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熊璋等:教育強國建設背景下人工智能賦能教育創(chuàng )新的路徑探索

發(fā)布時(shí)間:2023-11-27 作者:熊璋 武迪 來(lái)源:中國教育新聞網(wǎng)-《人民教育》

教育數字化是我國開(kāi)辟教育發(fā)展新賽道和塑造教育發(fā)展新優(yōu)勢的重要突破口,是衡量教育強國戰略的重要指標之一。教育數字化的本質(zhì)是運用現代科技手段,整合優(yōu)質(zhì)教育資源,賦能教育教學(xué)。人工智能賦能教育是教育數字化的重要一環(huán)。在新一代人工智能日趨普及的時(shí)代背景下,教育強國建設與教育數字化戰略密切相關(guān)。早在2019年國際人工智能與教育大會(huì )上,習近平總書(shū)記就指出“中國高度重視人工智能對教育的深刻影響,積極推動(dòng)人工智能和教育深度融合,促進(jìn)教育變革創(chuàng )新”。面向教育強國建設新征程,人工智能將進(jìn)一步為賦能教育改革創(chuàng )新、促進(jìn)教育高質(zhì)量發(fā)展注入強勁動(dòng)能,提供有力支撐。

一、人工智能與教育深度融合勢在必行

基于大模型研發(fā)的生成式人工智能正在引發(fā)新一輪智能化浪潮,成為全球競爭的焦點(diǎn)之一。大模型呈現了強大的創(chuàng )新潛能,增強了人工智能的通用性,隨著(zhù)技術(shù)迭代,更“聰明”的大模型將滲透到更多領(lǐng)域,也為教育數字化及教育創(chuàng )新帶來(lái)更多可能性。從“學(xué)習”到“生成”,新一代人工智能的變化主要有以下幾個(gè)方面。

一是從量到質(zhì)的改變。AI大模型是“大數據+大算力+強算法”結合的產(chǎn)物,大模型發(fā)端于自然語(yǔ)言處理領(lǐng)域,模型的參數量和計算的復雜度都在不斷增加。幾年前,數百萬(wàn)或幾千萬(wàn)個(gè)參數的模型就被認為是“大模型”,現在已經(jīng)實(shí)現了千億、萬(wàn)億級的突破,如我國有“文心一言”“盤(pán)古”“訊飛星火”等多個(gè)超千億大模型。當模型規模大到一定程度時(shí),生成式人工智能的應用效果就會(huì )顯著(zhù)提升,出現“大模型中的能力涌現”。人工智能從AlphaGo開(kāi)始迎來(lái)了新階段,而OpenAI的ChatGPT生成式人工智能的上線(xiàn),意味著(zhù)人工智能對社會(huì )發(fā)展的高速賦能又進(jìn)入了新的發(fā)展階段。AI大模型的本質(zhì)改變在于真正模擬了人類(lèi)知識形成的過(guò)程,通過(guò)大數據、大訓練形成的大模型更加接近人類(lèi)的智慧。

二是由表及里的改變。表面上看,生成式人工智能可以寫(xiě)文案、聊天、畫(huà)畫(huà)、作詩(shī),這是因為其大模型擁有海量的參數和復雜的結構,可以從大量數據中學(xué)習和提取出豐富的知識和規律,這些知識和規律相互交織、相互作用,從而表現出更為復雜和高級的智能行為,如理解能力、抽象能力、結構化知識構建能力和推導能力?!堵槭±砉た萍荚u論》對中國大模型的評測顯示,國內代表性大模型在編程能力、理科綜合、邏輯思維、數學(xué)專(zhuān)項、語(yǔ)言專(zhuān)項和綜合知識等方面已有較好的表現。

三是從緩到激的改變。生成式人工智能從ChatGPT開(kāi)始,無(wú)論影響力、迭代速度還是輻射范圍都呈現超高速態(tài)勢。從影響力來(lái)看,ChatGPT面世后5天用戶(hù)已超百萬(wàn),僅用2個(gè)月就創(chuàng )造了用戶(hù)過(guò)億的新紀錄。而此前App用戶(hù)破億的最快紀錄是由抖音創(chuàng )下的9個(gè)月。從迭代速度來(lái)看,OpenAI在2023年

3月便發(fā)布了具有革命性性能提升的GPT4.0,AI在技術(shù)、產(chǎn)品、應用等各個(gè)層面都以“周”為迭代速度向前突進(jìn)。從輻射范圍來(lái)看,大模型研發(fā)在中國、美國乃至全球呈現出百舸爭流的繁榮生態(tài)。

四是由點(diǎn)到面的改變。ChatGPT展示了基于大模型研發(fā)的生成式人工智能在語(yǔ)言理解和內容生成等方面的出色能力。不到一年時(shí)間,GPT3.5、GPT4.0等迭代更新的大模型相繼出現。研究者在這些大模型基礎上開(kāi)放接口、插件,實(shí)現了圖像、音頻、視頻等更高維度信息的生成,應用范圍也覆蓋了學(xué)習、工作、生活、投資等方方面面,構建了從點(diǎn)到面的多模態(tài)人工智能生成系統。我國目前已有超過(guò)100多個(gè)大模型發(fā)布。今年8月31日,我國自主研發(fā)的首批8個(gè)人工智能大模型首次向公眾開(kāi)放服務(wù),這意味著(zhù)中國人工智能大模型將獲得更大的數據規模、更廣泛的應用空間、更快速的技術(shù)迭代機會(huì )。[1]

建設教育強國、科技強國、人才強國具有內在的一致性和相互支撐性。教育強國建設的基點(diǎn)是基礎教育,戰略目標是教育現代化,生命線(xiàn)是高質(zhì)量發(fā)展。毋庸置疑,人工智能是當前社會(huì )發(fā)展速度最快、對社會(huì )各領(lǐng)域影響最廣泛的科技之一,其急速發(fā)展直接沖擊著(zhù)社會(huì )的方方面面,教育領(lǐng)域正是其中之一。當前,開(kāi)發(fā)了ChatGPT的OpenAI公司正在開(kāi)發(fā)OpenAI學(xué)院和GPT-5,旨在推動(dòng)教育革命。據稱(chēng),OpenAI學(xué)院將使用GPT-5(開(kāi)發(fā)中)作為用戶(hù)的教練、導師、顧問(wèn)或同伴,為用戶(hù)提供個(gè)性化和互動(dòng)學(xué)習體驗的平臺。隨著(zhù)新一代人工智能的高速發(fā)展,積極推動(dòng)人工智能與教育深度融合勢在必行。盡管目前生成式人工智能仍然存在諸多局限,但其所具備的核心能力,如啟發(fā)性?xún)热萆赡芰?、對?huà)情境理解能力、序列任務(wù)執行能力和程序語(yǔ)言解析能力,以及其在教育“教”“學(xué)”“評”“輔”中的潛在應用,讓教育理念的變革、教學(xué)方式與內容的創(chuàng )新成為必須。[2] 一方面教育數字化應以人工智能技術(shù)的快速發(fā)展為全新發(fā)力點(diǎn)賦能教育創(chuàng )新,另一方面需要高度重視生成式人工智能技術(shù)的潛在倫理問(wèn)題和安全風(fēng)險。

二、人工智能賦能教育數字化轉型

教育數字化轉型是一場(chǎng)科技賦能的教育變革。從跨學(xué)科內容的推陳出新到各教學(xué)環(huán)節的數字平臺、數字工具和數字資源的應用,無(wú)不體現人工智能對教育創(chuàng )新的催化、迭代、提速、優(yōu)化的價(jià)值和意義。當前,人工智能已經(jīng)快速進(jìn)入教育領(lǐng)域,正在深刻影響著(zhù)教與學(xué),形塑著(zhù)教育新范式和新形態(tài)。

1.人工智能推動(dòng)教育高質(zhì)量發(fā)展

數字教育的面比較廣,包括硬件、軟件、基礎設施、資源建設、互聯(lián)互通等;智慧教育則更加關(guān)注利用大數據、人工智能技術(shù)等為教育創(chuàng )新以及教育高質(zhì)量發(fā)展賦能,是數字教育的高級階段,既有助于促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源的廣泛共享,也可以通過(guò)輔助教學(xué)促進(jìn)教育質(zhì)量的提升,助力教學(xué)范式、教育內容及教育治理等方面的創(chuàng )新,為個(gè)性化與終身學(xué)習提供有效支撐。

一方面,人工智能助力教學(xué)空間數字化,擴大優(yōu)質(zhì)教育資源覆蓋面。如統一、開(kāi)放、共享的國家智慧教育公共服務(wù)平臺建設是國家教育數字化戰略行動(dòng)的重要舉措。上線(xiàn)一年來(lái),該平臺已面向52.9萬(wàn)所學(xué)校、1844萬(wàn)教師、2.91億學(xué)生和廣大社會(huì )學(xué)習者,匯聚中小學(xué)資源4.4萬(wàn)條、職業(yè)教育專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源庫1295個(gè)、高等教育優(yōu)質(zhì)慕課2.7萬(wàn)門(mén),基本形成了世界第一大教育資源數字化中心和服務(wù)平臺。通過(guò)大數據和人工智能等技術(shù),該平臺未來(lái)能夠為用戶(hù)提供資源的個(gè)性化訂閱、智能推送推薦、精準檢索等功能,逐步形成基于數字化的基礎教育服務(wù)新生態(tài)。[3] 人工智能技術(shù)還可以結合大數據分析,識別地區、城鄉、學(xué)校之間教育資源和教育質(zhì)量上的差距、失衡和鴻溝,通過(guò)分析與優(yōu)化教育資源配置,為政策制定者提供有力的依據,協(xié)助服務(wù)教育戰略布局。

另一方面,人工智能助力教學(xué)過(guò)程數字化,促進(jìn)學(xué)習方式變革。人工智能通過(guò)理解、結構化、建模和推理等手段,可以發(fā)現學(xué)生學(xué)習中的共性問(wèn)題和個(gè)體差異,挖掘學(xué)生學(xué)習過(guò)程中的需求和問(wèn)題,為教育者提供精準的指導和優(yōu)化意見(jiàn);通過(guò)模擬人類(lèi)導師和合作教練的角色,可以幫助學(xué)生解決問(wèn)題,提高學(xué)習效果;通過(guò)推薦系統,可以為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習資源和路徑;通過(guò)實(shí)時(shí)收集和智能分析學(xué)習數據,可以對學(xué)習過(guò)程及時(shí)干預、迭代、優(yōu)化,并支持伴隨式評價(jià)、綜合素質(zhì)評價(jià)和個(gè)性化培養。人工智能技術(shù)的應用還有利于促進(jìn)自主式學(xué)習、真實(shí)性學(xué)習和團隊式學(xué)習的實(shí)現,有助于培養學(xué)生高階思維能力。

2.人工智能促進(jìn)教育改革創(chuàng )新

人工智能不僅是教育改革新工具,也是課程教學(xué)新內容。信息科技(技術(shù))課程在人工智能賦能教育創(chuàng )新中有其必要性、時(shí)代性、科學(xué)性。[4] 聯(lián)合國教科文組織于2022年5月公布的《中小學(xué)階段的人工智能課程:對政府認可人工智能課程的調研》[5]中,分析了我國教育部頒布的中小學(xué)信息科技國家課程標準,肯定了中國從小學(xué)、初中到高中,在全學(xué)段將人工智能課程內容嵌入國家中小學(xué)信息科技課程標準中的做法,認為這在全球居于領(lǐng)先地位。

在我國《義務(wù)教育信息科技課程標準(2022年版)》與《普通高中信息技術(shù)課程標準(2017年版2020年修訂)》中,信息科技(技術(shù))課程要培養的核心素養,主要包括信息意識、計算思維、數字化學(xué)習與創(chuàng )新、信息社會(huì )責任。這四個(gè)方面互相支持、互相滲透,共同促進(jìn)學(xué)生數字素養與技能的提升。信息科技課程標準在邏輯主線(xiàn)和內容模塊兩個(gè)維度都有與人工智能顯性相關(guān)的內容和要求?!读x務(wù)教育信息科技課程標準(2022年版)》中,人工智能是六大邏輯主線(xiàn)之一,內容包括應用系統體驗、機器計算與人工計算的異同、倫理與安全挑戰,且“人工智能與智慧社會(huì )”內容模塊開(kāi)設在九年級,融入科學(xué)、綜合實(shí)踐活動(dòng)等課程?!镀胀ǜ咧行畔⒓夹g(shù)課程標準(2017年版2020年修訂)》中有兩個(gè)模塊開(kāi)展人工智能的學(xué)習,分別是必修1“數據與計算”、選擇性必修4“人工智能初步”。除了融合在課程內容中,人工智能也是開(kāi)展跨學(xué)科創(chuàng )新教學(xué)、跨學(xué)科主題學(xué)習的重要手段和工具。各個(gè)學(xué)科課程在課標中都不約而同提出要與信息科技做交叉,利用數字化平臺、互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境更好地發(fā)揮數字教育、智慧教育的作用。例如《義務(wù)教育語(yǔ)文課程標準(2022年版)》中提出要“認識信息技術(shù)對學(xué)生閱讀和表達交流等帶來(lái)的深刻影響,把握信息技術(shù)與語(yǔ)文教學(xué)深度融合的趨勢,充分發(fā)揮信息技術(shù)在語(yǔ)文教學(xué)變革中的價(jià)值和功能”?!读x務(wù)教育數學(xué)課程標準(2022年版)》中提出要“重視大數據、人工智能等對數學(xué)教學(xué)改革的推動(dòng)作用,改進(jìn)教學(xué)方式,促進(jìn)學(xué)生學(xué)習方式轉變”。

學(xué)科交叉融合是當前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重大特征,是新學(xué)科產(chǎn)生的重要源泉,是培養創(chuàng )新型人才的有效路徑,其核心是真實(shí)問(wèn)題解決。人工智能本身是一個(gè)跨學(xué)科綜合的領(lǐng)域,交叉計算機科學(xué)、數學(xué)、生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、認知科學(xué)、腦科學(xué)、心理學(xué)、社會(huì )學(xué)、哲學(xué)等,也符合STEAM教育的框架與理念。在具體教學(xué)中,要依托大視野、大概念、大思維,綜合考慮人工智能的學(xué)科基礎、核心思想、內涵外延,挖掘人工智能與其他學(xué)科的交叉創(chuàng )新點(diǎn)。人工智能的跨學(xué)科特性不僅有利于促進(jìn)學(xué)科整合,也催生了多學(xué)科教師聯(lián)合跨學(xué)科教學(xué)的新模式。例如中國人民大學(xué)附屬中學(xué)開(kāi)發(fā)的“橫向跨學(xué)科縱向分層次”的人工智能+X跨學(xué)科課程體系,是打破學(xué)科界限、激發(fā)學(xué)生創(chuàng )新思維、發(fā)展學(xué)生高階能力的有益嘗試(見(jiàn)上表)。

3.人工智能賦能課堂教學(xué)各環(huán)節

具體到課堂教學(xué),各個(gè)學(xué)科的課堂都可以用AI作為數字化教學(xué)工具。人工智能技術(shù)可以賦能科學(xué)教育,讓科學(xué)課堂更具有生命力。在科學(xué)課上,通過(guò)AI技術(shù),從靜到動(dòng)、從宏觀(guān)到微觀(guān)、從量變到質(zhì)變的科學(xué)發(fā)生過(guò)程能夠“看得見(jiàn)、看得清”,科學(xué)現象與科學(xué)本質(zhì)能夠被“可視化”。在借助智能技術(shù)探究的過(guò)程中,學(xué)生也能夠進(jìn)一步認識到,人類(lèi)對自然世界的認知、人類(lèi)的科技進(jìn)步很大程度上得益于對這個(gè)世界觀(guān)測能力的進(jìn)步,每一次這樣的進(jìn)步都會(huì )推動(dòng)人類(lèi)社會(huì )的變革。人工智能技術(shù)可以賦能人文課程教學(xué),打開(kāi)學(xué)生文化學(xué)習新視野。如在人文課程學(xué)習中,結合新數字平臺、數字資源、數字工具,學(xué)生可以將作品嵌入到蘊含更豐富信息的時(shí)空維度,將自己代入作者的人生軌跡,結合大歷史、大文化背景,看到詩(shī)詞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,人工智能詩(shī)詞機器人可作為詩(shī)歌初學(xué)者的智能“助教”,吸引更多人走近詩(shī)歌、走近傳統文化,成為詩(shī)詞愛(ài)好者。人工智能技術(shù)還可以賦能藝術(shù)教育,豐富學(xué)生的藝術(shù)體驗、表達與創(chuàng )意。通過(guò)虛擬現實(shí)技術(shù),學(xué)生可以身臨其境地體驗不同類(lèi)型的藝術(shù)作品,如繪畫(huà)、雕塑、音樂(lè )等。人工智能藝術(shù)創(chuàng )作工具可以幫助學(xué)生快速生成原創(chuàng )作品,可以分析學(xué)生的繪畫(huà)或音樂(lè )作品,為他們提供個(gè)性化的指導建議。如中央音樂(lè )學(xué)院建立了音樂(lè )人工智能與音樂(lè )信息科技系,是藝術(shù)與科技融合創(chuàng )新的典型案例。

中國人民大學(xué)附屬中學(xué)人工智能教學(xué)主題示例

三、數字文明時(shí)代教育創(chuàng )新的關(guān)鍵問(wèn)題

1.更加重視立德樹(shù)人

數字文明時(shí)代的教育根本任務(wù)仍然是立德樹(shù)人。未來(lái),我們的青少年不僅要與大自然、大社會(huì )長(cháng)期共存共處,也要與人工智能長(cháng)期共存共處,青少年的信息素養與文化素養、科學(xué)素養一樣,是實(shí)現立德樹(shù)人目標的關(guān)鍵必備素養。[6] 人工智能技術(shù)目前尚無(wú)自身情感、觀(guān)點(diǎn)和價(jià)值觀(guān)。人工智能的創(chuàng )造與偽造往往只在一念之間,這種矛與盾并存的狀態(tài),使得我們必須警惕其可能帶來(lái)的負面影響。因此,青少年迫切需要來(lái)自學(xué)校、家長(cháng)和社會(huì )各方面的正確引導,要關(guān)注青少年在開(kāi)發(fā)和應用人工智能時(shí)的情感、態(tài)度和價(jià)值觀(guān)教育,這將成為決定技術(shù)好壞的關(guān)鍵因素,要重視培養學(xué)生尊重科學(xué)、尊重他人、與人為善、團隊合作等方面的精神品質(zhì),培養他們的倫理意識和素養,構建AI背景下的健康教育生態(tài)。

2.重視培養青少年數字素養與技能

數字文明時(shí)代的教育呼喚人才培養模式的創(chuàng )新,要重視青少年數字素養與技能的培養,關(guān)注青少年高階能力與智能素養的發(fā)展。學(xué)校教育應立足于真實(shí)的生活情境,提供科學(xué)的課程設置和個(gè)性化教育環(huán)境,支撐學(xué)生使用人工智能技術(shù)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題,培養學(xué)生的合作精神與批判精神。進(jìn)一步,通過(guò)構建多維度的教育共同體,幫助學(xué)生發(fā)展自主學(xué)習能力、提出問(wèn)題的能力、創(chuàng )新思維能力以及規劃未來(lái)的能力,成長(cháng)為社會(huì )主義現代化建設中可堪大用、能擔重任的棟梁之才。

3.構建全民終身學(xué)習的學(xué)習型社會(huì )

習近平總書(shū)記在中共中央政治局第五次集體學(xué)習時(shí)強調:“要建設全民終身學(xué)習的學(xué)習型社會(huì )、學(xué)習型大國,促進(jìn)人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時(shí)時(shí)可學(xué),不斷提高國民受教育程度,全面提升人力資源開(kāi)發(fā)水平,促進(jìn)人的全面發(fā)展?!睌底治拿鲿r(shí)代的教育倡導全民學(xué)習、終身學(xué)習,讓學(xué)習成為全社會(huì )的價(jià)值追求。面向未來(lái)社會(huì ),人工智能+教育可以讓教育資源得到更加高效、公平的分配,更多人能夠享有更高質(zhì)量、更加公平的受教育機會(huì )。人工智能、大數據等先進(jìn)技術(shù)賦能教育,將進(jìn)一步打破傳統學(xué)科邊界,促進(jìn)跨界學(xué)習,推動(dòng)發(fā)展多種教育模式,搭建完善的終身學(xué)習“立交橋”[7],滿(mǎn)足全民多樣化、個(gè)性化的學(xué)習需求,助力每個(gè)人實(shí)現終身成長(cháng)。

本文系全國教育科學(xué)“十三五”規劃2019年度教育部青年課題“面向未來(lái)高階能力和智能素養的中學(xué)跨學(xué)科人工智能課程體系建設與教學(xué)研究”(EHA190519)的研究成果

注釋?zhuān)?/span>

[1] 張漫子. 中國自主研發(fā)的人工智能大模型首次向公眾開(kāi)放服務(wù)[N]. 新華社,2023-09- 03.

[2] 盧宇,余京蕾,陳鵬鶴等. 生成式人工智能的教育應用與展望——以ChatGPT系統為例[J]. 中國遠程教育,2023,4304):24-31+51.

[3] 張欣. 智慧教育“國家隊”賦能數字化變革——寫(xiě)在國家智慧教育公共服務(wù)平臺上線(xiàn)一周年之際[N]. 中國教育報,2023-03-28.

[4] 熊璋,趙健,陸海豐等. 義務(wù)教育階段信息科技課程的時(shí)代性與科學(xué)性——《義務(wù)教育信息科技課程標準(2022年版)》解讀[J]. 教師教育學(xué)報,2022,904):63-69.

[5] UNESCO. K-12 AI curricula: A mapping of government-endorsed AI curricula[R/OL]. https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf00003806022023-09-21.

[6] 熊璋. 青少年人工智能教育更應重視立德樹(shù)人[J]. 中小學(xué)數字化教學(xué),202103):1.

[7] 李立國. 搭建終身學(xué)習的“立交橋”[N]. 光明日報,2020-10-27.

(作者熊璋系對外經(jīng)濟貿易大學(xué)信息學(xué)院教授、博士生導師、院長(cháng),教育部義務(wù)教育信息科技課程標準專(zhuān)家組組長(cháng);武迪系中國人民大學(xué)附屬中學(xué)教師)

《人民教育》2023年第19

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