基于人工智能的教育应用及其对中国教育公平的意义
王奕宸
（北大附中道尔顿学院，北京 100080）
摘要： 文章对现阶段人工智能在国内教育的应用做了深入的调查研究。研究表明，虽然大多数受访者不经常使用这些基于人工智能的应用，但他们仍然满意这些应用，并对这些应用的未来充满信心。同时，大多数受访者认为这些基于人工智能的教育应用是对传统教育的重要补充。这些调查结果对中国的教育机构、教育相关类公司和教育工作者具有重要的启示：基于人工智能的教育应用具有良好的社会基础和广阔的发展前景。如果国内的教育机构能够更大规模地开展这些应用，特别是K12型慕课，将对中国的教育公平做出重要贡献。
关键词： 人工智能；教育应用；K12型慕课；教育公平
一、引言
虽然在下一个十年，我们可能不会看到机器人像教师一样教书，但人工智能可能在教育领域产生巨大的改变。在现阶段，已经有许多的研究者开始讨论基于人工智能的教育应用，一些政府机构、教育类公司和研究者已经开展了一些试验性项目，希望通过利用基于人工智能的教学方法，提高学生和教师的教学体验。
Writers（2012）曾提出了人工智能改变教育的十种方式：（1）人工智能可以使日常教学活动（如分级）自动化；（2）教育软件可以与学生的需求相适应；（3）人工智能可以指出课程需要改进的地方；（4）学生可以通过人工智能导师得到额外的支持；（5）人工智能驱动的程序可以给学生和教育工作者提供有益的反馈；（6）它将改变我们发现信息并与信息互动的方式；（7）它将改变教师的角色；（8）人工智能使试错学习方法更容易执行；（9）人工智能大数据将改变学校招生、教学和后勤支持的方式；（10）人工智能将使学生的学习地点、教师的角色和获得知识的方式变得多样化。
按照Lighthouse互联网实验室（2018）的分类，基于人工智能的教育应用主要有以下四个方面：
1.自适应学习和教育。根据学习者现有知识水平，为他们提供个性化难度的课程和习题等，从而提高学习者的学习效率。这是人工智能教育应用的一个重要方面，现在国内的一些教育平台如VIPKID、朗播网等，都是这方面的重要代表。
2.1 两组临床疗效比较 观察组临床治疗有效率优于对照组，差异有统计学意义(χ2=5.455，P=0.020)。见表1。
2.虚拟学习助手，如人机练习。它为学习者提供答疑、咨询、助教、导师等服务。相关企业可以为学习者提供标准化的服务，同时获得大量用户的数据反馈。
3.专家系统。专家系统结合了人工智能和大数据，具备自我学习和综合分析的能力。运用数字化的经验和知识库，帮助使用者诊断、预测并做出决定，解决以往只有专家才能够解决的复杂问题。如BridgeU专家系统可以像指导老师一样帮助学生选择适合自己水平的大学。
4.智慧校园管理。学校和教育机构组织运营包括多个核心环节（招生、教学、后勤服务等）和支撑活动（基础设施、人力资源、采购、教研等），人工智能可以在多个环节提升组织的整体效率。
（一）人工智能教育应用的国外实例
在国外，已经有一些研究者开展了将人工智能的教育方法应用在教学上的具体实例。
Grimes&Warschauer（2010）报道了自动写作评分软件的使用，它可以对学生的作文自动评分，并能提出修改意见。该软件在美国南加利福尼亚州的八所中学开展了三年的应用研究。虽然一些教师和学生认为自动评分软件不太可靠，并受传统写作方法的限制，但观察、访谈和调查表明该软件简化了班级管理，提高了学生写作和修改作文的动力。Nabiyev et al.（2013）在土耳其特拉布宗的一所安那托利亚高中实施和评估了一套基于人工智能的远程教育体系，该体系可以提高学生解决数学问题的能力。通过分析应用后的结果发现，该体系对学生的需求能够做出响应，并基本能被公众所接受，但仍然需要改进，以使学生更好更快地适应该体系。Sidgi etal.（2017）开展了一项使用自动语音识别软件以有效提高伊拉克学习者的英语发音水平的调查研究，他们在伊拉克巴格达阿尔图拉特大学的英语系进行了一个月的实验。对比实验前后的结果发现，该软件可以显著提高学生的发音水平，使学生的考试成绩有明显进步。上述国外实例表明，人工智能无论在语言学习、写作、数学等方面都可以大有作为，人工智能在教育领域的应用也无疑具有广阔前景。
从分析结果(见图8)来看：加强筋高度在一定范围内变动(高度变动范围受限)，不同状态下不均匀收缩影响差异很少，对整体翘曲变形影响较小。
（二）本文的研究目的
（10）您觉得人工智能会改变我们的教育方式吗？
本研究深入调查了基于人工智能的教育应用的现状、大众的意见和建议，所取得的研究结果对于国家教育部门制定相关政策、教育类公司开发产品和平台以及对于学生和教师如何通过人工智能技术提高教学水平等，都具有重要的参考价值。本文提出利用大规模的人工智能的教育应用可以为实现中国教育的公平性提供重要的途径。
二、研究方法
为达到上述研究目标，本项目采用调查问卷的研究方法。在实际研究中，共设计了以下十个问题展开研究。
PInvit=a0+a1Epuit+a2Ffriit×I(Ffriit≤ρ)+a3Ffriit×I(Ffriit>ρ)+a4Epuit×Irrit
若果vmax>v0,那么P8是P1P2匀速运动区间段的起始点,设P3P4加速区间段、匀速区间段和减速区间段内的运动时间分别为T31、T32、T33,可得:
（2）性别。
管理费用主要是农民用水者协会为组织和管理末级渠系农田灌溉所发生的各项费用，主要包括办公费、会议费、通信补助费、交通补助费及管理人员合理的误工补贴等。桃花山镇用水者协会和调关镇用水者协会于2013年组建，东升镇用水者协会于2012年组建。桃花山镇、调关镇用水者协会的管理费主要参考当地同类规模的农民用水者协会的支出水平进行确定；东升镇用水者协会管理费参考2012年的实际支出情况进行确定。经综合分析，农民用水者协会管理费每人（管理人员）每年2万元，则桃花山镇、调关镇和东升镇农民用水者协会的管理费均为4万元。
大学生志愿服务活动，不仅是大学生自我实现的强烈需要，而且有利于推动大学生的社会进程，有利于大学生树立正确的人生观、价值观、世界观，有利于大学生的成长、成才。更重要的是，开展大学生志愿服务活动有利于我国大学生社会主义核心价值观的学习和践行。所以，作为为国家培养社会建设人才的全国各大高校，应坚定不移地推进志愿服务活动，为社会主义建设添砖加瓦。
（4）您知道人工智能在教育上的应用吗？知道或不知道。
②虚拟学习助手（如人机练习）；
在设计阶段，只有将安全预警、安全控制系统有效地引入气瓶充装的各个环节中，运用先进的手段和技术，才能有效提升气瓶充装单位的安全管理水平，避免安全生产事故的发生。
②虚拟学习助手（如人机练习）；
②虚拟学习助手（如人机练习）；
第一，改革开放40年，中国比以往任何时候都更接近民族复兴的伟大梦想。中国崛起、中国强盛、中国梦想的最大受益者，当然是年轻一代，80后、90后、00后、10后，你们将挑起实现中国梦的伟大重任。
（3）国籍。中国和外国。
③专家系统（如留学选校系统、批改网）；
④智慧校园管理（如家校沟通、数字化校园）。（6）请选择您使用这些应用的频率（1是从未使用，5是经常使用）。
①自适应学习和教育（如VIPKID、朗播网）；
（1） 年龄。共分为13—15、16—20、21—25、26—30、31—35、36—40、41—50、51—60和大于60岁等九个年龄段。
（5）请选择您对以下应用的熟悉程度（1是从未听说,5是经常听说）。
③专家系统（如留学选校系统、批改网）；
④智慧校园管理（如家校沟通、数字化校园）。
（7）请选择您对这些应用的满意程度（1是不满意，5是非常满意；如果您没有任何观察或使用经验，您可以选择3）。
①自适应学习和教育（如VIPKID、朗播网）；
①自适应学习和教育（如VIPKID、朗播网）；
③专家系统（如留学选校系统、批改网）；
今年是国土资源系统实施“七五”法制宣传教育工作的中期阶段，嘉兴市国土资源局始终紧紧围绕浙江省自然资源厅要求的“法治国土”和市委、市政府要求的“法治嘉兴”两个法制建设要求，不断加强领导、强化措施、联系实际、突出重点、创新形式，积极通过多种形式开展法制宣传教育活动，扎实推进依法行政和普法工作。今年以来，嘉兴市国土资源局在市局机关开展“文化颂法治”活动，在局机关干部职工中广泛征集以法治宣传为内容的书法、绘画作品，在市局机关走廊内建立法治国土文化宣传栏，通过机关文化进行法治宣传，不断提高单位干部职工和广大人民群众国土资源保护意识和法制观念。
④智慧校园管理（如家校沟通、数字化校园）。
（8）您对这些人工智能教育应用的基本看法是什么？
①根本没用；②极少情况下有用；③有时候有用；④经常使我受益；⑤都很有效。
（9）您怎么看人工智能教育应用的前景？
①不太看好；②我没有明确的意见；③有一定的应用前景；④我比较看好；⑤前景广阔。
近年来，无论是论文和图书，还是电视和网络，国内关于将人工智能技术应用于教育的讨论在各种媒体上都可以或多或少地看到。有关公司也开发了一些基于人工智能的教育产品和平台，然而这些产品和平台并没有很好地推介给大众。因此，有必要对人工智能的教育应用如何影响中国的教育做一番深入的调查研究。
观察组患者术后引流管留置时间、镇痛时间及下床时间均较对照组显著缩短，差异有统计学意义(P＜0.05)。见表3。
①应该不会；②我还没想清楚；③是传统教育的补充；④比传统教育有优势；⑤将取代传统教育。
调查对象。调查对象为任意选择的学生、教师、父母和他们的同事，共有351名受访者完成了调查问卷，年龄介于13岁到大于60岁。近60%（59.54%）的受访者是学生，年龄在13—25岁之间（表1）。其余40%（40.46%）为教师、父母及其他们的同事，年龄在26—大于60岁之间。所有受访者中男性为171位（48.72%），女性为180位（51.28%）。338位受访者为中国人（96.3%），其余13位为在中国工作和生活的外国人（3.7%）。这样的一组受访者样本是现今的中国比较具有代表性的样本，对他们的调查基本可以反映人工智能教育应用的现状和看法。
表1 受访者的年龄
三、调查结果
1.人工智能教育应用的基本情况。针对“您知道人工智能在教育上的应用吗？”这一问题，有133位受访者（66.38%）给出了肯定的答案。显然，在各种媒体上开展的关于人工智能教育应用的讨论有了积极的反馈，同时也表明政府教育机构和相关公司在人工智能教育应用上所做出的努力已经逐渐唤醒大众的认识，这为今后国家教育部门和教育类公司开展大规模的推广人工智能教育应用奠定了良好的基础。受访者对不同的人工智能教育应用的熟悉程度表现出明显的差别。对于自适应学习和教育，选择1—3的占比达71.79%（表2），表明多数受访者不太熟悉这一应用。相反，多数受访者比较熟悉智慧校园管理，选择3—5的占比为69.23%（表2）。在虚拟学习助手和专家系统的选择上没有表现出明显的趋势，呈正态分布。
表3揭示了受访者对这些人工智能教育应用的使用频率。所有这四类应用都表现出自1—5的下降趋势，说明大多数受访者只是偶尔使用这些应用。这反映了人工智能教育应用的残酷现实：虽然大多数人都听说过这些应用，但实际使用者却很少。因此如何提高大众对人工智能教育应用的兴趣，并鼓励大众使用，是摆在国家教育部门、教育类公司和教育工作者面前的一道待解之题。
对比图11和图12，以理想梯形槽参数计算所得槽满率约66.76%，而以传统作圆求交点法所制梯形槽参数所得槽满率约70.7%，两者相差3.82%。
表2 人工智能教育应用的熟悉程度（1是从未听说，5是经常听说）
表3 人工智能教育应用的使用频率（1是从未使用，5是经常使用）
由于大多数受访者很少使用这些人工智能教育应用，因此他们对这些应用的满意度呈正态分布，选择3（没有任何观察或使用经验）的人数相对较多（35%—38%）。
2.3.该地区矿石结构和构造特征。矿石结构主要包含了晶粒状结构，自然瓣形结构等等，其他结构相互交错，含结构残余结构和填隙结构等等，矿石构造也主要有网状构造冠状构造，细脉浸染状构造以及碎裂构造等等。
2.对人工智能教育应用的观点和看法。有11.97%的受访者认为这些基于人工智能的教育应用在绝大多数情况下是有用的。15.38%的受访者认为它们经常有用，45.3%的受访者觉得有时有用，这些数据表明，总共有72.65%的受访者是赞成人工智能教育应用的。只有11.97%的受访者认为这些应用是没有用的，另有15.38%的受访者认为它们在少数情况下有用。21.94%的受访者认为基于人工智能的教育应用的未来是光明的。21.37%的受访者对它们的未来表示乐观。34.76%的受访者觉得它们的未来是有希望的。一共有78.08%的受访者对基于人工智能的教育应用的未来表现出赞成的态度，这一数据与前一节提到的赞成人工智能教育应用的数据（72.65%）相近。只有4.84%的受访者对其未来表示悲观，还有17.09%的人对其未来没有明确的选择。调查问卷的最后是一个开放性的问题：您觉得人工智能会改变我们的教育方式吗？这是一个经常被提到或讨论到的问题，公众通常会给出模棱两可的答案。在本研究中，由于选择项分得比较细，并采用了统计的方法，使得大众的意见变得清晰了。有52.99%的受访者认为人工智能教育应用是传统教育的有益补充，19.09%的受访者觉得它们比传统教育更有优势，12.82%的受访者甚至认为它们将取代传统教育。只有6.55%的受访者持否定意见，还有8.55%的受访者没有表示明确的意见。
四、讨论
1.鼓舞人心的调查结果。本研究通过对351位受访者的问卷调查，使我们对中国的人工智能教育应用情况有了全面深入的了解，并获得了一些鼓舞人心的重要信息。包括：（1）233位受访者（占比为66.38%）知道基于人工智能的教育应用。（2）虽然受访者不经常使用这些应用，但有72.65%的人对它们持肯定的态度。（3）有78.07%的受访者对人工智能教育应用的未来表示了乐观的看法。（4）有52.99%的受访者认为人工智能教育应用是传统教育的有益补充，另有31.91%认为它们比传统教育更有优势或甚至将取代传统教育。这些鼓舞人心的结果表明，在现阶段的中国，多数民众看好人工智能教育应用的现在和未来，从而为国家教育部门、教育类公司和教育工作者进一步更大规模地开展人工智能教育应用提供了坚实的民心和土壤。
2.自适应学习和教育及其K12型慕课。本研究表明，受访者对自适应学习和教育的熟悉程度相对较低，相应地使用的频率也是偶尔为之。但事实上，现在有较多的教育类公司已经开发出了一些人工智能学习平台，如VIPKID、朗播网等，而且这一类的人工智能教育应用可能在未来会大放异彩。在国际上，慕课已经成为高等教育的重要组成部分。在国内，各类慕课也如雨后春笋般地发展着。然而，有一类慕课至今没有很好地发展起来，那就是K12型慕课，也就是针对学前教育到高中阶段的慕课。如果能够在国内建立起系统的K12型慕课，将对我国现阶段的K12教育产生极其重要的影响。
3.人工智能教育应用对我国教育公平性的意义。教育公平是社会公平的重要基础。至今，我国在K12教育上仍存在着明显的地域差异性，这主要表现在两个方面：同一城市不同城区之间存在着明显的差距，城市和乡村之间存在着明显的差距。这两个差距集中反映了一个核心问题：教育资源的不公平性。而人工智能教育应用将实现教育资源的共享，从而对消除教育不公平性产生重要的作用。在《人工智能》一书中，作者写道：“虽然面对面的课堂仍将存在，但互动式的在线学习将越来越重要：只有充分利用在线学习的优势，教育资源才能被充分共享，教育质量和教育公平性才有切实保证。”（李开复，王咏刚，2017）。在K12教育中，优秀教师和教育资源终究有限，人工智能教育应用是唯一和有效的方法，使得所有学生无论来自城市还是乡村，都可以公平地分享优秀的教育资源，这样才能使教育公平性落到实处。这正是本研究的初衷。
五、结论
本研究对人工智能教育应用的现状、大众的意见和建议做了详细的调查，获得了一些重要的信息：（1）约
的受访者知道基于人工智能的教育应用；（2）受访者对不同的应用熟悉程度也不同；（3）多数受访者没有经常使用这些应用；（4）约
的受访者赞成在教育领域开展这些基于人工智能的教育应用；（5）超过
的受访者对人工智能教育应用的未来表示乐观；（6）一半以上的受访者认为这些应用是传统教育的重要补充。这些首次披露的重要信息表明，基于人工智能的教育应用具有良好的社会基础和广阔的发展前景。如果国内的教育机构能够更大规模地开展这些应用，特别是K12型慕课，将对中国的教育公平做出重要贡献。
致谢： 对Dr.Spencer，曹旸，崔文迪和所有的受访者在本研究中所做的贡献表示诚挚的感谢！
参考文献：
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Education Application Based on Artificial Intelligence and Its Significance to Chinese Education Equity
WANG Yi-chen
(Dalton Academy,The Affiliated High School of Peking University,Beijing 100080,China)
Abstract: This paper makes a deep investigation on the application of artificial intelligence in domestic education.The study shows that although most respondents do not use these artificial intelligence applications often,they are still satisfied with the applications and are confident of their future.At the same time,most respondents consider these AI-based educational applications to be an important complement to traditional education.These findings have important implications for Chinese educational institutions,education-related companies and educators:the application of education based on artificial intelligence has a good social foundation and broad development prospects.If domestic educational institutions are able to the development of these applications on a larger scale,especially the K-12 model,will make a significant contribution to educational equity in China.
Key words: artificial intelligence;educational application;K12 class;educational fairness
中图分类号： G640
文献标志码： A
文章编号： 1674-9324（2019）31-0054-05
收稿日期： 2018-10-12
作者简介： 王奕宸，北大附中道尔顿学院。
标签：人工智能论文; 教育应用论文; K12型慕课论文; 教育公平论文; 北大附中道尔顿学院论文;