国内外人工智能教育应用研究综述

杨帆

摘要：随着人工智能的发展，人工智能教育也取得了快速发展。本文统计了从 2000年1 月1日至2016年12月31日的文献，采用spss18.0和Excel2016进行分析统计，对17年间民族教育相关的541篇期刊论文从论文数量上看对人工智能教育的研究热度、文献来源、高频关键词聚类分析与研究热点和高频关键词知识图谱和热点关系分析四个维度进行研究。最后对人工智能教育提出研究趋势和反思。

关键词：人工智能;教育;人工智能教育;聚类分析;知识图谱

一、引言

信息技术快速发展促使教育信息化快速推进，进入了一个新的发展阶段—智慧教育（黄荣怀，2014）。人工智能技术的发展，自1956年提出以来，历经最开始的盲目追捧，到20世纪七八十年代遭遇发展瓶颈、备受冷落，再到90年代的缓慢发展等几个阶段的起伏，近几年重新引起了人们的重视（马玉慧，2017）。而随着Google公司的基于深度学习的AlphaGo在2016年和2017年分别战胜了韩国和中国两位世界围棋冠军，人们对人工智能的热情又被重新点燃。人工智能简而言之就是用机器模拟和延伸人的智能，它可代替或者辅助人类完成诸多人类脑力和体力无法完成的工作，具有极其广泛的应用价值（邹会来，2017）。当前，人工智能已在多个领域开始试用，并在某些领域已经取得突出的成绩（武晶晶，2017）。教育作为社会中的一个重要部分，社会技术发展到人工智能阶段，教育正在探索一条与人工智相结合的道路。教育与人工智能合作创新的运用，最直接结果就是诞生了智能教学系统（Farag HE&El-Saadany E F，2012）。总的来说，利用人工智能技术推动教育发展是大的趋势，本文将利用近些年文献，来对这一趋势进行研究与分析。

二、数据来源、研究方法和研究工具

首先，数据来源。我国各类期刊上刊登的关于人工智能教育的论文和期刊有许多，为了使研究的数据完整、准确并具有较高的可信度，本研究以国内最大的学术期刊数据库---中国知网（CKNI）为数据来源，对“主题为‘人工智能并且‘教育”，时间跨度从 2000 年 1 月 1 日至 2016 年 12 月 31 日的文献进行检索，共检索出 566 篇期刊论文。为保证数据的准确可靠，通过人工法删除重复发表的论文、通知、和相关度不大的论文 25 篇，得到有效的期刊论文541篇。其次，研究方法。本研究主要采用文献计量法对17年间民族教育相关的541篇期刊论文从论文数量上看对人工智能教育的研究热度、文献来源、高频关键词聚类分析与研究热点和高频关键词知识图谱和热点关系分析四个维度进行研究。最后，研究工具。本研究主要采用 spss18.0 和 Excel2016 进行分析统计。

三、研究综述

第一，从论文数量上看对人工智能教育的研究热度。论文的发表数量基本能够表明某一个研究领域的理论水平和发展速度（李昭涵，2016）。通过检索 2000 年-2016 年间在中国知网（CNKI）数据库中收录的论文，由图1中蓝色折线图可以看出在2000年发表9篇，2001-2006年，每年基本发表20篇左右。2007-2015年，每年基本发表30-40篇，2016年有一个激增，发表了81篇。回顾人工智能教育的发展，和人工智能的发展是离不开的。人工智能虽然在1956年就已经被提出，但是受限于当时的技术，无法实现快速发展，直到2016年，也就是被大家公认的人工智能的元年（A.W.Tony Bates）。因为随着大数据、云计算、机器学习和深度学习的发展，人工智能得以飞速发展，同时，人工教育也获得了发展（王益，2007）。

第二，從文献来源来看。表1中列出了文献来源前10名的发文单位。在541篇有关人工智能教育的期刊论文中，计算机教育发表的最多，发表了24篇，约占4.4%。其次依次为中国电化教育、现代教育技术、中国教育信息化、电化教育研究、中国远程教育、电脑知识与技术、远程教育杂志、现代远程教育研究、福建电脑。从以上主要文献来源可以看出，关于人工智能教育的研究主要集中在计算机和教育相关的期刊杂志中。因为人工智能也是基于计算机技术，当人工智能与教育结合的时候，则计算机相关杂志和教育技术相关杂志会更加关注一些。

第三，高频关键词聚类分析与研究热点。将541篇文献关键词合并，共2860个，其中不同关键词个数为1834个。依据高频关键词阈值计算公式式N=，代入D值1834计算出N值为42.825，即词频数为43（含）以上的为高词频关键词（李昭涵，2016）。按这样的标准只有1个，即“人工智能”。这一个关键词显然不足以构成人工智能教育研究的热点词群，原因是采样文献量严重不足，故必须根据实际情况适当放大高频关键词范围。笔者选择频次8以上的28个关键词研究17年来人工智能教育的热点。

四、研究趋势和反思

从现有的关于人工智能与教育技术结合的资料来看，人工智能广泛地应用于教育领域是一个趋势。未来社会，一定是网络信息技术非常发达的社会，网络交流、网络大数据查询、网络瞬时互动和体验将成为常态化的人的生活方式。此时的教育绝不是仅仅教会人知识或传授经验，而是要传递给受众处理信息和不断适应新技术变更的能力。这要求教育要慢慢地智能化，即给人们提供学习处理信息和学习使用新技术的能力。目前，教育中使用到的人工智能技术主要从数据采集、数据处理、人机互动等方面入手，这逐步增强了教育的互动性，其中数据采集包括语音、图像、声音的识别以及传感器的应用，数据处理包括语义识别、大数据分析以及计算机认识、情感、评价系统的应用，人机互动包括虚拟现实、机器人、3D打印技术的应用等。而大数据与教育的融合性应用主要体现在自动化作业审批、在线智能解答、在线智能测评、个性化学习互动等方面。刘界在其文章中谈到，他发现接受人工智能教学的学习者，相对于传统科学教育的学习者而言，具有更强的好奇心和求知欲，具备更多的创新能力和创新精神。当前，网络教育和学校教育中存在模式化培养问题，个性化学习的思想应运而生，而人工智能或许可以为个性化的学习提供一系列的技术支持。人工智能技术在网络教育中的应用需要学生慢慢吸取和适应，是一个复杂的教育过程。这个过程需要具有多年教学经验的老师作为人材保证，针对不同的学习提出适合其发展的学习路径，学生应该是在个性化的作业写作、知识学习、推理训练等过程中完成学习任务。提高教学的质量、提升学生的学习能力是人工智能应用于教育的主要目的，而实际情况也确实是能够达到这样的目标。因为，人工智能本身就是要研究人类智慧机理及机器模拟人的智能的科学，在教育中的实践就是通过智能计算机向学生展示大量可供互动的图文信息和数据，学习者在这一过程中能够有充分的感性认识，为其掌握复杂知识，形成理性思考提供全方位技术帮助和体验帮助。从提高学习效率来看，智能计算机能够帮助教师在课程设计、课程开发、资料收集与整理、优质效果展示等方面提供技术支持，这将大大缩短教师的备课时间，提高教师的授课效率;对于学生而言，在智能计算机技术的辅助下接受知识和教育，能够使知识更加形象、多元地展现出来，学生理解起来更加容易，接受将更加快速，学习效率将大大提高。在未来社会，人工智能在教育中的应用将更加广泛，具体来看：第一，政府将加大在教育领域的信息化和智能化发展的投入，设计一整套教育信息化发展规划。如政府在近十年的规划中提出加大信息化投入，扶持教育信息化产业的发展，各级地方教育部门将人工智能、大数据和云计算技术当做发展的重点，在尝试将其与教育发展相融合。第二，教育信息智能化经济的发展成为未来经济驱动的重大引擎。根据前瞻产业研究《中国在线教育市场前景与投资战略规划分析报告》统计，2015年在线教育市场规模大约为479亿美元，而这一数字 在2020年预计将增长到504 亿美元。由于这一市场的巨大增长现实以及日益可见的社会对其需求的扩大，许多大型资本公司和创意企业越发倾向于进入此行业，教育领域的人工智能研发与投入快速增长，涉及的高科技公司越来越多。第三，网络教育与人工智能相结合的目前进度和前景相当可观。人工智能与网络教育之所以能快速融合，关键在于他们都依赖于计算机的使用。网络教育中，人与人交流、人与知识互动都需要计算机提供技术支撑，而人工智能能够把计算机的智能化水平提高到新的高度，促进网络教育的越发便捷化和智能化的开展。只有使计算机拥有像人一样的智商和能力，才可以在保持网络教育在空间和时间上优势的基础上，最大地发挥网络教育中计算机的作用，使计算机可以智能地参与教学，对学生进行评测，让学生之间自由交流，同时进一步优化人机交互功能。

总之，人工智能应用于教育是未来的趋势，越来越多的专家学者开始关注和研究此领域的知识和理论，更多的是越来越多的企业、科技人员和政府部门开始投入更多的兴趣和信息进入此领域来发展自我，推动社会前进。可以想见，未来社会的人工智能教育发展将越发快速，其对教育领域的一系列变革所带来的影响也将越发显现。

参考文献：

[1]黄荣怀.智慧教育的三重境界：从环境、模式到体制[J].现代远程教育研究，2014 （6）：3-11.

[2]马玉慧，柏茂林，周政.智慧教育时代我国人工智能教育应用的发展路径探究——美国《规划未来，迎接人工智能时代》报告解读及启示[J].电化教育研究，2017 （03）：123-128.

[3]邹会来.AlphaGo对我国人工智能教育的警示与启示[J].计算机教育，2017 （03）：78-80.