人工智能时代高等教育变革及挑战

杨翠丽 韩红桂 乔俊飞 稂时楠 贾懋砷

[摘 要] 目前，人工智能正以超越人类预想的速度发展，并得到了世界各国领导人的高度重视。同时，人工智能在高校教育领域的应用逐步深入。针对人工智能的发展历程，分析了人工智能时代下高等教育变革，进而探讨了高等教育面临的挑战。高校应直面挑战，只有把握住此次技术革命，才能促进高等教育的智能化发展。

[关键词] 人工智能;高等教育变革;高等教育挑战

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是模拟、延伸和扩展人脑智能理论、方法、技术及应用的一门新兴学科[1]。随着大数据、量子计算、类脑科学和云计算等技术的迅猛发展，人工智能技术也有了革命性发展。近年来，人工智能技术在医疗健康、公共安全、网络空间安全、环境保护等领域产生了颠覆性变革，并成为改变人们日常生活和工作学习的重要技术[2]。2018年4月，教育部出台《教育信息化2.0行动计划》，提出中国需要积极建设教育信息化可持续发展机制，积极推进“互联网+教育”，坚持信息技术与教育教学深度融合的核心理念，构建智能化、网络化、个性化、终身化的教育体系[3]。2019年，习近平总书记曾指出，人工智能是引领新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力。因此，要成为创新型强国必须在人工智能核心技术领域实现有效突破。由此，如何将人工智能技术应用于高等教育领域，提升传统教学模式、教学方法，使得教学内容和方法更加智能化和高效化，是实现高等教育改革的关键目标。本文将基于人工智能发展历程，讨论人工智能引起的高等教育变革，进而分析人工智能时代高等教育面临的挑战。

一、人工智能的发展历程

20世纪60年代，麦卡锡、明斯基、申农等科学家首次提出“人工智能”这一术语，开创了人工智能学科[4]。到目前为止，人工智能的发展经历了三个重要阶段。

第一阶段是人工智能的诞生。1956—1976年是人工智能技术发展的第一次繁荣期。这一时期的重点是符号推理、机器推理和专家系统等。然而，由于计算机硬件计算能力不足和数据计算复杂度高等瓶颈难题，机器的逻辑推理能力难以实现，人工智能受到怀疑。同时，美国和英国政府相继中断人工智能研究的资助，人工智能技术的发展受阻。

第二阶段是人工智能步入产业化阶段。人工智能的第二次飞速发展阶段为1976—1986年，美国、英国、日本等国家先后设立多个大型AI项目。同时，数据库技术的发展在语音识别、机器翻译等领域取得了很好的效果。但是，由于抽象推理和基于符号处理模型技术的限制，人工智能技术很难应用于实际生活，人工智能技术再次发展滞缓。

第三阶段是人工智能爆发性发展阶段。2006年以来，Hinton提出的深度学习技术及ImageNet竞赛中图像识别技术的突破，掀起了AI研究的第三次热潮。2016年3月15日，谷歌机器人Alpha Go战胜韩国棋手李世石，使人工智能再次受到学术界、商业界和产业界的密切关注。同时，美国脑计划、欧盟类脑计划、中国《新一代人工智能发展规划》的制定，使得人工智能的研究取得了实质性进展，其应用范围和前景广阔。

2017年12月，在第七届“吴文俊人工智能科学技术奖”颁奖盛典上，中国工程院院士、中国人工智能学会理事长李德毅指出，当前人工智能冲击最大的行业为教育行业，人工智能的发展归根到底还是人才的培养。2018年4月，国家教育部发布《高等学校人工智能创新行动计划》，推动人工智能在教学、管理、资源建设等全流程应用，为我国跻身创新型国家前列提供科技支撑和人才保障[5]。因此，如何利用人工智能开启人的智慧、化育人的心灵、传承人类文明，是高等教育亟待解决的问题。

二、人工智能引发高等教育变革

人工智能已经在人机交互、健康医疗、公共安全、环境保护等领域产生了重要变革，并取代了部分重复性、模式化的工作。同样，在高等教育领域，人工智能逐渐将教师从简单、机械烦琐的“教学”工作中解放出来，从而能投入更多的时间和精力专注“育人”，使得学生学习潜力和能力得到充足发展。

（一）教师教学方式的变革

从教师的地位看，随着人工智能的推广，教育者已经从教育活动的控制者转变为“人工智能+教师”。传统高等教育一般以授课教师为中心，以传播知识为导向，采用标准的教材和统一的教学方法，通过组织学生统一学习进行知识传授。人工智能依托移动互联网、大数据、云计算、物联网等方面的技术创新成果，创建了众多开放式、智能化教学平台和智能化学习软件，例如雨课堂、句酷批改网、麦可思智能助教等，这些平台集智能备课、精准教学、师生互动、测评分析、课后辅导等功能为一体。因此，人工智能可以辅助高校教师开展备课、授课、答疑等环节工作，智能设备会自动完成大量简单、重复性、惯性的教学工作，减少教师教学任务及压力[6]，教师具有更多时间和精力开展教学方法创新、复杂学术科研、学生情感关怀等工作。同时，针对零散化、碎片化的知识，人工智能能够进行整理，并将相关知识进行归纳总结，针对不同领域研究人员进行知识、教学内容的远程推送，打破不同领域不同学科之间的界限壁垒，帮助教师为不同的授课对象量身定做教学方案。

（二）学生学习方式的变革

传统高校体系以班级授课制和标准化教材为基础，学生统一进行标准化和规模化学习。目前，人工智能已经将学生学习活动变为定制化、个性化的行为。例如：依据大数据捕捉单个学生的兴趣偏好、学习习惯、目前知识水平和能力，设计不同的学习内容，制定合适的学习内容、学习时间，根据反馈调整学习内容，提高学习者的学习效率。同时，人工智能为学生提供了虚拟学习环境，学生学习空间和时间的选择更自由。高校学生的学习不再局限于传统的、固定的课堂学习，而是通过移动学习、远程学习、混合学习等来满足“精准化学习”的需求。未来，视觉情境教学将实现学习过程与实践过程的有机融合，使得学生在问题解决和项目实践中提升专业技能。因此，课堂组织形式不再以课堂讲授为主，讨论、实验、启发式学习成为主流形式。另外，存储常识性和专业性知识的大规模数据库的建立极大丰富了高校学生的知识储备。高校学生无须花费大量时间和精力查找和梳理知识点，而通过简单搜索就能在最短时间内获取相关资料。学生学习负荷降低，具有更多的思考空间和时间，学习活动从传统的知识记忆变成知识整理、知識融合、知识应用过程。

（三）教学资源分配的变革

传统高校教育模式下，不同地区、不同类别的高校在教学资源上存在巨大差异，教学资源分配非常不平均。随着人工智能的发展，传统高校逐步发展为一个包含教师、智能设备的智能化教学平台[7]。该平台可以打破时间、空间的立体式学习场域，使得更多人享受一样的教育资源，从而进一步促进教育公平，帮助落后地区拉平教育资源差距，解决高校教育资源稀缺问题。同时，人工智能还将打破学校教育和社会教育的壁垒，学校教育将成为社会教育的理论基础，社会教育将为学校教育提供实践基地，教育资源的配置更加均衡，学生学习、成长空间更自由和广阔。特别需要提到的是，人工智能还可以为残疾、障碍人群等特殊人群提供了接受高等教育的机会。人工智能可以为特殊人群提供辅助性设备，帮助其适应外部环境，缩小特殊人群与正常人群在身心功能上的差异，帮助特殊人群提高生活学习技能。例如，为了有效帮助视力障碍者识别书本或者屏幕文字信息，麻省理工学院自主研发了便携式、可朗读文本的智能设备。为解决残疾人群学习的问题，国内高校也利用人工智能技术进行了多项改革，例如北京工业大学设计出具有爬坡、自动拐弯功能的智能论文，为残疾人群提供更好的学习环境。

（四）人才培养模式的变革

传统的高等教育人才培养模式是重理论轻实践，其培养了大批具有同一思维模式、同一标准模式、为就业而就业的职业性人才。人工智能是一个高度学科交叉的方向，其包括计算机、自动化、数学、机械、哲学、心理学等多个学科方向。为了适应人工智能时代，当代高校人才培养在人工智能学科与心理学、认知科学、数学、社会学、法学等相关学科进行交叉融合的基础上，注重培养研究型人才、创新型人才，增强学生创新能力、思考能力、审美能力和健全人格的培养，开发培养和挖掘不同个体的潜质和精神气质，以不同形式培养不同层次、不同领域的人工[8]。另一方面，当代高等教育更注重研究问题驱动式学习、模块式学习、和基于项目的学习方式。同时，借助人工智能和跨学科交叉的课程学习，教师以真实的专业领域工程问题（大数据驱动的智能化需求）为依托，将多学科交叉与产业需求项目研究结合起来，让学生在工程实践过程中主动学习和建构多学科交叉知识，从而培养学生的人工智能思维、实践和知识灵活运用的能力。

三、人工智能时代高等教育面临的挑战

随着人工智能时代的到来，人工智能与高等教育的有机融合大力推动了高等教育领域的变革，推进了高等教育的进步。但是，高等教育领域的教师职责、人才培养理念、专业结构、管理方式也同时面临巨大挑战。

（一）高等教育教师角色的挑战

随着人工智能技术飞速发展，教师成为高等教育改革的关键环节，但同时也面临一些挑战。首先，各类智能教学设备逐步替代高校内一些固定工序、标准范式、重复性劳动，教师教学效率大幅提升，有效解决了师资力量贫乏、教学投入不足的难题。但同时，学科基础知识讲授的任务将会逐步被智能教学设备替代。例如，智能机器人会逐步替代语言类教师所从事的阅读、听力、口语、写作等方面的辅导。同理，智能机器人或者设备会逐步替代基础法律课堂、基础历史课堂、简单实验操作等重复的、简单的课程。其次，为了适应人工智能时代的高速发展，高等教育对教師的职业要求会逐步提高，高校教师需要不断提高自身沟通能力和想象力，同时需要加强自身创造力和批判力，以及复杂问题的解决能力[9]。另外，人工智能在知识储备量、知识传播速度及教学讲授手段等方面超越人类，教师的知识权威面临极大挑战。面对人工智能的冲击，教师应该具备危机意识和改革意识，加强自身学科知识水平和职业素养，同时要清楚认识到教师这个角色的不可替代性。不管人工智能如何发展，变的是教育手段和方式，不变的是教育目的与本质。

（二）高等教育人才培养理念的挑战

为了顺应人工智能时代的发展，现有的高等教育人才培养模式面临两大挑战。第一，强化“以学生为创新中心”基本理念的贯彻执行。目前，部分高校的人才培养模式仍然以传统知识传授为主[ 10 ]。因此，高等教育应改变灌输式的教育方式，进一步降低应试教育的空间，降低学生对具体知识的强化记忆，加强学生学习方法的培养，提高学生解决复杂问题的思维方式和思维能力。第二，时代在发展，科技在进步，自主性、个性化的复合型人才在未来更受企业、社会的青睐。因此，高等教育需要强化个性化教育理念。如何利用人工智能技术判断每个学生的个性与特点，满足学生的个性化学习需求，有序对学生学习进度开展个性化学习指导，是高等教育亟待解决的难题。未来的发展中，高等教育要以解放学生思想、挖掘学生潜能为目的，满足学生个性化培养需求为宗旨，将高等教育个性化教学真正落到实处。

（三）高等教育专业结构的挑战

人工智能时代，社会发展需要的是一种具备科学素养和人文素养的复合型人才，高校教育目标从知识传授转向批判能力、社交能力、创造力、实践能力等核心素养的培养。同时，知识的多元化和不确定性是培养创新思维的重要方式。因此，与人类研究相关的专业，例如美学、艺术、人文、社会、哲学等需要大力倡导及发展。同时，由于人工智能的广泛应用，一些有重复性、规范性、工序固定、可重复验证特征的职业将会被人工智能替代，高校专业结构将会发生变化，例如会计、翻译、审计、机械操作等专业或被取消、或规模骤减、或面临转型，有关人工智能开发、设计、智能机器维修的相关专业将会成为热门专业。另外，人工智能时代高等教育人才培养的转变需要进行知识交叉融合与知识体系重构。而知识的深度融合与交叉创新，意味着不同学科彼此交织渗透，学科边界将逐渐模糊化，新型学科将跨越大文大理，传统单一专业的知识传授途径将可能被“学科交互式”相结合的新途径替代。因此，如何根据人工时代发展的特点设置高校专业，是高等院校亟待解决的难题。

（四）高等教育管理方式的挑战

随着移动互联网的升级换代，高校将通过信息化程序执行课程选择、学籍管理、学生信息管理、教师教学管理、科研管理等工作，如何通过平台发布统一的信息，又能同时获取学生、教师、管理者等的使用信息，全面实现高效率的信息化管理，是高校管理者面临的一个重大挑战。另外，高校可以利用人工智能的语音识别、大数据分析、人机对话等功能，分析学生记录学生学习行为、记录并分析学生课外表现，从而针对不同学生设计个性化培养方案。不幸的是，学生活动信息的采集会或多或少的涉及教师和学生的肖像、隐私、行动信息。该类信息若处理不当，必然造成管理混乱，甚至引发法律纠纷。因此，如何合理利用采集的教师、学生信息，是高校管理需要解决的难题。高等教育教学过程中，会产生大量作业、考试、评测活动等数据，这些数据的采集与分析对后期教学活动的指导具有重要意义。但是，目前很多高校在信息管理中对数据的重要性没有高度重视，各个管理模块之间联系薄弱，难以实现数据的有效采集和合理利用。例如，部分高校仅仅实现了课堂教学实录的保存，学生试卷的扫描等工作，这些仅仅是非结构化的数据，而不是可处理、可分析的数据。因此，如何将高校教学过程中的信息转变为对高等教育有帮助的过程化数据，是高等教育管理面临的另一个挑战。

四、结语

随着人工智能时代的到来，人工智能已经渗入高等教育的各个方面，高等教育从传统的知识传授转变为“能力为要、知识为基、学生为本”。人工智能与高等教育的有机融合势必减少简单的、惯性、重复性工作，促进教师教学方式、学生学习方式、教育资源分配、人才培养模式的变革。同时，也导致高等教育教师职责、人才培养理念、专业结构、管理方式面临巨大挑战，改革不可避免，直面迎接挑战才是出路。对高等教育而言，重视和把握此次技术革命，对高等教育培养理念、模式、过程做出积极应对，开创科学化、精细化、个性化的复合型人才培养模式，才能在未来发展中赢得先机，促进高等教育的智能化发展。

参考文献

[1]方廷健.人工智能：面向21世纪的重要学科[J].模式识别与人工智能，1995（s1）：3-4.

[2]王晓阳.人工智能能否超越人类智能[J]自然辩证法研究，2015（7）：104-110.

[3]蔡宝来.人工智能赋能课堂革命：实质与理念[J].教育发展研究，2019（2）：8-14.

[4]卫玲.以人工智能推进“一带一路”建设的提质升级——基于马克思政治经济学的思考[J].西北大学学报，2019，49（3）.

[5]石定国.从我国现代化建设看教育信息化的使命[J].湖北科技，2018（6）：16-21.

[6]胡贵强.浅析人工智能驱动下的高校教学方式优化与变革[J].文教资料，2018（7）：178-179.

[7]高金萍.高等教育进入智能化发展阶段[J].北京教育（高教），2019（5）.

[8]李春梓.我国高校在线教育发展策略研究[J].大学教育，2019（5）.

[9]刘文.人工智能时代高等教育之变与不变[J].黑龙江高教研究，2018（3）.

[10]刘进，吕文晶.人工智能创新与中国高等教育应对（下）[J].高等工程教育研究，2019（3）.