'AI專題丨AI賦能教育：產業應用管窺與瑣思'
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當前，人工智能已進入“大航海時代”，成為科技創新的“超級風口”。習近平總書記強調：“人工智能是新一輪科技革命和產業變革的重要驅動力量，加快發展新一代人工智能是事關我國能否抓住新一輪科技革命和產業變革機遇的戰略問題。”在移動互聯網、大數據、超級計算、傳感網、腦科學等新理論、新技術的驅動下，人工智能正在“重構生產、分配、交換、消費等各環節，形成從宏觀到微觀各領域的智能化新需求，催生新技術、新產品、新產業、新業態、新模式，引發經濟結構重大變革，深刻改變人類生產生活方式和思維模式”。而人工智能及其在教育領域的應用現狀如何？人工智能時代教學環境、教學方式、教師角色、 教育管理將會發生怎樣的變化？筆者結合實際案例，從產業應用視角做簡要闡釋。
一、人工智能概述
人工智能是研究開發能模擬、延伸和擴展人類智能的理論、方法、技術及應用系統的技術科學。1956年夏，麥卡錫、明斯基等科學家在美國達特茅斯學院研討“如何用機器模擬人的智能”，首次提出“人工智能”（Artificial Intelligence， AI） 概念，開創了人工智能研究領域。人工智能概念提出後， 機器定理證明、跳棋程序等研究成果相繼問世，掀起人工智能發展的第一個高潮。20世紀70年代初至80年代中期，美國、日本、英國等國家相繼設立大型人工智能研究項目， 成功解決醫療、化學、地質等特定領域的部分問題，推動人工智能進入應用發展的高潮。21世紀至今，隨著大數據、雲計算、移動互聯網等信息技術及以深度神經網絡為代表的技術的飛躍式發展，人工智能在算法、 算力（運算能力）和算料（數據）方面均取得重大突破， 在語音識別、人機對弈、無人駕駛、智能搜索等領域已經實現了從“不可用”到“可以用”的歷史性跨越。2016年，Alpha Go戰勝世界圍棋冠軍李世石引發關注熱潮，美國、英國、中國相繼發佈國家層面的人工智能發展規劃，人工智能迎來爆發式增長。
產業應用方面，微軟、英特爾、甲骨文、IBM等傳統信息產業代表企業，谷歌、蘋果、亞馬遜、阿里巴巴、騰訊、百度等互聯網和移動互聯網時代信息產業代表企業，紛紛佈局人工智能產業生態。製造、醫療、交通、零售、金融、家居等場景應用如雨後春筍，令人目不暇接。據中國信息通訊研究院數據研究中心實時監測數據顯示，2018年上半年，全球共監測到人工智能企業4998家，其中， 美國 2039家、中國（不含港澳臺地區）1040家、英國392家，位居前三；北京、舊金山和倫敦則是全球人工智能企業數量排名前三的城市，分別有 412家、289家和 275家。麥肯錫公司2018年的研究報告預測，到2030年，約 70%的公司將至少採用一種形式的人工智能，人工智能新增經濟規模將達到 13萬億美元。我國發布的《新一代人工智能發展規劃》 提出，到2030年，人工智能核心產業規模超過 1萬億元，帶動相關產業規模超過10萬億元。
二、人工智能促進教育發展的核心價值
教育是人工智能的重要應用領域，人工智能在教育行業的滲透，使教育開始向智能教育新形態邁進，助力教育技術、模式、結構變革，提升教育服務的個性化、精準化、智能化水平。正如教育部陳寶生部長在 2019北京國際人工智能與教育大會的報告中指出：“人工智能是實現教育生態重構的有效手段，人工智能技術在教育中的深度廣泛應用，將徹底改變教育的時空場景和供給水平，將實現信息共享、數據融通、業務協同、智能服務， 推動教育整體運作流程改變，使規模化前提下的個性化和多元化教育成為可能，進而構建出一種新的靈活、 開放、 終身的個性化教育生態體系。”
● 教學環境：從“標準化工廠”到“個性化農莊”
傳統的課堂教學是將年齡和知識程度相近的學生編成固定人數的班級，按照統一的教學大綱規定教學內容，依據固定的時間表向全體學生授課，並按照統一的標準進行考試評價。基於人工智能的教學則能感知學習情景，識別學習者特徵，提供精準學習資源與互動工具，自動記錄學習過程，實時評測學習成果並反饋建議，以促進學習者進行個性化學習或探索。
如果把傳統的教學環境比喻成“標準化工廠”，那麼，基於人工智能、物聯網等技術的教學環境就是“個性化農莊”，從標準化的集體授課空間變成個性化的學習探索空間，從相互分割的物理空間變成全面感知的智慧空間。一是基於各類智能設備識別溫度、光線、聲音、圖像等信息，監測並自動調節相關參數和設備，保障系統智能、高效運行，創設綠色、安全的教學環境；二是基於人臉識別、語音識別、自然語言處理、情境感知等技術捕獲學習者的動作、行為、情緒等信息，感知學習狀態、記錄學習過程、提供診斷報告，支持線上線下一體化、課內課外一體化、虛擬現實一體化的全場景教學應用，實現教與學過程中的智能決策、學習資源的智能推送、教學效果的智能評價；三是基於人與人、人與物、物與物之間信息數據的連通、匯聚與交換，形成學生、班級、年級、學校級數據體系，生成可視化報告，為教育教學提供參考依據。
日本東洋大學東京赤羽臺校區花費120 億日元打造“21 世紀智慧校園”，內部空間設計和課程體現徹底的“無紙化”思想， 試圖營造出一個“不會寫程序就無法生活”的校園環境。英國斯泰福廈大學（Staffordshire University） 的人工智能教育工具Beacon，是第一個在英國大學內運行的數字化助理，它能夠全天候待命，回答學生提出的課程時間安排、參加社團活動建議、申請免除市政稅、訂製新的學生卡、與講師溝通等各種問題。中國安徽蚌埠第二中學的“智慧課堂”平臺，利用學習數據分析、課堂即時評價和智能推送等技術，以微課程為核心資源，按照“雲端建構、 先學後教、以學定教、智慧發展”的實踐思路，總結形成了“4+N”（“4”是指智慧課堂的共性特徵， 即教學決策數據化、評價反饋即時化、交流互動立體化、資源推送智能化，“N”是指各個學科智慧課堂的個性化特徵） 的智慧課堂特點與應用優勢。
● 教學方式：從“以教定學”到“以學定教”
傳統課堂因標準化的教學預設、形式化的提問交流、單調滯後的評價反饋，常常為人詬病。人工智能時代的教學依據建構主義、 連通主義等學習理論，基於“情境”“協作”“會話”和“意義建構”開展協作式、探究式、體驗式學習，基於人工智能技術記錄、跟蹤、反饋學習行為數據並給出個性化建議，把學習的主動權還給學生，充分發揮學生的積極性、主動性和創造性，讓學生願學、樂學、會學，教師也從知識的傳授者、灌輸者轉變為學習的組織者、促進者。基於人工智能的自適應學習系統通過預設的知識圖譜和行為數據為學生“畫像”，通過“生成內容—診斷評測—獲取數據—分析反饋”不斷優化迭代，識別學生的知識水平和個性化學習需求，為學生匹配最佳學習路徑，智能化推送“所得即所需”的學習資源，幫助學生和教師對症下藥、精準施策，減少無效學習時間，提升學習效率，提高教學的個性化、精準化水平。
可汗學院的“學習儀表盤”集學習、分析、評價、反饋等多重功能於一身，知識被精細切割成“納米級”知識點，每個知識點都有視頻講解和 5~10個在線測試題，學生可以自主選擇個性化的學習材料，並接收自適應學習系統的反饋數據。科大訊飛公司研發的“個性化學習手冊”，基於學生的日常學業大數據對學情進行記錄、診斷、分析，形成個人“畫像”，針對不同類型的學生、不同錯題產生的原因，推薦相對應的糾錯變式練習。學習評價方面，基於手寫識別、自然語言理解、智能評測等人工智能技術研發的作文批改機器人、智能評卷系統、聽說考試訓練系統等已廣泛應用於各類考試評價場景。國家普通話水平測試已在全國範圍內採用智能測試系統，廣東省、上海市在高考英語聽說考試中引入智能評卷系統，進行英語口語考試的評分。
● 教師角色：從“知識傳授者”到“靈魂工程師”
英國廣播公司基於牛津大學研究者的數據體系，預測 2040年365種職業的被淘汰率，其中，電話推銷員、打字員、會計的被淘汰率分別為 99%、98.5%、97.6%，而教師的被淘汰率僅為0.4%。人類教師擁有難以被人工智能教師簡單替代的獨特性，但這並不意味著人類教師可以高枕無憂。未來，傳統的備課、 課堂講授、答疑輔導、作業批改等環節不必是教師的專屬。
北京師範大學餘勝泉教授分析了未來人工智能教師可能承擔的12種角色， 即“可自動出題和自動批閱作業的助教、學習障礙自動診斷與反饋的分析師、問題解決能力測評的素質提升教練、學生心理素質測評與改進的輔導員、體質健康監測與提升的保健醫生、反饋綜合素質評價報告的班主任、 個性化智能教學的指導顧問、學生個性化問題解決的智能導師、學生成長髮展的生涯規劃師、精準教研中的互助同伴、 個性化學習內容生成與匯聚的智能代理、數據驅動的教育決策助手。”美國佐治亞理工學院 Ashok Goel教授，藉助 IBM的 Watson人工智能系統創建了在線機器人Jill Watson，並將其作為課程教學助理，幫助教師回答學生通過在線論壇提出的問題， 正確率達到 97%。公司 Scott R. Parfitt 博士研發的備課機器人，根據教學目標、教學重難點、學生學情等信息，在學科知識庫中進行資源搜索與整合，教師導入教學大綱，CTI的人工智能引擎能自動填充教科書的核心內容，教師根據所教班級的學生特點與自己的教學習慣對教案、課件、習題稍作調整，即可應用於教學。
人工智能可以進一步釋放教師的生產力，幫助教師從標準化、程序化、機械化的重複性勞動中解脫出來，為教師的專業發展提供“自由的時間”和“可能的空間”，但是，教育畢竟是“人的靈魂的教育，而非理智知識和認識的堆積”。冰冷的機器無法感知人性的溫度，我們不能把機器製造得越來越像人，卻把人培養得越來越像機器。今天的教師若不生活在未來，未來的學生將可能活在過去。人工智能不會取代教師，但使用人工智能的教師將會取代不使用人工智能的教師，未來將是人類教師與人工智能教師協同共生的時代。
在人工智能時代，教師“教”的功能弱化，“育”的功能強化；“經師”的功能弱化，“人師”的功能強化；“知識傳授者”的功能弱化，“靈魂工程師”的功能強化。教師的能力結構也將解構與重構，更加聚焦於品德養成、性格塑造、人際交往、批判意識、創新思維、審美素養等“人”的教育活動，促進“人”的個性解放、主體躍升和智慧成長，教師轉變為創新支持者、活動設計者、溝通協調者、技術擁抱者，與人工智能教師協作，幫助學生精準學習，實現真正意義上的因材施教。
● 教育管理：從“錐形結構”到“扁平結構”
傳統教育管理為金字塔式的科層制組織系統，基於完全理性假設、中立人行動假設和一元制權力支配假設，信息傳遞效率低、失真率高，信息監測成本高、糾錯難度大，束縛了教育主體的自主性和創造性，難以應對人工智能時代的教育管理需求。人工智能具備深度學習自主建模能力、人機交互的情感理解與表達能力以及模擬人類決策的專家系統，可以為信息傳輸、複雜情境識別、決策方案制定提供技術支持，促進教育管理從科層組織走向彈性組織，從“錐形結構”走向“扁平結構”，從管理本位走向服務本位，使其更加靈活、敏捷，更加富有彈性與創造力。
一是建立智能學情監測與教育評價體系，開展教學過程監測、學情分析和學業水平診斷，構建技術賦能的智能化、個性化校園管理環境， 打破“千校一面”的局面，加速數字校園向智慧校園轉變。二是藉助人工智能技術變革學校管理體制，落實學校在教師評聘、經費使用、課程安排、育人方式等方面的自主權，建立普通師生、家長、社區以及相關利益方參與學校管理的機制。三是開展前瞻性教育管理研究，藉助智能化搜索引擎，檢索主題性關鍵信息，模擬學校佈局、教育投入、人口變化、就業形勢等動態信息，以更廣泛的人機交互模式代替傳統的臆斷式決策模式，提升區域教育治理與宏觀決策水平。例如，皮爾森教育公司開發的“學習曲線在線學習數據庫”，部署交互式數據可視化網絡，利用自動算法系統進行數據痕跡跟蹤，構建數據與算法驅動的教育管理技術平臺，系統識別應答模糊任務，自主適應複雜教育情境。百度公司開發的百度教育大腦針對學生、教師、校長推出不同的系統界面，為學生和教師提供海量優質資源、專業知識圖譜、智能交互教學服務，校長則可以登錄管理者界面，基於人工智能助手適時評估，以輔助決策。
當前，人工智能的應用與發展還面臨安全、倫理、隱私、規範、標準等諸多問題，但是，經歷了農業時代的個性化精英教育階段和工業時代的集體性大眾教育階段，人工智能時代的個性化大眾教育階段已迎面而來。隨著納米技術、基因技術、腦機接口技術等與人工智能技術的整合，倘若機器在算法心智的基礎上，進一步擁有自主心智和反省心智，有可能進一步促進人機一體、意識傳導、人和機器的共生演化。以色列尤瓦爾·赫拉利教授在《未來簡史》 中指出，人工智能時代人類將出現“無用階級”。美國邁克斯·泰格馬克教授在《生命 3.0：人工智能時代人類的進化與重生》一書中指出，以人工智能為代表的科技階段，生命不僅可以自行設計軟件，還可以自行設計硬件，由碳基生命變為硅基生命，最終擺脫進化的枷鎖。那時，教育如何演變與發展，將是一個更加令人期待的話題。
"本文約5000字 預計閱讀時間4分鐘
當前，人工智能已進入“大航海時代”，成為科技創新的“超級風口”。習近平總書記強調：“人工智能是新一輪科技革命和產業變革的重要驅動力量，加快發展新一代人工智能是事關我國能否抓住新一輪科技革命和產業變革機遇的戰略問題。”在移動互聯網、大數據、超級計算、傳感網、腦科學等新理論、新技術的驅動下，人工智能正在“重構生產、分配、交換、消費等各環節，形成從宏觀到微觀各領域的智能化新需求，催生新技術、新產品、新產業、新業態、新模式，引發經濟結構重大變革，深刻改變人類生產生活方式和思維模式”。而人工智能及其在教育領域的應用現狀如何？人工智能時代教學環境、教學方式、教師角色、 教育管理將會發生怎樣的變化？筆者結合實際案例，從產業應用視角做簡要闡釋。
一、人工智能概述
人工智能是研究開發能模擬、延伸和擴展人類智能的理論、方法、技術及應用系統的技術科學。1956年夏，麥卡錫、明斯基等科學家在美國達特茅斯學院研討“如何用機器模擬人的智能”，首次提出“人工智能”（Artificial Intelligence， AI） 概念，開創了人工智能研究領域。人工智能概念提出後， 機器定理證明、跳棋程序等研究成果相繼問世，掀起人工智能發展的第一個高潮。20世紀70年代初至80年代中期，美國、日本、英國等國家相繼設立大型人工智能研究項目， 成功解決醫療、化學、地質等特定領域的部分問題，推動人工智能進入應用發展的高潮。21世紀至今，隨著大數據、雲計算、移動互聯網等信息技術及以深度神經網絡為代表的技術的飛躍式發展，人工智能在算法、 算力（運算能力）和算料（數據）方面均取得重大突破， 在語音識別、人機對弈、無人駕駛、智能搜索等領域已經實現了從“不可用”到“可以用”的歷史性跨越。2016年，Alpha Go戰勝世界圍棋冠軍李世石引發關注熱潮，美國、英國、中國相繼發佈國家層面的人工智能發展規劃，人工智能迎來爆發式增長。
產業應用方面，微軟、英特爾、甲骨文、IBM等傳統信息產業代表企業，谷歌、蘋果、亞馬遜、阿里巴巴、騰訊、百度等互聯網和移動互聯網時代信息產業代表企業，紛紛佈局人工智能產業生態。製造、醫療、交通、零售、金融、家居等場景應用如雨後春筍，令人目不暇接。據中國信息通訊研究院數據研究中心實時監測數據顯示，2018年上半年，全球共監測到人工智能企業4998家，其中， 美國 2039家、中國（不含港澳臺地區）1040家、英國392家，位居前三；北京、舊金山和倫敦則是全球人工智能企業數量排名前三的城市，分別有 412家、289家和 275家。麥肯錫公司2018年的研究報告預測，到2030年，約 70%的公司將至少採用一種形式的人工智能，人工智能新增經濟規模將達到 13萬億美元。我國發布的《新一代人工智能發展規劃》 提出，到2030年，人工智能核心產業規模超過 1萬億元，帶動相關產業規模超過10萬億元。
二、人工智能促進教育發展的核心價值
教育是人工智能的重要應用領域，人工智能在教育行業的滲透，使教育開始向智能教育新形態邁進，助力教育技術、模式、結構變革，提升教育服務的個性化、精準化、智能化水平。正如教育部陳寶生部長在 2019北京國際人工智能與教育大會的報告中指出：“人工智能是實現教育生態重構的有效手段，人工智能技術在教育中的深度廣泛應用，將徹底改變教育的時空場景和供給水平，將實現信息共享、數據融通、業務協同、智能服務， 推動教育整體運作流程改變，使規模化前提下的個性化和多元化教育成為可能，進而構建出一種新的靈活、 開放、 終身的個性化教育生態體系。”
● 教學環境：從“標準化工廠”到“個性化農莊”
傳統的課堂教學是將年齡和知識程度相近的學生編成固定人數的班級，按照統一的教學大綱規定教學內容，依據固定的時間表向全體學生授課，並按照統一的標準進行考試評價。基於人工智能的教學則能感知學習情景，識別學習者特徵，提供精準學習資源與互動工具，自動記錄學習過程，實時評測學習成果並反饋建議，以促進學習者進行個性化學習或探索。
如果把傳統的教學環境比喻成“標準化工廠”，那麼，基於人工智能、物聯網等技術的教學環境就是“個性化農莊”，從標準化的集體授課空間變成個性化的學習探索空間，從相互分割的物理空間變成全面感知的智慧空間。一是基於各類智能設備識別溫度、光線、聲音、圖像等信息，監測並自動調節相關參數和設備，保障系統智能、高效運行，創設綠色、安全的教學環境；二是基於人臉識別、語音識別、自然語言處理、情境感知等技術捕獲學習者的動作、行為、情緒等信息，感知學習狀態、記錄學習過程、提供診斷報告，支持線上線下一體化、課內課外一體化、虛擬現實一體化的全場景教學應用，實現教與學過程中的智能決策、學習資源的智能推送、教學效果的智能評價；三是基於人與人、人與物、物與物之間信息數據的連通、匯聚與交換，形成學生、班級、年級、學校級數據體系，生成可視化報告，為教育教學提供參考依據。
日本東洋大學東京赤羽臺校區花費120 億日元打造“21 世紀智慧校園”，內部空間設計和課程體現徹底的“無紙化”思想， 試圖營造出一個“不會寫程序就無法生活”的校園環境。英國斯泰福廈大學（Staffordshire University） 的人工智能教育工具Beacon，是第一個在英國大學內運行的數字化助理，它能夠全天候待命，回答學生提出的課程時間安排、參加社團活動建議、申請免除市政稅、訂製新的學生卡、與講師溝通等各種問題。中國安徽蚌埠第二中學的“智慧課堂”平臺，利用學習數據分析、課堂即時評價和智能推送等技術，以微課程為核心資源，按照“雲端建構、 先學後教、以學定教、智慧發展”的實踐思路，總結形成了“4+N”（“4”是指智慧課堂的共性特徵， 即教學決策數據化、評價反饋即時化、交流互動立體化、資源推送智能化，“N”是指各個學科智慧課堂的個性化特徵） 的智慧課堂特點與應用優勢。
● 教學方式：從“以教定學”到“以學定教”
傳統課堂因標準化的教學預設、形式化的提問交流、單調滯後的評價反饋，常常為人詬病。人工智能時代的教學依據建構主義、 連通主義等學習理論，基於“情境”“協作”“會話”和“意義建構”開展協作式、探究式、體驗式學習，基於人工智能技術記錄、跟蹤、反饋學習行為數據並給出個性化建議，把學習的主動權還給學生，充分發揮學生的積極性、主動性和創造性，讓學生願學、樂學、會學，教師也從知識的傳授者、灌輸者轉變為學習的組織者、促進者。基於人工智能的自適應學習系統通過預設的知識圖譜和行為數據為學生“畫像”，通過“生成內容—診斷評測—獲取數據—分析反饋”不斷優化迭代，識別學生的知識水平和個性化學習需求，為學生匹配最佳學習路徑，智能化推送“所得即所需”的學習資源，幫助學生和教師對症下藥、精準施策，減少無效學習時間，提升學習效率，提高教學的個性化、精準化水平。
可汗學院的“學習儀表盤”集學習、分析、評價、反饋等多重功能於一身，知識被精細切割成“納米級”知識點，每個知識點都有視頻講解和 5~10個在線測試題，學生可以自主選擇個性化的學習材料，並接收自適應學習系統的反饋數據。科大訊飛公司研發的“個性化學習手冊”，基於學生的日常學業大數據對學情進行記錄、診斷、分析，形成個人“畫像”，針對不同類型的學生、不同錯題產生的原因，推薦相對應的糾錯變式練習。學習評價方面，基於手寫識別、自然語言理解、智能評測等人工智能技術研發的作文批改機器人、智能評卷系統、聽說考試訓練系統等已廣泛應用於各類考試評價場景。國家普通話水平測試已在全國範圍內採用智能測試系統，廣東省、上海市在高考英語聽說考試中引入智能評卷系統，進行英語口語考試的評分。
● 教師角色：從“知識傳授者”到“靈魂工程師”
英國廣播公司基於牛津大學研究者的數據體系，預測 2040年365種職業的被淘汰率，其中，電話推銷員、打字員、會計的被淘汰率分別為 99%、98.5%、97.6%，而教師的被淘汰率僅為0.4%。人類教師擁有難以被人工智能教師簡單替代的獨特性，但這並不意味著人類教師可以高枕無憂。未來，傳統的備課、 課堂講授、答疑輔導、作業批改等環節不必是教師的專屬。
北京師範大學餘勝泉教授分析了未來人工智能教師可能承擔的12種角色， 即“可自動出題和自動批閱作業的助教、學習障礙自動診斷與反饋的分析師、問題解決能力測評的素質提升教練、學生心理素質測評與改進的輔導員、體質健康監測與提升的保健醫生、反饋綜合素質評價報告的班主任、 個性化智能教學的指導顧問、學生個性化問題解決的智能導師、學生成長髮展的生涯規劃師、精準教研中的互助同伴、 個性化學習內容生成與匯聚的智能代理、數據驅動的教育決策助手。”美國佐治亞理工學院 Ashok Goel教授，藉助 IBM的 Watson人工智能系統創建了在線機器人Jill Watson，並將其作為課程教學助理，幫助教師回答學生通過在線論壇提出的問題， 正確率達到 97%。公司 Scott R. Parfitt 博士研發的備課機器人，根據教學目標、教學重難點、學生學情等信息，在學科知識庫中進行資源搜索與整合，教師導入教學大綱，CTI的人工智能引擎能自動填充教科書的核心內容，教師根據所教班級的學生特點與自己的教學習慣對教案、課件、習題稍作調整，即可應用於教學。
人工智能可以進一步釋放教師的生產力，幫助教師從標準化、程序化、機械化的重複性勞動中解脫出來，為教師的專業發展提供“自由的時間”和“可能的空間”，但是，教育畢竟是“人的靈魂的教育，而非理智知識和認識的堆積”。冰冷的機器無法感知人性的溫度，我們不能把機器製造得越來越像人，卻把人培養得越來越像機器。今天的教師若不生活在未來，未來的學生將可能活在過去。人工智能不會取代教師，但使用人工智能的教師將會取代不使用人工智能的教師，未來將是人類教師與人工智能教師協同共生的時代。
在人工智能時代，教師“教”的功能弱化，“育”的功能強化；“經師”的功能弱化，“人師”的功能強化；“知識傳授者”的功能弱化，“靈魂工程師”的功能強化。教師的能力結構也將解構與重構，更加聚焦於品德養成、性格塑造、人際交往、批判意識、創新思維、審美素養等“人”的教育活動，促進“人”的個性解放、主體躍升和智慧成長，教師轉變為創新支持者、活動設計者、溝通協調者、技術擁抱者，與人工智能教師協作，幫助學生精準學習，實現真正意義上的因材施教。
● 教育管理：從“錐形結構”到“扁平結構”
傳統教育管理為金字塔式的科層制組織系統，基於完全理性假設、中立人行動假設和一元制權力支配假設，信息傳遞效率低、失真率高，信息監測成本高、糾錯難度大，束縛了教育主體的自主性和創造性，難以應對人工智能時代的教育管理需求。人工智能具備深度學習自主建模能力、人機交互的情感理解與表達能力以及模擬人類決策的專家系統，可以為信息傳輸、複雜情境識別、決策方案制定提供技術支持，促進教育管理從科層組織走向彈性組織，從“錐形結構”走向“扁平結構”，從管理本位走向服務本位，使其更加靈活、敏捷，更加富有彈性與創造力。
一是建立智能學情監測與教育評價體系，開展教學過程監測、學情分析和學業水平診斷，構建技術賦能的智能化、個性化校園管理環境， 打破“千校一面”的局面，加速數字校園向智慧校園轉變。二是藉助人工智能技術變革學校管理體制，落實學校在教師評聘、經費使用、課程安排、育人方式等方面的自主權，建立普通師生、家長、社區以及相關利益方參與學校管理的機制。三是開展前瞻性教育管理研究，藉助智能化搜索引擎，檢索主題性關鍵信息，模擬學校佈局、教育投入、人口變化、就業形勢等動態信息，以更廣泛的人機交互模式代替傳統的臆斷式決策模式，提升區域教育治理與宏觀決策水平。例如，皮爾森教育公司開發的“學習曲線在線學習數據庫”，部署交互式數據可視化網絡，利用自動算法系統進行數據痕跡跟蹤，構建數據與算法驅動的教育管理技術平臺，系統識別應答模糊任務，自主適應複雜教育情境。百度公司開發的百度教育大腦針對學生、教師、校長推出不同的系統界面，為學生和教師提供海量優質資源、專業知識圖譜、智能交互教學服務，校長則可以登錄管理者界面，基於人工智能助手適時評估，以輔助決策。
當前，人工智能的應用與發展還面臨安全、倫理、隱私、規範、標準等諸多問題，但是，經歷了農業時代的個性化精英教育階段和工業時代的集體性大眾教育階段，人工智能時代的個性化大眾教育階段已迎面而來。隨著納米技術、基因技術、腦機接口技術等與人工智能技術的整合，倘若機器在算法心智的基礎上，進一步擁有自主心智和反省心智，有可能進一步促進人機一體、意識傳導、人和機器的共生演化。以色列尤瓦爾·赫拉利教授在《未來簡史》 中指出，人工智能時代人類將出現“無用階級”。美國邁克斯·泰格馬克教授在《生命 3.0：人工智能時代人類的進化與重生》一書中指出，以人工智能為代表的科技階段，生命不僅可以自行設計軟件，還可以自行設計硬件，由碳基生命變為硅基生命，最終擺脫進化的枷鎖。那時，教育如何演變與發展，將是一個更加令人期待的話題。
文章來源丨刊發於《中國教師》雜誌2019年第7期
作者系國家新聞出版署出版融合發展<北師大出版社>重點實驗室主任、京師訊飛公司董事長
本期編輯丨shalee
主管：中華人民共和國教育部
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編輯：《中國教師》編輯部
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當前，人工智能已進入“大航海時代”，成為科技創新的“超級風口”。習近平總書記強調：“人工智能是新一輪科技革命和產業變革的重要驅動力量，加快發展新一代人工智能是事關我國能否抓住新一輪科技革命和產業變革機遇的戰略問題。”在移動互聯網、大數據、超級計算、傳感網、腦科學等新理論、新技術的驅動下，人工智能正在“重構生產、分配、交換、消費等各環節，形成從宏觀到微觀各領域的智能化新需求，催生新技術、新產品、新產業、新業態、新模式，引發經濟結構重大變革，深刻改變人類生產生活方式和思維模式”。而人工智能及其在教育領域的應用現狀如何？人工智能時代教學環境、教學方式、教師角色、 教育管理將會發生怎樣的變化？筆者結合實際案例，從產業應用視角做簡要闡釋。
一、人工智能概述
人工智能是研究開發能模擬、延伸和擴展人類智能的理論、方法、技術及應用系統的技術科學。1956年夏，麥卡錫、明斯基等科學家在美國達特茅斯學院研討“如何用機器模擬人的智能”，首次提出“人工智能”（Artificial Intelligence， AI） 概念，開創了人工智能研究領域。人工智能概念提出後， 機器定理證明、跳棋程序等研究成果相繼問世，掀起人工智能發展的第一個高潮。20世紀70年代初至80年代中期，美國、日本、英國等國家相繼設立大型人工智能研究項目， 成功解決醫療、化學、地質等特定領域的部分問題，推動人工智能進入應用發展的高潮。21世紀至今，隨著大數據、雲計算、移動互聯網等信息技術及以深度神經網絡為代表的技術的飛躍式發展，人工智能在算法、 算力（運算能力）和算料（數據）方面均取得重大突破， 在語音識別、人機對弈、無人駕駛、智能搜索等領域已經實現了從“不可用”到“可以用”的歷史性跨越。2016年，Alpha Go戰勝世界圍棋冠軍李世石引發關注熱潮，美國、英國、中國相繼發佈國家層面的人工智能發展規劃，人工智能迎來爆發式增長。
產業應用方面，微軟、英特爾、甲骨文、IBM等傳統信息產業代表企業，谷歌、蘋果、亞馬遜、阿里巴巴、騰訊、百度等互聯網和移動互聯網時代信息產業代表企業，紛紛佈局人工智能產業生態。製造、醫療、交通、零售、金融、家居等場景應用如雨後春筍，令人目不暇接。據中國信息通訊研究院數據研究中心實時監測數據顯示，2018年上半年，全球共監測到人工智能企業4998家，其中， 美國 2039家、中國（不含港澳臺地區）1040家、英國392家，位居前三；北京、舊金山和倫敦則是全球人工智能企業數量排名前三的城市，分別有 412家、289家和 275家。麥肯錫公司2018年的研究報告預測，到2030年，約 70%的公司將至少採用一種形式的人工智能，人工智能新增經濟規模將達到 13萬億美元。我國發布的《新一代人工智能發展規劃》 提出，到2030年，人工智能核心產業規模超過 1萬億元，帶動相關產業規模超過10萬億元。
二、人工智能促進教育發展的核心價值
教育是人工智能的重要應用領域，人工智能在教育行業的滲透，使教育開始向智能教育新形態邁進，助力教育技術、模式、結構變革，提升教育服務的個性化、精準化、智能化水平。正如教育部陳寶生部長在 2019北京國際人工智能與教育大會的報告中指出：“人工智能是實現教育生態重構的有效手段，人工智能技術在教育中的深度廣泛應用，將徹底改變教育的時空場景和供給水平，將實現信息共享、數據融通、業務協同、智能服務， 推動教育整體運作流程改變，使規模化前提下的個性化和多元化教育成為可能，進而構建出一種新的靈活、 開放、 終身的個性化教育生態體系。”
● 教學環境：從“標準化工廠”到“個性化農莊”
傳統的課堂教學是將年齡和知識程度相近的學生編成固定人數的班級，按照統一的教學大綱規定教學內容，依據固定的時間表向全體學生授課，並按照統一的標準進行考試評價。基於人工智能的教學則能感知學習情景，識別學習者特徵，提供精準學習資源與互動工具，自動記錄學習過程，實時評測學習成果並反饋建議，以促進學習者進行個性化學習或探索。
如果把傳統的教學環境比喻成“標準化工廠”，那麼，基於人工智能、物聯網等技術的教學環境就是“個性化農莊”，從標準化的集體授課空間變成個性化的學習探索空間，從相互分割的物理空間變成全面感知的智慧空間。一是基於各類智能設備識別溫度、光線、聲音、圖像等信息，監測並自動調節相關參數和設備，保障系統智能、高效運行，創設綠色、安全的教學環境；二是基於人臉識別、語音識別、自然語言處理、情境感知等技術捕獲學習者的動作、行為、情緒等信息，感知學習狀態、記錄學習過程、提供診斷報告，支持線上線下一體化、課內課外一體化、虛擬現實一體化的全場景教學應用，實現教與學過程中的智能決策、學習資源的智能推送、教學效果的智能評價；三是基於人與人、人與物、物與物之間信息數據的連通、匯聚與交換，形成學生、班級、年級、學校級數據體系，生成可視化報告，為教育教學提供參考依據。
日本東洋大學東京赤羽臺校區花費120 億日元打造“21 世紀智慧校園”，內部空間設計和課程體現徹底的“無紙化”思想， 試圖營造出一個“不會寫程序就無法生活”的校園環境。英國斯泰福廈大學（Staffordshire University） 的人工智能教育工具Beacon，是第一個在英國大學內運行的數字化助理，它能夠全天候待命，回答學生提出的課程時間安排、參加社團活動建議、申請免除市政稅、訂製新的學生卡、與講師溝通等各種問題。中國安徽蚌埠第二中學的“智慧課堂”平臺，利用學習數據分析、課堂即時評價和智能推送等技術，以微課程為核心資源，按照“雲端建構、 先學後教、以學定教、智慧發展”的實踐思路，總結形成了“4+N”（“4”是指智慧課堂的共性特徵， 即教學決策數據化、評價反饋即時化、交流互動立體化、資源推送智能化，“N”是指各個學科智慧課堂的個性化特徵） 的智慧課堂特點與應用優勢。
● 教學方式：從“以教定學”到“以學定教”
傳統課堂因標準化的教學預設、形式化的提問交流、單調滯後的評價反饋，常常為人詬病。人工智能時代的教學依據建構主義、 連通主義等學習理論，基於“情境”“協作”“會話”和“意義建構”開展協作式、探究式、體驗式學習，基於人工智能技術記錄、跟蹤、反饋學習行為數據並給出個性化建議，把學習的主動權還給學生，充分發揮學生的積極性、主動性和創造性，讓學生願學、樂學、會學，教師也從知識的傳授者、灌輸者轉變為學習的組織者、促進者。基於人工智能的自適應學習系統通過預設的知識圖譜和行為數據為學生“畫像”，通過“生成內容—診斷評測—獲取數據—分析反饋”不斷優化迭代，識別學生的知識水平和個性化學習需求，為學生匹配最佳學習路徑，智能化推送“所得即所需”的學習資源，幫助學生和教師對症下藥、精準施策，減少無效學習時間，提升學習效率，提高教學的個性化、精準化水平。
可汗學院的“學習儀表盤”集學習、分析、評價、反饋等多重功能於一身，知識被精細切割成“納米級”知識點，每個知識點都有視頻講解和 5~10個在線測試題，學生可以自主選擇個性化的學習材料，並接收自適應學習系統的反饋數據。科大訊飛公司研發的“個性化學習手冊”，基於學生的日常學業大數據對學情進行記錄、診斷、分析，形成個人“畫像”，針對不同類型的學生、不同錯題產生的原因，推薦相對應的糾錯變式練習。學習評價方面，基於手寫識別、自然語言理解、智能評測等人工智能技術研發的作文批改機器人、智能評卷系統、聽說考試訓練系統等已廣泛應用於各類考試評價場景。國家普通話水平測試已在全國範圍內採用智能測試系統，廣東省、上海市在高考英語聽說考試中引入智能評卷系統，進行英語口語考試的評分。
● 教師角色：從“知識傳授者”到“靈魂工程師”
英國廣播公司基於牛津大學研究者的數據體系，預測 2040年365種職業的被淘汰率，其中，電話推銷員、打字員、會計的被淘汰率分別為 99%、98.5%、97.6%，而教師的被淘汰率僅為0.4%。人類教師擁有難以被人工智能教師簡單替代的獨特性，但這並不意味著人類教師可以高枕無憂。未來，傳統的備課、 課堂講授、答疑輔導、作業批改等環節不必是教師的專屬。
北京師範大學餘勝泉教授分析了未來人工智能教師可能承擔的12種角色， 即“可自動出題和自動批閱作業的助教、學習障礙自動診斷與反饋的分析師、問題解決能力測評的素質提升教練、學生心理素質測評與改進的輔導員、體質健康監測與提升的保健醫生、反饋綜合素質評價報告的班主任、 個性化智能教學的指導顧問、學生個性化問題解決的智能導師、學生成長髮展的生涯規劃師、精準教研中的互助同伴、 個性化學習內容生成與匯聚的智能代理、數據驅動的教育決策助手。”美國佐治亞理工學院 Ashok Goel教授，藉助 IBM的 Watson人工智能系統創建了在線機器人Jill Watson，並將其作為課程教學助理，幫助教師回答學生通過在線論壇提出的問題， 正確率達到 97%。公司 Scott R. Parfitt 博士研發的備課機器人，根據教學目標、教學重難點、學生學情等信息，在學科知識庫中進行資源搜索與整合，教師導入教學大綱，CTI的人工智能引擎能自動填充教科書的核心內容，教師根據所教班級的學生特點與自己的教學習慣對教案、課件、習題稍作調整，即可應用於教學。
人工智能可以進一步釋放教師的生產力，幫助教師從標準化、程序化、機械化的重複性勞動中解脫出來，為教師的專業發展提供“自由的時間”和“可能的空間”，但是，教育畢竟是“人的靈魂的教育，而非理智知識和認識的堆積”。冰冷的機器無法感知人性的溫度，我們不能把機器製造得越來越像人，卻把人培養得越來越像機器。今天的教師若不生活在未來，未來的學生將可能活在過去。人工智能不會取代教師，但使用人工智能的教師將會取代不使用人工智能的教師，未來將是人類教師與人工智能教師協同共生的時代。
在人工智能時代，教師“教”的功能弱化，“育”的功能強化；“經師”的功能弱化，“人師”的功能強化；“知識傳授者”的功能弱化，“靈魂工程師”的功能強化。教師的能力結構也將解構與重構，更加聚焦於品德養成、性格塑造、人際交往、批判意識、創新思維、審美素養等“人”的教育活動，促進“人”的個性解放、主體躍升和智慧成長，教師轉變為創新支持者、活動設計者、溝通協調者、技術擁抱者，與人工智能教師協作，幫助學生精準學習，實現真正意義上的因材施教。
● 教育管理：從“錐形結構”到“扁平結構”
傳統教育管理為金字塔式的科層制組織系統，基於完全理性假設、中立人行動假設和一元制權力支配假設，信息傳遞效率低、失真率高，信息監測成本高、糾錯難度大，束縛了教育主體的自主性和創造性，難以應對人工智能時代的教育管理需求。人工智能具備深度學習自主建模能力、人機交互的情感理解與表達能力以及模擬人類決策的專家系統，可以為信息傳輸、複雜情境識別、決策方案制定提供技術支持，促進教育管理從科層組織走向彈性組織，從“錐形結構”走向“扁平結構”，從管理本位走向服務本位，使其更加靈活、敏捷，更加富有彈性與創造力。
一是建立智能學情監測與教育評價體系，開展教學過程監測、學情分析和學業水平診斷，構建技術賦能的智能化、個性化校園管理環境， 打破“千校一面”的局面，加速數字校園向智慧校園轉變。二是藉助人工智能技術變革學校管理體制，落實學校在教師評聘、經費使用、課程安排、育人方式等方面的自主權，建立普通師生、家長、社區以及相關利益方參與學校管理的機制。三是開展前瞻性教育管理研究，藉助智能化搜索引擎，檢索主題性關鍵信息，模擬學校佈局、教育投入、人口變化、就業形勢等動態信息，以更廣泛的人機交互模式代替傳統的臆斷式決策模式，提升區域教育治理與宏觀決策水平。例如，皮爾森教育公司開發的“學習曲線在線學習數據庫”，部署交互式數據可視化網絡，利用自動算法系統進行數據痕跡跟蹤，構建數據與算法驅動的教育管理技術平臺，系統識別應答模糊任務，自主適應複雜教育情境。百度公司開發的百度教育大腦針對學生、教師、校長推出不同的系統界面，為學生和教師提供海量優質資源、專業知識圖譜、智能交互教學服務，校長則可以登錄管理者界面，基於人工智能助手適時評估，以輔助決策。
當前，人工智能的應用與發展還面臨安全、倫理、隱私、規範、標準等諸多問題，但是，經歷了農業時代的個性化精英教育階段和工業時代的集體性大眾教育階段，人工智能時代的個性化大眾教育階段已迎面而來。隨著納米技術、基因技術、腦機接口技術等與人工智能技術的整合，倘若機器在算法心智的基礎上，進一步擁有自主心智和反省心智，有可能進一步促進人機一體、意識傳導、人和機器的共生演化。以色列尤瓦爾·赫拉利教授在《未來簡史》 中指出，人工智能時代人類將出現“無用階級”。美國邁克斯·泰格馬克教授在《生命 3.0：人工智能時代人類的進化與重生》一書中指出，以人工智能為代表的科技階段，生命不僅可以自行設計軟件，還可以自行設計硬件，由碳基生命變為硅基生命，最終擺脫進化的枷鎖。那時，教育如何演變與發展，將是一個更加令人期待的話題。
文章來源丨刊發於《中國教師》雜誌2019年第7期
作者系國家新聞出版署出版融合發展<北師大出版社>重點實驗室主任、京師訊飛公司董事長
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