智能教育：深度认知、应用路径与未来展望——第二届中国智能教育大会经验交流

俞建芬 张桂云

2019 年8 月23 日至24 日，来自人工智能和教育研究领域的30 多位知名专家学者共赴湖南株洲，参加第二届中国教育智能大会，围绕“智能时代的教育”前沿热点问题进行深入探讨，共同探索智能时代教育的新模式。

会议介绍了目前株洲市在信息化教育领域所面临的挑战、积极探索和取得的突出成效，其中包括大力发展信息产业，搭建大数据教育中心，建设智慧校园等，有利推动了各项教育事业的发展进步。中国工程院院士、中国人工智能学会理事长李德毅，教育部原副部长、国家总督学刘利民，国家语委中国语言智能研究中心主任、首都师范大学原副校长周建设，北京航空航天大学教授熊璋，美国国家工程院院士、美国第三脑研究院院长陈世卿，北京师范大学教育学部教授郑永和，北京理工大学计算机学院院长、中国人工智能学会副理事长黄河燕，哈佛大学语言与脑信息研究中心研究员、中国语言智能研究中心特聘教授李太豪，清华大学信息技术中心副总工程师、中国教育技术协会副会长钟晓流，清华大学教授、国家文科基地心理学与认知科学研究中心主任蔡曙山，国家英语课程标准修订组核心成员鲁子问，国家英语课程标准研制组核心成员刘兆义，教育部中央电化教育馆研究部主任黄天元等30 多位知名专家学者出席会议并作专题学术报告。教育行政部门的管理者、全国各地关注教育的中小学教师及媒体代表共1 300 多人参加了此次大会。与会专家学者立足人工智能发展的时代热点，围绕“教育均衡发展”“基础教育智能化途径”“智能教育生态体系建设”等一系列主题进行分享、研讨，从不同层面、不同角度阐述了观点，并就未来人工智能的发展趋势及变革作了深入研讨，以期推动未来人工智能和教育在更深层面的融合，更高层面的创新与发展。

一、智能时代下的教育再认知：缘起、内涵与特征

（一）智能根植于教育

在探讨对于“智能”的理解时，李德毅指出，智能根植于教育。人类发展史是人类用智慧逐步征服自然的历史，智能时代是已经走来的时代，人工智能在本质上是人类智能的体外延伸。智能源自何处？答案是教育。教育的目的是培养和孕育学生的创新能力及进行创新的内生动力，而创新是以认知为基础的，它常常源于交叉学科之间的知识整合和边缘突破，教育是以知识为基，能力为要，创新为本的，这是人类的智能所在，也是人工智能的来源。李德毅提出，智能时代要关注人类高级的群体认知教育，构架崇尚教育，构建新的超越时空的带强制性的教育，将个人基因和社会环境结合起来，将传承学习和自主学习结合起来，让硅基智能与碳基智能互动起来，增强人类的经验知识和记忆认知，增强人类的沟通与交互能力，使人类更具创造性。

（二）智能教育的内涵

关于智能教育的内涵，不同学者从不同角度给出了自己的理解。陈世卿从脑科学的角度提出第三脑的概念，试图通过脑科学的研究带动人工智能教育的研究和发展。陈世卿认为，第三脑就是大脑跟小脑的延伸，是将来人的外挂脑。人工智能实际上可以认为是每个人智慧的延伸，例如手机就可被看作是每个人的人工智能。我们保护脑、开发脑、延伸脑，目的是要将每一个人的智慧开发出来，进行创新。研究人工智能的本质就是要研究大脑，让每一个人的大脑放松，让人工智能来帮他做重复性的工作。在自己大脑放松的前提下，人机融合才能推动智能教育更好地向前发展。

周建设提出，智能教育就是利用人工智能技术精准计算学生的知识基础、学科倾向、能力潜质、情感偏好，根据这些计算的数据来配置知识内容。人工智能有三大基础五大模块，三大基础即感知、传输、储存，五大模块是智能教育、智能课堂、智能数据、智能服务、智能管理，这都要以大数据作为支撑。

湖南工业大学教授朱文球指出，智能是指智力和能力的总称。智能教育从目的和方法去理解，会有两种不同的含义：首先是指致力于促进学习者智能发展的教育，其次是指利用智能化的系统和设备传授知识和技能的教育。

广东省佛山市顺德区教育信息化办公室主任章传东提出，智能教育就是从数据到信息到知识到智能的发展过程，过程中牵扯到求索、吸纳、行动、互动和内省的发挥，是由部分到整体的汇聚过程。智能教育体系包括：（1）智能环境的建设，如智能校园云等；（2）智能教学，包括标准化教学、分层教学、移动教学等；（3）智能学习，包括个性学习、协作学习、泛在学习等；（4）智能管理，包括学校管理、区域管理、成绩管理、教师档案管理等。

综上，智能教育可以被视为手段，也可以成为归宿，最终都以促进学习者的智能发展为目的。

（三）智能教育的特征

人工智能背景下，教育呈现出什么样的特征？了解智能教育的特征有助于更好地理解智能教育的本质。对此，刘利民指出，智能时代的加速到来，为教育发展带来新机遇。人工智能在其发展过程中呈现出智慧和普惠的特征。智慧特征是指利用智能技术可以培养学生的创新能力、建构能力和合作能力；普惠特征是指利用智能教育可以将发展公平而有质量的教育愿景落到实处，实现教育的均衡化发展。郑永和从计算机学科的角度出发，提出智能教育本身并不是一个完整的学科的概念，从学科逻辑角度去思考和概括，教育和人工智能、大数据结合需要一个学科作为基础，即计算机科学。并指出，智能时代的特点是人机协同、跨界融合、共创分享。智能教育的本质特征是科教融合、创新驱动。熊璋从伦理学角度出发，提出人工智能教育实际上是一个特殊的系统，它缺失了社会道德伦理的约束和规范，对社会的冲击要求我们必须有与其共生的伦理系统，这是人工智能教育的特别性。教育在本质上是求真求美向善的，人工智能教育有责任把伦理教育放到一个非常重要的位置。

二、智能教育生态体系建设

（一）筑基智慧教育：可信数字身份建设

教育部教育管理信息中心信息化应用与发展处处长马亮提出，要推进可信教育数字身份建设，需筑基智慧教育高质量发展。大数据时代，数据可以随时随地实现共商共建共享，但是同时也要关注网络安全和信息安全问题，因此每个人都需要可信数字身份。什么叫可信数字身份？从技术和核心组成上来说，可信数字身份包括三个部分：一是由我们写入公安部的第二代身份证，二是把个人信息例如学籍信息等纳入可信身份，三是根据国家电子签名法，是基于国产密码算法的认证技术，是数字健全。

在智能时代，数据要有统一的标准才能实现真正的统计和使用。可信数字身份为其提供了前提，这便是可信数字身份的真正价值所在。在处处可学、人人可学的时代，可信教育数字身份可以帮助学生建立终身学习档案，在未来中考甚至高考的综合素质评价中实施和使用。关于学生所有的评价只有基于真实有效的包括学习在内的所有数字信息，才能确保评价体系的科学性和广泛性。

实际上，可信数字身份是对智慧教育的具体实践与应用，其应用范围不仅包括学习空间、综合素质评价、学籍系统、招生考试等，同时也运用到深度学习和差异化学习的需要中去，实现真正意义上的智能教育。

（二）教学环境建设：智慧教室与数字校园

钟晓流从当前信息化条件出发，探讨了教学环境的应然转变。从教学环境来看，智能化的教学环境基于智能感知、物联网、移动互联、云计算、大数据、社交网络和虚拟现实等信息技术，将教学活动的物理空间和信息空间有机衔接，为师生建立智能开放的教学资源应用环境和快捷便利的教学活动环境，如智慧教室，它突破了传统教室体型大小的概念，可以是单体教室、若干个有型的实体教室空间的组合，也可以是完全虚拟空间的组合或虚实空间结合。

教育部中央电化教育馆研究部主任黄天元提出，信息化网络的出现使数字校园建设成为可能。数字校园实现了信息和数据共享，解决了校内信息孤岛问题，打破了学校之间的孤岛。目前在国家“三通两平台”的体系下，学校已经开始尝试解决区域与区域之间的信息孤岛问题，这正是数字校园2.0的概念。学校积极借助信息化教育设备，解决教师身份认证数据的汇聚与分析；建设云、网、端平台，能够为教师教学、学生学习提供更优质的个性化支持与服务。

（三）教学变革：创新型的教学模式

从教学变革而言，钟晓流将教育的过程视为对人脑的塑造，因此每一节课都是一次脑认知的实践。借助智慧教室，演示教学、讨论教学、翻转课堂、远程同步课堂等创新型教学模式应运而生，教学“云平台”支持各类终端随时、随地学习，打破学习受时间、空间的限制，装备智能化管控、教室预约与课表联动，更新设备档案、教学环境档案，运行日志和智能分析等有助于智能化感知与控制管理，基于教学情境、教学活动的实时大数据，可以为教学教务管理提供评价依据与决策信息。

刘兆义从具体的英语学科切入，表明人工智能应该促进外语教学的变革与创新，智能时代呼唤智慧的英语教与学。并基于美国的TPCK 理念，提出要将“动”作为一个突破口，让学生学会动耳、动眼、动口、动手、动脑、动情，学会与教师互动，实现课堂的全面联动。要借助翼课网充分发挥智能教育的特点，将信息化核心技术运用在提升监控和评价等一系列“动”上，从而提高英语教育教学的质量。指出人工智能与英语教学的深度融合是一个整体的转换运动过程，是对传统教育的超越，是传统教育在现代社会的转化。因此，英语教育必须紧跟技术发展，让每个学生都能够在学习中实现自我价值。鲁子问提出，人工智能在促进教育公平和教育扶贫中具有非常重要的意义。基于人工智能的信息化学习平台，包含着大量的英语教育教学资源，可以在贫困地区进行共享，助力贫困地区学生的英语学习，这已然成为教育扶贫扶智的新思路和新路径。同时，人工智能学习平台也能促进教师信息素养的提升，这均有助于基础教育的均衡化发展。

三、基础教育智能化发展策略

（一）人工智能背景下基础教育发展困境

刘利民从基础教育发展取得的成效出发，结合当前人工智能发展的新背景，就基础教育发展过程中存在的问题作了以下梳理。第一，在大数据的储备和标准化方面有待完善。如数据的格式不同造成的“孤岛”数据和异类数据，既无法进行大规模的整合分析，又影响教育改革在范围上的推广。第二，教育学理念和教学内容的更新有待加快。当前人工智能教育的众多产品和应用过于关注人工智能技术本身而忽略了教育内容、教育方法和教育模式的与时俱进，并没有在学习者的能力培养和提升方面产生显著效果。第三，教师队伍的角色转变和人才储备有待提升。人工智能技术给教师带来了挑战，但是在对教师进行信息技术培训的同时，也要注重教师教育理念的转变和更新。第四，智能教育的作用和应用范围有待进一步拓展。随着教育的变革和发展，智能教育应深入更加广阔的领域。

（二）基础教育智能化发展的需求及应用场景

广东省佛山市顺德区教育信息化办公室主任章传东提出，中小学教育智能化的需求主要体现在八个方面：（1）教育管理部门的教育规划、教育治理；（2）学校的管理和教学的监测需要科学的评估；（3）学校与教育各个环节的辅助；（4）课堂教学模式化和智能化；（5）教育教学的研究改革和创新；（6）提质增效与师生减负，即精准教学；（7）智慧城市与智慧校园环境打造；（8）精准决策的系统。

根据工作经验和调查，章传东总结了基础教育中智能教育的应用场景，主要有如下十个方面：（1）智慧课堂，因为课堂是我们基础教育的主阵地；（2）智能校园，在原来数字化校园的基础上如何融合智能教育的要素；（3）教师发展支持系统，助力教师专业成长；（4）家校互动的移动化智能化；（5）动态资源与网阅系统的智能监控；（6）个性化诊断与智能辅助学习；（7）新中高考服务一体化的问题，要满足学生的个性化需求，必须借助AI 系统；（8）德育与班级管理的智能化；（9）教育管理的辅助与移动办公；（10）校园安全与校园管理的智能化。

（三）基础教育智能化发展的具体策略

1.实施多任务混合式精准教学

南京师范大学智慧教育研究院院长恽如伟指出，智慧课堂是强调一种教学改革，而不是简单的信息化设备展示。在智慧课堂中要强调知识的动态生成，注意师生角色的转换，关注学生的元认知发展，进行精准的问题解决，开展合作探究学习。理解智慧教育，教育信息化语境是关键。在此，恽如伟提出多任务混合式精准课堂教学方案，包含如下四个任务：（1）让学生参与进来；（2）精准了解学生对知识的建构情况；（3）精准发现学生的问题所在；（4）强调常态化课堂。智慧课堂的关键和核心在于教师，教师如何在教学活动中落实任务，主要有三点措施：（1）多样化的学习活动；（2）个性化的学习计划；（3）问题解决情景和思考的方法。综合以上任务及具体措施，努力将多任务混合式的精准教学落到实处，真正助力基础教育的均衡化发展。

2.认知再造：培养学生的关键能力

广西教育学院校长袁旭认为，过去的智能教育生态演化是从感知智能到认知智能的过程，是一个从物理反应到化学反应的过程，而未来的演化趋势则是推动人工智能从技术到商业化的转变。智能教育实际上是一场认知革命。认知再造时代的人才培养需要思考的是，到底要把学校办成什么样的学校，培养什么样的学生，引导什么样的老师。从根本来讲，这是一个认知再造的过程。人工智能时代的人才，创新能力是关键。因此，培养学生的创新能力是关键。首先，认知再造时代，要培养学生提出观点的能力，教会学生独立思考问题。从这一方面而言，在学校教学过程中，知识、技能、态度的学习和养成缺一不可。其次，需要培养学生的专业能力，包括发展能力、社会能力等。

3.推进人工智能与教育融合创新

浙江省教育技术中心主任施建国提出，技术作为内容可以丰富课程资源，技术作为工具可以创新教学过程，技术作为思维可以改变教育的形态。因此，应该确立以学为中心的理念，并根据浙江省的智慧教育实践梳理技术应用的五个维度，即重构学习空间、丰富教学内容、拓展学习方式、开展学情分析和学习评价。据此，施建国提出推进人工智能与教育创新融合的六条实施路径：（1）重构学习空间；（2）增强学生的学习内驱力；（3）信息技术与教学融合，提高学生的认知水平；（4）改变教育的供给方式；（5）提升教育专业能力；（6）推动教育教学的精准化。四川农业大学信息工程学院院长高雪松提出，智能教育的推进应该以学科体系为根本，以教育大数据为基础，从学科体系、空间、学情、评价体系出发构建四位一体的教育生态体系。

四、高等教育智能化发展路径

（一）推进民族高等教育治理智能化

贵州民族大学副校长王林从贵州省的基本情况出发，表明大数据已经是贵州重要的发展战略之一，高等教育信息化基础设施建设基本完善，智能时代下民族高等教育发展既要有智慧性、整体性、动态性，又要具备协同性和透明性。据此，王林提出民族地区高等教育发展的五条路径：（1）转变高等教育发展的理念；（2）推进智能化数字校园建设；（3）充分扩充民族高等教育数字共享资源；（4）加强智能化教育人才队伍建设；（5）着力实施教育教学改革。

综合以上措施，要充分利用大数据的优势尝试现代智能化科技手段和高等教育治理与变革的深度融合，积极探索智能化时代民族高等教育治理创新变革路径，开辟一条适合中国特色且符合民族地区实际的高等教育发展与治理之路。

（二）搭建高校人工智能专业人才培养平台

朱文球指出，在教育迈向智能化的时代，高校要完成两项工作：（1）为社会、为不同产业培养人工智能领域的高水平人才；（2）推进高校的智能教育发展。提出“四个融合”的人工智能专业建设思路，包括产教融合、科教融合、双创融合、学科融合；“四个一流”的杰出人才培养思路，包括一流的培养目标、一流的师资队伍、一流的课程体系、一流的教学体验。介绍了高校在智慧校园建设方面已经有的举措，如作为教学产品的工业物联网平台已经搭建，包括智能制造、大数据分析；精心研发了人工智能的示范教材，积极投入人工智能背景下的教师队伍建设行动计划等，共同助力高等教育的智能化发展。

五、智能教育发展的趋势

信阳师范学院教授张茂林指出，教育革命是教育产生根本性变化的重要原因，从文字创造、学校产生到印刷术发明，教育实现了规模化、一致化和高效率的发展愿景；电化时期的教育经历了视觉教育、视听教育和程序教育；信息化时代的到来导致了教育的第五次革命，实现了教育的全时空化。联合国教科文组织把信息技术应用于教育的过程分四个阶段：起步、应用、融合、创新。智能化背景下，信息化和智能化对教育的叠加作用和效果决定了教育的智能化，教育智能化是一个过程，有很长的路要走，最终目的是实现智能教育。

（一）推动计算机教育学的内容及框架完善

“智能教育是一种新的教育模式。在新的人工智能发展背景下，我们期待能够提出符合智能时代的教育理论体系。”郑永和试图在人工智能的背景下提出计算教育学的框架设想。计算机教育学是基于数据汇集与分析、数据挖掘和服务的研究模式，完全颠覆了传统的教育学模式和路径。信息技术的发展、学科的交叉融合、教育学研究范式的转型都呼唤着计算机教育学的诞生和发展。如何用计算机教育学进行学科归纳，郑永和提出了以下几方面的内容设想：（1）有计算机教育学的基本概念；（2）有知识建构和学习机理的基本理解；（3）对教育情景、教育资源与信息技术环境的具体界定；（4）对教学信息采集与整理；（5）学习者建模、知识建模和认知工具；（6）教与学的数据表达与建模；（7）教育大数据与教育评价相对宏观；（8）有一个智能时代的教育伦理的结构。

（二）突出人工智能教育中的伦理教育

熊璋提出，在人工智能时代不断发展的过程中，维护整个教育发展过程的科学性、健康性成为不可忽视的要点。这要求我们要具备信息意识和计算思维，在进行数字化学习与创新的同时，主动承担信息社会的责任。首先在思想意识层面，要树立正确的价值取向，扬善避恶；在实操层面，要主动承担社会责任，规避可能存在的系统风险。熊璋提出，人工智能教育，尤其是伦理教育要纳入高中和大学的课程体系，并对以下几个方面的内容提出明确要求：（1）明确伦理教育的目标；（2）明确课程内容和学业标准；（3）严格保证教材的科学性、严谨性、规范性；（4）加强一线教师的培训，鼓励社会舆论和其他社会力量共同加入到维护人工智能教育健康发展的浪潮中来。

（三）推动智能化语言处理进一步完善

蔡曙山指出，认知科学本质上是一个交叉学科，是研究认知的现象和规律的学科。脑神经系统和心智中间的桥梁是认知，心智的进化从初级到高级，进化过程中人类出现语言。有了抽象语言，进而产生了抽象思维，语言和思维建构了整个人类的知识大厦，知识的积淀形成文化。从语言到思维到文化，核心在于人类的建构。黄河燕指出，人类智能的最高体现之一是语言，人工智能遇到的难度最大的领域也是语言领域的智能处理。计算机的功能用途，第一是进行大量的计算，第二是模拟人的感知能力，第三是认知智能。语言智能处理是智能教育里面非常核心的一个技术。大量的中小学技术知识库的建设，对中小学生智能化的辅导均需要借助语言智能处理技术。目前，语言智能处理领域的发展主要表现出如下几个趋势：（1）多模态协同处理；（2）垂直化领域的应用；（3）脑科学与智能科学交叉融合研究，互相促进；（4）智能体的协同；（5）计算模式的革命与创新。但是，如何通过计算机数据进行语义理解、情感理解和逻辑理解，达到语言智能，也是我们进一步思考和探索的方向。

六、总结

智能化会引领未来教育发展，引领未来人的发展，引领未来社会的发展。人工智能引发智能教育。智能教育的核心就是推动人工智能与教育教学的深度融合，是优质教育均衡配置和发展的“助推剂”。在此次会议中，学者专家及一线教师的研讨为人工智能及当前教育的发展梳理了清晰的脉络，有助于加深对智能教育的认识，总结智能教育的生态体系构建及智能教育发展策略。启示我们要充分利用人工智能技术促进教育教学模式变革，创新教学内容手段和方法，构建网络化、数字化、智能化、个性化、终身化教育体系，全面提升教育体制，实现公平而有质量的教育。智能教育要引领未来人的发展，必须要通过制度的安排，要渗透、融合、赋能到教育制度的方方面面，培养智能化时代的人才，使之成长为智能新人。人工智能时代，智能教育的教育理念、教育理论、教育实践必然会产生很大的变化。人工智能技术快速发展，将在提升教育质量、创新人才培养模式、促进个性化学习和终身学习方面发挥重要作用，需要教育超前识变、积极应变、主动求变，支撑引领教育的智能化，培养智能化时代的建设者和接班人。