人工智能如何深度變革教育

［摘要］ 人工智能技術(shù)將推動原有教育思想、教育目標(biāo)、組織形式、內(nèi)容體系、培養(yǎng)方式、學(xué)習(xí)空間和評價(jià)體系等系列變革。人工智能加快教育向核心素養(yǎng)培養(yǎng)邁進(jìn)，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的科學(xué)發(fā)生，也督促教師不斷提升信息化素養(yǎng)。人工智能環(huán)境下的未來教師必須熟悉人工智能帶來的教育變革，熟悉大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、語音技術(shù)、圖像技術(shù)、虛擬技術(shù)，熟悉各種教育平臺和APP終端的使用。同時(shí)，人工智能也引發(fā)教育評價(jià)體系的不斷變革。

［關(guān)鍵詞］ 人工智能；教育變革；核心素養(yǎng)；深度學(xué)習(xí)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G技術(shù)、云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人工智能正推動人類社會迎來人機(jī)協(xié)同、跨界融合、共創(chuàng)分享的智能時(shí)代。華為公司今年上半年發(fā)布全球產(chǎn)業(yè)展望預(yù)測：到2025年，智能技術(shù)將滲透到每個(gè)人、每個(gè)家庭、每個(gè)組織，全球58%的人口享有5G網(wǎng)絡(luò)，14%的家庭擁有“機(jī)器人管家”，97%的大企業(yè)采用AI。人工智能技術(shù)正在向社會經(jīng)濟(jì)生活的方方面面延伸，教育行業(yè)顯然不可能置之度外。人工智能必然深刻影響新一輪教育變革。2018年聯(lián)合國教科文組織發(fā)布的報(bào)告《教育中的人工智能：可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)與機(jī)遇》提出：“人工智能技術(shù)能夠支持和包容無處不在的學(xué)習(xí)訪問，有助于確保提供公平和包容性的教育機(jī)會，促進(jìn)個(gè)性化學(xué)習(xí)，并提升學(xué)習(xí)成果。”可見，人工智能進(jìn)入教育并將深刻影響教育已經(jīng)成為不可回避的現(xiàn)實(shí)問題。

一、人工智能引發(fā)教育領(lǐng)域系統(tǒng)變革

人工智能進(jìn)入教育有兩層含義：一是把提高國民人工智能素養(yǎng)納入各級各類學(xué)校的教育目標(biāo)，開設(shè)編程算法類課程，培養(yǎng)適應(yīng)信息社會的人才；二是把人工智能技術(shù)手段有效應(yīng)用于教育教學(xué)過程中，注重多渠道研發(fā)應(yīng)用人工智能技術(shù)的教育資源。教育的核心使命是幫助學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)教育方式主要是人與人之間的工作，主要依靠口耳相傳的教育方式，如今以人工智能為核心的現(xiàn)代教育技術(shù)開始向教育領(lǐng)域蔓延，突破了原有的教育理念與方式，使得教育能夠在人工智能營造的“虛擬世界”里順暢地發(fā)生，教育已經(jīng)突破了原有方式、原有邊界，向更廣闊的領(lǐng)域延伸。

目前，人工智能發(fā)展還處于初級階段。自然語言處理（NLP）和自然語言理解，特別是語音轉(zhuǎn)文字技術(shù)、圖像處理技術(shù)是當(dāng)前人工智能AI企業(yè)研發(fā)的重點(diǎn)產(chǎn)品，而教育系統(tǒng)對智能教學(xué)助理、助學(xué)機(jī)器人和語言技術(shù)產(chǎn)品的需求日益增多，越來越多的教師開始學(xué)習(xí)使用語音轉(zhuǎn)文本工具，力求在溝通時(shí)保持順暢和準(zhǔn)確。在教育實(shí)踐領(lǐng)域，人工智能與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，打破線上線下界限，打破地域和空間限制的“雙師課堂”開始出現(xiàn)，有效促進(jìn)了優(yōu)質(zhì)資源共享和教育公平。

在學(xué)校教育過程中，人工智能技術(shù)能夠便利提供和營造一種新型的學(xué)習(xí)場景，使得虛擬學(xué)習(xí)場景與現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)場景有機(jī)融合，使學(xué)生多方互動交流成為現(xiàn)實(shí)。學(xué)習(xí)內(nèi)容也跨越了學(xué)科邊界，使跨學(xué)科學(xué)習(xí)成為可能，有利于培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思維、科學(xué)思維、形象思維、藝術(shù)思維等能力。同時(shí)，人工智能技術(shù)在教育中的深度廣泛應(yīng)用，將徹底改變教育的時(shí)空場景和供給水平，將實(shí)現(xiàn)教育的信息共享、數(shù)據(jù)融通、人機(jī)協(xié)同、因材施教，推動教育組織和供給方式的徹底變革，使個(gè)性化和多元化教育成為可能，進(jìn)而構(gòu)建出一種新的靈活、開放、終身的新型教育生態(tài)體系，促進(jìn)線下學(xué)習(xí)與線上學(xué)習(xí)的融會貫通。

當(dāng)然，人工智能作為一種強(qiáng)大的技術(shù)手段和資源平臺，可以深刻影響教育變革，原有學(xué)校教育目標(biāo)、組織形式、內(nèi)容體系、培養(yǎng)方式、學(xué)習(xí)空間和評價(jià)體系等都會受到?jīng)_擊，但不可能改變教育的本質(zhì)。教育的本質(zhì)是促進(jìn)人的德智體美勞全面發(fā)展，立德樹人是教育的根本任務(wù)。教育永遠(yuǎn)不能背離“立德樹人”“全面發(fā)展”的育人目標(biāo)。數(shù)字化時(shí)代的青少年，需要通過教育理解人工智能環(huán)境下的人、技術(shù)與社會的關(guān)系，具有正確社會價(jià)值觀以及解決社會現(xiàn)實(shí)問題的技能和能力。學(xué)生需要具備數(shù)字勝任力、數(shù)字素養(yǎng)等必備的社會生存能力，但更需要具備道德品質(zhì)、審美能力、心理素質(zhì)、勞動技能和創(chuàng)新精神等核心素養(yǎng)。同時(shí)，教育還需要培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感和社會服務(wù)能力。

二、人工智能加快教育向核心素養(yǎng)培養(yǎng)邁進(jìn)

人工智能等信息技術(shù)將促進(jìn)教育由知識信息類接受式學(xué)習(xí)向必備品格、關(guān)鍵能力培養(yǎng)等核心素養(yǎng)方向轉(zhuǎn)變。知識類、信息類等間接經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)將會受到人工智能更為嚴(yán)重的影響，相對而言，交往類、社會類、實(shí)踐類等直接經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)受人工智能技術(shù)的影響則比較小。人工智能背景下的項(xiàng)目式、合作式、探究式等學(xué)習(xí)變得更加簡易可行。教師可以利用人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)優(yōu)勢，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)科學(xué)的、合適的個(gè)性化學(xué)習(xí)方案。教師引導(dǎo)學(xué)生從學(xué)習(xí)知識技能到培育運(yùn)用跨學(xué)科知識解決實(shí)際問題的能力，開展基于真實(shí)生活問題的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，綜合各學(xué)科已有的知識經(jīng)驗(yàn)，在合作學(xué)習(xí)的環(huán)境下設(shè)計(jì)實(shí)施一系列探究活動，并將探究成果或產(chǎn)品進(jìn)行表達(dá)、交流和展示，這就引發(fā)了教與學(xué)方式的根本變革。

從本質(zhì)上講，教育是幫助學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)。教師不能代替學(xué)生學(xué)習(xí)，只能激發(fā)、幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。人工智能技術(shù)的應(yīng)用其根本目的仍然是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供一種更加高效、便捷的跨學(xué)科深度學(xué)習(xí)。大量腦科學(xué)研究認(rèn)為：人的大腦中存在相互聯(lián)系的兩個(gè)信息加工通道，即加工言語材料的語音通道和加工圖示材料的視覺通道，而加工圖像的通道比加工語言的通道更為重要。這就是說，人的視覺記憶比聽覺記憶更為重要，這一研究成果成為可視化教學(xué)的理論基礎(chǔ)，也成為包括人工智能在內(nèi)的信息技術(shù)在教學(xué)上應(yīng)用的理論基礎(chǔ)。北京師范大學(xué)教授余勝泉認(rèn)為：認(rèn)知工具是建構(gòu)性課堂的核心，可以提升課堂深度，有效促進(jìn)認(rèn)知，助力協(xié)作、深度學(xué)習(xí)，延展人類互動空間；改變?nèi)祟惖恼J(rèn)知方式，促進(jìn)教學(xué)范式變革。顯然，人工智能正是通過一種良好的認(rèn)知工具，即大數(shù)據(jù)分析工具及教學(xué)輔助工具，可以做到及時(shí)反饋、及時(shí)指導(dǎo)教學(xué)改進(jìn)。

當(dāng)前，人工智能最大的優(yōu)勢是進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。人工智能在教育上的應(yīng)用首先是基于學(xué)習(xí)者大數(shù)據(jù)分析，提高學(xué)習(xí)的精準(zhǔn)性，為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑。比如，在學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)方面，過去最常用的辦法是讓學(xué)生做習(xí)題，力求將所學(xué)知識點(diǎn)涉及的所有習(xí)題都讓學(xué)生做一遍，但這是不可能的，也是極為煩瑣無效的事情，造成學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)過重，影響學(xué)習(xí)效果。有了大數(shù)據(jù)分析平臺，就能根據(jù)每個(gè)學(xué)生的知識與能力圖譜，精準(zhǔn)推送知識類題目，降低學(xué)習(xí)的重復(fù)性、盲目性，提高學(xué)習(xí)的針對性和學(xué)習(xí)效率。比如，依據(jù)智能圖像識別技術(shù)的一些APP終端軟件已經(jīng)成為學(xué)生學(xué)習(xí)的助手，當(dāng)學(xué)生遇到難題時(shí)只需要用手機(jī)拍成照片上傳到云端，系統(tǒng)在1-2秒內(nèi)就可以反饋解題思路，并且在大數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上推送適合學(xué)生學(xué)習(xí)程度的相關(guān)試題，幫助學(xué)生更好掌握學(xué)習(xí)知識，有助于提高學(xué)習(xí)效果。

隨著人工智能語音識別和語義分析技術(shù)的進(jìn)步，自動批改作業(yè)也成為可能。簡單的語法、文法錯(cuò)誤，機(jī)器可以自動識別糾錯(cuò)，甚至提出修改意見，這將會大大提高教師的教學(xué)效率。利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)、體態(tài)識別、情緒識別等人工智能技術(shù)，教師可以做到對學(xué)生在課堂上的動作、行為表現(xiàn)進(jìn)行分析，幫助教師更好地了解學(xué)生情緒和學(xué)習(xí)狀態(tài)，及時(shí)改進(jìn)教學(xué)方法。

人工智能技術(shù)產(chǎn)品營造學(xué)習(xí)環(huán)境，借助移動終端的教育類APP提供一種學(xué)習(xí)分析技術(shù)。學(xué)習(xí)分析技術(shù)能夠運(yùn)用信息跟蹤技術(shù)和鏡像技術(shù)，對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)習(xí)慣進(jìn)行記錄追蹤，并對測試成績、學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)路徑等進(jìn)行分析，利用知識圖譜點(diǎn)做學(xué)習(xí)反饋，幫助學(xué)習(xí)者改善和提高學(xué)習(xí)的技能。人工智能技術(shù)支持個(gè)性化學(xué)習(xí)、游戲化學(xué)習(xí)、可視化學(xué)習(xí)、反饋式學(xué)習(xí)。游戲化學(xué)習(xí)是一種非常有效的兒童學(xué)習(xí)方式，目前許多教育專家在研究游戲化學(xué)習(xí)，采用游戲的趣味性、競爭性、闖關(guān)性、可視化、操作性等特點(diǎn)，讓學(xué)習(xí)變成一種自覺主動行為。如果孩子能像玩游戲一樣熱愛學(xué)習(xí)，很多教育問題可能會迎刃而解。

三、人工智能提供深度學(xué)習(xí)的資源環(huán)境

“深度學(xué)習(xí)”的概念最早來自人工智能技術(shù)發(fā)展，后被引入教育系統(tǒng)，與“淺表學(xué)習(xí)”相對應(yīng)。教育系統(tǒng)所倡導(dǎo)的深度學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者能夠主動、批判性地整合新知識，并以深度理解為起點(diǎn)，以新情境中的遷移為導(dǎo)向，以解決復(fù)雜問題和培養(yǎng)創(chuàng)新能力為目標(biāo)的一種高層次學(xué)習(xí)方式。

深度學(xué)習(xí)離不開以人工智能為核心的教育信息化，人工智能大數(shù)據(jù)技術(shù)提供了隨處可得的文本和視聽覺教育資源，提供更多技術(shù)支持和虛擬互動交流機(jī)會，能夠更好地引導(dǎo)學(xué)生解決復(fù)雜問題并交流協(xié)作，使學(xué)習(xí)者實(shí)現(xiàn)跨時(shí)空、跨學(xué)科的高效學(xué)習(xí)，同時(shí)建立新舊知識之間的多視角連接。

深度學(xué)習(xí)需要在教師引領(lǐng)下，讓學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展。在這個(gè)過程中，學(xué)生掌握學(xué)科的核心知識，理解學(xué)習(xí)的過程，把握學(xué)科的本質(zhì)及思想方法，形成積極的內(nèi)在學(xué)習(xí)動機(jī)、高級的社會性情感、積極的態(tài)度、正確的價(jià)值觀，成為既具獨(dú)立性、批判性、創(chuàng)造性又有合作精神、基礎(chǔ)扎實(shí)的優(yōu)秀學(xué)習(xí)者，成為未來社會歷史實(shí)踐的主人。基于人工智能的深度學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生聽說讀寫能力培養(yǎng)，也有助于學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的關(guān)注以及反思性批判能力的培養(yǎng)。深度學(xué)習(xí)的目的指向具體的、社會的人的全面發(fā)展，是形成學(xué)生核心素養(yǎng)的基本途徑。

人工智能環(huán)境下的深度學(xué)習(xí)方式及呈現(xiàn)的“學(xué)習(xí)形態(tài)”應(yīng)該是不拘一格、多種多樣的。翻轉(zhuǎn)課堂是深度學(xué)習(xí)的一種方式，其核心理念就是引發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。結(jié)合我國中小學(xué)大班級教學(xué)的實(shí)際情況，針對不同年段、不同學(xué)科的教學(xué)實(shí)施深度學(xué)習(xí)，其方式應(yīng)該是多樣化的。人工智能環(huán)境下的深度學(xué)習(xí)，要求學(xué)習(xí)者對知識進(jìn)行主動、批判性獲取、加工和理解，其目的是與已有知識基礎(chǔ)建立認(rèn)知關(guān)聯(lián)，構(gòu)建新的知識結(jié)構(gòu)，在真實(shí)情境中應(yīng)用所學(xué)知識與技能解決問題，從而實(shí)現(xiàn)有意義學(xué)習(xí)。

在傳統(tǒng)教學(xué)中，課堂教學(xué)的思路更多提倡螺旋式上升，追求小步子、扎實(shí)的思路，打個(gè)比方說，就是先讓學(xué)生見“樹”，再讓學(xué)生見“林”。深度學(xué)習(xí)提倡的是一種知識貫通式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生盡快看到“林”的風(fēng)貌，然后在比較、分析、判別等批判性思維引導(dǎo)下更加了解“樹”的本質(zhì)。基于這種思路，教師需要對現(xiàn)有課程重新審視，對現(xiàn)有教材重新改造，不必拘泥于現(xiàn)有章節(jié)進(jìn)行教學(xué)，可以大膽地把一類問題聚集到一起，比如把初中英語教材中1-3年級的所有寫作體裁集中到一起教學(xué)，用一段時(shí)間來集中講解并練習(xí)，即實(shí)施大單元教學(xué)。

深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)將所學(xué)知識遷移到真實(shí)的情境中，只有活學(xué)活用才算是真正學(xué)會知識，因此遷移運(yùn)用是深度學(xué)習(xí)的一個(gè)重要特征。人工智能能夠借助AR、VR等虛擬技術(shù)，營造一個(gè)又一個(gè)鮮活生動的情境空間，提供盡可能多的虛擬教學(xué)資源素材，幫助教師創(chuàng)設(shè)變化多樣的課堂教學(xué)環(huán)境，特別是提供活靈活現(xiàn)的可視化教學(xué)素材，這為學(xué)生的知識有效遷移搭建了便捷可得的“腳手架”。

四、人工智能促進(jìn)教師信息化素養(yǎng)提升

2017年國務(wù)院出臺《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確提出“在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育”。當(dāng)前，學(xué)校開設(shè)人工智能相關(guān)課程面臨的最大問題是師資，一方面存在教師自身的人工智能素養(yǎng)和能力問題，另一方面是教師對人工智能的思想和態(tài)度問題。人工智能引發(fā)的教育變革如果沒有教師積極參與，那就一定是海市蜃樓、空中樓閣，難以落地生根。

在人工智能影響下的教育形態(tài)中，傳統(tǒng)學(xué)校教師角色會發(fā)生變化，以知識傳授為主導(dǎo)的角色將逐漸被社會倫理型教師角色所代替，未來教師的角色將被重塑。教師將成為學(xué)生學(xué)習(xí)過程的創(chuàng)設(shè)者、幫助者、指導(dǎo)者、評價(jià)者。教師將不僅關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，而且需要更加關(guān)注學(xué)生的認(rèn)知、情感與行為等核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

教師必須熟悉人工智能帶來的教育變革，熟悉大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、虛擬技術(shù)，熟悉各種教育平臺和APP終端的使用。教師必須具備運(yùn)用各種人工智能技術(shù)開發(fā)數(shù)字化學(xué)習(xí)資源、創(chuàng)設(shè)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的能力，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容、方法、技術(shù)與策略的高度融合，從而將各種信息的運(yùn)用融于數(shù)字化課程、學(xué)習(xí)資源與環(huán)境的建設(shè)和運(yùn)用中。人工智能影響下的教師不僅要專業(yè)發(fā)展，更要職業(yè)發(fā)展，需要承擔(dān)更多“育人”的職業(yè)角色。因此，教師的繼續(xù)教育體系必須增加更多人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)、虛擬技術(shù)等信息化類課程，不斷提升教師的信息化和數(shù)字化勝任能力。

總之，人工智能的確會影響到教育和教學(xué)，也許它不能夠影響到今天的教育，但是一定能夠影響到未來的教育。無處不在的、泛在化的、互聯(lián)的智能技術(shù)設(shè)施，因需而變的、集成的、多樣的、智慧的學(xué)習(xí)場景，開放融合的信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與人工智能相融合的智慧教育系統(tǒng)，這一切都將影響我們未來的教育。人工智能進(jìn)入教育成為當(dāng)今教育改革的基本方向和邏輯起點(diǎn)。人工智能搭建了一種新型的學(xué)習(xí)環(huán)境，又承擔(dān)了一個(gè)技術(shù)工具的角色，為教育活動發(fā)生提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

責(zé)任編輯：ct