［摘要］人工智能教育應用的價值歸宿是為教育主體賦能、為教育系統賦能。何以可能、如何賦能是其核心問題。人工智能交互是人工智能賦能的關鍵，如何理解并運用其視覺交互方式，擴展實踐賦能空間，增強實踐賦能“活性”是需要研究的重要環節。本研究結合研究文獻和實踐應用考察了人工智能教育應用的形態及特性，在“交互賦能”觀念下分析了人工智能教育應用的交互形態及視覺交互方式;立足“可視化”研究和人工智能應用案例分析了視覺交互的“賦能”通則;最后在教育賦能層面上從學與教兩個方面探討了人工智能視覺交互應用為教育主體帶來的影響及面臨的機遇和挑戰。研究認為，可見性、可變性與智慧性是人工智能視覺交互應用的三大賦能通則。人工智能視覺交互的賦能實踐，可充分發揮賦能通則的認知“內輔”與互動“外輔”效用，設計并運用視覺交互方式與形態，從認知方式到行動策略全面促進學習，從個體差異到群體共性精準改進教學，并在賦能行動的智能理想與教育現實間辯證地應對人工智能交互賦能的機遇和挑戰。

　　［關鍵詞］人工智能教育應用，人工智能交互，人工智能視覺交互，人工智能賦能

　　一、問題提出

　　人工智能教育應用正努力實現為主體賦能、為教育教學賦能的價值目標。在教育最優化的發展路徑上，以計算為基礎的人工智能技術，通過模式識別、機器學習、深度學習被應用于教育教學管理產品、教學系統產品和學習系統產品的研發與實踐中。其在學習支持服務和教學以及行政管理服務方面的應用主要集中于:特征分析和預測、考核和評價、自適應系統與個性化和智能輔導系統四個方面(奧拉夫·扎瓦克奇-里克特等，2020)。

　　人工智能教育應用效能的發揮主要依靠互動和交流，即主體與人工智能應用實體的“交互”。人工智能教育應用的情境主要有“人”與“物”兩個方面，其在教育、教學和學習應用中的角色表現為伙伴、師長、管理者，以及支持工具與服務環境等五種。不同的應用形態都存在教育主體與人工智能應用角色的互動與交流問題———它與反思一樣在人的學習與思考中具有重要意義。根據人在學習中感官參與的程度，視覺交流是人工智能應用中“人-智”互動的重要部分，涉及視覺感知、視覺反應及能被視覺感知的實體表達。人工智能能以多樣的實體形態在多種場景中為教育、教學、學習提供支持與服務。視覺化、可視化是主體感知信息、形成意義、準確傳達、高效呈現，乃至視覺分析與思考中不可或缺的方式，是人的學習中應用最多的學習方式。所以，人工智能視覺互動在人工智能教育應用中有重要意義。在科技界，華為與百度已發布了5G+人工智能工業視覺解決方案白皮書(百度智能云，2020)，為智能工業發展提供技術支持，也反映了視覺智能是人工智能應用的重點之一。

　　二、人工智能教育應用的形態及特性

　　將人工智能與其相關技術結合起來考慮其如何被用于教育，才能透徹觀察其教育應用的研究與實踐。因為發展中的人工智能，形態不定、功能日增，其應用涉及方方面面;而且，連接“硬件”與“軟件”的“潛件”更是其應用的要點。如果把人工智能作為一種問題解決方法，那么其教育應用就是要用人工智能技術解決現實教育問題，或用人工智能技術支持或滿足現實教育需求。在現實情況下，研究并判定人工智能應用的真實教育場景與情景，厘清人工智能技術的本質及其擅長應對的問題，才能在實踐中恰當地設計并應用它們。

　　考察人工智能教育應用如何賦能主體，需要全面理解人工智能教育應用形態。當前應用于教育領域的人工智能軟件系統主要有三類:私人導師、協作學習智能支持系統和智能虛擬現實(Luckinetal．，2016)。貝克等(Bakeretal．，2019)把人工智能教育應用工具按教育活動參與要素分為:面向學生的、教師的和系統的人工智能教育軟件。事實上，人工智能技術可嵌入的教育系統要素，是由其“智能”本質和潛在需求決定的。兼具感知、計算、表征、存儲以及識別、推理、表達等功能的人工智能技術可與教育教學主要要素相結合，針對教育教學實際需要設計技術樣式，形成不同應用方向和應用層次的實踐形態。楊緒輝等(2019)指出，通過人工智能技術之所長補足教育活動中人之短板來完成“人-技”關系重構，是使人工智能教育應用達到協同與融合狀態的實踐方向之一，是最終實現技術之教育價值的基本途徑。所以，結合實際應用，人工智能教育應用形態可以更完整地分為:智能環境、智能工具、智能學伴、智能教師和智能管理者。

　　人工智能環境主要通過環境感知和信息整合從環境適宜的角度智能地為主體提供主動的活動建議或被動的行動指導，使主體擁有多元的場景感和深刻的現場體驗。智能環境的特性在于環境信息聯通，為學習者提供適時、準確的環境信息，“溝通”主體所需要的環境信息并按需調節，營造人性化的教育活動氛圍。例如，由人工智能支持的教室是典型的智能環境，它能智能地調節光線、溫度和空氣質量。

　　人工智能工具主要利用判別、跟蹤、預測等智能，通過信息整理、模式識別、思維感應等提供必要的認識監察和適宜的思維輔助，使主體擁有充分的認知和思維發展。其教育應用在于對“認”和“思”的輔助，對主體認知與思維的輔助是其釋放其教育效用的重要目標。例如，智能軟件為主體提供及時的反饋或提示。

　　人工智能學伴主要利用感應、識別、對話、思維、行動等智能通過不同層級與風格的同伴身份或伴學角色為主體提供“學友”式的人際交流與心智交流，使主體擁有人性化的心智發展體驗。其教育應用特性主要是情志陪伴與社交往來。嵌入人工智能的智能學伴，使學生不僅不會缺少心理交流和社會交往，而且會因交往自由而放大智能“學伴”的效用。在積極正向的情志作用下，交流中的認知也會因靈活性和啟發性增強而額外增強。

　　人工智能教師能利用識別、監察、決策、規劃等智能為主體診斷學情、疏導心理、適應地推薦、檢測目標等。人工智能教師可以輔助學生課業學習和個性成長，可以傳授科目內容，耐心地為學生授業解惑。“人工智能+教師”的協同實踐模式是人工智能教師形態的特別形式(周琴等，2020)，或可為教育教學帶來更好的效果。在強人工智能技術支持下，人工智能教師可如同師長一樣輔佐學生，幫助其成長為一位知識技能優秀、心智能力健全、人格品性和倫理觀念兼具的“完人”。

　　作為人工智能管理者，其具體形態多樣，功能上與其他應用形態的信息充分互聯，擔負著組織決策、系統協調的角色，負責團體、學校、社區的活動規劃與資源調配(見圖1)。其教育應用特性在于輔助決策與協同管理，使團體、學校、社區等活動井然有序、和諧發展。

　　在各應用形態中，人工智能技術發揮的功用主要有四種，包括獨立或協同地知識建構、問題解決、系統決策和協同行動。對教育主體來說，其應用重點在于信息交換、引導思考、陪同交流和協助行動四個方面。正是基于上述支持，人工智能技術不同教育應用形態的主體賦能才得以展開，其教育價值實現成為可能。

　　不過，對于人際型的智能學伴、智能教師和智能管理者形態來說，機器人的出現將成為人工智能教育應用的拐點，其經典的“擬人”化實體代理就是智能機器人。由于智能機器人更加具象化、實體化，在滿足主體即時的交流、溝通、指導、啟發等需要時更具優勢。實際上，隨著數字智能的獨立性和集成性的發展，人工智能教育應用形態也將更靈活多樣。例如，智能工具與智能“學伴”或智能“教師”可以合二為一。在“軟硬”技術成熟、應用形態理想的情況下，機器人的應用將成為人工智能教育應用的一大亮點。所以，在現階段和未來很長一段時間內，幾種形態的應用將獨立存在;而未來的應用形態或將演化為:智能環境、智能“附件”、智能機器人(可代理多種教育角色)三種形式。

　　三、人工智能教育應用的視覺交互方式

　　與教育主體的互動“連接”是人工智能教育應用的重點。如果說互動“連接”是實現其賦能的關鍵，那么視覺交互智能就是打開教育主體賦能空間的鑰匙。視覺交互能擴展人的實踐活動范圍，在人工智能服務中扮演非凡的角色。事實上，以視覺交互智能為代表的人工智能交互(簡稱“人智交互”)與“人機交互”之間存在本質的不同。

　　(一)“人工智能體”與教育主體交互的形態

　　人工智能依附于物理實體而存在，“人工智能體”與教育主體間的交互存在多種形態，即人智交互形態，涉及多個維度:1)由于人的活動涉及情感、認知、行為等層面，交互需要也涉及不同層面;2)交流動機不同，交互有主動與被動的差別;3)人工智能所屬關系或地理位置不同，交互也存在面對面或異地的差異;4)交互涉及感官不同，存在多種方式;5)依附的實體不同，交互所依賴的硬軟件樣式也多種多樣。對交互形態的多維度考慮，意味著對多樣人工智能交互需求的支持，以及多樣的人工智能交互形態的產生。

　　在實際應用中，多樣需求與多維支持使人智交互呈現豐富的特點，其在人工智能技術的應用特性上表現為:1)功能有強弱，即已被熟知的強人工智能和弱人工智能，如影片《機器人管家》中的安德魯和《機器人和富蘭克林》中的“強智”機器人;2)顯性或隱性的應用，即有無可見形象，如智能代理和智能軟件工具;3)形象有虛有實，如車間的機器人、微軟計算機操作系統(Windows)里的小娜(Cortana);4)存在于人體內或外，如嵌入人體的人工智能單元與可穿戴的人工智能設備。多樣的人工智能應用使人智交流方式更豐富。

　　(二)“人-智”視覺交互方式

　　人工智能體與教育主體的交互有兩個重要要素:交互方式和交互時機。人智交互主要是“近距離雙向”交互(見表一)，交互方式直接影響人智交互的“溝通”表現，涉及感官通道，內容組織與解析形式。交互方式為交互內容服務，支持“人-智”間的信息交匯、知識交流、思維交融和創造協作等。交互時機取決于基于學習與教學原理的社會性行為設計，信賴于設計者的理解與設定。交互方式則與學習者的體驗與參與度緊密相關，與人體感官關系密切，尤其是視覺交互方式。

　　四、人智視覺交互方式的“賦能”通則

　　在教育系統活動中，主體的知識技能增長與能力提高通常涉及學與教的活動及認知思維兩個層面。人工智能應用賦能主體、賦能教育，也需要從活動與認知思維兩個層面考慮。作為人工智能應用的“連接樞紐”，人智交互的形態與方式直接影響其應用的結果和效能。設計與應用更要重視視覺交互方式及交互形態，聚焦視覺交互操作以提高“內輔”效果，聚焦視覺互動活動以增強“外輔”效用。

　　五、人智能交互的主體“賦能”影響

　　如果說以計算智能(王亞飛等，2018)為根基的人工智能教育應用是“內驅”數據動力的智能應用，那么以視覺交互智能為基礎的人工智能教育應用就是“外展”實踐空間的智能應用。人工智能視覺交互可以使教育實踐活動在人智交互中充分展開，機器和智能的技術潛能也可以在人智交互中充分發揮。人工智能視覺交互質的變化將在各種應用形態中為教育主體帶來深刻影響

　　［參考文獻］

　　［1］奧拉夫·扎瓦克奇-里克特，維多利亞·艾琳·馬林，梅麗莎·邦德，弗蘭齊斯卡·古弗尼爾．(2020)．高等教育人工智能應用研究綜述:教育工作者的角色何在?［J］．肖俊洪譯．遠程教育，(6):1-21，76．

　　［2］Aleksandrova，M．(2018)．AugmentedＲealityinEducation［EB/OL］．［2020-06-29］．

　　［3］百度智能云(2020)．5G+工智能工業視覺解決方案白皮書V1．0［EB/OL］．［2020-07-29］．

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