原文刊载于《中国教育信息化》2024年第9期（第30卷，总第540期），P3-8.人工智能如何赋能教育
李志民
摘要：人工智能作为21世纪最重要的技术创新之一，正在深刻影响着各行各业，教育领域也不例外。人工智能的介入，不仅为教育内容、教学方法上带来了变革，更在教育模式、教育管理、教育思想等多个方面引发深远的影响。首先，人工智能重塑教育核心要素，教师、学生、教育内容、教育技术四大环节各自与人工智能相结合，都可对教育产生巨大推动力；其次，人工智能引领教育形态的深度转变，传统教育形态中的标准化教材、被动式学习、讲授—练习模式等，都可以被以人工智能为基础的启发式主动学习取代，学校教育将逐渐打破传统班级概念，转变为因材施教的个性化学习机构；最后，人工智能对教育领域的革新是全方位的，涵盖了教育质量、教育公平、教育创新、教育渠道拓展等多个方面，同时推动了教育理论创新，使教育理论更加贴合教师和学生的实际需求，提高教学效果和学习效率，助力培养更加全面发展的人才。关键词：人工智能；教育数字化；个性化学习；数字鸿沟；翻转课堂
在全球信息化浪潮的推动下，人工智能（Artificial Intelligence）正逐步渗透到各行各业，教育领域也在这场技术变革中迎来了前所未有的变化。从深度重塑传统教育模式，到精心打造个性化学习路径，人工智能正引领着一场教育领域的深刻变革。众多知名高等教育机构纷纷将人工智能融入学科与专业建设，此举不仅引发了社会的广泛关注与热烈讨论，更预示着教育领域将迈向一个新的高度。 人工智能的快速发展将对教育领域产生深远影响，为教育诸多环节带来前所未有的变革。教育研究者认为教育的四大要素分别是：教育者、受教育者、教育内容和教育手段（又称教育物质）。通俗地讲，教师、学生、教育内容以及教育技术四大环节各自与人工智能相结合，都可赋能教育并产生巨大推动力。 一般认为，人工智能在教育中有以下几个应用方向：一是个性化学习。人工智能可以根据学生的学习习惯和能力提供定制化的学习计划。二是智能辅导。人工智能教师或虚拟助教可以提供7×24小时的学习支持，一对一全程个性化辅导，并代替教师完成课堂规划、批阅试卷、日常文书等工作。[1]三是自适应学习。信息系统可以通过分析学生的表现数据，帮助教师了解学生目前的学习水平与状态，实时调整教学内容和难度，帮助其实现差异化自主学习。四是互动性和游戏化。人工智能可以使学习过程更加互动和有趣，提高学生的参与度和兴趣。 以上这些应用充分说明了教育者的改变之大。与此同时，人工智能为教师提供了丰富的教学资源和先进的教学工具，如智能备课系统和在线学习平台，这些创新工具极大地减轻了教师的备课负担，提高了教学效率。[2]借助人工智能，教师可以迅速整合各类教学资源，为学生提供更加全面、系统和个性化的知识。人工智能生成内容（Artificial Intelligence Generated Content, AIGC）能够根据教学目标和教学大纲，智能生成教学内容、计划和课程材料，从而加快课程设计过程，为教师腾出更多时间来关注教育质量和教学效果。在人工智能的辅助下，教师角色从单纯的知识传递者，转变为学生学习过程中的引导者和协作者，更多地关注学生的学习过程，引导学生自主学习、探究学习，并着力培养他们的创新能力和思辨性思维。 人工智能的一个显著优势是能够根据每个学生的特点和需求提供个性化学习体验。传统教育模式往往以教师为中心，教学内容和进度难以满足每个学生的个体差异。而人工智能通过分析学生的学习数据，能够为学生量身定制学习计划，推荐最适合的学习资源，甚至预测学生的学习难点和未来表现。例如，可汗学院等在线教育平台利用人工智能分析学生的学习轨迹，针对性地提供习题和课程内容，帮助学生弥补知识漏洞，提高学习效率。 可汗学院创始人萨尔曼·可汗（Salman Khan）的新书《人工智能将如何彻底改变教育》（How AI Will Revolutionize Education），通过可汗学院网站和基于大模型的Khanmigo APP的实践，系统展望了未来教育的可能方向。[3]上千年前，教育工作者就知道一对一教育和因材施教是学习的最佳方式。萨尔曼·可汗在书中引用了教育学家布鲁姆（Bloom）的观点：如果一个学生与导师一起掌握一个主题或技能，这个学生将从第50百分位数提高到大约第96百分位数。 然而，问题随之出现。现有的教育体系无法以这种方式扩大小组教学规模，使大多数学生实现进步。中产阶级或富裕家庭通常靠个性化辅导来解决这个问题。但是人工智能的发展，兼具无穷的知识、超越一般人性的包容度、与学生建立平等融洽关系的能力，以及触手可及的访问。萨尔曼·可汗的理想是用可汗学院来确保学生具备必要的核心背景、技能和知识，继而，基于GPT的Khanmigo APP利用大部分课堂时间，通过苏格拉底式的对话、辩论和模拟来进行深入学习。[3] 对于学生而言，人工智能提供了个性化的学习路径和丰富的学习资源，使学习变得高效而有趣。学生可以根据自己的学习进度和兴趣自主选择学习内容，实现真正的个性化学习。智能反馈系统能够及时纠正学生学习过程中的错误，提升他们的学习效果，使学习变得更加轻松愉快。人工智能还为学生创造了多彩的学习体验，如提供在线互动游戏和学习社区等互动学习方式，使学习充满乐趣和挑战性。 在教育内容方面，人工智能的个性化学习分析功能能够实时跟踪和分析学生的学习内容和效果，帮助教师更准确地把握学生的学习状态，发现学习难点与需求，从而及时调整和优化教学内容，使其更加符合学生需求和时代发展。人工智能还能够打破传统教育的局限，通过引入虚拟现实、增强现实等技术，为学生提供更加真实、直观的学习场景，加深对知识的理解和记忆。人工智能还可以推动教育内容的创新，如开发智能教材、在线课程等，为学生提供更加多样化、个性化的学习内容选择。 在教育技术的升级和发展方面，智能教室、在线教学平台等技术的应用，提高了教育的效率和便捷性。人工智能的普及还促进了教育资源的均衡分配，使更多学校和学生能够享受到优质的教育资源和服务。人工智能也推动了教育技术的创新，如开发新的教学工具、优化学习算法等，为教育发展注入了新的活力。[1]美国教育家约翰·杜威（John Dewey）和他的学生陶行知有两句名言，阐述了教育的本质：“教育即生活，学校即社会”“生活即教育，社会即学校”。学校（或者广义的教育系统）的机制其实很像大模型，本质是靠高度压缩的信息去训练，激发人的智能。因此，掌握知识并非目的，而是过程。更重要的能力是建立通识框架，知道如何随时找到需要的知识，并与通识框架相结合，合成新的知识。
与之类似，大模型架构中，智能与知识的结合互动也是大势所趋，且为更高效的做法。传统教育形态中的标准化教材、被动式学习、讲授—练习模式等，都可以被以人工智能为基础的启发式主动学习取代。未来有可能形成以学生为中心，在人工智能全程辅助下的探究式学习。 近年来，“翻转课堂”（Flipped Classroom）是贯彻这一理念较为成功的尝试。“翻转课堂”指让学生按照自己的学习进度在家中听课，然后在课堂上与教师和同学一起解决疑问。这种教学模式突破了传统的一对多的教学方式，强调学生的主动参与和合作学习。这种方式中，教师不再是单纯的灌输者，而是与学生共同探讨问题、解决困难，建立起师生之间更加平等、密切的关系。这种转变促进了师生之间更深层次的交流和理解，有助于激发学习兴趣和培养自主学习能力。 人工智能对教育形态的影响深远而显著，尤其是在学校教育领域。借助智能算法和大数据分析，人工智能能够精准评估学生的学习风格、兴趣和能力，为他们量身定制学习计划和资源。这种方式不仅极大地激发了学生的学习动力，也使他们能够更高效地掌握知识。人工智能能够实时跟踪学生的学习进度，提供即时的反馈和指导，帮助学生及时纠正错误并不断进步。由此，学校教育将逐渐打破传统的班级概念，转变为因材施教的个性化学习机构。 一方面，人工智能极大地丰富了学校的教学资源。网络爬虫、自然语言处理等技术的应用，使人工智能能够自动搜集、整理和分析各种优质教学资源，如教材、课件、练习题等，为教师提供多样化的教学素材。这种方式不仅提升了教学质量，也为学生提供了更多的学习内容和方式选择。学校将逐渐演变为各具特色的教育资源共享平台。 另一方面，人工智能可以实现自动化评估与反馈，大大提高评估的效率和准确性，减少了教师的工作量。例如，AIGC可以利用自然语言处理、图像识别等技术，自动快速批改学生的作业、论文和试卷，并给出详细的分级和建议。这种方式有助于为学生提供更加及时、全面的反馈，帮助其更好地了解学习进度和效果。[1]学校有可能逐步演变为靠政府授权的检测和评估学生知识掌握程度、能力水平的机构。 人工智能正在改变数字时代学生的学习方式。通过使用机器学习推荐系统，人工智能驱动的工具可以跟踪学习进度并提供个性化的学习体验，并相应地调整任务或游戏，使其更具挑战性或更简单。虚拟学习的改进和游戏化，以及将游戏元素融入学习活动，可以大大增强学生的学习体验，使其更加互动、愉快和个性。“多邻国（Duolingo）”是“人工智能辅助学习应用程序+游戏化”的一个很好例子，其针对薄弱环节提供重定向学习练习，并融入一些游戏化元素，如在不同的里程碑上可以获得徽章。 在互联网的基础上，人工智能通过在线学习平台、虚拟课堂等形式，使学生能够在任何时间、任何地点进行学习。这种方式提高了学习的灵活性和便利性，也为学生提供了更广阔的学习空间。人工智能还能根据学生的学习进度和兴趣，为他们推荐适合的在线课程和学习资源，使学习更加个性化和高效。这将使来学校围墙逐渐瓦解，学校的概念也将逐渐淡化。[4] 此外，在人工智能的推动下，教师角色也发生了转变。教师不再只是知识的传授者，也成为学生学习的引导者和协作者。教师可以利用人工智能提供的教学资源和工具，更加高效地进行教学设计、授课和评估。这不仅提升了教师的教学效率，也使教学更加精准、有效。而能够熟练应用人工智能并取得良好教学效果的教师，甚至可能不再隶属于任何学校，成为自由职业者。[2] 人工智能对教育领域的影响是全方位的，涵盖教育质量、教育公平、教育创新、教育渠道拓展等多个方面，推动了教育理论的创新。 一是人工智能可以为每个学生量身定制学习计划，彻底解决了工业社会教育体系难以实现的因材施教问题。人工智能自动化评估系统能够迅速、准确地评估学生的学习效果，为教师提供数据支持，进一步优化教学策略，并为招生选拔提供公平客观的数据支撑，可以改变目前“一考定终身”的尴尬局面。 二是人工智能使偏远地区的学生能够通过网络平台接触到优质教育资源。智能推荐系统能够根据学生的学习需求和兴趣，为其推荐适合的学习资源，实现教育资源的平等获取。人工智能还能够为特殊需求学生提供个性化的辅助和支持，如为语言学习障碍者提供语言翻译系统，以改善他们的学习体验，进一步促进教育公平。 三是人工智能推动教育创新。一方面，人工智能促进教学方法的创新，使教学过程更加生动、直观，提高了学生的学习兴趣和参与度。由此可见，新的教育教学方式将层出不穷，为学生提供更加多样化的学习体验。另一方面，人工智能推动教育内容的创新，通过跨学科融合和跨界合作，为学生提供更加丰富、多元的学习内容。例如，人工智能与编程教育结合培养学生的逻辑思维和创新能力，为其未来职业发展奠定了坚实的基础。[4] 当前，虚拟现实（Virtual Reality）和增强现实（Augmented Reality）技术的应用，为教育提供了全新可能。通过虚拟现实和增强现实技术的应用，学生可以在虚拟环境中进行实地考察、实验操作和互动学习，极大地增强学习的沉浸感和体验感。例如，医学教育中，学生可以通过虚拟现实技术进行虚拟解剖实验，了解人体结构；历史教育中，学生可以通过增强现实技术“亲身”体验历史事件的发生过程。这些技术的应用，不仅丰富了教学手段，还激发了学生的学习兴趣和探索欲。[5] 四是人工智能拓展教育渠道，使学习变得更加灵活、便捷。在线学习平台、移动学习应用程序、社交媒体、在线社区等为学生提供交流、分享和学习的新渠道，促进师生之间和学生之间的互动和合作。人工智能还支持远程教育和在线辅导等新兴教育形式的发展，为更多人提供接受高质量教育的机会。 五是人工智能推动智能校园建设。通过物联网技术，校园中的各类设备和设施可以实现互联互通，形成智能化的管理系统。智能校园不仅能够提高管理效率，节约资源，还能够为师生提供更加安全和舒适的学习环境。例如，在智能教室中，通过应用人工智能，可以实现自动调节灯光、温度和空气质量，创建适宜的学习环境；在校园安全管理方面，通过人脸识别技术，可以实现校园的智能安防，确保师生安全。 六是人工智能驱动的工具正在彻底改变学校管理行政任务和教师自动处理日常工作量的方式。通过使用机器学习算法，这些工具可以简化行政工作，减少教师用在行政任务上的时间。对于管理人员而言，人工智能驱动的工具能自动完成学生注册和成绩单生成等任务，从而改善学校的工作。这种方式有助于减少错误，提高效率，让学校更好地管理资源，集中精力为学生提供优质教育。对于教师而言，人工智能驱动的工具能帮助教师自动执行重复性任务，如考勤、向学生发送提醒信息和安排日常日程。这种方式不仅可以节省时间，还能确保行政工作准确高效地完成。[2] 综上，人工智能与教育的深度融合必然会推动教育理论的创新。从个性化教学条件到利用数据科学指导教学实践，再到强化实践性教学和关注学生情感教育，以及根据学生学习反馈，动态调整教学内容等应用实践创新，都将推动新的教育理论形成。这些创新将使教育理论更加贴合教师和学生的实际需求，提高教学效果和学习效率，培养出更加全面发展的人才。 然而，教育工作者在享受人工智能带来的便利与机遇的同时，也必须正视其带来的风险和挑战。人工智能教育应用的开发和部署需要大量资金投入，并对师资队伍提出了更高要求。同时，学生隐私、数据安全等也是人工智能教育应用推广过程中必须重视的问题。[5] 人工智能正在深刻地改变着教育的方方面面。它不仅可以为教师提供强有力的教学工具，还可以为学习者打造个性化、高效率、跨越时空的学习环境。同时，人工智能也为丰富教育内容、提升教育评估科学性、实现教育管理智能化带来了质的飞跃。随着技术的不断成熟和教育实践的深入发展，人工智能在教育领域的应用将会更加广泛和深入，并将为推动教育公平、提升教育质量以及实现终身学习提供强大的技术支持，带来教育形态的深刻转变。 发展数字教育，推进教育数字化，进而加快实现教育现代化，是大势所趋、发展所需，也是改革所向。人工智能在教育行业的应用，可以提升教育质量、促进教育公平、拓展教育渠道、支持终身学习，为教育事业的发展注入新的动力。教育数字化转型是一个长期而复杂的过程，需要政府、学校、教师、学生、家长等多方共同努力。基于此，需坚持以学生学习为中心，以提升教育质量为核心目标，才能推动教育数字化转型走向深入并取得实效。- 陈凯泉, 沙俊宏, 何瑶, 等. 人工智能2.0重塑学习的技术路径与实践探索—兼论智能教学系统的功能升级[J]. 远程教育杂志, 2017, 35(5):40-53.
- 曹如军. 人工智能时代教师教育培养目标: 坚守与变革[J]. 高教探索, 2021(1):51-56.
- 萨尔曼.可汗. 翻转课堂的可汗学院: 互联时代的教育革命[M]. 杭州: 浙江人民出版社, 2014.
- 李韧. 自适应学习: 人工智能时代的教育革命[M]. 北京: 清华大学出版社, 2018.
- 梁友明, 吴天生. 人工智能视域下的现代教育技术专业: 反思及学生能力思考[J].中国教育信息化, 2020(11):61-66.
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