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智能化：教育信息化 2.0 新技術(shù)形態(tài)

岑健林

（佛山市教育信息網(wǎng)絡(luò)中心，廣東佛山 528000）

【摘要】隨著《教育信息化 2.0 行動計劃》的發(fā)布，我國教育信息化進入到一個嶄新的歷史階段，教育信息化正向著智能化邁進。本文論述了教育信息化 2.0 時代的技術(shù)特征、教育智能化的主要表現(xiàn)以及“人工智能 +”教育的應(yīng)用生態(tài)，旨在為全面理解教育信息化目標、任務(wù)、內(nèi)容、技術(shù)、策略的變化提供參考，加快教育現(xiàn)代化的步伐。

【關(guān)鍵詞】人工智能 ; 教育信息化 ; 行動計劃 ; 第二次高潮

2018年，教育部發(fā)布了《教育信息化2.0行動計劃》（下稱計劃），具體部署了新一輪教育信息化的目標與任務(wù)?！督逃畔⒒?.0行動計劃》提出到2022年，基本實現(xiàn)“三全、兩高、一大”，推動從教育專用資源向教育大資源轉(zhuǎn)變、從提升師生信息技術(shù)應(yīng)用能力向全面提升其信息素養(yǎng)轉(zhuǎn)變、從融合應(yīng)用向創(chuàng)新發(fā)展轉(zhuǎn)變。構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的人才培養(yǎng)新模式、發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)的教育服務(wù)新模式、探索信息時代教育治理新模式[1]。2017年，國務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出了智能教育的目標，促進校園智能化的步伐。同時，強調(diào)發(fā)展智能教育，主動應(yīng)對新技術(shù)浪潮帶來的新機遇和新挑戰(zhàn)[2]。隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)的快速發(fā)展，人工智能技術(shù)得到了大面積廣泛應(yīng)用。在新技術(shù)的支持與推動下，教育信息化隨之也出現(xiàn)了新的技術(shù)形態(tài)。

一、迎接教育信息化第二次高潮

2018年4月13日，教育部發(fā)布了《教育信息化 2.0 行動計劃》。計劃是因應(yīng)黨中央在新時代對教育發(fā)展的新要求，在總結(jié)過去教育信息化發(fā)展取得的成果基礎(chǔ)上，規(guī)劃教育信息化發(fā)展的新目標、新任務(wù)、新要求、新部署、新舉措、新行動。計劃明確提出教育信息化是加快實現(xiàn)教育現(xiàn)代化的有效途徑，沒有信息化就沒有現(xiàn)代化。計劃目標明確、科學有序、路徑清晰、融合創(chuàng)新，充分體現(xiàn)了教育信息化在促進教育公平、均衡與優(yōu)質(zhì)發(fā)展中的作用。計劃表明“沒有教育信息化就沒有教育現(xiàn)代化”，凸顯了教育信息化在教育現(xiàn)代化中的地位，展示了教育信息化在人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新中的支持作用。計劃以“三個覆蓋（教學應(yīng)用覆蓋全體教師、學習應(yīng)用覆蓋全體適齡學生、數(shù)字校園建設(shè)覆蓋全體學校）、兩個提高（師生應(yīng)用水平與信息素養(yǎng)普遍提高）、一個平臺（建成互聯(lián)網(wǎng)+教育大平臺）”（簡稱“三全兩高一大”）為任務(wù)驅(qū)動，加速技術(shù)素養(yǎng)觀、教育技術(shù)觀、發(fā)展動力觀、教育治理觀、思維類型觀等“五個轉(zhuǎn)變”。教育信息化從1.0到 2.0 的發(fā)展歷程，體現(xiàn)了教育信息化已經(jīng)從“量”變到“質(zhì)”變的大轉(zhuǎn)折，教育信息化應(yīng)用則由初級應(yīng)用向高階應(yīng)用邁進?？梢哉f ：教育信息化進入了第二次高潮時期，教育信息化開始逐步向智能化轉(zhuǎn)變。

二、教育信息化 2.0 時代技術(shù)特征

《教育信息化 2.0 行動計劃》強調(diào)是順應(yīng)智能環(huán)境下教育發(fā)展的必然選擇。同時，提出建立健全教育信息化可持續(xù)發(fā)展機制，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化、個性化、終身化的教育體系，建設(shè)人人皆學、處處能學、時時可學的學習型社會，實現(xiàn)更加開放、更加適合、更加人本、更加平等、更加可持續(xù)的教育[3]。這些指導思想，處處表達了人工智能技術(shù)在教育信息化 2.0 時代的技術(shù)支撐作用，無不需要信息技術(shù)應(yīng)用的信息化形態(tài)過渡到智能化形態(tài)。計算機的運算能力大幅度提升，為大數(shù)據(jù)處理提供了強大計算能力（運算能力超強，簡稱“算力”）；云計算的共享技術(shù)高速發(fā)展，為數(shù)據(jù)共享提供了強大儲存能力（數(shù)據(jù)存儲能力超強，簡稱“儲力”）；云網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，為數(shù)據(jù)運送提供了支撐（數(shù)據(jù)運送能力超強，簡稱“運力”）；物聯(lián)網(wǎng)的高效應(yīng)用，為深度學習提供了超大量的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)供給能力超強，簡稱“數(shù)力”）；高速發(fā)展的人工智能技術(shù)，為教育信息化提供了超強的分析能力（數(shù)據(jù)分析算法超強，簡稱“法力”）。計算機技術(shù)“五力”的大幅提升，為教育信息化向智能化發(fā)展提供了技術(shù)保障，也為學習個性化、教學差異化、治理過程化提供了強有力支持。學生的學習、教師的教學、行政管理是教育體系中三個主要活動，實現(xiàn)學習個性化、教學差異化、治理過程化是教育信息化的終極目標，是人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域中應(yīng)用的具體要求，是教育信息化 2.0 時代主要技術(shù)形態(tài)智能化的呈現(xiàn)代表。

（一）學習個性化、教學差異化、治理過程化是《教育信息化 2.0 行動計劃》的具體行動指南

《教育信息化 2.0 行動計劃》是教育部為深入貫徹落實黨的十九大精神，加快教育現(xiàn)代化和教育強國建設(shè)，推進新時代教育信息化發(fā)展，培育創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展新引擎，結(jié)合國家“互聯(lián)網(wǎng) +”、大數(shù)據(jù)、新一代人工智能等重大戰(zhàn)略的任務(wù)安排而制定的。學習個性化、教學差異化、治理過程化的目標實現(xiàn)，不僅僅是簡單的信息技術(shù)應(yīng)用可以滿足，這都需要有強大的人工智能技術(shù)支持。

（二）人工智能技術(shù)在教學、管理、資源等全流程應(yīng)用是《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》對教育發(fā)展的具體要求

2017 年 7 月 8 日，國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出了圍繞教育、醫(yī)療、養(yǎng)老等迫切民生需求，加快人工智能創(chuàng)新應(yīng)用，為公眾提供個性化、多元化、高品質(zhì)服務(wù)。智能教育，就是利用智能技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式、教學方法改革，構(gòu)建包含智能學習、交互式學習的新型教育體系。開展智能校園建設(shè)，推動人工智能在教學、管理、資源建設(shè)等全流程應(yīng)用。開發(fā)立體綜合教學場、基于大數(shù)據(jù)智能的在線學習教育平臺。開發(fā)智能教育助理，建立智能、快速、全面的教育分析系統(tǒng)。建立以學習者為中心的教育環(huán)境，提供精準推送的教育服務(wù)，實現(xiàn)日常教育和終身教育定制化 [4]。人工智能在政策層面、技術(shù)層面上得到強有力支持，為教育信息化向智能化帶來了機遇，教育信息化高階應(yīng)用場景已經(jīng)來臨。

（三）人工智能技術(shù)支持學與教變革

早在 2014 年，筆者就在《教育信息技術(shù)》雜志上以“智能技術(shù)支撐學與教的變革”為題撰文，闡述應(yīng)用人工智能技術(shù)支持學與教變革為導向，全面規(guī)劃教育信息化的發(fā)展。引入人工智能技術(shù)，提升教育信息化的服務(wù)能力，構(gòu)建新型的學與教模式，創(chuàng)新教育信息化公共服務(wù)模式，為促進教育公平、均衡與優(yōu)質(zhì)發(fā)展提供技術(shù)支持 [5]。同時，也是貫徹落實“信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響”偉大戰(zhàn)略的重要技術(shù)路徑。把人工智能技術(shù)引入到教育信息化領(lǐng)域中，可以全面提升教育信息化應(yīng)用績效與教育治理水平，實現(xiàn)由教育信息化向智能化轉(zhuǎn)變，形成新型高階教育信息化生態(tài)。2015 年，筆者在《教育信息技術(shù)》雜志上撰文，提出教育信息化引入人工智能技術(shù)后，應(yīng)該向高階教育信息化轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)教育信息化融合創(chuàng)新的應(yīng)用模式，提高教育系統(tǒng)治理的感知能力 [6]。

隨著大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛，個性化學習、差異化教學、過程化治理的訴求與應(yīng)用勢不可擋，碎片化、可視化、非線性、結(jié)構(gòu)化的學習方式開始普及[7]。以個性化學習、差異化教學、過程化治理為表征的教育智能化必將成為教育信息化 2.0 的主要技術(shù)形態(tài)。

三、教育智能化主要表征

學習個性化、教學差異化與治理過程化是教育智能化的主要表征。隨著人工智能技術(shù)的應(yīng)用快速發(fā)展，自適應(yīng)技術(shù)得到了支持。教育治理模式由原來的“群體” 分層與分類轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ぶ悄芗夹g(shù)支持下的“個體”分層分類，這得益于人工智能技術(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學習模型的支持，學習個性化、教學差異化與治理過程化已經(jīng)不再遙不可及 [8]。

（一）人工智能 (Artificial Intelligence，簡稱 AI) 是應(yīng)用人工方法模擬人的思維和行為之學科

人工智能的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等領(lǐng)域。人工智能應(yīng)用領(lǐng)域包括機器思維、機器學習、機器感知、機器行為、計算智能、智能系統(tǒng)、人工心理等。自適應(yīng)技術(shù)是實現(xiàn)個性化學習與差異化教學的重要技術(shù)。自適應(yīng)學習就是按照學習者的認知能力與基礎(chǔ)、環(huán)境與干擾、目標與過程等因素，通過連續(xù)不間斷的評估而改變支持學習者完成學習任務(wù)與實現(xiàn)學習目標的策略、方法與內(nèi)容，為學習者提供符合需求的學習過程。自適應(yīng)學習是在人工智能技術(shù)的支持下，學習與教學的內(nèi)容、評估、推薦、測試等都可以實現(xiàn)自適應(yīng)。在互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、計算機、大數(shù)據(jù)、VR/AR 等的支持下，為學習者提供個性化學習內(nèi)容、環(huán)境和例子，通過學習者自身在學習中發(fā)現(xiàn)總結(jié)，最終形成知識與能力、方法與理論、應(yīng)用與實踐、創(chuàng)新與創(chuàng)造等能力 [9]。在大數(shù)據(jù)技術(shù)支持，人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)支持深度學習的知識與智慧發(fā)現(xiàn)，使教育與教學的自適應(yīng)成為現(xiàn)實。

（二）教育智能化標志：可診斷、可干預(yù)、可決策、可自愈 [10]

隨著技術(shù)的高速發(fā)展，人工智能技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。人工智能應(yīng)用依賴的計算機運算能力、存儲能力、數(shù)據(jù)供給能力、網(wǎng)絡(luò)傳輸能力已經(jīng)得到高速發(fā)展，學習個性化、教學差異化、治理過程化已經(jīng)具備了條件。通過數(shù)學建模，發(fā)現(xiàn)事實；通過數(shù)據(jù)建模，發(fā)現(xiàn)信息；通過知識建模，發(fā)現(xiàn)邏輯；通過智慧建模，發(fā)現(xiàn)策略。通過構(gòu)建有效模型，應(yīng)用人工智能技術(shù)發(fā)現(xiàn)特征，改善學習、教學與管理的績效，形成“用科學方法研究教育教學，用實時數(shù)據(jù)研究治理方法”的教育信息化創(chuàng)新模式，逐步構(gòu)建教育自治系統(tǒng)。

1. 可診斷

傳統(tǒng)教學診斷，依賴教師、管理者的智慧與經(jīng)驗，俗稱“經(jīng)驗型”診斷或決策。大數(shù)據(jù)與云計算技術(shù)的出現(xiàn)，將改變這種“經(jīng)驗型”診斷的現(xiàn)狀。教育與教學連續(xù)不間斷的行為、活動與質(zhì)量等數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)實時采集，教育教學系統(tǒng)中各要素將得到有效的診斷與監(jiān)控。事實上，在現(xiàn)實中“經(jīng)驗型”也沒有辦法作出有效而快速的診斷。例如，一個教學班 40 個學生在參加課堂教學活動中，需要及時評測每一個學生的知識與能力、過程與方法、情感與態(tài)度是不現(xiàn)實的，也是做不到的。在美國發(fā)布的《2010 國家教育技術(shù)計劃》明確要求使用云計算技術(shù)展開過程性與終結(jié)性評估，引進績效技術(shù)到教育領(lǐng)域中開展教育的診斷。在大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的支持下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集已經(jīng)不存在障礙，個性化學習與差異化教學將成為可能 [11]。5G 網(wǎng)絡(luò)即將商用，連續(xù)不間斷的“漫游式”學習將會得到有效支持與可持續(xù)發(fā)展，學生成為學習的主人將會變?yōu)楝F(xiàn)實。早在“十二五”期間，在佛山市已經(jīng)開展了“智能教育工程”規(guī)劃，積極引入人工智能技術(shù)支持教育信息化發(fā)展，應(yīng)用人工智能技術(shù)提升教育評估與分析，逐步推進學習、教學與教育的可診斷。

2．可干預(yù)

在數(shù)據(jù)的支持下，構(gòu)造各種各樣的數(shù)學與數(shù)據(jù)“潮汐”模型，可以及時洞察教育教學活動中師生、學校的變化，教師、教研員、學校管理、教育行政則可根據(jù)各種事態(tài)發(fā)展數(shù)據(jù)可視化 [12]，作出干預(yù)其發(fā)展與改善績效的行為措施，讓發(fā)展始終沿著正確健康的方向發(fā)展。通過人工智能的機器學習獲取師生行為特征，及時對其作出干預(yù)，讓師生工作更愉悅、學習更有效、身心更健康。機器學習是涉及統(tǒng)計學、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、計算機科學等多領(lǐng)域人工智能技術(shù)，從觀測數(shù)據(jù)中尋找規(guī)律與提取特征，利用獲取的規(guī)律對師生行為進行預(yù)測。通過人機與機人的交互，獲取大量的連續(xù)數(shù)據(jù)，并加以分析，為學習、教學、教育治理制定干預(yù)措施提供支持。傳統(tǒng)的人與計算機交互主要依賴設(shè)備進行，這些設(shè)備包括鍵盤、鼠標、觸摸、定位等輸入設(shè)備，以及打印機、顯示器、音箱等輸出設(shè)備。新一代人與計算機的交互則包括語音與圖像、心理與情感、行為與體征等交互技術(shù)，通過認知心理學、多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，可以實現(xiàn)實時性和過程性跟蹤干預(yù) [13]。

3．可決策

“用科學方法研究教育教學，用實時數(shù)據(jù)研究治理方法”是人工智能技術(shù)支持下教育信息化的創(chuàng)新應(yīng)用模式。通過采集非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化與結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，構(gòu)建分析與決策智慧發(fā)現(xiàn)模型，為學習、教學與教育的決策提供科學、動態(tài)與實時的支撐數(shù)據(jù)，并為決策制定提供參考。發(fā)揮數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的優(yōu)勢，有利于發(fā)現(xiàn)學生學習、教師教學、行政人員管理、行政首長決策、家長配合等各教育參與者之間的邏輯關(guān)系，為教育與教學決策提供支持。同時，通過開發(fā)各種決策支持模型，為教育自治系統(tǒng)的循環(huán)可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支援。教育系統(tǒng)的決策，涵括環(huán)境、政策、人員、投入、法律、設(shè)備、設(shè)施等諸多因素，僅僅依賴靜態(tài)的“經(jīng)驗”決策顯然已經(jīng)過時。人工智能技術(shù)支持下的“數(shù)據(jù)型”決策將取代傳統(tǒng)決策模式，使教育決策更科學、更有效、更有序、更準確。

4.可自愈

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，自適應(yīng)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。通過人工智能深度學習，可以發(fā)現(xiàn)學生學習、教師教學與行政管理等活動的行為數(shù)據(jù)特征。通過構(gòu)建多種模型，為學習、教學與管理的改進提供技術(shù)支持，可以有效實現(xiàn)從“群體”分類分層到“個體”分類分層的轉(zhuǎn)變，及時反饋教育系統(tǒng)各參與者的優(yōu)勢與不足。根據(jù)學生溝通的基礎(chǔ)與認知、能力與興趣，提供改善策略與方法，推送資源愈合不足，發(fā)揮優(yōu)勢提高績效。學生通過不斷的策略優(yōu)化、能力提升，因此在知識建構(gòu)與能力建構(gòu)中獲得成功。教師則由于有教學策略的優(yōu)化，專業(yè)知識不斷愈合提升，教學能力持續(xù)提高，因此而獲得專業(yè)與教學的成功 [14]。教育管理者在自治系統(tǒng)的幫助下，連續(xù)優(yōu)化管理策略與措施，糾正不足，改善績效，因此獲得治理成功。

四、“人工智能 +”教育應(yīng)用生態(tài)

學習、教學與管理是教育系統(tǒng)中的主要活動，其涉及學生、教師、管理者、學校、教育行政管理等個人與機構(gòu)。這些活動的有效開展，在人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的支持下可以有效培養(yǎng)知識與能力同步發(fā)展具有鮮明核心價值觀的學生，具有高專業(yè)水平的教師隊伍，具有辦學特色的學校，具有治理有方的教育行政管理者。

（一）學習智能化

個性化學習是智能化學習的重要表現(xiàn)，可以加速“被動”學習向“主動”學習轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)“學習的革命”[15]。個性化學習是通過對不同學生全方位評價，而實現(xiàn)學生學習的知識與能力展現(xiàn)，為學生制定有別于其他學生的學習策略和學習方法，使學生獲得有效的學習，實現(xiàn)知識與能力同步建構(gòu)[16]。人工智能技術(shù)的支持，使每一個學生獨有的條件、特性、喜好等優(yōu)勢與不足都可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)表示。智能化學習系統(tǒng)根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與過程性數(shù)據(jù)，應(yīng)用大量分析模型與算法獲取學生各種特征，解決學生學習問題、行為問題、心理問題。在自適應(yīng)理論的支持下，幫助學生迅速提高學習成績與應(yīng)用能力，培養(yǎng)學生的觀察、發(fā)現(xiàn)、研究、解決問題等能力。

（二）教學智能化

差異化教學是教學智能化的具體表現(xiàn)，促進課堂教學由“封閉”向“開放”轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)“課堂的革命”?！耙虿氖┙獭背鲎钥鬃印墩撜Z · 雍也》：“圣人之道，粗精雖無二致，但其施教，則必因其材而篤焉?！笨鬃釉趯嵺`中創(chuàng)立的“因材施教”，距今已有2500多年。但是，在沒有人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下，要實現(xiàn)真正意義的“因材施教”談何容易。差異化教學是根據(jù)學生興趣、基礎(chǔ)、能力等環(huán)境因素而實施的個體教學方法，這是我們2500多年來孜孜以求的教育夢想。在當下，這種教師有目的、有計劃、有組織地引導學生積極自覺地“主動”學習的模式，在技術(shù)的支持下可以實施與實現(xiàn)。工業(yè)化的辦學模式開始逐步被淘汰，智能化的辦學模式逐步形成，“因材施教”已經(jīng)開始成為現(xiàn)實。

（三）治理智能化

過程化是治理智能化的具體表現(xiàn)，促進教育治理由“經(jīng)驗型”向“數(shù)據(jù)型”轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)教育“管理的革命”。構(gòu)建智能決策支持模型與建立群體智能機制，通過多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)現(xiàn)教育管理智慧。以數(shù)據(jù)決策模型計算為核心展開定量分析，做到定性分析和定量分析有機結(jié)合，使解決問題的能力和范圍得到了大幅度提升。從數(shù)據(jù)中獲取決策知識與智慧，可以使決策從表層向縱向、橫向等多維度深層次發(fā)展。教育決策由此而實現(xiàn)由“人”治到“數(shù)”治的變革[17]，教育系統(tǒng)的自治能力得到革命性的提升。教育決策的科學性、準確性、時效性、全局性、持續(xù)性等得到提高，教育自治系統(tǒng)逐步形成，教育的“管理”將過渡為“治理”活動。

進入人工智能時代，云計算與大數(shù)據(jù)技術(shù)的迅猛發(fā)展，5G 網(wǎng)絡(luò)即將來臨，為教育信息化第二次高潮推波助瀾，為教育的革命性變革帶來無限的機遇。只有準確把握教育信息化新時代的脈搏，才可以快速實現(xiàn)教育信息化的升級轉(zhuǎn)型。只有準確理解教育信息化新時代的理念，才可以快速推進教育信息化新業(yè)態(tài)的構(gòu)造。只有準確掌握教育信息化新時代的技術(shù)形態(tài)，才可以快速部署規(guī)劃教育信息化高階應(yīng)用。只有準確領(lǐng)會教育信息化新時代的任務(wù)目標，才可以高瞻遠矚勇立潮頭搶占教育信息化橋頭堡。

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