人工智能将引发教育领域系统变革

人工智能如何深度变革教育

[摘要] 人工智能技术将推动原有教育思想、教育目标、组织形式、内容体系、培养方式、学习空间和评价体系等系列变革。人工智能加快教育向核心素养培养迈进，促进深度学习的科学发生，也督促教师不断提升信息化素养。人工智能环境下的未来教师必须熟悉人工智能带来的教育变革，熟悉大数据分析技术、语音技术、图像技术、虚拟技术，熟悉各种教育平台和APP终端的使用。同时，人工智能也引发教育评价体系的不断变革。

[关键词] 人工智能；教育变革；核心素养；深度学习

随着物联网技术、5G技术、云计算网络技术的不断进步，人工智能正推动人类社会迎来人机协同、跨界融合、共创分享的智能时代。华为公司今年上半年发布全球产业展望预测：到2025年，智能技术将渗透到每个人、每个家庭、每个组织，全球58%的人口享有5G网络，14%的家庭拥有“机器人管家”，97%的大企业采用AI。人工智能技术正在向社会经济生活的方方面面延伸，教育行业显然不可能置之度外。人工智能必然深刻影响新一轮教育变革。2018年联合国教科文组织发布的报告《教育中的人工智能：可持续发展的挑战与机遇》提出：“人工智能技术能够支持和包容无处不在的学习访问，有助于确保提供公平和包容性的教育机会，促进个性化学习，并提升学习成果。”可见，人工智能进入教育并将深刻影响教育已经成为不可回避的现实问题。

一、人工智能引发教育领域系统变革

人工智能进入教育有两层含义：一是把提高国民人工智能素养纳入各级各类学校的教育目标，开设编程算法类课程，培养适应信息社会的人才；二是把人工智能技术手段有效应用于教育教学过程中，注重多渠道研发应用人工智能技术的教育资源。教育的核心使命是帮助学生学会学习。传统教育方式主要是人与人之间的工作，主要依靠口耳相传的教育方式，如今以人工智能为核心的现代教育技术开始向教育领域蔓延，突破了原有的教育理念与方式，使得教育能够在人工智能营造的“虚拟世界”里顺畅地发生，教育已经突破了原有方式、原有边界，向更广阔的领域延伸。

目前，人工智能发展还处于初级阶段。自然语言处理（NLP）和自然语言理解，特别是语音转文字技术、图像处理技术是当前人工智能AI企业研发的重点产品，而教育系统对智能教学助理、助学机器人和语言技术产品的需求日益增多，越来越多的教师开始学习使用语音转文本工具，力求在沟通时保持顺畅和准确。在教育实践领域，人工智能与网络技术相结合，打破线上线下界限，打破地域和空间限制的“双师课堂”开始出现，有效促进了优质资源共享和教育公平。

在学校教育过程中，人工智能技术能够便利提供和营造一种新型的学习场景，使得虚拟学习场景与现实学习场景有机融合，使学生多方互动交流成为现实。学习内容也跨越了学科边界，使跨学科学习成为可能，有利于培养学生系统思维、科学思维、形象思维、艺术思维等能力。同时，人工智能技术在教育中的深度广泛应用，将彻底改变教育的时空场景和供给水平，将实现教育的信息共享、数据融通、人机协同、因材施教，推动教育组织和供给方式的彻底变革，使个性化和多元化教育成为可能，进而构建出一种新的灵活、开放、终身的新型教育生态体系，促进线下学习与线上学习的融会贯通。

当然，人工智能作为一种强大的技术手段和资源平台，可以深刻影响教育变革，原有学校教育目标、组织形式、内容体系、培养方式、学习空间和评价体系等都会受到冲击，但不可能改变教育的本质。教育的本质是促进人的德智体美劳全面发展，立德树人是教育的根本任务。教育永远不能背离“立德树人”“全面发展”的育人目标。数字化时代的青少年，需要通过教育理解人工智能环境下的人、技术与社会的关系，具有正确社会价值观以及解决社会现实问题的技能和能力。学生需要具备数字胜任力、数字素养等必备的社会生存能力，但更需要具备道德品质、审美能力、心理素质、劳动技能和创新精神等核心素养。同时，教育还需要培养学生的社会责任感和社会服务能力。

二、人工智能加快教育向核心素养培养迈进

人工智能等信息技术将促进教育由知识信息类接受式学习向必备品格、关键能力培养等核心素养方向转变。知识类、信息类等间接经验学习将会受到人工智能更为严重的影响，相对而言，交往类、社会类、实践类等直接经验学习受人工智能技术的影响则比较小。人工智能背景下的项目式、合作式、探究式等学习变得更加简易可行。教师可以利用人工智能、大数据等技术优势，帮助学生学习设计科学的、合适的个性化学习方案。教师引导学生从学习知识技能到培育运用跨学科知识解决实际问题的能力，开展基于真实生活问题的项目式学习，综合各学科已有的知识经验，在合作学习的环境下设计实施一系列探究活动，并将探究成果或产品进行表达、交流和展示，这就引发了教与学方式的根本变革。

从本质上讲，教育是帮助学生学会学习。教师不能代替学生学习，只能激发、帮助学生学习。人工智能技术的应用其根本目的仍然是帮助学生学习，为学生提供一种更加高效、便捷的跨学科深度学习。大量脑科学研究认为：人的大脑中存在相互联系的两个信息加工通道，即加工言语材料的语音通道和加工图示材料的视觉通道，而加工图像的通道比加工语言的通道更为重要。这就是说，人的视觉记忆比听觉记忆更为重要，这一研究成果成为可视化教学的理论基础，也成为包括人工智能在内的信息技术在教学上应用的理论基础。北京师范大学教授余胜泉认为：认知工具是建构性课堂的核心，可以提升课堂深度，有效促进认知，助力协作、深度学习，延展人类互动空间；改变人类的认知方式，促进教学范式变革。显然，人工智能正是通过一种良好的认知工具，即大数据分析工具及教学辅助工具，可以做到及时反馈、及时指导教学改进。

当前，人工智能最大的优势是进行大数据分析。人工智能在教育上的应用首先是基于学习者大数据分析，提高学习的精准性，为学生提供个性化的学习路径。比如，在学习效果检验方面，过去最常用的办法是让学生做习题，力求将所学知识点涉及的所有习题都让学生做一遍，但这是不可能的，也是极为烦琐无效的事情，造成学生学习负担过重，影响学习效果。有了大数据分析平台，就能根据每个学生的知识与能力图谱，精准推送知识类题目，降低学习的重复性、盲目性，提高学习的针对性和学习效率。比如，依据智能图像识别技术的一些APP终端软件已经成为学生学习的助手，当学生遇到难题时只需要用手机拍成照片上传到云端，系统在1-2秒内就可以反馈解题思路，并且在大数据分析基础上推送适合学生学习程度的相关试题，帮助学生更好掌握学习知识，有助于提高学习效果。

随着人工智能语音识别和语义分析技术的进步，自动批改作业也成为可能。简单的语法、文法错误，机器可以自动识别纠错，甚至提出修改意见，这将会大大提高教师的教学效率。利用计算机视觉技术、体态识别、情绪识别等人工智能技术，教师可以做到对学生在课堂上的动作、行为表现进行分析，帮助教师更好地了解学生情绪和学习状态，及时改进教学方法。

人工智能技术产品营造学习环境，借助移动终端的教育类APP提供一种学习分析技术。学习分析技术能够运用信息跟踪技术和镜像技术，对学习者的学习行为、学习习惯进行记录追踪，并对测试成绩、学习时间、学习路径等进行分析，利用知识图谱点做学习反馈，帮助学习者改善和提高学习的技能。人工智能技术支持个性化学习、游戏化学习、可视化学习、反馈式学习。游戏化学习是一种非常有效的儿童学习方式，目前许多教育专家在研究游戏化学习，采用游戏的趣味性、竞争性、闯关性、可视化、操作性等特点，让学习变成一种自觉主动行为。如果孩子能像玩游戏一样热爱学习，很多教育问题可能会迎刃而解。

三、人工智能提供深度学习的资源环境

“深度学习”的概念最早来自人工智能技术发展，后被引入教育系统，与“浅表学习”相对应。教育系统所倡导的深度学习是学习者能够主动、批判性地整合新知识，并以深度理解为起点，以新情境中的迁移为导向，以解决复杂问题和培养创新能力为目标的一种高层次学习方式。

深度学习离不开以人工智能为核心的教育信息化，人工智能大数据技术提供了随处可得的文本和视听觉教育资源，提供更多技术支持和虚拟互动交流机会，能够更好地引导学生解决复杂问题并交流协作，使学习者实现跨时空、跨学科的高效学习，同时建立新旧知识之间的多视角连接。

深度学习需要在教师引领下，让学生围绕具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展。在这个过程中，学生掌握学科的核心知识，理解学习的过程，把握学科的本质及思想方法，形成积极的内在学习动机、高级的社会性情感、积极的态度、正确的价值观，成为既具独立性、批判性、创造性又有合作精神、基础扎实的优秀学习者，成为未来社会历史实践的主人。基于人工智能的深度学习，有助于学生听说读写能力培养，也有助于学生对科学本质的关注以及反思性批判能力的培养。深度学习的目的指向具体的、社会的人的全面发展，是形成学生核心素养的基本途径。

人工智能环境下的深度学习方式及呈现的“学习形态”应该是不拘一格、多种多样的。翻转课堂是深度学习的一种方式，其核心理念就是引发学生深度学习。结合我国中小学大班级教学的实际情况，针对不同年段、不同学科的教学实施深度学习，其方式应该是多样化的。人工智能环境下的深度学习，要求学习者对知识进行主动、批判性获取、加工和理解，其目的是与已有知识基础建立认知关联，构建新的知识结构，在真实情境中应用所学知识与技能解决问题，从而实现有意义学习。

在传统教学中，课堂教学的思路更多提倡螺旋式上升，追求小步子、扎实的思路，打个比方说，就是先让学生见“树”，再让学生见“林”。深度学习提倡的是一种知识贯通式学习，让学生尽快看到“林”的风貌，然后在比较、分析、判别等批判性思维引导下更加了解“树”的本质。基于这种思路，教师需要对现有课程重新审视，对现有教材重新改造，不必拘泥于现有章节进行教学，可以大胆地把一类问题聚集到一起，比如把初中英语教材中1-3年级的所有写作体裁集中到一起教学，用一段时间来集中讲解并练习，即实施大单元教学。

深度学习强调将所学知识迁移到真实的情境中，只有活学活用才算是真正学会知识，因此迁移运用是深度学习的一个重要特征。人工智能能够借助AR、VR等虚拟技术，营造一个又一个鲜活生动的情境空间，提供尽可能多的虚拟教学资源素材，帮助教师创设变化多样的课堂教学环境，特别是提供活灵活现的可视化教学素材，这为学生的知识有效迁移搭建了便捷可得的“脚手架”。

四、人工智能促进教师信息化素养提升

2017年国务院出台《新一代人工智能发展规划》，明确提出“在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育”。当前，学校开设人工智能相关课程面临的最大问题是师资，一方面存在教师自身的人工智能素养和能力问题，另一方面是教师对人工智能的思想和态度问题。人工智能引发的教育变革如果没有教师积极参与，那就一定是海市蜃楼、空中楼阁，难以落地生根。

在人工智能影响下的教育形态中，传统学校教师角色会发生变化，以知识传授为主导的角色将逐渐被社会伦理型教师角色所代替，未来教师的角色将被重塑。教师将成为学生学习过程的创设者、帮助者、指导者、评价者。教师将不仅关注学生的学习成绩，而且需要更加关注学生的认知、情感与行为等核心素养的养成。

教师必须熟悉人工智能带来的教育变革，熟悉大数据分析技术、虚拟技术，熟悉各种教育平台和APP终端的使用。教师必须具备运用各种人工智能技术开发数字化学习资源、创设数字化学习环境的能力，实现内容、方法、技术与策略的高度融合，从而将各种信息的运用融于数字化课程、学习资源与环境的建设和运用中。人工智能影响下的教师不仅要专业发展，更要职业发展，需要承担更多“育人”的职业角色。因此，教师的继续教育体系必须增加更多人工智能、大数据技术、虚拟技术等信息化类课程，不断提升教师的信息化和数字化胜任能力。

总之，人工智能的确会影响到教育和教学，也许它不能够影响到今天的教育，但是一定能够影响到未来的教育。无处不在的、泛在化的、互联的智能技术设施，因需而变的、集成的、多样的、智慧的学习场景，开放融合的信息网络结构与人工智能相融合的智慧教育系统，这一切都将影响我们未来的教育。人工智能进入教育成为当今教育改革的基本方向和逻辑起点。人工智能搭建了一种新型的学习环境，又承担了一个技术工具的角色，为教育活动发生提供了强有力的技术支持。（作者：吴颍惠，北京市海淀区教育科学研究院院长）