人工智能在幼儿教育领域应用的研究热点与展望

史力玲 杨凤 王欢

【摘要】为进一步厘清人工智能在幼儿教育领域应用的研究热点和趋势，本文运用可视化分析软件CiteSpace对中国知网中的179篇相关文献进行分析，结果发现：人工智能在幼儿教育领域应用的相关研究数量逐年增加，研究热点主题集中在“人工智能+幼儿教育教学”“人工智能+幼儿游戏”“人工智能+幼儿园管理”三方面。在此基础上，本文提出了人工智能在幼儿教育领域应用的研究展望。

【关键词】人工智能；幼儿教育；知识图谱

【中图分类号】G610 【文献标识码】A 【文章编号】1005-6017（2021）10-0007-04

【作者简介】史力玲（1972-），女，河南安阳人，广东省公安厅幼儿院院长、幼儿园高级教师；杨凤（1975-），女，安徽泗县人，广东省公安厅幼儿院副院长、幼儿园高级教师；王欢（1990-），女，广东潮州人，广东省公安厅幼儿院教师，教育学硕士。

一、问题的提出

人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）是一门前沿的技术科学，融合了计算机科学、心理学、信息学、逻辑学等众多学科，是研究和开发用于模拟、延伸人类智能的理论、方法和技术[1]。随着国家及各地相关文件的出台，人工智能与教育逐渐成为一个研究热点。幼儿教育的教育教学模式与中小学教育有着巨大的差异，如何将人工智能技术与学前教育发展需要、幼儿发展需求相结合，是一个值得研究和探讨的问题。本文采用可视化分析软件CiteSpace，对中国知网中近15年（2006～2020年）关于人工智能在幼儿教育领域应用的相关文献进行可视化分析，以明确相关研究现状及趋势。

二、数据来源与研究方法

为保证文献质量的权威性、代表性和认可度，本文基于中国知网，以“人工智能+幼儿”为主题检索词，时间跨度设置为2006～2020年，检索条件设置为精确，在剔除重复、非相关等无效文献后，共得到 179篇文献（检索日期截至2020年4月12日）。本文主要采用文献计量分析的方法，在对文献年度发布数量和趋势进行基本统计的基础上，运用CiteSpace软件对中国知网中关于人工智能在幼儿教育领域应用的相关文献进行可视化分析。

三、研究结果与分析

（一）发文趋势分析

年度发文量是衡量研究热度与发展趋势的重要指标。本文对检索到的所有文献进行年度发文量分析发现，人工智能在幼儿教育领域应用的相关研究总体呈增长趋势，大致经历了三个发展阶段：第一阶段为2006～2009年，该阶段的文献数量整体较少，属于探索研究阶段，研究内容较少且分散，没有集中的研究主题，只是倡导将人工智能技术应用于幼儿园中，但没有实际性的成果。第二阶段为2010～2015年，该阶段的文献数量呈波动增长趋势，研究内容明显增多，形成较密集的研究主题，机器人教育崭露头角，基于人工智能技术的幼儿教育游戏设计逐渐发展。第三阶段为2016年至今，该阶段的文献数量快速增加，人工智能技术在幼儿园领域的应用主题广泛，研究主要集中在幼儿智能教育机器人和智能玩具、家园云共育、人工智能教育游戏、幼儿教育安全应用和教学管理等方面。由此可见，人工智能在幼儿教育领域应用的相关研究数量在近年呈上升趋势，并且在未来很有可能会持续上升，呈现多样化的研究趋势。

（二）研究热点主题分析

关键词频次能体现该领域的研究热点，关键词的中心性反映了其在整个关键词共现网络中的重要性，代表了一定时期内核心的研究内容。本文依托CiteSpace软件，对人工智能在幼儿教育领域应用研究的高频关键词进行提取（见下表），并生成关键词聚类知识图谱（见下图）。由下表可知，“幼儿园”“人工智能”“幼儿”“应用”“信息技术”“机器人”等关键词的出现频次和中心性较高，代表了该领域研究的热点话题。由下图可知，人工智能在幼儿教育领域应用的研究形成了“幼儿教学”“人工智能”“学前教育”“准备”“乐高”“幼儿教育”“品牌合作”“信息化”“学龄前儿童”等聚类标签。结合对文献的具体分析，人工智能在幼儿教育领域应用的研究热点主题主要集中在“人工智能+幼儿教育教学”“人工智能+幼儿游戏”“人工智能+幼儿园管理”三个方面。

1. 人工智能+幼儿教育教学

“人工智能+幼儿教育教学”主题的高频关键词有“幼儿园”“幼儿教育”“幼儿园教学”“机器人教育”等。目前人工智能在学前教育中的应用产品主要是智能机器人[2]。人工智能教育机器人在自主教学、辅助教学和教学管理中的应用，为儿童的学习活动增添了趣味性和便捷性，成为培养儿童创新能力和综合知识的优秀平台[3]。在教学过程中，人工智能教育机器人可以作为智能教具，独立或辅助幼儿园教师进行教学活动，为教学提供“学情分析服务”[4]及全面掌握幼儿的整体发展概况，为幼儿发展评估提供数据资料，并且有助于实施个性化评估。

现今，教育机器人发展得如火如荼，是人工智能发展的前沿领域，具有高度综合性、前瞻未来性、创新实践性等特点，蕴含着极其丰富的教育资源和应用价值[5]。教育机器人将智能技术与实际场景结合，一般具有人像识别、自然语言处理、物体识别、情感识别、运动控制、知识表征等功能。应用于幼儿教育领域中的教育機器人主要分为智能陪伴机器人、安全教育机器人、编程机器人（STEAM教具）、特殊教育机器人和机器人教师等[6]，在幼儿园的应用多数集中在幼儿园教学辅助和幼儿临床医学领域[7]。

2. 人工智能+幼儿游戏

“人工智能+幼儿游戏”主题的高频关键词有“人工智能技术”“智能玩具”“玩具设计”“人机交互”“交互设计”等。游戏是学龄前儿童的天性，玩具是幼儿游戏的工具，伴随着人工智能技术的发展，儿童的游戏和玩具也朝着高科技方向发展。因此，智能玩具和电子游戏也逐渐渗透到幼儿的生活当中。目前的幼儿电子游戏和智能玩具既注重其教育性或益智性，也重视其人机交互的设计理念和游戏性。智能玩具借助传统玩具的外形，结合最新的技术手段将其功能智能化。如乐高玩具公司推出的编程玩具机器人，将传统积木和智能机器人编程相结合，可以增强儿童的操作能力和创造性。我国的智能玩具更加注重益智性，主要有以语音对话交互形式为主的陪伴型教育机器人，以及在传统电动玩具的基础上加入语音识别、手势识别功能的玩具等。

人工智能技术与增强现实、虚拟现实技术相结合，逐渐渗透到幼儿的游戏当中，有研究表明，“增强现实的互动性和探索性特点适合幼儿教育，因为这个阶段的儿童喜欢探索，需要高度的活动自由和运动”[8]。雷有光、冯美婷构建了基于儿童学习品质的教育游戏设计框架，并据此设计了针对3～6岁儿童的国学教育游戏[9]。刘生建开发了儿童数学启蒙游戏“快乐24点”[10]。某幼儿园将智慧游戏应用到托班餐后活动，包括功能类游戏（如智慧图形游戏）、教学复习类游戏（如联想配对游戏）和实物展台游戏（如手影游戏），在实践应用中证明人工智能教育游戏能够激发幼儿的学习兴趣和信心，增强同伴交往，减少焦虑[11]。人工智能教育游戏在安全教育中的应用也比较广泛，肖芳、陈国军设计开发了适合幼儿的交通安全游戏[12]，张冬梅设计开发了幼儿地震安全游戏“宝宝超能力”[13]。人工智能教育游戏的设计开发经历了“由行为主义、认知主义到情境主义的转变，设计者从最初的关注学习结果，逐渐转向关注学习者与情境的交互，关注学习的复杂性和完整性”[14]。人工智能教育游戏的应用提高了幼儿的兴趣和参与性，有助于幼儿在仿真情境中获得知识经验以及愉悦的体验。

3. 人工智能+幼儿园管理

“人工智能+幼儿园管理”主题的高频关键词包括“应用”“信息技术”“智慧校园”“云平台”等。当前，智能管理系统在中小学和高校中应用比较成熟，随着人工智能技术的提高，基于生物特征识别技术、智能视频监控技术、物联网技术和云计算技术的智能管理设置逐渐应用于幼儿园的安全管理、家园沟通以及幼儿园教学管理中。

在幼儿园安全管理方面，近年来校园意外伤害事故频发，校园安全成为关注热点。《国务院办公厅关于加强中小学幼儿园安全风险防控体系建设的意见》提出，不断健全学校安全的人防、物防和技防标准并予以推广[15]。科大讯飞通过人工智能、云计算和大数据等先进技术研发的智能管理系统在实际应用中取得了良好成效，提高了管理效率[16]。幼儿园可以通过刷卡或刷脸等方式，记录幼儿出勤状况和接送情况，实施外来车辆监控、聚集人群监控等危险预警；通过联网视频大数据实时监控幼儿园各个系统运行状况；通过系统智能分析预警，识别潜在危险，紧急情况下，还可与公安等部门进行数据联网，及时给予救助。

在家园沟通方面，人工智能为家园合作搭建了桥梁，有助于学校、教师和家长共享学情，进而提高教学水平、进行科学决策和提升幼儿园管理水平。教师和家长通过家园互动云平台、智能手环、智能书包等设备实时获取幼儿在园动态，共享幼儿学习、活动视频数据资料，并进行存储分析，将结果反馈在云平台上，这有助于实现家园顺畅沟通，共建教育共同体。

在幼儿园教学管理方面，幼儿园可以运用监控设备和传感设备来监控日常教育过程，记录、采集和管理数据；对数据进行特定处理与分析，提取有价值的信息并进行智能分析和预测，对管理工作做出问题反馈，辅助教育管理者及时发现问题；呈现可视化的预测结果，形成智慧决策，提升决策效率。

四、研究展望

（一）政策引领，区域联动

人工智能技术在幼儿教育的应用能否得到推广，受到众多因素的影响。只有多方合力，才能实现良好效果。目前，人工智能技术在幼儿教育的应用较为零星和单一，整体来看，仍处于探索的阶段，单凭一所幼儿园之力是难以达成的，需要在教育及相关部门的牵头和引领下，达成一致的发展愿景，加强区域联动，实现资源互通、技术互享、信息互联、经验互惠，促进人工智能技术在幼儿园的推广和应用。以基础设施和软件建设为例，如果能在教育部门有关政策的指引下，加强园企交流与合作，或许能开发出更加适应幼儿园教育教学的相关产品。在教师的信息素养提升方面，可通过区域经验分享、开展信息素养专项培训、邀请专家进园指导等方式实现。

（二）正确认识人工智能技术在幼儿教育中的角色

关于人工智能技术在幼儿教育中的应用，往往存在着两种极端认识：一是持消极认知，认为幼儿教育应提倡亲子、师幼、幼幼之间的真实人际互动，人工智能的引入对教育质量的提升作用不大，徒增教师负担；一是倾向于夸大人工智能的作用，认为人工智能相关产品相比幼儿教师提供了更多个性化的教育方式，甚至可以逐渐取代教师的角色。事实上，人工智能技术在幼儿教育各项工作中只是起到辅助作用，若使用恰当，则能够使教育质量明显优化、管理工作效率大幅提升；若使用不当，反而会变成一个阻碍因素。在幼儿园的教育教学中，幼儿教师的角色是不可替代的，任何技术、产品的使用都只是媒介，教师需要通过考量，有针对性地将新技术引入某个适宜的活动环节，才能有效促进幼儿发展，因而，引导相关教育工作者形成正确的观念和态度，是极为重要的。

（三）人工智能技术与幼儿园教育教学的深度融合

目前，人工智能技术在幼儿园管理方面应用较为广泛，特别是安全管理和信息管理方面，相关技术较为成熟，也取得了令人满意的效果。疫情期间，教师教研、家园工作等方面也越来越多地引入信息技术，如线上会议平台、在线文檔等。此外，根据时代背景的教育要求及幼儿身心发展的特殊性，个性化学习成为幼儿教育的主题之一，但是单方面凭借教师的能力观察记录并分析全部幼儿的兴趣爱好、发展状况，很难实现个性化教育。因此，根据幼儿身心发展的差异性、不平衡性等特点，在幼儿教育教学的过程中，幼儿教师可以运用人工智能技术在特定情境中与幼儿进行人机互动，全面有效记录幼儿的表现，然后进行诊断分析，根据幼儿特征制订个性化学习方案和智能推荐学习资源。但是，在如何有效支持幼儿发展、促进教育教学方面，仍需要教育工作者进一步思考和探索，如现有的幼儿教育需要人工智能技术提供怎样的支持、人工智能技术可以在哪些方面支持幼儿的发展、如何恰当地使用人工智能技术等，进而更好地实现人工智能与幼儿园教育教学的深度融合。

【参考文献】

[1] 茹丽娜，唐烨伟，王伟，钟绍春.我国教育人工智能研究综述[J].中国信息技术教育，2019（07）：90-93.

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[3] 杨洋，陈维维.人工智能技术发展及其在幼儿教育中的应用[J].软件导刊，2020，19（02）：132-135.

[4] 吴晓如，王政.人工智能教育应用的发展趋势与实践案例[J].现代教育技术，2018，28（02）：5-11.

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[6] 刘进，钟小琴，李学坪.教育人工智能：前沿进展与机遇挑战[J].高等工程教育研究，2020（02）：113-123.

[8] 黄松.增强现实关键技术及其在儿童教育中的应用综述[J].重庆第二师范学院学报，2019，32（03）：94-98.

[9][14] 雷有光，冯美婷.学习品质视域下的学龄前儿童教育游戏设计与开发研究[J].中国电化教育，2020（02）：126-133.

[10] 刘生建.儿童教育游戏的设计与实现研究[D].广州：华南理工大学，2014：1-7.

[11] 胡巧女.电子教育游戏在托班餐后活动中的应用研究——以卓越国际幼儿园智慧教室系统游戏内容为例[J].中国教育技术装备，2014（17）：4-6.

[12] 肖芳，陈国军.学前儿童交通安全教育游戏的设计研究[J].信息技术与信息化，2018（Z1）：186-188.

[13] 张冬梅.基于人工智能的幼儿地震安全教育游戏设计开发研究[D].昆明：云南师范大学，2017.

[15] 国务院办公厅关于加强中小学幼儿园安全风险防控体系建设的意见[EB/OL]. http：//www.gov.cn/zhengce/content/ 2017-04/28/content_5189574.htm.2021-07-24.

本文系广东省2020年省学前教育政策和科研课题“人工智能+幼儿游戏活动观察与分析的创新研究”的研究成果。

通讯作者：史力玲，604963586@qq.com

（责任编辑 王平平）