上海电教馆馆长张治：教育智能体，是人工智能时代的学校形态

AI降临，海水已淹没至膝盖

人工智能时代加速到来已是事实。在中国，“互联网+” “人工智能+”进入政府工作报告；在国外， “新硬件时代” “工业4.0” 推动智能革命。

随着人工智能从计算智能、感知智能到认知智能的飞跃，人类社会将面临各种“奇点”，原有的法律道德、经典理论、经济形态、社会形态和技术极限也或将被突破。

例如，未来可穿戴设备、可植入设备和脑机接口技术的发展，会使得纯生物的人（从母体里生出来，身上没有芯片、脑机接口和可穿戴设备）会日渐稀少。预计到2060年前后，人类将与100亿个机器人共处。

未来，不少职业将被人工智能替代。由上图可见，象棋、机械记忆、算术等已被人工智能替代；驾驶、围棋、语音识别、视觉分析等即将被替代；翻译、金融、社交等可能在未来20年至30年内被替代；艺术创作、管理、写作、科学研究以及理论证明，则短时间内不会受到太大冲击。

但总的来说，人工智能对人类社会的颠覆，如同海水已淹没至膝盖。有人预计，到2040年前后，地球上会消失1亿个工作岗位。

感受到危机感的同时，我们也要意识到人工智能带来的新机遇。比如，AI医学助手可以解放人类的体力劳动，从而更大效能发挥医生的医学专业技术；同时，人工智能会催生一些新的职业，与人工智能设计相关的职业需求极大。

AI教育，从三个维度嵌入传统教育

2017年国务院颁布的《新一代人工智能发展规划》提出，要围绕教育的需求加快人工智能创新应用，为公众提供个性化、多元化和高品质的服务；在中小学阶段开设人工智能相关课程，逐步扩大编程教育，培养计算思维等。相关政策让很多教育工作者看到了巨大的机遇。

如何更好地将人工智能融入教育？可以从三个维度来把握这份机遇。

人工智能融入传统教育的三个维度

一是作为内容来教。人工智能技术进步，本身就是人类知识的更新。将技术、知识和技能作为学习内容，是人类认识和应用人工智能的前提，也是培养适应社会发展人才的内在需求。人工智能本身便成为重要的学习内容，解决的是“教什么”的问题。

二是作为工具来用。从课堂教学到管理，人工智能将以更加有效的技术、更加智慧的方式，重构教育流程和教育范式。当然，教育流程和教育模式没有本质的改变，只是因为解放了人的部分劳动，实现教育效率的提升。

三是作为思维方式来嵌入。人工智能将深度改变教育者的思维、认知和工作方式，促进教育流程的再造，这是对“教什么”“怎么教”“学什么”“怎么学”“怎么评”“怎么管”等一系列问题的重新架构。

以英语学习为例。过去，英语老师在课堂上通过单词背诵、语法讲解、口语对话等方式进行教学，要耗费很多时间。未来，在正式学习空间， Sakai、Moodle、Blackboard等软件工具或平台，可以替代传统英语老师，为学习者提供教学；在非正式学习空间，多邻国、扇贝单词、51talk等可以帮助学习者背单词、练口语。人工智能替代老师的部分工作，使个性化学习成为现实。

所以，未来学校是教育学、认知科学、技术和社会的混合体，与互联网大脑协同进化。

学校3.0时代的重要标志，就是适应信息社会和智能时代。那时，人类面对海量的信息；信息变得对称，以个性和创新作为时代的标志；学习不会成为生存的必需，动机鸿沟逐渐显现；学校的概念越发模糊，学校既可以在围墙之内，也可以在校门之外，也可以在互联网、手机端；教师的角色出现边界不清的状态，跨界成为常态，有越来越多的人成为教育工作者。

学校3.0时代的特征

AI未来，开启智慧教育的盛宴

人工智能降临，教师这份职业会消亡吗？

BBC的研究发现，凡是有规律可循的职业，都有可能被人工智能替代，而高度个性化、需要高度情感投入的工作很难被替代。所以，人工智能非但不会完全替代教师，而且还会开启一场智慧教育的盛宴。

我们可以从“人工智能+教育”的三种场景，来理解这场盛宴。

场景一：每一位教师都会有一个人工智能助手

国务院《新一代人工智能发展规划》提出，要发展智能教育，构建包含智能学习、交互式学习的新型教育体系。人工智能进入课堂后，将会替代大量的讲授型教师，导致教师角色和教学工作内容发生重大转变。

由于人工智能助手的出现，老师将从琐碎的重复劳动中解放出来。过去，老师每天要花一个半小时批改作业，再花15分钟改进教案。而人工智能阅卷系统应用于教学中后，只需十五分钟便能完成作业批阅，还能自动生成数据报表，为老师改进教案提供依据。由此，教师便有更多时间改进教学设计，这对学生和老师，都是福音。

人工智能支撑下的智能评判，以英语为例

场景二：每一门课程都会有一个知识图谱

知识图谱显示的是知识发展以及结构关系的一系列不同图形，用可视化的技术来描述知识资源及其载体，挖掘、分析、构建、绘制和显示知识及它们之间的相互关系。

所以，知识图谱不是简单的资源库，它比资源库更强大。如果说知识是人类进步的阶梯，那知识图谱就是人工智能进步的阶梯。

在知识工程师的不懈努力下，知识图谱正在教育当中发挥非常重要的作用。它可以辅助开发自适应学习系统，使自适应学习得以实现。

像美国的Knewton、上海的研究型课程自适应学习平台（MOORs），都是基于知识图谱的教学智能应用。在自适应学习场景下，一个学生面对电脑或者移动终端，可以清晰地看到自己已经掌握的知识、下一步要学习的内容，实现完全按照自己的节奏来学习。

事实上，人工智能在教育中的应用，正是以自适应学习系统作为主要标志。自适应学习系统也叫智能导师系统，是通过自然语言的理解或者大量行为数据的分析挖掘，为学生提供更精准、更高效的学习服务，从而为学习者提供个性化的因材施教。

因此，通过构建学科知识图谱，分析个性化的学习图谱，最后智能推送个性化的资源，便能实现个性化教学和自适应学习。

场景三：虚实融合的校园将无处不在

在人工智能的辅助下，未来更多的教学将会嵌入技术。3.0时代学校是一种虚实结合的复合体。

其中，虚拟学校是一个全体民众共建、共享、共治的教育平台，是社会的基础设施，像空气一样可以免费使用，实行基本教育资源的免费供给：基于网络环境下泛在的教育资源可以实现人人、时时、处处可学，基于人工智能的自适应学习系统能够提供课程服务，基于教育大数据的采集分析和学习管理系统能够更好地帮助老师。人们不管在哪里都可以获得虚拟学校的智能服务，虚实交融的泛在学习无处不在。

实体学校则成为满足情感沟通和心灵成长的体验之地，成为基于创意流程导向的创客空间，成为学生深度学习、实践、体验、沟通交流的场所。这也体现了实体学校和教师所不可替代的功能。

四大要素，构建教育智能体

未来，学校的概念将被颠覆，教育智能体的打造变得尤为重要。

教育智能体概念的形成，来源于三个基本假设。

第一，对于任何一个学习者，存在着某种教育资源、学习环境、互动机制和学习进程，使其知识结构的改变达到最优。比如生物学科里的细胞知识教学，可以通过建构更优化的学校资源或者环境，带领学习者深入认识细胞构造，从而使学生认知结构达到最优。

第二，对于某一种教育资源，通过在特定学习环境当中与学习者的互动，可以得到改善。书本知识是依照编写专家的知识结构建立的，这一种学习模型并不适合全体学习者。人的认知风格、学习习惯、知识结构并不相同，所需的学习资源自然存在差异。因此，可以根据学习者的起点不同，动态调整学习资源呈现、学习任务推送、操练题目的先后顺序。

第三，教育智能体本身就是一种具备自我改进能力的学习资源。由此，“教育资源与学习者”和“学习环境与学习过程”的对称性，成为教育智能体的理论框架，即，学习者和教育资源在学习环境中，会遵循某种优化的学习进程而进行互动。在这种互动中，教育资源和学习者的知识结构都实现了迭代。

那么，如何构建教育智能体呢？我们可以从学习者、学习环境、学习过程和学习资源这四种要素来着手。

教育智能体的四大要素

首先，重新理解学习者。这需要我们思考，学习者是谁？学习者会不会改变？学习者的画像是否能够实时、精准、客观地表述学习的状态？

其次，重新理解学习环境。自身与学习系统的融合，将呈现出新的学习环境。学习环境不再局限于传统的物理环境，如班级、教室、校园实验室等，而变成了网络空间、智能硬件、终端设备、可穿戴设备、虚拟现实或者其他学习平台。

然后，重新理解学习过程。过去，学习进程由一种范式所决定：老师在课上讲解，学生拼命地记，通过作业来操练，再由考试来验证效果；如果效果不好，再通过老师的复习强化，重复上一个学习过程。如今要思考的是，如何优化学习进程，让学习的效率变得更高。

最后，重新理解学习资源。过去认为，学习资源是凝固不变的，于是学生苦读圣贤书，老师拼命解读教材课本。而今，需要基于知识图谱的动态变化，以及学习者的学习习惯和学习规律而实时调整学习资源。

基于这四个要素，便可以构筑教育智能体，重塑教育形态。

我们正在开发的人工智能教育大脑，整体框架就是基于多模态数据的实时感知，通过多智能算法，在多应用场景当中不断呈现多种功能。比如说教学场景中，包括优质教学资源推荐系统，答疑机器人、自适应学习方案等；管理场景中，包括走班排课、班级管理等系统；评价场景中，包括智能组卷、作业批改等。

人工智能教育大脑研究整体框架图

所以，人工智能的到来，对教育而言并非一场危机。“人工智能+教育”的盛宴刚刚开启，只要我们转变观念，拥抱技术，坚守本真，教师就不会消失，教育将更加精彩。

张治

上海电教馆馆长

（ 本文整理自作者于第七届中国教育创新年会的演讲）