席梦如 田淑敏 吴文溪 姚欣

摘 要 在当今社会，将人工智能技术运用于教育领域已经司空见惯，本文采用文献分析法对人工智能在教育领域的应用做了相关研究。首先，了解了人工智能教育应用的内涵;其次，分析了人工智能教育应用的研究趋势;再次，讲述了人工智能教育应用的典型模式;此外，展示了人工智能教育应用的典型案例;最后，描述了人工智能教育应用的总体研究趋势和教育趋势以及反思。以此来供相关人士交流参考。

关键词 人工智能技术 教育应用 教育教学

中图分类号：G642                                   文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.10.024

Abstract In today's society， it is common to use artificial intelligence technology in the field of education. This paper uses the method of literature analysis to do some research on the application of artificial intelligence in the field of education. Firstly， the connotation of artificial intelligence education application is understood; secondly， the research trend of artificial intelligence education application is analyzed; thirdly， the typical mode of artificial intelligence education application is described; in addition， the typical cases of artificial intelligence education application are displayed; finally， the overall research trend and education trend of artificial intelligence education application are described as well as reflection. In order to provide reference for the exchange of relevant people.

Keywords artificial intelligence technology;Educational application;Education and teaching

0引言

隨着我国经济水平的不断发展，教育领域也发生着日新月异的变化。不少学者意识到传统教育的不足和缺陷，为了教育领域更好的发展以适应社会需要，人们开始逐步意识到教育改革的必要性。作为21世纪三大顶尖技术之一的人工智能，其与教育的关系也是密不可分。随着其在教育领域内的更加深入应用，有利于促进教育领域改革的开展。本文通过对大量相关文献的阅读，对人工智能在教育领域内应用的一些情况以及趋势进行了分析和总结，并反思存在的问题，希望能够帮助人工智能教育应用有更好的发展。

1人工智能教育应用的内涵辨析

1.1 人工智能的内涵

人工智能英文为Artificial Intelligence，简称AI，也有人称之为智械、机器智能，通常情况下，是表示人创造出来的机器表现有人类智能的一项技术。人工智能的核心问题包括建构能够跟人类似甚至超卓的推理、知识、规划、学习、交流等能力。

人工智能最早是起源于古埃及的传说，但真正意义上提出“人工智能”这一概念是在1956年DARTMOUTH学会上。在那之后，人工智能的相关思想和理论不断更新，人工智能的概念也慢慢推广开来。从40年前出现到如今，人工智能技术一直在发展，并且不断渗透到各个领域，并对各个领域的研究和发展都起到很大的影响。

1.2 人工智能教育应用的内涵

笔者阅读了大量的文献，发现较多文献引用了王亚飞（2017）等将智能教育划分为浅层、中层和较深层三个层次的观点，如图1所示。在此观点中，浅层可以理解为“计算智能+教育”，在这一层次中，主要是运用了人工智能领域的大数据分析技术，较好的体现了计算智能的特性，例如依据用户历史选择和偏好进行学习资源推荐等;中层应用可以理解为“感知智能+教育”，在这一层次中，主要是音像等感知相关技术的运用，较好的体现了感知智能的特性，例如语音识别、文字转换等功能的出现;较深层应用可以理解为“特定领域认知智能+教育”，这一层次则要求对于某一个领域具有较为深刻的认识，并且具备一定推理能力，例如产生面向某一特定学科教学与测验的“知识图谱”等。

2人工智能教育应用研究的趋势

笔者在知网中对相关文献进行了检索，并将主关键字设置为“人工智能”和“教育应用”，以此来提高搜索的精确度;同时文献来源设置为中国电化教育、电化教育研究、现代教育技术、中国远程教育、远程教育杂志和开放教育研究六本期刊，以此来筛选出更高质量的论文来作为参考。最终符合条件的论文一共有62篇，在此基础上对所有论文进行汇总分类，并从时间和内容两个维度上进行分析。

2.1 从时间看人工智能教育应用研究的趋势

论文发布时间不均匀的分布于2006年至2020年各个年份之中。笔者利用知网提供的可视化分析功能，具体分布情况如图2所示。观察到相关论文发表数量总体上呈现递增趋势，这表明了人工智能在教育领域的应用受到了越来越多的关注，相关理论和思想也不断涌现并逐步推广，相关的热点和话题更多并且更新加速。这也从侧面反映了人工智能技术对教育领域的影响不断增大，影响范围更加广泛。

2.2从研究内容看人工智能教育应用研究趋势

为了更清晰的了解和分析人工智能教育应用的研究趋势，笔者对检索到的论文，按照理论研究、技术开发研究和实践应用进行了内容分类。数据统计得出，理论研究类占74%，技术开发研究占18%，实践应用研究占8%，具体如图3所示。由此可以得出关于人工智能教育应用研究的理论研究占比最大，其次是技术开发研究，而实践应用研究相对偏少。

3人工智能教育应用的模式

结合王亚飞（2017）等提出的观点，可以发现，一般情况下，我们将在教育业务和场景的基础上，结合了人工智能技术、产品和方案的特点，形成的以促进人工智能教育应用为目标的智能教育应用模式称之为人工智能教育应用的典型模式。目前，针对人工智能教育应用典型模式的相关研究主要体现了以下三个趋势：

3.1 观点表述相似，容易出现认知混乱

阅读相关文献后，笔者发现了许多与“人工智能教育应用模式”称谓相似的名词，包括教育智能模式、智能教育管理模式、智能教育模式、智能应用模式、智能教学系统应用模式等。这些名词的标识比较相近，但具体含义并不完全相同，容易让读者在阅读过程中产生知识混淆。这些模式都是人工智能在教育领域中应用的体现，但之间的具体联系还有待商榷，能否称为同义词进行互换通用也需要打一个问号。

3.2人工智能教育应用一般模式

人工智能技术在教育领域内的应用一般模式主要包括了两个方向：一个是教育人工智能的方向。这个方向主要是为了更好的解决相关教育问题，而利用人工智能技术，重点还是落脚于较好的解决教育问题，强调人工智能技术的适用性，并没有强调人工智能的关键性技术等;另一个是人工智能与教育融合的方向。相较于上面提到的方向，更加注重于两者的内在联系，相互融合，相互促进，共同创新。这就要求两个方向更加深入的结合，需要寻找到两者的契合点，而并不是简单的运用。

3.3人工智能教育应用典型模式关注度逐步提高

依據从2006年到2021年4月份之间每年发布的论文数量的发展趋势，不难发现，关于人工智能教育应用模式的论文数量总体呈上升趋势。同时，越来越多的人开始注意到人工智能教育应用的模式这一概念和相关应用。这体现了人们对于人工智能教育应用典型模式的关注度不断提高，人们对于人工智能教育应用模式的研究愈加深入，同时新观点和新理论不断涌现。

通过上述研究分析，不难看出人们已经逐渐从人工智能在教育领域应用的一般模式转向典型模式的应用和研究。但是，目前阶段，人工智能在教育领域应用的相关模式的研究仍然处于萌芽和摸索的时期，更加细致和深入的研究还需要进一步的探索，才能够达到更加成熟的阶段。

4人工智能教育应用的案例

除了上述研究之外，笔者检索了相关文献，了解到了人工智能在教育领域的典型应用案例。近年来人工智能在教育中的应用案例不在少数，笔者挑选了其中三个案例进行了具体表述。首先是吴晓如（2018）等介绍了科大讯飞在合肥市某省属重点中学应用其智能教学、智能学习和智能管理系统的案例;其次是孙众（2020）等进行基于人工智能的课堂教学分析，团队由638个课例组成的数据库，并进行了教学实践分析;再次是李锋（2019）等进行了案例中学生在线学习伴随式干预的应用等。笔者对相关论文进行了阅读，并对相关内容进行比较分析。

本研究借鉴高婷婷（2019）等归纳的下载量排名靠前的12个国内外案例作为典型案例，具体如表1所示。并按上文提及的三大类（浅层应用、中层应用、较深层应用）对这12个案例进行了分类。不难发现中层应用数量最多，其次是浅层应用，较深层应用的数量较少。

5人工智能教育应用的总体研究趋势和教育趋势以及反思

5.1 总体研究趋势及反思

本文通过从2006年到2021年4月份之间，以“人工智能”和“教育应用”为主关键字的优秀论文进行研究。有关的论文还是主要以理论研究为主，技术开发研究居于第二，但实践应用研究相对偏少。但依据发展趋势来看，目前各界对于人工智能教育应用的研究重点仍然在理论研究领域，技术开发研究数量也在逐步增加，并且已经具有了较有代表性的研究成果。例如“Z+Z智能教学系统”，这是由我国知名数学家张景中院士主持开发的应用于数学教学及数学学习的平台。“Z+Z”的意思就是“知识+智能”，与目前已经在教学中广泛使用的“几何画板”相比较，“Z+Z智能教学系统”具有的功能更加强大，针对性更强。但实践应用研究领域还是相对匮乏，需要提高相应意识。这就体现了虽然已经有了相应的技术成果，但是并没有很好地应用到真实的教育环境中去，这是该领域面临的一个极大的挑战。因此我们在研究过程中不仅仅要注重理论和技术的研究，更重要的是需要将相应的研究成果与实际情境相结合，运用到实际中去，并在实际运用的过程中不断发现问题并加以改进，从而更好的为教育教学工作提供服务。

5.2应用趋势及反思

另外，通过对人工智能教育应用典型模式和应用案例的分析，笔者总结了人工智能技术应用于教育的趋势，将从以下三个方面进行描述：

首先是浅层应用，可以理解为“计算智能+教育”。这一层次的案例对于人工智能技术的运用还是比较基础的，所以使用也较多。这一部分主要是提供基础的辅助教学和学习过程的作用，主要是承担了“拟物”这一角色，使教具和学具等更加丰富。但功能相对来说比较单一和简单。这一层次更多还是停留在教育人工智能方向，还是更加注重相关的教育问题的改进和完善。

其次是中层应用，可以理解为“感知智能+教育”。处在这一层次使用的案例是最多的，该层次的产品主要是人工智能与人工神经网络相结合的产物，其智能性较上一层次更高，使其能更好的应对更加复杂的实际问题。而在应用案例中，这一层次的教育应用，除了提供基础的教学和学习的辅助，还担任了“拟人”的角色，包括充当学伴、助手、导师等多种身份，同时能够创设更加真实的虚拟学习环境。相较于上一层级，功能更加丰富和人性化。这一层次已经开始从教育人工智能方向转变为人工智能与教育融合的方向，这一层次不仅仅是对于计算问题的解决，也开始重视体现人工智能技术智能化等特点。

最后是较深层应用，可以理解为“特定领域认知智能+教育”。这一层次对技术和理论要求更为严格，所以目前使用到的案例并没有很多。这一层次的案例除了对智能教育技术有很强的要求，还需要对使用的学科有准确的认识。所以这一层级的应用主要是体现了功能的丰富性向针对性发展的一个过程。这一层次主要是教育融合的方向，不仅仅对教育领域的发展有一定的要求，对于人工智能技术也有着较高的要求。需要两者更加深入的融合以及共同发展。

总的来说，随着人工智能技术的不断升级，其在教育领域运用的范围不断扩大，并且逐步向更深层次的应用发展。不得不承认，随着人工智能技术的不断渗透，教育领域更加智能化，教育教学更加多媒体化，学生学习和教师教学更加自主和个性化。正是因为这些变化，也让人们意识到了教育领域的更多不足，从而不断推动了教育领域的改革。

参考文献

[1] Shute， V.&Psotka， J.Intelligent Tutoring System：Past， Present， and Future[A].D.Jonassen.Handbook of Research for Educational Communications and Technology[C].New York：Macmillan.1996.570-600.

[2] 单美贤，张瑞阳，史喆.“智能+”教育场域中的认知计算与教育应用研究[J].远程教育杂志，2021，39（02）：21-33.

[3] 刘金松.人工智能时代学生主体性的相关问题探讨[J].现代教育技术，2021，31（01）：5-11.

[4] 周进，叶俊民，王志峰，等.国外情感分析教育应用的进展与启示[J].现代教育技术，2020，30（12）：34-40.

[5] 叶俊民，周进，李超.情感计算教育应用的多维透视[J].开放教育研究，2020，26（06）：77-88.

[6] 刘斌.人工智能时代教师的智能教育素养探究[J].现代教育技术，2020，30（11）：12-18.

[7] 孙众，吕恺悦，骆力明，等.基于人工智能的課堂教学分析[J].中国电化教育，2020（10）：15-23.

[8] 杨俊锋，包昊罡，黄荣怀.中美智能技术教育应用的比较研究[J].电化教育研究，2020，41（08）：121-128.

[9] 李锋，王吉庆.中学生在线学习伴随式干预：环境、策略、方法与案例[J].中国电化教育，2019（11）：91-98.

[10] 高婷婷，郭炯.人工智能教育应用研究综述[J].现代教育技术，2019，29（01）：11-17.

[11] 吴晓如，王政.人工智能教育应用的发展趋势与实践案例[J].现代教育技术，2018，28（02）：5-11.

[12] 王亚飞，刘邦奇.智能教育应用研究概述[J].现代教育技术，2018，28（01）：5-11.