人工智能技术融入现代高等教育的现状和对策研究

刘 悦 张秀梅

（天津科技大学经济与管理学院，天津 300222）

当前，在人工智能浪潮的影响下，人工智能技术和现代高等教育的深度融合成为必然趋势，为个性化学习和自主适应学习提供了保证。无论是2017年7月国务院发布的 《新一代人工智能发展规划》，还是2018年4月18日教育部发布的《教育信息化2.0计划》都提及要充分利用云计算、大数据、人工智能等新技术助力教育教学改革，构建包含智能学习、交互式学习的新型教育体系。

一、人工智能与现代高等教育的关系

1.人工智能内涵

人工智能（Artificial Intelligence），英文缩写为AI。它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。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，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。

2.现代教育内涵

现代教育是伴随着现代社会的形成而出现的人类历史上一种崭新的教育形式，也是人类社会和教育发展到一定历史阶段的产物。它是迄今为止教育发展的最高阶段，也是人类教育发展的一个十分重要的阶段。之所以称为现代教育，首要之点就在于它能提出培养现代人即全面发展的个人这一目的并将它付诸实施。以往一切教育都不能做到这一点。换言之，如果不能培养全面发展的个人，就不能认为是现代教育。

3.人工智能与现代高等教育融合概述

（1）人工智能和高等教育融合研究成果数据分析

近些年，已经出现人工智能和高等教育相融合的研究成果，利用中国知网CNKI制作关键词共现网络图和来源分布图，统计出来2018年1月到10月期间发表的相关论文15篇，研究主题涉及了人工智能教育产品在教育领域的应用实践，对学习者有效学习和教育创新性改革具有促进作用，具体内容如图1和图2所示。

图1 关键词形成的共现网络示意图

图2 2018年1月-10月“人工智能+高等教育”相关成果分布

（2）人工智能和高等教育融合的重要性

新时代的教育正迎接着智能化新技术的深度发展和广泛应用，在这样背景下现代教育的教学方式、学习方式、教学评价方式以及教学管理模式的不断转型与迭代，培养新一代数字公民的创新创造能力、发现及解决问题的能力，是现代高等教育的时代使命。新一代学习者对智能化学习环境、泛在化学习资源、个性化教学等需求日益高涨。为了满足上述要求，人工智能技术在助推教育教学创新、满足学习者新型学习需求方面能发挥很大的作用。因此，两者深度融合将会产生最优效应。

二、人工智能技术在现代高等教育中应用的特征

在人工智能给人类带来的颠覆式影响的同时，高等教育应积极应对挑战，不断地超越创新，以全新的工作方式来迎接重大变革。两者融合具体的特征主要有以下几个方面（见图3）。

1.智能信息化

未来海量信息数据和算法模型，凭借高性能并行运算将完成诸多任务。人工智能技术的植入必将在教育领域提供更多的支持教与学的智能工具，智能化教育教学将给学习者前所未有的学习体验。此外，在线自主学习将完美结合生活场景，人机交互自如，处处彰显泛在学习、终身学习的新常态。

图3 人工智能和高等教育融合的特征

2.释放个性化

人工智能技术实践应用于教育，充分满足学习者的个性化需求，推送最优学习资源、学习路径和学习服务。

课前，教师将个性化的预习内容推送至学生个人学习空间。教师远程监控学生的学习轨迹（学习行为、学习进度），及时推送个性化的学习资源，并随时提供远程辅导智能教学平台自动生成预习报告，以便教师掌握学生的学情；课中，通过智能教学平台，师生之间实时互动，教师可以“一对多”地解决不同学生的问题，实时监控每一位学生的学习过程，从而进行个性化指导；课后，智能平台通过对学生课堂学习的数据分析，智能判断学生个体的知识难点，便于实现个性化学习辅导。

3.多维度协同化

未来人工智能技术融入教育的关键性因素就是政府、企业和高校多维度的有效协同发展，为算法改进、教学方式更新、教育资源聚集等方面提供支持。人工智能技术教育应用场景、技术研发资金、校企合作对接方式等将体现协同的最大效应。

三、人工智能技术在现代高等教育中应用存在的问题

1.调查设计

为了准确、全面地了解智慧教育背景下人工智能技术融入现代教育的现状 （以高校教育作为案例，此调研不包括中小学教育），以找出其中存在的主要问题，有针对性地提出解决方案。根据实际需要，2018年 6月—2018年9月期间，对全国数十所高等学校的大学生以及25所部属和省属高等院校进行了不同的问卷调查，结合调查结果研究指出了人工智能技术嵌入到高等教育的程度、存在哪些问题，并跟踪分析了相关的原因。

第一类问卷是面向高校教学管理人员和高校一线教师发放的。问卷题目为“高校利用人工智能技术与现代教育融合的调查表”，此问卷针对各类高校对人工智能技术与高等教育融合的认知、是否了解近期出台的相关政策文件、是否尝试开展相关的教育教学内容改革等方面展开调查，共设计 10个相关问题，发出100份，有效回收90份，有效率90%。

调查对象分别为：天津科技大学、天津财经大学、天津商业大学、天津工业大学、大连理工大学、陕西科技大学、中国民航大学、天津理工大学、天津大学、南开大学、天津城建大学、西安交通大学、天津滨海职业技术学院、天津海运学院、天津现代职业技术学院、天津职业技术师范大学、合肥工业大学、云南财经大学、南京工业大学等。抽样调查的对象涉及的地区不同，各院校等级不同（部属、省属）。

第二类问卷是面向高校在校大学生发放的。问卷题目为 “高校大学生对人工智能与现代教育融合的认知调查表”，此问卷针对大学生对人工智能技术与高等教育融合的认知、所处高校是否已经实施相关的教育教学内容改革等方面展开调查，共设计7个相关问题。发出100份，有效回收100份，有效率100%。

调查对象分别为：天津科技大学、天津财经大学、天津商业大学、天津工业大学、天津师范大学、哈尔滨理工大学、浙江大学、中国传媒大学、上海财经大学、广东工业大学、陆军航空兵大学、大连理工大学、齐齐哈尔大学、西北政法大学、江西农业大学、西北师范大学、华北理工大学、厦门大学、安徽财经大学、江南大学、华中科技大学、南京工业大学等。抽样调查的对象涉及的地区不同，各院校等级不同（部属、省属）。

2.问卷反馈数据分析

（1）学校层面数据分析

第一，部分学校的教师和教学管理人员对人工智能、智慧教育的内涵仍没有完整且系统的认识，对国家近期出台的推动人工智能在教学中应用的相关政策文件了解不够深入。

根据调查数据统计，在“是否对人工智能、智慧教育内涵有完整系统认识问题”这个问题的调查中，选择“有认识”的教师和教学管理人员只有41.11%，选择“没有认识”的教师和教学管理人员占到18.89%，选择“不确定”的教师和教学管理人员占到40%（见图4）；在“是否了解国家近期出台的推动人工智能在教学中应用的相关政策文件”这个问题的调查中，选择“有认识”的教师和教学管理人员只有48.89%，选择“没有认识”的教师和教学管理人员占到12.22%，选择“不确定”的教师和教学管理人员占到38.89%（见图5）。

图4 对人工智能、智慧教育的内涵是否有完整且系统的认识

图5 是否了解国家近期出台的推动人工智能在教学中应用的相关政策文件

第二，当前人工智能技术为高校教育发展提供了新的发展契机，但仍有许多因素导致人工智能技术和现代教育融合在广度和深度层面仍有待提升。

根据调查数据统计，在“是否正在探索尝试智能化学习环境、泛在化学习资源、个性化教学问题”的调查中，选择“是”的教师和教学管理人员占到57.78%，选择“不是”和“不确定”的教师和教学管理人员分别占到8.89%和33.33%（见图6）。在“是否通过人工智能技术智能生成实时监控教学过程，精准指导教学以实现智能化教学问题”的调查中，选择“是”的高校只占到34.44%，选择“不是”的高校占到16.67%，选择 “不确定”的高校占到48.89%（见图7）。在“是否利用大数据分析技术对各项教育数据进行深度挖掘，实现检验教学效果、诊断教学”这个问题的调查中，选择“是”的高校只占到50%，选择“不是”的高校占到7.78%，选择“不确定”的高校占到42.22%（见图8）。在“是否已经构建实施了开放式、智能化教学平台问题”的调查中，选择“是”的高校占到53.33%，选择“不是”的高校占到7.78%，选择“不确定”的高校占到38.89%（见图9）。

图6 是否探索尝试智能化学习环境、泛在化学习资源、个性化教学

图7 是否通过人工智能技术智能生成实时监控教学过程，精准指导教学以实现智能化教学

图8 是否利用大数据分析技术对各项教育数据进行深度挖掘，实现检验教学效果

图9 是否构建实施了开放式、智能化教学平台

（2）学生层面数据分析

第一，大部分学生对人工智能、智慧教育的内涵没有完整且系统的认识，对国家近期出台的推动人工智能在教学中应用的相关政策文件了解甚少。但是，学生们却迫切支持学校提供两者深度融合所带来的学习新体验。深度的需求与浅度的认知形成鲜明对比，急需解决。

根据调查数据，在“是否对人工智能、智慧教育的内涵有完整系统认识问题”的调查中，选择“十分清楚”的学生只有8%，选择“知道一点”的学生占到57%，选择“听说过但不了解”的学生占到35%（见图10）。在“是否了解国家近期出台的推动人工智能在教学中应用的相关政策文件问题”的调查中，选择“非常了解”和“一般了解”的学生只有16%，选择“不了解”的学生占到84%（见图11）；在“是否支持将人工智能技术与现代教育融合问题”的调查中，选择“是”的学生则高达82%（见图12）。

图10 对人工智能、智慧教育的内涵是否有完整的认识

图11 是否了解国家近期出台的推动人工智能在教学中应用的相关政策文件

图12 是否支持将人工智能技术与现代教育融合

第二，大部分学生认为将人工智能所能实现的个性化、精准化、普适性教育实施会提高学习积极性和主动性，但是其所在院校在实施智能学习、交互式学习的新型教育模式方面还有待提高。

根据调查数据，在“是否认为人工智能所能实现的个性化、精准化、普适性教育实施会提高学习积极性和主动性问题”的调查中，选择“是”的学生占到56%（见图13）；在“其所在院校是否正在实施智能学习、交互式学习的新型教育模式问题”的调查中，选择“是”的学生则只有21%（见图14）。

图13 个性化、精准化、普适性教育实施是否会提高学习积极性和主动性

图14 所在院校的某门课程是否实施智能学习、交互式学习的新型教育模式

3.存在问题分析

（1）教师对其认识不清，缺乏信任感

目前，部分一线教师和教学管理人员仍然没有意识到人工智能技术融入到教学中的必要性和可行性。第一，教师不知道如何与人工智能协同教学工作；第二，部分教师会担心两者结合后，教学的主导权位移何处；第三，社会上有关人工智能会代替教师工作的负面舆论影响教师对其深入认知和掌握。其实，人工智能技术应用到现代教育中可以取代模块化的任务，极大减轻教师重复性的劳动，但对学生情感关怀、价值观构建及创新创造性培养是人工智能无法胜任完成的。

（2）教育涉面宽泛，人工智能技术移入有难度

不同区域、不同层次高校的教育教学虽有共性，但仍有较大差异性，而且涉及教学、科研、管理等诸多范围。每个学校、每个学科均有自己独特的知识体系和应用场景，每位教师的教学方式和学生的学习方式也各有不同，基于上述教育系统的复杂性要求人工智能技术融入过程要结合不同的场景提升适配性。此外，人工智能技术自身发展的不足之处也加大了其深入应用教育系统的难度。尽管语音识别、文字识别、图像识别等人工智能技术日渐成熟，但中文自然语言处理、情感计算等方面亟待提升。

（3）教育数据基础弱，人工智能技术价值发挥受限

人工智能技术价值的充分发挥必须依靠高质量的数据，相比于其他领域，人工智能需要全程跟踪并完整记录教师教学过程产生的数据和学生学习过程产生的学习数据。而当前教师的教学过程和学生的学习过程尚未得到全程记录，难以通过人工智能技术多层次、多精度、多情境地分析教学和学习特点，做到两者深度融合。此外，教育领域所涉数据标准不统一、采集不完整（例如：教育教学过程产生的图文、声音、超媒体等数据格式多样）等弊端引发数据质量不高的问题，阻碍了提供教育教学的个性化服务和提升机器学习的精准性。

（4）专业教师队伍匮乏，影响人工智能技术融入教育进程

人工智能技术融入到教育的同时，要求任课教师既要有清晰的认识，又要具有广博的知识和较高的专业技能。当前，教师对人工智能技术深入融合到现代教育的意识还不是很明确，教师的信息化素养不高，定位不准确，因而应用人工智能技术提升教育教学质量效果不明显。

（5）课程体系构建不完善，导致人工智能融入教育落地缓慢

《新一代人工智能发展规划》中提出要推动人工智能领域一级学科建设，把高端人才队伍建设作为人工智能发展的重之中重，完善人工智能教育体系。但当前从小学至大学仍然没有太完整的相关课程体系，欠缺全面系统理论和实践案例的支撑，从科普、体验到原理以及应用创新，仍处于知识断层的瓶颈。没有单独开设专门机构研究和落实相关课程的衔接内容。上述这些均使得人工智能技术落地缓慢。

四、人工智能技术与现代高等教育深度融合对策

在政府、企业、高校多方的积极推动下，高等教育和人工智能的结合也必将纵深发展起来。本文具体从理念变革、产品研发、协同合作、新型模式等多方面提出相应的有效对策。

1.推动师生理念的变革，提升相关素养

加强宣传力度，使得教师和学生们对人工智能技术应用到现代高等教育中的本质、应用方式和应用场景等有正确的认知和理解。在深入探索个性化学习、自适应学习和深度学习等理论与应用，以构建适切的融合理论框架的基础上，更要注重人工智能教育应用新领域、新模式、新场景的开发拓展性工作。

2.深化人工智能教育产品研发，升级技术服务

首先，智能科技企业要调研教育领域的实际需求，深入挖掘人工智能技术与现代教育的契合点，以深化教育智能产品的研发升级和落地应用。其次，拓宽教育人工智能产品的功能模块，适切地辅助教育教学，提高学习效果，提升教师教学需求和学生个性化学习需求的整体满意度。再次，构建人工智能教育产品安全监管和评价体系，加大外部监督和检查力度，制定并规范标准，切实保障智能科技企业对现代教育提供更安全、更优质的产品与服务（见图15）。

图15 智能科技企业升级技术服务流程

3.推动“政企学研”协同合作，助力教育人工智能发展

依据当前人工智能和现代高等教育融合的发展现状，人工智能技术教育应用场景、技术研发资金、校企对接方式等问题需要长期的多方的协同努力。第一，政府部门要顶层设计，自上而下高度重视两者的融合进度，加大教育人工智能的资金扶持力度，为智能技术融入现代教育注入能量。第二，智能科技企业要肩负历史使命，加大相关产品的设计和研发力度，积极和高校、科研院所合作，扩大产品应用的深度和广度。第三，高校要扩展和加强人工智能专业教育，设立人工智能学院或开设人工智能专业，大力培养学生们的计算思维、创新思维、元认知能力和数据科学素养，为企业、科研机构培养适应智能时代发展的人才（见图16）。

图16 政企学研多方协同合作

4.建设教育人工智能示范基地，形成人工智能新型应用模式

针对当前人工智能技术在现代高等教育领域普遍度不高的问题，可以考虑选择条件具备的地区和院校作为示范基地，将其成功案例推向全国，以尽快形成新型应用模式。首先，聘请相关领域的专家定期到示范基地监管、指导工作，并进行人工智能业务培训，培养一批包括人工智能教师在内的信息化人才。其次，加强对教师的教育引导，打消疑虑。引导一线教师进行系统的学习，增加和提升教师的人工智能教育应用知识和能力储备。再次，制定与之相配套的激励机制和保障体系，引导教育工作者接受、创新应用人工智能技术，运用人工智能技术形成的新型教育教学模式，大幅度提升教育教学水平和能力。

综上所述，我们国家从战略的高度重视人工智能教育应用，从教育模式的建立、教育体系的构建和教育任务等方面，已经做出了长远规划，新一代人工智能以其显著的特征正在为现代高等教育改革创造新的机遇和挑战。我们的研究正是为人工智能和现代高等教育深度融合提供理论借鉴，未来两者的深度融合必将重建教育的时间、空间和环境维度，促使智能化、个性化教育落地生根。