教育人工智慧的典型應用模式

教育人工智慧的應用核心應聚焦教育目標和價值體系，利用人工智慧技術的優勢與教育過程相融合，以產生1+1＞2的效果。根據目前人工智慧技術的特點和優勢，研究認為人工智慧可以解決三個層面的教育問題，分別是面向特殊人群的補償性教育、針對常規業務的替代式教育以及服務個性發展的適應性教育。

教育人工智慧三層次應用模式

面向特殊人群的補償性教育

所謂補償，就是抵消損失，彌補缺陷。缺陷補償是特殊教育的重要目的，其有兩層含義：一是指用機體未被損害的部分去代替、彌補已損害的部分，以產生新的機能組合和新的條件聯繫；二是指利用新的科學技術、工具與手段使機體被損害的機能得到部分或全面康復。

特殊教育中的群體一般包括聾啞學生、聽障學生、視障學生、智障學生、自閉症學生及肢體殘疾學生等，這些學生由於先天或者後天缺陷，在學習和生活上充滿困難。目前，人工智慧技術已經成功應用於特殊教育領域，它可以延伸特殊人群器官的功能，以技術手段彌補其智力或身體的不足，最大程度滿足不同特殊人群的需要，促進其個性化學習。例如，北京聯合大學特殊教育學院利用科大訊飛「聽見語音轉寫系統」來為聽障學生進行授課。該系統利用自然語言處理技術和語音識別技術將老師的講課聲音實時識別為學生能夠看得見的文字，實踐證明這不僅能提高講課效率，還能解決手語授課表達不夠精準的問題。羅納德·科爾教授團隊研發出了智能導學系統來幫助聾啞兒童進行辭彙學習。該系統嵌入一個智能化的虛擬導師，聾啞兒童在虛擬導師的幫助下可完成學習任務並練習發音。試驗結果表明聾啞兒童不但學會了知識，而且表達能力也得到提高。

生活方面，利用教育人工智慧可以促進特殊人群的生活便利化。例如Aira公司將機器學習與智能輔助眼鏡相融合，利用機器學習演算法和語音識別技術幫助視覺障礙者同步獲取周邊環境信息並進行定位導航，為其出行帶來極大便利。健康方面，應用教育人工智慧可以促進特殊人群的康復專業化，尤其是自閉症患者的康復治療。自閉症患者最缺乏社會溝通能力，而人工智慧技術支持下的智能虛擬代理或智能社交機器人可以很好地與自閉症患者進行對話交流，獲取其社交行為關鍵數據，並通過快速、非正式的評估來判斷患者是否理解活動或進行輕微的技能改進，以培養自閉症患者的語言能力、社會溝通能力甚至是情緒智力。例如，哈爾濱點醫科技開發的情感智能機器人——RoBoHoN能幫助自閉症患者進行康復治療，成為國內首家採用人工智慧治療自閉症患者的醫療機構。國外赫特福德郡大學自適應系統研究小組開發的智能情感社交機器人——Kaspar，不僅能幫助自閉症患者進行學習，還能幫助其康復治療、重新獲得語言技能和社交技能。總之，教育人工智慧可以有效實現特殊人群的補償性教育，最大程度開發其優勢潛能，發展其多元智能，幫助其加快回歸主流社會，打破殘障人和正常人之間的隔閡。

針對常規業務的替代式教育

人工智慧支持下的替代式教育強調通過技術達到與教師從事的某些教育活動相同的作用，代替教師執行部分任務。如圖3所示，在目前的教育人工智慧應用中，以自然語言處理和機器學習為核心技術的智能批閱系統能夠實現機器智能閱卷、作文自動批改；以語音識別測評技術為核心的語言類教育應用能夠實現口語考試評分、口語練習糾錯。因此，教育人工智慧可替代教師執行的常規業務主要體現在考試結果判定、作業及練習效果檢查兩個方面。

替代式教育常規業務分類

e-rater自1999年以來就一直被美國教育考試服務中心（ETS）用於自動評分。該系統通過從大量文章中提取代表書寫質量的一系列特徵，並對文章語言、內容、篇章結構進行重點分析，包括辭彙複雜度、語法錯誤的比例、文章風格、單詞總數等，將這些分數利用統計模型進行分析併產出最終的得分估計。每個特徵的權重由統計過程確定，保障了系統與教師評分相對一致。e-rater目前主要用於托福考試的作文自動評分，類似能夠對作文進行自動評分的系統還有Project Essay Grade、IntelliMetric等。大型考試中數以萬計的試卷藉助智能閱卷系統可以將教師從機械重複的勞動中解放出來，並在一定程度上減少教師由於主觀因素造成的評分標準差異，保證了評分客觀公正，提高了作文評分效率。

句酷批改網（簡稱「批改網」）是一個智能批改英語作文的在線服務系統，能夠對學生上傳的作文在線生成評分、評語及內容分析診斷，學生可以根據提示進行反覆修改提交，直到滿意，類似的系統還有My Access、Criterion等。智能批改系統不僅能自動生成評分，還能提供針對性的反饋診斷報告，指導學生如何修改，一定程度上解決了教師因作文批改數量大而導致的批改不精細、反饋不具體等問題。基於語音識別技術的口語學習軟體同樣可以對學生的口語發音進行評分、糾錯和指導。

人工智慧技術使機器能夠根據預設程序進行高效地重複性工作，因而教師可以將更多精力投入到教學設計優化、學生心理健康培養等創造性活動中。針對常規業務的替代式教育既能節省大量人力資源，為教育教學提供便利性服務，同時又能促進學生學習方式的多樣化和智能化，滿足眾多學生的學習需求。

服務個性發展的適應性教育

由於個體差異，學習者在學習過程中對知識的接受程度不盡相同。實現學生個性化學習，達到因材施教的目標是解決教育問題的關鍵，也是人工智慧技術在教育領域的重要發展方向。智能虛擬助手、智能導學系統、適應性學習平台等系統能根據學習者的個人特點（如語言、學習風格、偏好等）創建個性化課程，讓學習者獲得更好的學習效果。

智能虛擬助手通過自然語言模擬人類對話，深層次理解人類需求，其核心特徵是對話式交互與智能性服務，可以實現與學習者交互問答、提供情境學習、進行學習分析等功能。將人工智慧技術支持的機器人導師嵌入Duolingo語言學習系統中，就可以輔助學習者進行語言學習，在與學習者對話過程中，機器人導師可以變換不同角色來討論不同話題，增加語境的真實性。隨著交互程度不斷加深，機器人導師會更懂學習者，互動過程也將更具針對性。該系統還會對學習者的學習數據進行分析，從而有效調整學習進度與內容。智能導學系統則兼顧學習者的認知和情感狀態，藉助答案分析和錯誤反饋過程來評估學習者對知識的掌握程度，並提供個性化的指導。

智能化程度較高的個性學習支持系統不僅能對語音、圖像等外部信息進行感知，還具備深度學習的能力，能夠理解學習者行為習慣甚至情感態度。個性化學習支持系統產生的學習者行為數據，是系統功能完善與技術升級的基礎支撐，是實現對學習者個性化學習輔導的關鍵因素。機器對學習者學習風格、興趣偏好的了解越深入，對學習內容推送、學習行為反饋、情感變化的處理便越精準。目前，個性化學習支持系統還處於研發階段，成熟度不高，但已能為學生適應性學習提供不同程度的支持。

（本文節選自《教育人工智慧的發展難題與突破路徑》，作者：楊現民、張昊、郭利明、林秀清、李新）

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