人工智能剝奪人的就業(yè)機會，但同時，人工智能助教機器人將協(xié)助老師實現(xiàn)個性化指導(dǎo)，從而有利于將學(xué)習(xí)的過程視為尋求自我價值和意義的過程。除此之外，人工智能有利于使教育注重培養(yǎng)人的精神能力，這種精神能力大致包括實踐動手能力、價值追求能力以及創(chuàng)造能力，從而有利于學(xué)生知識以便于更好地完善自我、豐富自我，使教育跳脫“知識為本〞的陷阱，發(fā)揮“立德樹人〞的正向作用。2.2人工智能與學(xué)習(xí)方式的變革第一，深度學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)也稱為深度結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)或者深度機器學(xué)習(xí)，是一類算法的集合。深度學(xué)習(xí)概念的提出，一方面尊重了教學(xué)規(guī)律，另一方面也是應(yīng)對人工智能時代下的挑戰(zhàn)。深度學(xué)習(xí)在機器學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域取得了顯著成就，提倡學(xué)教并重、認(rèn)知重構(gòu)、反思教學(xué)過程，進而達到解決問題的目的。第二，個性化學(xué)習(xí)。個性化學(xué)習(xí)區(qū)別以往傳統(tǒng)班級課堂授課，尊重學(xué)生的個性發(fā)展，因材施教。人工智能技術(shù)與大數(shù)據(jù)的應(yīng)用有利于學(xué)生享受個性化的學(xué)習(xí)服務(wù)，可提供個性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容，可視化分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，快速提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。第三，自適應(yīng)學(xué)習(xí)。自適應(yīng)學(xué)習(xí)是指人工智能基于對個體學(xué)習(xí)進行快速反饋的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)習(xí)者特征，為其推薦個性化的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)路徑，從而最大程度上適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，是實現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)的重要手段。人工智能技術(shù)有利于快捷、科學(xué)地判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，進行學(xué)習(xí)反饋；持續(xù)收集學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，其中包括學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容；高效地為學(xué)生提供海量的學(xué)習(xí)資源。2.3人工智能與學(xué)習(xí)環(huán)境的變革首先，有利于搭建靈活創(chuàng)新的學(xué)校環(huán)境。不僅可以使空間規(guī)劃更具彈性，而且可以調(diào)節(jié)性增強物理環(huán)境。其次，人工智能時代的教育區(qū)別于以往傳統(tǒng)教育強調(diào)的統(tǒng)一秩序，更注重個體的用戶體驗。創(chuàng)客空間、創(chuàng)新實驗室等學(xué)習(xí)環(huán)境的不斷增加以及人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，個性化的空間環(huán)境與學(xué)習(xí)支持將改變當(dāng)前學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)空間環(huán)境。除此之外，隨著對話交互技術(shù)的逐漸成熟與不斷普及，有利于實現(xiàn)虛實結(jié)合的立體化實時交互。VR、AR等技術(shù)的同步協(xié)作也有利于搭建新的學(xué)習(xí)環(huán)境，知足學(xué)習(xí)者的一系列要求。腦機互動技術(shù)的突破有利于實現(xiàn)將人工智能植入人腦，從而改變?nèi)祟愖匀徽Z言的交流方式。最后，人工智能通過即時、準(zhǔn)確、高效的大數(shù)據(jù)分析有利于進行精準(zhǔn)且個性的學(xué)習(xí)評價與反饋。人工智能將綜合收集所有同學(xué)的學(xué)習(xí)記錄，相互比對、優(yōu)化，從而進行綜合提升。更為重要的是，人工智能的人臉識別以及語音識別技術(shù)可以運用到老師的教學(xué)過程中，進行學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒感悟，學(xué)習(xí)狀況的了解，從而促進學(xué)生學(xué)習(xí)的科學(xué)化；智慧校園、智慧圖書館等的出現(xiàn)，為教學(xué)環(huán)境的建設(shè)提供重要參考。3人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用人工智能被認(rèn)為是最有潛力和影響力的教育信息化技術(shù)，將通過人工智能數(shù)據(jù)挖掘分析、3D打印、模擬仿真等技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)人工智能與教育的深度融合，對計算機輔助教學(xué)、個性化教育服務(wù)、教育人工智能生態(tài)環(huán)境等產(chǎn)生根本影響。2018年(地平線報告〕〔高等教育版本〕指出了教育領(lǐng)域的信息化發(fā)展，未來一段時間內(nèi)將通過人工智能與信息技術(shù)的結(jié)合，進而影響教育階段的不同過程。具體見表1所示。4人工智能時代教育變革的實踐路徑人工智能時代教育變革的路徑主要從政府、老師、學(xué)校三個層面入手，具體如下：政府需為人工智能引領(lǐng)教育變革提供政策、資金等方面的支撐。第一，進行人工智能政策的頂層設(shè)計。借鑒美國出臺國家人工智能戰(zhàn)略規(guī)劃的做法，成立專門部門負(fù)責(zé)人工智能政策的頂層設(shè)計；結(jié)合所屬行業(yè)的不同特點，自主拓展人工智能在中國的應(yīng)用場景；支持各級各類學(xué)校建設(shè)智慧校園，多元優(yōu)化教育人工智能的生態(tài)環(huán)境；聯(lián)系利益共同體的力量進行政策的具體設(shè)計，積極吸納專家、老師、學(xué)生、家長等利益共同體的意見；考慮人工智能數(shù)據(jù)的開放問題，人工智能與學(xué)校教育、家庭教育、社區(qū)教育等多種形式教育的融合問題；支持普通高等院校建立人工智能學(xué)院，鼓勵職業(yè)院校、職業(yè)培訓(xùn)機構(gòu)開展人工智能職業(yè)培訓(xùn)；監(jiān)督管理職業(yè)培訓(xùn)機構(gòu)、學(xué)校、企業(yè)、教育行政部門等執(zhí)行主體，提供教育人工智能的生態(tài)系統(tǒng)。第二，投入資金支持人工智能的發(fā)展進程。政府需提供資金支持人工智能老師的技能培訓(xùn)，為人工智能相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)設(shè)置專門的經(jīng)費；支持人工智能在教育領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)性、應(yīng)用性研究，設(shè)置獎金激勵；鼓勵開展人工智能項目，加強人工智能領(lǐng)域的創(chuàng)新。人工智能時代，老師需發(fā)揮“育人〞的核心價值。第一，培養(yǎng)師生成為學(xué)習(xí)探險伙伴，深層聯(lián)結(jié)知識、老師和學(xué)生。構(gòu)建老師作為學(xué)生的學(xué)習(xí)伙伴關(guān)系，明確老師與人工智能系統(tǒng)協(xié)同的教學(xué)模型；利用人工智能使老師及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)效果等信息，關(guān)注學(xué)生的發(fā)展，提升教學(xué)效率和教學(xué)效果。第二，利用課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)，提高教學(xué)質(zhì)量。使用AI教師監(jiān)課系統(tǒng)，進行教師授課情況的實時數(shù)據(jù)化、可視化評估；借助AI分析評估系統(tǒng)，針對性幫助學(xué)生制定個性化的學(xué)習(xí)計劃。第三，探尋求索出解決教育問題的新途徑和新方法。老師需從人才培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)方法、教學(xué)方法等方面開展教學(xué)，探尋求索出可以讓學(xué)生主動、準(zhǔn)確幫助學(xué)生找到學(xué)習(xí)方法的新途徑；合理安排和部署學(xué)生的創(chuàng)新力、想象力和思維能力，提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。學(xué)校作為培養(yǎng)人工智能人才的主要場所，需加強智能教育，開展智能校園建設(shè)。具體來講：第一，建成智能生態(tài)育人環(huán)境。學(xué)校需搭建基于智能教育平臺的知識模型，建立教育教學(xué)活動情況大數(shù)據(jù)采集和分析平臺。第二，加強傳統(tǒng)教育與人工智能的融合，形成“人網(wǎng)融合〞智慧教育新樣態(tài)。充分發(fā)揮“人工智能+〞的優(yōu)勢，面向?qū)W生開展個性化的智慧教育；定期組織學(xué)生利用仿真實驗室等開展高品質(zhì)學(xué)習(xí)，提升課堂教學(xué)質(zhì)量；挖掘人工智能與教育領(lǐng)域的結(jié)合點，將人工智能榮譽教育的全過程。第三，開展人工智能課程及相關(guān)項目。開設(shè)人工智能倫理課、法律課等相關(guān)人工智能課程，提高學(xué)生在學(xué)習(xí)人工智能方面的綜合水平；設(shè)立人工智能在線學(xué)習(xí)、資格證書考試等環(huán)節(jié)，提高其學(xué)習(xí)人工智能技能的學(xué)習(xí)你能力和思維水平。以下為參考文獻