教育數字化轉型背景下人工智能何以推動鄉村教育振興
——來自國外人工智能在鄉村教育應用中的啟示

方 旭，開文慧

(南通大學教育科學學院，江蘇 南通 226019)

2019年中共中央國務院發布的《數字鄉村發展戰略綱要》指出加快推進數字鄉村建設，充分發揮信息化對鄉村振興的驅動引領作用，整體帶動和提升農村現代化發展。數字化轉型是鄉村教育現代化的必然要求。[1]人工智能對鄉村教育數字化轉型具有重要推動作用。[2]鄉村教育振興是實現鄉村教育現代化的必然要求。2022年2月8日，教育部發布《教育部2022年工作要點》，其中第十六條明確指出統籌推進鄉村教育振興和教育振興鄉村工作，持續鞏固拓展教育脫貧攻堅成果，把鄉村教育融入鄉村建設行動。2022年8月科技部發布的《關于支持建設新一代人工智能示范應用場景的通知》將支持建設包括智慧農場、智能教育在內的10個人工智能示范應用場景。目前，人工智能教育應用不斷深化。各國紛紛將人工智能納入國家發展規劃，深入推動人工智能在教育中的應用。人工智能因其支持個性化教育等特點在促進鄉村教育振興方面具有重要價值與適用性，可以為鄉村教育振興的發展提供幫助與支持，開展人工智能支持鄉村教育振興研究具有重要的現實意義。近年來，世界各國紛紛出臺了促進鄉村教育發展的相關政策，推動人工智能技術在鄉村教育領域的應用。通過對國外關于人工智能在鄉村教育應用發展的深入剖析，可以為我國人工智能支持鄉村教育振興發展提供有益的參考和啟示。

一、人工智能對鄉村教育振興的支持

鄉村振興戰略實施以來，鄉村教育一直是其重要支撐。[3]教育的“技術治理”成為鄉村的前沿主題之一。[4]推動技術應用支撐鄉村教育的跨越式發展，[5]是人工智能時代助力鄉村教育振興的有效突破口，是建構特色鄉村教育體系的重要策略。教育信息化有利于為農村教育精準扶貧培育創新人才，提供技術保障以及縮小城鄉教育差距。[6][7]史耀疆等通過研究得出，鄉村振興依靠應用現代信息技術以促進農村學生學業水平的提高，改善行為表現，有效推動鄉村教育的發展。[8]利用人工智能技術精準對癥鄉村教育中的問題與難題成為了可行與必行之路。

第一，人工智能等新一代信息技術可以提供平臺與服務，助力教育資源公共服務體系的完善，支持精準教學與高質量教學。首先是在教學資源方面，技術擴大優質公共教育資源的覆蓋面，可以有效彌合鄉村地區學校的資源缺口?；谥悄芗夹g的網絡學習空間可以將學習內容進行有機整合，推進資源進化機制的運行，為資源的管理與服務、個性化推薦提供保障。[9]人工智能技術優化教育服務供給過程，賦能個性化學習。知識圖譜技術智能管理學科知識，推動學科知識庫的建立，為智能問答和自動推薦等功能提供良好的數據支持；知識圖譜解決教材數據來源單一的問題并充分覆蓋學習者需求，利用知識關聯和知識推理深度分析學習者的需求。學習分析技術精準探析學習者學習短板與不足之處。以教育信息技術構建本土開放化教育、開發鄉土課程和鄉土教材。[10]“三個課堂”通過“互聯網+”共享優質教育資源。完善鄉村教育資源公共服務體系，有助于教育資源的動態升級，減小教育資源信息差，構建交互性與基于社區的開放教育資源，促進教育資源最大化利用，推進教育公平。在教育教學方面，人工智能直接作用于教育教學，實現教學自動化的必然與可能，[11]提高教與學的效率和質量，促進學習者學習效果的提升。更為自由的人機交互方式為課堂訓練、協作學習以及探究學習提供了支撐。[12]人工智能教師擁有豐富的知識庫，學習與生活上的交流能讓學生拓展眼界、了解國際前沿信息、克服學習困難，充當教學助理協同教師保障教育教學，[13][14][15]分擔非教學性任務。人工智能技術讓“因材施教”成為可能。智能系統處理學生作業，為每個學生分別推薦分層進階式的作業庫，訓練學生對同種題型舉一反三的思維能力?；诟鞣N技術與設備采集的多模態數據，[16]通過處理得到相對應的分析報告，同時可以將全部分析結果存檔，建立檔案庫，為師生的自評、他評與反思提供可靠來源，幫助教師實施精準教學、對癥下藥。在教學過程中，人工智能技術等支持下的教與學環境，能夠將物理空間復制并展示在智能設備上，演示過程生動形象而且支持學生完成之前難以操作的實驗。

第二，人工智能技術支持學、教、研一體，協同鄉村教師專業成長與發展。教育部等六部門印發《關于加強新時代鄉村教師隊伍建設的意見》要求應發揮人工智能等新技術在培養鄉村教師隊伍的助推作用。[17]“人工智能+教育”是培養新時代鄉村教師的重要手段。[18]人工智能技術助推教師隊伍建設，有效支持教研與活動的開展，[19][20]包括研修內容、環境和支持服務等。[21]在研修的同時，面向教師的學習與教學，提升鄉村教師專業素養。面向教師的學習，人工智能引領教師學習空間的變革，在“空間”里融入“技術”。[22]在教師的學習空間中，將研修內容深層化、多元化、精細化，讓學習環境舒適化，使支持服務個性化、多方位，滿足更高的教與學需求。構建管理、教學和評價等學習支持服務的智能學習空間，[23]有效保障鄉村教師教研的實施效率和效果。面向教師的教學，通過打造人工智能教師團隊，借助人工智能協同教學、助力研修，有望解決鄉村教師質量難題，減輕鄉村教師工作負荷。[24]通過技術賦能機制，推動教師教研質量的規?；瘏f同發展，[25]開發滿足教師教學需求的智能教學工具，研究有效增強學習效果的新型智能教學模式，探索智能時代鄉村教師專業發展的創新路徑。人工智能技術對鄉村教師的支持機制，可以有效地形成一條專業性強、可解釋程度高、效果顯著的專業成長之路，逐步提高鄉村教師在智能時代的智能素養。

第三，人工智能輔助解決教育中的社會性問題。一方面，學習者的社會性情感互動。鄉村學生在情感上的缺失以及部分的家庭教育指導可以通過人工智能技術得到彌補?！爸腔蹖W伴”能滿足學習者自主感、勝任感及歸屬感等核心需求，并作為他們在家庭環境的教育指導者。[26]情感導學系統基于學習者的情感流露提供人文關懷。[27]教育智能體的運用能夠實現社會化的人機情感交互，激發學習者積極的情緒狀態。[28]AI聊天機器人可以成為促進社交閱讀的替代方案，[29]在真實情境的社交中，一邊創造良好的閱讀體驗，一邊維持學生的學習興趣。以人工智能技術為支撐的系統或機器人通過直接與學生進行交互，提供補償性的溝通與指導，能在一定程度上解決鄉村學生心理問題以及學習指導服務。另一方面，教育管理部門對人工智能技術的深入應用能極大地提高治理效率。人工智能技術的融合性使用，為解決教育均衡發展的現實問題注入新動能，低成本、高性能地解決學生教育資源差異問題；[30]對于復雜多樣的區域性教育問題，人工智能實踐打通區域間的數據壁壘，通過數據驅動科學的教育行政決策，充分保障實踐方向，實現利益相關者信息的高效對接。[31][32]現代教育治理能力的提升有助于鄉村教育運行機制的穩定實施，為高質量發展鄉村教育保駕護航。人工智能技術在發揮工具效用的同時，更提供了人文功效，創新性地解決教育領域中的社會問題。

綜上，人工智能技術精準面向鄉村教育中的困境，以其充分的優勢推動鄉村教育發展的目的、內容、方法、社會環境等的迭代升級。只有找準鄉村教育的發力點，才能為鄉村教育走向高質量發展提供有力的推手，充分體現人工智能對于鄉村教育發展的價值。

二、國外人工智能在鄉村教育中的應用模式

世界各國教育行業的智能化升級如火如荼。目前，越來越多的人工智能教育產品被應用到學校教育中。國外諸多國家，包括發達國家與發展中國家，諸如美國、印度、加納、馬來西亞和烏拉圭等國都不斷制定相關政策和法規，相繼推出了新的教育改革戰略，為本國的智能教育發展奠定基礎，并在人工智能鄉村教育應用上進行了深入的實踐。通過對上述國家人工智能應用的深入分析，可以看出人工智能技術在國外鄉村教育中有以下幾個方面的應用，主要包括人工智能助力鄉村教師教學、人工智能助力鄉村學生學習以及人工智能助力鄉村教育管理等。

(一)人工智能助力鄉村教師教學

1.虛擬老師

教育是任何國家發展的關鍵因素之一。國外普遍重視人工智能作為虛擬教師的功能，將人工智能作為虛擬教師，參與教學活動與解決學生的學習問題，尤其對于優質教師較為缺乏的地區與國家，人工智能虛擬教師的應用有著重要的現實意義與適用價值。非洲加納農村地區人工智能虛擬教師的應用是一個典型的案例。盡管加納政府努力確保實現優質教育，但教育部門仍面臨著若干挑戰，特別是在農村地區。加納大多數農村地區的教育缺乏兒童接受教育的基本設施，缺乏學校建筑及其設施，缺乏滿足學校最低標準的人力資源，家庭和學校距離遙遠，缺乏書籍資源、圖書館設施、計算機實驗室等。與此同時，加納農村地區的學校正在招聘和留住合格的教師。根據最近一項關于教師供求報告的全國研究，加納基礎學校缺少40000名受過培訓的教師，即6-15歲兒童的前9年學校教育，包括6年小學教育和3年初中教育，其中24000名空缺由未經培訓的教師填補。該研究還表明城市地區的學?；旧隙加谐渥愕慕處煹r村地區尤其是貧困的農村地區，教師短缺最為嚴重。多年來，教育部及其高等教育實施機構加納教育局一直在加納農村地區的學校招聘沒有教學資格或一般資格的人，俗稱“實習教師”。這些教師不是專業人員，大多是未經培訓的教師。就國家致力于在全國范圍內實現高質量和公平的教育體驗而言，有必要確保向加納農村地區的所有學校派遣具備必要技能的合格教師。然而，由于缺乏基本的生活設施和基礎教學設施，很多教師經常拒絕分配到這些地區，因此人工智能教師在解決這一挑戰上顯得尤其重要。根據eSchool News 發表的一項研究，到2021年，AI在教育和學習中的應用將增加。47.5%[33]目前，應用和認知人工智能正在加納各地使用。例如，在管理任務中，允許機構盡量減少完成困難任務所需的時間，并確保教師有更多時間與學生在一起。因此，人工智能可以用于將學術機構中教師的管理義務自動化。這將減少教育工作者花費的時間。例如，給考試評分、評估家庭作業以及為學生提供有價值的答案。在多項測試的情況下，人工智能技術可以用于自動評分任務，從而使教師能夠與學生共度寶貴的時間。一個獨立的機器人教師整個系統分為教學交互、運動系統和感覺(情感)系統。這個項目使用了基本的編程語言，包括java、python 和C+。人工智能能夠為教師短缺問題提供解決方案，并根據既定的質量指標衡量教師質量，以評估機器人作為獨立教師的表現。加納不斷探究促進學習者參與、動機、興趣和更高表現的能力，以及對促進這些因素的評估，以幫助未來設計更有效的教學系統。機器人可以用來制作數字虛擬內容，如視頻會議、視頻講座。

2.智能輔導系統的應用

人工智能在鄉村教學中的一個重要應用就是智能輔導系統。智能輔導系統可根據不同學生的不同問題給出相應的個性化回答，解決每個孩子的個性化學習問題，同時，對于優質資源較為匱乏的鄉村地區，智能輔導系統也可以充當教師的角色，為學生答疑解惑，這一方面提升了教育質量，另一方面促進了教育公平的發展。因此，智能輔導系統在國外鄉村教育中有著廣泛的應用。2018年7月，英國教育部發布了《英國在線學習與人工智能教育市場報告》，該報告展示了人工智能教育在市場中的作用，其中智能輔導系統試圖復制一對一的輔導，提供即時量身定制的指導和反饋給學習者，不需要人類導師的干預。一些人工智能教育開發人員給出了他們的軟件評估測試結果和任務的例子，以提供語法方面的反饋，并確定學習者不太擅長的主題。[34]由人工智能技術開發的智能閱卷系統不僅可以批改像選擇題、是非題和填空題這樣的客觀題，而且還可以批改作文。[35]通過判斷每篇文章中的詞匯和語法，給每個學生一個客觀的分數。這不僅有助于開發學生的潛力，還可以很好地了解學生對知識的掌握程度。目前，這種智能閱卷系統已經在全國許多學校得到了常規應用。通過對學生過程性數據的積累和分析，精準定位學生的學習盲區，以便因材施教，提供個性化輔導。人工智能技術也為目前存在的教育資源分布不均提供了可行的解決方案。新的人工智能技術、虛擬現實技術和大數據的結合，提供了豐富多樣的信息，讓偏遠山區的孩子們擴展了視野。[36]輔導是人工智能準備發揮非凡作用的領域之一。這種創新可以用于計算機化的基本練習，如復習任務，節省教師執行其他重要任務的時間，與學生進行互動，計劃上課。在巴基斯坦，學者哈立德于2017年推出了一個名為Raaji的創新聊天機器人結合了講故事和信息和通信技術(包括人工智能)的力量，以促進巴基斯坦在性別平等、衛生和教育方面的聯合國可持續發展目標(SDGs)的進展，為巴基斯坦的婦女和女孩提供關于婦女生殖健康、衛生和安全的在線建議。[37]

3.教學管理的應用

人工智能是一項新興技術，它給教育工具和機構帶來了改變。教育是一個必須有教師在場的領域，這是最好的教育實踐。人工智能的出現改變了教師的工作，他們在教育系統中是不可替代的。人工智能可以使用深度學習和機器學習來監控特定個人學習的進度。隨著人工智能解決方案不斷發展到更高水平，它有助于識別教與學之間的差距，并提升教育的針對性。人工智能可以提高效率、個性化并簡化管理任務，讓教師有時間和自由來提供理解和適應性教學。如Bayne開發了智能教學助手Botty，可以在教學過程中幫助教師，使課堂教學活動更加高效。[38]人工智能幾乎影響了當前的教育系統很多需要改變的地方。過去的學校教育不像未來人工智能教育所呈現的那樣靈活。在教育系統中扮演最重要角色的教師是缺乏的。在一些國家，教師被賦予繁重的工作。人工智能可以根據每個人的興趣和技能評估，為他們提供單獨的課程，從而分別幫助每個人。此外，人工智能可以用來自動化學校招生委員會，以確保分類和處理文件工作。

4.促進教師專業發展

國外人工智能在鄉村教育應用中的一個重要方面就是人工智能支持鄉村教師專業發展。鄉村教師師資力量往往不足，與城市之間差距較大，而人工智能通過鄉村教師個性化專業發展對鄉村教師專業提供支持。美國俄亥俄州的森林山學區首先注重轉變教師的學習體驗，將教師的專業發展重點放在個性化學習的各個方面，并讓教師有機會制定計劃，使學習體驗與學生需求相匹配。地區領導人從不同的個人化學習專家小組收集知識和支持，發展了一個地區范圍內的共享課程，新標準包括“6個C”：協作、創造力、批判性思維、溝通、公民權和品格。他們鼓勵教師探索學生達到這些標準的方法，為每個學生提供更個性化的學習體驗。同時該地區非常重視教學人員之間的合作。為區內所有教師提供每周協作時間，讓他們共同努力，以創新有效的方法，由以教師為中心的課堂，轉變為以學生為中心的課堂。在他們的合作團隊中，教師們致力于不斷地回到四個關鍵問題上：教師想讓學生知道什么，能夠做什么；教師怎么知道他們什么時候學會了呢；當學生不學習時，教師如何應對；教師如何擴展和豐富學生的學習。[39]

(二)人工智能助力鄉村學生學習

1.個性化學習

個性化學習(Personalized Learning)是指各種各樣的教育計劃，其中學習速度和教學方法可以根據每個學習者的需求進行優化。[40]人工智能教育系統可以適應個人的學習節奏，并提供更復雜的任務來提升學習能力。所以無論接受快或慢的同學都可以按照自己的節奏進行學習。Holotesc設計開發了MOOC(海量開放在線課程)伙伴教學機器人，為學習者提供有針對性、個性化的學習資源。[41]這些個性化學習系統，是人工智能支持學生和教師的最常見和最有價值的應用之一。有了這些應用學生可以使用課程內容的自適應和交互式多媒體版本，而不是在工作表上練習化學或閱讀教科書。比較學生在研究人員開發的或標準化的測試中的分數發現，基于個性化學習系統的教學比傳統的教師主導的教學產生更高的考試分數。然而，現有的平臺還沒有為學習者的社會、情感和動機狀態提供模型。[42]考慮到新冠肺炎疫情期間向遠程K-12教育的轉變，個性化學習系統提供了一種有前途的遠程學習形式，可以重塑未來的K-12教育。[43]在加納，由于人工智能在教育方面的各種應用，學習變得便捷和個性化，改變了學生的學習方式，共享了學習資源，在大多數農村地區部署人工智能能夠加強和促進優質教育。[44]人工智能將進一步促進和幫助學生提供個性化建議。例如，針對優等生和學困生，課堂作業和期末考試將量身定制，這將確保每個學生都發揮出自己的優勢。在摩洛哥城鄉教育之間也存在著顯著的數字鴻溝。影響農村地區學校教育的主要挑戰是獲得教育資源、女童的安全以及提供文化方面的教育。此外，由于文化習俗和信仰，特別是在非洲大陸的農村地區，農村地區的教育比城市地區更加性別化。對女童和婦女教育的進一步限制突出了在世界范圍內處理這一問題的復雜性。為此，他們提出一個使用開源技術的電子學習(e-learning)門戶，以提供數字學習平臺，激勵農村婦女參與學習，增強農村地區的人類發展能力。[45]由印度非政府組織布拉罕(Pratham)開發的個性化教學(Teachattherightlevel，TaRL)技術，是一項人工智能輔助個性化學習的創新技術，旨在培養所有兒童在離開小學之前的基礎數學和閱讀技能。[46]根據學習需求(并非年齡或年級)將學生(三至五年級)分成小組，指導學生關注基本技能的學習，且定期評估學生的表現。通過與人工智能的結合，能進一步為學生提供個性化學習內容，提高學生讀寫能力和計算能力。

2.人工智能支持的精準閱讀

人工智能助力鄉村學生學習的另一個表現是人工智能支持學生的精準閱讀。在這種形式下，人工智能可以根據學習者的狀況提供個性化的閱讀材料及學習內容。美國K-12學校使用了超過75%的Newsela閱讀學習智能教學平臺，為學者提供實時測評、同步詞匯學習、整合多種資源等功能。[46]閱讀內容分為文庫類、新聞類、科學實驗類三大類，每一類都包含了不少內容豐富的專題。同樣的內容根據讀者的不同會呈現出不同的形式，并且根據學習者的閱讀程度，適當調整了詞匯量。當然這些功能都是建立在應用人工智能技術的基礎之上的。Newsela以閱讀材料結合學校課程內容，為學生提供五種閱讀水平，整個目錄的內容分為2-6個等級，每篇文章會有5個單詞，這是學生要學習的新詞匯。之后，進行測試練習以增強學習效果。[47]教師可以通過數據反饋學生的學習進度，及時調整教學進度、方法、內容等。人工智能系統還能使用傳統的教學大綱來創建關于某些科目的定制教科書。因此，教科書現在正在數字化，新的學習界面正在創建，以幫助不同年級不同年齡階段的學生個性化發展。例如加納地區，cram101利用人工智能使教科書內容更容易理解，Netex learning使教師創建電子課程和教育信息具有在線幫助程序、音頻和說明性視頻。

3.融入人工智能的教育游戲環境的應用

融入人工智能的教育游戲環境的應用也是國外人工智能支持鄉村學生學習的一個有效形式。通過構建融入人工智能的教育游戲環境，可以激發學習者的學習動機，提升學習的有效性與滿意度。為了在K-12環境中實施人工智能教育，應該確定并強調課程中涵蓋人工智能的應用。因為課程描述了教育的核心目標，具有作為文化和價值觀的中介的重要作用，并且旨在為社會的未來促進變革，[48]適當的課程開發是人工智能教學的核心。例如，Wi11iams[49]等人為早期兒童教育開發了一個人工智能課程，被稱為面向學前教育的編程(PopBots)平臺。該課程旨在滿足4-7歲兒童，即學前兒童和幼兒園兒童的特殊學習需求。通過幼兒園和學前班對平臺的有效性進行評估，結果表明它在幫助幼兒掌握人工智能概念方面是有效的。同樣，PRIMARYAI[50]是一個基于游戲的協作學習環境，用于將人工智能學習體驗引入小學高年級課堂(8-11歲的學生)。PRIMARYAI將使學生獲得人工智能的經驗，因為它適用于解決現實世界的生命科學問題。薩布-努奧盧[51]還為11-13歲的中學生設計了跨學科的人工智能課程，收集反饋來預測他們在完成課程后如何解決相關問題。加納農村地區引入的智能教室將確保所有包容性教育的發展，促進和增強學習體驗。其基礎教育課程通常借助照片、地圖、圖表、流程圖、游戲和增強現實的動畫視頻進行教學。各種教學工具還將促進互動學習，使學習和教學的樂趣具有吸引力易于學生理解。[52]烏拉圭的適應性學習平臺基于游戲進行學習，走進一間教室，看到一群孩子聚集在一臺顯示器前指著屏幕討論策略，這并不罕見。你還會看到戴著耳機的孩子安靜地掃過平板電腦屏幕。當孩子們在教室里與屏幕互動時，一些家長就會懷疑他們的孩子是在玩耍還是在進行高質量的學習？答案是他們兩者都在做。與桌面游戲一樣，數字游戲可以有效地提高理解和實踐技能，使基于游戲的學習在現代課堂中占有一席之地。[53]

(三)人工智能助力鄉村教育管理

1.預測輟學

學生輟學在很多國家鄉村教育中是一種常見的現象，尤其在一些發展中國家，鄉村學生輟學的比例非常高，而輟學的管理往往面臨著哪些學生容易輟學較難辨識、問題難以及時發現等困境，[54]人工智能為這種問題的解決帶來了契機。很多國家積極將人工智能應用于學生輟學的預測，取得了良好的效果。2013年的一份報告發現，全球有5900萬小學適齡兒童(6-11歲)失學。據估計，這些兒童中有五分之一已經輟學，五分之二的輟學兒童再也沒有上過學。其中，50%(3300萬)生活在撒哈拉以南非洲，其次是中亞和南亞，那里的失學兒童人數居第二位(1100萬)。[55]巴基斯坦是失學兒童總數超過三分之一的五大國家之一。在估計的5-9歲小學學齡人口總數(約2140萬人)中，有68.5%的入學率，其中男孩多于女孩。此外，這些兒童中只有66.8%繼續上到五年級，33.2%在完成小學教育之前輟學。巴基斯坦的整體教育指標也不太樂觀。根據2017-2018年巴基斯坦人口與健康調查，49%的已婚女性和25%的已婚男性沒有受過教育，只有16.5%的女性和20.3%的男性完成了小學教育。[56]未能完成初等教育的原因包括但不限于缺乏可用的學校設施、無力負擔教育費用、不重視教育以及兒童缺乏入學準備。在健康問題上，如與聽力、視力和心理因素有關的問題，由于營養不良和疾病復發等多種因素造成的執行功能差和認知能力低可能會影響兒童的入學準備，導致小學成績差。此外，早期教育中的學業掙扎可能預示著短期行為問題，并預示著輟學。[57]對有風險的兒童進行早期篩查可以幫助專業人員設計適當的干預措施，以確保在學校低年級獲得更高的成功率。[58]過去，識別處于風險中的兒童的機制包括聽覺和視覺測試或對兒童的直接認知評估，但作為一種篩查工具，準確的認知測試耗時、昂貴，并且需要更高水平的專業培訓，這在資源有限的環境中可能并不總是可行。[59]最近，腦電圖(EEG)——一種用于記錄大腦中電活動的測試的使用，在識別高智商和低智商個體時具有90%以上的判別能力。[60]在巴基斯坦農村進行的一項研究報告指出與認知技能較低的兒童相比認知技能較好且執行功能增強的兒童伽馬頻帶也會增加。因此Tarullo等人(2017年)稱與傳統測試相比，腦電圖可以在更早的年齡檢測到兒童大腦成熟度和執行功能的差異。[61]且與心理測試相比，EEG受動機的影響更小，是一種更客觀的篩選方法。

不僅是中小學教育的輟學率高，高中階段的輟學率也引起了人們的注意。2016年的一份報告基于美國農業部教育調查估計，略多于一半的美國公立高中已經實施了早期預警系統。[62]過去，大部分的早期警報系統都采用比較簡單的預測模式，監測一種或多種被認為是導致學生脫離正軌和退學的重要指標(如曠課、課程通過率、紀律處分次數、平均績點累計、學分)。芝加哥大學的學校研究委員會是識別和使用芝加哥公立學校高中畢業跟蹤指標的早期先驅。一般情況下，系統會在指數到達或降到某一點時有所注意，隨后該機構的工作人員就會采取個性化支持或其它的干預措施，但錯誤的分類有可能產生負面影響。因此，有些教育機構已在探討如何運用機器從學生信息系統中獲取大量的縱向數據，從而更快地辨識出高風險的學生。初步研究表明，基于機器學習的學術預警系統可以提高現有基于規則的系統提供的預測準確性。[63]研究人員使用機器學習方法開發了一個預警指標系統，以預測那些有可能無法按時完成高中畢業的學生，因為他們要么輟學，要么需要超過四年才能獲得文憑。研究小組根據來自美國一個大型學區的11000名學生的縱向數據(6-12年級)訓練了該模型。為了測試系統預測的相對精度，比較了機器學習系統和該地區現有的基于規則的系統對不能按時畢業風險最高的學生(風險分數最高的前10%)的預測結果的準確性。對于10-12年級，機器學習系統的精度幾乎是基于規則的系統的兩倍。例如，對于10年級的學生，機器學習模型估計的最高風險分數中有75%沒有按時畢業，相比之下，基于規則的系統識別的學生中只有38%沒有按時畢業。[64]

2.心理預警

隨著社會的發展，學生心理問題不斷突出。國外很多機構在鄉村教育中將人工智能應用于學生心理預警，取得了良好的效果。自然語言處理和機器學習可以拾取指示各種心理健康問題的線索，并幫助識別自殺意念或潛在的暴力行為。人工智能可以檢測心理健康問題的關鍵詞指標，并標記指示情緒困擾的聲音模式。加利福尼亞州圣地亞哥縣的圣馬科斯聯合學區報告稱，在學校發放的設備上使用人工智能監控工具Lightspeed，幫助該學區在2021年9月開學的第一周發現了五起潛在自殘事件。[65]目前 Kinect V2 可以進行3D面部數據采集作為心理預警系統中情感數據，使用非接觸、主動性、實時性的數據采集，解決心理預警系統中情感數據采集困難、時效性差、檢測對象體驗不良等問題。人工智能可以通過心率、電子皮膚活動、血液脈搏、皮膚溫度、臉部表情等來捕捉學生的學習行為。眼動不僅能反映學習者的學習過程，還能監控學生的注意力分布、多媒體資源觀看等。此外，某些特定的眼球跟蹤發現瞳孔擴大、眨眼等與個體的認知負荷、情緒狀況有關。所以可以利用人工智能算法對被測者面部表情所收集到的數據進行分析、處理，進而檢測到情緒的變化，并在情緒異常時進行干預。

3.職業咨詢

人工智能助力職業咨詢也是國外人工智能在鄉村教育中應用的一種模式。許多學生特別是那些低收入地區的學生，可能缺乏職業咨詢服務，無法從高中到高等教育及更高層次的教育和職業過渡。[66]人工智能可以補充傳統的職業和大學咨詢服務。例如，支持人工智能的軟件可以幫助學生練習模擬面試并優化他們的簡歷，以便在大學及以后取得成功。[67]它還可以幫助學生進行職業探索。學生可以提供關于他們興趣和目標的數據，并獲得關于潛在職業道路的深入建議。職業咨詢對于完成學位課程最后一個學期的學生以及完成高中學業的學生面臨與正確職業選擇相關的問題非常重要。[68]Mihaela和Cristina[69]研究了羅馬尼亞的教育咨詢和職業指導。Norasiah等人[70]設計了使用智能學生信息系統管理學生學術活動的軟件。這項工作融合了人工智能和機器學習，有助于學生做出明智的職業決策。高級職業指導增加了學生對不同職業道路和大學的認識，并幫助他們在更多樣化的機構中追求新時代的職業和充滿活力的課程。正確的職業咨詢的目標是激勵學生提高他們的技能，并致力于他們的學業、家庭、激情和個人發展。職業咨詢通過使教育機會合理化，使每個人都有機會接受教育。另一個重要方面是，它預測了教師和家長都不知道的行業最新趨勢。學生的興趣、熱情和學習能力對加強素質教育也很重要。

三、對國外人工智能在鄉村教育中應用的評析

從上述研究可以看出，世界各國針對本國鄉村教育中存在的問題，有針對性的使用人工智能，取得了一定的效果。通過分析可知，國外人工智能在鄉村教育中的應用有如下特色。

(一)人工智能在鄉村教育中應用模式多樣化

可以看出，國外人工智能在鄉村中的應用模式多樣化。不同的國家根據本國國情的特點，靈活地在鄉村教育中選取相應的教育模式，促進本國教育的發展。國外充分發揮人工智能的潛力，充分使用人工智能解決鄉村教育中的問題，取得了良好的成效。鄉村人工智能教育應用總體上呈現出了模式與解決問題多樣的特點。人工智能助力鄉村教師教學包括虛擬老師、智能輔導系統的應用、提升教師專業發展與教學管理的應用；人工智能助力鄉村學生學習包括人工智能支持的個性化學習、人工智能支持的精準閱讀與融入人工智能的教育游戲環境的應用；人工智能助力鄉村教育管理包括預測輟學、心理預警及職業咨詢。鄉村教育問題往往在一些不發達國家中更為明顯，這些國家迫切需要這些問題的解決，人工智能因其支持個性化學習等特點成為這些國家的重要選擇與手段，同時人工智能也是這些國家提升教育質量的重要方法與手段。加納深入推動人工智能在輔助教師管理、智能輔導系統、個性化學習、職業咨詢等各方面的應用，解決了很多教育面臨的棘手難題，給我們提供了經驗與啟示。

(二)國家高度重視人工智能在鄉村教育中的應用

通過對國外人工智能在鄉村教育中應用的分析可知，國外很多國家非常重視人工智能在鄉村教育中的應用，針對本國鄉村教育問題，積極開展人工智能應用的嘗試與探索。無論是教育發達國家諸如美國等，還是不發達國家，都非常重視人工智能在鄉村教育中的應用，這些國家都在努力發揮人工智能的潛力解決鄉村教育面臨的問題。各個國家針對教育的需要，開發相應的智能教育系統，推動人工智能的深入應用。印度政府于2017年專門組建了一支人工智能工作小組，2018年6月發布了《國家人工智能戰略》報告?？梢哉f，印度對于人工智能的發展方向和未來十分清楚，在很大程度上將人工智能作為促進經濟發展的一種手段。[71]英國在推進農村信息化的過程中采取了一系列有效的方法和手段，如利用現代化的網絡工具進行的遠程指導教育；利用本地學校和農村區域單位進行合作的形式；通過實施一些具體項目工程保證農村信息化的持續發展。目前，通過遠程教育來保證和促進農村信息化已成為英國農村教育的一個新舉措。英國政府非常重視農村信息化教育，通過建立國家學習中心網絡來促進農村教育的信息化，使得每一所農村學校都能夠通過當地的互聯網，從而使得農村的孩子也能接受城市同等的教育內容。英國政府充分認識到農村教師隊伍的建設在整個農村信息化體系中的重要地位，十分重視通過發展農村教師教育技術能力來促進農村信息化。[69]法國推出的“數字化校園”教育發展戰略，計劃在三年內投入10億歐元，以推動中小學校數字化轉型，包括解決鄉村學校上網問題、建設全國數字平臺、為中小學教師提供豐富多樣的多學科網絡教育資源等。俄羅斯于2018年開始實施“數字化教學環境”，目的是創建一個安全的數字化教學環境，為教師和學生提供可利用的基礎設施和數字平臺。[70]綜上，各國都非常重視人工智能與教育的融合，有關人工智能教育政策制定成為推動人工智能與教育發展的關鍵，包括教師培訓制度、教育資源優化制度等，這些對人工智能教育的可持續發展有很大影響。

(三)人工智能在鄉村教育中應用的資金保障

促進人工智能持續發展需要持續而穩定的財政支持。各國積極在財政方面為本國鄉村教育中人工智能的應用提供資金保障。即使是不發達國家，也努力籌措資金深入推動人工智能教育的發展。盡管印度較晚才開始接觸人工智能，但它仍有很大的潛力競爭人工智能領域的領先地位。印度政府于2015年推出了“數字印度”戰略，目標是以高速互聯網覆蓋農村地區，并將獨立的數字基礎設施作為核心工具，建設一個數字型社會。在制定戰略計劃時也投入巨資協助人工智能的發展。印度2018年12月批準了366億盧比投資網絡物理系統技術，包括廣泛應用人工智能、機器學習、深度學習、大數據分析等。這一系列措施均反映了印度對人工智能投入之多。除了印度，北歐的一些國家也高度重視人工智能教育的發展。美國認為應該投入長期穩定的人工智能投資，重點優化下一代人工智能，獎學金和培訓計劃向人工智能領域傾斜；[72]英國認為人工智能應該獲得大量資金支持，以激勵技術研發；法國政府設立了特別的技術轉型項目以及人工智能投資獎金；德國制定了兩項平權行動，即數字設備和電網建設；日本將2017年人工智能預算增加到2016年的九倍，用于基礎研究和應用的撥款增加；新加坡總理辦公室發布“人工智能新加坡”項目設立國家研究基金會獎學金。[73]有關人工智能實際應用的教育與培訓成為芬蘭發展智能教育的主要關注點。芬蘭應用技術大學將獲得500萬歐元的投入開展研發活動，這部分資金將向人工智能領域、機器人、數字化方向應用研究傾斜。[74]

(四)各國人工智能在鄉村教育應用中深入推進面臨諸多挑戰

雖然很多國家積極推動人工智能在鄉村教育中的應用，并且取得了一定的效果，但人工智能在鄉村教育中的應用仍然面臨著諸多問題與挑戰，具體包括基礎設施的缺乏、人工智能所需基礎數據的不足以及數據安全方面的隱患。在美國，人工智能教育目前以城市和人口稠密地區為中心。大約 5723 萬人(約占全國總人口的 15%)沒有配備進行教育數字化轉型所需的各種資源。缺乏高質量的教育工具、基礎設施和政府支持，導致美國農村和服務不足的社區缺乏人工智能驅動的可能性和人才。一些農村家庭甚至無法接入寬帶互聯網，更不用說圍繞尖端人工智能技術的教育了，因此Fusemachines正在與全國各地的教育領導者合作，開創專為各級人工智能專業知識而設計的課程，并制定新的舉措來改善人工智能教育系統。新南威爾士州巴瑟斯特查爾斯特大學人工智能和網絡未來研究所執行主任Ganna Pogrebna認為農村社區由于基礎設施原因而錯過了使用人工智能的機會，并且很難招募到人工智能研究人員在像巴瑟斯特這樣的農村地區工作，這些原因不在他們的控制范圍內，需要當地社區、研究人員和政府的努力。[75]就加納鄉村教育中的實施情況而言，基于計算機輔助智能的學習面臨著嚴峻的使用挑戰。首先人工智能的學習教育計劃有些僵化，因為在強制客戶輸入、調整基本價值觀或實質變化方面存在特殊困難。更加突出的學生自治可能會給年輕人帶來不便，缺乏自我訓練或在家獲得的指導幫助很少的人，可能會加劇成就缺失。相關研究表明，一些教師努力將他們從定制的學習設備中獲得的信息翻譯成值得注意的指導，并投入不必要的精力來完成個性化任務。此外，還有關于學生如何掌握從基于人工智能的框架中獲得的信息的戲謔，以及在計算機上投入大量課堂精力會減少學校的社會學習。在教學中利用人工智能的支出分歧不明顯，因為創新的成本可行性存在漏洞。例如一些組織因人工智能的高效便捷性減少教學人員，轉而選擇人工智能。相反，人工智能可能會讓那些能夠計劃和執行定制學習計劃的培訓專家感興趣。[76]全球正處于進入社會變革及信息化發展的大趨勢中，各國的人工智能教育應用都面臨著挑戰，因此有必要提高教育工作者和決策者對人工智能技術及其潛在影響的認識。[77]只有對人工智能潛在影響有足夠認識的基礎才能對相關行動計劃與政策做出調整。其次數據安全可能成為使用人工智能、學習分析和教育數據挖掘的一個關鍵瓶頸。人工智能需要大量的數據進行模型訓練，而這些個人隱私數據的安全需要得到保障。國家應盡快完善相關立法，為人工智能數據安全保駕護航。此外從國家層面來看，基于人工智能系統開發和使用所需要的海量數據集更廣泛應用，政府有必要建立相關數據平臺，進行數據共享，以便為人工智能研發提供更好的支撐條件，加速人工智能普及化進程。

四、我國人工智能在鄉村教育中應用的問題與啟示

我國人工智能振興鄉村教育存在著諸多問題問題，針對這些問題，結合國外人工智能在鄉村教育中的應用，提出以下建議對策。

(一)進一步深入推進人工智能在鄉村教育中的應用

目前我國人工智能教育應用有待深化。雖然關于人工智能在教育中應用的探討非常多，很多學校也將人工智能應用于教育教學中，進行了一定的實踐與探索，[78]但仍然存在著初步探索與實踐階段，有關應用還有待深化。首先，目前僅是部分學校，尤其是東部發達地區、城鎮學校等條件較好的學校引進了人工智能系統，很多學校并未引進人工智能系統，這直接阻礙了人工智能在教育教學中的應用。農村地區的教育仍然落后，主要原因有缺乏設施，教育資源差距很大，缺乏教學設備與信息技術設施。在教與學過程中有效使用信息技術會對鄉村地區的學生和教師產生巨大影響。信息技術的使用對于教師在教育領域分享知識和發展自己非常重要。但一些學校沒有足夠的技術基礎設施和輔助材料來支持課堂教學過程，特別是計算機和計算機實驗室設施。學生由于缺乏筆記本電腦和臺式機等設備，學生無法使用互聯網，互聯網服務有限，互聯網不容易訪問。其次，即使引進了人工智能系統，應用方面更多集中在試卷機器批改、大數據統計等淺層次階段，而對于人工智能支持的個性化輔導與學習等方面缺乏深入應用。一些教育實踐還停留于自動閱卷和教育數據監控這些旨在促進學生學習成績提高的低級智能階段，支持個性化、精確學習、促進學生核心素養的智能教學體系還沒有形成。最后，教師缺乏后續支持。很多學校更多的是引入了系統，但對后續系統使用效果如何等缺乏跟蹤評估，也缺乏后續的配套支持服務，例如后續的使用指導及優化等。其中原因是多方面的，包括相關制度的缺乏、資金的欠缺、教師信息技術應用能力有待改善以及管理者理念有待提升等。

目前，我國人工智能在鄉村教育中的應用還有待深化。國外普遍重視人工智能在鄉村教育中的應用，積極使用人工智能促進鄉村教育的發展。放眼未來，我國教育應把握人工智能推動鄉村教育振興的戰略機遇，憑借人工智能、大數據等主要推動力，有力地促進鄉村教育信息化的改造和提升，構建以智能時代為導向的教育新模式。應進一步明確人工智能在鄉村教育發展中的作用，特別是人工智能在鄉村教育在教育數字化轉型及鄉村教育振興中的重要作用。鄉村中小學應積極應對新形勢下人才培養要求，大力推進人工智能與鄉村教育融合的創新發展。第一，逐步在學校中引進人工智能教育系統。應逐漸實現人工智能教育產品的普及化，讓廣大教師具備相應的應用條件，在此基礎上不斷優化應用。 第二，逐步加大人工智能教育應用的深度，加大對人工智能支持學生的個性化學習等深層次應用，建立家校社合作培養體系與機制。 應促進人工智能與教學的深度融合，推動教育觀念、過程、方式、人才培養模式等轉變，為建設高素質教育提供強有力的支持。第三，建立人工智能應用后續跟蹤與評估機制，對人工智能教育應用的效果及存在的問題進行跟蹤評估，及時解決教師應用過程中遇到的問題。 應建立人工智能應用的專門評價指標體系。要進一步完善管理制度，包括教師激勵機制的建立，激發教師人工智能的應用動機與潛力，鼓勵教師不斷探索與優化個人教學。著力加強教師專業素養和能力提升，提高鄉村教師應用人工智能解決實際問題的能力

(二)為人工智能在鄉村教育中的應用提供更為充足的資金保障

人工智能的投入需要大量的資金，包括系統引進、教師培訓、專家指導、后續優化等。人工智能產品的研發需要以大數據為基礎。一個好的人工智能產品往往需要匯集包括學科領域、教育領域、計算機領域等眾多專家的智慧，往往開發成本較高，因此系統購置費用也偏高。同時，由于人工智能技術的復雜性，需要對教師等相關人員展開深入培訓，后續也要持續對教師使用展開支持，這些都需要投入一定的財力物力。目前很多地區在人工智能應用方面資金投入還是不足，原因與當地財政收入不足、領導意識缺乏等有關。

鄉村教育在我國教育現代化中具有重大意義，但發展鄉村教育需要一定的保障條件。鄉村教育保障制度的建立與健全，既是振興鄉村教育的必要，又是充實和發展社會保障制度的需要。而鄉村教育保障基金在某種意義上是鄉村教育保障體系得以健全和有效運行的重要物質基礎和先決條件，它的充足與否直接影響著鄉村教育保障體系的廣度與深度。從各國近代教育保障的實踐來看，國家投入一直是教育財政的一個重要保障機制。所以，我國鄉村教育的發展仍需國家、政府給予有力的扶持。目前，我國教育財政投入的比重已經超過了GDP的4%，但鄉村地區的教育投資依然存在著嚴重的結構性失衡。因此，需盡快采取強有力的措施。我國應建立教育信息化多元化基金保障機制，建立政府保障、企業投資和社會支持的基金體系。首先，政府部門作為基礎性資金的來源，應該給予相應的財政撥款，確保教育資金向欠發達地區傾斜，繼續加大中央和省財政對鄉村教育的資金支付力度，起到基礎性的保障作用。其次，企業必須積極投資，促進信息技術部門改革與更新，大力投資研發智能產品并投入應用，尋求合作與共贏；此外，相關科學研究機構應與時俱進，建立人工智能研究部門，完善與人工智能相關的專業設置，改善課程結構，積極引進人工智能專家，注重人才培養。最后，國家和政府應制定政策法規，使各部門都能發揮作用，共同促進人工智能的發展。

(三)進一步推動人工智能在鄉村教育中的應用多樣化

人工智能教育應用的模式有很多種，包括輔助教師的教、促進學生的學以及包括學生心理預警等諸多應用，但目前，我國人工智能在鄉村教育中的應用模式還較為單一，更多的集中在輔助教師的教方面，對其他應用還較為缺乏，應用還有待進一步深化。在人工智能支持教師專業發展方面還較為缺乏。在促進學生的個性化學習等方面，存在著缺乏家長配合、模式不清晰、激勵機制有待完善等困境。而在人工智能支持心理預警、預測輟學等方面則更為缺乏，很多學校鮮有應用。

應充分發揮人工智能的潛力，深入推進人工智能在教育各個領域的深入應用。第一，應深入推動人工智能在教師教學方面的深入應用，包括人工智能助力鄉村教師專業發展、智能輔導系統的應用等，助力鄉村教學質量的提升。應進一步發揮人工智能優化教師教學的潛力。教師應充分利用人工智能支持的數據分析功能，加強對學生學習薄弱點的分析，有針對性的優化教學設計與教學實踐。同時，應進一步加強人工智能對教師備課提供幫助與指導方面的潛力，通過人工智能系統為鄉村教師提供豐富的備課資源及教案參考。智能輔導系統的應用也是重要的一個方面。要進一步加大鄉村學校對智能輔導系統的引進力度，發揮智能輔導系統在對學生答疑解惑方面的作用。要充分發揮人工智能輔助教師管理的作用與潛力，讓教師能夠更加專注于思維能力的培養。第二，深入推動人工智能支持學生學習方面的應用。目前個性化學習參與度較低，參與人數也有待提升。應逐漸普及可以進一步加強人工智能支持的學生的個性化閱讀。第三，深入推動在管理中的應用 ，包括在心理預警、預測輟學等方面的深入應用。這些應用在互聯網時代具有很強的現實意義。目前我國鄉村學校心理機制監測機制不夠健全，人工智能的應用有助于對學生心理與學習生活狀況的有效監控，在此基礎上及時采取干預措施，保障學生的健康成長與順利發展。

(四)深入推動適合鄉村教育應用的人工智能產品研發

目前，阻礙人工智能應用的一個重要因素是相關人工智能教育產品的匱乏。目前市面上雖然出現了一些人工智能教育應用產品，但總體種類還不多，還不豐富，同時價格也較高，相關功能還有待完善。在心理預警、預測輟學等方面的產品尤為缺乏。首先 ，目前人工智能產品更多的在中小學中使用，側重開發中小學使用產品，但在高等教育、職業教育以及成人教育中相關產品還較為缺乏。其次，加強對其他學科方面的人工智能產品研發，其他學科的產品偏少，目前語文、數學、英語方面的產品較多，而物理、化學等其他人工智能產品的研發還較為缺乏。再次，同一類產品的種類還偏少，在產品的豐富性、可選擇性還有待提升，以滿足不同學習者的差異化需求。

應加大對人工智能產品的研發。值得我們思考的是，目前有關人工智能教育的產品偏少、種類不全、鄉村地區不能夠全面覆蓋，這是多種因素導致的，需要各方面的共同努力。國家必須與企業建立密切的伙伴關系，擴展智能教育體系，加快研發人工智能產品，加速人工智能與教育的融合，給教育帶來更多機遇，在人工智能發展的不確定性中制定藍圖。 第一，應加強各層次人工智能教育產品的研發，不僅包括中小學，還包括高等教育、高職教育、學前教育以及成人教育在內的各階段教育的人工智能產品研發，增加產品的豐富性和功能。第二，擴大人工智能產品學科覆蓋面，開發面向除語數英外的各個學科的產品，包括物理、化學、生物、地理以及歷史等。第三，增加同一類產品的種類與數量。對同一類產品，鼓勵不同企業開發差異性的產品，滿足不同學生的差異化需要。