徐振國¹,， 劉 志¹， 黨同桐¹,， 孔 璽²

(1.曲阜師范大學(xué) 傳媒學(xué)院,， 山東 日照 276826;

2.華中師范大學(xué) 教育大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室， 湖北 武漢 430079)

隨著計(jì)算機(jī)性能的顯著提升和大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，人工智能加速發(fā)展,，呈現(xiàn)出深度學(xué)習(xí),、跨界融合、人機(jī)協(xié)同,、群知開放等新特征,，并在潛移默化中影響著人們的思維方式和生活習(xí)慣，引發(fā)鏈?zhǔn)酵黄?，推?dòng)各領(lǐng)域從數(shù)字化向智能化的加速躍升,。作為人工智能領(lǐng)域的重要研究方向，教育智能體實(shí)現(xiàn)迭代發(fā)展,，并初露鋒芒,。國家自然科學(xué)基金委員會(huì)于2018年設(shè)立教育信息科學(xué)與技術(shù)方向，代碼為F0701,，其中F070107重點(diǎn)關(guān)注教育智能體的探索與實(shí)踐^[1],。據(jù)公開資料顯示，2018年F0701各資助類別共獲批65項(xiàng),，F(xiàn)070107僅1項(xiàng);到了2019年F0701各資助類別共獲批84項(xiàng),，F(xiàn)070107則為0項(xiàng),。2020年取消了F0701下的三級(jí)代碼，通過獲批項(xiàng)目的名稱判斷,，教育智能體的相關(guān)研究?jī)H1項(xiàng),。在中國知網(wǎng)中以“教育智能體”和“教學(xué)代理”為篇名進(jìn)行檢索，截至2021年3月,，僅檢索到10篇高質(zhì)量文獻(xiàn),。而反觀國外，教育智能體的相關(guān)研究正如火如荼地積極開展,。在Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫中,，以Pedagogical Agent為標(biāo)題進(jìn)行檢索，共有168篇與教育智能體密切相關(guān)的高質(zhì)量文獻(xiàn),。通過對(duì)這168篇文獻(xiàn)的梳理與歸納,，發(fā)現(xiàn)國外教育智能體的研究主要集中在：將教育智能體與智能導(dǎo)師系統(tǒng)結(jié)合，以便創(chuàng)建既能提供學(xué)習(xí)支持服務(wù),，又能促進(jìn)社會(huì)關(guān)系發(fā)展的教育系統(tǒng);對(duì)教育智能體的視覺形象和對(duì)話文本進(jìn)行設(shè)計(jì),，提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī);探索智能學(xué)習(xí)環(huán)境,、在線學(xué)習(xí)環(huán)境下情感交互的方式,、方法，解決人機(jī)間的情感交互問題,。

相比于國內(nèi),，國外學(xué)者對(duì)教育智能體進(jìn)行了更為廣泛的研究，并已充分認(rèn)識(shí)到教育智能體的重要作用,。而國內(nèi)對(duì)于教育智能體的研究尚處于起步和探索階段,，各領(lǐng)域?qū)W者對(duì)教育智能體缺乏足夠關(guān)注和重視。為此,，本研究從教育智能體的發(fā)展歷程,、內(nèi)涵特征出發(fā)，著重介紹教育智能體目前的應(yīng)用現(xiàn)狀,，并展望和討論教育智能體所面臨的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)和未來趨勢(shì),，以期為國內(nèi)教育智能體的相關(guān)研究提供參考和幫助。

智能體源于人工智能,、軟件工程、分布式系統(tǒng)等領(lǐng)域,，具有自治性,、反應(yīng)性、主動(dòng)性,、社會(huì)性,、進(jìn)化性等特征,，其核心特點(diǎn)是能夠持續(xù)自主地發(fā)揮作用。教育智能體繼承了智能體的核心特征,，但其出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)均為解決教育教學(xué)過程中的現(xiàn)實(shí)問題,，因此發(fā)展出不同于軟件智能體的關(guān)鍵屬性。

(一)教育智能體的起源與發(fā)展

智能體(Agent)也被稱為代理,，20世紀(jì)80年代明斯基(Marvin Minsky)在其著作《心智社會(huì)》中明確提出智能體一詞,，但此前已有相關(guān)研究。智能體標(biāo)準(zhǔn)化組織將智能體定義為：智能體是駐留于環(huán)境中的實(shí)體,，它能夠感知和解釋反映環(huán)境變化的數(shù)據(jù),，并可自主執(zhí)行動(dòng)作以影響環(huán)境。羅斯(Barbara Hayes-Roth)指出智能體通常具備三種功能：覺察所處環(huán)境的實(shí)時(shí)改變;主動(dòng)或被動(dòng)響應(yīng)以影響所處環(huán)境;通過“思考”理解感知到的信息,、解決遇到的問題,、得出結(jié)論和作出決定[2]。簡(jiǎn)單來說,，可以將智能體看作能夠感知外界環(huán)境,，并能根據(jù)外界環(huán)境作出相對(duì)應(yīng)答或能自主完成設(shè)定目標(biāo)的程序或?qū)嶓w。智能體領(lǐng)域著名學(xué)者伍德里奇(Michael Wooldridge)和詹寧斯(Nicholas Jennings)指出智能體應(yīng)具備以下四種性質(zhì)：自主性,、主動(dòng)性,、反應(yīng)能力和社會(huì)能力^[3]。

教育智能體起源于20世紀(jì)70年代的智能導(dǎo)師系統(tǒng),，是智能體技術(shù)與教育教學(xué)融合創(chuàng)新的成果,，但其教學(xué)思想可追溯至斯金納(Burrhus Skinner)提出的教學(xué)機(jī)器和程序教學(xué)。智能導(dǎo)師系統(tǒng)中的“導(dǎo)師”即為教育智能體的雛形,，可為學(xué)習(xí)者答疑解惑,，但此時(shí)多關(guān)注輔導(dǎo)的抽象實(shí)體，主要從認(rèn)知層面指導(dǎo)學(xué)習(xí)者,。隨著信息技術(shù)發(fā)展，計(jì)算機(jī)的視覺呈現(xiàn)和交互能力得到顯著提升,，智能體隨之發(fā)展出眾多具體的,、可視化的虛擬角色。教育智能體所扮演的角色也從單一走向多元,，例如教師,、伙伴、激勵(lì)者,、督促者等,，形象更加復(fù)雜，并且可以通過文本,、語音,、肢體動(dòng)作等形式與學(xué)習(xí)者進(jìn)行互動(dòng),。教育智能體功能也更加全面，既有認(rèn)知層面的功能,，也有社會(huì)文化層面的功能,。2010年以來人工智能實(shí)現(xiàn)第三次跨越式飛躍，搭乘人工智能的“快車”,，教育智能體的功能趨于多樣和完善,，使之在教育領(lǐng)域的作用和重要性日益凸顯。目前,，教育智能體既可以實(shí)現(xiàn)與學(xué)習(xí)者認(rèn)知層面的交互,，提供個(gè)性化的指導(dǎo)和幫助，還可以通過建立與學(xué)習(xí)者的情感紐帶和聯(lián)系,，豐富學(xué)習(xí)者的情感體驗(yàn),，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。教育智能體正以其獨(dú)特優(yōu)勢(shì),，在教育領(lǐng)域展現(xiàn)出生機(jī)勃勃的活力,。

(二)教育智能體的內(nèi)涵

教育智能體也被稱為教學(xué)代理，由于屬于多學(xué)科交叉領(lǐng)域,，因此各領(lǐng)域研究者對(duì)它的理解和界定并不相同,。貝勒(Amy Baylor)等認(rèn)為教育智能體是為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的而在教學(xué)過程中使用的由計(jì)算機(jī)生成的角色，這里的角色包括專家,、同伴,、評(píng)價(jià)者等^[4]。庫克(Kristijan Kuk)等則認(rèn)為教育智能體是由計(jì)算機(jī)生成的虛擬導(dǎo)師,，以人,、動(dòng)物、植物等形式展現(xiàn),，通?？梢詫?shí)現(xiàn)文本、語音,、動(dòng)作等的交流^[5],。約翰遜(Lewis Johnson)等指出無論教育智能體是何種形象，都是通過視覺呈現(xiàn)的虛擬角色,，其核心意圖為促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)^[6],。劉清堂等認(rèn)為教育智能體是呈現(xiàn)于教學(xué)場(chǎng)景中的虛擬形象，其目的是促進(jìn)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知學(xué)習(xí)^[7],。

基于眾多研究者對(duì)教育智能體的界定,，本研究認(rèn)為教育智能體是處于學(xué)習(xí)環(huán)境中并可作為學(xué)習(xí)環(huán)境組成部分的虛擬角色，它通過語音,、文本,、肢體動(dòng)作,、面部表情等為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)支持，旨在促進(jìn)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知學(xué)習(xí)和情感體驗(yàn),。教育智能體由計(jì)算機(jī)生成,，多扮演教師、激勵(lì)者,、伙伴,、專家、導(dǎo)師等角色,，隨時(shí)可以感知環(huán)境并且執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作,，同時(shí)逐漸建立自己的活動(dòng)規(guī)則，以應(yīng)對(duì)未來可能感知到的環(huán)境變化,。教育智能體可以是簡(jiǎn)單的二維形象,，也可以是復(fù)雜的三維形象，它提供的與學(xué)習(xí)者之間的情境互動(dòng),，使其有別于傳統(tǒng)課件,，學(xué)習(xí)者可通過與一個(gè)或多個(gè)教育智能體的互動(dòng)來進(jìn)行學(xué)習(xí)。教育智能體或扮演輔導(dǎo)教師,，為學(xué)習(xí)者提供高質(zhì)量的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)指導(dǎo);或扮演學(xué)習(xí)伙伴,，與學(xué)習(xí)者共同學(xué)習(xí)，并開展朋輩輔導(dǎo)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情緒和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),。教育智能體與專家系統(tǒng)的區(qū)別主要為：專家系統(tǒng)無須嵌入學(xué)習(xí)環(huán)境中,，不必和學(xué)習(xí)環(huán)境執(zhí)行交互;另外，專家系統(tǒng)不需要和其他專家系統(tǒng)進(jìn)行通信,。

(三)教育智能體的特征

教育智能體擁有智能體的普遍性質(zhì),，但又具有與其他智能體相區(qū)別的核心屬性。教育智能體通常具備以下性質(zhì)：教育性,、自主性,、主動(dòng)性、反應(yīng)性和社會(huì)性,。(1)教育性：為學(xué)習(xí)者提供必要的學(xué)習(xí)支持服務(wù)是教育智能體的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn),，其最終目的是促進(jìn)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知學(xué)習(xí)和情感體驗(yàn)，這也是區(qū)別于其他智能體的顯著特點(diǎn),。(2)自主性：教育智能體在不受學(xué)習(xí)者和其他智能體的指令或者干預(yù)下，具備自主采取動(dòng)作的能力,。同時(shí),，某些教育智能體還可以自主控制自身的行為和內(nèi)部狀態(tài)。(3)主動(dòng)性：教育智能體既可以針對(duì)外部刺激作出被動(dòng)響應(yīng),，也可以根據(jù)預(yù)設(shè)目標(biāo)主動(dòng)執(zhí)行動(dòng)作,。(4)反應(yīng)性：教育智能體能夠覺察來自外部環(huán)境的刺激或變化,，并能及時(shí)作出動(dòng)作響應(yīng)。(5)社會(huì)性：教育智能體具備與其他智能體或?qū)W習(xí)者進(jìn)行交互,、協(xié)作的能力,。

無論教育智能體以何種形象呈現(xiàn)，主要包括內(nèi)在特征和外在特征,。內(nèi)在特征也被稱為功能特征,，教育智能體既是知識(shí)傳遞的工具，也是學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程中的幫助者和促進(jìn)者,。如果僅出于提高智能化程度而添加教育智能體,，可能會(huì)適得其反。教育智能體應(yīng)通過科學(xué),、合理的教學(xué)策略,、教學(xué)方法、評(píng)價(jià)方式來促進(jìn)學(xué)習(xí),。外在特征也被稱為社會(huì)特征,，貝勒(Amy Baylor)指出當(dāng)智能體被用作社會(huì)模型時(shí)，其形象便是需要考慮的關(guān)鍵因素,。研究證實(shí),，教育智能體的視覺形象和聲音特點(diǎn)對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)具有重要影響，它們?cè)谀撤N程度上決定了學(xué)習(xí)者對(duì)教育智能體的感知^[8],。外在特征主要包括年齡,、性別、外貌,、表情,、動(dòng)作、手勢(shì)和聲音的響度,、音調(diào),、音色等，旨在幫助學(xué)習(xí)者建立與在線或智能學(xué)習(xí)環(huán)境之間的社會(huì)聯(lián)系^[9],。

教育智能體是順應(yīng)智能環(huán)境下教育發(fā)展的必然選擇，也是“人工智能 教育”的必然趨勢(shì),。目前,，教育智能體在教育領(lǐng)域的應(yīng)用已初見成效，其在教育教學(xué)中多扮演指導(dǎo)教師,、學(xué)習(xí)伙伴,、自身影像、實(shí)習(xí)對(duì)象等角色，以便為學(xué)習(xí)者的認(rèn)知學(xué)習(xí)和情感體驗(yàn)提供必要幫助,。

(一)教育智能體的應(yīng)用領(lǐng)域

1. 支持個(gè)性化學(xué)習(xí)

教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》中明確指出應(yīng)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化,、智能化、個(gè)性化的教育體系,，達(dá)成優(yōu)質(zhì)的個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn),，滿足學(xué)習(xí)者、教學(xué)者和管理者的個(gè)性化需求,。實(shí)現(xiàn)因材施教和學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí),，促進(jìn)其全面化的自由發(fā)展是教育者持之以恒的目標(biāo)與追求?？v觀當(dāng)今世界各國的教育改革,，探索支持以學(xué)習(xí)者為中心的個(gè)性化學(xué)習(xí)的方式、方法已成為重中之重,，并成為教育教學(xué)研究的新趨勢(shì)和新一代教育教學(xué)改革的著力點(diǎn),。

智能體與教育教學(xué)的深度融合為個(gè)性化學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，教育智能體為攻克傳統(tǒng)教學(xué)忽視學(xué)習(xí)者差異性的壁壘和突破個(gè)性化學(xué)習(xí)所面臨的挑戰(zhàn)提供了新思路和新方法,，使個(gè)性化學(xué)習(xí)成為可能,。教育智能體通過對(duì)在線學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的追蹤與分析，借助數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)算法,，感知學(xué)習(xí)者的認(rèn)知特點(diǎn)和學(xué)習(xí)風(fēng)格,，以建立科學(xué)有效的學(xué)習(xí)者模型，進(jìn)而為學(xué)習(xí)者提供定制化的學(xué)習(xí)服務(wù),，在與學(xué)習(xí)者的交互中幫助學(xué)習(xí)者完成對(duì)知識(shí)的建構(gòu),，滿足學(xué)習(xí)者多樣化的學(xué)習(xí)需求，并提高學(xué)習(xí)者的主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)效率,，真正實(shí)現(xiàn)因材施教的教育理念,。教育智能體充分尊重學(xué)習(xí)者的個(gè)性化差異，形成了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)并以學(xué)習(xí)者為主的個(gè)性化教學(xué)模式,，使學(xué)習(xí)者得到了適合自身的最佳發(fā)展,。

智能導(dǎo)師系統(tǒng)(Intelligent Tutoring Systems，ITS)通常被認(rèn)為是教育智能體的雛形,。1982年斯利曼(Derek Sleeman)和布朗(John Brown)提出ITS的概念,，并指出ITS是利用計(jì)算機(jī)模仿教學(xué)專家的經(jīng)驗(yàn)、方法來輔助教學(xué)工作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)^[10],。教育智能體在ITS中多扮演教師角色,，觀察、跟蹤學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為,，并在必要時(shí)給予幫助和指導(dǎo),，同時(shí)通過與學(xué)習(xí)者的交互收集信息完善學(xué)習(xí)者的個(gè)性化偏好模型,，而后根據(jù)偏好模型調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化系統(tǒng)知識(shí)庫,，以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)。庫克(Kristijan Kuk)等開發(fā)了名為MIMLE的智能導(dǎo)師系統(tǒng),，其核心功能主要由教育智能體實(shí)現(xiàn)^[5],。教育智能體可通過與學(xué)習(xí)者的交互，來判斷是否需要對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)提供支持和幫助,。若學(xué)習(xí)者在解決問題的過程中遇到困難,，便可激活教育智能體。教育智能體可通過幫助窗口向?qū)W生推送有助于解決問題的知識(shí),，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程的干預(yù),。問題解決后，教育智能體會(huì)推送鼓勵(lì)和贊揚(yáng)的話語,，提高學(xué)習(xí)者的成就感和積極性,。

目前，基于教育智能體的智能導(dǎo)師系統(tǒng)研究多專注如何依據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格和認(rèn)知水平為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源,、學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)指導(dǎo),，構(gòu)建更自然、更有效的智能學(xué)習(xí)環(huán)境,，以便實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí),，以智能助力學(xué)習(xí)者的智慧發(fā)展，賦能教與學(xué)的變革與重構(gòu),。

2. 扮演虛擬教學(xué)角色

萊斯特(James Lester)等通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)在智能學(xué)習(xí)環(huán)境中應(yīng)用教育智能體能夠提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率,，并發(fā)現(xiàn)教育智能體的形象起著關(guān)鍵作用，栩栩如生的人物形象可以更好地促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)^[11],。在此基礎(chǔ)上,，他們提出了教育智能體的“角色效應(yīng)”。教育智能體通常以學(xué)習(xí)環(huán)境中真實(shí)存在的人物形象出現(xiàn),，與屏幕上的學(xué)習(xí)內(nèi)容共存,，豐富和延伸人機(jī)間交流方式的同時(shí)，可提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣,，減輕由于師生分離而帶來的孤獨(dú)感,。教育智能體越來越人性化，所扮演的角色更加貼合真實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境,，形象也更加逼真和多樣,。既可對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行講解，也可幫助解決學(xué)習(xí)者面臨的真實(shí)問題,，還可演示復(fù)雜且難以用文字描述的實(shí)驗(yàn)或者任務(wù),。

課堂教學(xué)中師生之間、學(xué)生之間的社會(huì)交往能夠影響學(xué)習(xí)者的認(rèn)知過程和情感狀態(tài)，教育智能體通過模擬真實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中的教學(xué)角色,，并利用語言和動(dòng)作在某種程度上模仿人類社會(huì)中的互動(dòng),，來創(chuàng)造一個(gè)逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境。學(xué)習(xí)者面對(duì)的將是“有血有肉有溫度”的“人”,，而不是冷冰冰的機(jī)器,，這無疑使學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程更加自然和真實(shí)，從而激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣,，彌合學(xué)習(xí)者與在線或智能學(xué)習(xí)環(huán)境間存在的交流鴻溝,。

此外，教育智能體可通過肢體動(dòng)作引導(dǎo)學(xué)習(xí)者將注意力聚焦到當(dāng)前學(xué)習(xí)畫面最為重要的部分,，同時(shí)跟蹤學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程,，實(shí)時(shí)研判學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況，并在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)提供必要的幫助或表現(xiàn)恰當(dāng)?shù)谋砬?，這對(duì)改善學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗(yàn)至關(guān)重要,。若教育智能體扮演指導(dǎo)教師，它可以觀察,、引導(dǎo)和保持學(xué)習(xí)者的注意力,，根據(jù)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知能力推送個(gè)性化學(xué)習(xí)資源，對(duì)難以用文字呈現(xiàn)的內(nèi)容進(jìn)行直觀演示,，并以語言或非語言方式對(duì)學(xué)習(xí)者的需求及時(shí)給予反饋,，借以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者深層次學(xué)習(xí)的發(fā)生和高層次技能的培養(yǎng)。若教育智能體扮演學(xué)習(xí)伙伴,，它可以和學(xué)習(xí)者共同學(xué)習(xí),，并進(jìn)行交流。當(dāng)學(xué)習(xí)者成功時(shí)鼓勵(lì),、贊揚(yáng),，激發(fā)其自豪感和成就感;當(dāng)學(xué)習(xí)者失敗時(shí)安慰、幫助,，使其重拾信心,。教育智能體在某種程度上可模擬實(shí)現(xiàn)師生之間、學(xué)生之間面對(duì)面的交流,，將有效減輕學(xué)習(xí)者獨(dú)自學(xué)習(xí)所帶來的孤獨(dú)感,，并且恐懼、焦慮,、失落等情緒將得以緩解^[12],。

教育智能體通過模擬教學(xué)角色使學(xué)習(xí)者與在線學(xué)習(xí)環(huán)境間的交互更為真實(shí)且更加有效，在滿足學(xué)習(xí)者社會(huì)交往需要的同時(shí),，也提高了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果,。隨著人工智能和智能體技術(shù)的愈加成熟,，教育智能體所扮演的角色將更加多元，形象也將越發(fā)逼真,，教育智能體將對(duì)教育領(lǐng)域產(chǎn)生更為顯著的影響,，并且為智能學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建與發(fā)展提供了新的思路。

3. 實(shí)現(xiàn)人機(jī)情感交互

教育智能體的早期研究多關(guān)注學(xué)習(xí)者的認(rèn)知需求,，即通過預(yù)設(shè)的算法為學(xué)習(xí)者推送學(xué)習(xí)內(nèi)容和提供問題解答,，以期提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果，而對(duì)學(xué)習(xí)者情感層面的需求缺乏重視,，忽視了教育智能體的情感功能^[13]。隨著認(rèn)知與情感研究成果的日益豐富,，專家學(xué)者逐漸意識(shí)到情感對(duì)學(xué)習(xí)過程的重要作用,，并在設(shè)計(jì)開發(fā)教育智能體時(shí)，注意教育智能體情感功能和認(rèn)知功能的協(xié)調(diào)與平衡,。情感在感知,、推理、決策和創(chuàng)造等方面必不可少,，已然是智能的重要組成部分,。同樣，在社會(huì)交往中,，情感也扮演著關(guān)鍵角色,。當(dāng)學(xué)習(xí)者執(zhí)行學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，他們必然會(huì)與學(xué)習(xí)環(huán)境中的教師或其他學(xué)習(xí)者有所互動(dòng),。傳統(tǒng)在線學(xué)習(xí)環(huán)境雖然能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供優(yōu)質(zhì)且豐富的學(xué)習(xí)資源,，但卻很難與學(xué)習(xí)者進(jìn)行情感層面的交流，忽略了學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的情感表達(dá)和情感訴求,。教育智能體可對(duì)在線學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行補(bǔ)充和完善,，當(dāng)學(xué)習(xí)者因?qū)W習(xí)任務(wù)或自主學(xué)習(xí)產(chǎn)生負(fù)面情緒時(shí)，教育智能體將及時(shí)給予反饋和幫助,，盡可能使學(xué)習(xí)者獲得與課堂學(xué)習(xí)相同的情感體驗(yàn),。

教育智能體在構(gòu)思時(shí)便需將情感考慮在內(nèi)，力求能夠感知,、判斷,、回應(yīng)和調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情感，提高教育智能體與學(xué)習(xí)者的情感交互能力,，使學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中始終保持積極的情感狀態(tài),。當(dāng)教育智能體對(duì)學(xué)習(xí)者的情感狀態(tài)感同身受，并根據(jù)學(xué)習(xí)者的情感需求靈活調(diào)整面部表情,、肢體動(dòng)作時(shí),，學(xué)習(xí)者將會(huì)傳達(dá)出更高的自我效能感,。目前，教育智能體能夠簡(jiǎn)單表達(dá)高興,、悲傷,、失望等情緒，當(dāng)學(xué)習(xí)者能夠較快,、較好地完成學(xué)習(xí)任務(wù),，教育智能體會(huì)表現(xiàn)出高興、贊揚(yáng)的肢體動(dòng)作;而當(dāng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進(jìn)展遲緩,、學(xué)習(xí)任務(wù)完成較差時(shí),，教育智能體會(huì)傳遞出失望的情緒，并對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行督促,，這有助于增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的情感體驗(yàn),。

扎哈羅夫(Konstantin Zakharov)等設(shè)計(jì)并開發(fā)了名為EER-Tutor的教育智能體，可實(shí)現(xiàn)情感交互功能^[14],。EER-Tutor具有多種形象,，以供學(xué)習(xí)者選擇。首先,，它能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者的面部特征感知,、判斷學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情感。其次,，它能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情感作出適當(dāng)反饋,。當(dāng)學(xué)習(xí)者經(jīng)過努力將問題解決時(shí)，它報(bào)以微笑,，并發(fā)送祝賀信息;而當(dāng)學(xué)習(xí)者多次嘗試但問題仍然沒有解決時(shí),，則會(huì)面帶悲傷，好像感同身受,，并發(fā)送鼓勵(lì)消息,。

隨著研究者對(duì)情感與認(rèn)知兩者關(guān)系的理解不斷加深，教育智能體的情感功能被愈發(fā)重視,。通常,，教育智能體只調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)者穩(wěn)定且持續(xù)的消極情感狀態(tài)，以減小對(duì)學(xué)習(xí)者注意力的影響,。限于情感計(jì)算相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展,，教育智能體尚不能做到十分準(zhǔn)確地識(shí)別學(xué)習(xí)者情感，所提供的情感反饋方式也較為簡(jiǎn)單,。

(二)教育智能體面臨的主要問題

目前教育智能體的研究與應(yīng)用處于探索階段,，仍有許多問題有待解決，主要包括以下幾個(gè)方面,。

教育智能體的決策精度較弱,，靈活性不足,，只能起到一定的輔助作用，距離預(yù)期目標(biāo)尚有差距,。課堂教學(xué)中,，教師能夠根據(jù)實(shí)際情況來處理所遇到的各種問題，哪怕某些意外情況出現(xiàn),，教師也能靈活回應(yīng),。教育智能體的決策是由領(lǐng)域?qū)＜腋鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)預(yù)先設(shè)計(jì)好的，運(yùn)行時(shí)當(dāng)遇到某個(gè)臨界條件,，便執(zhí)行某個(gè)相應(yīng)的動(dòng)作,。實(shí)際的教學(xué)或?qū)W習(xí)過程遠(yuǎn)比實(shí)驗(yàn)復(fù)雜，具有較高的不確定性,，學(xué)習(xí)者可能遇到的問題也難以窮盡,。當(dāng)出現(xiàn)設(shè)計(jì)者沒有預(yù)想到的情況時(shí)，教育智能體便無所適從,。此外，教育智能體的決策能力依賴于所采用的計(jì)算機(jī)算法或數(shù)學(xué)模型,，但目前研究者多使用傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)方法,，對(duì)深度學(xué)習(xí)等新興方法缺乏關(guān)注，往往也難以取得理想效果,。

教育智能體應(yīng)能夠在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)為學(xué)習(xí)者提供適合學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)風(fēng)格,、認(rèn)知能力的學(xué)習(xí)支持，但目前教育智能體在復(fù)雜,、實(shí)時(shí),、動(dòng)態(tài)條件下的“對(duì)話”能力是有限的。當(dāng)從參與有限的,、特定領(lǐng)域的,、面向任務(wù)的“對(duì)話”擴(kuò)展到參與更廣泛的、類似人類的“對(duì)話”時(shí),，情況將變得更為復(fù)雜,，這無疑對(duì)教育智能體來說也是巨大挑戰(zhàn)。教育智能體與學(xué)習(xí)者的互動(dòng)過程中,，學(xué)習(xí)者對(duì)教育智能體的“對(duì)話”能力具有較高期待,，例如它是否能給出問題的正確答案，是否能討論問題的解題思路等,，甚至有可能涉及學(xué)習(xí)內(nèi)容外的“對(duì)話”,。事實(shí)上，課堂教學(xué)中總有一些和學(xué)習(xí)任務(wù),、學(xué)習(xí)主題無關(guān)的對(duì)話,，而這些對(duì)話可能會(huì)營(yíng)造一種放松愉悅的學(xué)習(xí)氛圍,，促進(jìn)學(xué)習(xí)者的情感參與，并為學(xué)習(xí)者的認(rèn)知活動(dòng)創(chuàng)造額外的可能性,。

教育智能體的形象和外觀對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程具有重要影響^[15],，但目前教育智能體的形象和外觀設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。教育智能體的視覺要素包括了性別,、年齡,、外貌、角色等重要和即時(shí)的信息,，遠(yuǎn)不是在設(shè)計(jì)過程中可有可無那么簡(jiǎn)單,。越來越多的研究表明教育智能體的形象會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣產(chǎn)生影響，貝勒(Amy Baylor)指出在線學(xué)習(xí)環(huán)境中教育智能體的形象和外觀是決定教育智能體是否有效的兩個(gè)關(guān)鍵因素,。精心設(shè)計(jì)的教育智能體外觀能對(duì)學(xué)習(xí)者的興趣和動(dòng)機(jī)產(chǎn)生積極影響,，并可能會(huì)產(chǎn)生意想不到的良好效果。對(duì)于教育智能體的開發(fā)者來說,，他們往往具備專業(yè)的學(xué)科知識(shí)和技術(shù)能力,，但可能缺少較高的藝術(shù)素養(yǎng)。這就需要加強(qiáng)和設(shè)計(jì)人員的聯(lián)系,，促進(jìn)跨學(xué)科,、跨領(lǐng)域?qū)＜液献鳎闪ｉT的研發(fā)團(tuán)隊(duì),，將多領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)運(yùn)用到認(rèn)知功能和視覺形象的設(shè)計(jì),、優(yōu)化過程中，以便合作開發(fā)出具有良好外觀,，又能促進(jìn)學(xué)習(xí)的教育智能體,。

目前，教育智能體研究仍以認(rèn)知層面為主,，對(duì)情感層面的關(guān)注較少,，造成教育智能體情感交互能力不足。現(xiàn)有的情感層面研究也僅實(shí)現(xiàn)了教育智能體與學(xué)習(xí)者的淺層交互,，與學(xué)習(xí)者的期望存在差距,。教育智能體全程參與學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程，在具備“高智商”同時(shí),，還應(yīng)擁有“高情商”,，以便將學(xué)習(xí)者的認(rèn)知過程和情感狀態(tài)有機(jī)結(jié)合，使學(xué)習(xí)者輕松,、投入和有效地學(xué)習(xí),。目前教育智能體只能通過表情、動(dòng)作,、語言的組合或單一形式和學(xué)習(xí)者進(jìn)行單次情感交流,，交流是否起到了應(yīng)有的作用,，是否需要繼續(xù)與學(xué)習(xí)者進(jìn)行情感交流，教育智能體在情感層面的“智能”還非常有限,。實(shí)際情況可能遠(yuǎn)比想象的要復(fù)雜,，當(dāng)教育智能體每次都通過特定行為表達(dá)某種情感時(shí)，首次出現(xiàn)學(xué)習(xí)者可能樂于接受,，并且能夠起到良好的作用,，但出現(xiàn)的次數(shù)多了，學(xué)習(xí)者難免失望和厭倦,。人類表達(dá)某種情感可以通過多種形式,，往往是根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要選擇合適的行為，教育智能體在“擬人化”方面可能還需要完善和優(yōu)化,。但明確的是,，問題不在于教育智能體是否能有情感，而是沒有情感的教育智能體怎么能是智能的,，擁有對(duì)情感進(jìn)行識(shí)別,、分析、理解和表達(dá)的能力是教育智能體不可或缺的功能,。

(一)持續(xù)的政策支持

人工智能是引領(lǐng)科技革命和教育變革的關(guān)鍵技術(shù)，它正在不斷地影響教育形態(tài)和教育理念,。面對(duì)新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)，2019年2月中共中央,、國務(wù)院印發(fā)《中國教育現(xiàn)代化2035》,，明確指出要推進(jìn)智慧教育創(chuàng)新發(fā)展。2020年中國人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟等聯(lián)合編撰的《智能體白皮書》中提出“智能體的新理念將推動(dòng)整個(gè)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展”,，教育智能體作為人工智能與教育教學(xué)深度融合的產(chǎn)物,，對(duì)推動(dòng)智慧教育、革新教學(xué)觀念和教學(xué)行為有著積極影響,。2018年國家自然科學(xué)基金委員會(huì)設(shè)立教育信息科學(xué)與技術(shù)方向,，其中F070107重點(diǎn)關(guān)注教育智能體的研究與實(shí)踐。目前,，教育智能體尚處于自由探索和“野蠻”生長(zhǎng)階段,，蘊(yùn)藏著巨大的發(fā)展?jié)摿Α＝逃畔⒒?.0時(shí)代教育行政部門和科研機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)我國實(shí)際制定教育智能體的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),、規(guī)范和案例,，勇于迎接技術(shù)創(chuàng)新，以促進(jìn)教育智能體的良性發(fā)展,。以教育智能體作為抓手,，探索人工智能與教育教學(xué)深度融合的路徑,，這對(duì)推進(jìn)教育現(xiàn)代化進(jìn)程，推動(dòng)我國教育朝著更高質(zhì)量,、更有效率,、更加公平、更可持續(xù)的方向前進(jìn)有著重要作用,。

(二)精準(zhǔn)的教學(xué)決策

人工智能與教育的融合創(chuàng)新,，將塑造新的教育生態(tài)。傳統(tǒng)課堂教學(xué)中,，教師能夠根據(jù)觀察和經(jīng)驗(yàn)選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法,，把握學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解和掌握程度、調(diào)整教學(xué)進(jìn)度等,。作出正確且有效的教學(xué)決策是教師的基本能力,，決策依據(jù)主要是教師的主觀判斷。但是,，教師的主觀判斷難免與實(shí)際存在偏差,，缺少客觀數(shù)據(jù)的支撐，容易忽略部分學(xué)習(xí)者的實(shí)際需求,，無法做到對(duì)全部學(xué)習(xí)者的因材施教,。因此，如何保證教學(xué)決策的科學(xué)性和有效性,，推動(dòng)教育高質(zhì)量發(fā)展,，是專家學(xué)者需要探討的重要話題^[16]。人工智能時(shí)代,，教育智能體將依托智能體和多智能體的發(fā)展,，與大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí),、情感計(jì)算等技術(shù)緊密結(jié)合,，在動(dòng)態(tài)、多變的學(xué)習(xí)情境中,，通過對(duì)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的采集,、處理和分析，及時(shí)且全面掌握學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況,，更精準(zhǔn)和更有效地協(xié)助學(xué)習(xí)者解決學(xué)習(xí)過程中的各種問題,。這無疑實(shí)現(xiàn)了以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)決策，避免了教師的主觀性和經(jīng)驗(yàn)性,。教育智能體能夠追蹤學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程,，發(fā)現(xiàn)和解決問題，作出基于數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)化教學(xué)決策，為智能學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)與優(yōu)化,、核心素養(yǎng)的培養(yǎng),、教學(xué)模式的變革與創(chuàng)新提供了更多可能。

(三)深層的情感交互

研究者最初主要研究如何構(gòu)建基于虛擬角色的教育智能體來提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),，隨著科學(xué)技術(shù)和教育理念的革新,，教育智能體研究也從專注于為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)延伸到為學(xué)習(xí)者提供更廣泛的學(xué)習(xí)支持服務(wù)，其中最為緊迫的便是為學(xué)習(xí)者提供深層情感交互,?？偟膩砜矗壳敖逃悄荏w的情感交互存在流于形式的問題,，稱之為“淺層”交互可能更為合適,。在學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程中，教育智能體應(yīng)能綜合考慮學(xué)習(xí)者的情感狀態(tài)和學(xué)習(xí)需求,，并實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)者情感的感知,、判斷、回應(yīng)和調(diào)節(jié),。情感計(jì)算是實(shí)現(xiàn)人機(jī)情感交互的關(guān)鍵技術(shù),，并使人工智能從感知智能向認(rèn)知智能的范式轉(zhuǎn)變。情感計(jì)算的根本目標(biāo)就是嘗試創(chuàng)建一種“智能”的計(jì)算系統(tǒng),，該系統(tǒng)能夠感知,、識(shí)別和理解人的情感，并能根據(jù)人的情感作出智能,、及時(shí)和友好的反饋,。與此同時(shí)，深度學(xué)習(xí)已成為人工智能領(lǐng)域的主流算法,，其避免了顯式的特征提取過程,，具有較高性能和泛化能力。未來教育智能體將與情感計(jì)算,、深度學(xué)習(xí)進(jìn)行融合創(chuàng)新,，以便實(shí)現(xiàn)與學(xué)習(xí)者間更深層次的情感交互,。融合了情感計(jì)算和深度學(xué)習(xí)的教育智能體,，再結(jié)合其逼真的虛擬形象，將更像有血有肉的“人”,，而不再是漠然,、冷漠的“物”，有助于激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣,，調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)者的情感狀態(tài),，消除學(xué)習(xí)中的孤獨(dú)感，為學(xué)習(xí)者帶來更優(yōu)的情感體驗(yàn)^[17]。

(四)完善的智能導(dǎo)師系統(tǒng)

經(jīng)過多年探索,，研究者對(duì)智能導(dǎo)師系統(tǒng)的理解不斷深化,，并逐漸意識(shí)到智能導(dǎo)師系統(tǒng)融合多種技術(shù)要比使用單一技術(shù)更加有效，目前,，智能導(dǎo)師系統(tǒng)已發(fā)展成為多學(xué)科交叉融合的研究領(lǐng)域,。教育智能體是智能導(dǎo)師系統(tǒng)的核心組件，智能導(dǎo)師系統(tǒng)中的“導(dǎo)師”即為教育智能體,。日益成熟的教育智能體將使智能導(dǎo)師系統(tǒng)更加完善,，既可以為智能導(dǎo)師系統(tǒng)認(rèn)知層面的核心服務(wù)提供支持，還能保證學(xué)習(xí)者個(gè)性化學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn),。教育智能體可借助大數(shù)據(jù),、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)為學(xué)習(xí)者提供適當(dāng)且優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)資源和問題解答,，通過情感計(jì)算和深度學(xué)習(xí)的融合實(shí)現(xiàn)智能導(dǎo)師系統(tǒng)與學(xué)習(xí)者間的深層情感交互,。完善的智能導(dǎo)師系統(tǒng)旨在通過構(gòu)建自適應(yīng)開放式學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)習(xí)者提供認(rèn)知層面和情感層面的支持和幫助,，來優(yōu)化學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗(yàn),。教育智能體的發(fā)展無疑使智能導(dǎo)師系統(tǒng)更具人性化和個(gè)性化，并提高了其智能化程度,，使學(xué)習(xí)者輕松,、投入和有效地學(xué)習(xí)成為可能。如何設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的且基于教育智能體的智能導(dǎo)師系統(tǒng)將成為人工智能和教育領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容,。

“人工智能 教育”已從融合應(yīng)用階段邁入創(chuàng)新發(fā)展階段，若把傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式比作“虎”,，那么人工智能則是給了這只“虎”一雙翅膀,。教育智能體作為人工智能與教育教學(xué)深度融合的產(chǎn)物，日益受到專家學(xué)者的關(guān)注和重視,，并以“耀眼”姿態(tài)進(jìn)入學(xué)生和家長(zhǎng)的視野,。越來越多的研究者開始探索如何利用教育智能體的優(yōu)勢(shì)為學(xué)習(xí)者提供優(yōu)質(zhì)的個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)，滿足學(xué)習(xí)者的個(gè)性化需求,，充分激發(fā)人工智能對(duì)教育的革命性影響,，推動(dòng)教育觀念更新、模式變革和體系重構(gòu),。目前,，國內(nèi)教育智能體的研究與實(shí)踐尚處于成長(zhǎng)期和探索期，但已取得令人滿意的結(jié)果,，并在賦能教與學(xué)方面展露了強(qiáng)大的能力,。國外對(duì)教育智能體的研究更為細(xì)致,，關(guān)注的重點(diǎn)不再是教育智能體是否有效地促進(jìn)學(xué)習(xí)，而是開始研究什么樣的教育智能體才能更好地促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí),。研究者期望通過教育智能體為學(xué)習(xí)者提供認(rèn)知和情感層面的個(gè)性化指導(dǎo)和幫助,，并使學(xué)習(xí)過程可測(cè)、可控,，同時(shí)能夠塑造學(xué)習(xí)者的想象力和創(chuàng)造力,。本研究對(duì)教育智能體的發(fā)展歷程、內(nèi)涵特征和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行闡釋,，并對(duì)教育智能體的未來進(jìn)行了前瞻性的展望,，以期為國內(nèi)學(xué)者的相關(guān)研究提供參考和幫助。

責(zé)任編輯：甄   暾

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Development, Application and Prospect of Pedagogical Agents

XU Zhenguo¹, LIU Zhi¹, DANG Tongtong¹, KONG Xi²

(1.School of Communication, Qufu Normal University, Rizhao Shandong 276826; 2.National Engineering Laboratory for Educational Big Data, Central China Normal University, Wuhan Hubei 430079)

[Abstract] As an important research direction in the field of artificial intelligence (AI), educational agents can help realize the intelligence, precision and personalization of education, and have a direct and significant impact on learners' learning motivation, learning emotion and learning effectiveness. Despite the combination of AI and education is becoming closer, the research on educational agents is still in the exploratory stage. In order to make educational agents better serve teaching and learning, this paper summarizes the development and application of educational agents by combing the existing literature, and further clarifies the connotation and characteristics of educational agents. Educational agents have been applied in such fields as supporting personalized learning, playing virtual teaching roles, and realizing human-computer emotional interaction, but there are still some problems such as weak decision-making accuracy, limited dialogue ability, simple appearance design, and insufficient emotional interaction. In the future, educational agents will be deeply integrated with big data, deep learning, emotional computing and other technologies to promote the development of learners' 'wisdom' with their 'intelligence' and to enable the reform and reconstruction of teaching and learning.

[Keywords] Artificial Intelligence; Educational Agent; Agent; Application; Future Prospect

基金項(xiàng)目：2020年度國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目“學(xué)習(xí)畫面情感對(duì)學(xué)習(xí)者情感的影響機(jī)制及其自適應(yīng)調(diào)整方法研究”(項(xiàng)目編號(hào)：62007020);2020年度教育部人文社會(huì)科學(xué)研究青年基金項(xiàng)目“智慧學(xué)習(xí)環(huán)境下學(xué)習(xí)畫面情感對(duì)學(xué)習(xí)者情感的影響及其作用機(jī)制研究”(項(xiàng)目編號(hào)：20YJCZH194)