人工智能促进盲人学习研究
李卓珂，王 娟，李 涵
（江苏师范大学智慧教育学院，江苏徐州221116）
摘 要： 随着全面建设小康社会的迅速推进，残疾人健康发展被列入十三五规划，盲人在残疾人中占比较大，是国家重点关注对象。人工智能+教育的推广使人工智能技术应用于盲人教育成为主流趋势。通过对人工智能应用于盲人的市场调查发现，目前涉及盲人学习的领域相对较少。在对盲人学习特征与现有技术分析的基础上，阐述人工智能可从盲人空间表征、专有设备及智能导师等方面，帮助盲人实现阅读、交流讨论及无障碍远程学习，满足盲人学习需求。
关键词： 人工智能；盲人学习；盲人空间表征；盲人专有设备；盲人智能导师
0 引言
2006年第二次全国残疾人抽样调查数据表明，全国15岁及以上残疾人文盲率为43.29%。2015年全国残疾人基本服务状况及需求专项调查显示，15岁及以上残疾人文盲率有所下降，但残疾人文盲人口绝对数大、类别多、特性突出。根据世界卫生组织公布的数据可知，全世界目前约有3 700万人目盲，我国占80%，到2020年数据至少翻一倍。由于盲人的先天缺陷再加上后天心理、生理等原因，导致他们性格内向、孤僻，自尊心强但又自卑，因此遇到困难易暴躁、愤怒，长期处于该状态导致盲人学生产生不想学、不会学的心态，严重束缚了盲人学生学习能力的发展［1］。
在国外，针对残疾人学习的研究开始得较早。2002年Bate﹠Oliver［2］设计构建了一种盲人在线学习环境——Tru-Vision，旨在帮助盲人与视力障碍者发展初高级信息处理技能及专业知识，使他们能够在行政管理等职位上寻求全职工作；2008 年，Sánchez﹠Flores［3］针对盲人研究基于设备的虚拟移动科学学习，该操作界面可以根据用户心理模型进行调整，提高盲人解决问题的能力。国内学者从2003年开始认识到特殊教育严重落后于基础教育，着力解决课程设置如何适应岗位流动及社会需求的问题［4］。
随着人工智能技术在教育领域的应用与发展，2016年我国印发实施了《“互联网+”人工智能三年行动实施方案》，经过多年持续积累，人工智能领域取得重要进展。2017年，《新一代人工智能发展规划》指出：我国语音识别、视觉识别技术世界领先，自适应自主学习、直觉感知、综合推理、混合智能和群体智能等初步具备跨越发展的能力，中文信息处理、智能监控、生物特征识别、工业机器人、服务机器人、无人驾驶逐步进入实际应用［5］。人工智能技术对盲人学习发展起到了推进作用。
1 应用现状
在知网主题栏中使用“盲人”作为关键词、在全文栏中使用“人工智能”作为关键词进行搜索，共搜索到95篇文献，并且文献数量呈上升趋势。其中，关键词“图像边缘”出现次数最多（6次）。出现4次的关键词有：视觉、人工智能技术、图像识别、视觉网络、障碍物检测及读屏软件。
通过阅读统计表明，目前人工智能在辅助盲人群体出行等日常生活方面已有应用，众多新产品的研发可改善盲人生活方式，使他们更好地适应智能时代。
1.1 信息无障碍智能终端
在读屏软件及语音识别等技术的支持下，盲人使用智能手机也变得普遍。盲人仅借助触觉和听觉使用手机，因此手机按键识别性及获取、发布信息的语音识别方式尤为重要。为方便盲人使用智能手机，有学者［6］提出弯屏盲人智能手机设计概念：手机屏左侧弯曲，侧屏上有凹凸盲文数字，为盲人触摸提供提示。
2015年12月15日，在上海举办的信息无障碍国际研讨会上，中兴健康科技有限公司作为独家科技信息无障碍展示单位，展示了专为残障人士打造的一系列高科技产品与生活场景解决方案。其中包括以声控操作为主要特色的盲人智能手机，内置多手势及语音读屏操作软件，兼容安卓平台各类第三方应用软件，可满足盲人对通讯和信息的需求［7］。目前，中兴已实现系统级语音解决方案，并先后推出了一系列成熟的语音产品，在手机、智能微型投影仪、智能家居等产品中均有广泛应用。
1.2 智能识别辅具
近年来，人工智能技术迅猛发展，向社会各领域的渗透与影响力不断加大，教育领域亦不例外。随着“人工智能+教育”的兴起，在整合教育大数据、机器学习、学习分析等先进技术的基础上，智能教育云服务可以为学习者提供个性化学习服务，支持其自主发展，并在一定程度上破解教育在个性培养方面不足的难题［15］。无论是教育大数据挖掘还是教育云服务等均基于网络环境，但目前盲人无法在无人陪伴的情况下基于网络进行学习。人工智能技术已在盲人日常生活方面进行了许多成功的尝试，在学习方面，也会带来帮助与启示。
按照上述分类标准，根据第1.1节中船舶领域统计模型，分别对4类目标船周围最近船舶相对其运动的轨迹最近距离时刻的相对位置分布进行统计，得到图7。
2018年4月，浙江大学科研团队研发了一款适合盲人与视障病人佩戴的盲人视觉辅助眼镜。盲人戴上后能感知身边的桌椅、红绿灯、来往车辆等［9］，其原理是骨传导技术告知佩戴者身边的情况，反馈不同的声音。据研发团队反馈，该设备已加入导航功能，下一步将加入人脸识别功能，让佩戴者知道周围人的样貌。国外还有研究团队利用骨传导技术成功研发了一套盲人可穿戴设备，目前该设备的最新版本可以以高分辨率的摄像头与智能算法分析摄像头捕捉到的人脸、文本或物体等，并实时将信息反馈给用户［10］。
2018年5月17日，全球无障碍宣传日当天，苹果官网宣称：真正强大的科技，应该是让每一个人，包括残障人士在内的每一个人都能享受的科技，并能以此全情投入地工作、创作、沟通、健身和娱乐。其中该公司推出“旁白”辅助功能，是一种基于手势的屏幕阅读器，再结合简易的手势及语音输入，视障人士即可自由地在网上发布信息［11］。
近日，福特公司开发了一种可以让盲人“看到”周围风景的智能汽车车窗技术——Feel the View［12］。该技术利用振动帮助盲人与视力有缺陷的乘客感知窗外风景，但目前还处于原型状态。
1.3 智能医学机器人
人工智能发展迅猛，在“教育2030规划”蓝图与“2050教育愿景”中，人工智将在以下方面支持盲人学习，为盲人学习提供无障碍辅助。
基于面部识别技术在手机APP登陆界面的成功应用，语音识别技术在盲人出行导航软件等应用普遍，可以将两种技术嵌入盲人远程学习的网页中，使盲人通过面部识别即可登陆远程学习的网页，无需输入登陆的用户名、密码等，降低盲人学习困难度。通过语音识别技术操作远程学习页面，比如通过语音命令“按摩课程”即可打开按摩模块的语音课程。但即使在现有技术的支持下，盲人仍然会遇到一些困难，比如：虽然盲人不用输入繁琐的信息即可登录，但如何找到需要的远程学习网站、登入网站后盲人如何了解课程内容，以便下达正确的语音命令等，成为亟待解决的难题。
盲人虽视力有障碍，但其语言表达能力与常人一样，在进行远程学习时可以正常地与教师及其他学习者交流讨论。但远程学习使时间与空间脱离，并不是所有学习者、教师都是同时在线进行学习、参与讨论，因此盲人需要通过留言或邮件的方式与他人联系。根据对盲人远程交流方式的调查发现，盲人可以利用盲人专用键盘打字留言或发邮件，但打完字后盲人无法检查，因此留言或邮件中可能存在错别字、语句不通顺的情况，所以利用语音的方式给他人发送邮件或留言方便许多。语音留言可以参考QQ及微信网页版的语音消息功能，但盲人远程学习界面中语音留言的按钮比常规语音消息的按钮大，随着无障碍网页的发展，盲人可在读屏技术的帮助下找到发送消息的位置。另外目前的技术只能为邮件添加音频附件，给接收方下载、获取带来一定困难。
2 人工智能对盲人学习的启示
据英国《每日邮报》报道，英国研发出一种具备革新意义的智能手杖，成为盲人出行利器。它首次借用智能手机技术与面部识别技术，帮助盲人识别10m以内的熟悉面孔，以方便与人打招呼，同时实现定位功能，减少遇到危险的几率［8］。
2.1 无障碍远程学习
盲人学习者往往没有机会也找不到合适的学习形式［16］。2010年，中国残联在北京举行全国首个盲人远程学历教育班开班仪式［17］，标志着盲人远程学历教育获得官方认可，考试合格者将获得国家承认的学历证书。虽然远程学习使更多的盲人能平等接受教育，但对于盲人来说，操作是一大难题，大多需要亲友在旁辅助。
2018年9月17日，新华社记者俞俭报道，武汉科技大学青年教师、湖北省“楚天学子”姚凯运用干细胞疗法，让先天性眼盲的小鼠首次见到了光明，这是首次在哺乳动物上的突破［14］。该研究成果于2018年8月底发表在国际期刊《自然》上，得到了国外专家的认可。
2.2 无障碍阅读图书
（1）计算每种“泵径、冲程、冲次、下泵深度”的“产液量、井下效率、抽杆系数、沉没压力、最大最小载荷”等指标。
为推动残疾人文化事业的繁荣发展，努力提升盲人整体素质与科学文化水平，促进盲人平等参与社会生活，中国盲人协会与中国盲文图书馆联合成立了中国盲人阅读推广委员会，并召开了全国盲人阅读推广委员会成立大会暨泰安盲人读书沙龙活动现场会［18］。由此可见，阅读不只是普通人获取知识的重要途径，对于提升盲人学习能力、生活水平均有一定的促进作用。但如何使盲人无障碍阅读成为一大难题。
目前，我国已有无障碍数字图书馆，图书馆网站内不仅有各类有声电子书，还定期上传讲座视频，但电子图书类资源种类繁多，无障碍图书馆中并不能全部录入，无法充分满足盲人“看”书需求。现已有可嵌入手机APP的OCR识别技术，该软件可识别文字内容，文字内容不止局限于网上电子资源，也包括已出版的纸本图书，若结合读屏技术，则可帮助盲人读到各类图书。为帮助盲人扩展获取知识的途径，浙江大学研发的盲人视觉辅助眼镜可帮助盲人听到面前的知识，比如在博物馆时，盲人可通过视觉辅助眼镜扫描前方文物的文字解释，再通过骨传导技术传达给佩戴者，实现自由学习。
1.1 资料来源 随机抽取2017年6-12月本院辖区内5所幼儿园2～5岁儿童作为研究对象，共计对614名儿童进行皮肤检查，其中男357名，女257名；2岁、3岁、4岁和5岁分别为140名、173名、168名和133名。
2.3 无障碍交流讨论
在国务院印发的《国家教育事业发展“十三五”规划》中要求全面实施素质教育，创新育人方式，全面提升育人水平。但如今人工智能技术为盲人提供的支持远不如普通民众，而且现有智能化服务也没有充分与学习结合，只能勉强满足盲人日常生活要求。因此，将人工智能技术大力推广于盲人学习，创新地运用技术，变革传统盲人学习方式成为盲人发展的当务之急。
当时张艺谋正野心勃勃地筹备自己的第一部电影《红高粱》，看到巩俐时，他就觉得，巩俐眉眼间透着的灵气就是九儿。就这样，刚上大一的巩俐，就得到了出演《红高粱》女主角的机会，第一次走进大荧幕，巩俐就凭借九儿这个角色站在了柏林电影节的舞台上。
3 人工智能应用于盲人学习展望
视网膜静脉阻塞是一种常见眼科疾病，但目前无法完全根治，因为医治过程极其精细，所以目前唯有每月昂贵的眼球注射（每次注射费用约达32 000美元）可以减轻其不良症状。但2017年比利时工程师、眼科医生和一名机器人助理合作，利用机器人稳定针头和眼球，避免一切抖动和振颤，将药物注入病人眼球中［13］。在下一阶段临床实验中将对6位病人进行可行性测试。如果一切顺利，该技术将有望吸引投资者介入并使项目全面开展。
3.1 盲人空间表征
空间表征是盲人定向行走的关键，目前存在4种盲人空间表征的研究范式，分别是基于实地导航的现场研究范式、基于言语描述的空间心理模型研究范式、基于计算机虚拟技术的虚拟环境研究范式、基于脑科学的认知神经科学研究范式［19］。前3种是盲人在他人帮助下基于听觉、触觉或听觉与触觉结合的方式完成行走，而第4种则是通过刺激脑神经传递视觉表象，使盲人能够独立行走，但仍然存在误差，需要多次模拟练习才能使盲人在真实环境中无障碍行走。同时路途中可能有许多知识与信息可供学习，需要通过智能识别等技术为盲人读取外部信息，再通过脑神经或骨传导技术传递给盲人，从而帮助盲人获取博物馆或科技馆中的信息，让盲人能够学习到更多的历史、科技常识。因此，在盲人空间表征的后续研究中，应重点关注实现盲人独立行走的技术与方法，为盲人建构精确的空间表征，最终为定向行走教学所用。
第二类题目要求甲、乙两辆小车在指定区域同时同向一前一后行进，并在规定区域实现超车。分析该要求，智能小车必须具备两种功能：一是智能循迹避障拐弯功能，使得小车在指定跑道行驶，不偏离轨道；二是在规定的超车道实现甲乙车位置互换，并且不得发生碰撞。全程不得人工干预，不得遥控，设计难度颇大。本文提出一种基于STC12C5A60S2微控制器的可行方案。
3.2 盲人专有设备
面对日新月异、变化飞速的新时代，使用移动终端与PC端学习的方式更加普及，但盲人作为视力有障碍的群体，不能精准使用普通设备，比如电脑等设备需根据盲人特性突出其专有性。盲人电脑首先需有一个使盲人仅通过触摸即可感知的键盘，然后还需语音读屏技术的支撑，使其能够读出鼠标所到之处的一切汉字或命令，比如当鼠标移动到计算机时，则自动读出“计算机”，同样，进入网页后，电脑也会读出所有鼠标经过位置的文字信息，盲人只需缓慢移动鼠标，就可找到需要单击的命令，任意浏览网页，进行远程学习获取知识。同时需设置盲人专有输入法，使电脑能够识别打字正确率并反馈给盲人。比如在盲人打字的同时能够通过语音形式使盲人听到，让其判断输入是否有误。
3.3 盲人智能导师
智能导师的作用是可在盲人学习过程中实时跟踪、记录及分析，帮助其管理学习时间与任务，并实时提供反馈与评测，使盲人了解自身学习特点、水平等。有研究分析了Siri在教育中的应用方式，其中包含Siri的教学用途：“Siri能从与用户的交互中不断学习，这种交互回馈方式在教育中扮演着重要的角色，它会成为我们的导师，或者说是课内外的教师”［20］。将Siri人工智能技术应用于盲人学习中，实时提醒盲人上课、休闲、锻炼的时间，并在盲人无意识情况下跟踪、记录其学习过程，在遇到问题时可以辅以指导，帮助盲人解决难题。
记得读了《浮生六记》后，我还特意到东高山去找沈三白和芸娘住过的地方，因为书中所记的东高山离我家太近了。可惜我去调查时，什么痕迹也没有了，但从那时起我即养成了读书和调查的习惯，直到今天还是如此。
随着信息技术与现代科技的飞速发展，结合大数据、云计算等技术可为盲人学习预测并解决可能出现的问题，因此，大数据、云计算、人工智能等技术的融合应用已成为当今教育发展的需要。
②使用第4次总体数据进行验证,验证误差结果如下:Fx方向最大误差为1.66%,Fy方向最大误差为1.26%,Fz方向最大误差为1.81%,Mx方向最大误差为0.37%,My方向最大误差为0.48%,Mz方向最大误差为0.43%,发现都可以满足要求。
4 结语
如今，人工智能技术已经逐渐应用于盲人日常生活中，但对盲人学习的指导作用有限。人工智能在教育领域的应用，如智能导师辅助个性化教与学、教育机器人等智能助手、居家学习的儿童伙伴、实时跟踪与反馈的智能测评、教育数据挖掘与智能化分析、学习分析与学习者数字肖像等方面［21］，暂未较好地与盲人学习结合。因此需充分利用人工智能技术促进盲人学习，使特殊教育实现可持续发展。
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Research on AI Promotion of Blind Learning
LI Zhuo-ke，WANG Juan，LI Han
（School of Wisdom Education，Jiangsu Normal University，Xuzhou 221116，China）
Abstract： With the rapid advancement of building a well-off society in an all-round way，the healthy development of disabled people is included in the 13th Five-Year Plan.As one of the major proportions of disabled people，blind people have become the focus of our country.As artificial intelligence+education intensifies，the application of artificial intelligence technology to the education of the blind has become a major trend.A market survey of artificial intelligence applied to blind people found that there are relatively few areas involving blind people's learning.In the analysis and in-depth study of the learning characteristics of the blind and the existing technical conditions，it is stated that AI can help the blind to achieve reading，discussion and accessible distant learning from 3 aspects including spatial representation，blind-friendly equipment and the intelligent instructors so that the need of the blind for learning can be met.
Key words： artificial intelligence；blind people learning；spatial representation；blind-friendly equipment；intelligent instructors
doi： 10.11907/rjdk.182674
中图分类号 ：TP301
文献标识码： A
文章编号： 1672-7800（2019）006-0014-04
收稿日期： 2018-11-20
基金项目： 江苏师范大学研究生科研（实践）创新计划项目（2018YXJ692）；江苏省教育科学“十三五”规划青年专项项目（C-a/2016/01/15）；江苏省研究生科研与实践创新计划人文社科类项目（KYCX18_2016）
作者简介 ：李卓珂（1995-），女，江苏师范大学智慧教育学院硕士研究生，研究方向为成人教育与特殊教育、远程教育；王娟（1979-），女，博士，江苏师范大学智慧教育学院副教授，研究方向为成人教育、现代远程教育、开放课程；李涵（1994-），男，江苏师范大学智慧教育学院硕士研究生，研究方向为在线课程、远程教育。本文
通讯作者： 王娟。
（责任编辑：江 艳）
标签：人工智能论文; 盲人学习论文; 盲人空间表征论文; 盲人专有设备论文; 盲人智能导师论文; 江苏师范大学智慧教育学院论文;