构筑“人工智能+教育”的生态系统（1）
吴永和1 刘博文1 马晓玲2
(1.华东师范大学教育学部教育信息技术学系，上海2.华东师范大学经管学部信息管理系，上海200241)
摘要：近期国内召开的人工智能教育论坛，进一步促进了“人工智能+教育”研究的深入和应用推广，同时也为人工智能(AI)向“人工智能+教育”发展提供了技术基础发展过程可分别从时间和技术两个维度进行划分，其在发展过程中不断与教育结合，产生了大量的研究成果，这为“人工智能+教育”提供了理论指导。通过高频关键词云图和共词网络图分析透视了目前的研究现状，认为国内外各企业教育智能产品应用，是推进“人工智能+教育”的动力;国家颁布了一系列人工智能发展战略政策，特别强调教育应用，为“人工智能+教育”提供了政策保障。进而从孕育条件、特征、作用三方面阐述了“人工智能+教育”的内涵，从应用形态、技术架构、业态趋向等要素构建了“人工智能+教育”的生态系统，并阐述了“人工智能+教育”的人才培养体系。
关键词：人工智能；人工智能+教育；智能教育；教育人工智能；EAI;教育智能代理；教育Agent；生态系统；人才培养
1、研究的提出
人工智能(Artificial Intelligence，简称AI)延伸了人类的体力和脑力。“阿尔法狗”先后战胜二位世界围棋冠军李世石、柯洁，掀起了全球性人工智能发展的新一轮热潮。2016年5月23日，国家发改委联合科技部、工信部等共同制定了《“互联网+”人工智能三年行动实施方案尸，首次明确提出到2018年基本建立人工智能产业、服务和标准化体系，实现核心技术突破，培育若干全球领先的人工智能骨干企业，形成千亿级的人工智能市场应用规模。2017年3月5日，国务院总理李克强在《政府工作报告》中提到，要加快培育壮大新兴产业，全面实施战略性新兴产业发展规划，包括人工智能产业。这是“人工智能”首次被列入《政府工作报告》。
去年10月，网易科技联合网易智能、乌镇智库发布了《乌镇指数:全球人工智能发展报告综述篇，指出人工智能应用于教育领域的主要形式有:智能评测、个性化辅导、儿童陪伴等。2017年5月13日，中国科学院院士褚君浩在华东师范大学举办的“人工智能与未来教育”高峰论坛上，做了题为“智能时代:智慧的教育是什么的报告。2017年7月s日，国务院印发了《新一代人工智能发展规划》，为加快人工智能的创新应用，提出了“智能教育”，为“人工智能+教育”指明了发展方向。
近年来，国内一些学者纷纷展开了相关研究。如，闰志明等提出教育人工智能，界定了教育人工智能的内涵；马玉慧等研究了智慧教育时代我国人工智能教育应用的发展路径刘清堂等对智能教学技术的发展与展望进行了研究。可见，教育作为人工智能的主要应用领域之一，正向“人工智能+教育”的新阶段迈进。
那么，在今天这样一个人工智能快速发展的时代背景下，“人工智能+教育”的发展现况与重点如何?其生态系统如何构建?本文拟从人工智能的发展过程出发，分析“人工智能+教育”的研究现状，试从应用形态、技术架构、业态趋向三方面初步构建“人工智能+教育”的生态系统，以及对建立“人工智能+教育”人才培养体系作些探讨。
2、人工智能发展的阶段与驱动力
2.1、人工智能的发展阶段
人工智能的概念自提出以来，已经过60多年的发展，积累了巨大的潜能，其发展脉络可分别从时间和技术两方面进行梳理。从发展时间的角度看，人工智能的发展可划分为七个阶段萌芽阶段、诞生阶段、黄金阶段、第一次低谷、繁荣阶段、第二次低谷、现在发展阶段。分别列举了人工智能、人工智能教育(AIE)在各发展阶段的重要事件。
从技术发展的角度看，人工智能的发展可分为:计算智能、感知智能、认知智能三个阶段。其中，计算智能是人工智能的初步形态，也是其不断发展的基础;感知智能是当前国内外人工智能发展集中所处的阶段;认知智能是人工智能的高级形态，是未来人工智能发展的突破口。
1.计算智能阶段
计算智能是最初级的人工智能形态，它让机器和人一样能计算、存储和传递信息。计算机的资源储存和计算能力比人类强大很多，能快速存储和处理海量数据，特别是在使用大存储和超算之后，整个系统在一定程度上表现出智能的特性。计算智能使用穷举和匹配搜索等方法完成任务，例如，下棋和网页搜索，IBM深蓝国际象棋2006年已经超过人类，Google搜索引擎可以帮助人们在“成千上万”网页中搜索相关信息。计算智能的教育应用表现为:持快速存储与传递大量学习资源，构建智能化学生信息管理系统等。
2.感知智能阶段
感知智能阶段是目前人工智能发展的主要阶段，它使得机器和人一样能看懂、听懂与辨识，具备感知能力并与人进行交互。目前，感知智能的发展已经比较成熟，它通过数学建模和基于大数据的深度学习等方法对人类感知能力进行模拟，辅助人类完成任务。其研究涉及的领域较广，研究成果较多，主要包括语音识别、图像识别等方面，如，亚马逊智能助手“Alexa"、谷歌助理等，可以支持跨设备、跨语种的人机双向语音对话，基于语音和文字搜索，根据用户需求提供个性化服务;百度图像搜索依托图像识别技术可以支持对实物拍照进行即时搜索，很大程度上满足了用户的搜索需求。感知智能的教育应用表现为语言教学、口语测评、图像搜题等方面。
3.认知智能阶段
认知智能是人工智能的高级形态，它模拟人类的推理、联想、知识组织能力，使得机器和人一样能理解、会主动思考并采取合理行动，具备一定的概念、意识和观念。该阶段的人工智能不仅具有逻辑思维，还具有形象思维、灵感思维，能全面辅助或替代人类的一些工作。认知智能是目前人工智能领域关注的热点，在各科技企业的积极探索中也初见成果。如，科大讯飞研发的教育智能机器人“阿尔法蛋”，拥有“类人脑”，其理解能力、表达能力、智都会随着深度自我学习而不断成长，可以初步为用户提供个性化学习、自主学习等服务。目前，认知智能与人的差距还较大，是未来人工智能发展的突破口。
2.2、人工智能发展的驱动力
1.国家政策层面的驱动
国家层面的政策支持，为人工智能提供了赖以生存和发展的土壤。自2010年起，美国国防部高级研究计划局(DARPA)就长期支持人工智能在各领域的应用，还将“大脑计划”、“先进制造”、“智慧城市”等领域作为美国国家创新战略的重要组成部分。2016年10月，美国白宫科技政策办公室(OSTP)率先发布了题为《为人工智能的未来做好准备》(Preparingfor the Future of Arti}cial Intelligence)和《国家人工智能研发战略规划》(The National Artc ial Inte llige nc eResearch and Development Strategic Plan)两份重要报告，以期为人工智能的未来发展提供针对性的指导。这两份报告的发布，对全球人工智能发展战略影响巨大。
2009年，欧盟就开启“蓝脑计划”，又在2013年启动“人脑计划”，并在2016年公开发布了神经信息平台、大脑模拟平台、高性能计算平台、医学信息平台、神经形态计算平台、神经机器人平台等六大平台。2015年1月，日本政府联合各大企业推出了“机器人计划”，并计划在今后10年里投入1000亿日元用于人工智能的研发。
中国也颁布了与人工智能相关的一系列政策。为近年来中国所颁布的人工智能相关政策方面的情况。
2.领域应用的驱动
国内外科技企业不断推进人工智能的领域应用，是加快人工智能发展的中坚力量。其，一些互联网企业以其独特优势迅速抢占人工智能的发展机遇与制高点，成为人工智能领域的科技巨头。
2011年，IBM的自然语言问答系统Watson在美国“危险边缘”智力竞答游戏中，战胜两位前冠军，这意味着在一定的领域范围内，计算机问答系统可以达到甚至超过人类水平;谷歌于2015年发布开源人工智能系统TensorFlow，促进了深度学习在各行业中的应用;2016年，Facebook首席执行官马克·扎克伯格公开了人工智能聊天机器人“BOTS On Messen-ger，通过与用户的对话提供相应服务;百度于2015年发布对话式人工智能系统“Duer OS"，立志于实现“人人都能拥有贴心的秘书”;2015年，腾讯发布首款智能娱乐机器人—“微宝智能球型机器人”，将游戏与智能硬件相结合，为用户提供了良好的虚拟现实游戏感知。最近，微软公司著名的人工智能“小冰”，居然还出版了诗集。
目前，人工智能发展迅速，已在智能家居、汽车、医疗、环保等多个领域“崭露头角”。新型智能家居平台依托人工智能技术，致力于“为用户带来更舒适、便捷、健康的生活”，如，海尔的U+、美的的M-Smart、小米的SmartThings、苹果的HomeKit等。无人驾驶汽车是人工智能技术应用到汽车行业的智能产品代表，在保障安全的同时可以优化交通状况，如，谷歌的Google Driverless Car、百度的Apoll。等。在智慧医疗方面，人工智能技术已在辅助诊断、药物研发、精准医疗等方面初见成效。
随着时间的推移、技术的进步，人工智能还在不断发展。世界各国、各企业也日益意识到人工智能所蕴含的巨大潜能，积极推进人工智能的研究与应用。与时俱进的中国迅速加入到了人工智能行列中，积极推进人工智能在社会各领域的应用研究，这一切为我国“人工智能+教育”的发展提供了良好基础。