人工智能教育应用的机遇与挑战

伴随着信息技术的发展，智慧教育也逐渐展开，人工智能作为智慧教育时代发展的核心力量，近年来对人类社会的影响越来越广泛与深远，它正在为农业、医疗、教育、能源、国防等诸多领域提供大量新的发展机遇。

人工智能技术自1956年提出以来，从最开始受到盲目追捧，到20世纪七八十年代逐渐遇冷，近些年又重新引起了人们的重视。尤其是在2016年谷歌公司基于深度学习的AlphaGo战胜了围棋世界冠军，再一次引爆了人们对人工智能的热情。现在，人工智能已被视为推动现代社会进步的主要核心技术力量。目前，人工智能已经开始服务于工业、农业、环境、医疗、教育等众多领域，切实推动了社会的进步。人们纷纷预言，虽然通用的智能系统在未来10年内很难超过人类智能，但在越来越多的特定领域，智能系统的问题解决能力可以达到甚至超过人类的智能水平。如智能公交可以为残疾人和老年人带来帮助，减少交通事故；智能政府可以更好地服务于大众；智能建筑可以节约能源，减少污染，等等。那么，智能教育又会对现今的教育带来哪些改变呢？

本文主要是从人工智能的角度出发，思考其对教育所产生的积极作用及所带来的挑战，以便进一步把握、促进人工智能在教育中的有效与合理应用，用以应对当今智能化浪潮下教育人工智能需要面对的重要挑战，以较好地顺应技术发展趋势，助力教育变革。

一、人工智能教育应用的机遇

在传统的人工智能学习系统中，我们发现更多的是为了满足某个专门领域的学习需求，目的是促进学习者获得特定的知识和技能，而且这些系统常常作为学校教育的补充，未能深入影响学生的日常学习和生活。随着人工智能技术的发展，教育领域对人工智能技术提出了更高的要求，期望人工智能技术对教育产生革命性的影响。总体来说，人工智能还是能给教育带来诸多机遇，能够提供个性化的学习，促进学习者各方面素养和能力的提升，加快全球课堂的普及，并减少教师的重复性工作等。

1.提供个性化的学习。当今教育一直都在探讨如何实现个性化的教育和教学，并提倡因材施教。在教育技术不断发展的同时，慕课、翻转课堂等作为其产物，也在逐渐探索如何实现个性化教学。然而随着学习科学领域的不断深入和扩大，人们期待着下一次智能系统的发展，以充分结合科学研究成果与人工技能技术的进步，使学习系统能够与学习者之间以更自然的方式和方法进行交互，在教师缺席的情况下承担起个人或者小组导师的角色。

在现实生活中，我们看到“智能导师”作为教育领域的一个重要应用，可以通过自然语言处理和语音识别技术，来实现计算机扮演导师角色的功能，代替现有教师为学生提供辅助性的学习材料。实践证明，根据学生的兴趣、习惯和学习需求为其制订专门的学习计划，有利于学生的个性化学习。在实际操作中，智能导师能够在学习者学习的过程中实时跟踪、记录和分析其学习过程和结果，以了解其个性化的学习特点，并根据这一特点为每一位学习者选择合适的学习资源，制订个性化的学习方案。当然，智能导师在为学习者提供有针对性、即时的学习方案时，还能够对学习者的学习表现和问题解决的情况进行评价和反馈，并提出相应的建议。这样，学生在学习中就可以拥有具体的反馈，为学生的个性化学习提供详尽的途径。

2.促进学习者各方面素养和能力的获得。随着现代社会的发展，对于人类的素养和能力的诉求也在逐渐增多。21世纪核心素养一度成为国际上热门的话题，我们可以看到，核心素养主要包含三大类：一是学习与创新素养；二是数字化素养；三是职业和生活技能。除素养之外，21世纪能力作为应对知识经济发展需求及社会进步而对人才培养所提出的需求，具体包括创造性与问题解决、信息素养、自我认识与自我调控、批判性思维、学会学习与终身学习、公民责任与社会参与等内容。

在这些素养和能力的建构过程中，人工智能发挥着不可忽视的作用：一方面是社会信息化的发展在逐渐推动人工智能的步伐；另一方面是21世纪核心素养和能力存在着内在的需求。在这样的背景之下，人工智能技术不能局限于促进学生学习具体的、结构良好的知识和技能，而是要帮助学生获得复杂问题解决、批判性思维、多人协作等高阶能力。而在现实中，我们可以看到，随着技术的发展，评估难度较高或者领域内专家无法清晰表达的规则知识、深度学习、自然语言的处理、情感计算等问题，都会在未来被逐渐攻克。而人工智能产品应用到教育领域上可以逐渐成为学生的朋友，为学生提供补习的帮助，成为学生的学习助手，使学习收到寓教于乐的效果。

3.加快全球课堂普及。在全球化趋势背景下，全球课堂普及能够为学习者随时随地打造深度学习的环境，成为学习的一个重要条件，在人工智能教育的应用下，则可以很简单地实现这一功能。

全球课堂的目标是为学习者提供一种普及化的、随时随地可以访问的、学习者深度参与的学习环境。在这样的学习环境中，处于任何水平的学习者都能获得良好的学习体验。在知识共享水平不断提高的情况下，人工智能的发展能够自然地促进全球课堂的普及。在现今教育领域，慕课可以被看作是全球课堂的雏形。在慕课的依托之下，学习者可以随时随地地进行学习和享受当前世界各地的教育资源。但慕课也存在一些弊端，如偏重知识传递、通过率较低、只适应具有一定知识背景和较高学习动机的学习者等。虽然慕课在现今的教育之中带来了一些改变，但是所带来的改变还是具有限度的。而人工智能技术支持下的全球课堂，能够为学习者提供一个云端一体、支持认知发展和相互协作的全新学习环境，这在一定程度上打破了慕课等教育技术手段所带来的局限性。

4.减少教师的重复性劳动。当前，中小学教师除了教学工作之外，还存在诸多重复性工作，而要想促进教师的教学，教师就还需要更多的进行创新工作的时间，以加深对教育的反思、改进。若长期进行重复教学，不但程序枯燥，而且对社会来说也是一种资源浪费。

在这种情况下，使用人工智能技术和多媒体等各种先进的教学手段形成开放式交互教学系统，学生可以主动向系统索取知识，系统也可以根据学生的知识、能力和学习方法来因人施教，以收到最佳的教学效果，达到无人化、个性化适应教学的目的。此外，随着人工智能技术的发展，越来越多的人工智能工具被应用于教育领域，成为教师教学和学生学习的得力助手。教育机器人就是一种被广泛应用于教育领域的人工智能型助手。例如，网龙华渔教育研发的“未来教师”机器人，就可以帮助教师完成课堂辅助性或重复性工作，如朗读课文、点名、监考、收发试卷等工作，还可以帮助教师收集、整理资料，辅助教师进行备课、科研活动。由此，在减轻教师负担的同时，还提高了教师的工作效率，从而使教师将更多的精力真正放在学生身上，促进学生更好地学。

二、人工智能教育应用的挑战

人工智能在给教育带来诸多有利因素的同时，也会存在相应的挑战。在当今社会人工智能相关人才还比较欠缺的状态下，政府和学校该如何进行人才的培养；教师在教学中该如何与人工智能系统进行有效协调；人工智能教育应用中存在的伦理、社会以及安全等问题应该如何解决……这些因素都对人工智能在教育中的应用提出了新的挑战。

1.人工智能的人才培养存在滞后性。人工智能作为推动社会发展的一项重大举措，对于人类的影响是巨大的。教育领域作为人工智能影响的一个重要部分，在某种程度上说，要想对教育产生重大的作用，政府和学校就应提供必要的协助。在人工智能专业人才培养中，首先，一方面，政府应了解企业和社会对人工智能人才的需求，制定出人工智能专业人才的培养目标和相关标准，并根据目标和标准协调包括中小学、大学、职业培训机构等在内的相关机构，推进人工智能专业人才的培养。另一方面，政府应为人工智能教育提供必要的经费支持，如增加人工智能研究生的培养经费，提升人工智能课程设计的投入，资助人工智能教育研究项目，对开展人工智能教育的高校、职业院校和其他组织拨款等，这些措施在一定程度上可以促进人工智能的发展。其次，学校在培养人工智能人才上需继续加大措施和力度。在中小学阶段可以培养学生的科学素养，为人工智能的成长奠定良好的基础，而大学作为人工智能发展的重要时期，在师资力量方面，可以把与人工智能相关的人才组织起来，引进学校外部人工智能的专业人才，充实人工智能教学团队。

然而，在目前的就业市场上，虽然企业高薪资聘用相关人才的公告在就业市场屡见不鲜，但这方面的人才却很难在市场上找到。这也表明在现今社会中，人工智能领域相关人才培养还是存在着显性不足和滞后的问题，政府和学校所贡献的力量还存在着欠缺。

2.人工智能中教师角色转变的障碍。在现今教育技术的使用中，人们常常会疑惑教育和教学之中人与人之间的交互作用容易被忽视的问题。在人工智能教育时代来临之时，如果在教育中大量使用高新技术，会不会削弱教师与学生的交往或者不利于学生语言能力和沟通能力的培养？面对这些疑惑，人工智能的研究案例表明，当人类智慧与人工智能技术相结合的时候，在工作上能够取得更好的效果。例如，一项研究发现，当通过照片判断淋巴细胞中是否存在癌细胞时，如果只使用人工智能技术，错误率为7.5%，如果只由医疗专家来判断，错误率为3.5%，但如果将两者结合起来，错误率则可以下降至0.5%。也就是说，在人工智能时代，教师与人工智能系统之间需要相互协同。

而具体到现实生活中，我们发现在实施翻转课堂和慕课的时候，一方面，存在实施的过程中部分教师不愿意改变的现象。当教师传统的教学模式已经形成了成熟的体系和模式，他们认为现今的教育方法已经可以教好学生，尤其是那些这样教已经出了成绩的教师，继而让其进行改变会存在较大困难。另一方面，教育信息技术的老师比较少，当更多的教师面临一个新的事物时，有效的实施对教师的相关培训是非常有必要的。与此同时，人工智能在教育系统中的实施也面临着怎样将人工智能教学系统与面对面教学相结合，使教师与人工智能系统之间协同工作，以最大限度地发挥二者的协作优势，共同为学生提供更有个性的、更有效的教学体验，这是当前教育人工智能研究面临的挑战之一。

3.人工智能教育中的伦理、社会及安全问题。在网络普及率极高的时代，越来越多的人开始加入互联网的大军之中。我们看到互联网在给我们带来越来越便利的生活的同时，也存在一些隐患：网络暴力的滋生、信息的泄露、网络欺诈行为等问题不断涌现。在图像识别技术上，出于对当事人隐私或者某些信息的保护，电视和网络会将文字或脸部像素化。但随着人工智能的发展，这种保护隐私的方法已经不再可靠。有研究发现，神经网络只要通过主流的机器学习方法训练，就可以识别图像中隐藏的信息。在某些数据库和隐私技术上，神经网络的成功率已达到80%，甚至是90%。在像素化图像方面，随着图片模糊程度增加，神经网络的成功率会降低，但仍然能够达到50%到75%的成功率。因此，伦理道德和安全保障是教育人工智能也必须面对的挑战之一。

在教育系统中，教师各方面信息的泄露，以及学生所面临的网络暴力会不会更加肆虐？尤其是在中小学阶段，学生对这个社会的认知还不够全面，是否会更多地存在着网络上的隐性伤害，而这些问题都是在人工智能应用于教育领域之中所要面临的问题。为此，一是将伦理道德教育纳入人工智能课程之中，树立伦理道德意识也就成为人工智能时代必须要解决的课题；二是应该加强人工智能教育应用的监管，制定与安全应用相关的规则，运用相关技术保护使用者的隐私和权益，着力于推动教育人工智能良性积极发展。

未来的时代是智能时代，无论是政府管理机构，还是各级教育部门，都应为迎接智能时代的到来做好充分准备。在具体的发展之中，我们可以看到美国政府在 《规划未来，迎接人工智能时代》研究报告中不仅引领了美国社会未来的发展方向，同时也为我国的人工智能教育应用提供了很好的启示与借鉴。人工智能教育应用作为未来我国教育发展的核心内容之一，在具体的应用过程之中，对于我国的教育和教学发展存在着重要的意义。为更好地找到人工智能与教育的契合点，应促进人工智能技术人员与教师的合作，提高教育管理者和教师的数据素养，培养学生的计算思维能力，对人工智能教育中的伦理、社会及安全问题制定好相关措施，为更好地适应未来时代的发展做好准备。

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