人工智能助推乡村教育振兴的技术框架及模型

倪侃 倪其育

（扬州大学 江苏省扬州市 225009）

教育是强国之本，它事关亿万少年儿童的健康成长，事关国家的发展和民族的未来。如何使教育均衡发展，保障教育公平，是我们必须关注的重大问题。

1 振兴乡村教育是社会发展的时代要求

当前，我国社会主义建设已经进入新的时代，其主要矛盾已经转化为“人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾”。在教育领域，其主要就是教育公平的问题。“发展更加公平更有质量的教育[1]”是发展教育工作的总基调。

1.1 教育公平的需求

《辞海》中公平的定义为：“作为一种道德要求和品质，按照一定的社会标准（法律、道德、政策等）、正当的秩序合理地待人处事，是制度、系统、重要活动的重要道德性质。”可见，所谓教育公平，并不等同于教育的平等，它主要包含教育资源配置的机会平等、能力差异和弱势补偿等三个合理性原则。

根据教育公平原则，我国当前的教育不公平体现在哪里？一方面城市学校在师资队伍、硬件设施、经费投入，以及生源的质量与升学率等方面，都明显优于乡村学校。另一方面东西部地区学校教育和城乡教育的差别仍是影响我国教育公平的重要因素。因此，振兴乡村教育是实现教育公平的主要环节。

1.2 乡村学校是学校教育的重要组成部分

《国务院关于基础教育改革与发展的决定》提出了 “按照小学就近入学、初中相对集中、优化教育资源配置的原则，合理规划和调整学校布局”。在经过一轮“撤点并校”的大潮之后，乡村学校仍然会以一定的规模存在。据近期的一次调查显示，乡村学校数仍然占较大比例，如表1所示。可见，以教育公平的视角来看，振兴乡村教育，仍是重中之重。

2 乡村教育面临的突出问题

目前，我国社会各界都一致公认，要想实现乡村振兴，就必须大力提高乡村教育的水平。然而乡村教育的种种问题又时刻困扰着我们，主要表现在以下几个方面。

2.1 乡村学校师资力量的匮乏

学校的师资力量是影响教育质量的一个重要因素。因流失和补充跟而不上造成了乡村学校师资力量的缺乏。针对这一现状，国家持续制定相关政策法规、采取应对措施，如采取免费师范生政策、“特岗计划”以及“乡村教师支持计划”等措施，来大幅扩充中西部地区和乡村教师的队伍，提高队伍的素质。2012年农村基础教育专任教师学历合格率在学前、小学、初中和普通高中分别为 58.99%、81.73%、66.48%和95.40%，到2015年分别提高至69.72%、89.73%、76.07%和96.99%。这对于促进中西部和农村地区的教育发展至关重要[3]。但尽管如此，城乡学校的师资依然存在较大的差别。

图1：人工智能+教育的典型应用系统框图

2.2 乡村家庭教育的缺失

乡村尤其是西部地区的乡村，是我国主要的劳务输出区域，年轻的父母们大多外出进城打工，他们常常把子女留给年老的长辈们看管，“大人打工，老人育儿”已经成为我国乡村的普遍现象，由于监管的不到位，孩子缺少有效的教育和引导，相当一部分学生学习态度和行为存在问题，逃课、上课调皮、走神、不爱学习等现象时常发生，这严重影响了教育教学活动的开展。

2.3 基础教育设施的不够完善

从我国义务教育的整体水平来看，西部乡村的义务教育还是存在较为滞后的情况，这已成为影响教育公平的重要领域。进入本世纪，党和国家对农村义务教育的投入力度不断加大，特别是在我国的中西部农村地区，每年投入经费都保持在3% 以上的增加，这使得农村义务教育学校的基础教育设施、师资队伍建设等都较以往有了很大的发展。但从实际来看，西部农村地区义务教育硬件基础设施还是存在着数量不够的现象，大班额的情况也常常存在。

通过分析可以发现，乡村教育的核心问题就是人力资源和环境资源问题。

3 人工智能助力乡村教育振兴的技术路径

面对乡村教育存在的问题，在当今信息化时代，搭载着云计算、大数据、虚拟现实、“互联网+”及5G通信等众多先进科技的人工智能技术，以它强大功能应用于教育领域，能很好地解决相关问题，必将成为乡村教育振兴的强力支撑。

表1：乡村、城镇中小学校数量[2]

人工智能属于计算机科学的分支，是跨世纪的尖端技术，它主要研究使计算机怎样模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的学科，包括计算机实现智能的原理、制造类似于人脑智能的计算机，使计算机能实现更高层次的应用[4]。其在许多领域、一定程度上代替了人的行为。目前人工智能的理论和技术日益成熟，应用领域不断扩大。运用人工智能+教育来助推乡村教育振兴，主要集中在以下方面的工作。其结构框图如图1所示。

3.1 教育环境智能化

在智能教育环境中，主要实现自然交互、任务驱动、直观可视、智能管控、自动适应、情境感知、异构通讯、无线移动等功能。

3.2 智能支持学习过程

人工智能技术在学习场景中的应用，既可成为学生学习的智能导师、智能伙伴；也可智能感知学生在学习过程中的行为和情绪变化；还能对学生的学习过程进行诊断、分析、测评，从而实现给予学生学习过程的智能支持。

3.3 智能的教育评价

人工智能技术在教育评价中的应用，可使之不再止于静态的利用问卷的形式，对学生掌握知识的程度来进行定点测量，而是利用多种人工智能设备对学生的高级认知、元认知、心理以及身心健康等方面进行多维度的综合评价。这种评价不是固定于已设的时间节点，而是随机智能地对学生表现来进行持续追踪，从而使评价更加全面、有效。

3.4 智能教师助理

人工智能技术可帮助教师高效处理多项事务，如智能机器代理教师可完成日常教学、教学研究、专业学习与发展等工作任务。

3.5 智能教育管理与服务

人工智能促进教育公平，打破时间和空间的限制，能自动推荐教师服务；基于大数据的教育智能决策，通过教育管理信息系统的数据，提供宏观决策、动态监管、综合分析及公众数据服务等方面的功能。

由此可见，人工智能在教育中的有关应用，是解决乡村教育面临的突出问题的有效途径。

4 人工智能促进乡村教育的应用模式

通过上面的讨论，我们发现人工智能+教育的典型应用领域的相关功能，恰恰契合了解决乡村教育的突出问题。针对乡村教育存在的问题，借助人工智能技术，我们构建如图2所示的智能教育模型，它能有效地担当振兴乡村教育的重任。

人工智能在教育中的应用主要体现在：人工智能技术正在日益与教育的核心场景和业务相融合，促进了教育领域核心场景和业务的自动化、智能化，大幅提高教育者和受教育者的教育和学习效率，从而创新了教育生态。

其系统是基于高速多媒体网络、云计算、智能决策平台系统共享大数据的资源，对分布的各乡村学校站点平台、学校及家庭的用户终端，进行环境构建、资源共享、任务分配、监测响应等，从而实现一系列智能决策功能。

首先，依托智能决策平台，智能教师助理通过人机对话，可以智能高效地完成教学设计、日常教学与辅导、出题、答题与批阅、个性化作业及评价报告生成等等方面的任务。在一定程度上可以代替和辅助教师，从而减轻教师负担，提高教育质量，进而解决师资匮乏的问题。

图2：智能教育构成图

其次，个性化学习的微环境。通过精品教学资源、精准数据分析、精确教学地图及精细学生管理，以及教育质量动态监测，可全面掌握与跟踪学生学习和教师教学的过程数据，利用智能设备获取众多细粒度数据，定制化教育服务，可以精准高效地为学生提供“因材施教”的个性化学习体验。从而有效地解决家庭教育的缺失问题。另外，智能学伴亦能提供个性化智能教学路径。

再则，创设了多层次的智能教育环境。一是包括基于大数据资源的宏观智能平台，它能实现物理空间与虚拟空间的融合来实现跨区域的教育应用；自动感知师生需求，自动提供智能服务；提供无处不在的智能学习环境和人机关系；满足学习发生的各种需求。二是包含校本特色资源的智能环境。主要有“物联网+”的智慧校园、校园安全系统、智能图书馆、智能书写系统、智能教室应用场景等。

随着智能设备不断普及其添置的成本在迅速下降，随着国家对偏远落后的乡村教育投入力度的不断加大。在精准扶贫、振兴乡村的政策的指引下，这种乡村基础教育设施的不完善的问题就会迎刃而解。

教育公平需要振兴乡村教育，乡村教育的振兴离不开政策、人力、物力及技术的支撑。人工智能作为一个前沿的研究领域，其研究的深度和广度不断扩大。它已对教育的各个领域提供越来越多的支持。其核心是必须加强人工智能+教育资源的建设和对此不断完善，相信未来人工智能+教育一定能够有效促进乡村教育振兴，使之得到跨越式发展。