人工智能教育理論研究概述獲獎科研報告

人工智能教育理論研究概述獲獎科研報告【摘

要】人工智能技術(shù)與教育領(lǐng)域的結(jié)合，引起眾多學(xué)者的研究，本文通過文獻分析法，對有關(guān)內(nèi)容進行分析，發(fā)現(xiàn)人工智能教育研究可以分為理論研究、技術(shù)開發(fā)研究和實踐應(yīng)用研究，而本文側(cè)重人工智能教育的理論研究，力圖還原理論研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)理論研究趨勢，啟發(fā)未來理論研究。

【關(guān)鍵詞】人工智能;教育應(yīng)用

隨著信息技術(shù)的高度發(fā)展以及信息技術(shù)與教育的深度融合，我國教育信息化進入2.0時代，并被賦予了新的使命。人工智能技術(shù)與教育的結(jié)合極大地促進了現(xiàn)代教育的發(fā)展，為學(xué)習(xí)提供了更加個性化、靈活、包容和吸引力的可能性。本文側(cè)重的理論研究又可以分為研究主題、應(yīng)用對象、教育意義和現(xiàn)存困境。

人工智能應(yīng)用于教育領(lǐng)域之后，“人工智能教育”、“教育人工智能”、“人工智能+教育”、“智能教育”等概念相繼出現(xiàn)。目前，對于人工智能應(yīng)用于教育的內(nèi)涵尚未達成共識。國外學(xué)者LuckinR，HolmesW指出人工智能教育是一門跨學(xué)科的領(lǐng)域，它利用心理學(xué)、教育神經(jīng)科學(xué)等學(xué)科為學(xué)習(xí)提供新的見解，更好的了解學(xué)習(xí)的發(fā)生及過程，從而建立更加準確的模型，來預(yù)測學(xué)習(xí)者的發(fā)展、動機和毅力[1];我國的張坤穎認為人工智能教育是以人工智能的技術(shù)來達到教育目的，促進教育過程最優(yōu)化[2]。不僅如此，我國學(xué)者徐曄在分析了“人工智能教育”時期出現(xiàn)的困境后，提出了新時期“教育人工智能”要將重心放在教育本身，更好的促進高效學(xué)習(xí)[3]。雖然，不同的學(xué)者對人工智能應(yīng)用于教育中的內(nèi)涵理解各有不同，但都十分注重利用人工智能技術(shù)探究學(xué)習(xí)者真正的學(xué)習(xí)是如何發(fā)生的以及如何更好的助力教與學(xué)。另外，學(xué)者徐曄在他的理解中，強調(diào)了要回歸教育本質(zhì)，技術(shù)要為教育服務(wù)，為可能出現(xiàn)的唯技術(shù)主義敲響了警鐘。本文將人工智能應(yīng)用于教育領(lǐng)域界定為“人工智能教育”，其內(nèi)涵為借助人工智能技術(shù)來探究有效學(xué)習(xí)的發(fā)生，助力教與學(xué)，促進教育過程最優(yōu)化。

隨著計算機硬件和軟件的發(fā)展使人工智能具備更高的運算能力，其與教育的結(jié)合愈加深入。從理論研究內(nèi)容來看，主要分為研究主題、應(yīng)用對象、教育意義和現(xiàn)存困境。研究主題包括深度學(xué)習(xí)、機器學(xué)習(xí)、智慧教育、個性化學(xué)習(xí)、自適應(yīng)學(xué)習(xí)、情感計算、學(xué)習(xí)分析、教育大數(shù)據(jù)等;應(yīng)用對象可分為面向教師、面向?qū)W生、面向系統(tǒng)。面向?qū)W生的人工智能系統(tǒng)是學(xué)生用來學(xué)習(xí)的軟件;面向教師的人工智能系統(tǒng)是有效的執(zhí)行具體的自動化任務(wù);面向系統(tǒng)的人工智能系統(tǒng)為管理者和被管理者提供機構(gòu)信息;在教育意義方面，華璐璐從教學(xué)資源、教學(xué)環(huán)境、教的方式、學(xué)的方式、教學(xué)管理、教學(xué)評價等方面探討人工智能給教學(xué)帶來的新的機遇和挑戰(zhàn)[4];張進寶認為我們要從人才培養(yǎng)規(guī)格、教育信息化建設(shè)、課程與教學(xué)改革、教學(xué)活動創(chuàng)新、教師專業(yè)化發(fā)展等方面改革推進智能教育[5];國外學(xué)者Mehrnaz和Sedigheh認為人工智能在教育目的、課程建設(shè)、補充輔導(dǎo)、教學(xué)評價、教學(xué)反饋、學(xué)習(xí)過程和教師角色等為學(xué)校教育提供了支持[6]。人工智能應(yīng)用到教育之中為我們教學(xué)目的、教學(xué)方式、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)的評價和教育管理都帶來了新的變化。

人工智能既給教育帶來了發(fā)展，但同時也可能存在一定的隱患。我國學(xué)者劉三女牙認為在當前人工智能教育中存在技術(shù)淺層化、教育實踐難、學(xué)習(xí)分析不深、學(xué)習(xí)規(guī)律不明、人機難以協(xié)同以及數(shù)據(jù)隱私等問題[7];我國學(xué)者徐曄也提出在“人工智能教育”時期所面臨的問題，如過于夸大技術(shù)，而忽略教育本身、教學(xué)模式僵化，脫離學(xué)生發(fā)展需要、課堂灌輸，缺乏情感交流和數(shù)據(jù)的服務(wù)精準率不高等[3];通過了解不同學(xué)者對人工智能應(yīng)用于教育中出現(xiàn)的問題，可歸納為以下三個層面：

1、技術(shù)層：

教育是一個側(cè)重于揭示教育現(xiàn)象或教育行為之間因果關(guān)系的領(lǐng)域。然而，目前以深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的智能算法普遍存在黑箱問題，雖然在許多教育環(huán)境或場景中已經(jīng)建立了準確有效的機器學(xué)習(xí)模型，但是很難理解或解釋它們是如何工作的，也不可能進一步開發(fā)更多的教育服務(wù)。如何根據(jù)不同的教育場景或應(yīng)用特點在算法性能與可解釋性之間進行取舍或保持平衡是今后學(xué)者需要考慮的[7]。

2、倫理層：

在當今各種現(xiàn)代信息技術(shù)的幫助下，學(xué)生的數(shù)據(jù)隱私可能會受到威脅，學(xué)生的行為數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)內(nèi)容數(shù)據(jù)以及虛擬社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)都有可能遭到泄露，這就涉及到了倫理道德問題。另外，這種情況的出現(xiàn)會對學(xué)生進行標簽化，加劇了學(xué)習(xí)者的同質(zhì)化傾向，阻礙學(xué)生的成長，甚至可能會對學(xué)生的人身安全和言論自由造成威脅。

3、應(yīng)用層：

信息技術(shù)的發(fā)展也帶來這樣的一個疑問：教師能夠?qū)⒓夹g(shù)與課堂進行完全融合嗎？有學(xué)者提出信息技術(shù)與課程整合的三重障礙。第一層是外在資源的支持;第二層是教師的教學(xué)信念;第三層是教師的設(shè)計思維。目前為止，前兩層障礙大致上已被解決，但是第三層障礙仍存在于教師的課堂之中。教師缺乏教學(xué)設(shè)計思維，無法使人工智能等技術(shù)深度融合到課堂之中，這是亟待解決的問題[8]。

啟民智必