人工智能教育应用的应然分析：教学自动化的必然与可能

【原题】《人工智能教育应用的应然分析：教学自动化的必然与可能》

【作者】张志祯 张玲玲 李 芒

【刊期】《中国远程教育》2019.01

近年来，人工智能技术的突破引发全球范围内产业结构与就业市场巨变的预期。人工智能成为大企业和国家发展战略的核心。科技、经济、社会的变化必然曲折影响到教育的目的、内容与方法。作为直指人类智能的通用技术，人工智能不但会通过劳动力市场的结构性变化倒逼教育变革，而且会直接作用于教育教学活动。2018年4月全国教育信息化工作会议提出“智能化领跑教育信息化2.0”。近期，已有研究者关注这一主题，但目前我国人工智能教育应用研究总体上处于起步阶段，尚难以支撑大规模实践。从教育教学立场出发的系统的理论分析工作亟待开展。人工智能本身抽象、复杂，相当多的教育研究者与实践者对人工智能的理解不准确，缺少对其技术限度的客观认识，这不利于人工智能在大范围内变革教育实践。

对于人工智能的教育应用，本文有意采用“教学自动化”一词，意在强调三个方面：一是人工智能以研究自足地“感知、推理、行动”的智能系统为目标，应用于教育的智能系统通常可自主完成相对复杂的教学任务，“自动化”可突出其目标设定后无须人工干预、自主进行教学决策的能力与特色；二是“自动化”更能突出微观层面的人机关系，逼迫人们去思考教师与机器(计算机)的关系，如何分工协作，以及这对于学生、教师、学校、社会、家庭的可能后果，智慧教育、智能教育等术语属宏观层面，有利于建立共同愿景，在微观层面上它们会遮蔽人机分工的本质；三是本领域已有的研究与实践多数只关注教与学，尤其是更多仅关注学生对特定学科的学习，强调“教学自动化”符合人工智能教育应用研究的现实。

教学自动化的逻辑必然性

教学自动化的逻辑必然性主要表现在三个方面：

第一，在人工智能与教育相互作用过程中产生的“推拉”效应使得教学自动化成为必然。所谓“推”，是指人工智能对个体与社会产生影响，使得人才培养目标在总体上强调核心素养、一般能力和通达等，以提高个体的学习力与适应性。培养这些品格与能力，需要学生具有分析与解决真实问题的经验，需要向学生提供个性化指导与反馈，这是学校现有教育模式难以大规模提供的，而智能教学系统有望大规模提供这类学习机会。“推”体现了人工智能对于教育的间接影响，即通过改变人才培养目标，从外部推动教育采用人工智能技术。所谓“拉”，由于人工智能与教育之间以人类的知识与知识实践为纽带，教育是知识传播实践，而人工智能技术可自动应用学科知识、教学法知识和学习者知识实现知识传播的自动化，天然可用于支持教育活动。贾积有认为，在某种意义上，人工智能研究与人类的教育活动是相同的，都是为了提高活动对象的智能，不同之处是前者旨在“教”以计算机为代表的人造机器，而后者“教”的对象是人类个体。这一观点对于深入认识人工智能、教育和知识三者之间的关系颇具启发性。顺着这个思路再向前推：被研究者教“会”了的计算机，是否可以教人类呢?从这个意义上讲，能够实现知识实践自动化的人工智能技术直接介入教育教学过程，提高知识传播的效率与效果，是必然的。

第二，教学过程的个性化指导需求使得教学自动化成为必然。教学过程是教育活动的核心，对于学生个体而言，教学过程是一个特殊的认识过程，其特殊性体现在这一认识过程是有指导、以学习间接知识为主、有教育性的认识过程。郭华认为“教学的根本问题，是外部知识如何被学生获得、占有并转而成为学生个体的内在力量和精神财富的问题”，她提出“两次倒转”的教学过程：学生的认识过程是将人类认识过程“倒过来”的过程，在内容上学生的认识起点是人类的认识终点，在过程上是把“倒过来”的过程再“转回去”，即学生通过典型地、简约地经历人类认知过程的方式主动地全面占有人类知识。“倒过来”“转回去”的过程并不容易，学生需要个性化指导甚至“教练”式的指导，但是大规模个性化教学的成本很高。班级授课制自17世纪确立之后，饱受批评，但批而不倒，到现在为止依然是世界范围内学校教育的主流模式，之所以如此，实施成本低是重要原因。常规计算机辅助教学 (CAI) 软件、在线课程(如慕课)作用有限的原因之一，是这些系统并不“理解知识”，不会“施展技能”，它们只是提供了预先设置好的“讲解”与简单的练习，教学的个性化、灵活性与适应性很差。早在20世纪70年代初，Collins等就论述了智能教学系统开展个性化教学的优势。智能教学系统能够超越“讲解”，支持创建交互式智能学习环境，为学生提供灵活多样的“做中学”机会，计算机成为教练，使大范围“认知学徒”式教学活动成为可能，为学生提供“两次倒转”所需的切身体验与个性化指导。

第三，教育机构顺应社会分工发展潮流的需求使得教学自动化成为必然。劳动分工与专业化是提高生产效率的有效途径，自亚当·斯密(Adam Smith)揭示出这一规律后，社会分工愈加细密。学校经历了社会不断赋予其功能，而学校反过来持续借助社会力量为学生提供服务(如校服、能源、餐饮、信息化运维、部分特色课程等)的发展过程。在这个过程中，学校越来越像各类社会服务的把关人与过滤器，而不是什么都由自己提供的臃肿组织。但以往“外包”的服务与学校的核心业务(教学)距离比较远，随着信息化的深入发展和混合教学活动的普遍开展，在挖掘教育教学大数据、开发个性化教学系统等方面，学校通常都需要借助外部专业力量才能完成。这些新的活动越来越贴近教与学活动的核心。一开始，学校的开放很可能是被迫的，因为学校不具备这样的专业能力。在可预见的未来，为满足更高的人才培养需求，多数学校应该仍然需要面对专业能力不足以及降低成本的压力，需要寻求专业的第三方服务或者开放教育资源。随着智能开放教育资源不断丰富、教学平台日益成熟、众包观念被广为接受，有可能建立起新的价值协调网络，建立起以师生为中心的智能教学生态，这实际上是建立在互联网、大数据和人工智能基础上的更为动态开放、灵活自主的教育分工体系。

教学自动化的现实可能性

尽管当前人工智能技术还存在缺乏常识、符号难以接地、跨领域迁移难、高能耗等局限，尽管当前人工智能教育应用领域中以工程性研究居多，缺少高生态效度、大规模、严谨的教育应用研究，同时智能教学系统的设计开发难度大，尚未形成成熟的智能教育产品生态，但是由于存在广泛的现实需求，而且人工智能应用于教育的条件已经基本具备，因此，在未来人工智能可能会对各级各类教育，尤其是学校教育与开放教育，产生广泛而深刻的影响。

从教育与教育信息化来看，以下需求呼唤人工智能深度应用于教育领域：

第一，培养学生核心素养的需求。在以培养学生核心素养为目标的教学中，知识与技能掌握依然重要且不可跨越，但教学不能停留在此，还需要为学生提供丰富、系统的“动手动脑”解决真实问题的机会。强调培养学生的一般能力并不新鲜，至少在19世纪下半叶法国的中等教育就已经开始重视培养学生的判断力、推理力和思考力。当前的主要挑战有两方面：一是规模，即不是面向极少数“精英”学生，而是要面向全体学生；二是一般能力包含的成分更复杂多样，外延更宽泛。当前学校教育中主流的班级授课制在为学生提供解决真实问题的经验这方面捉襟见肘，而智能教学系统可灵活创建多样的问题解决情境，这为大范围培养核心素养创造了条件。

第二，学校开展个性化教学的高成本难题。人们常将今天的学校比喻为“工厂”，强调其不顾学生个性的批量教学。这个比喻并不准确。目前学校更像工业化早期的手工“工场”，而非实现了机器大生产的“工厂”，教学活动基本上都是教师“手工”完成的，机器承担的任务并不多。这也许是个性化教学成本高昂的主要原因。人工智能在将教师从重复性低级劳动中解放出来、提高个性化教学效率、降低成本方面潜力很大。

第三，教育治理现代化的挑战。教育治理现代化是教育现代化的重要内容。教育治理是面向教育领域的行动过程，是政府、企业和学校等多社会主体依托正式或非正式制度在主体间进行协调及持续互动的行动过程。数据是实现教育治理现代化的前提，在治理方式上由依据经验进行预判转为依据数据进行预测，在治理模式上从静态治理转向动态治理，在治理维度上由自上而下变成上下联动，在这种转变过程中人工智能不可或缺。

第四，教育信息化2.0实践创新的压力。教育部于2018年4月印发《教育信息化2.0行动计划》，明确提出我国教育信息化事业将进入“创新发展”阶段，要求因应智能技术发展，推进智能教育。作为教育部对于全国教育信息化工作的总体部署，这份行动计划无疑提高了人工智能教育应用研究与实践的紧迫性。

第五，在教育实践、政策与研究层面，存在诸多有利于人工智能教育应用大范围推进的条件：一是社会对人工智能的“意识水平”有所提升，公众预感到社会会因人工智能的发展而有大改变，变革教育以应对未来的观念被广为接受；二是人工智能技术快速发展，智能技术、产品与服务的性能、可靠性与可用性提高；三是欧美对人工智能教育应用已有40多年的深入研究与实践，他山之石可以攻玉，我们不完全是“摸着石头过河”；四是我国教育信息化建设已取得较大进展，在基础设施、资源建设、应用能力和机制建设等方面都为人工智能教育应用奠定了基础；五是我国教育信息化产业取得了巨大发展，在产品研发、集成与应用、服务支持等方面具备了能力；六是教育与产业政策支持和鼓励，而政策是人工智能教育应用的重要推动力量。

作为仍处于快速发展中的研究领域，人工智能自身及其对经济、社会的最终影响还难以预知，但现阶段的人工智能技术已对社会生产生活产生了巨大影响，已成为教育工作者不可忽视的变革力量。要准确、全面地认识人工智能技术、把握它与教育的关系，需要突破智能教学系统开发的局限，以更广阔的视角全面分析人工智能与教育的相互作用。人工智能直指人类心智，它与教育活动都深深植根并紧密作用于人类的知识与知识实践，更容易直接介入教育教学过程。

历史地看，人工智能是一种可能对社会产生全方位影响的通用技术。就对教育的直接作用而言，已有的通用技术(蒸汽机、电力、计算机通信等)已为教育提供物质与能量、媒体与学习环境(如书籍、幻灯片、计算机、互联网)，而新的通用技术(人工智能)有望成为新型“教育主体”，实现教学自动化。人工智能的教育应用更接近教育活动的核心，只是越靠近教育的核心活动，变革所牵涉的人、文化、制度的因素就越多，实现大范围的变革就越艰难。

人工智能技术的外源性与学校教育体系的成熟、系统性决定了教育自动化之路绝非坦途。如同实验室出来的机器人，在面对无结构的现实世界时茫然无措，举止失当。条理分明的应然分析在充满价值冲突的实践“沼泽地”面前，常常显得苍白无力。但人工智能、教学自动化如同潘多拉之盒，一旦打开无法回头。研究先行成为当前解决教育教学重大问题的基本思路。人工智能教育应用研究亟待超越技术、产品开发与应用设想研究，亟待开展对于人机分工教学法的机制与效果及其对教育机构的全面影响的系统化理论研究与高生态效度的实证研究。本文仅分析了“应然”，但“实然”如何?当前的教学自动化在微观层面是如何实现的?教师能否起作用?应该如何起作用?如何评价与选择智能教学系统?人工智能对学校教育、开放教育会有何影响?等等。这些问题都需要进一步探讨。

本文系摘编，未标注参考文献等，详阅及引用务请核对原文。

编辑：单玲

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