對(duì)人工智能助力基礎(chǔ)教育的思考與建議

王鵬遠(yuǎn)包蕾

對(duì)人工智能驅(qū)動(dòng)教育變革需要冷思考

近來，人工智能對(duì)教育將產(chǎn)生影響越來越成為人們關(guān)注的話題。我們看到諸如

《人工智能何以驅(qū)動(dòng)教育變革》《展望2035技術(shù)重塑教育生態(tài)》《智能化領(lǐng)跑

教育信息化2.0》《未來使用人工智能的教師將取代不使用人工智能的教師》

等等一系列文章。國(guó)務(wù)院于2018年1月印發(fā)的《關(guān)于全面深化新時(shí)代教師隊(duì)伍

建設(shè)改革的意見》中提到“教師主動(dòng)適應(yīng)信息化、人工智能等新技術(shù)變革，積

極有效開展教育教學(xué)”?！督逃?018年工作要點(diǎn)》提出“啟動(dòng)人工智能+教

師隊(duì)伍建設(shè)行動(dòng)計(jì)劃”。人工智能、3D打印、物聯(lián)網(wǎng)也進(jìn)入教育部印發(fā)的《普

通高中課程方案和語文等學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》.專家則呼吁“學(xué)校應(yīng)

積極擁抱人工智能”“教師要主動(dòng)擁抱人工智能”“教師角色需要加速轉(zhuǎn)

型”。這里提出了一個(gè)既現(xiàn)實(shí)又似乎迫不及待需要回答的問題：人工智能時(shí)代

需要怎樣的教師？教師怎樣擁抱人工智能？怎樣主動(dòng)適應(yīng)信息化、人工

智能等新技術(shù)變革？教師角色需要怎樣加速轉(zhuǎn)型？

對(duì)此，有的文章提到，有了人工智能”最基礎(chǔ)的教育將不再需要教師”“人工

智能將代替教師批改作業(yè)”“人工智能可以代替教師傳授知識(shí)，解疑答

難”……總之，當(dāng)前思想異常活躍，持什么觀點(diǎn)的都有，一時(shí)間教師被搞得有

點(diǎn)暈頭轉(zhuǎn)向，不知所措了。

當(dāng)前對(duì)這個(gè)話題的討論似乎有些過熱，其實(shí)對(duì)于人工智能驅(qū)動(dòng)教育教學(xué)模式變

革這樣一個(gè)時(shí)代課題需要加以冷靜的思考，避免炒作和誤導(dǎo)。

既然討論涉及人工智能，那么首先得對(duì)人工智能的概念與發(fā)展現(xiàn)狀有一個(gè)清晰

的認(rèn)識(shí)，否則對(duì)人工智能的一知半解就會(huì)導(dǎo)致高談闊論、理想主義，對(duì)人工智

能引發(fā)的教育變革也會(huì)抱有過高的期望；另外，應(yīng)該更多從教育（特別是學(xué)科

教育）的價(jià)值、特點(diǎn)與需求思考技術(shù)帶來的影響，而不是從技術(shù)的角度想當(dāng)然

地思考技術(shù)在教育中的作用。討論中一個(gè)被忽視的問題是如何處理未來和當(dāng)

前、理論與實(shí)際的關(guān)系。某些專家設(shè)想的人工智能的功能或許在未來某個(gè)時(shí)刻

能夠?qū)崿F(xiàn)，但當(dāng)前技術(shù)卻遠(yuǎn)沒有達(dá)到這個(gè)水平。專家設(shè)想的某種人工智能催生

教育變革的理論，沒有經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐的檢驗(yàn)，未必能馬上應(yīng)用在當(dāng)前的教學(xué)實(shí)

際中去。

1.怎樣認(rèn)識(shí)人工智能

最近，在中科院第十九次院士大會(huì)上，譚鐵牛院士的報(bào)告給出了清晰完整的解

答。人工智能自1956年提出，其研究的目的是探尋智能的本質(zhì)，研制出具有類

人智能的智能機(jī)器。研究?jī)?nèi)容是能夠模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能的理論、方

法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)。它的表現(xiàn)形式包括會(huì)看，如圖像識(shí)別、文字識(shí)別；會(huì)聽，

如語音識(shí)別、機(jī)器翻譯；會(huì)說，如語音合成、人機(jī)對(duì)話;會(huì)動(dòng)，如機(jī)器人、無人

機(jī)；會(huì)思考，如人機(jī)對(duì)弈、定理證明、醫(yī)療診斷；會(huì)學(xué)習(xí)。譚院士認(rèn)為，目前專

用人工智能取得了突破性的進(jìn)展，如與圍棋對(duì)弈的AlphaGo.Alpha-zero,用

于安檢的人臉識(shí)別技術(shù)等，但遠(yuǎn)未達(dá)到“奇點(diǎn)”，與通用人工智能還存在非常

大的差距。所謂專用人工智能，是為某一特定目標(biāo)設(shè)計(jì)的，如圍棋對(duì)弈的不能

用于象棋對(duì)弈、圖像識(shí)別咬術(shù)不能用于語音合成。

至今，人的大腦到底是怎么處理外部視覺信息或者聽覺信息的，很大程度上還

是一個(gè)黑箱。人工智能總體發(fā)展水平現(xiàn)在仍處于起步階段，例如，利用人臉識(shí)

別技術(shù)很難區(qū)分同卵雙胞胎。一些信息技術(shù)專家錯(cuò)誤地把專用人工智能混同于

通用人工智能，顯然夸大了人工智能的作用，談到人工智能對(duì)教育變革的驅(qū)動(dòng)

至少在當(dāng)前顯然是說過頭了。

2.怎樣認(rèn)識(shí)教育的價(jià)值

一些專家考慮教育往往從技術(shù)出發(fā)，在講技術(shù)的優(yōu)勢(shì)時(shí)總是先否定、批判傳

統(tǒng)。如傳統(tǒng)的教育就是灌輸知識(shí)，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教育只限于機(jī)械地講解題技巧，

傳統(tǒng)的教育中學(xué)生總是處于被動(dòng)的接受狀態(tài)等等?，F(xiàn)在有了人工智能則要改變

這一切，轉(zhuǎn)變到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力、自主探究、合作交流、突出個(gè)

性……其實(shí)，傳統(tǒng)的教育并不像某些專家說的那樣一尢是處。抗日時(shí)期的西南

聯(lián)大雖然條件異常艱苦，沒有電腦、沒有網(wǎng)絡(luò)、更沒有人工智能，甚至連像樣

的教室都沒有，但是從西南聯(lián)大卻走出了不少蜚聲中外的大科學(xué)家。這怎么解

釋呢？把技術(shù)與傳統(tǒng)教育截然對(duì)立起來顯然是錯(cuò)誤的。

從技術(shù)出發(fā)談教育，教師角色的加速轉(zhuǎn)型似乎要以人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)

為本，學(xué)科教學(xué)成為次要的，于是教師應(yīng)更加關(guān)注構(gòu)建和諧穩(wěn)固的師生關(guān)系和

促進(jìn)學(xué)生全面長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。教師不再僅僅是知識(shí)的傳授者，而是滿足學(xué)生個(gè)性化

需求的教學(xué)服務(wù)提供者、設(shè)計(jì)實(shí)施定制化學(xué)習(xí)方案的成長(zhǎng)咨詢顧問。其實(shí)，關(guān)

注和諧穩(wěn)固的師生關(guān)系、促進(jìn)學(xué)生全面長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展是教師一直關(guān)注的，并非受人

工智能的影響才開始轉(zhuǎn)變。在人工智能出現(xiàn)以前，教師也不僅限于知識(shí)的簡(jiǎn)單

傳授，他們也需要關(guān)注學(xué)生的全面發(fā)展。所以，從技術(shù)出發(fā)談教育的變革難免

空泛。

從教育出發(fā)論技術(shù)，一方面要求教師回歸學(xué)科教育本身，不管技術(shù)怎樣進(jìn)步，

他們?nèi)匀灰你@研教材，認(rèn)真研究學(xué)情，不斷改進(jìn)教法；另一方面，則要關(guān)

注技術(shù)的進(jìn)步對(duì)學(xué)科教學(xué)的影響，某種技術(shù)對(duì)自己所教學(xué)科能否適用，對(duì)改進(jìn)

教學(xué)是否有益，能否取得良好的效果。例如數(shù)學(xué)學(xué)科，塞于它的特點(diǎn)，則特別

需要關(guān)注技術(shù)對(duì)促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)思考的作用。人工智能與其他技術(shù)一樣是個(gè)雙刃

劍，關(guān)鍵在于結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用，用好了對(duì)教學(xué)能起正面作用，否則會(huì)

削弱學(xué)生的數(shù)學(xué)思考。

教師擁抱人工智能一一從現(xiàn)在開始

麻省理工學(xué)院溫斯頓教授把人工智能定義為“人工智能就是研究如何使計(jì)算機(jī)

去做過去只用人才能做的智能工作?！边@樣看來，人工智能并非那么神秘高深

莫測(cè)，正如張景中院士所述：數(shù)學(xué)計(jì)算軟件、作圖軟件也是人工智能。那么，

吳文俊先生創(chuàng)立的幾何定理機(jī)器證明，還有目前我們正在數(shù)學(xué)教學(xué)中使用的動(dòng)

態(tài)數(shù)學(xué)軟件、機(jī)器證明軟件、互動(dòng)反饋技術(shù)等，它們不僅可以完成過去只有人

才能做到的工作，而且還可以完成前人不能勝任的一些工作。這些都是人工智

能技術(shù)在教肓教學(xué)中的應(yīng)用典范。

所以，教師擁抱人工智能不必等待未來通用人工智能的出現(xiàn)，從現(xiàn)在就可以開

始嘗試把專用人工智能的一些技術(shù)運(yùn)用在自己的教學(xué)中。

教師要“走進(jìn)”而非“走近”人工智能。例如，動(dòng)態(tài)作圖軟件（幾何畫板、超

級(jí)畫板、網(wǎng)絡(luò)畫板等）已經(jīng)在不少數(shù)學(xué)教師的教學(xué)中得到應(yīng)用。實(shí)踐已經(jīng)表明,

它在智能計(jì)算、畫圖、證明、動(dòng)畫、編程、測(cè)量等方面的功能確實(shí)可以為數(shù)學(xué)

教學(xué)提供實(shí)實(shí)在在的幫助，成為數(shù)學(xué)教師教學(xué)的得力鼠手。動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)軟件的應(yīng)

用不僅能提高教學(xué)效率，可以取得傳統(tǒng)教學(xué)手段難以取得的效果，還可以借助

技術(shù)組織更加有效的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)探究等有價(jià)值的數(shù)學(xué)活動(dòng)。

數(shù)學(xué)教學(xué)需要解決的問題是首先把數(shù)學(xué)變得容易一些，并凸顯數(shù)學(xué)的本質(zhì)。利

用超級(jí)畫板有助于達(dá)到這一目的。

我們利用超級(jí)畫板制作的許多課件可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，如模擬自行車運(yùn)

動(dòng)的游戲課件。

圖1模擬自行車的運(yùn)動(dòng)

我們還制作了便于加深對(duì)數(shù)學(xué)概念理解的課件，如展示橢圓定義雙球模型、三

視圖的生成。這些動(dòng)畫課件，可以通過選擇屏幕上的動(dòng)畫按鈕，呈現(xiàn)不同的動(dòng)

畫效果或者可以使圖形交替出現(xiàn)，給學(xué)生留下想象的空間。

圖2橢圓定義雙球模型

圖3正五棱柱的三視圖

數(shù)學(xué)的解題教學(xué)需要關(guān)注學(xué)生構(gòu)建解題思路的思維過程，我們可以結(jié)合學(xué)生現(xiàn)

場(chǎng)的反應(yīng)利用隱藏顯示按紐逐步展現(xiàn)解題的思維謾程。如在一個(gè)題目解答中考

慮添加輔助線的過程，以及通過鼠標(biāo)拖動(dòng)給出本題的不同情況。

限于篇幅，我們不再舉更多的教學(xué)案例了，只從上面幾個(gè)案例已經(jīng)充分說明動(dòng)

態(tài)作圖軟件深刻改變了數(shù)學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀。作為一線數(shù)學(xué)教師需要思考，在人工

智能時(shí)代基礎(chǔ)數(shù)學(xué)如何利用人工智能帶來的新機(jī)遇。

教師需要恰當(dāng)?shù)貙⑷斯ぶ悄苡糜跀?shù)學(xué)教育，充分合理地使用人工智能提供的豐

富資源，補(bǔ)足現(xiàn)行教育的短板，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育資源共享，改進(jìn)教學(xué)方式方法，

但不能養(yǎng)成學(xué)生對(duì)技術(shù)的過分依賴。人工智能介入數(shù)學(xué)教育不應(yīng)導(dǎo)致學(xué)生懶于

思考，懶于閱讀，懶于探索。

人工智能軟件的出現(xiàn)對(duì)數(shù)學(xué)教學(xué)的一個(gè)影響是數(shù)學(xué)教學(xué)側(cè)重點(diǎn)的變化?；A(chǔ)需

要更加夯實(shí)，要抓住數(shù)學(xué)的本質(zhì)，凸顯知識(shí)的形成過程（但不是靠死記硬背和

重復(fù)性的機(jī)械訓(xùn)練）。除了知識(shí)層面以外，要更加側(cè)重于思維和能力層面，關(guān)

注數(shù)學(xué)思維和數(shù)學(xué)表達(dá)能力的培養(yǎng)。

要滲透公理化和算法的思想，要培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、鍥而不舍和勇于提出問

題、大膽質(zhì)疑的品質(zhì)，發(fā)展和培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的方法。這些素養(yǎng)不僅對(duì)未來從

事AI工作的學(xué)生是必要的，對(duì)未來從事其他行業(yè)的學(xué)生同樣重要，因?yàn)樵陲w速

變化的人工智能時(shí)代，勢(shì)必在一些職業(yè)不斷消亡的同時(shí)涌現(xiàn)一批新的行業(yè)，艮

好的數(shù)學(xué)素養(yǎng)必將為未來公民適應(yīng)多變的社會(huì)提供更多的機(jī)遇。

數(shù)學(xué)思維一方面是數(shù)學(xué)的油象嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评砗托问交磉_(dá)，另外一方面則是

大膽的猜想和想象，這是創(chuàng)新思維所需要的，所以要更加注意合情推理與演繹

推理的配合。在數(shù)字化社會(huì)，越來越多的問題可以轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)問題，因此在數(shù)

學(xué)教學(xué)中要重視數(shù)學(xué)模型的建立和問題解決、計(jì)算思維的滲透。在初中過渡到

高中的教學(xué)中則要特別注意符號(hào)化和形式化語言的運(yùn)用。機(jī)器證明軟件為此提

供了很好的技術(shù)支撐。

困擾課堂教學(xué)的最大問題是難以實(shí)現(xiàn)教學(xué)的個(gè)別化，一個(gè)教學(xué)班幾十個(gè)學(xué)生，

程度參差不齊，教師難以做到針對(duì)每一個(gè)學(xué)生因材施教。這個(gè)矛盾在中、高考

前的復(fù)習(xí)中尤為突出。

為解決這個(gè)矛盾，可以充分利用網(wǎng)上資源，解決傳統(tǒng)手段難以克服的困難，借

助互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)線上和線下教學(xué)的配合。教師可以自己制作微課放到網(wǎng)上（或用

微信方式傳給學(xué)生），利用微信群開展調(diào)查或組織討論。

目前不能過高估計(jì)人工智能的作用。一提人工智能，人們腦子里馬上想到的是

聲稱可以充當(dāng)家教的“小帥5.0”智能機(jī)器人。于是人們會(huì)形成一種錯(cuò)覺，以

為現(xiàn)在人工智能已經(jīng)發(fā)展到能像人一樣進(jìn)行思考（甚至比人思考得更敏捷、更

周密）的水平，不僅如此，借助語音和語義識(shí)別功能還能與人充分交流。那樣

一來，人工智能就可以完全替代老師了。其實(shí)，目前人工智能雖然取得了驕人

的進(jìn)步，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)還沒達(dá)到這一步。

人的思維是復(fù)雜的，不像圍棋那樣有一定的規(guī)則，能在高考答對(duì)選擇題和填空

題的高考機(jī)器人其實(shí)背后有龐大的題庫(kù)支持，”小帥5.0”與互聯(lián)網(wǎng)相連，背

后也有云平臺(tái)存儲(chǔ)的巨量的教育資源做后盾，但這不代表他們現(xiàn)在已經(jīng)能完全

替代教師。

教學(xué)是復(fù)雜和靈活的，需要考慮多方面的因素，在可預(yù)見的將來，人工智能不

可能像教師那樣精通學(xué)科業(yè)務(wù)和研究學(xué)生，不可能勝任啟發(fā)式教學(xué)，隨機(jī)應(yīng)變,

因勢(shì)利導(dǎo)，循循善誘，靈活地與學(xué)生交互。但可以預(yù)計(jì)，隨著人工智能的進(jìn)步,

它將會(huì)給教師提供越來越多的幫助。所以教師需要與時(shí)俱進(jìn)，挖掘技術(shù)在教學(xué)

中的潛力，借助技術(shù)的進(jìn)步創(chuàng)設(shè)更優(yōu)質(zhì)的教學(xué)。

目前，互動(dòng)反饋技術(shù)已經(jīng)能為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)提供有力的技術(shù)支持，且在一些地

區(qū)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)并取得較好的效果。借助互動(dòng)反饋技術(shù)當(dāng)堂獲取的教學(xué)反饋信息:

學(xué)生解答情況的統(tǒng)計(jì)（正確、錯(cuò)誤以及還沒有回答學(xué)生的比例）、哪些學(xué)生做

對(duì)、做錯(cuò)或沒有解答、以及所有學(xué)生的具體解答狀況;還可以在網(wǎng)上對(duì)學(xué)生的學(xué)

習(xí)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析。這些信息為教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略、教

學(xué)節(jié)奏提供了有價(jià)值的參考。

人工智能對(duì)數(shù)學(xué)教學(xué)可以提供的幫助不止這些，但現(xiàn)在已經(jīng)證明對(duì)數(shù)學(xué)教學(xué)行

之有效的這類技術(shù)還遠(yuǎn)未普及。

最后再舉一個(gè)幫助教師制作微課的技術(shù)。一節(jié)課45分鐘，有時(shí)需要關(guān)注的重

點(diǎn)、難點(diǎn)或易錯(cuò)點(diǎn)的講解其實(shí)只有短短的10來分鐘。這時(shí)根據(jù)教學(xué)需要要求教

師制作所謂“微課”的教學(xué)視頻，可以在課堂上使用或課下回放。

如何錄制微課是當(dāng)前教學(xué)的實(shí)際需求?，F(xiàn)在人工智能提供了這樣的技術(shù)，教師

只需寫出文本（Word或PPT）講稿，利用人工智能就可以把文字轉(zhuǎn)化成語音

（男聲或女生），無需教師自己講述。如果再把教師的照片放進(jìn)去，則可以呈

現(xiàn)模擬教師現(xiàn)場(chǎng)講解的生動(dòng)效果，背后還可以放置不同場(chǎng)景。這樣一來大大節(jié)

省了教師制作微課的時(shí)間。

從以上的介紹不難看