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摘要：国家发布《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划（2018—2020年）》，计划中明确详细规划了人工智能在未来三年的重点发展方向和目标，对应用于儿童教育的机器人的智能化水平提出要求。在人工智能快速发展的大背景下，我们如何将人工智能应用到学前教育中，对学前教育将会产生什么样的影响？通过分析人工智能教育产品的特点，结合当代人工智能在学前教育的发展状况，对人工智能系统对学前教育的影响机制进行研究。从生产者、使用者、社会及国家的角度提出了相关建议。
关键词：人工智能；学前教育；教育资源
本文引用格式：王磊等.人工智能系统对学前教育的影响机制研究[J].教育现代化，2020，7（42）：1-5.
Research on the Influence Mechanism of AI System on Preschool Education
WANG Lei,WANG Hong-yu,WANG Ao-lan,MA Ying
(Civil Aviation University of China Law School,Tianjin)
Abstract:The three-year action plan for promoting the development of the new generation of artificial intelligence industry(2018—2020)has been issued by the state,in which the key development directions and goals of artificial intelligence in the next three years are clearly planned,and the requirements for the intelligent level of robots for children's education are put forward.Under the background of the rapid development of artificial intelligence,how do we apply artificial intelligence to preschool education,and what impact will it have on preschool education?By analyzing the characteristics of artificial intelligence education products,combined with the development of contemporary artificial intelligence in preschool education,this paper studies the influence mechanism of artificial intelligence system on preschool education.From the perspective of producers,users,society and the state,the relevant suggestions are put forward.
Key words:artificial intelligence;preschool education;educational resources
2017年12月，国家发布《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划（2018—2020年）》，计划中明确详细规划了人工智能在未来三年的重点发展方向和目标，对应用于儿童教育的机器人的智能化水平提出要求。《计划》指出到2020年，在智能服务机器人环境感知、自然交互、自主学习、人机协作等关键技术取得突破。推动儿童智能教育产品的发展，是夯实基础教育的要求，是对传统教学方法的改革与创新，教育与工智能结合的目标是提升平衡教学资源，促进教育的整体发展，提高教学的效率与质量。“人工智能+”教育是储备和培养支撑国家更长久发展的人才的中坚力量。
学前教育是国民教育体系的重要组成部分。我国现下学前教育领域存有很大发展空间，有很多问题亟待解决，如各地学前教育事业发展不平衡、学前教育资源城乡配置不均衡、优质学前教育资源集中在中心城区，不同地区财政投入差别很大、学前教育财政投入与经济社会发展不成比例等。学前教育均衡发展，也是指适龄儿童处于学前教育阶段的时候，教育的公平性能贯穿整个学前教育的过程，每个孩子都能获得相对公平的成长机会。总的来说，我国当下学前教育处于不均衡态势。
一 人工智能教育产品的特点
目前我国人工智能如雨后春笋般大批涌现并涉及各行各业，教育机器人是人工智能技术应用于教育领域的典型代表之一。
自20世纪90年代起，机器人便开始进入教育领域，近三十年的发展使其逐渐成为辅助学生学习科学知识、培养学生实践能力与合作能力的重要工具。近年来，随着人工智能、大数据等技术的快速发展，国内外逐步开发了以培养学生分析能力、创造能力和实践能力为目标，具有教学适用性、交互性、开放性及可扩展性等特点的教育机器人。我国也提出了推动机器智能在教育领域的全方位应用，并陆续颁布了包括《国家教育事业发展“十三五”规划》《新一代人工智能发展规划》在内的多份文件与政策，大力发展教育机器人。
在人工智能系统与教育融合的推动中，少不了建构主义的教育理论助力。建构主义倡导“以学生为中心”，由于学生本身也可以通过自己与外界的互动中主动获取知识，所以教师应当扮演学生进行“自主探究、自主发现”的助力者角色，来帮助学生对所获得的知识进行进一步的处理、吸收，加深学生对于知识的理解和掌握。由于大量信息在课堂之外可以被学生通过各种途径获得，所以教育方向逐步转变至对学生如何将所获取知识进行判断、处理和吸收的引导之上，这些知识不局限于课堂中的知识，更是学生通过网络工具可以获得的一切潜在信息。我们的教育方向从“教师如何有效教学”转变到“学生如何自主学习”。
总体而言，教育机器人的发展可以更多地针对幼儿群体与教师群体，在交互方式、教学模式等方面做出更多创新与尝试，逐步更多地落地于学校与家庭等关键教育场景，同时借助智能系统的帮助实现更有效的信息沟通，打破家校分离的现状，利用最新的人工智能技术促进我国教育技术领域的研究与发展。
二 人工智能系统对学前教育的促进作用分析
（一）满足儿童的特定需求
儿童处于学前教育的阶段，是大脑发育的黄金时期。在这期间，儿童接触新事物，获取新知识，接受一些基本的教育，可以培养孩子的兴趣和良好的习惯，开发智力和潜能，为以后的学习、生活、教育奠定基础并对孩子性格的养成具有十分重要的作用。当前幼儿园开设的课程大概分为以下几个领域：语言、健康、社会、科学、艺术。开设的课程会满足儿童的需求，但仅限于课堂传授的知识是远远不够的。人工智能教育产品的出现便解决了这一问题，能更好地满足儿童的特定需求。
儿童处于这个阶段，对这个世界充满好奇，有许多的问题。在传统教育模式中，当儿童有问题时，会询问家长或老师，但可能有些问题他们也不太清楚。如今，有了人工智能教育产品，对于所提出的问题，它们会提供一个更全面、更准确的回答，满足了学习者本身对学习资源的获取。在向人工智能教育产品提问时，它们的回答可能不会让孩子满意或在回答过程中又产生了新的问题，儿童可能会再进行提问。这个过程进行重复，在此期间，学习者本身就与人工智能教育产品产生了沟通与交流，可以满足学习者的沟通需求。美国心理学家马斯洛提出了需求层次理论，从低到高按层次分为五种，分别是：生理需求、安全需求、社交需求、尊重需求和自我实现需求。对于孩子而言，他们这个阶段最需要的就是陪伴，这种需求属于社交需求，希望有人能陪伴、倾听他，与他交流。儿童的家长与老师不可能时时刻刻陪伴，所以在孩子想倾诉却找不到人倾诉时，人工智能教育产品是一个很好的选择。即人工智能教育系统能更好地满足儿童特定的需求。
（二）促进儿童自主学习
1986年，美国学者罗伯特·哈钦斯首次提出了学习型社会的概念。学习型社会是对现代社会发展特征的一种理论描述，是指在信息社会中，随着科学技术的迅速发展，信息与知识的急剧增长，知识更新的周期缩短，创新的频率加快，对人的素质的要求提高，人力资源的重要性增加，学习就成为个人、组织，以及社会的迫切需要。2015年，在国际信息化大会上习近平总书记强调因信息技术的发展，推动教育变革和创新，构建网络化、数字化、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，培养大批创新人才，是人类面临的重大课题。从中可知，人工智能化教育能够推动教育理念的先进性和时代性。
对于这些理论的提出，可见人们的教育理念在一步步地改善，对于教育有更深层次的理解。现在的社会各个方面都更新地非常快，稍不留神可能就会被这个社会所淘汰，所以人们需要不断地学习，补充新知识。人工智能教育产品的出现可以很好地满足人们对学习的需要，给予了人们一个终身学习、随时学习、全民学习的机会，加快促进学习型社会的建设。
自主学习可以提高学习的积极性，化被动为主动，学习也变得事半功倍，提高了学生的求知欲和主动探索能力，从而形成了灵活开放的终身教育体系。由于我们主要针对的是学龄前儿童，所以在设计产品的内部软件上应当更多地从使用者的角度去考虑，解决面向师生个性化服务中的主要问题。从学习环境来看，应能够创设无边界的环境支持师生的个性化发展；从学习空间来看，应是能够感知学生的特征，适配学生的学习需求；从学习方式来看，应能够支持灵活可变的学习方式。此外，课程体系应是层次可选的，学习资源应能够精准而又恰当地符合学习者所处的学习阶段，其内容与社会的联系应紧密顺畅，跟随时代脚步，也应支持较为客观的大数据智能决策。打造智能机器人优质学伴的目标，使其能够利用合适的系统精准地向师生提供个性化服务，应用优质资源帮助打造优质教师是现阶段智能机器人不断追求的目标之一。即人工智能教育系统可以促进学习者的自主学习。
（三）改善教学资源不足和教师紧缺
教师与人工智能产品分工合作应当可以提高教学质量，例如已经存在的功能：人工智能产品可以协助教师批改作业，节约了教师很多时间。
在传统的教学模式中，学生教育质量的高低很大程度上依赖于老师的好坏，教师扮演着十分重要的角色，而优秀教师的培训周期长，在国内供需不平衡，显得教学资源紧缺不足。随着社会的发展，受教育的人群越来越多，家长对儿童的教育越来越重视并且有着很高的要求。在这同时，二胎政策的开放就使教学资源与教师就变得更为紧缺。一方面，教育体系需要增加与改良对教师的培养，在数量和质量上满足现代学习者的需求，这个过程是需要时间来考量的；所以另一方面，我们还需要寻找其他的办法，例如让教师与人工智能教育产品合作。通过这两者之间合理的分工合作，希望达到不仅可以减轻教师的负担，还可以提高教学效率与教学质量，帮助老师因材施教，增强儿童的学习兴趣，让他们的学习更有效的目标。即优化教学质量，弥补教学资源紧缺。
（四）做教育监督方的眼睛
近年来，我们在新闻媒体上总能看到性侵儿童、虐待儿童的事件，例如北京红黄蓝幼儿园、上海携程亲子园、南京爱德美幼儿园等虐童案。根据统计，2016年以来，全国检察机关依法批准逮捕发生在幼儿园的侵害儿童犯罪181人，起诉231人；批准逮捕发生在中小学校园的此类案件3081人、起诉3923人；对学校、社会培训机构等工作人员实施侵害未成年人犯罪的，依法提出从业禁止的量刑建议102人，在性侵未成年人案件中，熟人作案的比例高于陌生人，有些地方甚至有70%~80%案件犯罪嫌疑人和被害人是邻居、亲戚、朋友、师生等关系。以上的数据让人震惊，给我们敲响了警钟并引起了我们的深思。儿童在这个阶段十分脆弱，自我保护意识极度缺乏，受了伤害后由于各种原因可能也不会将事件告诉家长或其他能够进行帮助的人，又或者他们在向帮助者陈述被施暴事件的过程中不能将其原委和细节仔细说明。而这些帮助者对儿童的保护不可能做到时时刻刻、方方面面，儿童脱离被保护的视线范围，可能就会受到伤害。
学校作为学习者停留时间较长的主要场所之一，在学校可能存在危险因素的情况下，如果在课堂上可以应用人工智能教育产品充当一个监督者的角色，对一些必要的非教学过程也实施强制监督，且能够及时报警，是否可以减少此类事件的发生。在人工智能教育产品增加强制监控的功能，对教师以及一些与教育有关人员的行为及语言进行监控，使其规范相关人员的行为，对于类似的事件起到监督的作用，可以防止并减少有害事件的发生。除此之外，一旦发生了这种事件，人工智能教育产品可以提供监控从而有助于警察的调查并为其提供证据。即为社会做一双透过黑暗的眼睛，避免或减少虐童、性侵儿童等类似事件发生。
三 人工智能系统对学前教育的阻碍作用分析
2012年，教育部发布《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》，其中要求“基本建成人人可享有优质教育资源的信息化学习环境。推进信息技术与教学融合，建设智能化教学环境，提高学校信息化建设基本配置与应用水平，提供优质数字教育资源和软件工具，利用信息技术开展启发式、探究式、讨论时、参与式教学”。在目前来看，新型教育基础建设多集中于中学和高等教学中，所以寻找适合且可应用的信息化设备应用于初等教育也是信息化发展的目标之一。在这样的条件下，满足初等教育环境的设备要求就比较明确了：
（一）对产品数据的要求较高
从数据的源头上看，人工智能教育型产品是集各项学习资源和服务设施于一体来为使用者服务的；从使用需求角度来讲看，它又是不同学习者、不同教师和不同学习进度的匹配问题，包括对不同学习者不同的学习信息如何区分、存储、和分析、如何进行精准判断并为下一步教学计划做调整；从实践的结果来讲，学习者的所有应用信息综合在一起便是一个庞大的信息库，对所有的信息进行数据分析便能得到该使用范围内学习者的平均学习状态、学习难点、学习效果，这是为国家教育发展做下一步战略的数据基础之一。所以在产品的信息存储和利用方面应当严谨把握。
（二）对产品的定位要精准定位
一方面，如果产品的定位是在某一主要组成部分存在优势，为了弥补其他部分的不足，学校仍需要引进更多其他类型设备以保证教学设施的完备，在这种情况下，就会导致在一个教室中，各种设施集中在一起，会浪费使用者在转换设备的时间，也可能会出现功能重合的现象，譬如教室现存的多媒体设备便存在投影功能，如果在小型机器人产品中也可以附带投影功能，那二者的功能便出现了重合的部分，这回使得教育投入在某一方面出现浪费；另一方面，若设备追求全面发展，对于不同年龄段产品应当不同，学龄前儿童所学知识浅层次、涉及广范围、触及多学科、机动灵活性强，对产品要求的高度是不言而喻的。
从使用的角度来讲，教师和智能机器人之间的定位分工可能出现矛盾，人工智能教育型产品的初衷是促进学习者自主学习，激发学习者的学习热情和求知精神，而在课堂中，则是作为“教师助手”的身份出现，但现在先进的智能产品，如机器人，已经具备智能语音、批改作业、教材学习功能，在这些功能的基础上，如果不加以利用，就是对这些功能的浪费；若是过度使用，将课堂的大部分交给智能机器人，就会对教师资源形成浪费。不论智能科技如何发达，我们在课堂中不能抹杀教师的作用，智能工具不能也不会代替教师的位置。人是规则的制定者和监管者，所以在应用智能产品时是有一定的准则；当这些规则受到破坏时，就需要教师帮忙修正，使得学习者的学习过程和方法不会偏轨。所以，在课堂中使用人工智能产品要把握地精准而又协调。
（三）对课堂实施空间要求更丰富
机器人进入依托于先进的信息技术，设备内有齐全的内容和丰富的空间与平台，这样的创新空间对传统课堂是一种挑战。在初等教育阶段的学习过程中，教育机器人的主要受众群体集中在0-12岁。在该阶段应当加强对学习者思想道德的教化，塑造学习者健全的人格、优良的品质和积极向上的精神，所以在教育上，不应将课堂局限于教室。为了满足这样的要求，人工智能产品与学习者在室外的交流互动也是值得研究的，室外场地的边界广泛性、灵活性对产品的随机应变能力是有较高要求的。
（四）对学习者的依赖性要有限制
对于智能产品，学习者对其依赖性在一些原则性问题上不能超过与父母、老师或朋友之间的情感，不能让学习者过分依赖智能产品而忽视了在实际生活中的感情。譬如，随着智能手机和电信网络的发展，引发了许多在道德上引人深思的问题，家庭聚会中全是低头族，无人与老人、亲朋交谈导致家庭关系淡化；马路上的行人专注于手机而闯红绿灯。像这样在道德、亲情和规则上，无论在校内或校外，都不是应用智能产品就足够使学习者的情感健全发展的。
（五）对教师的信息化能力要求更高
在多媒体设备刚进入教学课堂时，由于许多教师不会使用电脑，导致不能利用多媒体设备为课堂做一些更生动的诠释，同样，在现阶段推广智能产品，类似的问题也可能出现。
在现今教育技术的使用中，教学之中人与人之间的交互作用容易被忽视的问题。在人工智能时代，教师与人工智能系统之间需要相互协同。
具体到现实基础教育课堂中，一方面，存在实施的过程中部分教师不愿意改变或者不愿意学习如何让应用的现象。当教师传统的教学模式已经形成了成熟的体系和模式，他们认为现今的教育方法已经可以教好学生，尤其是那些已经出了成绩的教师，继而让其进行改变会存在较大困难。
另一方面，人工智能在教育系统中的实施也面临着怎样将人工智能教学系统与面对面教学相结合的问题。如何将教师与人工智能系统完美地结合在一起，如何分工，如何互相协作，使教师与人工智能系统之间达到一个平衡，以最大限度地发挥二者原来的优势以及互相协作之后所带来的好处，共同为学生提供更有个性的、更有效的教学体验，这是当前教育人工智能研究面临的挑战之一。进入课堂时，在操作上需要老师提前学习摸索，了解操作功能。
不能合理有效地使用智能产品或者教师与人工智能产品的协作过程中角色定位不清晰都会导致智能课堂的发展缓慢。
（六）隐私保护问题
在信息安全问题上，由于智能产品背后庞大的数据库是学习者个人的重要信息，所以在信息保护方面需要更厚的“围墙”。
在图像识别技术上，在现实中，有时出于对当事人隐私或者某些信息的保护，电视和网络会将文字或脸部像素化。但随着人工智能的发展，这种保护隐私的方法已经不再可靠。有研究发现，神经网络只要通过主流的机器学习方法训练，就可以识别图像中隐藏的信息。有数据显示，在某些数据库和隐私技术上，神经网络的成功率已达到80%，甚至是90%。在像素化图像方面，随着图片模糊程度增加，神经网络的成功率会降低，但仍然能够达到50%~75%的成功率。因此，安全保障是教育人工智能也必须面对的挑战之一。
尤其是在基础教育阶段，学生对这个社会的认知还不够全面，是否会更多地存在着网络上的隐性伤害，而这些问题都是在人工智能应用于教育领域之中所要面临的问题。为此，一是将伦理道德教育纳入人工智能课程之中，树立伦理道德意识也就成为人工智能时代必须要解决的课题；二是应该加强人工智能教育应用的监管，制定与安全应用相关的规则，运用相关技术保护使用者的隐私和权益，着力于推动教育人工智能良性积极发展。
四结语
鼓励产品生产者多进行实践，对该领域进行更多的理论性与实证性探索，多从使用者的角度出发，在从实践中根据具体反馈改革产品，不纸上谈兵。因材施教讲究的是对不同的学习者以其擅长的领域深入学习发展，构建主义则是鼓励学生自主探索学习，二者相结合，所以智能产品与课堂的搭配使用问题是当下也是未来的研究方向之一；对于课堂改革，仍需要大量的、不断地实践才能够将有效的产品在课堂上发挥作用。教育智能化的发展不仅要紧跟国际发展趋势，而且需要结合国内教育的实际情况与政策环境，降低教育机器人进入普通学校与家庭的门槛，使之可以大规模落地与应用。
加大社会对产品的认知和认可，为了推动人工智能产品在学前教育课堂中的应用，就要先对产品能发挥出的真正效果展示出来，增加大众对产品的认可，循着有效的方式将智能产品进行必要的普及。
利用国家政策的支持从研发、生产、使用等多方面联合加快人工智能产品的发展，同时依据现有的或建立新的国家法律、法规和规章等相关标准对产品的相关问题以及使用者的合法权益等方面进行规范。紧随国家政策，抓住发展机会，加快改革脚步，为孩子从小培养科学思维，塑造智能学习环境，为国家培养更多赢在起跑线的孩子。
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