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        熊璋等:教育強國建設(shè)背景下人工智能賦能教育創(chuàng)新的路徑探索

        發(fā)布時間:2023-11-27 作者:熊璋 武迪 來源:中國教育新聞網(wǎng)-《人民教育》

        教育數(shù)字化是我國開辟教育發(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(zhàn)略的重要指標之一。教育數(shù)字化的本質(zhì)是運用現(xiàn)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(shù)字化的重要一環(huán)。在新一代人工智能日趨普及的時代背景下,教育強國建設(shè)與教育數(shù)字化戰(zhàn)略密切相關(guān)。早在2019年國際人工智能與教育大會上,習(xí)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(chuàng)新”。面向教育強國建設(shè)新征程,人工智能將進一步為賦能教育改革創(chuàng)新、促進教育高質(zhì)量發(fā)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(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之一。大模型呈現(xiàn)了強大的創(chuàng)新潛能,增強了人工智能的通用性,隨著技術(shù)迭代,更“聰明”的大模型將滲透到更多領(lǐng)域,也為教育數(shù)字化及教育創(chuàng)新帶來更多可能性。從“學(xué)習(xí)”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(zhì)的改變。AI大模型是“大數(shù)據(jù)+大算力+強算法”結(jié)合的產(chǎn)物,大模型發(fā)端于自然語言處理領(lǐng)域,模型的參數(shù)量和計算的復(fù)雜度都在不斷增加。幾年前,數(shù)百萬或幾千萬個參數(shù)的模型就被認為是“大模型”,現(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)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(dāng)模型規(guī)模大到一定程度時,生成式人工智能的應(yīng)用效果就會顯著提升,出現(xiàn)“大模型中的能力涌現(xiàn)”。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(fā)展的高速賦能又進入了新的發(fā)展階段。AI大模型的本質(zhì)改變在于真正模擬了人類知識形成的過程,通過大數(shù)據(jù)、大訓(xùn)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(shù)和復(fù)雜的結(jié)構(gòu),可以從大量數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)和提取出豐富的知識和規(guī)律,這些知識和規(guī)律相互交織、相互作用,從而表現(xiàn)出更為復(fù)雜和高級的智能行為,如理解能力、抽象能力、結(jié)構(gòu)化知識構(gòu)建能力和推導(dǎo)能力?!堵槭±砉た萍荚u論》對中國大模型的評測顯示,國內(nèi)代表性大模型在編程能力、理科綜合、邏輯思維、數(shù)學(xué)專項、語言專項和綜合知識等方面已有較好的表現(xiàn)。

        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(xiàn)超高速態(tài)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(chuàng)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(chuàng)下的9個月。從迭代速度來看,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(yīng)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(fā)在中國、美國乃至全球呈現(xiàn)出百舸爭流的繁榮生態(tài)。

        四是由點到面的改變。ChatGPT展示了基于大模型研發(fā)的生成式人工智能在語言理解和內(nèi)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(xiàn)。研究者在這些大模型基礎(chǔ)上開放接口、插件,實現(xiàn)了圖像、音頻、視頻等更高維度信息的生成,應(yīng)用范圍也覆蓋了學(xué)習(xí)、工作、生活、投資等方方面面,構(gòu)建了從點到面的多模態(tài)人工智能生成系統(tǒng)。我國目前已有超過100多個大模型發(fā)布。今年8月31日,我國自主研發(fā)的首批8個人工智能大模型首次向公眾開放服務(wù),這意味著中國人工智能大模型將獲得更大的數(shù)據(jù)規(guī)模、更廣泛的應(yīng)用空間、更快速的技術(shù)迭代機會。[1]

        建設(shè)教育強國、科技強國、人才強國具有內(nèi)在的一致性和相互支撐性。教育強國建設(shè)的基點是基礎(chǔ)教育,戰(zhàn)略目標是教育現(xiàn)代化,生命線是高質(zhì)量發(fā)展。毋庸置疑,人工智能是當(dāng)前社會發(fā)展速度最快、對社會各領(lǐng)域影響最廣泛的科技之一,其急速發(fā)展直接沖擊著社會的方方面面,教育領(lǐng)域正是其中之一。當(dāng)前,開發(fā)了ChatGPT的OpenAI公司正在開發(fā)OpenAI學(xué)院和GPT-5,旨在推動教育革命。據(jù)稱,OpenAI學(xué)院將使用GPT-5(開發(fā)中)作為用戶的教練、導(dǎo)師、顧問或同伴,為用戶提供個性化和互動學(xué)習(xí)體驗的平臺。隨著新一代人工智能的高速發(fā)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(fā)性內(nèi)容生成能力、對話情境理解能力、序列任務(wù)執(zhí)行能力和程序語言解析能力,以及其在教育“教”“學(xué)”“評”“輔”中的潛在應(yīng)用,讓教育理念的變革、教學(xué)方式與內(nèi)容的創(chuàng)新成為必須。[2] 一方面教育數(shù)字化應(yīng)以人工智能技術(shù)的快速發(fā)展為全新發(fā)力點賦能教育創(chuàng)新,另一方面需要高度重視生成式人工智能技術(shù)的潛在倫理問題和安全風(fēng)險。

        二、人工智能賦能教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型

        教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一場科技賦能的教育變革。從跨學(xué)科內(nèi)容的推陳出新到各教學(xué)環(huán)節(jié)的數(shù)字平臺、數(shù)字工具和數(shù)字資源的應(yīng)用,無不體現(xiàn)人工智能對教育創(chuàng)新的催化、迭代、提速、優(yōu)化的價值和意義。當(dāng)前,人工智能已經(jīng)快速進入教育領(lǐng)域,正在深刻影響著教與學(xué),形塑著教育新范式和新形態(tài)。

        1.人工智能推動教育高質(zhì)量發(fā)展

        數(shù)字教育的面比較廣,包括硬件、軟件、基礎(chǔ)設(shè)施、資源建設(shè)、互聯(lián)互通等;智慧教育則更加關(guān)注利用大數(shù)據(jù)、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(shù)字教育的高級階段,既有助于促進優(yōu)質(zhì)教育資源的廣泛共享,也可以通過輔助教學(xué)促進教育質(zhì)量的提升,助力教學(xué)范式、教育內(nèi)容及教育治理等方面的創(chuàng)新,為個性化與終身學(xué)習(xí)提供有效支撐。

        一方面,人工智能助力教學(xué)空間數(shù)字化,擴大優(yōu)質(zhì)教育資源覆蓋面。如統(tǒng)一、開放、共享的國家智慧教育公共服務(wù)平臺建設(shè)是國家教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動的重要舉措。上線一年來,該平臺已面向52.9萬所學(xué)校、1844萬教師、2.91億學(xué)生和廣大社會學(xué)習(xí)者,匯聚中小學(xué)資源4.4萬條、職業(yè)教育專業(yè)教學(xué)資源庫1295個、高等教育優(yōu)質(zhì)慕課2.7萬門,基本形成了世界第一大教育資源數(shù)字化中心和服務(wù)平臺。通過大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù),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(shù)字化的基礎(chǔ)教育服務(wù)新生態(tài)。[3] 人工智能技術(shù)還可以結(jié)合大數(shù)據(jù)分析,識別地區(qū)、城鄉(xiāng)、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(jù),協(xié)助服務(wù)教育戰(zhàn)略布局。

        另一方面,人工智能助力教學(xué)過程數(shù)字化,促進學(xué)習(xí)方式變革。人工智能通過理解、結(jié)構(gòu)化、建模和推理等手段,可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)中的共性問題和個體差異,挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)過程中的需求和問題,為教育者提供精準的指導(dǎo)和優(yōu)化意見;通過模擬人類導(dǎo)師和合作教練的角色,可以幫助學(xué)生解決問題,提高學(xué)習(xí)效果;通過推薦系統(tǒng),可以為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)資源和路徑;通過實時收集和智能分析學(xué)習(xí)數(shù)據(jù),可以對學(xué)習(xí)過程及時干預(yù)、迭代、優(yōu)化,并支持伴隨式評價、綜合素質(zhì)評價和個性化培養(yǎng)。人工智能技術(shù)的應(yīng)用還有利于促進自主式學(xué)習(xí)、真實性學(xué)習(xí)和團隊式學(xué)習(xí)的實現(xiàn),有助于培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力。

        2.人工智能促進教育改革創(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(nèi)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(diào)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(nèi)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(yǎng)的核心素養(yǎng),主要包括信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任。這四個方面互相支持、互相滲透,共同促進學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能的提升。信息科技課程標準在邏輯主線和內(nèi)容模塊兩個維度都有與人工智能顯性相關(guān)的內(nèi)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之一,內(nèi)容包括應(yīng)用系統(tǒng)體驗、機器計算與人工計算的異同、倫理與安全挑戰(zhàn),且“人工智能與智慧社會”內(nèi)容模塊開設(shè)在九年級,融入科學(xué)、綜合實踐活動等課程。《普通高中信息技術(shù)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(xué)習(xí),分別是必修1“數(shù)據(jù)與計算”、選擇性必修4“人工智能初步”。除了融合在課程內(nèi)容中,人工智能也是開展跨學(xué)科創(chuàng)新教學(xué)、跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的重要手段和工具。各個學(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(shù)字化平臺、互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境更好地發(fā)揮數(shù)字教育、智慧教育的作用。例如《義務(wù)教育語文課程標準(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的深刻影響,把握信息技術(shù)與語文教學(xué)深度融合的趨勢,充分發(fā)揮信息技術(shù)在語文教學(xué)變革中的價值和功能”?!读x務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標準(2022年版)》中提出要“重視大數(shù)據(jù)、人工智能等對數(shù)學(xué)教學(xué)改革的推動作用,改進教學(xué)方式,促進學(xué)生學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變”。

        學(xué)科交叉融合是當(dāng)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(yǎng)創(chuàng)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(xué)科綜合的領(lǐng)域,交叉計算機科學(xué)、數(shù)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(chǔ)、核心思想、內(nèi)涵外延,挖掘人工智能與其他學(xué)科的交叉創(chuàng)新點。人工智能的跨學(xué)科特性不僅有利于促進學(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(見上表)。

        3.人工智能賦能課堂教學(xué)各環(huán)節(jié)

        具體到課堂教學(xué),各個學(xué)科的課堂都可以用AI作為數(shù)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AI技術(shù),從靜到動、從宏觀到微觀、從量變到質(zhì)變的科學(xué)發(fā)生過程能夠“看得見、看得清”,科學(xué)現(xiàn)象與科學(xué)本質(zhì)能夠被“可視化”。在借助智能技術(shù)探究的過程中,學(xué)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(shù)可以賦能人文課程教學(xué),打開學(xué)生文化學(xué)習(xí)新視野。如在人文課程學(xué)習(xí)中,結(jié)合新數(shù)字平臺、數(shù)字資源、數(shù)字工具,學(xué)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(jié)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(xué)者的智能“助教”,吸引更多人走近詩歌、走近傳統(tǒng)文化,成為詩詞愛好者。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。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù),學(xué)生可以身臨其境地體驗不同類型的藝術(shù)作品,如繪畫、雕塑、音樂等。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)生的繪畫或音樂作品,為他們提供個性化的指導(dǎo)建議。如中央音樂學(xué)院建立了音樂人工智能與音樂信息科技系,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(shù)字文明時代教育創(chuàng)新的關(guān)鍵問題

        1.更加重視立德樹人

        數(shù)字文明時代的教育根本任務(wù)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(yǎng)與文化素養(yǎng)、科學(xué)素養(yǎng)一樣,是實現(xiàn)立德樹人目標的關(guān)鍵必備素養(yǎng)。[6] 人工智能技術(shù)目前尚無自身情感、觀點和價值觀。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的負面影響。因此,青少年迫切需要來自學(xué)校、家長和社會各方面的正確引導(dǎo),要關(guān)注青少年在開發(fā)和應(yīng)用人工智能時的情感、態(tài)度和價值觀教育,這將成為決定技術(shù)好壞的關(guān)鍵因素,要重視培養(yǎng)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(yǎng)他們的倫理意識和素養(yǎng),構(gòu)建AI背景下的健康教育生態(tài)。

        2.重視培養(yǎng)青少年數(shù)字素養(yǎng)與技能

        數(shù)字文明時代的教育呼喚人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新,要重視青少年數(shù)字素養(yǎng)與技能的培養(yǎng),關(guān)注青少年高階能力與智能素養(yǎng)的發(fā)展。學(xué)校教育應(yīng)立足于真實的生活情境,提供科學(xué)的課程設(shè)置和個性化教育環(huán)境,支撐學(xué)生使用人工智能技術(shù)分析問題、解決問題,培養(yǎng)學(xué)生的合作精神與批判精神。進一步,通過構(gòu)建多維度的教育共同體,幫助學(xué)生發(fā)展自主學(xué)習(xí)能力、提出問題的能力、創(chuàng)新思維能力以及規(guī)劃未來的能力,成長為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)中可堪大用、能擔(dān)重任的棟梁之才。

        3.構(gòu)建全民終身學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)型社會

        習(xí)近平總書記在中共中央政治局第五次集體學(xué)習(xí)時強調(diào):“要建設(shè)全民終身學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)型社會、學(xué)習(xí)型大國,促進人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時時可學(xué),不斷提高國民受教育程度,全面提升人力資源開發(fā)水平,促進人的全面發(fā)展?!睌?shù)字文明時代的教育倡導(dǎo)全民學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí),讓學(xué)習(xí)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(zhì)量、更加公平的受教育機會。人工智能、大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)賦能教育,將進一步打破傳統(tǒng)學(xué)科邊界,促進跨界學(xué)習(xí),推動發(fā)展多種教育模式,搭建完善的終身學(xué)習(xí)“立交橋”[7],滿足全民多樣化、個性化的學(xué)習(xí)需求,助力每個人實現(xiàn)終身成長。

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

        注釋:

        [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(yīng)用與展望——以ChatGPT系統(tǒng)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(shù)字化變革——寫在國家智慧教育公共服務(wù)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(wù)教育階段信息科技課程的時代性與科學(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(yīng)重視立德樹人[J]. 中小學(xué)數(shù)字化教學(xué),202103):1.

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

        (作者熊璋系對外經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)信息學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師、院長,教育部義務(wù)教育信息科技課程標準專家組組長;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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