“双减”政策背景下智能技术助力学生健康发展的卓越探索与前沿趋势——“2021全球人工智能与教育大数据大会”综述

陈 丽 任萍萍 白蕴琦 淦凌云

（1.北京师范大学 远程教育研究中心，北京 100875；
2.科大讯飞股份有限公司，安徽 合肥 230088 ）

2021年7月24日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》（以下简称《双减意见》）（中共中央办公厅，国务院办公厅，2021），开启了新发展阶段的一项重大教育改革，由此对青少年的健康发展将产生重大影响。当思索如何面对《双减意见》提出的这一艰巨任务时，会发现智能技术的快速发展及应用为其提供了有力支撑。例如：5G技术可以有效地帮助实现人、机、物的互联互通，这为采集教学过程中的过程性数据和环境数据提供了可能；
ASR、NLP、OCR等人工智能技术，可以智能识别学生的动作、行为、表情等信息，为教育评价提供客观的过程性信息；
大数据和云服务，可以对学生的知识掌握、能力发展、人格与情绪情感等维度进行有效的诊断和分析，更好地实现因材施教。另外AR、VR、MR等技术还可以辅助创设类似真实问题解决的环境，助力对核心素养的评估。但智能技术如何切实助力学生的健康发展还取决于学术和实践两方面的进展与探索。

为探究“双减”背景下人工智能助力学生健康发展的新技术、新方法，准确地把握新技术对教育赋能的价值，进一步激发技术促进变革的巨大潜能，推动“AI+教育”研究和应用的快速发展，2021年12月16日至18日，经教育部批准，北京师范大学、教育部教育技术与资源发展中心（中央电化教育馆）、中国教育国际交流协会与科大讯飞股份有限公司在北京共同举办了“‘AI+教育共创共生’——2021全球人工智能与教育大数据大会（2021AIDE） ”。本届大会以“AI+教育共创共生”为主题，以“线上+线下”的形式举办，邀请来自中国、美国、英国等多国顶尖的人工智能科学家、大数据专家、教育学家、教育信息化领域学者，以及教育科技产业界领军人才共同参与，围绕人工智能、大数据、教育评价创新、脑科学、教育治理等核心话题，展开了深入的交流讨论。此次大会，专家们还针对“双减”及新冠肺炎疫情背景下人工智能、大数据等前沿技术在教育各场景下的应用和实践展开了探讨，尤其对教育评价、学生个性化发展、语言学习、脑智发育、人工智能教学实践、教育数字化转型等话题进行了深入的分析，为后续智慧教育的探索和研究提供了思路与借鉴。

现代信息技术的发展为教育评价的变革提供了全方位、多方面的支持。面对2021年出台的《双减意见》等一系列政策，教育评价正迎来全新的挑战和机遇：全新的教育理念开始凸显，课程资源和教师教学方式更加多元，线上教育与线下课堂不断融合，教育评价的理念、标准、内容和方式也趋于多元化，教育监测评价体系的完善升级迫在眉睫。比如如何让教育评价更适应当前时代的新模式，怎样才能提高教育评价的准确性和安全性，如何借助现代科技力量开发更有效、更先进的评估工具等诸多问题，亟待探讨。基于本次大会的专家报告和讨论内容，以下将从教育评价的系统观、学评融合、学科核心素养测评，以及人工智能等技术在教育评价各场景中的应用来展开论述。

（一）教育评价的系统观

2020年10月，中共中央、国务院印发《深化新时代教育评价改革总体方案》，对国家的教育评价改革进行了顶层制度设计，涉及教育评价的主体和对象（中共中央 国务院，2020）。这提示教育领域要考虑从教育的内在与外在因素来开展对教育的综合评价，尤其是从系统整体的角度来推动基础教育评价改革。

北京师范大学教授张志勇指出教育评价要具有系统观。具体来说，在教育评价的系统观中，要牢牢把握对政府教育的政绩观评价；
在学校教育系统评价中，要牢牢把对握“德智体美劳”全面培养教育体系的评价；
在教师工作系统评价中，要牢牢把握对教师立德树人能力的评价；
在学生评价系统中，要牢牢把握学生学习和发展过程性评价；
教育的外部评价系统中，要牢牢把握能力和平等相协调的社会政策。

（二）从“以评促学”到“学评融合”

随着信息技术的不断升级换代，评价的数据类型更多地呈现为多模态数据的交汇。教育评价经历了对学习本身的外在评价、通过评价促进学习发展、学习与评价相融合三个阶段。在学评融合的背景下，整个课堂教学，更加要求以学生为中心，存在的形式也从过去的终结性的评价，更加强调过程性和终结性评价的不断融合。

北京师范大学教授辛涛指出，教育秩序和形态随着社会发展而变化，而后疫情时代全新的教育秩序和形态变化加速了教育评估范式的转变，这要求评价和学习逐渐融合为一体，通过学与教实时动态互动模式的精准刻画助力教师实现“学评融合”的教学设计，且个性化学习是“学评融合”实现的纽带。

（三）学科核心素养测评的发展方向

核心素养是指学生在解决复杂的现实问题过程中表现出来的综合能力与品质。我国目前正在进行基于核心素养的课程改革，无论是普通高中课程标准的修订，还是义务教育课程标准的修订，都是围绕核心素养作为基本概念来推动的。如何对学科核心素养开展测评成为新时代教育评价的重要问题。华东师范大学教授杨向东提出了学科核心素养测评的两大研究方向，一是研究相关领域专家在解决复杂现实问题过程中的思维过程，二是研究不同水平的学生在面对同样问题时的思维特点，以及思维过程由低级水平向高级水平转化的特点。

（四）序列反应模型的建构及其在过程测评中的应用

基于计算机的交互式问题解决测验可以在仿真任务情境下实时地记录学生的反应过程，并将其保存为过程数据。过程数据中蕴含了包括学生认知与思维活动在内的丰富信息，对这些信息进行挖掘与分析有利于对学生的潜在能力进行更加准确的估计。如何充分合理地利用过程数据评估学生的潜在能力是一个兼具理论和实践意义的新议题。北京师范大学心理学部教授刘红云的研究提出了一种可以全面利用学生在问题解决测验中的反应过程信息，估计其潜在能力和题目状态转移参数的序列反应模型（SRM）。

（五）基于机器学习的认知诊断方法研究与应用

认知诊断能够对用户（如学生、运动员）的多维度的能力状态进行量化分析，是智能教育领域的核心技术之一。传统的认知诊断测试方案以心理测量学理论为支撑，随着大数据时代的到来，认知诊断的应用场景愈发广泛，可使用的输入数据变得多源且异构。如何进一步发展传统认知诊断技术，以适应新的测试场景，成为当前亟须解决的关键问题。中国科学技术大学计算机学院教授刘淇以智能教育和教育大数据为背景，介绍了团队近期在基于机器学习的认知诊断方法研究和应用方面的探索性工作。该方法的核心思想是基于试题表征构建试题推荐系统，揭示试题之间的内在关联，自动为学生推荐个性化的答题路径，从而实现学生课下自主学习和个性化学习。

孔子“因材施教”的教育思想自春秋时代以来被世界各国的教育者们所倡导，但在智能化技术应用之前，尤其在大规模班级授课的情境下，学生的个性化发展是教育实践中的重大难题。智能化新技术的融入与应用，正发展成为优化、促进学生个性化发展的一种新途径（李凤英，何屹峰，王同超，2021）。

（一）智能技术助力学生认识自己

清华大学教授谢维和在报告中指出，教育要帮助人认识自然界，认识社会，认识同伴，最终还要帮助人认识自己，而网络时代教育在帮助人更好地认识自我的同时，也加大了学生自我认同出现偏差的风险，因为认识自己的途径，都是通过别人对自己的反馈、社会对自己的评价来体现的，这也是库里“镜中我”的理论意蕴（库里，2015）。通过制度或技术的力量，将现代社会中的现实空间与虚拟空间有机地结合起来，建立新的自我认同的机制，进而帮助人们更好地实现自我认同，重构教育活动的连续性，这是现代社会中教育改革发展的重大课题。

智能技术能够在众多场景下提供丰富的反馈功能，助力学生更好地认识自我。如智慧考评系统，可通过数据诊断将学习效果反馈给学生，让学生更清晰地认识自己的学习情况。科大讯飞股份有限公司（以下简称“科大讯飞公司”）开发的“知学中文”APP，聚焦“语文知识、语言能力、语文素养”三大核心场景，提供与部编版教材同步的课程同步训练、分级语言能力测评、语言文化学习资源，建设符合中、小学段语言能力发展要求的测评体系。通过反馈，让学生及时认识到现阶段自身的语言水平，从而有助于针对性地提高中小学生的国家通用语言文字的学习和应用能力。

（二）智能技术助力学生自我管理

无论是我国因教育发展阶段显现出的学生背景和来源的差异，还是每位学生发展过程中的个体差异，都容易导致学生管理的顾此失彼。充分发挥学生自我管理的积极性，是解决上述问题的有效途径，而利用智能技术对学生多维度数据的分析，能够助力学生更好地实现自我管理。

在学生自我管理实践上，厦门外国语学校积极探索通过数据驱动提升学生的自主学习能力。该校首先将自主学习确定为学生在学习过程中自觉地规划学习目标、选择学习方法、监控学习过程、评价学习结果，并自觉地调节学习方法和自我认识，完成个性化学习的过程。在这一过程中，数据驱动学生自我管理的策略体现在两个方面，一是结合核心素养的指标设计教学资源，供学生自主学习；
二是通过数据诊断评价发现学生的弱点，通过教学平台及时监测学生自主学习情况，与学生交流反馈相关情况和学习困惑，适度掌握学生的学习需求，提供个性化的帮扶路径，拟定个性化的教学方案，提升教师教学以及学生学习的成效。

（三）智能技术助力个性化学业支持

课堂练习、课后作业是各地学校和广大教师一直以来强化学生对知识掌握程度、促进学生学业发展水平的重要手段，但不加区分的、机械的反复练习，难以满足不同学生的个性化学习特征与需求，造成很多学生处在负担加重却效果低下的矛盾之中。

在个性化学业支持的实践中，合肥四中关注如何在高三年级专题复习课中精准地识别学生学习的薄弱点，从而提高了复习的效率。该校依托智慧课堂采集的学生学习数据生成学情报告，教师在相关数据和报告的支持下，重点讲解共性问题，个别讲解典型问题，适当讲解拓展问题，显著提高了相关讲评课的效率；
教师还借此分析学生的薄弱点，为学生规划个性化的学习路径，根据学生的实际情况来有针对性地推送匹配的基础题、巩固题、拓展题，最终实现作业科学合理的分层，提高了学生的复习效率。此外，南京中央路小学通过会学习的作文AI，重构作文教学的新流程；
南湖二中基于物联网摄像头和人工智能运动视觉算法，研发出针对教育教学的AI视觉体育，提供了个性化的智能体育操场教学。

当前语言教育已成为促进全球沟通与合作的关键因素，利用人工智能助力语言教育教学成为国内外关注的话题。围绕人工智能助力语言教育和教学开展情况，与会专家结合各自研究，进行了专题分享，探讨面向智能教育应用的人机互动机制。

（一）基于眼球追踪技术提升外语学习元认知能力

元认知能力是学习者的重要素养，眼球追踪技术可以分析在线学习者的认知行为，且通过恰当的教学法刺激，会有助于元认知能力的提升。浙江大学教育学院研究员翟雪松认为，外语学习者很难在形合语言和意合语言之间切换理解，这主要是缺乏对先前学习行为的元认知造成的。翟雪松从眼球追踪技术的测量、应用入手，分析了提升外语学习者元认知能力的有效策略，如将语言与自己的生活相联系。同时他还探讨了未来多模态的生理参数对语言学习的影响，从而能够和眼球追踪技术相互做数据验证。

（二）面向华裔青少年的机器人辅助华文学习的关键技术

为了更好地发挥AI机器人在辅助语言学习的强交互、语境感知等方面的优势，厦门华侨大学计算机学院副教授王华珍基于认知导师理论开展了华文教材智能化技术架构研究，设计了个性化学习和一对一辅导的应用模式，研发可部署在教育机器人上辅助语言学习的面向华裔青少年的华文教育智能导师系统，探索了人工智能技术支持下的华文教育的新学习文化、新学习方式和新工具。其中的关键技术包括多源华文教育知识图谱的构建、问题与问题链智能生成技术、洋腔洋调智能语音技术以及非汉语母语者作文评测技术。

（三）人工智能技术在语言学习中的应用

人工智能技术可以为语言学习提供个性化解决方案。科大讯飞公司长期从事语音及语言、自然语言理解和自主学习等核心技术的研究并保持国际前沿技术水平。21世纪初始，科大讯飞公司先后承担了包括全球中文学习平台在内的国家多个重点项目，用智能语音技术提高中文推广普及效率，辅助构建良好的社会语言文字氛围。如科大讯飞公司开发的国际中文智慧教育云平台，利用人工智能和大数据技术，提供智能化教学解决方案，实现个性化语言学习，助力新形势下的国际中文的教与学。利用语音合成、语音识别、口语评测、机器翻译等人工智能技术，打造面向学生、教师和管理者的国际中文教育教学整体解决方案，覆盖“教、学、考、评、管”全场景，帮助全球中文学习者提升学习兴趣和效率，助力中文国际影响力的提升以及中华文化的传承、传播。

（四）基于HMM/ANN模型的阅读素养纵向认知诊断研究

阅读素养是学生实现个人发展目标，增长知识，发展潜力，以及适应和参与社会生活的基本要素。对于阅读素养的有效评估有助于预测学生的未来表现，制定教育政策并开展阅读等方面的教学改革。北京师范大学中国基础教育质量监测协同创新中心的温红博通过整合隐马尔可夫模型与人工神经网络，在认知诊断理论的基础上建立HMM/ANN模型来实现对阅读素养的纵向认知诊断评估（Wen, Liu, &Zhao, 2020），同时比较了两种类型的人工神经网络（MLP & SSOM）用于认知诊断分类的准确性。基于两段的阅读素养测评数据展开实证研究，结果显示SSOM分类准确性优于MLP；
HMM/ANN能够准确追踪学生阅读技能的变化（Wen et al., 2020），这对纵向阅读素养评价、阅读教学具有重要意义。

儿童及青少年时期是个体发展的重要阶段，运动、认知、情绪与社会性功能在此阶段逐渐形成和完善。绘制儿童及青少年的脑模板图谱和脑分区图谱，解析脑结构和功能的发育规律及其影响因素，对于揭示个体认知行为发展的神经机制以及探索基于脑科学的教育方法具有重要价值。

（一）人脑发育的细胞图谱

健康的大脑发育依赖于精准的时空转录组的调节，数十亿神经元在正确的时间和地点生成并组装成复杂的环路行使功能。北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室教授吴倩应用单细胞多组学技术揭示了人脑前额叶皮层在发育过程中的细胞组成、发育谱系关系和转录调控特征，并应用类脑器官培养技术在体外模拟人大脑皮层的发育过程，研究了发育相关疾病的致病机理。

（二）脑功能成像与脑功能网络研究方法

由于人脑个体差异巨大，现有的功能影像手段尚不能准确地反映单个患者的脑功能网络。北京大学教授刘河生在报告中探讨了人脑个体差异的发育和进化的基础，介绍了最新的面向个体患者的脑功能成像方法，精确绘制出个体水平的脑功能网络。

（三）中国儿童脑发育图谱

中国儿童标准脑发育图谱将为研究我国儿童群体的正常和异常脑发育提供重要的基础性工具，北京师范大学系统科学学院副教授廖旭红系统地介绍了如何基于中国儿童高质量磁共振脑影像数据，绘制的6～12岁精细年龄分段的“中国儿童标准脑结构发育图谱”及在此图谱基础上基于功能磁共振纵向扫描设计，揭示儿童及青少年期脑动态功能网络的发育模式。

（四）道德认知的脑机制及其在德育评估中的应用

为了实现立德树人的目标，当前需要深入理解人脑如何加工和道德相关的信息这一核心科学问题。北京师范大学教授刘超从人际交互过程中的欺骗行为和不同道德情绪的加工与调节两个角度介绍道德认知与情绪的认知神经机制及其在德育教育的客观测量与评估中的应用。

随着人工智能教育在学术理论及实践中取得创新发展，我国教育相关主管机构与教学单位也不断地开展将人工智能应用在教育教学的实践探索。其中在教育部教育技术与资源发展中心（中央电化教育馆）的领导下，以南京、武汉、澳门等地区的部分学校为代表，相继通过开发人工智能教材等形式，结合学校自身实际推进人工智能教学应用探索，助力人工智能教育在我国不断发展。

（一）人工智能在教材（高中版）中的教学呈现

2017年国务院印发《新一代人工智能发展规划》（国务院，2017），提出在中小学阶段设置人工智能相关的课程，逐步推广编程教育，鼓励社会力量参与开发并推广寓教于乐的编程教学软件、游戏等。在此基础上，2017年教育部颁布的《普通高中信息技术课程标准》，初步把人工智能作为选择性必修模块，这也是高中开设人工智能课程的基础。

南京师范大学教育科学学院副院长柏宏权对人工智能在高中课程的呈现进行了解读，认为教学目标可以分为双基层、基本方法和实践等三层次。组织方式依照项目化学习的方式来组织教材；
课程内容上建议将前三章介绍人工智能、机器学习等基本内容作为必修模块，之后四章分别介绍智能语音、计算机视觉、自然语言处理、计算机博弈等当前的热点内容并将此设置为选修模块。同时，针对人工智能在内容架构上通过设计丰富的活动来串联整个的章节；
评价方式上强调激励性的评价和诊断性评价相结合。

（二）南京市人工智能教学实践探索

从江苏省来看，南京市在教育现代化建设中走在了全省的前列；
从全国来看，南京市在全国教育改革的进程中也占据了重要地位。多年来，南京市的学校在人工智能时代的智慧校园建设、人工智能课程教学、人工智能在学习中的融合应用、教师信息素养等方面都进行了有效的尝试。

南京市教育局副局长潘东标在报告中指出，在全球视野下，重塑智能时代的教育形态，对标国际一流标准，主动的求变、应变，是推进未来教育发展路径的必然选择；
推动包括人工智能战略的场景革命，重建面向未来的教育创新生态，正成为南京教育变革的新逻辑起点。他认为要关注对中国未来基础教育产生重大影响的四个场景：一是面对面教学与网络教学融合的混合学习，二是基于沉浸式技术的学生体验学习，三是STEAM与人工智能教育支撑的创新，四是数据驱动的大规模因材施教。

（三）武汉市人工智能教学实践探索

武汉市是首批国家智慧教育示范区，通过在政府规划、教学教研、机制牵引等层面的系统推进，目前人工智能教学实践探索取得了一定成效。武汉市教育科学研究院现代教育技术中心主任雷刚指出，在政府层面，武汉市将人工智能教育纳入国家智慧教育示范区创建规划中，并在全市开展人工智能课程实验，组织相关专家对各区开展的人工智能实验建设情况和课程开设情况做专项督导。在教学教研层面，出台了全市人工智能教学意见以及课时建议，倡导开展有针对性的线上线下的教师培训，并在培训实施一年后开展人工智能教育现状调研和优秀的课例展示。在机制层面，由武汉市教科院牵头，武汉市教育局指导，各区教研室、电教馆参与，提供教材的企业加入，构建了市、区、校和企业四方的联动机制。

（四）澳门人工智能教学实践探索

澳门在经济适度多元发展的背景下，致力于培养智慧市民。在澳门教育及发展局的支持下，澳门人工智能教学实践探索的重点放在了人工智能课程的规划上。澳门濠江中学副主任王志强指出，澳门将人工智能普及课作为综合实践课，以建立学生的人工智能基本素养为目标，按意识、态度、伦理、知识、思维、技能和创新7个维度，面向全体学生，从初一开始逐年推进，尽量以项目学习的方式来开展学习，联动多个学科进行跨学科合作。王志强认为在基础教育推行人工智能普及课是必要的，学生需要基本的人工智能素养、创新意识和综合实践能力，合理运用技术，有效跟机器沟通，发挥机器模仿运算的优势。在万物互联、人机协作的时代，让机器正确地为人服务，才能更好地实现澳门经济的多元发展。

数字经济的发展带来了高生产率、高安全和高便利，改变了现有的职业结构，也倒逼学校的数字化转型。智能技术的快速发展为学校数字化转型提供了新机遇，包括人工智能助力智慧校园建设、技术治理以及学校治理等方面。

（一）智慧校园建设的方向

智慧校园是指一种以面向师生个性化服务为理念，能全面感知物理环境，识别学习者个体特征和学习情景，提供无缝互通的网络通信，能有效支持教学过程分析、评价和智能决策的开放教育教学环境和便利舒适的生活环境（黄荣怀，张进宝，胡永斌，杨俊锋，2012）。北京理工大学院士张军指出智慧教育“融、群、衍”的三大特征，认为需要通过数据共享、知识互联、群智协同、教育智学的智联网实现智慧校园建设，他还以北京理工大学在智慧思政、课堂革命、智慧双创、智教体系和融智于国等方面的实践作为智慧校园建设案例予以具体说明。

（二）“5G+智慧教育”和新基建背景下的技术治理

随着信息网络技术、智能化与无人技术的广泛应用，国家相关领域产业化结构加快调整，新型工业时代已然到来，并逐步带动传统行业向新型产业与运营模式转变，信息化数字社会的建设与升级改造，也正以“新基建”为出发点逐步开始设计并实施。技术进步总会给教育的发展带来推动，5G技术同样如此。

北京邮电大学经济管理学院教授张爱华指出，5G新基建可推动智慧教育方式的创新，助力教育的可触达、专业化、公平化和智能化，这主要包括：增强网络和平台的支撑能力以及应对高频访问的要求；
解决疫情期间大规模的在线教学中平台瘫痪的问题，提升数据中心网络空间使用的效率；
提升信息化的服务水平，解决数据孤岛的问题，提高办事效率，节省办事资源；
增加数字资源管理水平，提升资源的生产质量，提高资源的使用效率，增强信息化装备运维的服务。

（三）人工智能助力学校治理

在智能技术助力学校数字转型的具体实践方面，不同学校结合实际采取了不同治理模式。合肥四中建设校园运营中心，对接省和市的云平台，打破数据隔阂，形成了数字化的治理底座，并在此之上打造了学校智慧文化、智慧教研、智慧考评和智慧五育。

厦门外国语学校运用互联网大数据、人工智能等技术与学科教学融合，具体通过智学网全方位系统地跟踪学生学习状况的全过程，帮助学生制定个性化的学习策略，提升学生的核心素养。

西南大学附属中学致力于发扬每位学生的个性与价值，在搭建五育并举课程体系、重构学校学习场所、创新人才培养机制、打造融合信息技术的教育科研等方面开展了探索。

北京十二中联合总校通过统一数据建设、统一平台建设，致力于实现从碎片化向系统化转变，从脉冲式向常态化转变，从标准服务向个性精准服务转变，以挖掘学生潜质，激发学生兴趣，指导学生学习，成就学生价值。

《双减意见》的出台与落实，深刻地改变着教育生态，对学校教育和课后支持服务质量都提出了更高的要求。与此同时，智能技术在教育领域的应用也迎来了新的机遇。人工智能相关的学术研究与实践探索逐渐形成合力，共同致力于让智能技术更好地助力学生健康发展。但同时也应看到，当前人工智能教育应用依然处于初级阶段，实现人工智能对教育的变革依然任重道远。

互联网空间作为与物理空间、社会空间相区别的第三空间，其具有的时空灵活、资源共享、行为数据化、信息众筹、关系网络化和系统联通化等全新特征，深刻地改变着传统教育系统的方方面面，尤其是教育服务的供给模式，这促使人类教育从规模化、标准化走向灵活、多样、开放、终身的个性化变革，为破解新时期我国教育主要矛盾提供了新的可能（陈丽，逯行，郑勤华，2019）。智能技术在教育领域的更好应用，不仅需要不断揭示新规律、不断探索新实践、不断提炼新模式，也需要关注人工智能教育所带来的全新的相关隐私和伦理的问题，解决好这些问题，才能推动人工智能教育的健康发展。希望本文能有助于读者了解智能技术如何助力学生健康发展的学术前沿和实践探索，促进全社会协同推进教育教学的创新发展。