徐振國¹， 劉 志¹， 黨同桐¹， 孔 璽²

(1.曲阜師范大學 傳媒學院， 山東 日照 276826;

2.華中師范大學 教育大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)國家工程實驗室， 湖北 武漢 430079)

隨著計算機性能的顯著提升和大數(shù)據(jù)時代的到來，人工智能加速發(fā)展，呈現(xiàn)出深度學習、跨界融合、人機協(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慣，引發(fā)鏈式突破，推動各領(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，教育智能體實現(xiàn)迭代發(fā)展，并初露鋒芒。國家自然科學基金委員會于2018年設(shè)立教育信息科學與技術(shù)方向，代碼為F0701，其中F070107重點關(guān)注教育智能體的探索與實踐^[1]。據(jù)公開資料顯示，2018年F0701各資助類別共獲批65項，F(xiàn)070107僅1項;到了2019年F0701各資助類別共獲批84項，F(xiàn)070107則為0項。2020年取消了F0701下的三級代碼，通過獲批項目的名稱判斷，教育智能體的相關(guān)研究僅1項。在中國知網(wǎng)中以“教育智能體”和“教學代理”為篇名進行檢索，截至2021年3月，僅檢索到10篇高質(zhì)量文獻。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為標題進行檢索，共有168篇與教育智能體密切相關(guān)的高質(zhì)量文獻。通過對這168篇文獻的梳理與歸納，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師系統(tǒng)結(jié)合，以便創(chuàng)建既能提供學習支持服務(wù)，又能促進社會關(guān)系發(fā)展的教育系統(tǒng);對教育智能體的視覺形象和對話文本進行設(shè)計，提高學習者的學習體驗，激發(fā)學習者的學習動機;探索智能學習環(huán)境、在線學習環(huán)境下情感交互的方式、方法，解決人機間的情感交互問題。

相比于國內(nèi)，國外學者對教育智能體進行了更為廣泛的研究，并已充分認識到教育智能體的重要作用。而國內(nèi)對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)實挑戰(zhàn)和未來趨勢，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、主動性、社會性、進化性等特征，其核心特點是能夠持續(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)點和落腳點均為解決教育教學過程中的現(xiàn)實問題，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80年代明斯基(Marvin Minsky)在其著作《心智社會》中明確提出智能體一詞，但此前已有相關(guān)研究。智能體標準化組織將智能體定義為：智能體是駐留于環(huán)境中的實體，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)境的實時改變;主動或被動響應(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)境作出相對應(yīng)答或能自主完成設(shè)定目標的程序或?qū)嶓w。智能體領(lǐng)域著名學者伍德里奇(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、主動性、反應(yīng)能力和社會能力^[3]。

教育智能體起源于20世紀70年代的智能導師系統(tǒng)，是智能體技術(shù)與教育教學融合創(chuàng)新的成果，但其教學思想可追溯至斯金納(Burrhus Skinner)提出的教學機器和程序教學。智能導師系統(tǒng)中的“導師”即為教育智能體的雛形，可為學習者答疑解惑，但此時多關(guān)注輔導的抽象實體，主要從認知層面指導學習者。隨著信息技術(shù)發(fā)展，計算機的視覺呈現(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、肢體動作等形式與學習者進行互動。教育智能體功能也更加全面，既有認知層面的功能，也有社會文化層面的功能。2010年以來人工智能實現(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現(xiàn)與學習者認知層面的交互，提供個性化的指導和幫助，還可以通過建立與學習者的情感紐帶和聯(lián)系，豐富學習者的情感體驗，激發(fā)學習者的學習興趣和學習動機。教育智能體正以其獨特優(yōu)勢，在教育領(lǐng)域展現(xiàn)出生機勃勃的活力。

(二)教育智能體的內(nèi)涵

教育智能體也被稱為教學代理，由于屬于多學科交叉領(lǐng)域，因此各領(lǐng)域研究者對它的理解和界定并不相同。貝勒(Amy Baylor)等認為教育智能體是為了實現(xiàn)教學目的而在教學過程中使用的由計算機生成的角色，這里的角色包括專家、同伴、評價者等^[4]。庫克(Kristijan Kuk)等則認為教育智能體是由計算機生成的虛擬導師，以人、動物、植物等形式展現(xiàn)，通?？梢詫崿F(xiàn)文本、語音、動作等的交流^[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，其核心意圖為促進學習者的學習^[6]。劉清堂等認為教育智能體是呈現(xiàn)于教學場景中的虛擬形象，其目的是促進學習者的認知學習^[7]。

基于眾多研究者對教育智能體的界定，本研究認為教育智能體是處于學習環(huán)境中并可作為學習環(huán)境組成部分的虛擬角色，它通過語音、文本、肢體動作、面部表情等為學習者提供學習支持，旨在促進學習者的認知學習和情感體驗。教育智能體由計算機生成，多扮演教師、激勵者、伙伴、專家、導師等角色，隨時可以感知環(huán)境并且執(zhí)行相應(yīng)的動作，同時逐漸建立自己的活動規(guī)則，以應(yīng)對未來可能感知到的環(huán)境變化。教育智能體可以是簡單的二維形象，也可以是復(fù)雜的三維形象，它提供的與學習者之間的情境互動，使其有別于傳統(tǒng)課件，學習者可通過與一個或多個教育智能體的互動來進行學習。教育智能體或扮演輔導教師，為學習者提供高質(zhì)量的學習內(nèi)容和學習指導;或扮演學習伙伴，與學習者共同學習，并開展朋輩輔導調(diào)節(jié)學習者的學習情緒和學習動機。教育智能體與專家系統(tǒng)的區(qū)別主要為：專家系統(tǒng)無須嵌入學習環(huán)境中，不必和學習環(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、主動性、反應(yīng)性和社會性。(1)教育性：為學習者提供必要的學習支持服務(wù)是教育智能體的出發(fā)點和落腳點，其最終目的是促進學習者的認知學習和情感體驗，這也是區(qū)別于其他智能體的顯著特點。(2)自主性：教育智能體在不受學習者和其他智能體的指令或者干預(yù)下，具備自主采取動作的能力。同時，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)主動性：教育智能體既可以針對外部刺激作出被動響應(yīng)，也可以根據(jù)預(yù)設(shè)目標主動執(zhí)行動作。(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，并能及時作出動作響應(yīng)。(5)社會性：教育智能體具備與其他智能體或?qū)W習者進行交互、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傳遞的工具，也是學習者學習過程中的幫助者和促進者。如果僅出于提高智能化程度而添加教育智能體，可能會適得其反。教育智能體應(yīng)通過科學、合理的教學策略、教學方法、評價方式來促進學習。外在特征也被稱為社會特征，貝勒(Amy Baylor)指出當智能體被用作社會模型時，其形象便是需要考慮的關(guān)鍵因素。研究證實，教育智能體的視覺形象和聲音特點對學習者的學習具有重要影響，它們在某種程度上決定了學習者對教育智能體的感知^[8]。外在特征主要包括年齡、性別、外貌、表情、動作、手勢和聲音的響度、音調(diào)、音色等，旨在幫助學習者建立與在線或智能學習環(huán)境之間的社會聯(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。目前，教育智能體在教育領(lǐng)域的應(yīng)用已初見成效，其在教育教學中多扮演指導教師、學習伙伴、自身影像、實習對象等角色，以便為學習者的認知學習和情感體驗提供必要幫助。

(一)教育智能體的應(yīng)用領(lǐng)域

1. 支持個性化學習

教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動計劃》中明確指出應(yīng)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、智能化、個性化的教育體系，達成優(yōu)質(zhì)的個性化學習體驗，滿足學習者、教學者和管理者的個性化需求。實現(xiàn)因材施教和學習者的個性化學習，促進其全面化的自由發(fā)展是教育者持之以恒的目標與追求?？v觀當今世界各國的教育改革，探索支持以學習者為中心的個性化學習的方式、方法已成為重中之重，并成為教育教學研究的新趨勢和新一代教育教學改革的著力點。

智能體與教育教學的深度融合為個性化學習的實現(xiàn)提供了強有力的技術(shù)支撐，教育智能體為攻克傳統(tǒng)教學忽視學習者差異性的壁壘和突破個性化學習所面臨的挑戰(zhàn)提供了新思路和新方法，使個性化學習成為可能。教育智能體通過對在線學習環(huán)境中學習數(shù)據(jù)的追蹤與分析，借助數(shù)據(jù)挖掘和機器學習算法，感知學習者的認知特點和學習風格，以建立科學有效的學習者模型，進而為學習者提供定制化的學習服務(wù)，在與學習者的交互中幫助學習者完成對知識的建構(gòu)，滿足學習者多樣化的學習需求，并提高學習者的主觀能動性和學習效率，真正實現(xiàn)因材施教的教育理念。教育智能體充分尊重學習者的個性化差異，形成了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動并以學習者為主的個性化教學模式，使學習者得到了適合自身的最佳發(fā)展。

智能導師系統(tǒng)(Intelligent Tutoring Systems，ITS)通常被認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是利用計算機模仿教學專家的經(jīng)驗、方法來輔助教學工作的計算機系統(tǒng)^[10]。教育智能體在ITS中多扮演教師角色，觀察、跟蹤學習者的學習行為，并在必要時給予幫助和指導，同時通過與學習者的交互收集信息完善學習者的個性化偏好模型，而后根據(jù)偏好模型調(diào)整教學內(nèi)容，優(yōu)化系統(tǒng)知識庫，以實現(xiàn)學習者的個性化學習。庫克(Kristijan Kuk)等開發(fā)了名為MIMLE的智能導師系統(tǒng)，其核心功能主要由教育智能體實現(xiàn)^[5]。教育智能體可通過與學習者的交互，來判斷是否需要對學習者的學習提供支持和幫助。若學習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，實現(xiàn)對學習者學習過程的干預(yù)。問題解決后，教育智能體會推送鼓勵和贊揚的話語，提高學習者的成就感和積極性。

目前，基于教育智能體的智能導師系統(tǒng)研究多專注如何依據(jù)學習者的學習風格和認知水平為學習者提供個性化的學習資源、學習路徑和學習指導，構(gòu)建更自然、更有效的智能學習環(huán)境，以便實現(xiàn)學習者的個性化學習，以智能助力學習者的智慧發(fā)展，賦能教與學的變革與重構(gòu)。

2. 扮演虛擬教學角色

萊斯特(James Lester)等通過實驗證實在智能學習環(huán)境中應(yīng)用教育智能體能夠提高學習者的學習效率，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學習者的學習^[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習環(huán)境中真實存在的人物形象出現(xiàn)，與屏幕上的學習內(nèi)容共存，豐富和延伸人機間交流方式的同時，可提高學習者的學習興趣，減輕由于師生分離而帶來的孤獨感。教育智能體越來越人性化，所扮演的角色更加貼合真實學習環(huán)境，形象也更加逼真和多樣。既可對學習內(nèi)容進行講解，也可幫助解決學習者面臨的真實問題，還可演示復(fù)雜且難以用文字描述的實驗或者任務(wù)。

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

此外，教育智能體可通過肢體動作引導學習者將注意力聚焦到當前學習畫面最為重要的部分，同時跟蹤學習者的學習過程，實時研判學習者的學習情況，并在恰當?shù)臅r機提供必要的幫助或表現(xiàn)恰當?shù)谋砬椋@對改善學習者的學習體驗至關(guān)重要。若教育智能體扮演指導教師，它可以觀察、引導和保持學習者的注意力，根據(jù)學習者的認知能力推送個性化學習資源，對難以用文字呈現(xiàn)的內(nèi)容進行直觀演示，并以語言或非語言方式對學習者的需求及時給予反饋，借以實現(xiàn)學習者深層次學習的發(fā)生和高層次技能的培養(yǎng)。若教育智能體扮演學習伙伴，它可以和學習者共同學習，并進行交流。當學習者成功時鼓勵、贊揚，激發(fā)其自豪感和成就感;當學習者失敗時安慰、幫助，使其重拾信心。教育智能體在某種程度上可模擬實現(xiàn)師生之間、學生之間面對面的交流，將有效減輕學習者獨自學習所帶來的孤獨感，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角色使學習者與在線學習環(huán)境間的交互更為真實且更加有效，在滿足學習者社會交往需要的同時，也提高了學習者的學習效果。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，教育智能體將對教育領(lǐng)域產(chǎn)生更為顯著的影響，并且為智能學習環(huán)境的構(gòu)建與發(fā)展提供了新的思路。

3. 實現(xiàn)人機情感交互

教育智能體的早期研究多關(guān)注學習者的認知需求，即通過預(yù)設(shè)的算法為學習者推送學習內(nèi)容和提供問題解答，以期提高學習者的學習效果，而對學習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]。隨著認知與情感研究成果的日益豐富，專家學者逐漸意識到情感對學習過程的重要作用，并在設(shè)計開發(fā)教育智能體時，注意教育智能體情感功能和認知功能的協(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，在社會交往中，情感也扮演著關(guān)鍵角色。當學習者執(zhí)行學習任務(wù)時，他們必然會與學習環(huán)境中的教師或其他學習者有所互動。傳統(tǒng)在線學習環(huán)境雖然能夠為學習者提供優(yōu)質(zhì)且豐富的學習資源，但卻很難與學習者進行情感層面的交流，忽略了學習者在學習過程中的情感表達和情感訴求。教育智能體可對在線學習環(huán)境進行補充和完善，當學習者因?qū)W習任務(wù)或自主學習產(chǎn)生負面情緒時，教育智能體將及時給予反饋和幫助，盡可能使學習者獲得與課堂學習相同的情感體驗。

教育智能體在構(gòu)思時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)學習者的學習情感，提高教育智能體與學習者的情感交互能力，使學習者在學習過程中始終保持積極的情感狀態(tài)。當教育智能體對學習者的情感狀態(tài)感同身受，并根據(jù)學習者的情感需求靈活調(diào)整面部表情、肢體動作時，學習者將會傳達出更高的自我效能感。目前，教育智能體能夠簡單表達高興、悲傷、失望等情緒，當學習者能夠較快、較好地完成學習任務(wù)，教育智能體會表現(xiàn)出高興、贊揚的肢體動作;而當學習者的學習進展遲緩、學習任務(wù)完成較差時，教育智能體會傳遞出失望的情緒，并對學習者進行督促，這有助于增強學習者的情感體驗。

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

隨著研究者對情感與認知兩者關(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)學習者穩(wěn)定且持續(xù)的消極情感狀態(tài)，以減小對學習者注意力的影響。限于情感計算相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，教育智能體尚不能做到十分準確地識別學習者情感，所提供的情感反饋方式也較為簡單。

(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)期目標尚有差距。課堂教學中，教師能夠根據(jù)實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)驗或?qū)嶒烆A(yù)先設(shè)計好的，運行時當遇到某個臨界條件，便執(zhí)行某個相應(yīng)的動作。實際的教學或?qū)W習過程遠比實驗復(fù)雜，具有較高的不確定性，學習者可能遇到的問題也難以窮盡。當出現(xiàn)設(shè)計者沒有預(yù)想到的情況時，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算機算法或數(shù)學模型，但目前研究者多使用傳統(tǒng)機器學習方法，對深度學習等新興方法缺乏關(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?shù)臅r機為學習者提供適合學習者學習風格、認知能力的學習支持，但目前教育智能體在復(fù)雜、實時、動態(tài)條件下的“對話”能力是有限的。當從參與有限的、特定領(lǐng)域的、面向任務(wù)的“對話”擴展到參與更廣泛的、類似人類的“對話”時，情況將變得更為復(fù)雜，這無疑對教育智能體來說也是巨大挑戰(zhàn)。教育智能體與學習者的互動過程中，學習者對教育智能體的“對話”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，甚至有可能涉及學習內(nèi)容外的“對話”。事實上，課堂教學中總有一些和學習任務(wù)、學習主題無關(guān)的對話，而這些對話可能會營造一種放松愉悅的學習氛圍，促進學習者的情感參與，并為學習者的認知活動創(chuàng)造額外的可能性。

教育智能體的形象和外觀對學習者的學習過程具有重要影響^[15]，但目前教育智能體的形象和外觀設(shè)計較為簡單。教育智能體的視覺要素包括了性別、年齡、外貌、角色等重要和即時的信息，遠不是在設(shè)計過程中可有可無那么簡單。越來越多的研究表明教育智能體的形象會對學習者的學習興趣產(chǎn)生影響，貝勒(Amy Baylor)指出在線學習環(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關(guān)鍵因素。精心設(shè)計的教育智能體外觀能對學習者的興趣和動機產(chǎn)生積極影響，并可能會產(chǎn)生意想不到的良好效果。對于教育智能體的開發(fā)者來說，他們往往具備專業(yè)的學科知識和技術(shù)能力，但可能缺少較高的藝術(shù)素養(yǎng)。這就需要加強和設(shè)計人員的聯(lián)系，促進跨學科、跨領(lǐng)域?qū)＜液献?，成立專門的研發(fā)團隊，將多領(lǐng)域?qū)I(yè)知識運用到認知功能和視覺形象的設(shè)計、優(yōu)化過程中，以便合作開發(fā)出具有良好外觀，又能促進學習的教育智能體。

目前，教育智能體研究仍以認知層面為主，對情感層面的關(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現(xiàn)了教育智能體與學習者的淺層交互，與學習者的期望存在差距。教育智能體全程參與學習者的學習過程，在具備“高智商”同時，還應(yīng)擁有“高情商”，以便將學習者的認知過程和情感狀態(tài)有機結(jié)合，使學習者輕松、投入和有效地學習。目前教育智能體只能通過表情、動作、語言的組合或單一形式和學習者進行單次情感交流，交流是否起到了應(yīng)有的作用，是否需要繼續(xù)與學習者進行情感交流，教育智能體在情感層面的“智能”還非常有限。實際情況可能遠比想象的要復(fù)雜，當教育智能體每次都通過特定行為表達某種情感時，首次出現(xiàn)學習者可能樂于接受，并且能夠起到良好的作用，但出現(xiàn)的次數(shù)多了，學習者難免失望和厭倦。人類表達某種情感可以通過多種形式，往往是根據(jù)現(xiàn)實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，擁有對情感進行識別、分析、理解和表達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。面對新機遇和新挑戰(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整個社會高質(zhì)量發(fā)展”，教育智能體作為人工智能與教育教學深度融合的產(chǎn)物，對推動智慧教育、革新教學觀念和教學行為有著積極影響。2018年國家自然科學基金委員會設(shè)立教育信息科學與技術(shù)方向，其中F070107重點關(guān)注教育智能體的研究與實踐。目前，教育智能體尚處于自由探索和“野蠻”生長階段，蘊藏著巨大的發(fā)展?jié)摿?。教育信息?.0時代教育行政部門和科研機構(gòu)應(yīng)根據(jù)我國實際制定教育智能體的相關(guān)標準、規(guī)范和案例，勇于迎接技術(shù)創(chuàng)新，以促進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深度融合的路徑，這對推進教育現(xiàn)代化進程，推動我國教育朝著更高質(zhì)量、更有效率、更加公平、更可持續(xù)的方向前進有著重要作用。

(二)精準的教學決策

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)課堂教學中，教師能夠根據(jù)觀察和經(jīng)驗選擇恰當?shù)慕虒W方法，把握學生對課程內(nèi)容的理解和掌握程度、調(diào)整教學進度等。作出正確且有效的教學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際存在偏差，缺少客觀數(shù)據(jù)的支撐，容易忽略部分學習者的實際需求，無法做到對全部學習者的因材施教。因此，如何保證教學決策的科學性和有效性，推動教育高質(zhì)量發(fā)展，是專家學者需要探討的重要話題^[16]。人工智能時代，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)、深度學習、情感計算等技術(shù)緊密結(jié)合，在動態(tài)、多變的學習情境中，通過對學習數(shù)據(jù)的采集、處理和分析，及時且全面掌握學習者的學習情況，更精準和更有效地協(xié)助學習者解決學習過程中的各種問題。這無疑實現(xiàn)了以學習者為中心的教學決策，避免了教師的主觀性和經(jīng)驗性。教育智能體能夠追蹤學習者的學習過程，發(fā)現(xiàn)和解決問題，作出基于數(shù)據(jù)的精準化教學決策，為智能學習環(huán)境的建設(shè)與優(yōu)化、核心素養(yǎng)的培養(yǎng)、教學模式的變革與創(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習者的學習動機，隨著科學技術(shù)和教育理念的革新，教育智能體研究也從專注于為學習者提供學習指導延伸到為學習者提供更廣泛的學習支持服務(wù)，其中最為緊迫的便是為學習者提供深層情感交互?？偟膩砜?，目前教育智能體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。在學習者的學習過程中，教育智能體應(yīng)能綜合考慮學習者的情感狀態(tài)和學習需求，并實現(xiàn)對學習者情感的感知、判斷、回應(yīng)和調(diào)節(jié)。情感計算是實現(xiàn)人機情感交互的關(guān)鍵技術(shù)，并使人工智能從感知智能向認知智能的范式轉(zhuǎn)變。情感計算的根本目標就是嘗試創(chuàng)建一種“智能”的計算系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠感知、識別和理解人的情感，并能根據(jù)人的情感作出智能、及時和友好的反饋。與此同時，深度學習已成為人工智能領(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算、深度學習進行融合創(chuàng)新，以便實現(xiàn)與學習者間更深層次的情感交互。融合了情感計算和深度學習的教育智能體，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)學習者的學習興趣，調(diào)節(jié)學習者的情感狀態(tài)，消除學習中的孤獨感，為學習者帶來更優(yōu)的情感體驗^[17]。

(四)完善的智能導師系統(tǒng)

經(jīng)過多年探索，研究者對智能導師系統(tǒng)的理解不斷深化，并逐漸意識到智能導師系統(tǒng)融合多種技術(shù)要比使用單一技術(shù)更加有效，目前，智能導師系統(tǒng)已發(fā)展成為多學科交叉融合的研究領(lǐng)域。教育智能體是智能導師系統(tǒng)的核心組件，智能導師系統(tǒng)中的“導師”即為教育智能體。日益成熟的教育智能體將使智能導師系統(tǒng)更加完善，既可以為智能導師系統(tǒng)認知層面的核心服務(wù)提供支持，還能保證學習者個性化學習的實現(xiàn)。教育智能體可借助大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)為學習者提供適當且優(yōu)質(zhì)的學習資源和問題解答，通過情感計算和深度學習的融合實現(xiàn)智能導師系統(tǒng)與學習者間的深層情感交互。完善的智能導師系統(tǒng)旨在通過構(gòu)建自適應(yīng)開放式學習環(huán)境，為學習者提供認知層面和情感層面的支持和幫助，來優(yōu)化學習者的學習體驗。教育智能體的發(fā)展無疑使智能導師系統(tǒng)更具人性化和個性化，并提高了其智能化程度，使學習者輕松、投入和有效地學習成為可能。如何設(shè)計實現(xiàn)最優(yōu)的且基于教育智能體的智能導師系統(tǒng)將成為人工智能和教育領(lǐng)域的重要研究內(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)學習方式比作“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深度融合的產(chǎn)物，日益受到專家學者的關(guān)注和重視，并以“耀眼”姿態(tài)進入學生和家長的視野。越來越多的研究者開始探索如何利用教育智能體的優(yōu)勢為學習者提供優(yōu)質(zhì)的個性化學習體驗，滿足學習者的個性化需求，充分激發(fā)人工智能對教育的革命性影響，推動教育觀念更新、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踐尚處于成長期和探索期，但已取得令人滿意的結(jié)果，并在賦能教與學方面展露了強大的能力。國外對教育智能體的研究更為細致，關(guān)注的重點不再是教育智能體是否有效地促進學習，而是開始研究什么樣的教育智能體才能更好地促進學習者的學習。研究者期望通過教育智能體為學習者提供認知和情感層面的個性化指導和幫助，并使學習過程可測、可控，同時能夠塑造學習者的想象力和創(chuàng)造力。本研究對教育智能體的發(fā)展歷程、內(nèi)涵特征和應(yīng)用現(xiàn)狀進行闡釋，并對教育智能體的未來進行了前瞻性的展望，以期為國內(nèi)學者的相關(guān)研究提供參考和幫助。

責任編輯：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

基金項目：2020年度國家自然科學基金青年科學基金項目“學習畫面情感對學習者情感的影響機制及其自適應(yīng)調(diào)整方法研究”(項目編號：62007020);2020年度教育部人文社會科學研究青年基金項目“智慧學習環(huán)境下學習畫面情感對學習者情感的影響及其作用機制研究”(項目編號：20YJCZH194)