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观点 | 人工智能赋能教育创新的路径探索

2023-10-25 | 2337|
在新一代人工智能应用日趋普及的背景下,教育强国建设与教育数字化战略密切相关。人工智能赋能教育数字化转型,能够为推动教育创新和教育高质量发展、办好人民满意的教育提供有力支撑。新一代人工智能有哪些变化?如何赋能教育数字化转型?数字文明时代,教育创新的关键问题有哪些?一起随艺术素质测评系统小编来看对外经济贸易大学信息学院教授熊璋和中国人民大学附属中学教师武迪的阐释——


教育数字化是我国开辟教育发展新赛道和塑造教育发展新优势的重要突破口,是衡量教育强国战略的重要指标之一。教育数字化的本质是运用现代科技手段,整合优质教育资源,赋能教育教学。人工智能赋能教育是教育数字化的重要一环。在新一代人工智能日趋普及的时代背景下,教育强国建设与教育数字化战略密切相关。早在2019年国际人工智能与教育大会上,习近平总书记就指出“中国高度重视人工智能对教育的深刻影响,积极推动人工智能和教育深度融合,促进教育变革创新”。面向教育强国建设新征程,人工智能将进一步为赋能教育改革创新、促进教育高质量发展注入强劲动能,提供有力支撑。


PART
01
人工智能与教育深度融合势在必行


基于大模型研发的生成式人工智能正在引发新一轮智能化浪潮,成为全球竞争的焦点之一。大模型呈现了强大的创新潜能,增强了人工智能的通用性,随着技术迭代,更“聪明”的大模型将渗透到更多领域,也为教育数字化及教育创新带来更多可能性。从“学习”到“生成”,新一代人工智能的变化主要有以下几个方面。


一是从量到质的改变。AI大模型是“大数据+大算力+强算法”结合的产物,大模型发端于自然语言处理领域,模型的参数量和计算的复杂度都在不断增加。几年前,数百万或几千万个参数的模型就被认为是“大模型”,现在已经实现了千亿、万亿级的突破,如我国有“文心一言”“盘古”“讯飞星火”等多个超千亿大模型。当模型规模大到一定程度时,生成式人工智能的应用效果就会显著提升,出现“大模型中的能力涌现”。人工智能从AlphaGo开始迎来了新阶段,而OpenAI的ChatGPT生成式人工智能的上线,意味着人工智能对社会发展的高速赋能又进入了新的发展阶段。AI大模型的本质改变在于真正模拟了人类知识形成的过程,通过大数据、大训练形成的大模型更加接近人类的智慧。


二是由表及里的改变。表面上看,生成式人工智能可以写文案、聊天、画画、作诗,这是因为其大模型拥有海量的参数和复杂的结构,可以从大量数据中学习和提取出丰富的知识和规律,这些知识和规律相互交织、相互作用,从而表现出更为复杂和高级的智能行为,如理解能力、抽象能力、结构化知识构建能力和推导能力。《麻省理工科技评论》对中国大模型的评测显示,国内代表性大模型在编程能力、理科综合、逻辑思维、数学专项、语言专项和综合知识等方面已有较好的表现。


三是从缓到激的改变。生成式人工智能从ChatGPT开始,无论影响力、迭代速度还是辐射范围都呈现超高速态势。从影响力来看,ChatGPT面世后5天用户已超百万,仅用2个月就创造了用户过亿的新纪录。而此前App用户破亿的最快纪录是由抖音创下的9个月。从迭代速度来看,OpenAI在2023年3月便发布了具有革命性性能提升的GPT4.0,AI在技术、产品、应用等各个层面都以“周”为迭代速度向前突进。从辐射范围来看,大模型研发在中国、美国乃至全球呈现出百舸争流的繁荣生态。


四是由点到面的改变。ChatGPT展示了基于大模型研发的生成式人工智能在语言理解和内容生成等方面的出色能力。不到一年时间,GPT3.5、GPT4.0等迭代更新的大模型相继出现。研究者在这些大模型基础上开放接口、插件,实现了图像、音频、视频等更高维度信息的生成,应用范围也覆盖了学习、工作、生活、投资等方方面面,构建了从点到面的多模态人工智能生成系统。我国目前已有超过100多个大模型发布。今年8月31日,我国自主研发的首批8个人工智能大模型首次向公众开放服务,这意味着中国人工智能大模型将获得更大的数据规模、更广泛的应用空间、更快速的技术迭代机会。[1]


建设教育强国、科技强国、人才强国具有内在的一致性和相互支撑性。教育强国建设的基点是基础教育,战略目标是教育现代化,生命线是高质量发展。毋庸置疑,人工智能是当前社会发展速度最快、对社会各领域影响最广泛的科技之一,其急速发展直接冲击着社会的方方面面,教育领域正是其中之一。当前,开发了ChatGPT的OpenAI公司正在开发OpenAI学院和GPT-5,旨在推动教育革命。据称,OpenAI学院将使用GPT-5(开发中)作为用户的教练、导师、顾问或同伴,为用户提供个性化和互动学习体验的平台。随着新一代人工智能的高速发展,积极推动人工智能与教育深度融合势在必行。尽管目前生成式人工智能仍然存在诸多局限,但其所具备的核心能力,如启发性内容生成能力、对话情境理解能力、序列任务执行能力和程序语言解析能力,以及其在教育“教”“学”“评”“辅”中的潜在应用,让教育理念的变革、教学方式与内容的创新成为必须。[2] 一方面教育数字化应以人工智能技术的快速发展为全新发力点赋能教育创新,另一方面需要高度重视生成式人工智能技术的潜在伦理问题和安全风险。


PART
02
人工智能赋能教育数字化转型


教育数字化转型是一场科技赋能的教育变革。从跨学科内容的推陈出新到各教学环节的数字平台、数字工具和数字资源的应用,无不体现人工智能对教育创新的催化、迭代、提速、优化的价值和意义。当前,人工智能已经快速进入教育领域,正在深刻影响着教与学,形塑着教育新范式和新形态。


1.人工智能推动教育高质量发展


数字教育的面比较广,包括硬件、软件、基础设施、资源建设、互联互通等;智慧教育则更加关注利用大数据、人工智能技术等为教育创新以及教育高质量发展赋能,是数字教育的高级阶段,既有助于促进优质教育资源的广泛共享,也可以通过辅助教学促进教育质量的提升,助力教学范式、教育内容及教育治理等方面的创新,为个性化与终身学习提供有效支撑。


一方面,人工智能助力教学空间数字化,扩大优质教育资源覆盖面。如统一、开放、共享的国家智慧教育公共服务平台建设是国家教育数字化战略行动的重要举措。上线一年来,该平台已面向52.9万所学校、1844万教师、2.91亿学生和广大社会学习者,汇聚中小学资源4.4万条、职业教育专业教学资源库1295个、高等教育优质慕课2.7万门,基本形成了世界第一大教育资源数字化中心和服务平台。通过大数据和人工智能等技术,该平台未来能够为用户提供资源的个性化订阅、智能推送推荐、精准检索等功能,逐步形成基于数字化的基础教育服务新生态。[3] 人工智能技术还可以结合大数据分析,识别地区、城乡、学校之间教育资源和教育质量上的差距、失衡和鸿沟,通过分析与优化教育资源配置,为政策制定者提供有力的依据,协助服务教育战略布局。


另一方面,人工智能助力教学过程数字化,促进学习方式变革。人工智能通过理解、结构化、建模和推理等手段,可以发现学生学习中的共性问题和个体差异,挖掘学生学习过程中的需求和问题,为教育者提供精准的指导和优化意见;通过模拟人类导师和合作教练的角色,可以帮助学生解决问题,提高学习效果;通过推荐系统,可以为学生提供个性化的学习资源和路径;通过实时收集和智能分析学习数据,可以对学习过程及时干预、迭代、优化,并支持伴随式评价、综合素质评价和个性化培养。人工智能技术的应用还有利于促进自主式学习、真实性学习和团队式学习的实现,有助于培养学生高阶思维能力。


2.人工智能促进教育改革创新


人工智能不仅是教育改革新工具,也是课程教学新内容。信息科技(技术)课程在人工智能赋能教育创新中有其必要性、时代性、科学性。[4] 联合国教科文组织于2022年5月公布的《中小学阶段的人工智能课程:对政府认可人工智能课程的调研》[5]中,分析了我国教育部颁布的中小学信息科技国家课程标准,肯定了中国从小学、初中到高中,在全学段将人工智能课程内容嵌入国家中小学信息科技课程标准中的做法,认为这在全球居于领先地位。


在我国《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》与《普通高中信息技术课程标准(2017年版2020年修订)》中,信息科技(技术)课程要培养的核心素养,主要包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。这四个方面互相支持、互相渗透,共同促进学生数字素养与技能的提升。信息科技课程标准在逻辑主线和内容模块两个维度都有与人工智能显性相关的内容和要求。《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》中,人工智能是六大逻辑主线之一,内容包括应用系统体验、机器计算与人工计算的异同、伦理与安全挑战,且“人工智能与智慧社会”内容模块开设在九年级,融入科学、综合实践活动等课程。《普通高中信息技术课程标准(2017年版2020年修订)》中有两个模块开展人工智能的学习,分别是必修1“数据与计算”、选择性必修4“人工智能初步”。除了融合在课程内容中,人工智能也是开展跨学科创新教学、跨学科主题学习的重要手段和工具。各个学科课程在课标中都不约而同提出要与信息科技做交叉,利用数字化平台、互联网环境更好地发挥数字教育、智慧教育的作用。例如《义务教育语文课程标准(2022年版)》中提出要“认识信息技术对学生阅读和表达交流等带来的深刻影响,把握信息技术与语文教学深度融合的趋势,充分发挥信息技术在语文教学变革中的价值和功能”。《义务教育数学课程标准(2022年版)》中提出要“重视大数据、人工智能等对数学教学改革的推动作用,改进教学方式,促进学生学习方式转变”。


学科交叉融合是当前科学技术发展的重大特征,是新学科产生的重要源泉,是培养创新型人才的有效路径,其核心是真实问题解决。人工智能本身是一个跨学科综合的领域,交叉计算机科学、数学、生物学、神经科学、认知科学、脑科学、心理学、社会学、哲学等,也符合STEAM教育的框架与理念。在具体教学中,要依托大视野、大概念、大思维,综合考虑人工智能的学科基础、核心思想、内涵外延,挖掘人工智能与其他学科的交叉创新点。人工智能的跨学科特性不仅有利于促进学科整合,也催生了多学科教师联合跨学科教学的新模式。例如中国人民大学附属中学开发的“横向跨学科纵向分层次”的人工智能+X跨学科课程体系,是打破学科界限、激发学生创新思维、发展学生高阶能力的有益尝试(见上表)。


3.人工智能赋能课堂教学各环节


具体到课堂教学,各个学科的课堂都可以用AI作为数字化教学工具。人工智能技术可以赋能科学教育,让科学课堂更具有生命力。在科学课上,通过AI技术,从静到动、从宏观到微观、从量变到质变的科学发生过程能够“看得见、看得清”,科学现象与科学本质能够被“可视化”。在借助智能技术探究的过程中,学生也能够进一步认识到,人类对自然世界的认知、人类的科技进步很大程度上得益于对这个世界观测能力的进步,每一次这样的进步都会推动人类社会的变革。人工智能技术可以赋能人文课程教学,打开学生文化学习新视野。如在人文课程学习中,结合新数字平台、数字资源、数字工具,学生可以将作品嵌入到蕴含更丰富信息的时空维度,将自己代入作者的人生轨迹,结合大历史、大文化背景,看到诗词作品背后所映照的生命故事,全面而深刻地理解作品。再例如,人工智能诗词机器人可作为诗歌初学者的智能“助教”,吸引更多人走近诗歌、走近传统文化,成为诗词爱好者。人工智能技术还可以赋能艺术教育,丰富学生的艺术体验、表达与创意。通过虚拟现实技术,学生可以身临其境地体验不同类型的艺术作品,如绘画、雕塑、音乐等。人工智能艺术创作工具可以帮助学生快速生成原创作品,可以分析学生的绘画或音乐作品,为他们提供个性化的指导建议。如中央音乐学院建立了音乐人工智能与音乐信息科技系,是艺术与科技融合创新的典型案例。


PART
03
数字文明时代教育创新的关键问题


1.更加重视立德树人


数字文明时代的教育根本任务仍然是立德树人。未来,我们的青少年不仅要与大自然、大社会长期共存共处,也要与人工智能长期共存共处,青少年的信息素养与文化素养、科学素养一样,是实现立德树人目标的关键必备素养。[6] 人工智能技术目前尚无自身情感、观点和价值观。人工智能的创造与伪造往往只在一念之间,这种矛与盾并存的状态,使得我们必须警惕其可能带来的负面影响。因此,青少年迫切需要来自学校、家长和社会各方面的正确引导,要关注青少年在开发和应用人工智能时的情感、态度和价值观教育,这将成为决定技术好坏的关键因素,要重视培养学生尊重科学、尊重他人、与人为善、团队合作等方面的精神品质,培养他们的伦理意识和素养,构建AI背景下的健康教育生态。


2.重视培养青少年数字素养与技能


数字文明时代的教育呼唤人才培养模式的创新,要重视青少年数字素养与技能的培养,关注青少年高阶能力与智能素养的发展。学校教育应立足于真实的生活情境,提供科学的课程设置和个性化教育环境,支撑学生使用人工智能技术分析问题、解决问题,培养学生的合作精神与批判精神。进一步,通过构建多维度的教育共同体,帮助学生发展自主学习能力、提出问题的能力、创新思维能力以及规划未来的能力,成长为社会主义现代化建设中可堪大用、能担重任的栋梁之才。


3.构建全民终身学习的学习型社会


习近平总书记在中共中央政治局第五次集体学习时强调:“要建设全民终身学习的学习型社会、学习型大国,促进人人皆学、处处能学、时时可学,不断提高国民受教育程度,全面提升人力资源开发水平,促进人的全面发展。”数字文明时代的教育倡导全民学习、终身学习,让学习成为全社会的价值追求。面向未来社会,人工智能+教育可以让教育资源得到更加高效、公平的分配,更多人能够享有更高质量、更加公平的受教育机会。人工智能、大数据等先进技术赋能教育,将进一步打破传统学科边界,促进跨界学习,推动发展多种教育模式,搭建完善的终身学习“立交桥”[7],满足全民多样化、个性化的学习需求,助力每个人实现终身成长。


[1] 张漫子. 中国自主研发的人工智能大模型首次向公众开放服务[N]. 新华社,2023-09- 03.
[2] 卢宇,余京蕾,陈鹏鹤等. 生成式人工智能的教育应用与展望——以ChatGPT系统为例[J]. 中国远程教育,2023,43(04):24-31+51.
[3] 张欣. 智慧教育“国家队”赋能数字化变革——写在国家智慧教育公共服务平台上线一周年之际[N]. 中国教育报,2023-03-28.
[4] 熊璋,赵健,陆海丰等. 义务教育阶段信息科技课程的时代性与科学性——《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》解读[J]. 教师教育学报,2022,9(04):63-69.
[5] UNESCO. K-12 AI curricula: A mapping of government-endorsed AI curricula[R/OL]. https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000380602(2023-09-21).
[6] 熊璋. 青少年人工智能教育更应重视立德树人[J]. 中小学数字化教学,2021(03):1.
[7] 李立国. 搭建终身学习的“立交桥”[N]. 光明日报,2020-10-27.


本文系全国教育科学“十三五”规划2019年度教育部青年课题“面向未来高阶能力和智能素养的中学跨学科人工智能课程体系建设与教学研究”(EHA190519)的研究成果


文章来源:《人民教育》2023年第19期
文章作者:熊璋 武迪

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