青年智库成果专栏|人工智能在学前教育中的应用浅探

摘要：学前教育是基础教育的重要组成部分，是现代国民教育体系基础的基础，教育信息化2.0时代，将人工智能应用于学前教育中是未来学前教育领域改革的发展趋势。通过梳理国内外人工智能在教育中的应用现状和研究现状，结合我国学前教育的发展需求和人工智能在教育领域的应用趋势，浅探人工智能在学前教育活动中的应用。借助人工智能的智能化、高效率、高精准、低成本等优势，对学前教育活动进行改革和创新不仅有助于促进学前教育培养目标和培养方法的转变、提高幼儿培养水平，还能为学前教育变革提供新的方向。关键词：学前教育，人工智能，教育需求，教育转变 自2017年人工智能被“两会”提升到国家战略后，中共中央、国务院印发《中国教育现代化2035》，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《加快推进教育现代化实施方案（2018－2022）》，教育部印发《教育信息化2.0行动计划》，北京师范大学发布《人工智能+教育》蓝皮书，智慧教育的发展得到大力推进。近两年来，智能教育峰会、人工智能教育大会等国内外会议也重点关注人工智能与未来教育的融合。在国家支持、人工智能科学研究不断推进、社会高度关注教育智慧化的大背景下，人工智能广泛应用于教育领域已经是大势所趋。 学前教育是基础教育的重要组成部分，是现代国民教育体系基础的基础。学前教育的水平和质量对人的发展有着至关重要的作用。改革开放以来，我国在学前教育办园体制的改革、教师学历水平以及教育模式方面均取得了突破性的成就[1]，现阶段学前教育的主要形式是在以幼儿园为主的学前教育机构中实行教育行为。在教育信息化2.0时代，相较于人工智能起步早、发展程度高的国家，基础薄、起步晚的我国学前教育将面临新的挑战与许多亟待解决的问题[2]，将人工智能应用于学前教育，将极大提升学前教育的教学质量，为学前教育的发展添加新的能量，助力学前教育破解难题。 因此，对人工智能在我国学前教育中的应用进行研究，一方面，可以丰富学前教育领域的理论研究成果；另一方面，借助人工智能效率高、精度准、成本低等优势，推进我国学前教育事业的向前迈进。本文首先分析人工智能在学前教育领域的应用现状，总结实践和理论经验，并指出了有待改进的问题；然后分析当代我国学前教育的基本内容、发展需求和教育方式的变革；最后，根据未来学前教育发展趋势和人工智能对学前教育的影响，提出人工智能在未来学前教育中应用的设想。一、人工智能在学前教育中的应用现状（一）人工智能在教育中的应用早在上个世纪，随着机器人技术诞生，已有学者提出将人工智能应用到教育中。最初人工智能主要应用于辅助教学，即运用智能计算机辅助教学程序系统ICAI[3]模拟指导教师，提高教育的科学性。此后，随着新一代人工智能技术的发展，其在教育领域的应用得到了进一步扩展，包括教学辅助、教学管理、学习助手等。近几年，研究者对人工智能在教育领域应用的探究围绕各类学科教学工作、各个教育阶段、各种教育方式展开。图1总结了人工智能在教育中应用研究所涉及的范围。

（1）按照不同的学科，人工智能技术应用于音乐[4]、语言[5-6]、体育[7]、数学[8]、医学[9-10]等教学工作中。人工智能一方面够提供高水准的视听虚拟显示、消除地域限制、帮助教师了解学生并因材施教；另一方面，能提供监督教学，服务于智能教学、智能技能训练和批改或减轻教师任务量，提高课堂学习效率，提升学习效果。 （2）按照教育方式，人工智能可应用于远程教育、校园教育、特殊教育。校园教育中人工智能技术广泛应用在教学辅助、教学管理、考试管理、校园安全、日常生活等方面[11-13]。远程教育主要是通过网络完成教学工作，因此，人工智能技术在远程教育发展中发挥着举足轻重的作用[14-15]。此外，人工智能技术已开始应用于特殊教育中，涵盖对象包括听视觉障碍者、听觉障碍者、视觉障碍者、自闭症患者及肢体残疾者这五类残障人士，为其学习及生活带来了便利[16]。 （3）人工智能广泛应用于学前教育、小学教育、中学教育、大学教育、职业教育、继续教育等不同教育阶段。具体形式包括基于AI的智能教育游戏[17]、学前教育智能管理[18]、小学教育管理[18]、中小学课程教学[19]、基于AI的大学个性化学科辅助教学[20-21]、基于AI的职业教育智能化实操训练[22]、继续教育全面智能化[23]等。人工智能将推进不同阶段教育的管理工作的智能化和高效化，辅助教育实现灵活化、个性化。（二）人工智能在学前教育中的应用人工智能在教育中的应用研究已经广泛展开，作为教育体系中的基础部分，学前教育中融入人工智能的相关应用尤为重要。一方面，人工智能在学前教育的应用将改善学前教育的基础设施环境，帮助教师提升教学水平，帮助家长更加科学地陪伴孩子，最终提升受教育者的综合素质；另一方面，学前教育质量的提高将提升我国学前教育的发展水平，进一步推动我国教育事业的自我更新与发展。 人工智能在学前教育中的应用主要包括智能辅导、智能幼儿园管理和智能可穿戴设备这三个方面。目前人工智能应用于学前教育的主流产品汇总见表1。

目前人工智能在学前教育中的应用产品主要是智能机器人，以阿尔法蛋系列为代表的智能机器人为幼儿提供优质的教育资源，协助老师丰富教学手段，最终给不同的幼儿提供不同的解决方案，实现个性化教学。智能机器人会从幼儿的学习能力、认知思维、个人兴趣等方面，提前发现幼儿在某一方面有潜能，从而可以帮助老师以及家长们更好地了解幼儿，达到因材施教的效果。 人工智能在幼儿园管理方面也有重要的应用，包括校园安全管理和预警（刷卡出入，自动记录幼儿出勤状况和接送人情况危险预警等）、家校沟通（反馈幼儿在园的情况、推送家教指导文章）、亲子活动（幼儿园教室、亲子中心）、幼儿园数据分析平台（幼儿活动数据存储、计算、分析、智能决策）。 智能穿戴设备可以对幼儿进行实时的健康、安全监测，每天移动智能配件监测数据分析得出身体的健康状况，输出最合理的饮食，按时发送给家长。在幼儿园中，智能穿戴设备能够监测幼儿身体状态并及时将异常情况反映给教师，教室环境控制设备则根据幼儿状态调节教室的亮度、空气、温度和湿度，制造出最舒适的午睡环境。 当前在学前教育阶段中应用的人工智能产品，应用内容单一，以智能机器人为主，功能简单。学者针对人工智能在学前教育中的应用研究也是微乎其微，人工智能在学前教育领域的应用尚处于早期探索的阶段，各类智能化产品的普适性较低，但潜力巨大。因此，人工智能在学前教育阶段的应用应借鉴人工智能在其它教育阶段的成果，扩大应用范围研究，丰富智能化产品，推进学前教育智能化发展。二、当代我国学前教育发展需求（一）学前教育的基本内容学前教育主要可以分为两个重要阶段[24]：0 3岁幼儿早教阶段及46岁学龄前儿童教育阶段。除此之外，学前特殊教育也是学前教育重要而又特殊的组成部分，主要面向06岁的残疾（感官残疾、肢体残疾、语言残疾、病弱与多重障碍、智力障碍）儿童、资质优异儿童和问题儿童。 学前教育内容主要从五大领域来开展[25]：语言领域（包括谈话、散文欣赏、诗歌学习、故事教学等）、健康领域（健康、生活、体育等）、科学领域（科学实验探索、数学等）、社会领域、艺术领域（音乐、绘画、泥工、手工等），但是某些教育机构也会根据自己拥有的特色设计课程内容，比如双语幼儿园和以体育为特色的幼儿园等。（二）我国学前教育的发展需求通过查找知网与学前教育研究相关的近二十年的学术论文，借助可视化文献分析软件，对334篇国内研究学前教育的文献进行了内容梳理，绘制了关键词共现图和时间线图，获得了学前教育领域研究的重点和热点，进一步得出我国学前教育发展中亟待解决的关键问题。 如图2所示，在学前教育领域的研究中，主要研究点包括：农村学前教育、幼儿园、学前教育专业、政府责任、教育质量、资源配置、残疾儿童。 如图3所示，学前教育的发展主要在农村学前教育、幼儿园、政府责任、残疾儿童四个方面存在着不同的问题：农村学前教育面临着教育质量、成本分担等问题；幼儿园面临着教育管理、普惠性、资源配置等方面的问题；政府责任方面主要是教育公平、财政投入方面的问题；残疾儿童教育面临着公共服务、师资配置方面的问题。

综合图2、图3可以看出我国学前教育需重点关注四方面的问题： 一是农村学前教育仍然是现在研究较为关注的热点问题（图2）。从文献分析来看，由于受经济条件、文化背景等因素的影响，农村学前教育目前仍处于边缘地位，早期教育和学龄前教育受重视程度不够，教育教学环境得不到改善，师资缺乏，学前教育年限压缩，教学内容小学化，极大程度上限制了农村学前教育的发展。 二是幼儿园面临着普惠性、教育资源配置等方面的挑战。长期以来，普惠性幼儿园覆盖率低，导致随迁子女难以享受到相对公平的教育资源，违背了教育平等与教育公平的理念。明显地，受经济、地域的影响，我国教育资源配置不均衡问题一直存在，学前教育也不例外，如一线城市及东部经济发达地区与其他落后地区相比，资源占比差距悬殊，这限制了偏远落后地区的学前教育发展，不利于我国整体学前教育水平的提升。这限制了偏远落后地区的学前教育发展，不利于我国整体学前教育水平的提升。 三是学前教育专业面临“师范性”不充分、幼儿教师资格制度不完善等问题。在教育目标和培养标准等方面忽视教师专业化的特点，将学前教育专业学生与非师范专业的学生同等对待，难以培养专业学生的教师素养和教育情感。缺乏幼儿教师资格认证机构，直接影响学前教育专业学生的就业。如此种种均导致学前教育高素质人才缺乏，制约学前教育的教学质量和水平提升。 四是特殊儿童学前教育面临着公共服务支持、政策普惠、资源方面的挑战。特殊教育管理体制不健全，导致有关特殊教育的规划和管理规章，甚至对残疾儿童教育的内容和措施等方面，存在一定程度的矛盾和混乱现象，严重影响了特殊教育发展。特殊教育政策欠缺、财政投入不足严重影响特殊教育基础设施建设和人才培养，导致学前特殊教育缺少专业化的支持系统和专业化的人才。（三）我国学前教育方式变革人工智能时代，学前教育的发展理念需要一些转变。可以从三个方面出发，即学习式向承载式转变、课程式教学法向项目式教学转变、补短式教学向扬长式教学转变。 一是学习式向承载式转变。中国学前教育亟待走出学习取向的困境[26]，当前我国的学前教育仍是学习取向的。儿童身心的成长发育要比单纯的“行为改变或改变的潜能”（即学习）更为迫切、更为重要。学前教育最主要的目的就是让幼儿成长，必须珍视儿童的世界、儿童的生活，充分地认识和尊重儿童的想法。学前教育活动须是精心安排、精准计划的，且要以儿童为本位、以儿童为中心，自觉地利用儿童原生态的生活，甚至部分地保留儿童自然的原生态的生活。学前教育应当逐渐弱化学习导向，充分考虑生活导向或成长导向。 二是课程式教学法向项目式教学转变。传统课程式教学法以教学内容为导向，旨在由教师向儿童灌输知识，儿童被动地接受知识。对部分儿童来讲，注意力难以集中，学习效果不佳。项目教学是一种以儿童兴趣开始的主动学习和认知过程，能够促使儿童在自己的世界中开展有趣的、个性化的、有意义的探究。其源于儿童的兴趣，能够平衡技能学习和儿童的兴趣，关注儿童的学习目标，让儿童参与有目的、有意义的学习活动。如此，促进儿童探索的积极性，深化感官认识，学习效果达到最优[27]，是未来学前教育发展的重要方向。学前教育教学可以逐渐渗透项目式教学法，将知识融入项目探索的过程，由幼儿主动地挖掘、发现新知识，以此达到教学目的。 三是补短式教学向扬长式教学转变。每个人在教育中学到的知识并非全部必需，那么从幼儿时期开始，如何把必备的能力教给他们才是最重要的，可以根据儿童的天赋、潜能和各项、兴趣来设计个性化的课程，试着将补短教育同扬长教育相结合。目前的教育多是补短教育，尤其是在儿童教育过程中，注重全方面的培养以及不足之处的挖掘、弥补，过程辛苦且易打击孩子们学习的积极性和自信心。扬长教育则让教师、家长甚至儿童自己不断地挖掘自己的潜能，让自己变得更自信，更加积极主动地探索未知。在学前教育中考虑发挥扬长教育，可以提升儿童的天性和潜能、创造力的培养。三、人工智能在学前教育中的应用趋势（一）人工智能在学前教育中的应用场景划分要探索人工智能在学校教育阶段的应用，首先，根据学前教育阶段不同时期的教学方式、内容和目标，选择合适的教学活动，然后，借助人工智能技术的功能和特点，得到人工智能产品与教学活动的结合点，最后，构建人工智能在学前教育不同时期教学中的应用场景。将人工智能应用于学前教育将从当前学前教育的教学活动内容出发，即校园教育、家庭教育、学前特殊教育，结合农村学前教育、学前教育资源配置、学前教育专业、特殊儿童学前教育四个方面的发展需求，进行融合探索。将人工智能应用于学前教育将从当前学前教育的教学活动内容出发，即校园教育、家庭教育、学前特殊教育，结合农村学前教育、学前教育资源配置、学前教育专业、特殊儿童学前教育四个方面的发展需求，进行融合探索。1.人工智能在学前一般教育中的应用要探索人工智能在学前教育阶段的应用，首先，根据学前教育阶段不同时期的教学方式、内容和目标，选择合适的教学活动；然后，借助人工智能技术的功能和特点，找出人工智能产品与教学活动的结合点；最后，构建人工智能在学前教育不同时期教学中的应用场景。 人工智能在学前教育中的应用包括在家庭教育中的应用和在校园教育中的应用两部分，在不同的教育阶段和教育方式下，人工智能的主要应用场景划分见表2。 如表2所示，人工智能可广泛应用于学前教育的各类教学活动中，涉及语言、艺术、健康、社会、科学五个领域，以满足孩子德、智、体、美、劳全面培养的教学目标。此外，人工智能也可助力于校园教育的日常管理工作，即将人工智能应用于安全管理、基础设施建设、教学评价等场景之中，实现自动记录幼儿出勤状况和接送人情况、危险预警等安全管理功能，搭建便捷家校沟通平台、亲子中心等。

2.人工智能在学前特殊教育中的应用人工智能在学前特殊教育中的应用对不同类型的特殊儿童有不同的内容。针对天资优异儿童， 更多的是强调早期的智力开发和启蒙，这部分儿童在生活能力等其它方面并不需要过多的帮助，内容相对简单。针对问题儿童，旨在进行早期干预和防治，更多的是心理疏导。根据通过人工智能测量的心理指标参数，利用人工智能产品的外观特性、功能特性，耐心地、逐步地进行教育引导。针对残疾（聋哑、听障、视障、智障、自闭症及肢体残疾）儿童，主要是进行早期康复训练以及全面发展和矫正缺陷的教育和补偿工作，涉及0 3岁早期阶段和46岁学龄前阶段的教育内容。人工智能在学前特殊教育中的应用场景见表3。 如表3所示，人工智能在残疾儿童学前活动中的应用应因人而异，根据聋哑、听障、视障、智障、自闭症及肢体残疾等不同特征，提供不同的教学辅助和智能护理。

（二）人工智能在学前教育中的应用方向将人工智能应用于学前教育将从当前学前教育的发展需求出发，围绕农村学前教育、幼儿园的普惠性和教育资源配置、学前教育专业、特殊儿童学前教育这四个方面展开研究。1.借助人工智能改善农村学前教育环境和教学内容针对农村而言，相较于传统的教学方式，人工智能有着相对低成本的优势，其应用于农村学前教育基础设施建设，有助于消除经济条件、文化背景等因素的影响。一方面，利用人工智能远程教学，为农村儿童的教学提供优质教学资源，可以使得农村儿童接受先进的教学内容。另一方面，人工智能可以辅助家长和幼儿园优化教学内容。2.借助人工智能促进普惠性幼儿园建设，均衡教育资源配置人工智能技术低成本的优势将降低幼儿园的建设成本，对普惠性幼儿园建设有重要的推促作用。在幼儿园日常管理、教学工作中引入人工智能远程教学平台，不但节省人力成本，缩减开支，并且能够保证较高的教学质量，使得普惠性幼儿园的建设速度加快，让更多的适龄儿童都能享受到平价的教育资源。 通过人工智能远程教学传播优质教学资源，可以使得教育不发达地区儿童也接受到优质的教学内容；建设人工智能学习中心，使不同地区儿童共享学习资源。3.人工智能提升学前教育专业“师范性”和幼儿教师资格考核人工智能技术可以应用于教师专业技能培养方面，其在教育目标和培养标准等方面重视教师专业化的特点，以“师范性”的标准要求学前教育专业的学生，培养学生的教师素养和教育情感。此外，通过人工智能技术辅助教师资格认证，可以快速、高效、科学地评价学前教育工作者的资格和能力。4.人工智能帮助特殊儿童完成学前教育特殊教育领域专家系统以专业化的支持系统协助老师对特殊儿童进行精准分类，针对各类障碍学生实施个性化教学；智能穿戴设备可检测儿童的身体状况，帮助儿童完成基本生活内容；智能护理机器人提供智能护理建议保障特殊儿童的基本生活，表达、识别和理解儿童的喜乐哀怒等情感，对特殊儿童进行心理辅导、治疗。 特殊教育管理体制智能化，规范特殊教育的规划和管理，科学地提供残疾儿童教育的内容和措施。人工智能导师辅助了特殊教育人才培养，增加了优秀的学前教育专业人才。（三）人工智能在学前教育的应用注意的问题目前，人工智能在教育中的应用研究中存在着三个方面的问题：人工智能在教育教学过程中应用场景寥寥可数、缺少对人工智能在校园中应用场景的系统性描述和评价体系、人工智能产品与受教育者交互过程中缺乏情感培养和情感交互。以此为鉴，将人工智能应用于学前教育可以从三方面入手。 一是增加人工智能在学前教育教学过程中应用场景研究。为数不多的人工智能教育类产品和应用场景研究，难以满足教育智能化的“教”与“学”需求，不足以提升教育智能化的发展。只有提出一系列细分的应用场景和实行措施，才能满足学前教育发展的需求，更快地促进智能化学前教育的落地生根。 二是人工智能在学前教育中应用场景的系统性描述和评价体系。人工智能在校园中应用场景的系统性描述应该包括：教学任务、教学目标、教学模式、策略以及用具、教学过程设计、教学评价等内容。完善的系统性应用场景描述是进一步实施人工智能应用于教育领域的重要参考，其指导着教师、学生、教育管理者以及教育类智能产品的设计者共同实现人工智能在教学中的应用。此外，对人工智能在学前教育应用的评价是促进其自我更新与发展的重要途径。构建并完善科学、全面的评价体系是现阶段推动人工智能在教育领域应用的一个重要研究内容。 三是老师及家长应参与人工智能产品与儿童交互过程中的情感培养和情感交互。人工智能在教育领域的相关技术还不成熟，现有人工智能教育类产品无法与人进行情感上的交流，降低了直接使用者的体验。而儿童对情感关怀的需求更高，情感培养关乎儿童的心理健康和性格培养，尤为重要。因此，老师及家长应参与人工智能产品的研发和场景构建，主动与儿童进行情感交互和情感培养。 另外，学前教育方式变革应是人工智能在学前教育中的应用场景构建依据之一。应用场景中的教学内容设计应充分考虑教育方式的转变，使得学前教育发挥生活导向或成长导向的学习方式、项目式教学法以及扬长式教学的优势。四、结语教育信息化2.0时代，人工智能在教育领域各个阶段与各个方面的教学和管理中的应用研究和实践正在如火如荼地开展，学前教育也将借助人工智能的智能化、高效率、高精度、低成本等优势不断完善。 当前人工智能类学前教育产品应用内容单一，以智能机器人为主，并且学者针对人工智能在学前教育中的应用研究也较少。人工智能在学前教育中的应用可从学前一般教育和学前特殊教育两方面的教学活动展开。结合农村学前教育、学前教育资源配置、学前教育专业、特殊儿童学前教育四个方面的发展需求，并参照学前教育生活导向或成长导向的学习方式、项目式教学法以及扬长式教学方式的变革，进行融合探索。人工智能在学前教育中的应用研究尚有需要注意的问题，即增加场景构建、完善场景的系统性描述和评价体系、注重人工智能产品与儿童交互过程中的情感培养和情感交互。

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作者简介

宋丹，女，博士，西安建筑科技大学管理学院。

杨，女，硕士，西安建筑科技大学管理学院。

李茂林，女，硕士，西安建筑科技大学管理学院。

胡珍，女，硕士，西安建筑科技大学管理学院。

高偲毓，女，硕士，西安建筑科技大学管理学院。

赵磊，男，硕士，西安建筑科技大学管理学院。

张丽，女，博士，副研究员，中国科协创新战略研究院创新评估研究所副所长。

基金项目：中国科协“高端科技创新智库青年项目”——博士生项目（项目编号：CXY-ZKQN-2019-008）

责任编辑：赵令锐

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