人工智能、多层级教育改革与技术创新应用

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　　摘 要：在新技术时代快速发展与经济社会需求快速推动的双背景下驱动，信息技术，信息技术疾步迈向智能化阶段。人工智能作为信息技术发展的深层阶段，给各层级教育事业的发展带来了新的机遇和挑战。基于对人工智能相关概念的梳理，文章从技术延伸的维度回顾了人工智能三个阶段的发展历程。与此同时，从不同层级教育事业改革的路径选择出发，探讨了人工智能在中小学教育、高等教育和特殊教育领域中的技术应用，并针对人工智能在教育应用中存在的问题提出相应的解决方案。
　　关键词：人工智能;教育改革;技术创新
　　一、人工智能的发展沿革
　　“人工智能”（Artificial Intelligence）最初是由约翰.麦卡锡在1956年所提出的一种针对计算机应用于人类行为的智能模拟。通过经过近几年的发展，运算力、数据量和算法模型构成了人工智能的核心驱动力，共同为云计算、大数据分析和深度学习提供了强有力的工具支持（茹丽娜，2019;梁迎丽，2018）。人工智能在经历六十多年的改革创新，其技术得到发展和沉淀，日臻趋于成熟、完善。随着人工智能与语言学、仿生物学等领域的结合，其在实践应用范围也扩展到自动化程序设计、智能翻译系统、航天应用以及各阶段教育改革等领域。
　　（一）人工智能的起步阶段（1956-1980）
　　“人工智能”一词于1956年首次提出，它是“人工智能”这门新兴学科诞生的标志。上世纪70年代，人工智能由诞生到第一代机器人和智能软件的出现使得人工智能进入热潮，然而由于后期计算机计算能力、资金的限制，人工智能阶段逐渐走向寒冰时期。
　　（二）人工智能的推广阶段（1980-1990）
　　到九十年代中期开始，网络神经技术的发展以及人们对于人工智能技术的理性认识，人工智能步入平稳发展阶段。1997年IBM计算机系统“深蓝”战胜象棋冠军卡斯帕罗夫这一轰动事件再一次将公众视角转回人工智能领域。在这一阶段，人工智能技术冲破资金限制，软件技术得到提高，人工智能步入产业化。
　　（三）人工智能的技术深华阶段（2000s-至今）
　　2006年HintonTICUH “深度学习”的神经网络的出新、2011年美国苹果公司智能语音控制系统Siri问世，2012年谷歌公司无人驾驶汽车上路实验，使得人工智能技术得到发展性创新。2019年福建长乐举办的世界人工智能围棋大赛中“星阵”四站全胜，使得人工智能热潮迅速兴起。在这一阶段，深度学习被提及，语音和视觉系统实现突破，应用场景显著增多，人工智能进入一个前所未有的爆发期。
　　二、人工智能在教育领域中的技术应用
　　近年来，人工智能技术在智能图像识别、智能医疗技术、智能教育、5G网络等多领域方面应用进入红利期，其中最具有代表性是教育领域。同时政府加大对人工智能与教育的深度融合，编写和颁布了《中国智能教育发展方案》、《北京共识》等一系类方案和报告，大力促进教育领域的创新变革发展。
　　（一）中小学教育阶段人工智能的技术应用
　　1.走进人工智能课堂。日本研究院Hiroshi教授于2004年开发一名人形机器人Saya以接待员的身份在东京的一所小学教室内使用，Saya具有一系列舒展柔软的合成皮肤，具有喜怒哀乐的面部表情，同时可以利用多种语言呼唤学生姓名并给出基本的课堂控制命令（比如上课、坐下）。将机器人引入课堂不仅能够活跃课堂气氛、增添课程多样性，同时能够提高孩子的学习兴趣，提升学习效率。
　　2.构建智能教育系统。一般来说，中小学学校、教师以及学生在整个教学过程中会产生各种大量知识教育数据，如何将庞大的教育数据有效利用，就需要构建智能教育系统来进行操作。在中小学学校数据保障及系统安全上，针对学生和家长的需求和密码等级设定不同权限级别，通过利用手机等终端，可以登錄系统对有关学习教育知识进行了解和学习;在中小学学校资源教学和管理系统上，教学资源系统发布政府的教育方针与政策，审核并管理学校和教师的资格，整合各种教学资源。
　　3.提高个性化教学效率。一款“个性化学习手册”在上海北虹高级中学课堂上，正在帮教师有针对性的教学。所谓的个性化学习手册是基于校内日常学业数据分析，借助于大数据平台，查找学生薄弱点，为每位学生定制一套专属个性化学习方案，全面提高学效率。这种教学方法更具有针对性，教育模式更具创新性，以更高效、便捷的方式更好地服务各级教育管理者。
　　（二）高等教育阶段人工智能的技术应用
　　1.招收学生方式新型化。创建预测最有可能被接受和注册的申请人的算法来改变大学招募国内和国际学生的方式，不仅考量学生的学生成绩，更加考虑分析学生可能取得的研究成果、所属的国家地区等个体特征因素，挑选出最有可能进入学校的学生，改变传统单一成绩化招生方式。
　　2.入学注册流程个性化。通过定制个性化入学流程，可以加快学生管理流程，通过系统识别学生期末成绩，对挂科学生给予警示，可以督促学生学习，起到监督预测作用。
　　3.学校财务系统智能化。建立个性化和频繁的文本消息以及便捷的通信，可以识别可能属于“夏季融化”类别的学生，允许员工创建干预策略，实现教育财务系统智能化发展。“夏季融化”是指一些虽在开学前已交报名费用，但不具有九月份开学报名资格的学生。
　　（三）特殊教育领域人工智能的技术应用
　　在过去十年中，人工智能技术被视为提高特殊教育学习者学习生活质量、满足特殊教育需求的一种最有效的方法。这里所说的“特殊教育需求”主要指导致学习出现问题的各种困难。
　　1.诊断过程。特殊教育领域中的孩子因其自身先天疾病，使其学习具有困难隐含性特征，通过AI技术的使用可以确定这些特殊孩子是否具有教育需求，诊断学习过程所会遇到的障碍。Hernández等人（2009）引入了SEDA（英语学习困难专家系统），通过评估学生的心理特征来诊断儿童学习基础教育中存在的困难。2014年Rebolledo-Mendez和Freitas展示了便携式脑波图（MS），通过进行脑波参数的实时测量诊断来检测特殊学生的注意力程度。人工智能技术与特殊教育的融合使得特殊教育更具有灵活性。 　　2.干预过程。人工智能系统在特殊教育的重要应用，首先是对特殊孩子的学习过程进行有效诊断，其次是针对诊断后的阶段进行过程干预，两者相互结合，在特殊教育领域发挥积极作用。Schipor等人（2003）尝试使用模糊专家系统创建基于计算机的语音治疗（CBST）系统，以帮助学习者克服语言障碍;Drigas等人（2008）提出来“Dedalos”项目，对听力受损人士的学习者进行的语言能力的审核和评估，以测评是否适应电子教育内容。可以看出，人工智能的应用能够准确识别有学习困难的学生，整合特殊用户行为，引导他们实现学习目标，帮助特殊用户进行正确的学习诊断并且选择最合适的学习方法。
　　三、人工智能在教育应用的困境
　　（一）各学段课程设置单一化
　　在中小学九年义务教育中，学生的时间已被语数英这种所谓的“正规课程”所占据，应试化教育下单一课堂普遍存在，学生对于人工智能方面的知识了解甚少，同时人工智能教材尚未有确切编写方案，究竟是全国统一编写还是因地制宜各省编写，还需要进一步研究。
　　（二）师资培养、培训机制建立不成熟
　　人工智能走入中小学教学课堂，不仅需要考虑到学校的参与程度，更需要相关师资力量的储备。目前我国在中小学人工智能方面专业化师资培养体系尚未建立，一线教师在知识储备、教学方法、实践经验方面严重欠缺，我国也并未出台相关的专业发展指南，师资培养机制建立不完善，导致其培养路径不稳定。
　　（三） 校内校外课程实施环境不支持
　　中小学人工智能的开设除了必要的课程体系、师资力量等要求外，良好的内外部环境支持也是必要的。美国等西方发达国家在中小学开设的跨学科综合课程中就包含人工智能的内容。此外，营造良好的课程氛围，开设各种人工智活动，培养学生兴趣爱好也是需要的。美国许多私营学校已经开设人工智能培训课程，提供智能化的学习环境。而反观我国，中小学的应试教育已根深蒂固，教育的大环境已使得人工智能深入课堂教育举步维艰。
　　（四）办学理念和人才培养目标更新不及时
　　人才培养的时代内涵会随着社会经济、科学技术的发展而不断更新（李小英，2014）。传统以专才模式的培养目标已不符合现代化社会全方位发展的需要，兼备科学素养与人文素养的复合型人才才是智能社会发展的需要，然而我国对于高等教育人才培养及办学理念在一定程度上仍然存在滞后性。
　　四、人工智能在教育领域技术应用的策略
　　（一）构建各级教育合理化课程体系
　　针对目前中小学生设置的“填满式”的课程教育安排以及单一式的教育内容体系，学校应多元化安排教育知识体系，积极引入人工智能进课堂;政府应综合考虑制定合理规章政策来保证人工智能学时充分性，在法律层面为学校合理设置课程体系提供可靠担保。
　　（二）加强师资能力的全面建设
　　根据不同级别、不同类别的教师特点，开展不同的教师模式培养模式，学校针对人工智能在教育领域的广泛应用，应要求老师在理论了解以及实践应用等方面具有丰富的基础知识储备。同时政府应出台各相关的专业培养指南，明确规划教师未来职业发展方向。
　　（三）构建人工智能利于实施的内外部环境
　　国家层面，将人工智能教育提升到战略层面，将其编入教材，设置人工智能相关课程，建立有效严格的学校管理考核机制，确保人工智能在中小学教育课程的有效实施;社会层面，鼓励公众力量参加到人工智能的体验中，制定和实施参与人工智能活动的管理办法，规范校外各种人工智能的培训机构，正确引导家长和学生理性对待人工智能培训课程。
　　（四）更新高校人才培养目标和办学理念
　　高等教育人才培养模式变革的前提和基础是人才培养理念和目标的更新，明确与时俱进的人才培养目标是高校人才培养模式的重要基石（赵智兴等，2019）。及时更新高校人才培养目标以及培养模式，需要政府、社会和高校相互协调、共同作用。政府层面，要立足高等教育的本质，结合我国新时期新经济下高等教育的特质，结合人工智能在当今社会的发展需求，政府自上而下统一步调，适时调整高校人才培养理念与目标;社会层面，各企业应该积极、主动地通过校园招聘、互联网招聘等形式，并且借助人工智能时代大数据分析，及时地向高校反映出所稀缺的人才，为高校人才培养目標的更新提供有力的支持;高校层面，根据自身高校的办学特点，考虑社会企业对于人才稀缺的反馈，合理规划教学课程和教学体系，人才培养目标和办学理念要与时俱进。
　　五、结语
　　文章通过对相关文献的梳理发现，人工智能概念并未有完全定论，其概念理论随着研究者的开发和人工智能的发展也随之扩大。本文回顾了人工智能的发展历程，展现出人工智能发展速度之快。人工智能正在凭借其智能化、专业化以及个性化等特征推动着我国教育信息化的快速发展，在中小学教育、高等教育和特殊教育领域发挥重要作用。当然，在教育信息化推动的过程中存在很多问题需要探讨，如教育课程体系不完善、人才培养理念与时代发展特点不匹配等问题。面对全球信息化速度加快以及人工智能的普及推广，教育必须积极主动地调整自身发展，利用现有的技术优势和巨大潜能，更好地为未来时代发展做准备。
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　　基金项目：本文是南京房地产学会“研究生创新基金项目”《南京市学区房溢价估计及改革路径研究》课题阶段性成果，获得南京财经大学“教学学术与专业学术的融合”教学团队建设项目的支持。
　　作者简介：汪栋（1987- ），男，安徽滁州人，南京财经大学公共管理学院副教授，研究方向：教育经济、教育财政;谢敏（1994- ），女，山东临沂人，在校硕士研究生，南京财经大学，研究方向：教育经济与管理。
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