北大教授贾积有：人工智能给教育带来了什么？

2016 年，谷歌研发的人工智能围棋程序AlphoGo 先后战胜顶级棋手李世石、柯洁，让世人刮目相看。这些突破性的事件，引发了社会各界，特别是教育界对人工智能的广泛关注。

2017年7月，国务院印发的《新一代人工智能发展规划》，特别强调人工智能对于教育的重要性。那么，人工智能的学习与人类学习存在什么关系？人工智能对教育的影响究竟表现在哪些方面？人工智能会对人的学习方式产生何种影响？北京大学教育学院教授贾积有对此进行了深入分析。

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究竟什么是人工智能？

几个概念了解人工智能

人工智能是用人工的方法在机器上实现的智能，或者说就是人们使用机器模拟人类和其他生物的自然智能，包括感知能力、记忆和思维能力、行为能力、语言能力。

1956年计算机的诞生，即标志着人工智能时代的到来。可以说，人工智能就是在机器上实现类人的教育，或者说是对机器实施教育。

这个观点从人工智能的研究领域可以得到证实：人工智能自诞生以来逐渐发展，囊括了诸多领域，而这些领域与人类教育的过程紧密相关，若干研究路线也与教学系统中的教学理论不谋而合。

知识表示

也称作知识工程，主要研究如何在计算机上表示、存储和搜索常识性知识和专业性知识，即强调计算机和人脑一样，是一个具有信息输入、存储、处理、加工和输出的载体，智能就体现在对信息的处理和加工过程中。

机器学习

主要研究如何用计算机获取知识，即从数据中挖掘信息，从信息中归纳知识，实现统计描述、聚类、分类、规则关联、预测、可视化等功能，也称作数据挖掘、知识推理或者知识发现。常用方法有：产生式规则推理、回归分析、决策树、人工神经网络（深度学习）等。深度学习算法具有较强的分类、聚类和预测等功能。

模式识别

主要研究如何识别一般自然物体、图像、人类特征（语音、指纹、情感、体感等）等，相当于提高计算机的感知智能。例如，深度学习和大数据技术被广泛应用在语音、图像、人脸、情感等模式识别率。

自然语言处理

主要研究如何理解和产生人类自然语言，包括语音和文字两种形式，而文字又包括词语形态、语法、语义、语用和篇章五个层次，相当于提高计算机的语言智能。而基于大量语料借助深度学习等算法进行数据挖掘的自然语言处理技术，则在近几年成效显著。

智能机器人

主要研究如何让机器硬件能够像人类或者动物那样行动，例如，按照一定规则前进、后退、躲避障碍物等，相当于提高机器的行为能力和感知能力。人形机器人、自动行驶车辆可以说是智能机器人的最新成果。

专家系统

主要研究如何在在特定领域中模仿专家行为、辅助用户管理决策，相当于提高机器的多种智能，包括感知、行为、记忆、思维和语言等。一般包括规则库、综合知识库、推理机、人机接口等部分，需要综合应用以上各个领域的研究成果。如教育领域的专家系统即智能教学系统。

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人工智能如何应用于教育？

对教育具有显著的正面影响

扩展人类的记忆智能

对人类常识性知识和专业性知识大规模数据库的研究，从上个世纪80年代开始，这些基于互联网的知识库内容日益丰富，大多是免费开放的，不仅成为很多智能系统的知识来源，也成为学习者获取学习资料的重要渠道。

可以说，这些知识库已经扩展为一个网脑或“全球脑”，极大程度地扩展了人类的记忆智能。有效搜索和使用这些知识库资源，也构成了互联网时代教育者和受教育者的一个基本信息素养。这是信息技术对教育具有革命性影响的一个重要体现。

学习数据挖掘，制定个性化学习方案

我们知道，借助IBM的SPSS、Math Works的Mat lab等商用软件和开源软件系统，则可以实现机器学习的所有功能，包括对大数据的处理。利用这些工具，同样可以进行教育数据挖掘和学习分析。

数据可以是师生在教学活动中产生的数据， 也可以是教育管理活动中用到的数据。学习分析则侧重对学生的学习行为中产生的数据进行分析，以便提取信息，帮助教育者更好地实施个性化和适应性教学活动。

通过学习分析，学习者可以更准确地认识自己，开展针对性学习，改进学习效果。如对学习者聚类或者分类，建立学习者模型等。

情感识别提高学习效率

目前，基于Ekman普适情感状态和面部动作编码系统等理论的人脸识别、眼睛识别、情感识别、体感识别技术逐渐成熟。国际上已经有了大量情感识别等模式识别教育应用方面的研究。

Shen等使用来源于生物生理学信号处理的情感检测技术，设计了一种情感化的电子化学习模型，将其应用到上海开放大学的电子化学习平台上，根据学习者的情感状态来定制个性化的学习材料。

实验表明：参与和疑惑是在学习过程中最重要和最常出现的情感，应用情感识别技术的学习，比不用情感识别技术的学生成绩高出91%。

自然语言处理让语言学习更智能

在语音、词语形态、句法、语义、语用和篇章等各个层次上，自然语言处理技术都取得了长足进步。自然语言处理技术在教育上的应用主要有两个方面：一是作为辅助工具应用到语言教学上,即CALL（计算机辅助语言教学）；二是作为人机交互手段应用到智能教学系统上。

我国一大批系统进入实用状态，例如，批改网批改了全国的三亿多篇英语作文，减轻了英语老师的批改负担，为学生提供了全天候、个性化的辅助写作服务。

智能机器人提高STEM学习的关键能力

智能机器人作为人工智能技术中集大成的一个跨学科领域，将其应用于教育中，对于科学、技术、工程和数学学科(STEM)的整合式教学至关重要。

著名人工智能专家和教育技术专家Papert强调在课堂上使用可编程、积木化的材料来教小学生控制机器人，其有助于小学生科学学科成绩的改进；可促进STEM学习中关键能力的提高，如空间能力、图形解释能力、图形序列能力等。

智能教学系统下，混合式教学成绩显著

教育领域的专家系统就是智能教学系统（ITS），是指一个能够模仿人类教师来帮助学习者进行某个学科、领域或者知识点学习的智能系统。一个成功的智能教学系统应当具备教育者的基本功能。通常包括教师模块、学生模块、教学模块和交互模块。

教师模块采用产生式表示法等表示方法来存储学科领域知识；学生模块反映学生认知和情感状态、学习风格等个性信息；教学模块体现认知主义、建构主义等各种教学理论和方法； 交互模块采用自然语言对话、情感或体感识别、虚拟现实与增强现实等技术来实现学习者和系统之间的人机交互。

在智能教学系统领域，不管是众多的实证研究还是元分析的结果都证明，与传统教学方式相比，智能教学系统对于学生的学业表现都具有比较显著的正面影响。

总之，人工智能促进了人类学习方式变革。丰富多样的网络资源以及日益成熟的人工智能技术正在提供越来越快速、便捷的技术支撑，这使得我们可以进行适应性、个性化的学习，而不仅仅被局限于正规学校里发生、进行的传统学习。可以借助智能教学系统进行某个学科的深入学习，同时用适合自己学习风格的方式进行学习。

作者：贾积有（北京大学教育学院教授），转载需授权

图片：来自网络

编辑：现教君