人工智能在特殊教育中的应用研究

蒋小艳,戴 玥,崔 燕

(南京特殊教育师范学院,江苏 南京 210038)

0 引言

21世纪初,随着大数据、高性能计算和深度学习技术的快速发展,人工智能(Artificial Intelligence,AI)进入新一轮的发展热潮,对经济发展、社会进步等方面产生深远影响。人工智能领域的研究在两个方向上有所突破,第一类新系统已经进入应用阶段,能够打破人类所能吸收的经验被广度和规模限制的局限性,以极高的速度检查有意义的海量样本,不仅能理解视觉、听觉以及书面信息,还能理解计算机与网络中的数据;第二类新系统来自传感器和执行器的结合,不仅可以看、听、感觉,还能与其所在的环境进行互动[1]。

人工智能的飞速发展,对教育领域的影响越来越大,人工智能与教育的深度融合与发展,必将推动新一轮的教育形态改革[2]。我国政府高度重视人工智能对教育产生的深刻影响。2017年7月,国务院印发的《新一代人工智能发展规划》中明确提出中国新一代人工智能实行“三步走”发展战略;2018年1月,教育部公布了高中新课标,人工智能正式纳入了新课标;2018年3月,李克强总理在第十三届全国人民代表大会第一次会议上指出:“做大做强新兴产业集群,实施大数据发展行动,加强新一代人工智能研发应用”;2018年4月,教育部印发《高等学院人工智能创新行动计划》,提出未来将形成“人工智能+X”的复合专业培养新模式;2018年5月,教育部又发布了《教育信息化2.0行动计划》,计划指出要建成国家教育资源公共服务体系,使国家枢纽和国家教育资源公共服务平台、32个省级体系全部连通,构建网络化、数字化、智能化、个性化、终身化的教育体系,建设人人皆学、处处能学、时时可学的学习型社会;2019年5月,“国际人工智能与教育大会” 通过了《人工智能与教育北京共识》文件,该文件是联合国教科文组织首个关于人工智能与教育的共识文件,确立了人工智能和教育深度融合的战略共识。

“人工智能+教育”推动着教育快速发展,如自适应学习、虚拟助手、专家系统等,为学习者个性化学习提供了技术保障[3],“人工智能+特殊教育”研究与应用也逐步引起专家学者及特殊教育一线教师的关注。人工智能在特殊教育中的优势主要体现在其个性化、差异化和自我改进等特性,人工智能为残疾人的个性化教育提供了有力的支持,为特殊教育带来前所未有的发展机遇。杨现民等研究[4]认为人工智能可以解决3个层面的教育问题,分别为面向特殊人群的补偿性教育、针对常规业务的替代式教育以及服务个性发展的适应性教育。目前,人工智能已经在视障、听障、自闭症、言语障碍、肢体残疾等残障群体应用实现技术突破。

1 人工智能与特殊教育融合已初显成效

1.1 人工智能助推听障学生无障碍交流

2004年,世界第一台AI人工智能助听器诞生,这是自1995年丹麦奥迪康推出世界第一台数字助听器后又一次新的技术革新,AI人工智能科技大大提升了在变化及复杂高噪音环境中的助听效果。微软和罗切斯特理工学院的NTID (National Technical Institute for the Deaf)进行合作,通过使用微软的AI语音和语言技术帮助听障学生更好地进行课堂学习[5];美国波尔得( Boulder) 语言科技公司董事长兼首席科学家罗纳德·科尔(Ronald A.Cole) 教授团队研发了智能导学系统,该系统通过嵌入一个智能化的虚拟导师,以帮助聋哑儿童完成学习任务并练习发音,试验结果表明聋哑儿童在学会知识的同时,表达能力也得到了相应提高[6];我国一些高等特殊教育院校利用科大讯飞“听见语音转写系统”为听障学生进行授课,该系统利用自然语言处理技术和语音识别技术将教师的讲课声音实时转换为文字,可以较大地提高教学效率[7]。由此可见,人工智能在听障学生中的应用主要体现在3个方面,一是基于人工智能技术的助听设备助力听障学生的学习,二是语音文字转换系统将语音转换成文字让听障学生学习知识,三是智能导学系统助力听障学生学习及发音训练。

1.2 人工智能助力视障人群“看”世界

视障学生可以借助人工智能设备将眼睛看的内容转换成听的内容或者盲文。基于人工智能开发的屏幕阅读工具(Facebook,2016)可以将网页和文档转换成合成语音,为视觉障碍患者提供方便[8]。Seeing AI(微软公司,2017)使用神经网络技术分析周围环境并以语音方式将信息传递给视障患者,Seeing AI 不仅能识别出周边景象和人,甚至可以判断与之交谈对象的年龄和情绪等,将信息转化为音频或传统盲文[9]。嵌入高科技导航功能的白手杖(美国麻省理工学院,2017)可以在识别出障碍物后通过电机振动来提示用户[10]。我国昆明理工大学Eye See团队设计研发的Eye See耳机具有人脸识别、体貌特征识别、场景识别、文字识别和智能避障等功能,该耳机利用图像识别、语音交互、激光测距等技术,并结合人工智能帮助盲人感受世界[11]。

1.3 人工智能实现自闭症学生教育干预

在自闭症儿童教育康复中,人工智能也起到了积极的作用。自闭症属于广泛性发育障碍,普遍存在社会交往障碍、言语和非言语交流缺陷、兴趣狭窄和行为刻板等临床表现。英国学者K·Dautenhahn教授带领他的科研团队于1998年开始进行一项利用人性化机器人作为媒介和手段,发展孤独症儿童社会交往能力的专门研究,称为“曙光计划”(The AURORA Project),其目标是研究机器人如何作为一种“玩具”发挥出对孤独症儿童教育治疗的作用。研究表明,机器人技术能够提供一个相对简化的社会交互环境并能够逐步增加社会交互的复杂性。通过与机器人的轮流游戏和模仿游戏,孤独症儿童能够习得基本的社会交往技能[12]。哈尔滨点医科技开发的情感智能机器人RoBoHoN医伴宝能够帮助自闭症患者进行康复治疗。国外英国赫特福德郡大学自适应系统研究小组开发的智能情感社交机器人Kaspar,不仅能帮助自闭症患者进行学习,还能帮助其康复治疗、重新获得语言技能和社交技能[4]。

2 人工智能促进特殊教育发展的积极因素

2.1 弥补感官功能缺陷,实现教育补偿

缺陷补偿理论认为,人的各种生理机能和中枢神经系统具有较大的可塑性,个体机体被损害的机能可以被不同程度地恢复、弥补、改善或替代。比如视力残疾儿童,占个体感知80%以上信息的视觉通道堵塞或不太畅通后,通过听觉、触觉、嗅觉、运动觉等的代偿作用,或由其他健全感觉器官直接代偿感知,或想方设法将有关信息转换成可代偿感知的信息感知[13]。人工智能可以拓展人类的感知和行动能力,运用人工智能可以弥补个体的听障、视障等缺陷,实现教育补偿。

2.2 发挥特殊儿童潜能,实现个性化教育

脑瘫、自闭症儿童往往在语言和交流等社交技能方面存在障碍,且这些残疾儿童彼此之间在自身障碍和社交能力方面不完全相同,因此需要采取个性化教育才能真正起到作用。人工智能通过技术手段可以分析学习者的测试和反应,实现对残疾学生的精准评估,确定他们的需求与兴趣点,根据学习者的年龄、障碍程度、心理特点等为其专门设定相应的进程,最大限度满足不同特殊人群的需要,促进其个性化学习[4,14]。

2.3 缓解特殊教育师资不足

当前我国特殊教育师资数量严重不足,且在教师队伍结构、专业素养等方面存在诸多问题[15]。教师可以借助基于人工智能技术的应用系统对残疾学生的学习进行干预。例如智能教学系统(Intelligent Tutoring System,ITS)借助人工智能技术可以模拟教师对学生进行一对一辅导,也可以在一定程度上代替教师帮助学生获取知识和技能,提供有针对性的实时反馈,以及教育资源的智能推送;再如智能导学系统MindStar Books为教师提供了制作教材的工具和环境,教师可以在教材中设计听力理解活动;iSTART (Interactive Strategy Trainer for Active Reading and Thinking)旨在帮助学生理解复杂的科学文章,训练学生的理解能力[6]。此外,还可以利用教育数据挖掘(EDM)技术采集残疾学生的行为数据,如学习表现、学习任务完成情况等,以便教师为残疾学生提供教育支持。以上基于人工智能的教育教学系统不仅可以应用于残疾学生以实现个性化教育教学,同时在一定程度上缓解特殊教育师资不足的问题。

3 人工智能驱动特殊教育发展的思考

3.1 紧密加强校企合作,推进特殊教育发展步伐

残疾学生在各方面差异显著,个性化教育是提高特殊教育质量的重要方式,也是未来教育的发展趋势,推进特殊教育与人工智能技术深度融合,对实现个性化教育和促进残疾人公平教育发挥着积极的促进作用。人工智能驱动特殊教育发展,既对特殊学校教育理念、硬件设施、师资等方面提出了更高的要求,同时对人工智能产品的设计开发者也提出了相应的要求。人工智能产品研发人员不仅要了解残疾学生的需求,还要对他们的生理与心理特点有深入的了解,这样设计开发出来的产品才会真正起到辅助个性化教育的作用。因此,特殊学校与人工智能企业需要加强合作,如构建校企合作平台,大力加强人工智能在特殊教育中的探索与应用,让技术研发人员充分认识残疾人的身心特点,充分了解特殊教育的本质和教育教学过程,让特殊教育教师理解人工智能在教育教学等各方面应用的可能性,转变教学理念,成为需求提出者[16],使得人工智能的优势得以充分发挥,推动人工智能与特殊教育的深度融合,促进“人工智能+特殊教育”的发展。

3.2 特殊教育教师需积极适应新技术的变革,重新定位角色

人工智能给特殊教育带来机遇的同时,也给教师带来了机遇与挑战。人工智能让特殊教育教师从传统的教学模式中走出来,辅助教师更好地实现残疾学生的个性化教育。但是如何充分利用人工智能实现特殊教育教学质量的显著提升是需要教师认真思考与探索的一个问题。从现有文献检索结果来看,人们更多地关注如何利用人工智能技术的优势,提高普通教育领域中的教学、管理以及个性化学习的效果、效率和效益,实现教育自动化、网络化、智能化、个性化[17],但对于人工智能在特殊教育领域的关注度还不够,其研究与应用尚处于起步阶段。特殊教育教师有责任和义务深入学习新的教育技术,对自己在教育中的角色重新定位,积极探寻新的教育方法,并适时运用到特殊教育实际中。在人工智能迅猛发展的背景下,国家出台相关文件对教师提出了相应的要求,《国家教育事业十三五规划》中明确提出要“综合利用互联网、大数据、人工智能和虚拟现实技术探索未来教育教学新模式”,2018年《中共中央国务院关于全面深化新时代教师队伍建设改革的意见》明确指出:“教师要主动适应信息化、人工智能等新技术变革,积极有效开展教育教学。”未来人工智能与特殊教育的深度融合,要求教师更新教育理念,适应新技术变革,转变教育方式,对教师的学习能力提出了非常高的要求和期待。