推进人工智能促进教育教学改革研究

王子敏，黄忠义

（1.南京邮电大学 经济学院，江苏 南京 210023；2.南京邮电大学 管理学院，江苏 南京 210000）

一、引言

科技与教育二者之间关系密切，科技的发展离不开教育，并对教育的发展起到促进作用；同时教育对科技也起着决定性作用，没有教育科技的发展就无从谈起。

2016 年，东中西三大区域的教育经费分别为175 413 827 万元、97 864 019 万元、70 515 130 万元，教育基本建设投资分别为19 806 836 万元、10 445 203 万元、8 237 978 万元。从经费和基本建设投资两个方面来看，区域间教育差距还是比较大也较为明显。具体来看，东部地区的教育资源投入最多、发展程度最高，中部地区次之，西部地区最为落后，形成了区域教育发展参差不齐的格局现状。随着互联网、大数据、云计算等新一代信息技术的发展，人工智能技术也在逐渐发展并日趋成熟，在区域教育资源差距较大的背景下，如何利用人工智能技术来弥合缩小中西部地区，尤其是农村、边远、贫困地区与东部地区的教育差距，对于提高中西部地区的教育质量和水平，推动区域间教育协调发展具有十分重要的意义。

二、文献综述

技术进步对于教育发展起着决定性的作用，同时教育的发展也能够促进科技在新质的基础上继续进步，因此国内外有许多学者研究了人工智能技术对教育的影响。在已有的文献研究中，有学者关注人工智能如何影响教育以及影响的方式。如单戈和杨柳（2019）[1]认为人工智能与教育的结合，应以学生为主体，尊重学生的地位。同时人工智能可以对不同的个体差异性进行科学、合理、有效性的帮助，降低学生的压力以及激发学生课堂听课兴趣。王竹立（2018）[2]认为人工智能可能是有史以来最具革命性的技术，其对教育的冲击影响也非常大，所以应从培养什么样的人和如何培养人两方面来考虑其对教育的影响。伍红林（2019）[3]认为人工智能时代的教育学将有两种发展路径：一是面对人工智能的正面冲击，教育学的必然回应；二是面对人工智能的挑战和潜在危险，教育学的可能回应。Roll 和Wylie（2016）[4]认为人工智能教育是一个进化过程，应重点关注当前的课堂实践，与教师合作以及技术和领域的多元化，同时主张将技术嵌入学生的日常生活中。Popenici 和Kerr（2017）[5]认为将AI 纳入教与学的机会，高等教育机构预见了无限的可能性和挑战，应进一步研究教师的新角色，以更高的学历属性为重点，为高学历学生提供新的学习途径，尤其是想像力，创造力和创新，是机器几乎无法复制的一些能力和技能。

也有许多学者关注如何缩小不同区域的教育差异以及如何用技术弥合鸿沟。如郑展鹏和岳帅（2017）[6]基于省际面板数据模型，研究我国各教育阶段教育资源区域配置差异的动态趋势，结果显示高等教育阶段最快，义务教育阶段次之，中等教育阶段最慢。胡小勇和卞金金（2010）[7]通过问卷及访谈调查分析研究了不同区域信息化教育资源配置的区域性差异现象，针对如何解决数字鸿沟等问题提出了相关对策建议。文军和顾楚丹（2017）[8]基于国家教育统计数据，比较了中国城乡基础教育资源分配的发展及其差异状况，重点分析了这种差异状况可能带来的社会后果。史平（2015）[9]通过对山东省部分综合类型高校学生进行的关于城乡不同生源地教育背景差异的研究，提出了一些可供参考的合理配置城乡教育资源的措施。

通过以上文献梳理发现，有许多学者研究了区域教育的差异与对策，也有学者研究了技术进步对教育的影响。本文将从另一个视角，基于区域教育的较大差距，研究如何利用人工智能技术来缩小教育鸿沟，从而促进教育公平。

三、中西部区域教育需求与技术及应用特征

（一）中西部教育需求表现

在新时代条件下，有许多东部地区的学生享受着互联网、数字化时代带来的教育资源，操作着先进的实验装置，这些学生成长在数字化环境中，被称为数字土著一代。而在中西部地区有许多他们的同龄人却不能享受同等的教育，只能用着别人流传下来的资源，老师也只能通过简单的方式向他们传递知识。据统计，全国共有乡村教学点8.68 万个，偏远地区的学校在硬件条件、师资队伍、教学管理诸多方面与大城市的学校存在较大差距。

随着时代的发展，中西部教育也表现出了新的需求特征。主要体现在以下三个方面：第一，软硬件设施的建设。软件和硬件设施建设是中西部教育发展的基础和载体，有了这些基础设施载体可以使教育变得高效便捷，同时可以在很大程度上与未来的技术对接，缩小与东部地区教育的差距。第二，师资队伍建设。伴随中西部教育的发展进步，对任职老师的要求也变的越来越高，如软硬件装备的使用、教育思想和质量的改变等，都需要引进高素质、高质量的人才。但是由于相关条件的限制和缺乏，很难吸引到高质量的师资人才。尤其是在技术不断进步的时代条件下，对高质量人才的需求表现得更加突出。第三，教育资源共享。虽然中西部教育有了很大的进步，但是在某种程度上，与东部地区教育资源的差距还是很大。东部地区的教育资源在与中西部地区共享过程中存在着许多问题，如共享方式、教育范式等方面。

（二）人工智能的技术特征

人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学，严格上来说是计算机科学的一个分支，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。

人工智能主要的特点表现在以下几个方面：第一，是从人工知识表达到大数据驱动的知识学习技术。人工智能的发展需要以大数据为核心，通过大数据的积累，分析、挖掘、判断人类相关行为，并最终模拟人的“智慧”自主学习。第二，是从分类型处理的多媒体数据转向跨媒体的认知、学习、推理，这里的“媒体”主要是指不同的界面或者环境。随着新一代信息技术的发展，包括物联网、云计算等技术的逐渐成熟，人工智能以这些技术为依托，能够在不同的交互环境实现自主学习。第三，是从追求智能机器到高水平的人机、脑机相互协同和融合。人工智能的初期发展是实现机器的智能化以及自动化，伴随着技术的成熟发展，机器可以实现自主学习、判断，在中后期完全可以实现机器与人的高效协同，形成真正的人工“智”能。第四，是从聚焦个体智能到基于互联网和大数据的群体智能，它可以把很多人的智能集聚融合起来变成群体智能。随着物联网、大数据等信息技术的发展，万物互联将成为现实。依托互联网为线，大数据为核心，智能机器为载体，云计算为保障，人工智能将从个体智能逐渐过渡到群体智能，完全可以实现少数人与绝大多数智能机器交互工作的任务，甚至只需要一人便可以让智能机器与机器之间高效协同完成相关工作，即所谓的群体智能。第五，是从拟人化的机器人转向更加广阔的智能自主系统，比如智能工厂、智能无人机系统等。人工智能的最终目的是实现智能机器之间的高效、零误差协同融合。初期人工智能的发展主要以机器拟人化为主，到了中后期主要是依靠智能自主系统结合智能机器来实现生产作业的无人化，简言之，智能自主系统及机器的配合将大大减少人力的投入，但却可以高效完成工作任务。

（三）人工智能在教育中的应用特征

人工智能是一门利用计算机技术赋能机器模拟人类智能行为的科学，包括声音图像识别、判断决策和自主学习等方面，是引领新一轮科技革命和产业革命的重要驱动力，正深刻改变着人们的生产、生活、学习方式。目前，人工智能研究主要依靠大数据和高性能计算技术的支撑，在教育中的应用尚处于起步阶段，当前主要用来为学生提供学习辅助、测验评分、智能答疑等方面的帮助[10]。此外，人工智能可以跟踪记录学习过程，及时反馈给学习者进行调节，从而取得更好的学习效果。而教师能够借助人工智能等技术采集教学数据，使教学等日常工作全程数据化、可视化，因此可以将大量重复性的工作交给人机进行处理，大大解放教师的时间，使其可以将更多的精力投入到创新性教学活动中。

目前人工智能在教育领域应用较多的是专家系统，包括智能教学系统、智能化考试系统、虚拟现实技术等。智能教学系统可以将优秀的教学资源和成果经过智能判断、分析、整合，最终形成一个全面的教学系统[11]。智能化考试主要指引入专家系统进行智能组卷，根据个体的差异性和特点进行反馈训练，全程都是智能化、自动化的出卷、评测，从而提高考试和学习的质量。虚拟现实技术主要集中于虚拟课堂及虚拟实验等方面，虚拟课堂主要是可以将东部地区老师上课的实况同时向中西部地区课堂传送，实现异地同课，让学生能够及时共享教学资源。此外，对于中西部地区，尤其是偏远地区、贫困地区的学生，可以利用虚拟技术让他们进行相关的课程实验，达到与真实实验一样的效果。

四、教育公平实现路径

对于中西部地区，尤其是农村、边远及贫困地区，通过人工智能技术实现教育落后的追赶是一个非常重要的契机。目前，已经有相关的人工智能应用系统在进行实践探索，未来中西部地区人工智能与教育的融合需求及特征主要表现在以下三个方面：

第一，智能系统及平台的搭建。人工智能技术的发展逐渐成熟完善，搭建人工智能教学平台，专门用于区域之间教育资源的传递共享，其功能类似于MOOC，但是初期主要目标是帮助国内区域间教育的发展，后期可以尝试与国外优秀教育资源的对接。主要是东部地区向中西部输送，中西部地区向东部地区进行反馈交流。有了共享智能平台作为支撑，相当于为中西部地区教育发展铺就了一条成功的道路，可以进行双向的信息传递并形成循环交流的模式。

第二，加强师资队伍的建设。人工智能平台的搭建需要高素质的人才作为引导者，同时教师是教学之本，是教育的关键节点。新时代高素质教师人才拥有先进的教育观念和思想意识，能够将技术与教育的融合成效发挥到最大，也是人工智能在教育领域中应用趋势的必然要求。新时代条件下，高素质教师可以将人工智能专家系统与自身实现高效结合，在一定程度上能够达到人机的高效协同，将中西部地区的教育逐渐向数字化教育过渡，为未来中西部教育数字化发展打下坚实的基础。

第三，优质资源共享。除了平台的建立以及人才队伍的建设，还需要将优质资源向中西部引进，包括东部地区、甚至是国外先进的教育资源。通过互联网、大数据等相关信息技术与人工智能相结合，可以将优质的教育资源及时、便捷、高效地辐射到偏远地区，让这些地区的学生也能享受到发达地区的教育资源，同时也可以在某种程度上实现个性化教育。此外，随着5G 技术的建设发展，通过远程实时直播教学的模式也将逐渐变为现实。只有将优质资源实现共享，才能真正意义上使中西部地区教育从根本上实现转变发展。

五、对策建议

人工智能技术的出现给中西部地区教育的发展带来了契机，为了抓住这次机遇，对促进中西部教育提出以下相关对策建议。

（一）加强基础设施建设，吸引优质企业

首先，推进完善中西部地区信息技术设施的建设，重点加强对偏远、贫困地区的覆盖面。其次，着重引进相关配套的软件设施，使软件和硬件设施能够齐全，从而保证与人工智能技术的对接。最后，与优质软件和硬件企业签订战略发展协议，因此保证软硬件设施可以及时更换设备，在一定程度上保持与发达地区的同步技术对接。为此，政府可以出台相关产业优惠政策，吸引优质企业入驻中西部地区，为推动整体的发展打下基础。

（二）多渠道吸引高素质教师人才

教师是教育的发展之本，政府部门应当重点加强人才吸引方面的措施。一方面，政府可以牵头与发达地区的学校达成战略协议，合作引进高素质教师，支援中西部教育发展。此外，政府应大力度扶持教师待遇福利建设，提高待遇门槛，以此吸引发达地区的人才投入到中西部地区，同时不定期选拔优秀教师到东部地区及国外先进学校进行学习，综合培养高素质师资队伍，为提高教育质量作铺垫。

（三）建立完善教育资源共享机制

在资源共享方面，首先要分析资源的需求，按照不同的需求有针对性地向发达地区引进高质量资源；其次，要及时通过信息建设渠道，将资源一级一级地分发下去，保证辐射到所有的学校，尽可能地扩大覆盖范围；最后，重视资源库建设，将所有引进的优质资源保存到资源库中，建立资源配套体系，从而使资源可以反复使用，同时可以为优化、更新资源提供保证。