人工智能助力乡村教师队伍建设：优势、困境及策略

摘要：乡村教师是提高乡村教育质量、推动乡村教育改革发展的关键力量。当前，我国乡村教师队伍建设还存在结构性失衡、专业化水平有待提升、治理体系有待完善等问题。人工智能的发展为乡村教师队伍建设提供了新路径，但人工智能助力乡村教师队伍建设过程中还面临不少困境，如乡村网络基础设施不完善、智能伦理道德面临挑战、人工智能专业人才缺乏、乡村教师信息化素养不高等。为此，需要优化乡村学校智能设施建设、强化人工智能和大数据的治理、注重人工智能技术人才的培养以及提高乡村教师的信息素养、数据素养和智能素养。

关键词：人工智能;乡村教师;策略

中图分类号： G451

文献标识码： A 文章编号： 2095-5995（2022）01-0019-09

当前，我国教育的短板仍在乡村教育，乡村教师队伍建设直接关系到乡村教育振兴，实现乡村教育振兴，关键在于建设一支高素质、专业化、创新型乡村教师队伍。2018年，教育部印发的《教育信息化2.0行动计划》明确提出，要大力提升教师信息素养，使其主动适应人工智能等新技术变革，推动人工智能助力教师队伍建设。[1]当前我国乡村教师队伍建设还存在很多短板和不足，利用人工智能技术提高乡村教师队伍质量，对于加强新时代乡村教师队伍建设，实现义务教育优质均衡发展，具有非常重要的现实意义。

一、人工智能的内涵及关键技术

（一）人工智能的内涵

“人工智能”的概念最早在1956年达特茅斯会议上被正式提出，标志着一门新学科的确立，引起了学术界的广泛关注。人工智能作为一门交叉学科，涉及计算机科学、信息学、仿生学、生物学、语言学等多门学科，它利用计算机控制机器模拟，延伸和扩展人的智能，其目标是能够利用和人类相似的反射过程来执行复杂的任务。[2]14其“智能”包括了感官理解和互动能力、思维能力、学习能力、推理能力、编程能力、提取信息能力和预测能力等。根据权威部门预测，到2025年，全球AI市场规模将达到3万亿美元。AI持续火热的驱动力来自技术本身的提高，主要包括：高质量和大规模的海量数据使得AI成为可能;计算力提升突破瓶颈，以GPU为代表的新一代计算芯片提供了更强大的计算力;以多层神经网络模型为基础的算法，使得机器学习算法在图像识别等领域的准确性取得了飞跃性提高;大数据技术为海量数据在存储、清洗、整合方面提供了技术保障，帮助提升了深度学习算法的性能。[3]3

（二）人工智能的关键技术

1.云计算和大数据

云计算是一种按使用付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络、服务器以及存储、应用软件和服务等），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理，或与服务商进行甚好的交互。[4]13云计算具有访问灵活、支持在线协作与文件存储等优势，成为公司或学校等进行资源储存、备份、软件服务等的解决方案。

大数据是一种规模大到在获取、存储、管理、分析方面大大超出了传统数据库软件工具能力范围的数据集合。[5]大数据具有规模大（Volume）、速度快（Velocity）、多样性（Variety）、密度低（Value）、真实性（Veracity）的特点，它是人工智能的基础，各类信息系统和传感器的数据是未来大数据的核心。伴随着物联网的发展，数据开始以指数级规模增长，大量的数据应用到人工智能算法模型的训练中，又在结果输出上不断优化，从而使人工智能向更为智能化的方向前进。

云计算、大数据相辅相成，互相促进，共同构成了驱动人工智能发展的两个核心动力，人工智能技术能够对海量的教育数据进行挖掘，形成对教育发展现状的趋势分析，实现科学、高效的教育管理和决策。

2.机器学习

机器学习领域的奠基人之一、美国工程院院士Mitchell教授认为，机器学习是计算机科学和统计学的交叉，同时也是人工智能和数据科学的核心。他在其撰写的经典教材《Machine Learning》中给出机器学习的经典定义为“利用经验来改善计算机系统自身的性能”[6]94。机器学习致力于研究如何通过计算的手段，利用经验改善系统自身的性能，其根本任务是数据的智能分析与建模，进而从数据里面挖掘出有用的价值。机器学习面向数据分析与处理，以无监督学习、有监督学习和强化学习等主要研究问题，提出和开发一系列的模型、方法和计算方法，如基于SVM的分类算法、高位空间的稀疏学习模型等。

机器学习为我们带来了高效的网络搜索、使用的机器翻译、高精度的图像理解和识别，极大地改变了我们的生活方式。在教育领域，机器学习在学生学习建模、学生行为建模、预测学习结果和资源推荐等方面均有不俗的表现。总体而言，机器学习能助力教育教学，提供更加智能化、人性化的服务。

3.自然语言处理

比尔·盖茨曾说过，“语言理解是人工智能皇冠上的明珠”。自然语言处理是人工智能和语言学的分支学科，主要研究计算机和人类之间使用的自然语言进行有效通信的各种理论和方法，主要包括语义分析、词性标注、句法分析、文本分类、信息检索、机器翻译、情感分析等。[7]16

自然语言处理技术推动人工智能进步，从而使人工智能技术可以落地生根。自然语言处理在教育领域中有诸多研究和应用，例如，在智能辅助学习方面，智能语言教学系统可以帮助学习者提高学习效果;在主观题自动批阅方面，自然语言处理技术可以为学生提供英文自动批改在线服务，帮助学生通过自主练习提升英文写作能力。

4.人机交互技术

人机交互是计算机科学和认知心理学相结合的产物，同时涉及人体工效学、社会学、生理学、医学、语言学、哲学等诸多学科。人机交互研究的是系统与用户之间的交互关系，它不仅观察分析人与计算机的现有交互方式，还会对新的交互方式进行探索和设计。[8]18

人机交互的实现，将人工智能与机器人技术有机结合，很好地促进了人工智能技术的发展。人机交互包括基于可穿戴设备的人机交互和基于深度网络的人机交互。近年来，多样化的人机交互越来越多地引入教育，如语言交互模式被广泛应用于英语口语自主学习中，学习者能够直接以语音方式与智能系统随时随地进行多次对话练习，并得到系统的自动及时的评判和纠正，让学生真正开口表达，从而提升口语的实际运用能力。

二、人工智能助力乡村教师队伍建设的优势

（一）人工智能促进乡村教师专业发展

教师的专业素养是提高教师队伍质量的关键，当前乡村教师专业素养普遍偏低，其主要原因在于：乡村学校受到地理环境等因素的制约，优质的教师资源较为分散，难以定期进行系统的专业培训，不便于教师之间沟通交流学习。大部分乡村教师的学历不高或者本身是非师范专业，教育教学能力、知识的专业化程度不高，导致教学质量难以提高。

人工智能为乡村教师实现智慧学习提供有力支持。虚拟现实和增强现实（VR/AR），都是利用与图像、视频、3D模型等相关技术，营造视觉、听觉、触觉等多种感官的数字化虚拟世界，它们都综合运用了多方面的智能技术，包括计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感技术等。[9]22运用VR和AR等技术可以为乡村教师创设在线学习空间，并针对乡村教师的个性化需求，提供个性化的学习资源，构建乡村教师专业发展的全新模式。

一是构建虚拟培训教室，可以增强乡村教师培训积极性。AR通过计算机技术将虚拟的信息叠加到真实世界，从而使真实的环境和虚拟的物体实时融合到同一个画面中。虚拟教室是指综合运用计算机图像、3D模型、多传感技术等创设的虚拟学习环境，它能够将真实的教师培训场景通过三维模型表现出来，让教师产生身临其境的感觉。乡村教师可以结合自己任教的科目和学习兴趣选择适合的学习方案，灵活安排学习时间和学习进度。同时，乡村教师可以通过线上教研室、教师学习论坛、视频会议等方式和其他在线学习的教师进行互动交流讨论，突破了传统教师培训的固定讲授模式和教师交流学习在时间和空间上的局限，增强乡村教师的学习积极性和自主性。在乡村教师学习过程中，数据引擎技术能够及时记录乡村教师的学习表现、学习时长、学习内容和学习进展，针对每个乡村教师的学习情况进行评价，并在课程结束时对教师的学习状况出具培训报告，及时为乡村教师提供反馈和指导。

二是建立虚拟学习资源库，可以满足乡村教师个性化学习。VR技术能够突破时空限制，在教育中的应用主要包括营造虚拟仿真环境进行教学、模拟技能训练、构建虚拟角色等。它具有沉浸性（Immersion）、交互性（Interation）、想象性（Imagination）的特征。[10]虚拟学习资源库就是VR技术应用的一个很好的范例，虚拟学习资源库能够为乡村教师提供精品在线课程和数字化电子资源，满足乡村教师在线学习的需要。教育专家、各地学校的骨干教师可以与技术设计人员、软件开发人员、评估人员组建教育资源研发团队[11]，共同研发优质的乡村教师教育课程，为乡村教师提供不同领域、不同学科、不同年级、不同教学模式的课程学习资源。同时，利用文本挖掘技术、知识库技术和多媒体语义分析技术帮助乡村教师检索学习资源，并结合乡村教师自主探究学习的内容，形成本地教师教育资源库，并基于乡村教师不同的学习偏好，为乡村教师推荐最佳的学习资源，实现乡村教师个性化的专业化学习。

三是开展远程智能教学研讨，可以提升乡村教师专业化水平。利用虚拟现实技术推动城乡教师实现远程智能互动研讨学习，组建乡村教师校际联盟教研中心，形成以区带县、以县带乡、以乡带村的逐级帮扶教研组织[12]。教研人员可以在线上讲授课程，对乡村教师进行线上教学指导，帮助乡村教师解决日常教学活动中的困惑，在开展教研活动的过程中，乡村教师可通过电子设备终端和参与教研的教师进行互动交流，提高教研活动的效率。通过远程视频会议、在线协作软件和社交媒体等工具，为城市和乡村的教师以及专家建立协作关系，形成在线学习与交流专区。通过开展智能帮扶乡村教师的活动，提升乡村教师专业化水平，构建乡村教师区域化教研团队，提高乡村教师队伍质量。

（二）人工智能助推乡村教师师德师风建设

党的十九大将立德树人作为教育的根本任务。师德是存在于教师主体中的一种品质、一种修养，具有鲜明的独特性。“师者，教之以事而喻德者也。”习近平总书记高度重视师德师风建设，他指出：“评价教师队伍素质的第一标准应该是师德师风”[13]9。《关于加强新时代乡村教师队伍建设的意见》明确提出，要加强乡村教师师德师风建设，努力培养造就具有高尚师德师风的乡村教师队伍[14]。在人工智能环境下，乡村教师能够实现泛在化的师德教育学习，使乡村教师能够享受无处不在、无时不在的学习服务，提升自身的师德素养，实现立德树人的根本目标。

一是建立智慧师德教育平台，实现乡村教育育人过程显性化。人工智能借助技术手段能够汇聚各方智慧，显性化育人过程中的显性和隐性知识，并基于大数据将育人规律更精确和明确的方式呈现出来。育人中的人工智能可以被看作打开“育人黑箱”的强有力的工具，它可以帮助我们更深入地理解育人过程是如何进行的。例如，教育云平台根据乡村教师的师德建设实际情况，在资源库中进行检索，构建乡村教师师德教育知识图谱，并利用参与度分析法和内容分析法等自动化的交互文本分析技术，获取教师进行师德教育学习的参与度、学习内容等信息，智能化安排教师的师德教育学习进度，定期向教师推送教育理论等重要的学习资料，构建数字化、个性化的师德教育系统。

二是通过智能诊断，可以加强师德建设监管。数据挖掘是指有组织、有目的地收集数据、分析数据，并从大量数据中提取有用的信息，从而寻找出数据中存在的规律、规则、知识以及模式、关联、变化、异常和有意义的结构。数据挖掘是统计学、数据库技术和人工智能等技术的综合。数据分析是用适当的统计分析方法及工具对收集来的数据进行处理与分析，提取有价值的信息。[15]388利用数据挖掘和数据分析技术动态监测乡村教师的职业道德行为，实时掌握乡村教师队伍思想状况和作风建设进展，并对乡村教师的师德行为进行智能诊断，及时发现并整改乡村教师队伍中存在的不良行为倾向和问题。