教室里，告別了黑板和粉筆，全新的數(shù)字化教學(xué)讓課堂講解更生動(dòng)了，師生互動(dòng)更有效了，家?；ヂ?lián)更方便了。如今，隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)迅猛發(fā)展與應(yīng)用，教育教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和形態(tài)正在發(fā)生變革與轉(zhuǎn)型，智慧教育理念與模式逐步形成。當(dāng)技術(shù)全面滲透教育，當(dāng)教育走向“互聯(lián)網(wǎng)+”，以人為本的智慧教育正悄然開啟教育3.0新時(shí)代。
一、政策加碼，“AI+教育”成新風(fēng)口2017年3月，人工智能首次被寫入國務(wù)院《政府工作報(bào)告》，正式上升至國家戰(zhàn)略高度。同年7月，國務(wù)院發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出將加快推動(dòng)新型教育體系、智能校園建設(shè)以及開發(fā)智能教育助理。2018年4月2日，教育部頒布《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，提出到2020年基本完成適應(yīng)新一代人工智能發(fā)展的高?？萍紕?chuàng)新體系和學(xué)科體系的優(yōu)化布局。4月13日，教育部出臺(tái)《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，實(shí)施智慧教育創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)，推動(dòng)新技術(shù)支持下教育的模式變革和生態(tài)重構(gòu)。從教育信息化1.0到2.0，從基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)配套普及到應(yīng)用服務(wù)升級(jí)共享，2.0階段將開啟智能時(shí)代教育的新征程，更加注重學(xué)生的個(gè)性化和多樣化教育。
表1 支持人工智能在教育領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)政策
資料來源：國務(wù)院、教育部官網(wǎng)
（1）變革之一：從數(shù)字化教育向智慧教育轉(zhuǎn)型
信息化教育的早期發(fā)展階段為數(shù)字化教育，隨著信息技術(shù)從數(shù)字化向智能化方向發(fā)展，我國許多地區(qū)和學(xué)校積極探索智慧教育、智慧課堂教學(xué)模式，智慧教育成為信息化教育發(fā)展的高級(jí)階段和新的形態(tài)。同時(shí)，智慧教育利用新一代信息技術(shù)更好地實(shí)現(xiàn)“為全體學(xué)生服務(wù)”的新教育模式，為學(xué)習(xí)者提供智慧、高效的教育服務(wù)，可以使每個(gè)學(xué)習(xí)者都能沿著符合個(gè)性化特征的路徑成長。
（2） 變革之二：從傳統(tǒng)教室向智慧學(xué)習(xí)環(huán)境轉(zhuǎn)型
實(shí)施智慧教育，需要構(gòu)建和為學(xué)生提供富有智慧的學(xué)習(xí)環(huán)境，而互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)為此提供了重要的手段。智慧學(xué)習(xí)環(huán)境包括校內(nèi)外、課內(nèi)外、線上線下各種類型的有利于學(xué)習(xí)者知識(shí)學(xué)習(xí)，幫助學(xué)習(xí)者能力和素質(zhì)提升，促進(jìn)學(xué)習(xí)者個(gè)性化成長與發(fā)展的學(xué)習(xí)場所、平臺(tái)和環(huán)境。
（3）變革之三：從經(jīng)驗(yàn)性教學(xué)向基于證據(jù)的教學(xué)轉(zhuǎn)變
“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代教育思維方式發(fā)生了變化，數(shù)據(jù)改變教育是教學(xué)變革的核心理念。基于全過程教學(xué)大數(shù)據(jù)的采集、分析和應(yīng)用，傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)性教學(xué)向基于證據(jù)的教學(xué)轉(zhuǎn)變。
（4）變革之四：從“標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)”向個(gè)性化學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變
在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，生產(chǎn)過程已由單一、重復(fù)的流水線生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變?yōu)榇笠?guī)模、個(gè)性化、自動(dòng)化的智能制造模式，亟須培養(yǎng)個(gè)性化、創(chuàng)新型人才。智慧教育將利用互聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)手段，在教學(xué)內(nèi)容、方法、手段和組織等各方面進(jìn)行深刻的變革，改變統(tǒng)一化和單一化教學(xué)模式，真正實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的學(xué)習(xí)。
（5）變革之五：從翻轉(zhuǎn)課堂向教學(xué)結(jié)構(gòu)性變革轉(zhuǎn)變
互聯(lián)網(wǎng)及各種新技術(shù)、新媒體的使用為學(xué)習(xí)者提供了豐富的認(rèn)知工具與智能化的支撐環(huán)境，在“先學(xué)后教”的基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)“以學(xué)定教”，使翻轉(zhuǎn)課堂從“流程顛倒”進(jìn)入“結(jié)構(gòu)性變革”的2.0階段，形成了“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的新的課堂模式——智慧課堂，將教師主宰的“以教師為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)構(gòu)，改變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心、主導(dǎo)與主體相結(jié)合”的新型教學(xué)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)“課堂革命”，有利于學(xué)生個(gè)性化成長和智慧發(fā)展。
三、AI技術(shù)賦能，教育更加“智能化”
十年前，教育進(jìn)入“多媒體化”，由“黑板粉筆”變成“PPT”，讓“做作業(yè)”變成“做游戲”?，F(xiàn)在，教育“智能化”，語音識(shí)別，自然語音理解，AR/VR等都被搬上了課堂?！癆I+教育”的關(guān)鍵技術(shù)有機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語言處理、人工智能算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、推理機(jī)、學(xué)習(xí)計(jì)算、圖像識(shí)別等技術(shù)。隨著技術(shù)的不斷成熟，人工智能與教育的結(jié)合充滿著無數(shù)可能，目前主要的應(yīng)用形式有自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)、智能導(dǎo)師系統(tǒng)、智能測試系統(tǒng)和基于VR/AR的場景式教育。
（1）自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)
自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)(Adaptive Learning System, ALS)是通過收集和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，用人工智能逐漸勾勒出每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和特點(diǎn)，然后自動(dòng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、方式和節(jié)奏，使每個(gè)學(xué)生都能得到最適合自己的教育。過去的10多年間，自適應(yīng)學(xué)習(xí)一直不溫不火，主要原因在于系統(tǒng)功能不夠精細(xì)，而基于人工智能技術(shù)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)不僅能夠加大分層力度，甚至做到一人一層，并且能夠根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)時(shí)情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整下一步的學(xué)習(xí)內(nèi)容和路徑，從而實(shí)現(xiàn)可規(guī)?；膫€(gè)性化教育。現(xiàn)階段，“搜集大數(shù)據(jù)——構(gòu)建學(xué)習(xí)模型——輸出學(xué)習(xí)建議”是實(shí)現(xiàn)人工智能自適應(yīng)學(xué)習(xí)的基本步驟。學(xué)習(xí)模型的構(gòu)建過程非常復(fù)雜，通俗來說，它是在“借鑒”人類大腦的思考過程，通過成千上萬個(gè)函數(shù)點(diǎn)互相傳導(dǎo)信息，用窮舉的方式從千絲萬縷的函數(shù)嵌套關(guān)系中找出學(xué)習(xí)規(guī)則，并不斷進(jìn)化模型。
它的輸出由三部分要素有機(jī)結(jié)合而成：學(xué)習(xí)材料（如：一段教學(xué)視頻、一道練習(xí)題），用來測評(píng)學(xué)生是否掌握學(xué)習(xí)材料的標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)習(xí)材料的推送順序。這三部分的內(nèi)容和時(shí)長都由人工智能算法來決定。學(xué)生使用系統(tǒng)的時(shí)間越多，留下的行為數(shù)據(jù)越多，系統(tǒng)的效率就越高。自適應(yīng)技術(shù)在人工智能+教育中的角色如圖1所示。
圖1 自適應(yīng)在“人工智能+教育”中的角色
圖片來源：艾瑞咨詢：《2018年中國人工智能自適應(yīng)教育行業(yè)研究報(bào)告》。
（2）智能導(dǎo)師系統(tǒng) ②
智能導(dǎo)師系統(tǒng)（Intelligent Tutoring System，ITS）由早期的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)發(fā)展而來，它模擬人類教師實(shí)現(xiàn)一對一的智能化教學(xué)，是人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域中的典型應(yīng)用。智能導(dǎo)師系統(tǒng)主要由領(lǐng)域模型、導(dǎo)師模型和學(xué)習(xí)者模型三部分組成，即經(jīng)典的“三角模型”。
領(lǐng)域模型是智能化實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，教學(xué)模型則是領(lǐng)域模型和學(xué)生模型之間的橋梁，其實(shí)質(zhì)是做出適應(yīng)性決策和提供個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)。ITS中教學(xué)模型模擬人類教師實(shí)現(xiàn)一對一個(gè)性化教學(xué)的過程即是適應(yīng)性教學(xué)策略選取和個(gè)性化資源推薦算法的實(shí)現(xiàn)過程，適應(yīng)性教學(xué)策略選擇是資源個(gè)性化推薦的前提。
運(yùn)用智能導(dǎo)師系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)和協(xié)作式學(xué)習(xí)等多種教與學(xué)的方式，從而提高了教師的教學(xué)效率，也有助于學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)及探究、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧教學(xué)與智能決策正在成為教育教學(xué)的新范式。
（3）智能測試系統(tǒng) ③
智能測試系統(tǒng)，即利用人工智能技術(shù)提高教學(xué)自動(dòng)評(píng)估的效率和效果的在線智能測試軟件。智能考試系統(tǒng)中有一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫，首先吸收各個(gè)地區(qū)各個(gè)學(xué)校的考試試題，然后計(jì)算機(jī)自行分組分塊進(jìn)行結(jié)合，形成有規(guī)則的題庫，針對不同的學(xué)生和不同的基礎(chǔ)，給出有針對性的試題，這樣避免了學(xué)生機(jī)械性充分性地做他們已經(jīng)會(huì)的題目，而是在自己薄弱的地方下功夫，各個(gè)擊破。
對于教師來說，利用組卷系統(tǒng)能更好地整合講過的知識(shí)點(diǎn)，只需要在菜單上輸入大綱中所要考的知識(shí)點(diǎn)和難度系數(shù)，即可快速生成一份試卷，簡單高效。智能考試系統(tǒng)提供了教育教學(xué)實(shí)施檢查的有效手段，實(shí)現(xiàn)了智能檢測和檢查，擴(kuò)大語義相似性的范圍，降低了教育成本，降低了教師的閱讀考試的負(fù)擔(dān)，使學(xué)生能迅速掌握自己的學(xué)習(xí)情況，提高教學(xué)和學(xué)習(xí)效率，對促進(jìn)教育的社會(huì)化和現(xiàn)代化具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
（4）基于虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的場景式教育④
VR和AR技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理與模式識(shí)別、智能技術(shù)、傳感技術(shù)、語音處理與音響技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多門科學(xué)，將計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字化信息變?yōu)槿怂芨惺艿木哂懈鞣N表現(xiàn)形式的多維信息。 虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的運(yùn)用，可以為學(xué)生營造一種自主學(xué)習(xí)的交互環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)了對知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)。
虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)上的應(yīng)用模式有三種：①虛擬課堂，即以學(xué)生或教師為虛擬大學(xué)的虛擬對象；②虛擬實(shí)驗(yàn)室，以設(shè)備為虛擬對象，即應(yīng)用計(jì)算機(jī)建立能客觀反映現(xiàn)實(shí)世界規(guī)律的虛擬儀器用于虛擬實(shí)驗(yàn)，可以部分地替代在現(xiàn)實(shí)世界難以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生和教師可在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)和虛擬預(yù)測分析；③虛擬校園，即利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，展現(xiàn)教學(xué)和校園生活等虛擬的事物。這是一種三維的可視化技術(shù)，通過虛擬展示，可直觀體驗(yàn)校園的文化和教學(xué)情況。虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)以真實(shí)、互動(dòng)、情節(jié)化的特點(diǎn)體現(xiàn)了其獨(dú)特的魅力，它使學(xué)生形成一種通過自身與信息環(huán)境的交互來獲得知識(shí)和技能的新型學(xué)習(xí)方式。
四、AI技術(shù)爆發(fā)，智慧教育市場火爆李彥宏說，“未來沒有任何一家企業(yè)可以宣稱與AI無關(guān)”，馬云說，“企業(yè)不圍繞智能轉(zhuǎn)型將會(huì)被淘汰”。經(jīng)過這幾年技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化浪潮的席卷，我們逐漸可以感受到，人工智能已經(jīng)從一個(gè)新興科技話題上升為宏觀戰(zhàn)略布局，在不久的將來，人工智能將會(huì)像空氣一樣無處不在?！叭斯ぶ悄?教育”市場備受資本青睞，越來越多的企業(yè)積極布局，依托人工智能技術(shù)研制和開發(fā)了各類教育智能產(chǎn)品。
從AI教育企業(yè)成立數(shù)量來看，2010-2013年，AI教育公司成立數(shù)量呈現(xiàn)平穩(wěn)發(fā)展態(tài)勢，年平均成立企業(yè)數(shù)約16家；自2014年起，AI教育公司大批涌現(xiàn)，2014年成立企業(yè)數(shù)超過50家。從AI教育領(lǐng)域融資情況來看，2014年以前投資態(tài)勢較為平穩(wěn)，自2015年始呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。2017年多家龍頭企業(yè)均獲得了億元以上的融資額度，無論是融資總額還是平均投資額均創(chuàng)歷史新高。從AI教育企業(yè)布局情況來看，K12、素質(zhì)教育、職業(yè)教育、出國留學(xué)等細(xì)分領(lǐng)域都涌現(xiàn)出多家布局AI的企業(yè)。部分企業(yè)提供系統(tǒng)及平臺(tái)服務(wù)，滲透到了教研、教學(xué)、練習(xí)、測評(píng)以及管理五個(gè)環(huán)節(jié)中。還有部分企業(yè)提供智能機(jī)器人等硬件產(chǎn)品，如“音樂筆記”就是音樂教育領(lǐng)域的陪練機(jī)器人，智能腕帶和APP結(jié)合，利用可穿戴設(shè)備和視頻傳感器，對鋼琴演奏的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集分析，并將練習(xí)效果反饋和評(píng)價(jià)呈現(xiàn)給用戶。從智能教育產(chǎn)品開發(fā)情況來看，智能教育企業(yè)基于自身的優(yōu)勢開發(fā)具有核心競爭力的產(chǎn)品，主要集中在自適應(yīng)/個(gè)性化學(xué)習(xí)、虛擬導(dǎo)師、教育機(jī)器人、基于編程和機(jī)器人的科技教育、基于虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的場景式教育等方面。智能化、精準(zhǔn)化、個(gè)性化教育產(chǎn)品成為教育行業(yè)的香餑餑，AI教育企業(yè)深耕“AI+教育”領(lǐng)域，不斷推陳出新，用智能化手段幫助老師和學(xué)生更好地實(shí)現(xiàn)教與學(xué)。
五、AI教育應(yīng)用，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并重⑤（1）機(jī)遇
提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)
如“智能導(dǎo)師”作為教育領(lǐng)域的一個(gè)重要應(yīng)用，可以通過自然語言處理和語音識(shí)別技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)扮演導(dǎo)師角色的功能，代替現(xiàn)有教師為學(xué)生提供輔助性的學(xué)習(xí)材料，并能夠?qū)W(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和問題解決的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)和反饋，提出相應(yīng)的建議。
促進(jìn)學(xué)習(xí)者各方面素養(yǎng)和能力的獲得
21世紀(jì)核心素養(yǎng)主要包含三大類：一是學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)，二是數(shù)字化素養(yǎng)，三是職業(yè)和生活技能；21世紀(jì)能力包括創(chuàng)造性與問題解決、信息素養(yǎng)、自我認(rèn)識(shí)與自我調(diào)控、批判性思維、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)與終身學(xué)習(xí)、公民責(zé)任與社會(huì)參與等內(nèi)容。人工智能技術(shù)不僅能促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)具體的、結(jié)構(gòu)良好的知識(shí)和技能，還可以幫助學(xué)生獲得復(fù)雜問題解決、批判性思維、多人協(xié)作等高階能力。
加快全球課堂普及
全球課堂的目標(biāo)是為學(xué)習(xí)者提供一種普及化的、隨時(shí)隨地可以訪問的、學(xué)習(xí)者深度參與的學(xué)習(xí)環(huán)境。在人工智能技術(shù)支持下的全球課題，能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供一個(gè)云端一體、支持認(rèn)知發(fā)展和相互協(xié)作的全新學(xué)習(xí)，進(jìn)而促進(jìn)全球課堂的普及。
減少教師的重復(fù)性勞動(dòng)
隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，越來越多的人工智能工具被應(yīng)用于教育領(lǐng)域，成為教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的得力助手，在減輕教師負(fù)擔(dān)的同時(shí)，還提高了教師的工作效率，從而使教師將更多的精力真正放在學(xué)生身上，促進(jìn)學(xué)生更好地學(xué)。
（2）挑戰(zhàn)
人工智能的人才培養(yǎng)存在滯后性
在就業(yè)市場上，雖然企業(yè)高薪資聘用相關(guān)人才的公告在就業(yè)市場屢見不鮮，但這方面的人才卻很難在市場上找到。這也表明在現(xiàn)今社會(huì)中，人工智能領(lǐng)域相關(guān)人才培養(yǎng)還是存在著顯性不足和滯后的問題，政府和學(xué)校所貢獻(xiàn)的力量還存在著欠缺。
人工智能中教師角色轉(zhuǎn)變的障礙
一方面，實(shí)施的過程中存在部分教師不愿意改變的現(xiàn)象。另一方面，教育信息技術(shù)的老師比較少，當(dāng)更多的教師面臨一個(gè)新的事物時(shí)，對教師實(shí)施有效的培訓(xùn)是非常有必要的。
與此同時(shí)，人工智能在教育系統(tǒng)中的實(shí)施也面臨著怎樣將人工智能教學(xué)系統(tǒng)與面對面教學(xué)相結(jié)合，使教師與人工智能系統(tǒng)之間協(xié)同工作，以最大限度地發(fā)揮二者的協(xié)作優(yōu)勢，共同為學(xué)生提供更有個(gè)性的、更有效的教學(xué)體驗(yàn)，這是當(dāng)前教育人工智能研究面臨的挑戰(zhàn)之一。
人工智能教育中的倫理、社會(huì)及安全問題
互聯(lián)網(wǎng)在給我們帶來越來越便利的生活的同時(shí)，也存在一些隱患：網(wǎng)絡(luò)暴力的滋生、信息的泄露、網(wǎng)絡(luò)欺詐行為等問題不斷涌現(xiàn)。在圖像識(shí)別技術(shù)上，出于對當(dāng)事人隱私或者某些信息的保護(hù)，電視和網(wǎng)絡(luò)會(huì)將文字或臉部像素化。但隨著人工智能的發(fā)展，這種保護(hù)隱私的方法已經(jīng)不再可靠。因此，倫理道德和安全保障是教育人工智能也必須面對的挑戰(zhàn)之一。
未來的時(shí)代是智能時(shí)代，人工智能延伸了人類的體力和腦力，那“人工智能+教育”能否延伸人類教育的“育力”，增強(qiáng)學(xué)生的“學(xué)力”、教師的“教力”、校長的領(lǐng)導(dǎo)力？一切還取決于我們的不懈努力。未來已來，未來超越想象！智慧教育3.0時(shí)代將給我們帶來驚喜的教育變革。
①《智慧教育：新時(shí)代的教育變革與轉(zhuǎn)型》，http://www.sohu.com/a/220193628_440113。
②梁迎麗，劉陳：《人工智能教育應(yīng)用的現(xiàn)狀分析、典型特征與發(fā)展趨勢》，《中國電化教育》2018年3月，第24-30頁。
③郝芳：《人工智能在智慧教學(xué)中的應(yīng)用研究》，《民營科技》2018年第8期，第69頁。
④高姝睿：《人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究》，《軟件導(dǎo)刊?教育技術(shù)》2018年第1期，第6-8頁。
⑤傅莉：《人工智能在教育中的應(yīng)用研究》，《計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程》2012年第12期，第63-65頁。
⑤《人工智能教育應(yīng)用的機(jī)遇與挑戰(zhàn)》，http://www.sohu.com/a/258289997_100020578。
