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智能教育协同创新：学术引领与产业驱动的数字化进程: geneculture 2017-12-24 16:56; 特稿| 智能教育协同创新：学术引领与产业驱动的数字化进程 2017-12-20 邹晓辉数字教育本文发表于《数字教育》 2017年第6期（总第18期）特搞栏目，页码：1-5。转载请注明出处。摘要：本文旨在介绍智能教育协同创新数字化平台及其开发环境。其建构方法是集大成、得智慧的方法，其特征是人机协同，其建构的基本步骤是：一方面，依托数字化图书馆及其网络的云计算能力，通过大数据分析，把计算机的批处理能力与人机交互能力相结合，提升其导航能力；另一方面，调动国内外高校的开放教育资源和师资及广大校友的积极性，通过大智慧融合，将自然人的大协作能力与人机互动能力相结合，提升其续航能力。关键词：双字棋盘；智能教育；协同创新；数字化平台智能教育协同创新是基于融智学理论与文化基因系统工程实践而做的顶层设计。一方面是教管学用社会化系统工程，可用知识精加工来概括；另一方面是言识软硬形式化系统工程，可用知识导航仪来体现。智能教育协同创新数字教育模型已可用世上最简单的语言符号来无歧义地表达。这就为语言学和语言哲学、教育学和教育哲学、信息学和信息哲学的问题得以数字化或形式化奠定了基础。 “ 一旦我们能够修正并形式化一个哲学问题，从而使我们能够找到一个系统的方法来回答它，那么它就不再是一个哲学问题，而成为了科学问题。”形式化、数字化和结构化，在此具有同一种基本属性。本文所述的知识导航仪及其背后的知识中心所采用的知识精加工方法是一种系统的形式化方法。比知识地图、知识图谱及思维导图的做法推进了一步。一、智能教育协同创新的目的席卷全球的“信息化”浪潮推动着人类社会由工业时代快速向信息时代转变，许多人都还没有适应，新一轮的“智能化”巨澜又把它推向更高级且更具有挑战的智能时代。中国政府与时俱进、奋起直追, 相继发布了《国家教育事业发展“十三五”规划》和《新一代人工智能发展规划》，积极推动人工智能研发与应用，促进智能技术与教育教学的融合创新与优化发展。本文旨在从信息化向智能化转变的学术引领与产业驱动的数字化进程角度来介绍智能教育协同创新数字化平台及其开发环境。二、智能教育协同创新的方法——从数字化进程纯形式体系建构及其存在公理深入智能教育协同创新数字化平台及其开发环境的建构方法是集大成、得智慧的方法，其特征是人机协同，其建构的基本步骤是：一方面，依托数字化图书馆及数字网络的云计算能力，通过大数据分析，把计算机的批处理能力与人机交互能力相结合，提升其知识导航能力；另一方面，调动国内外高校的开放教育资源和师资及广大校友的积极性，通过大智慧融合，将自然人的大协作能力与人机互动能力相结合，提升其知识续航能力。其中，知识导航能力和知识续航能力分别依托的是本文所述的两大系统工程：一是教管学用社会化系统工程，可用知识精加工来概括；二是言识软硬形式化系统工程，可用知识导航仪来体现。两方面均可汇聚到一个可称之为广义文本基因演绎体系的参照系。它可用世界上最简单的语言或符号来无歧义地表达。人们的抽象思维、直觉思维和形象思维在此发生交叉重叠与融通融合，最后可收敛到广义文本基因及其组合的演绎体系来系统阐述。表1 是广义文本基因及其组合数字化演绎体系的抽象模型。表1 广义文本基因及其组合数字化演绎体系的抽象模型由表1 可见，第一进阶（2^1）即单一集合{0,1} 仅含有0 和1 两个基本元素，位于第二与第三进阶的是两个分层集合，它们的元素组合之间，在属性相同的单位上出现了交叉重叠的情形，这就导致属性集合{01，001，010} 和{10，010，100} 的划分必然会发生交叉重叠的情形。换一句话说，单一集合及分层集合的成员存在唯一的序位结构（可称之为本真信息）—— 可用信息量的基本单位“比特（Bit）”来计算，无论是跨层次，还是同层次的元素组合，其构成的属性集合都必然存在组合歧义和聚合歧义（逻辑悖论就蕴含在其中）。各种进制之间相互转换的等价性则预示其数字化进程必然蕴含逻辑悖论。因此，数理逻辑蕴含悖论是不可避免的。这就等于告诉我们，不仅分层集合与属性集合的区分是非常必要的，而且各层的序位是唯一的；人机双方都必须面对单一集合{0,1} 和杂多集合{0,1,00,01,10,11,000， ……,ε……, ∞ } 两个极端；还必须面对各种进制之间的相互转换关系及可视为等价的其他形式的符号乃至图形体系。学术引领的要点：首先，广义文本基因及其组合的演绎体系是不证自明的公理体系，尤其是以二进制为典型示例的纯数字的演绎体系。其次，其他进制的或可转化为纯数字的演绎体系的等价形式体系也是不证自明的。最后，务必指出它蕴含着信息基本定律（以二进制为典型示例来阐述和论证最为直接且简明扼要）：序位结构及其所蕴含的本真信息是唯一守恒的，这是第一定律；不同文本基因及其组合的演绎体系之间只要序位一致即同义（第二定律的不动点）且同意（第三定律的枢纽）即可并列（物）、对应（意）、转换（文）。可区分现象信息（物、意、文）与本质信息（理、义、法）及本体信息（物+ 文）。其中，物，不仅蕴含信息，而且涵盖具有质能时空的载体。如此基本的认识仅限于信息学和信息哲学的范畴是很难说清楚的, 唯有在形式化的信息科学范式体系里才能无歧义地精准表达。这充分体现出了协同智能理论的作用、价值及意义。用通俗的话来说就是, 具有公尺作用的基准参照系一旦被找到，如{0,1} 或{A,T,C,G}——基于它们的各就各位论、各取所需论或各尽所能论的相互结合即可组成有效的应对参照系。用它们可很方便地测量和判断相应领域的实际对象，例如各类数字组合或生物种类的基因组合，都是可区分、可鉴别、可计算、可统计的。体现了人类智力和人工智能相结合所形成的协同智慧能力。这是单一的人脑或单纯的电脑及其简单结合都做不到的。因此，智能教育协同创新不仅是特定时代的产物，而且，更是探索协同智慧能力的融智学和文化基因系统工程所具有的独特见解。理解这样的方法及其原理，不仅需要相应的背景知识，而且，更需要训练有素的思维习惯。三、智能教育协同创新的结果——把纯形式体系转换为双字棋盘可形成产业支撑由各种进制之间可相互转换的等价性，可引出纯形式体系的变体即双字棋盘。其特点就是它所具有的多进制的序位结构可作为形式逻辑推理的大前提，其孪生矩阵所具有的联动函数则预示着一系列的小前提，其结论在逻辑和数学两个刚性约束条件上附加一个广义翻译的柔性约束条件（在特定的情形或局限领域它就可转化为刚性约束条件）的整体限定范围，是可确定的。其结果是智能教育协同创新数字化平台及其开发环境形成。该平台的特点是标准化、数字化、个性化和文本化的双字棋盘即语言棋盘与知识棋谱及原创棋魂之间存在联动函数，其所遵循的序位逻辑、双语数学和广义翻译三个约束条件，体现出该开发环境易普及且易形成产业支撑。图1 是中文棋盘及其蕴含的联动函数可识别知识棋谱和原创棋魂的一个典型实例。图1 中文棋盘及其蕴含的联动函数可识别知识棋谱和原创棋魂典型实例由图1 可见且可推知：第一，人脑的智力成果—— 诗文，不仅蕴含一系列词语形式，而且还蕴含着作者的知识棋谱和原创棋魂；第二，电脑的人工智能—— 程序，自动生成的数字与文字之间构成对应的双字棋盘; 第三，人机交互所选出的“已、真、待、巧”像庖丁解牛一样游刃有余地揭示出了全诗的文脉——可让读者瞬间理解作者的意蕴和主题乃至风格。就该诗而言，“明白、超然、发展、安排”和“详情事理、身心和谐、重构基因、再把人生”均因为“已、真、待、巧”的醒目标注而得以凸显，理解该诗几乎可瞬间而达到预期目的。唯一须做进一步解释的就是这里“重构” 的“基因”, 它显然不是生物基因, 因为人们几乎不可能再重构各自的生物基因，唯一可重构的只能是文化基因, 也就是形式化的广义文本基因, 这就一下子把读者的认知和心境提升到了一个前所未有的境界。这样的计算机辅助与软件工程、知识工程和语言工程都联系到一起了。于是，软件产品应用与软件开发服务，也就由语言棋盘、知识棋谱和原创棋魂三方面联系到一起来了。其结果就是：语言、知识和软件三大系统工程因人机协同的智慧能力而联系在一起了。读者可充分发挥其推理和想象的能力。不仅一首诗、一篇文章瞬间即可呈现原创作者的意蕴和主题乃至风格（它们就是原创棋魂），而且一本书乃至所有的书里记载的知识棋谱都可从其中的棋子（汉字）各式各样的组合变换中选取。这样，人们就可从中文棋盘上，挑选出各自偏好的知识棋谱乃至原创棋魂（与之配套的大大小小的语言棋盘也可供智能终端的特定用户调用）。一种新型的数字教育范式，由此也就呈现在广大中小学师生们的面前了。试想：通过双字棋盘可把任何一段文本瞬间数字化和文本化，从而，非常方便地供作者和读者、教师和学生，对其中蕴含的知识模块做精加工，还可因此形成全班、全校及跨校的知识大生产开发环境。这不仅可以在数字化语文课本的阅读理解上派上用场，而且对数字化英文课本也可派上用场，对记忆思维训练还特别有用。例如笔者2017 年在美国与有关专家交流时它都发挥了很好的作用。“逻辑”这个词，在数字和文字构成的双字棋盘上，其联动函数关系是非常明确的，但在笔者那段话里所呈现的“逻辑”却有三个不同的语境，即影响理解的上下文。其中，一段话里的“逻辑”一词是亚里士多德的语境，另一段话里的“逻辑”一词是弗雷格的语境，还有一段话里的“逻辑”一词则是笔者邹晓辉的语境。凭借其上下文语境可辨识歧义。通过这样的方式，作者可教会机器通过上下文来化解歧义，从而可更好地让读者避免误解。用户提取知识棋谱和原创棋魂的过程非常简单，就像选择棋谱或菜单那样容易。图2是英文棋盘及其蕴含的联动函数可识别知识棋谱和原创棋魂的一个典型实例。图2 英文棋盘及其蕴含的联动函数可识别知识棋谱和原创棋魂典型实例由图2 可见且可推知：由于亚里士多德、弗雷格和邹晓辉三个人的语境是不同的，于是也就引出了形式逻辑、数理逻辑和序位逻辑三种表述方式，尤其是双字棋盘序位结构存在公理和联动函数存在公理两个刚性约束条件，具有大小前提的功用，这就为进一步判定“逻辑”的具体词条或义项的理解是否能够被读者所认可奠定了是否“同意”这一柔性约束条件存在公理的基础。无可否认，大家都认可亚里士多德形式逻辑与弗雷格数理逻辑这两个语境约束条件下的用意（这是毋庸置疑的，除非读者不知道相应的背景知识）。有了这个基础再结合图2 及其语境，读者也不难理解邹晓辉的语境条件下“逻辑”这个词的基本用意和序位逻辑的含义。由此可见，结合表1、图1 和图2 可理解本文所述双字棋盘为何具有知识导航仪的功用，其前提就是它是一种具体的智能教育协同创新数字化平台和加工知识模块的知识大生产开发环境。四、智能教育协同创新的意义其意义不仅在于知识导航仪和知识续航支持系统，而且，还在于智能教育协同创新过程及学术引领与产业驱动的数字化进程所遵循的科学原理。它们都可得到简明扼要的阐述或呈现。如果说表1 给出了抽象的测序定位系统及其基本原理，那么，图1 和图2 则进一步给出了基于双字棋盘的测序定位系统功能，以及基于其上的知识导航仪和知识续航支持系统所具有的特点、作用、价值和意义。如果图1 里作者借助双字棋盘做的是画龙点睛的功夫——作者标出“已、真、待、巧”不仅让常规的二字和四字词及四字语块可明显区分并瞬间辨识而且还让“重构基因”这样寓意深刻的创新用意得以凸显，那么图2 作者仅仅突出“逻辑”这个单词就已经十分巧妙地提示读者务必注意作者的语境是建立在亚里士多德和弗雷格两个人及其所代表的形式逻辑和数理逻辑两个等价的表述体系这样的双重基础之上的，进而也就自然而然地清晰地揭示出了该序位逻辑独特且精准的表述形式。举一反三是读书学习和做学问的基本功。因此，本文所展示的数字化进程在学术引领和产业支撑两方面均体现智能教育协同创新的特点。参考文献邹晓辉 , 邹顺鹏 . 双语信息处理方法及原理 . 计算机应用与软件 ,2015 ， (11) ： 69-76. 刘红晶 , 谭良 . 基于教师视角的 SPOC 课程知识地图建构方法研究 . 电化教育研究， 2017 ， (9) ： 64-70. 乔阔 , 肖世杰 . 学科知识图谱在建构中学英语课程图谱中的运用 . 现代交际 ,2017 ， (18) ： 155-156. 何靖 . 英语教学中计算机思维导图软件的作用分析 . 电脑迷 ,2017 ， (10) ： 44. 宗集 . 全面提高教育质量推进教育结构性改革 —— 教育部有关负责人就《国家教育事业发展 “ 十三五 ” 规划》答记者问 . 人民教育 ,2017 ， (Z1) ： 31-35. 国务院 . 国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知 .(2017- 07-20) .http://www.gov.cn/zhengce/con-tent/2017-07/20/content_5211996.htm. 邹晓辉 , 邹顺鹏 . 当代中国大学新使命：基于汉语思维与双语处理的文化传承和创新 . 南京理工大学学报（社会科学版） ,2012 ， (5) ： 106-113. 邹晓辉 , 邹顺鹏 . 软件工程学科何以独特 —— 形式化方法的双重路径 . 软件 ,2011 ， (7) ： 1-14. 作者简介：邹晓辉（ 1958 — ），男，四川成都人，中美塞尔研究中心主任研究员，智能教育协同创新总课题组长，国际信息研究学会中国分会人工智能专业委员会副主任、教育信息化专业委员会委员（主任助理），研究方向为信息与智能科学。; 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