智能技术变革教育的途径和机理

余新国 夏 菁

(1.华中师范大学 人工智能教育学部， 湖北 武汉 430079； 2.华中师范大学 国际文化交流学院， 湖北 武汉 430079)

一、前言

教育一如明月，古今皆有而又亘古常新。从孔子、亚里士多德时代的传统书院教育到现在的智能化教育，先进技术不断融入教育并推动教育变革。如今，人工智能的快速进步将人类推入“AI+”时代，教育发展正由“教育 + 互联网”迈向“教育 +AI”时代。以人工智能、区块链、云技术以及大数据为代表的智能技术深刻改变着教育形态的各个方面(1)参见钟秉林、王新凤、方芳：《信息科技驱动下的教育变革——机遇、挑战与反思》，《南京师大学报 (社会科学版)》2019年第5期。。在智能技术迅猛发展和各级政府的大力推动下，有关智能技术与教育之间关系的研究方兴未艾，关于智能技术以及智能技术变革教育的研究论文和其他相关研究成果大量涌现，学者们普遍认为智能技术可以变革教育，如变革学校教育模式(2)参见靳玉乐、张铭凯、孟宪云：《信息技术时代的课程论发展》，《华东师范大学学报 (教育科学版)》2019年第4期。、变革学习空间(3)参见爱芭·奥西恩尼尔森、肖俊洪：《创新学习与创新学习空间》，《中国远程教育》2019年第2期。、变革教育研究范式(4)参见T. Hey, S. Tansley and K. Tolle, The Fourth Paradigm: Data-Intensive Scientific Discovery, 2009-10， http://digital. library.unt.edu,2020-10.、变革学习路径选择方法(5)参见李浩君等：《个性化移动学习路径优化策略应用研究》，《电化教育研究》2016年第1期。以及变革教育信息管理(6)参见祝智庭、贺斌：《智慧教育: 教育信息化的新境界》，《电化教育研究》2012年第12期。等，这些研究大多侧重于对智能技术变革教育某一方面的研究。智能技术变革教育是历史发展的必然趋势，将使教育产生新的内涵、特征和要素(7)参见艾兴、赵瑞雪：《未来学校背景下的智慧学习: 内涵、特征、要素与生成》，《中国电化教育》2020年第6期。。著名学者祝智庭认为，智慧教育是教育信息化的新境界，智能化技术促发了教育系统的“形变”，而智慧教育则将引发教育的“质变”(8)参见祝智庭、贺斌：《智慧教育: 教育信息化的新境界》，《电化教育研究》2012年第12期。, 形成新的框架(9)参见顾小清等：《智慧教育的理论框架、实践路径、发展脉络及未来图景》，《华东师范大学学报 (教育科学版)》2021年第8期。，这必定促进教育理论向前发展(10)参见杜华、顾小清：《教育技术学理论五问——兼论教育技术学之于教育学理论建构的贡献》，《教育研究》2020年第1期。。我们通过对近十年公开发表的相关论文和其他相关研究成果进行词频分析发现，智慧学习、智慧教育空间、教育信息化、智慧校园、智慧教室都是高频词，反映出智能技术条件下教育在各个方面的变革。然而，我们应该如何阐释智能技术条件下的教育？智能技术究竟如何作用于教育，其途径和机理为何？现在是该对智能技术变革教育的各项实践进行总结和理论提炼的时候了。

智能技术下的教育无论在内容上还是形式上均已发生质的变化。如前所述，有关教育智能化的研究成果众多，但大多侧重于对智能技术变革教育某一方面的研究，缺乏对智能技术变革教育的整体性探讨和总结。教育活动由诸多教育要素和教育场景构成，可以说是一个“无限”的研究对象。面对教育活动关涉的诸多方面，如何建构一个“整体性”研究范畴用于系统的探究是本研究的关键。有关智能教育的前期研究成果为本文提供了重要学术积累。本文对智能技术变革教育的途径和机理的研究， 是在对前期相关研究成果进行整体思考和总结的基础上进行的。

要对智能技术变革教育的途径和机理进行研究，首先需要建模，因而第一步是创建一个能表示教育诸项要素和众多教育场景的理论模型。建模的作用在于模型的参数较少，能将教育这个包含诸多要素的研究对象抽象成一个有限的研究对象。我们将这一教育模型简称为五字母教育过程模型，模型中的五个字母分别代表教育的五个主要方面。基于这个模型，本文首先分析五字母所代表的五个方面在智能技术强力推动下所发生的变化，从而在整体上把握智能技术条件下教育在内容和形式上的变化；然后具体分析人工智能、区块链、云技术、大数据四大智能技术推动教育变革的途径和方法；最后通过以上两方面的探究，提炼出智能技术变革教育的途径和机理。本文是关于智能技术变革教育的理论探究，目的是认识智能技术变革教育的本质特征，为今后的教育变革实践提供参考。

二、五字母教育过程模型的建构

如前所述，有关智能技术变革教育的研究成果颇丰，可以支撑对于智能技术变革教育的途径和机理的理论研究。由于教育包括诸多的教育要素和教育场景，可以说它是一个“无限”的研究对象。如何消除这种“无限”性带来的研究困难，我们提出创建一个表示教育过程的有限模型，以抽象概括教育过程的全貌。这就意味着该模型必须具有强大的表达力。纵观现有的教育研究成果等资料，有关教育要素大约可归为三至六要素说，其中三要素说占多数，但具体是哪三种要素，学者们的说法并不一致。概括起来，三要素说所包含的要素有：教育者、受教育者、教育影响、教育措施、教育主体、教育客体、教育资源。四至六要素说则在三要素说的基础之上增加了教育内容、教育手段、教育环境。总的来看，无论是哪种要素说，都包含了教育者和受教育者，说明这二者必不可少。另一方面，一个最简的或最小的教育过程可以分成两个阶段，即教育准备阶段和教育正式发生阶段。根据以上讨论，我们认为，最小教育过程包括施教者、受教育者、教育空间、教育效果和准备阶段，这五个方面可以概括各种要素说中的所有要素。具体而言，施教者表示各要素说中的教育者或者教育主体；受教育者表示各要素说中的受教育者或者教育客体；教育空间表示各要素说中的教育空间和教育资源；教育效果表示各要素说中的教育影响、教育措施和教育手段。鉴于这五个方面的概括力，我们以此建模，其中主要变量为准备阶段、教育空间、施教者和受教育者。为简洁起见，分别用 Z、S、P、L 表示这四个变量，另外用 K来表示教育效率，E 表示一个最小教育过程(11)S、P、L、E分别是英文单词Space, Provider, Learner, Education的首字母；K是借用数学中表示效率的系数来表示教育效率；Z 则是准备的汉语拼音的首字母。。我们把这一教育模型简称为五字母教育过程模型，如图1所示。每个人一生的教育是由一系列这样的最小教育过程所组成的。这一教育模型既能解释教育的诸多要素，又能表示教育的所有场景，所以五字母教育模型既是最简的，同时还具有高度概括能力和丰富的表达能力。

图1 五字母教育过程模型

这里要特别指出的是，五字母教育过程模型包含了现代教育技术手段和内容，五字母教育过程模型的内涵整体上大于传统诸教育要素的总和，因为它包含了新生的要素，尤其是施教者和教育空间的内涵有了很大的扩展。比如对施教者来说，这里不只是指传统意义上的教师， 在智能技术条件下这个概念包含技术，即技术施教者可以代替教师来进行教学实践；同样， 受教育者也与传统概念不一样，智能技术条件下的受教育者可以是技术装备武装的学生。

再来检视模型表达教育场景的能力，五字母教育过程模型对于教育场景也具有很强的表达能力。教育场景的参与者主要是施教者和受教育者，教育参与者与教育空间组合可以形成多种不同的教育场景，如表1所示。一些常见的教育场景，比如爱芭等提出的听课、讨论、做作业、课外阅读、与人交流、生活、劳动等(12)参见爱芭·奥西恩尼尔森、肖俊洪：《创新学习与创新学习空间》，《中国远程教育》2019年第2期。，都在五字母教育过程模型可表达之列，这些教育场景都是五字母教育过程模型在其参数适当取值下的实例。

表1 五字母教育过程模型在参数适当取值下表示典型教育场景的实例表

总之，五字母教育过程模型不仅涵盖各种教育要素，还能高度概括大家所熟知的、典型的各类教育场景。五字母教育过程模型的高度概括性将教育这一“无限”的研究对象变为有限，为智能技术变革教育的研究建立了一套统一的论述和推理范式。本文将以这一模型为基础，梳理、归纳和提炼智能技术变革教育的途径和机理。

三、智能技术条件下教育的五方面变革

建模的目的是对教育进行界定，这是本文得以展开的关键步骤。建模也是在建立研究方法，建构研究范畴。五字母教育过程模型中每一个字母代表教育的一个重要方面，下面就智能技术条件下这五个方面的变革分别予以论述。

(一)教育空间的变革

教育活动都是在某个空间内进行的。教育空间从形态上大概可分为实体、虚拟、实虚结合三种类型。存在了几千年的学校、课堂、教室是典型的传统教育空间，因其在实物环境下进行，可称之为实体教育空间。在信息技术引入教育之前，实体教育空间可说是唯一空间。教育空间的智能化是智能技术融入实体教育空间的结果。为了大力推动智能技术的发展，国家制定和实施了相应的战略规划，于是教育空间得到了空前发展。2000 年 10 月召开的全国中小学信息技术教育工作会议，提出“全面启动中小学‘校校通’计划”，至 2018 年在全国范围内基本完成“硬件建设、平台建设、资源建设、教师培训”等宏大工程。教育部在 2018 年发布的教育信息化 2.0标志着教育空间逐步从“信息通”向“智能化”转化。随着智能技术在教育领域的推广运用，教育空间的内容和形式发生了翻天覆地的变化。课堂、教室、学校不再只限于建于地面的实物空间，智能技术支持下的课堂、教室和学校，可以“腾云驾雾”，可以“天上人间”。智慧教室、智慧课堂、智慧学校，智慧平台、教育云等教育空间就是智能技术与教育结合的新技术产物，是虚拟或实虚结合的空间。

教育空间的研究因时而兴，专门致力于教育空间研究的团队出现了，如北京师范大学知识工程研究中心的“智慧教育空间”研究团队，致力于智慧教育空间的研究并取得了丰硕的研究成果。教育空间的内涵也因时而变，随着智能技术的进步而发展变化。在智能技术条件下，教育空间的变化具有新时代特征：(1)云端一体化的教育云空间。与其他教育空间相比，云端一体化的教育云空间具有更智能化的特性。它使得教育资源顺畅流动，用户在任何有网络的地方，都能使用自己的特有空间，极大地便利了教育过程，促进了教育公平。(2)虚拟教育空间。与实体教育空间相比，虚拟教育空间能提供更多的智能教学模式，如提供同步课堂、网络直播课堂、慕课课程、讨论社区、个性化课堂等多样化的教育空间，满足不同的学习需求。(3)移动学习空间。移动学习空间能实现个性化的泛在学习，使得原来的非学习场景转变为学习场景，原来的非学习时段转化为学习时段，大大增加了学习场景的多样性，提高了学习者的整体学习效率。(4)智慧教室。采用智能技术设备和结合新技术的设计，是实现智慧教室变革教育空间的又一途径(13)参见祝智庭：《智慧教育新发展：从翻转课堂到智慧课堂及智慧学习空间》，《开放教育研究》2016年第1期。。由此可见，在智能技术推动下，教育空间得到了革命性发展——从唯一到丰富、由实体到虚拟、由地面到云端，教育空间的变革是智能技术条件下教育发展的重要方向。

(二)施教者的变革

施教者包含但不只是各要素说中的传统教育者。因为智能技术的变革力量，施教者这一概念的内涵发生了极大的变化。由教育者到施教者主要有两种途径。其一是利用智能技术创建各种虚拟施教者。虚拟施教者大体分为虚拟辅助者、网络教学系统、教育机器人。虚拟辅助者包括多种教育辅助工具、辅助教师，其代表性的有自动出卷评分工具、自动学习诊断工具、自动作业辅导系统、自动练习模拟考试系统、教学管理工具、自动监考系统等。网络教学系统多种多样，可按教学对象和教学科目划分。具有代表性的网络教学系统主要有针对大学以上层次学生的各种类型的慕课，进行语言教学的各类教学系统，面向职业教育的虚拟网络教学系统等。相对于传统的教师，教育机器人是实物形态的代理施教者，扮演施教者来完成各种教育任务。其二是被智能技术武装的真人教师。在智能技术环境下，传统意义上的教师已别无选择，只有提升信息化技能才能适应智能技术条件下的教育环境。被智能技术武装的教师是智能化教师、数字化教师，能高质高效地进行和完成各种教育活动。

(三)受教育者的变革

在智能时代，受教育者的内涵同样发生了极大的变化。这是智能教育发展的必然结果。从人与技术的关系层面来看，这是技术与人互构和互驯的结果。目前研究资料中，对于智能技术条件下有关受教育者所经历的和所需要变革的研究还比较少。从对已有文献的研究和对现实教学的观察可以得知，受教育者经历了或正在经历前所未有的变革。在智能技术条件下，受教育者从传统的“读书人”变成为采用读书、读网、看屏、虚游、虚练、视听等不同方式获得教育的学习者。其中，新的学习方式都是由智能技术支持的，学习者因此成为被智能技术所武装的受教育者。受教育者通过互联网、电视、数字化资料、课堂、书本、真人教师、虚拟教师等媒介获得信息和知识，成为多媒介的接受者。由于虚拟的学习空间不设“疆界”、没有“围墙”，且移动学习实现了泛在学习，学习者可以利用这些新型学习方式追求个性化学习，同时智能诊断和学习指导、大数据学习分析使得学习者的个性化学习更加精准和科学。可见，智能技术使受教育者的学习更个性化。

(四)教育效率的变革

教育最终的关怀是人才培养，教育效率与人才培养息息相关。智能技术之所以在教育领域得到大力发展，在于其关乎人才培养。智能技术对于教育效率的提升发挥了极大作用。例如由于智能学习平台特别是移动学习平台随时的“在场性”，为学习者节省了从生活地到达学习场地如教室、图书馆、自习室的时间。网络推荐系统更是从旁“推波助澜”，为学习者推荐的个性化学习内容，不仅节省了学习者寻找学习资料和内容的时间，提高了其学习效率，而且促进了个性化、精准的学习方式。个性化精准学习是指根据每位学习者的学习状况、学习能力、学习偏好和教育资源等，为学习者寻求优化的个性化学习途径、学习路径、学习节奏。已有智能教育公司看到了市场的需求，开始大规模采用这样的技术来提供教育服务。例如，松鼠 AI 公司基于学生知识点掌握状况为学生选择学习内容和学习策略，极大地提高了学生的学习效率(14)参见Li H.， et al.， “Yixue Adaptive Learning System and Its Promise on Improving Student Learning,” 10th International Conference on Computer Supported Education, 2018.。运用智能技术还可以提高学习者感知和习得知识的能力，比如， 采用虚拟现实技术展示太空星体的位置和运动关系，采用虚拟现实技术展示历史场景、地理场景、复杂数学曲线、可视化计算过程等(15)参见刘海等: 《多学科资源工具研制与教学实践创新研究》，《电化教育研究》2018年第4期。，因其形象生动，学习者获取知识的效率得到极大的提高。总之，无论是学习时间的节省、个性化精准的学习，还是获取知识的高效率，智能技术使教育更加以人为本，因材施教，教育效率和教育质量都有极大提高，教育也更符合现代国家人才培养需要。

(五)教育准备阶段的变革

教育大多是由准备好了的施教者和准备好了的受教育者在一个准备好了的教育空间里开展，这三个方面的准备共同形成一个准备阶段。教育过程中的准备工作是教育过程不可或缺的组成部分，因而准备阶段的变革是整个教育变革的重要部分。教育准备阶段主要是为了形成教育场景。所谓教育场景的形成是指施教者、受教育者、教育空间这三者流动而形成教育场景。在传统教育中，施教者、受教育者和教育空间均是真实的人和物，而在智能技术条件下施教者和教育空间可以是虚拟的，例如教学系统和教育机器人就是虚拟的教育者。由于传统教育一般在约定的时间和约定的实体空间进行，创建实体空间需要时间和金钱，人的流动也需要时间和金钱，因而传统教育依赖较多的实体条件，成本也高。智能技术的运用则极大地加速了教育场景的形成过程，虚拟的施教者、虚拟的教育空间和教育机器人使学习可以随时随地进行。在虚拟的教学场景中，授课、交作业、答疑、讨论、评卷等，均不需要或较少需要人或物的流动和实体空间的创建。鉴于对这些便利、成本、价值等的考量，已有不少国际著名大学走在智能教育应用的前列，它们将部分课程改成全网络课程，或将课程的一部分改成网络授课，在减小对教学楼的需求的同时，也减少了对教师的需求。另外，云端一体化系统的教学也能减少真人和实物的流动。比如，教师的备课内容、学生交作业、师生答疑和讨论等都可以搬到系统上进行，不需要人和物的流动而只需数字资料的网络流动。可见，智能技术条件下教育场景的形成发生了质的变化。

教师备课也是教育准备阶段的重要一环。在智能技术条件下教师备课的方法和途径变得多样而便捷，这是因为教师可以充分运用智能系统进行备课。比如利用云端一体化系统，教师备课可以在有云接入的任何地方进行，教师不仅可以运用云端上的智能工具辅助生成课件等授课资料，也可以有效地参考云端上已有的类似课程的资料，还可以在云端协作备课等，重要的是这些存储于云端的备课资料可以直接在课堂端使用(16)参见刘海等: 《多学科资源工具研制与教学实践创新研究》，《电化教育研究》2018年第4期。。与传统备课方式相比，利用云端一体化系统大大节省了教师备课所需要的时间和精力。

教学效果评价是教师准备下一阶段课程的重要依据， 因而也是教育准备阶段的一部分。教学效果评价主要包括学习行为分析评估、作业批改、测验考试、学生反馈等方面。由于智能技术在教育的运用，教学效果评价方面也发生了很大的变化。智能教育平台提供了许多智能化评价工具，可供准确、即时的自动评估。比如， 智能上课考勤系统、智能上课行为检测与分析系统、自动考试系统、自动监考系统、智能的个性化学习诊断和学生反馈分析等，这些智能工具大大提高了教学评估的准确性和即时性。

四、四大智能技术变革教育的途径和方法

智能技术变革教育的过程是个宏大的系统工程。前面通过五字母教育过程模型对智能技术条件下的教育进行了建构和界定，五字母所代表的教育空间、施教者、受教育者、教育效率以及教育准备阶段都深深打上了智能技术的烙印，具有智能化的特征，从而从整体上把握了智能技术条件下教育在内容和形式上发生的变革。厘清智能教育这一所指，只是完成了研究问题的一半。智能技术与教育之间到底是何种作用关系，教育又如何随着智能技术绽放智能的光彩？沿着这些思考，下面将具体分析人工智能(Artificial Intelligence)、云技术(Cloud Technology)、大数据(Data)、区块链(Blockchain)四大智能技术在变革教育中的角色和作用。这四大智能技术是目前智能教育的支撑技术，它们形成了一个强大的“智能圈”，促进智能教育发展。四大智能技术在推动智能教育发展方面既有共同之处，也有各自独特之处，下文将予以分别论述。

(一)四大智能技术变革教育的共同之处

1. 极大地提升教育成效

由于虚拟教育空间具有低成本复制和网络流动的特点，因而人工智能虚实结合的教育工具可以大大提高教育的投入产出效率。在虚拟空间中，知识表达方式变得更加丰富，“看不见的知识”以可视化形式呈现，从而提高了知识点的可理解性。同时在虚拟空间中，虚拟和现实相结合的教学情境的创建，可以帮助学习者掌握和运用自主学习所需的技能和方法，引导他们主动进行探究式学习，极大地提高了学习的自主性。学习者还可以根据自己的需求，直接在智能平台上进行知识实践活动，完成学习任务，提高掌握知识的效率。不仅如此，智能学习平台因为拥有海量的教学资源和学习工具，教师可以自由运用各种资源和工具进行文本、图片、音频、视频等形式的教学课件制作，上传下载，共享平台资源。这些获取教学资源的新途径不仅能极大地提高教师备课效率，提高教育的投入产出效率，还能提高知识的更新和传播效率。

另外，各智能平台通过集成资源和工具还可以极大提升教学效率。其一，提高课堂教学效率。有实验证明，利用智能平台的学科工具和教学资源可大大提高课堂效率。例如运用二维动态几何工具可以更精确、更直观地带领学生学习几何知识。如在探究两圆位置关系时，借助工具拖动就能让学生清楚地观察到两圆内切的各种情况，不仅课堂教学时间得到充分地利用，学生掌握知识点也更容易了，课堂的学习效率提高了(17)参见刘海等:《多学科资源工具研制与教学实践创新研究》，《电化教育研究》2018年第4期。。其二，提高教学诊断的效率。这主要表现在教与学过程中所进行的诊断中。教师可以利用智能教育系统，针对教学知识点来出卷和考试，快捷而又全面地统计学生的学习情况，整体把握学生的学习效果，也可以利用智能教育系统中的评估工具快捷地发现学生的学习难点，根据这些难点对学生提供进一步的辅导。同时利用智能教育系统，教师还可以基于学习数据的分析结果，针对不同层次水平的学生制定不同的学习进度和学习策略，真正实现差异化教学，使每一位学生得到最适合的学习和发展。其三，提高教学互动环节的效率。由于智能教育平台上的工具能实现无感数据的自动采集和对学生学习路径的跟踪，而且能提供多学科资源和工具以契合学科特点且满足学科教学需求，因而能够在很大程度上支持师生和生生之间有效交互，提高教学效率。

2. 实现个性化精准教育

教材更新与实现精准教学密切相关。传统教材具有较强的稳定性，一旦固化成教材，经年不变，跟不上知识更新速度。在智能时代，知识更新换代加快是其显著特点，尤其在前沿技术和工程领域，知识可谓“日新月异”，与之相应，各学科的课程内容也需及时更新。以传统方式编写和更新教材如老牛拖车，已经不能满足教学对知识更新的要求。而智能知识检测与挖掘工具在教材编写方面具有极大的优势，它能高效、快速地提供最新知识，辅助设计出最新的课程体系。如有研究者所言，智能工具改变了编排课程的方式，快速提升了课程内容更新的速度(18)参见靳玉乐、张铭凯、孟宪云：《信息技术时代的课程论发展》，《华东师范大学学报 (教育科学版)》2019年第4期。。

智能技术尤其是大数据分析在精准教学研究方面同样扮演着重要的角色。当课程和教材确定后，智能工具首先收集和总结教师经验、学习者行为，并构建实时教学画像、学习者知识画像、学能画像、学习偏好画像，构建知识图谱和学习策略谱；然后，智能工具结合各类画像、知识图谱、学习策略谱、学习资料的难易度进行推理，发现最合适的教学方法和顺序，制定精准的学习方案，构建描述所有学习路径的网络图，从中发现最优学习路径(19)参见李浩君等：《个性化移动学习路径优化策略应用研究》，《电化教育研究》2016年第1期。。

比较而言，教材内容、知识新旧、学习者能力、学习偏好等比较容易把握。然而， 学习者的学习效果还受能力、心理、情感、态度等因素的影响，人们对这些方面的认识和把握往往似是而非、模棱两可。而智能技术则不同，它对学习者的学习能力、心理的捕捉和分析大大超过了人类。由于智能技术整合了智能感知、学习分析、情感计算等技术，它不仅可以感知学习者的个人知识、学习、情感、心理等特征，还能感知学习者与人交互时所表现出的社会性特征。因此，利用智能技术我们可以构建准确的学习者画像模型，精准地评估学习者各方面的特征，及早预见和准确掌握学习者学习过程中出现的生理、心理问题以及其他动态，并进行及时干预。

智能技术的精准性已在实践中得到了证实。美国普渡大学的“课程信号系统”、美国几所大学正在使用的 Moodog 以及美国西部开发的 PAR 系统都是智能技术推动教育精准化的应用实例。在中国，智能技术在教育中的应用主要由公司推动，比如松鼠 AI 推出的中学各科的诊断和推荐系统(20)参见Li H., et al.， “Yixue Adaptive Learning System and Its Promise on Improving Student Learning,” 10th International Conference on Computer Supported Education, 2018.，StarC 系统的中小学数学诊断工具(21)参见刘海等:《多学科资源工具研制与教学实践创新研究》，《电化教育研究》2018年第4期。。这些智能教育精准化系统各有侧重，但基本流程相差不大。首先是收集数据，主要收集学生的背景数据，如国籍，家庭背景，学术数据(如学习成果、学到的知识点、错题本等)，行为数据(如各类学习的时长、各类活动数据、消费数据等)，身心数据(如情绪变化、释放情绪数据等)。随后是依据数据描述学习者的各种画像，如学生成绩、学习风格、知识点、行为、消费等方面的画像。最后是数据分析结果的应用， 如根据学生的画像精确引导学生采用适合自己特点的学习材料、学习路径和学习节奏。除此之外，还有些其他的应用方式，如 Signkls 系统以交通信号指示灯的方式，让学生了解自己在课程学习过程中的学习状况，良好、中度危急和严重危急三种学习状态分别用绿色、黄色和红色信号指示灯表示。

总之，智能技术尤其是人工智能、大数据技术对教育效率的提升和个性化精准教育的实现发挥了极其重要的作用。不仅如此，这四大智能技术还各自具有独特性和优势，在教育智能化的变革中发挥着独特的作用。可以这么形象地比喻，人工智能好比工厂生产产品，教育云好比快递员将产品集合并快速传递，大数据如精算师精准计算需要何种产品，而区块链好比警卫负责产品安全传送。为清晰起见，下面分别论述四大智能技术的独特之处。

(二)四大智能技术变革教育的独特之处

1.人工智能的虚拟生产和替代性对教育的变革作用

人工智能的生产性使之在智能技术中占据首位。如果将人的智能分为计算、感知推理、理论建构三个层次，那么目前机器智能处在中间层次，也就是感知推理的层次。我们认为，教育主要采用感知推理的途径进行知识传授，所以人工智能是变革教育的核心技术，发展人工智能技术推动教育变革必将大有可为。

其一，辅助或部分替代真人的教学事务。一个真人教师面对的教学事务可谓繁多——备课、上课、出卷、评卷、批改作业、学情诊断、辅导、讨论等，教师往往感到分身乏术，难以全盘顾及，这是很多教师日常工作遭遇的苦恼。人工智能技术可为真人教师排忧解难，辅助或部分替代真人教师完成一些事务。比如在备课、授课效果自动评价等方面，由智能搜索代替真人教师寻找教学所需的资料，由智能生成技术生成教育资源，再由智能考试系统代替真人教师完成出卷、监考以及评卷等，在这些教学事务中，智能工具能发挥极大的作用，分担教师的工作。智能生成教育资源的服务甚至能根据教师、学生个性化特征，自动寻找、关联、生成与汇聚适合的教学资源， 实现从人找资源到资源找人的转变。

其二，建构智能教育空间和虚拟施教者以完成教学活动。这体现在两个方面：一方面是在结合教学法的基础上采用人工智能中的化身技术、虚拟现实、虚拟教师，由虚拟施教者在虚拟的教育空间中提供教育服务；另一方面是在实体教室中，结合传感器感知技术和虚拟现实技术等构成智慧教室。教育虚拟性的实现不仅很大程度上节省了人力和物力的投入，还极大提高了教育的综合功能和效益。

其三，教育机器人推动和实现人机协作的教育。教育机器人，顾名思义，乃是模拟人实现教育功能的机器，是集成众多技术具有主动向学习者施教功能的人工智能产品。教育机器人可以模仿人的模样，也可以是无影无形全然虚拟的。教育机器人的研制推动和实现了人机协作的教育。这表现在：(1)教育机器人是智能的家庭教师，承担辅导学生课外作业的任务。教育机器人基于先进机器解答算法可以为学生提供答疑、作业批改、作业讲解、作业陪练等，还可以根据学生个性化特征自动编制出个性化学习方案和内容，实现从学生找资源到机器人按最佳时机传送资源到学生的转变。(2)教育机器人是全能的生活助手。教育机器人能够实时提供学生所需要的成长知识、心理知识、社会知识、日常信息等各方面信息和知识，还可以监测学生的健康状况和充当保健医生，督促学生学习和开展其他活动。(3)教育机器人成为学生、家长和老师之间的沟通桥梁。教育机器人能协助真人教师评估学生的发展情况，还可以为教师和家长提供全面、客观、有科学数据支撑的综合素质评价报告。当然，目前教育机器人的开发和应用只是处于起步阶段，还需要不断地研发和推广。

2.教育云的聚合性和流动在场性对教育的变革作用

近十多年来，教育云已逐步运用于各级教育系统。教育云已发展到了云端一体化的新水平。所谓云端一体化是将教育的参与者、教育空间、教育资源以及教育智能工具等纳入到一个平台，实现教育各方面的数字化聚合，提高发生教育“化学反应”的概率。教育云，顾名思义，如天空之云，比喻教育如云聚合， 且无处不在。教育云的这种智能聚合和在场性给教育带来了巨大的变革。

其一，教育云技术增强了教育空间的流动性。教育云平台提供的“云学校”“网络课程”“微课”“云课堂社区”“微学苑”等数字化流动空间，打破了物理空间的限制，使教育空间和施教者依据学习者的位置和时间而流动，提高了学习者时间利用等方面的效率。教育云因其流动性而在场，因而所有的教育资源能够被快速共享。无论在现代都市或偏远乡村，学习者都能共享教育云。由此可见，教育云不仅为学习者提供了教育形式的多样性和及时性，而且还大幅推动了教育资源的均衡化发展。

其二，教育云的聚合性和流动在场性为教育活动节省了时间。这具体表现在：(1)为学习者的学习活动节省时间。在传统的教育活动中，学习者必须到达指定的场所，这个准备阶段得花大量的时间。而教育云提供的数字化流动空间让学习方式更加自由，学习者可以自主安排时间和地点进行学习。这样，教育活动不再只限于实体教室，可以在任何有网络数字流动的地方进行，从而为学习活动节省了时间，提高了时间的利用效率。(2)为施教者的教学活动节省时间。由于教育云平台可提供丰富的课程资料、编辑工具、搜索工具和学科工具，教师可以充分利用这些资源，相应地节省了教师备课环节所需要的时间和精力。同时，教育云平台使得教师备课、上课、批改作业等教务活动不因物理空间改变而改变，都能在同一个网络空间里进行， 从而大大节省了教师的资料管理时间。另外教育云平台也为教师的课堂教学节省了时间。比如教师可以通过教育云平台提前让学生完成一些实验和预习学习， 在正式的课堂中则针对主要问题进行教授和指导，为课堂教学节省出时间，提高了课堂的效率；或者教师可以通过前测问题的设置和学情分析系统对相关数据进行分析，掌握学生的学习情况，及时采取相应的后续措施，帮助学生更好地学习。

其三，教育云的流动性和共享性降低了教育的投入成本。教育云的应用，减少了建造实体教育空间的需求，从而降低了教育的投入成本。另外，教育云支持个人资源、校本资源、区域资源的共建与共享，这样一来，优质的教育资源可以一次制作，多次多地使用，从全局来看，这也为教育的投入节约了成本。而且，在这些虚拟的教育空间中，所有人创造的教育资源都能进行快速的共享，并将其传送至全国各地，尤其是把发达地区的优质教育资源输送到边远落后地区，这样就降低了教育资源制作成本，降低了国家投入，其意义重大而深远。

3.大数据的精准研究范式推动了教育的变革

受制于人脑一次能处理的数据量的限制，在传统的教育研究中，不论是对教育规律的认知还是各类有关教育的分析和评估，都只能基于小数据进行，对于大规模的复杂问题的处理则采用抽象成概念的办法。近年来，教育大数据作为一种研究范式异军突起，备受青睐。2012 年 10 月美国教育部发布了题为《通过教育数据挖掘和学习分析技术来提高教与学: 问题简述》的报告，极力推动教育大数据挖掘和学习分析在教与学研究中的应用，以准确发现教学中的问题，进而提高教与学的质量。该报告实质上为教育研究提出了一个新的范式，即教育大数据研究范式。所谓教育大数据研究范式，就是通过教育数据挖掘、学习分析以及可视化数据分析，来改进自适应学习系统和实现个性化学习。大数据研究是实现精准化的研究范式，对教育产生了重大的影响。这主要表现在：其一，大数据技术催生了教育研究的新范式。在科学研究中，实证、理论和计算三种研究范式已被广泛采用，而大数据技术带来了“第四研究范式”。根据《第四范式：数据密集型科学发现》，这一范式为数据密集研究范式。在该书中，作者论述了各领域的科学研究与大数据结合的必要性以及数据密集科学对不同领域科学研究方法的影响。具体到教育领域，教育大数据带来了教育研究方法的变革，正在形成教育计算范式。目前教育大数据已成为新的学科研究方向，不少高校成立了国家教育大数据应用技术工程实验室，并在全国多地建立分实验室。在研究方面，有学者依据大数据处理一般流程同时结合教育研究的特点，构建了教育大数据从收集到应用的体系框架，该框架从下往上依次为： 教育数据采集层、教育数据清洗层、教育数据处理层和教育数据应用层。基于这样的教育大数据平台，采用先进的数据收集和处理技术，我们可以获得全面且可靠的教育数据。教育大数据研究范式的特征可以概括为以下几方面：(1)收集学习者的知识积累、学习动机、元认知、学习态度、学习行为、教育效果、生活、家庭背景等方面的精准数据，建立高精度的学生画像；(2)基于高精度的学生画像、学习内容、学习目标，寻求最优教学路径和相应的教学策略;(3)建立各种教育过程和教育程序的计算模型，推动教育的精准研究；(4)基于教育管理数据并结合产业发展数据，采用人力发展和流动模型预测并规划各类人才的培养规模。可见，在教育大数据的支持下，采用数据密集研究范式，教育研究正在发生实质性的改变，即从定性到精准定量、从问卷调查到客观数据收集、从节点数据到过程数据、从统计分析到先进数据分析算法。大数据研究范式给教育科学带来新的理论和研究方法。其二，教育大数据技术催生了个性化精准教学。大数据研究范式是一种新的研究方法。方法是为目的服务的，教育大数据技术强调的是通过大数据的挖掘和学习分析发现教育中的问题，做到结论的准确性、可靠性，从而实现基于各种诊断和画像的个性化精准教学。总之，大数据的精准研究范式推动了教育的变革。

4. 区块链对教育的变革作用

区块链是近年来出现的新技术，具有六大特征，即去中心化、可信任、可加密、开源性、匿名性、可追溯性。由于这六大优越特征，区块链技术在教育领域的应用迅速在世界范围内展开(22)参见黄贵懿：《基于区块链技术的学习成果认证管理系统研究》，《现代教育技术》2021年第1期。。从现有的技术研究和实践成果来看，区块链技术在教育的作用和影响主要是推进教育资源的共创共享(23)参见刘丰源等：《基于区块链的教育资源共享框架探究》，《现代教育技术》2018年第11期。。区块链技术可以准确记录教育资源使用的情况(24)参见杨现民等：《区块链技术在教育领域的应用模式与现实挑战》，《现代远程教育研究》2017年第2期。，这将带来教育资源的可追溯的版权保护，从而帮助制定公平而又低成本实施的利益分配方案，促成教育资源共创共享局面的形成。教育资源的共创共享可以提高有限教育资源的利用率， 提高教育的投入产出并均衡教育资源配置。区块链技术使学习者可以便捷地选择共享节点访问资源，提高不同角色区块之间数据交互的效率，高效地实现教育资源共享，达到提升教育资源使用效率的目的。区块链技术还可以将教育智能合约嵌入到教育资源从而实现资源交易智能化，构建更有效率的教育智能交易系统(25)参见金义富：《区块链 + 教育的需求分析与技术框架》，《中国电化教育》2017年第9期。。教育资源的物流信息将被智能合约追踪、记录，当学习者确认收到学习资源时，系统自动完成支付。所有的教育资源和服务均可以根据学习者的个性需求实现点对点交易。有学者正在尝试构建基于区块链的数字化教育资源共享框架和模式，从数据记录、资源交易、资源共享和资源管理四个层面探索区块链技术对数字化教育资源共享模式的变革(26)参见全立新、熊谦、徐剑波：《区块链技术在数字教育资源流通中的应用》，《电化教育研究》2018年第8期。。由此可见，区块链技术进一步提升了教育资源和信息的安全和可信度，使得智能教育服务可以健康有序地发展。

综上所述，人工智能、教育云、大数据、区块链四大智能技术对于教育的五个方面发挥了极其重要的变革作用。我们发现，这四大智能技术武装了教育的提供方与接受方，智能时代的教育实际上是智能教育活动的过程。具体而言，在 Z 所代表的准备阶段，智能技术通过智能搜索、自动生成、智能评估帮助施教者和受教育者准备学习资料，节省了准备时间， 提高了时间使用率。在 S 所代表的教育空间方面，智能技术建构了虚拟教育空间，提升了教学空间的智能水平。在 P 所代表的施教者方面，智能技术通过提供以教育机器人为代表的虚拟教育者而发挥作用，促进了人机合作的教育模式。在 L 所代表的受教育者方面，智能技术通过各种智能技术和教育工具武装学生，改变其学习方式，提升其学习效率。在 K 所代表的教育效率方面，智能技术通过提供泛在学习平台、精准教学路径和数字化的知识传播方式而发挥作用。

四大智能技术又各有侧重和优势。相对而言，人工智能技术对于教育的变革作用主要体现在智能教育工具与教育空间的替代性和人与机的合作性，克服了人和物的局限，智能地为教育服务。教育云对教育的变革途径主要是实现了教育资源、教育空间、教育工具、施教者、受教育者在云上的虚拟大会合，消除地域障碍，实现优质教育资源的共创共享，促进了教育公平，提升了教育的投入产出效率，实现了大规模个性化教育。教育大数据则为智能算法提供了数据基础，使得教育得以实现精准化。区块链技术进一步提升了教育资源和信息的安全和可信度，使得智能教育服务可以健康有序地发展。总之，这四大智能技术相互支撑，形成一个强大的智能技术圈，在教育的五大方面发挥了极其重要的作用，使得教育在内容和形式上发生了质的变革。

五、智能技术变革教育的途径和机理

本文旨在通过分析智能技术变革教育的理论研究和实践，提炼出智能技术变革教育的途径和机理。鉴于教育这一研究对象的“无限性”，我们首先创建了一个能高度概括教育诸多要素和场景的五字母教育过程模型；然后基于五字母教育过程模型，分析智能技术条件下教育在五个方面所发生的变化，从整体上把握智能技术给教育的内容和形式带来的质的变革； 接着，具体分析人工智能、区块链、云技术、大数据四大智能技术推动教育变革的途径和方法；最后经过以上两方面探究而形成透视思考，提炼出智能技术变革教育的途径和机理。我们称这样的研究方法为模型透视法。

通过模型透视法，我们将智能技术变革教育的途径概括为以下六个方面：(1)创造大量的虚拟教育空间和虚拟施教者，丰富了教育空间和施教者。(2)提升教育服务的数字流动性。如，教育云以及移动网络将虚拟教育空间和虚拟施教者远距离提供给受教育者，学习者快速获得教育服务；教育机器人实现面对面类人交互教育；区块链技术通过保障信息可信度促进教育资源流动。(3)提升教育的获得效率。智能技术通过一系列途径提高学习者的教育获得效率，比如通过提供精准教育服务优化教育过程，通过数字化传输以及通过机器人参与提升教学效果等方法提升教育的获得效率。(4)自动完成部分智能工作。目前很多智能教育工具能够独立完成一些类型的教育工作，如自动评卷、自动考试系统、自动监考、智能诊断、大数据学习分析、智能教育管理系统、教育效果评估等。(5)基于教育大数据实现精准教育。由于传感技术和教育各环节的信息管理系统能够获得教育的全过程和多层面的数据，基于这些丰富的教育数据，精准教育研究、精准教育评估和精准学生画像均可实现，且一旦这些技术与高精度知识图谱结合则可实现精准的教育。(6)人和智能技术协同提升教育效率。例如应用云端一体化教学系统、教育机器人可以有效地提高教师的教学能力和效率，而被智能技术武装的学生则可提高其教育投入产出效率、时间利用效率，进而提升其教育成效。

在对智能技术变革教育途径探究的基础上，进一步提炼，我们发现隐藏其中的智能技术变革教育的机理，大体归结为四个面向：(1)智能技术通过技术构建虚拟教育空间、虚拟施教者、高端技术教育资源以提高教育供给侧的质量；(2)智能技术提升教育供给侧的流动性以突破教育的时空限制，从而增加教育供给侧与学习者相遇而发生教育反应的机会和亲和度；(3)通过个性化精准教育技术、教育机器人、智能教育环境以及富媒体教育展示技术提高学习者获得教育的效果和效率；(4)通过技术武装学习者增加和增强其接受教育的机会，降低其教育成本，提高其学习效果。

本文对智能技术变革教育的理论和实践进行了总结，对智能技术变革教育的途径和机理进行了研究。对智能技术变革教育进行研究的最终关怀是促进人才培养。智能技术通过为社会、学校、家庭、个人提供全面的教育技术支持，极大地提升了教育的可获得性、学习过程的科学性、知识的可接收性，从而相应地提升了教学效果、知识传播速度、教育公平性、教育的社会效益等。目前，智能技术发展和应用还只处在初始阶段，智能技术的发展关乎未来教育，今后必将发挥其强大作用，助推我国成为教育强国。