机遇与挑战：人工智能对幼儿教育的影响

田秀玉 严仲连

【摘要】人工智能时代的到来，使得人工智能教育应势而生。幼儿园教育作为学校教育的起始和奠基阶段，与人工智能的融合有其独特意义。人工智能与幼儿教育的融合既蕴藏着巨大潜能，也存在诸多挑战。推动人工智能与幼儿教育的深度融合需协调多方力量共同努力：加大政策支持和经费投入，增强对人工智能教育的扶持；提升幼儿教师人工智能教育方面的知识、能力和素养；规范教育数据的应用标准，明晰人工智能应用的伦理边界；拓展人工智能的研究领域，增进人工智能与教师的合作。

【关键词】人工智能；幼儿教育；人工智能教育

【中图分类号】G610 【文献标识码】A 【文章编号】1005-6017（2020）12-0002-05

【作者简介】田秀玉（1996-），女，湖北黄冈人，东北师范大学教育学部硕士研究生；严仲连（1969-），男，湖北汉川人，东北师范大学教育学部教授、博士生导师，教育学博士。

一、引言

（一）人工智能的教育应用现状

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是指研究和开发智能理论、方法、技术和应用系统，利用计算机来模拟人的思维和行为的新兴技术科学。作为计算机科学的分支，人工智能涉及的领域极广，包含计算机、心理学、语言学等诸多学科[1]。“人工智能”一词正式产生于1956年美国达特茅斯学院（Dartmouth College）举办的夏季学术研讨会[2]。此后，人工智能的发展经历了计算智能、感知智能和认知智能三个阶段，而人工智能的教育应用也伴随着三大智能技术的发展而日益完善[3]。当前，人工智能的教育应用多集中于基础教育和高等教育，功能聚焦在智能管理、智能导学和个性化学习三方面。

智能管理是人工智能在教育管理方面的应用，涵盖教育决策系统、教师管理、学生管理和校园安全管理。教育决策系统是一种融合人工智能与决策支持系统的辅助系统，用以解决复杂问题[4]。教师管理和学生管理主要借助于对教师教学和学生学习的数据进行收集、整理、分析、可视化呈现的智能管理教学平台（如极客大数据、12xue等），达到对师生双方的高效管理。校园安全管理则依托人工智能对校园基础设施设备、学生的生理安全、心理健康等数据实时监测、解释和预估，保障学生身心健康[5]。

智能导学是指应用人工智能提供个性化学习指导的自适应教学系统[6]。该系统不仅能为学习者提供知识、技能和情感上的智能服务，而且能为教师的教学和评价带来极大便利。借助虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术、增强现实（Augmented Reality，AR）技术、教育游戏、教育机器人等，教师可构建生动趣味的教学情境，让学生身临其境地体验和理解知识；借助自动化测评技术，教师可实现语言和图像表征的智能化考试，并展开智能答疑与评卷[7]；另外，通过学情监测，教师可全面客观地了解学生学习情况，并以此为依据调整教学内容、教学方法等，以优化教育决策、改进教育过程。

个性化学习即利用大数据，人工智能可为每位学生定制独立、专门和个性化的学习路径，分享适宜的学习资源，进而提升学习效果。智能导师便是个性化学习的代表性应用。智能导师通过对学生学习全程的实时跟踪、记录和分析，掌握学生独特的学习特点和规律[8]，据此为每位学生推送专门的学习资源，设计针对性的学习方案[9]，并对其表现和结果进行评价和反馈[10]。依托图像识别技术，学生拍下问题上傳云端，拍照搜题软件便能立即给出题目的答案与解题思路，为学生的自主和实时学习提供方便。此外，许多虚拟智能助手正日益成为人们个性化学习的重要工具，如教育机器人可帮助学生规划学习目标，管理学习时间，分享学习资源，促进学生的个性化学习[11]。

（二）人工智能融入幼儿教育的意义

研究者多关注人工智能在学校教育中的应用现状与前景，而对人工智能融入幼儿教育的意义有所忽视。幼儿园教育是基础教育的重要组成部分，是我国学校教育和终身教育的奠基阶段[12]。科学的幼儿教育能为孩子一生的发展奠定良好基础。在人工智能时代，我们发展人工智能教育，必不能忽视学前阶段。在幼儿期，做好幼儿人工智能教育的熏陶与启蒙，是其日后学习人工智能相关的知识、技能和素养的重要前提和基础。新一代幼儿出生于高度智能化的社会，是人工智能时代的原住民，他们对当前环境的理解力和适应力是成人无法企及的。这群孩子从小在自动化、智能化和信息爆炸的环境中成长，具有极强的探索欲望和学习能力。他们疯狂地学习和吸收新鲜事物，但缺乏对外界信息的判断和筛选能力，因此，他们需要专业的人工智能教育。而且，人工智能与幼儿教育的融合能够革新教育模式、优化教育环境、丰富教学内容、提升教育效果、完善教育衔接等，促进幼儿全面而富有个性地成长。

二、人工智能融入幼儿教育的应用潜能

（一）面向幼儿教师的辅助式服务

面向幼儿教师的辅助式服务是指利用人工智能达到辅助幼儿教师完成幼儿园一日生活的目的，以完成和完善游戏活动和教学活动为主，其应用潜能主要体现在辅助教学、辅助测评和辅助管理三方面[13]。

辅助教学贯穿教育教学的方方面面。在教学内容上，人工智能能以生动形象、视听化和立体化效果为幼儿呈现特定知识经验；在教学环境上，人工智能可为幼儿营造仿真化、趣味化的虚拟游戏情景，真正做到在游戏中学习；在教学方式上，人工智能可识别、观察并记录幼儿的各类活动表现，通过实时监测、分析，生成幼儿个体及群体的可视化学情报告，并为教师绘制符合每个幼儿个性特点的教育方案，实现真正意义上的因材施教[14]。此外，在教学媒体、教学资源、幼儿教师的学习方式等方面都实现了革新。

辅助测评主要运用于幼儿的生理健康、情绪情感和认知发展等方面。人工智能可通过实时跟踪，记录幼儿的系列表现，做出恰当评价和反馈。如借助智能运动设备（智能手环、智能肺活量等），全面深入地采集幼儿各项健康数据，以发现每个幼儿在体质、运动技能、健康程度等方面的问题；利用视频采集设备，通过对人脸、情绪和行为的识别，实时采集幼儿情绪发展数据，了解师幼互动效果及幼儿的学习掌握情况，优化教学设计。

辅助管理则体现在教育衔接上，尤其是家园合作。人工智能与幼儿教育的融合拓宽了幼儿园和家庭、社区以及托幼机构、小学之间沟通的渠道，使教育衔接更加智能化、一体化、便利化和科学化。如微信公众号、手机软件等亲子互动平台，能增强家长对幼儿在园情况的了解，密切幼儿教师和家长的联系，促进家园共育活动的开展，有效完善教育衔接。

（二）面向一般儿童的个性化辅导

儿童是处于动态发展中的人，享有充分发展潜能，也存在发展的个体差异[15]。认识幼儿的个体差异并实现幼儿的个性化学习是优化教育效果的关键，也是人工智能在幼儿教育领域的重要发展方向。智能虚拟助手、智能导学系统、适应性学习平台等系统能依据幼儿的个性特征（如语言和行为习惯、学习风格、兴趣爱好等）设计个性化课程，使幼儿快乐高效地学习。如智能虚拟助手能利用自然语言模拟人类对话，深入理解人类需求，实现问答互动、生成学习情境、开展学习分析等功能[16]。个性化学习系统收集的幼儿行为及其规律，是实现对幼儿个性化辅导的基础。收集的数据越全面深入，学习内容推送、学习行为反馈、情绪调节便越精准[17]。此外，人工智能除了是支持幼儿个性化学习的好帮手，也是幼儿生活、娱乐的好伙伴。如北京紫光优蓝机器人技术有限公司研发的“爱乐优”家庭亲子机器人既能与幼儿一起做体操、唱歌、跳舞、玩游戏，还能为幼儿提供学习辅导和生活照顾[18]。

（三）面向特殊儿童的补偿性教育

补偿教育（Compensatory Education）起源于美国，主要是为处境不利者或受正规教育失败者提供的可选择的、补充的教育计划，使其获得社会生存和生活能力[19]。发展至今，其内涵也在不断丰富。而聋哑儿童、听障儿童、视障儿童、智障儿童、自闭症儿童及肢体残疾儿童等特殊儿童，是补偿教育的重要服务对象。当前，人工智能已拓展到特殊教育领域。借助人工智能，可为特殊儿童提供科学的补偿教育，帮助其延伸器官功能，弥补智力或身体的不足[20]，最大程度地实现矫正和恢复，从而回归到主流社会。

首先，人工智能促进特殊儿童的生活便利化。如Aira公司将机器学习与智能辅助眼镜相融合，利用机器学习算法和语音识别技术帮助视障儿童同步获取位置信息并提供定位导航，弥补视觉缺陷。其次，人工智能促进特殊儿童的康复专业化，尤其是自闭症儿童的康复治疗。如智能虚拟代理或智能社交机器人可与自闭症儿童进行语言互动，并收集其社交数据，通过迅速、非正式的判断确认自闭症儿童是否理解活动或实现轻微改善，来培养其语言表达能力、社会性和情绪智力。最后，人工智能除对特殊儿童实现生理和心理的补偿外，还能帮助其学习和发展。如罗纳德·科尔教授团队研发的嵌入虚拟导师的智能导学系统就能帮助聋哑儿童学习词汇、练习发音及完成其他学习任务等[21]。

三、人工智能融入幼儿教育的现实挑战

（一）对幼儿教师的专业素养提出更高要求

人工智能与幼儿教育的融合对幼儿教师人工智能方面的知识、技能和素养提出了更高要求。幼儿教师是教学活动的设计者、组织者和实施者，在教育过程中占据主导地位，在人工智能与幼儿教育的融合中发挥关键作用。人工智能教育的效果，取决于幼儿教师的专业素养。然而，专业师资不足是制约人工智能融入幼儿教育的重要原因。首先，人工智能属于新兴教育技术，人工智能相关知识、技能尚未全面推广，有效掌握人工智能技术的幼儿教师较少。其次，人工智能作为计算机科学的分支，涉及诸多学科内容，具有一定的复杂性。最后，人工智能与幼儿教育尚处于初步融合阶段，其具体应用和实施路径还在探索当中，缺乏成熟、系统的体系来指导二者的深层融合。

（二）对一般儿童存在情感缺失和制约教育公平

一方面，人工智能的教育应用存在情感缺失。人工智能的发展尚处于专用（弱）人工智能阶段，即“没有人工，就没有智能”的阶段，人工智能仅能根据人类设定的程序在特定领域完成特定指令，缺乏自我意识[22]。教学过程本质是一种由教师的教和幼儿的学组成的双边互动活动，是生动、有趣的情感互动，是潜移默化地培养幼儿认知、情感、道德和社会性的过程。人工智能虽能实现辅助教学、辅助测评、辅助管理等功能，但无法与幼儿进行情感互动，更无法引导其情感、态度、价值观的发展。教学活动中的师幼情感互动，是人工智能教育难以实现和取代的。另一方面，人工智能应用分配不均影响教育公平。教育公平是公平在教育上的体现，学前教育公平包括起点公平、过程公平和结果公平。其中，过程公平是指为每个学前儿童提供相对平等的接受正规学前教育的资源和条件[23]。当前，人工智能的供给还处在商业化阶段，引进人工智能相关设备必然连带高昂的教育支出，这意味着人工智能的应用将存在显著阶层差异。教育资源不均衡始終是制约我国教育发展的难题，人工智能应用将有可能加剧我国在城乡、区域及园所间的教育资源分配鸿沟，制约幼儿教育的过程公平。

（三）对特殊儿童的人工智能教育研究和应用不足

关于特殊儿童的研究和应用不足是人工智能在特殊教育领域的关键挑战。已有人工智能教育的相关研究多集中于普通教育领域，特殊教育则是人工智能本应发挥积极作用却被忽视的盲区。残疾人群一直是教育技术研究和应用中被边缘化的群体[24]。在人工智能教育应用领域，特殊教育也是一块有待研究和应用的“洼地”[25]。已有研究仅存在少量人工智能与特殊教育融合的研究展望，在实践应用中的成果更少，严重忽视了特殊儿童的教育需求，人工智能应用于特殊教育的研究亟待丰富。

此外，人工智能与幼儿教育融合中，教师和儿童均面临巨大的安全伦理挑战。人工智能产业链上存在开发商、平台提供商、操作系统和终端制造商、其他第三方等多个主体，这些主体都享有访问、上传、共享、修改、交易及利用用户数据的权利[26]。教育数据的收集和共享使得教师和幼儿的个性特征、兴趣习惯及健康、认知、情感、社会性发展等方面的个人信息存在风险，隐私维护难以保障。随着技术的完善，常见的隐私保护方法已不值得信赖。研究发现，神经网络只需根据主流的机器学习方法训练，便可识别图像中隐藏的信息，在某些数据库和隐私技术上，神经网络的成功率已达到80%～90%[27]。因此，伦理道德和信息安全是人工智能与幼儿教育融合面临的一大挑战。

四、促进人工智能与幼儿教育深度融合的建议

（一）加大政策支持和经费投入，增强对人工智能教育的扶持

当前，人工智能教育尚未实现与教育全过程的融合，且无法培养和引导幼儿的情感、态度、社会性和价值观[28]，人工智能与幼儿教育处于初步融合阶段。人工智能自身的技术完善和人工智能与幼儿教育融合模式的探索还需幼儿园、科研团队、企业、政府和家庭等多方努力。另外，人工智能教育的商业化应用模式给贫困地区和农村地区的幼儿带来极大不利，加剧教育资源分配不均衡，制约学前教育公平。因此，我们应加大政策支持，拓宽经费来源，增强对人工智能教育的扶持力度。首先，政府应出台相关政策，为人工智能自身技术的完善创新、人工智能教育应用的普及推广以及人工智能与幼儿教育的深度融合提供坚实的政策保障。其次，政府和社会团体应加大对人工智能教育应用的经费投入，为人工智能的技术创新、人工智能与幼儿教育的深度融合提供稳定的物质保障，并为贫困地区和农村地区的幼儿园普及基本的人工智能设备，以初步普及和公益扶持缩小教育资源分配的不均衡，缓解教育不公平的现象。

（二）提升幼儿教师人工智能教育方面的知识、能力和素养

具备人工智能教育方面的知识、能力和素养的幼儿教师，能将人工智能技术恰当地运用于一日生活中，培养幼儿的人工智能素养，有效提升教学效果，最大程度地促进幼儿发展。人工智能与幼儿教育的深度融合，必须提升幼儿教师人工智能教育方面的知识、能力和素养，培养真正掌握人工智能知识、技能和素养并善于运用人工智能服务于教育教学的专业化幼儿师资队伍。人工智能教育相关知识、能力和素养的培养应贯穿幼儿教师职前、入职和在职教育的始终。幼儿教师职前教育应设置人工智能教育有关课程，使其充分了解人工智能的发生、发展过程，了解人工智能教育的内涵和方法；幼儿教师的入职和在职教育应加强人工智能教育应用的培训和学习，尤其是人工智能融入幼儿教育实践案例的传授，并培养幼儿教师自觉应用人工智能改革传统教学和游戏的意识。此外，幼儿教师应树立持续学习的观念，不断更新专业知识、技能和方法，与时俱进，适应时代要求，坚持通过学习和实践不断提高关于人工智能教育的知识、能力和素养，完善和创新教育教学。

（三）规范教育数据的应用标准，明晰人工智能应用的伦理边界

教育大数据涵盖教育者、受教育者、管理者等各主体的隐私。人工智能应用下教育数据存在不可预知的风险，人工智能教育必须规范教育数据的应用标准，明晰人工智能应用的伦理边界。一方面，人工智能课程应包含全面的伦理道德教育，伦理道德意识的树立是应用人工智能的基础和前提；另一方面，对人工智能教育应用的技术和法律层面严加规范，除使用区块链等技术手段维护用户的隐私和权益外，还须制定保护隐私、规范应用相关法律法规，实现人工智能的良性发展[29]。第三届世界智能大会上，北京智源人工智能研究院与北大、清华及中科院等多家科研机构联合发布《人工智能北京共识》，针对人工智能的研发、使用、治理三方面，特别提出了各参与主体应遵循的有益于人类命运共同体构建和社会发展的15条原则。《人工智能北京共识》强调，人工智能在研发上要服从人类的整体利益，在设计上要合乎伦理，使用上要避免误用和滥用，应确保利益相关者对其权益所受影响有充分的知情与同意[30]。

（四）拓展人工智能的研究领域，增进人工智能与教师的合作

我国目前残疾人总数达8502万人，而视力、听力和肢体残疾占绝大多数[31]。这些残疾人亟待人工智能技術的帮助，以实现正常生活、学习和工作。特殊教育是迫切需要人工智能的领域之一，但人工智能在特殊教育领域的应用和研究较少，发展也不成熟，我们应加快拓展人工智能研究领域，特别是特殊人群的补偿教育。国外已在研究如何通过人工智能强化、再造残疾人肢体及躯体反应、对话等技术，我国也需大步跟上[32]。另外，人工智能虽具备辅助教学、辅助测评、辅助管理等功能，但人工智能永远无法取代人类教师。首先，人工智能缺少社会属性，难以跟人实现“零距离”互动。其次，人工智能是解决问题的，无法像人一样发现问题。最后，人工智能缺少心理属性，它不可能有人类特有的情感[33]。因此，促进人工智能与幼儿教育的深度融合，必须增进人工智能与幼儿教师的合作，实现二者的优势互补。未来教育中，人工智能也许能胜任知识与技能的培养，但道德与情感教育却是人类教师特有的使命。

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本文系国家社会科学基金项目“农村学前教育發展风险识别与防范研究”（项目编号：19BSH049）的研究成果。

通讯作者：田秀玉，tianxy168@126.com

（责任编辑 王平平）