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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新的路徑探索

      發布時間:2023-11-27 作者:熊璋 武迪 來源:中國教育新聞網-《人民教育》

      教育數字化是我國開辟教育發展新賽道和塑造教育發展新優勢的重要突破口,是衡量教育強國戰略的重要指標之一。教育數字化的本質是運用現代科技手段,整合優質教育資源,賦能教育教學。人工智能賦能教育是教育數字化的重要一環。在新一代人工智能日趨普及的時代背景下,教育強國建設與教育數字化戰略密切相關。早在2019年國際人工智能與教育大會上,習近平總書記就指出“中國高度重視人工智能對教育的深刻影響,積極推動人工智能和教育深度融合,促進教育變革創新”。面向教育強國建設新征程,人工智能將進一步為賦能教育改革創新、促進教育高質量發展注入強勁動能,提供有力支撐。

      一、人工智能與教育深度融合勢在必行

      基于大模型研發的生成式人工智能正在引發新一輪智能化浪潮,成為全球競爭的焦點之一。大模型呈現了強大的創新潛能,增強了人工智能的通用性,隨著技術迭代,更“聰明”的大模型將滲透到更多領域,也為教育數字化及教育創新帶來更多可能性。從“學習”到“生成”,新一代人工智能的變化主要有以下幾個方面。

      一是從量到質的改變。AI大模型是“大數據+大算力+強算法”結合的產物,大模型發端于自然語言處理領域,模型的參數量和計算的復雜度都在不斷增加。幾年前,數百萬或幾千萬個參數的模型就被認為是“大模型”,現在已經實現了千億、萬億級的突破,如我國有“文心一言”“盤古”“訊飛星火”等多個超千億大模型。當模型規模大到一定程度時,生成式人工智能的應用效果就會顯著提升,出現“大模型中的能力涌現”。人工智能從AlphaGo開始迎來了新階段,而OpenAI的ChatGPT生成式人工智能的上線,意味著人工智能對社會發展的高速賦能又進入了新的發展階段。AI大模型的本質改變在于真正模擬了人類知識形成的過程,通過大數據、大訓練形成的大模型更加接近人類的智慧。

      二是由表及里的改變。表面上看,生成式人工智能可以寫文案、聊天、畫畫、作詩,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、數學專項、語言專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開始,無論影響力、迭代速度還是輻射范圍都呈現超高速態勢。從影響力來看,ChatGPT面世后5天用戶已超百萬,僅用2個月就創造了用戶過億的新紀錄。而此前App用戶破億的最快紀錄是由抖音創下的9個月。從迭代速度來看,OpenAI在2023年

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

      四是由點到面的改變。ChatGPT展示了基于大模型研發的生成式人工智能在語言理解和內容生成等方面的出色能力。不到一年時間,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放接口、插件,實現了圖像、音頻、視頻等更高維度信息的生成,應用范圍也覆蓋了學習、工作、生活、投資等方方面面,構建了從點到面的多模態人工智能生成系統。我國目前已有超過100多個大模型發布。今年8月31日,我國自主研發的首批8個人工智能大模型首次向公眾開放服務,這意味著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、更快速的技術迭代機會。[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是基礎教育,戰略目標是教育現代化,生命線是高質量發展。毋庸置疑,人工智能是當前社會發展速度最快、對社會各領域影響最廣泛的科技之一,其急速發展直接沖擊著社會的方方面面,教育領域正是其中之一。當前,開發了ChatGPT的OpenAI公司正在開發OpenAI學院和GPT-5,旨在推動教育革命。據稱,OpenAI學院將使用GPT-5(開發中)作為用戶的教練、導師、顧問或同伴,為用戶提供個性化和互動學習體驗的平臺。隨著新一代人工智能的高速發展,積極推動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,如啟發性內容生成能力、對話情境理解能力、序列任務執行能力和程序語言解析能力,以及其在教育“教”“學”“評”“輔”中的潛在應用,讓教育理念的變革、教學方式與內容的創新成為必須。[2] 一方面教育數字化應以人工智能技術的快速發展為全新發力點賦能教育創新,另一方面需要高度重視生成式人工智能技術的潛在倫理問題和安全風險。

      二、人工智能賦能教育數字化轉型

      教育數字化轉型是一場科技賦能的教育變革。從跨學科內容的推陳出新到各教學環節的數字平臺、數字工具和數字資源的應用,無不體現人工智能對教育創新的催化、迭代、提速、優化的價值和意義。當前,人工智能已經快速進入教育領域,正在深刻影響著教與學,形塑著教育新范式和新形態。

      1.人工智能推動教育高質量發展

      數字教育的面比較廣,包括硬件、軟件、基礎設施、資源建設、互聯互通等;智慧教育則更加關注利用大數據、人工智能技術等為教育創新以及教育高質量發展賦能,是數字教育的高級階段,既有助于促進優質教育資源的廣泛共享,也可以通過輔助教學促進教育質量的提升,助力教學范式、教育內容及教育治理等方面的創新,為個性化與終身學習提供有效支撐。

      一方面,人工智能助力教學空間數字化,擴大優質教育資源覆蓋面。如統一、開放、共享的國家智慧教育公共服務平臺建設是國家教育數字化戰略行動的重要舉措。上線一年來,該平臺已面向52.9萬所學校、1844萬教師、2.91億學生和廣大社會學習者,匯聚中小學資源4.4萬條、職業教育專業教學資源庫1295個、高等教育優質慕課2.7萬門,基本形成了世界第一大教育資源數字化中心和服務平臺。通過大數據和人工智能等技術,該平臺未來能夠為用戶提供資源的個性化訂閱、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新生態。[3] 人工智能技術還可以結合大數據分析,識別地區、城鄉、學校之間教育資源和教育質量上的差距、失衡和鴻溝,通過分析與優化教育資源配置,為政策制定者提供有力的依據,協助服務教育戰略布局。

      另一方面,人工智能助力教學過程數字化,促進學習方式變革。人工智能通過理解、結構化、建模和推理等手段,可以發現學生學習中的共性問題和個體差異,挖掘學生學習過程中的需求和問題,為教育者提供精準的指導和優化意見;通過模擬人類導師和合作教練的角色,可以幫助學生解決問題,提高學習效果;通過推薦系統,可以為學生提供個性化的學習資源和路徑;通過實時收集和智能分析學習數據,可以對學習過程及時干預、迭代、優化,并支持伴隨式評價、綜合素質評價和個性化培養。人工智能技術的應用還有利于促進自主式學習、真實性學習和團隊式學習的實現,有助于培養學生高階思維能力。

      2.人工智能促進教育改革創新

      人工智能不僅是教育改革新工具,也是課程教學新內容。信息科技(技術)課程在人工智能賦能教育創新中有其必要性、時代性、科學性。[4] 聯合國教科文組織于2022年5月公布的《中小學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信息科技國家課程標準,肯定了中國從小學、初中到高中,在全學段將人工智能課程內容嵌入國家中小學信息科技課程標準中的做法,認為這在全球居于領先地位。

      在我國《義務教育信息科技課程標準(2022年版)》與《普通高中信息技術課程標準(2017年版2020年修訂)》中,信息科技(技術)課程要培養的核心素養,主要包括信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任。這四個方面互相支持、互相滲透,共同促進學生數字素養與技能的提升。信息科技課程標準在邏輯主線和內容模塊兩個維度都有與人工智能顯性相關的內容和要求?!读x務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”內容模塊開設在九年級,融入科學、綜合實踐活動等課程?!镀胀ǜ咧行畔⒓夹g課程標準(2017年版2020年修訂)》中有兩個模塊開展人工智能的學習,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,人工智能也是開展跨學科創新教學、跨學科主題學習的重要手段和工具。各個學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、互聯網環境更好地發揮數字教育、智慧教育的作用。例如《義務教育語文課程標準(2022年版)》中提出要“認識信息技術對學生閱讀和表達交流等帶來的深刻影響,把握信息技術與語文教學深度融合的趨勢,充分發揮信息技術在語文教學變革中的價值和功能”?!读x務教育數學課程標準(2022年版)》中提出要“重視大數據、人工智能等對數學教學改革的推動作用,改進教學方式,促進學生學習方式轉變”。

      學科交叉融合是當前科學技術發展的重大特征,是新學科產生的重要源泉,是培養創新型人才的有效路徑,其核心是真實問題解決。人工智能本身是一個跨學科綜合的領域,交叉計算機科學、數學、生物學、神經科學、認知科學、腦科學、心理學、社會學、哲學等,也符合STEAM教育的框架與理念。在具體教學中,要依托大視野、大概念、大思維,綜合考慮人工智能的學科基礎、核心思想、內涵外延,挖掘人工智能與其他學科的交叉創新點。人工智能的跨學科特性不僅有利于促進學科整合,也催生了多學科教師聯合跨學科教學的新模式。例如中國人民大學附屬中學開發的“橫向跨學科縱向分層次”的人工智能+X跨學科課程體系,是打破學科界限、激發學生創新思維、發展學生高階能力的有益嘗試(見上表)。

      3.人工智能賦能課堂教學各環節

      具體到課堂教學,各個學科的課堂都可以用AI作為數字化教學工具。人工智能技術可以賦能科學教育,讓科學課堂更具有生命力。在科學課上,通過AI技術,從靜到動、從宏觀到微觀、從量變到質變的科學發生過程能夠“看得見、看得清”,科學現象與科學本質能夠被“可視化”。在借助智能技術探究的過程中,學生也能夠進一步認識到,人類對自然世界的認知、人類的科技進步很大程度上得益于對這個世界觀測能力的進步,每一次這樣的進步都會推動人類社會的變革。人工智能技術可以賦能人文課程教學,打開學生文化學習新視野。如在人文課程學習中,結合新數字平臺、數字資源、數字工具,學生可以將作品嵌入到蘊含更豐富信息的時空維度,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,人工智能詩詞機器人可作為詩歌初學者的智能“助教”,吸引更多人走近詩歌、走近傳統文化,成為詩詞愛好者。人工智能技術還可以賦能藝術教育,豐富學生的藝術體驗、表達與創意。通過虛擬現實技術,學生可以身臨其境地體驗不同類型的藝術作品,如繪畫、雕塑、音樂等。人工智能藝術創作工具可以幫助學生快速生成原創作品,可以分析學生的繪畫或音樂作品,為他們提供個性化的指導建議。如中央音樂學院建立了音樂人工智能與音樂信息科技系,是藝術與科技融合創新的典型案例。

      中國人民大學附屬中學人工智能教學主題示例

      三、數字文明時代教育創新的關鍵問題

      1.更加重視立德樹人

      數字文明時代的教育根本任務仍然是立德樹人。未來,我們的青少年不僅要與大自然、大社會長期共存共處,也要與人工智能長期共存共處,青少年的信息素養與文化素養、科學素養一樣,是實現立德樹人目標的關鍵必備素養。[6] 人工智能技術目前尚無自身情感、觀點和價值觀。人工智能的創造與偽造往往只在一念之間,這種矛與盾并存的狀態,使得我們必須警惕其可能帶來的負面影響。因此,青少年迫切需要來自學校、家長和社會各方面的正確引導,要關注青少年在開發和應用人工智能時的情感、態度和價值觀教育,這將成為決定技術好壞的關鍵因素,要重視培養學生尊重科學、尊重他人、與人為善、團隊合作等方面的精神品質,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。

      2.重視培養青少年數字素養與技能

      數字文明時代的教育呼喚人才培養模式的創新,要重視青少年數字素養與技能的培養,關注青少年高階能力與智能素養的發展。學校教育應立足于真實的生活情境,提供科學的課程設置和個性化教育環境,支撐學生使用人工智能技術分析問題、解決問題,培養學生的合作精神與批判精神。進一步,通過構建多維度的教育共同體,幫助學生發展自主學習能力、提出問題的能力、創新思維能力以及規劃未來的能力,成長為社會主義現代化建設中可堪大用、能擔重任的棟梁之才。

      3.構建全民終身學習的學習型社會

      習近平總書記在中共中央政治局第五次集體學習時強調:“要建設全民終身學習的學習型社會、學習型大國,促進人人皆學、處處能學、時時可學,不斷提高國民受教育程度,全面提升人力資源開發水平,促進人的全面發展?!睌底治拿鲿r代的教育倡導全民學習、終身學習,讓學習成為全社會的價值追求。面向未來社會,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量、更加公平的受教育機會。人工智能、大數據等先進技術賦能教育,將進一步打破傳統學科邊界,促進跨界學習,推動發展多種教育模式,搭建完善的終身學習“立交橋”[7],滿足全民多樣化、個性化的學習需求,助力每個人實現終身成長。

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

      注釋:

      [1] 張漫子. 中國自主研發的人工智能大模型首次向公眾開放服務[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——寫在國家智慧教育公共服務平臺上線一周年之際[N]. 中國教育報,2023-03-28.

      [4] 熊璋,趙健,陸海豐等. 義務教育階段信息科技課程的時代性與科學性——《義務教育信息科技課程標準(2022年版)》解讀[J]. 教師教育學報,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人[J]. 中小學數字化教學,202103):1.

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

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

      《人民教育》2023年第19

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