要对智能技术变革教育的途径和机理进行研究，首先需要建模，因而第一步是创建一个能表示教育诸项要素和众多教育场景的理论模型。建模的作用在于模型的参数较少，能将教育这个包含诸多要素的研究对象抽象成一个有限的研究对象。我们将这一教育模型简称为五字母教育过程模型，模型中的五个字母分别代表教育的五个主要方面。基于这个模型，本文首先分析五字母所代表的五个方面在智能技术强力推动下所发生的变化，从而在整体上把握智能技术条件下教育在内容和形式上的变化；然后具体分析人工智能、区块链、云技术、大数据四大智能技术推动教育变革的途径和方法；最后通过以上两方面的探究，提炼出智能技术变革教育的途径和机理。本文是关于智能技术变革教育的理论探究，目的是认识智能技术变革教育的本质特征，为今后的教育变革实践提供参考。
二、五字母教育过程模型的建构
这里要特别指出的是，五字母教育过程模型包含了现代教育技术手段和内容，五字母教育过程模型的内涵整体上大于传统诸教育要素的总和，因为它包含了新生的要素，尤其是施教者和教育空间的内涵有了很大的扩展。比如对施教者来说，这里不只是指传统意义上的教师，在智能技术条件下这个概念包含技术，即技术施教者可以代替教师来进行教学实践；同样，受教育者也与传统概念不一样，智能技术条件下的受教育者可以是技术装备武装的学生。
再来检视模型表达教育场景的能力，五字母教育过程模型对于教育场景也具有很强的表达能力。教育场景的参与者主要是施教者和受教育者，教育参与者与教育空间组合可以形成多种不同的教育场景，如表1所示。一些常见的教育场景，比如爱芭等提出的听课、讨论、做作业、课外阅读、与人交流、生活、劳动等，都在五字母教育过程模型可表达之列，这些教育场景都是五字母教育过程模型在其参数适当取值下的实例。
总之，五字母教育过程模型不仅涵盖各种教育要素，还能高度概括大家所熟知的、典型的各类教育场景。五字母教育过程模型的高度概括性将教育这一“无限”的研究对象变为有限，为智能技术变革教育的研究建立了一套统一的论述和推理范式。本文将以这一模型为基础，梳理、归纳和提炼智能技术变革教育的途径和机理。
三、智能技术条件下教育的五方面变革
建模的目的是对教育进行界定，这是本文得以展开的关键步骤。建模也是在建立研究方法，建构研究范畴。五字母教育过程模型中每一个字母代表教育的一个重要方面，下面就智能技术条件下这五个方面的变革分别予以论述。
(一)教育空间的变革
教育活动都是在某个空间内进行的。教育空间从形态上大概可分为实体、虚拟、实虚结合三种类型。存在了几千年的学校、课堂、教室是典型的传统教育空间，因其在实物环境下进行，可称之为实体教育空间。在信息技术引入教育之前，实体教育空间可说是唯一空间。教育空间的智能化是智能技术融入实体教育空间的结果。为了大力推动智能技术的发展，国家制定和实施了相应的战略规划，于是教育空间得到了空前发展。2000年10月召开的全国中小学信息技术教育工作会议，提出“全面启动中小学‘校校通’计划”，至2018年在全国范围内基本完成“硬件建设、平台建设、资源建设、教师培训”等宏大工程。教育部在2018年发布的教育信息化2.0标志着教育空间逐步从“信息通”向“智能化”转化。随着智能技术在教育领域的推广运用，教育空间的内容和形式发生了翻天覆地的变化。课堂、教室、学校不再只限于建于地面的实物空间，智能技术支持下的课堂、教室和学校，可以“腾云驾雾”，可以“天上人间”。智慧教室、智慧课堂、智慧学校，智慧平台、教育云等教育空间就是智能技术与教育结合的新技术产物，是虚拟或实虚结合的空间。
(二)施教者的变革
施教者包含但不只是各要素说中的传统教育者。因为智能技术的变革力量，施教者这一概念的内涵发生了极大的变化。由教育者到施教者主要有两种途径。其一是利用智能技术创建各种虚拟施教者。虚拟施教者大体分为虚拟辅助者、网络教学系统、教育机器人。虚拟辅助者包括多种教育辅助工具、辅助教师，其代表性的有自动出卷评分工具、自动学习诊断工具、自动作业辅导系统、自动练习模拟考试系统、教学管理工具、自动监考系统等。网络教学系统多种多样，可按教学对象和教学科目划分。具有代表性的网络教学系统主要有针对大学以上层次学生的各种类型的慕课，进行语言教学的各类教学系统，面向职业教育的虚拟网络教学系统等。相对于传统的教师，教育机器人是实物形态的代理施教者，扮演施教者来完成各种教育任务。其二是被智能技术武装的真人教师。在智能技术环境下，传统意义上的教师已别无选择，只有提升信息化技能才能适应智能技术条件下的教育环境。被智能技术武装的教师是智能化教师、数字化教师，能高质高效地进行和完成各种教育活动。
(三)受教育者的变革
在智能时代，受教育者的内涵同样发生了极大的变化。这是智能教育发展的必然结果。从人与技术的关系层面来看，这是技术与人互构和互驯的结果。目前研究资料中，对于智能技术条件下有关受教育者所经历的和所需要变革的研究还比较少。从对已有文献的研究和对现实教学的观察可以得知，受教育者经历了或正在经历前所未有的变革。在智能技术条件下，受教育者从传统的“读书人”变成为采用读书、读网、看屏、虚游、虚练、视听等不同方式获得教育的学习者。其中，新的学习方式都是由智能技术支持的，学习者因此成为被智能技术所武装的受教育者。受教育者通过互联网、电视、数字化资料、课堂、书本、真人教师、虚拟教师等媒介获得信息和知识，成为多媒介的接受者。由于虚拟的学习空间不设“疆界”、没有“围墙”，且移动学习实现了泛在学习，学习者可以利用这些新型学习方式追求个性化学习，同时智能诊断和学习指导、大数据学习分析使得学习者的个性化学习更加精准和科学。可见，智能技术使受教育者的学习更个性化。
(四)教育效率的变革
(五)教育准备阶段的变革
教学效果评价是教师准备下一阶段课程的重要依据，因而也是教育准备阶段的一部分。教学效果评价主要包括学习行为分析评估、作业批改、测验考试、学生反馈等方面。由于智能技术在教育的运用，教学效果评价方面也发生了很大的变化。智能教育平台提供了许多智能化评价工具，可供准确、即时的自动评估。比如，智能上课考勤系统、智能上课行为检测与分析系统、自动考试系统、自动监考系统、智能的个性化学习诊断和学生反馈分析等，这些智能工具大大提高了教学评估的准确性和即时性。
四、四大智能技术变革教育的途径和方法
智能技术变革教育的过程是个宏大的系统工程。前面通过五字母教育过程模型对智能技术条件下的教育进行了建构和界定，五字母所代表的教育空间、施教者、受教育者、教育效率以及教育准备阶段都深深打上了智能技术的烙印，具有智能化的特征，从而从整体上把握了智能技术条件下教育在内容和形式上发生的变革。厘清智能教育这一所指，只是完成了研究问题的一半。智能技术与教育之间到底是何种作用关系，教育又如何随着智能技术绽放智能的光彩？沿着这些思考，下面将具体分析人工智能(ArtificialIntelligence)、云技术(CloudTechnology)、大数据(Data)、区块链(Blockchain)四大智能技术在变革教育中的角色和作用。这四大智能技术是目前智能教育的支撑技术，它们形成了一个强大的“智能圈”，促进智能教育发展。四大智能技术在推动智能教育发展方面既有共同之处，也有各自独特之处，下文将予以分别论述。
(一)四大智能技术变革教育的共同之处
1.极大地提升教育成效
由于虚拟教育空间具有低成本复制和网络流动的特点，因而人工智能虚实结合的教育工具可以大大提高教育的投入产出效率。在虚拟空间中，知识表达方式变得更加丰富，“看不见的知识”以可视化形式呈现，从而提高了知识点的可理解性。同时在虚拟空间中，虚拟和现实相结合的教学情境的创建，可以帮助学习者掌握和运用自主学习所需的技能和方法，引导他们主动进行探究式学习，极大地提高了学习的自主性。学习者还可以根据自己的需求，直接在智能平台上进行知识实践活动，完成学习任务，提高掌握知识的效率。不仅如此，智能学习平台因为拥有海量的教学资源和学习工具，教师可以自由运用各种资源和工具进行文本、图片、音频、视频等形式的教学课件制作，上传下载，共享平台资源。这些获取教学资源的新途径不仅能极大地提高教师备课效率，提高教育的投入产出效率，还能提高知识的更新和传播效率。
2.实现个性化精准教育
智能技术尤其是大数据分析在精准教学研究方面同样扮演着重要的角色。当课程和教材确定后，智能工具首先收集和总结教师经验、学习者行为，并构建实时教学画像、学习者知识画像、学能画像、学习偏好画像，构建知识图谱和学习策略谱；然后，智能工具结合各类画像、知识图谱、学习策略谱、学习资料的难易度进行推理，发现最合适的教学方法和顺序，制定精准的学习方案，构建描述所有学习路径的网络图，从中发现最优学习路径。
比较而言，教材内容、知识新旧、学习者能力、学习偏好等比较容易把握。然而，学习者的学习效果还受能力、心理、情感、态度等因素的影响，人们对这些方面的认识和把握往往似是而非、模棱两可。而智能技术则不同，它对学习者的学习能力、心理的捕捉和分析大大超过了人类。由于智能技术整合了智能感知、学习分析、情感计算等技术，它不仅可以感知学习者的个人知识、学习、情感、心理等特征，还能感知学习者与人交互时所表现出的社会性特征。因此，利用智能技术我们可以构建准确的学习者画像模型，精准地评估学习者各方面的特征，及早预见和准确掌握学习者学习过程中出现的生理、心理问题以及其他动态，并进行及时干预。
智能技术的精准性已在实践中得到了证实。美国普渡大学的“课程信号系统”、美国几所大学正在使用的Moodog以及美国西部开发的PAR系统都是智能技术推动教育精准化的应用实例。在中国，智能技术在教育中的应用主要由公司推动，比如松鼠AI推出的中学各科的诊断和推荐系统，StarC系统的中小学数学诊断工具。这些智能教育精准化系统各有侧重，但基本流程相差不大。首先是收集数据，主要收集学生的背景数据，如国籍，家庭背景，学术数据(如学习成果、学到的知识点、错题本等)，行为数据(如各类学习的时长、各类活动数据、消费数据等)，身心数据(如情绪变化、释放情绪数据等)。随后是依据数据描述学习者的各种画像，如学生成绩、学习风格、知识点、行为、消费等方面的画像。最后是数据分析结果的应用，如根据学生的画像精确引导学生采用适合自己特点的学习材料、学习路径和学习节奏。除此之外，还有些其他的应用方式，如Signkls系统以交通信号指示灯的方式，让学生了解自己在课程学习过程中的学习状况，良好、中度危急和严重危急三种学习状态分别用绿色、黄色和红色信号指示灯表示。
总之，智能技术尤其是人工智能、大数据技术对教育效率的提升和个性化精准教育的实现发挥了极其重要的作用。不仅如此，这四大智能技术还各自具有独特性和优势，在教育智能化的变革中发挥着独特的作用。可以这么形象地比喻，人工智能好比工厂生产产品，教育云好比快递员将产品集合并快速传递，大数据如精算师精准计算需要何种产品，而区块链好比警卫负责产品安全传送。为清晰起见，下面分别论述四大智能技术的独特之处。
(二)四大智能技术变革教育的独特之处
1.人工智能的虚拟生产和替代性对教育的变革作用
人工智能的生产性使之在智能技术中占据首位。如果将人的智能分为计算、感知推理、理论建构三个层次，那么目前机器智能处在中间层次，也就是感知推理的层次。我们认为，教育主要采用感知推理的途径进行知识传授，所以人工智能是变革教育的核心技术，发展人工智能技术推动教育变革必将大有可为。
其一，辅助或部分替代真人的教学事务。一个真人教师面对的教学事务可谓繁多——备课、上课、出卷、评卷、批改作业、学情诊断、辅导、讨论等，教师往往感到分身乏术，难以全盘顾及，这是很多教师日常工作遭遇的苦恼。人工智能技术可为真人教师排忧解难，辅助或部分替代真人教师完成一些事务。比如在备课、授课效果自动评价等方面，由智能搜索代替真人教师寻找教学所需的资料，由智能生成技术生成教育资源，再由智能考试系统代替真人教师完成出卷、监考以及评卷等，在这些教学事务中，智能工具能发挥极大的作用，分担教师的工作。智能生成教育资源的服务甚至能根据教师、学生个性化特征，自动寻找、关联、生成与汇聚适合的教学资源，实现从人找资源到资源找人的转变。
其二，建构智能教育空间和虚拟施教者以完成教学活动。这体现在两个方面：一方面是在结合教学法的基础上采用人工智能中的化身技术、虚拟现实、虚拟教师，由虚拟施教者在虚拟的教育空间中提供教育服务；另一方面是在实体教室中，结合传感器感知技术和虚拟现实技术等构成智慧教室。教育虚拟性的实现不仅很大程度上节省了人力和物力的投入，还极大提高了教育的综合功能和效益。
其三，教育机器人推动和实现人机协作的教育。教育机器人，顾名思义，乃是模拟人实现教育功能的机器，是集成众多技术具有主动向学习者施教功能的人工智能产品。教育机器人可以模仿人的模样，也可以是无影无形全然虚拟的。教育机器人的研制推动和实现了人机协作的教育。这表现在：(1)教育机器人是智能的家庭教师，承担辅导学生课外作业的任务。教育机器人基于先进机器解答算法可以为学生提供答疑、作业批改、作业讲解、作业陪练等，还可以根据学生个性化特征自动编制出个性化学习方案和内容，实现从学生找资源到机器人按最佳时机传送资源到学生的转变。(2)教育机器人是全能的生活助手。教育机器人能够实时提供学生所需要的成长知识、心理知识、社会知识、日常信息等各方面信息和知识，还可以监测学生的健康状况和充当保健医生，督促学生学习和开展其他活动。(3)教育机器人成为学生、家长和老师之间的沟通桥梁。教育机器人能协助真人教师评估学生的发展情况，还可以为教师和家长提供全面、客观、有科学数据支撑的综合素质评价报告。当然，目前教育机器人的开发和应用只是处于起步阶段，还需要不断地研发和推广。
2.教育云的聚合性和流动在场性对教育的变革作用
近十多年来，教育云已逐步运用于各级教育系统。教育云已发展到了云端一体化的新水平。所谓云端一体化是将教育的参与者、教育空间、教育资源以及教育智能工具等纳入到一个平台，实现教育各方面的数字化聚合，提高发生教育“化学反应”的概率。教育云，顾名思义，如天空之云，比喻教育如云聚合，且无处不在。教育云的这种智能聚合和在场性给教育带来了巨大的变革。
其三，教育云的流动性和共享性降低了教育的投入成本。教育云的应用，减少了建造实体教育空间的需求，从而降低了教育的投入成本。另外，教育云支持个人资源、校本资源、区域资源的共建与共享，这样一来，优质的教育资源可以一次制作，多次多地使用，从全局来看，这也为教育的投入节约了成本。而且，在这些虚拟的教育空间中，所有人创造的教育资源都能进行快速的共享，并将其传送至全国各地，尤其是把发达地区的优质教育资源输送到边远落后地区，这样就降低了教育资源制作成本，降低了国家投入，其意义重大而深远。
3.大数据的精准研究范式推动了教育的变革
4.区块链对教育的变革作用
四大智能技术又各有侧重和优势。相对而言，人工智能技术对于教育的变革作用主要体现在智能教育工具与教育空间的替代性和人与机的合作性，克服了人和物的局限，智能地为教育服务。教育云对教育的变革途径主要是实现了教育资源、教育空间、教育工具、施教者、受教育者在云上的虚拟大会合，消除地域障碍，实现优质教育资源的共创共享，促进了教育公平，提升了教育的投入产出效率，实现了大规模个性化教育。教育大数据则为智能算法提供了数据基础，使得教育得以实现精准化。区块链技术进一步提升了教育资源和信息的安全和可信度，使得智能教育服务可以健康有序地发展。总之，这四大智能技术相互支撑，形成一个强大的智能技术圈，在教育的五大方面发挥了极其重要的作用，使得教育在内容和形式上发生了质的变革。
五、智能技术变革教育的途径和机理
本文旨在通过分析智能技术变革教育的理论研究和实践，提炼出智能技术变革教育的途径和机理。鉴于教育这一研究对象的“无限性”，我们首先创建了一个能高度概括教育诸多要素和场景的五字母教育过程模型；然后基于五字母教育过程模型，分析智能技术条件下教育在五个方面所发生的变化，从整体上把握智能技术给教育的内容和形式带来的质的变革；接着，具体分析人工智能、区块链、云技术、大数据四大智能技术推动教育变革的途径和方法；最后经过以上两方面探究而形成透视思考，提炼出智能技术变革教育的途径和机理。我们称这样的研究方法为模型透视法。
在对智能技术变革教育途径探究的基础上，进一步提炼，我们发现隐藏其中的智能技术变革教育的机理，大体归结为四个面向：(1)智能技术通过技术构建虚拟教育空间、虚拟施教者、高端技术教育资源以提高教育供给侧的质量；(2)智能技术提升教育供给侧的流动性以突破教育的时空限制，从而增加教育供给侧与学习者相遇而发生教育反应的机会和亲和度；(3)通过个性化精准教育技术、教育机器人、智能教育环境以及富媒体教育展示技术提高学习者获得教育的效果和效率；(4)通过技术武装学习者增加和增强其接受教育的机会，降低其教育成本，提高其学习效果。
本文对智能技术变革教育的理论和实践进行了总结，对智能技术变革教育的途径和机理进行了研究。对智能技术变革教育进行研究的最终关怀是促进人才培养。智能技术通过为社会、学校、家庭、个人提供全面的教育技术支持，极大地提升了教育的可获得性、学习过程的科学性、知识的可接收性，从而相应地提升了教学效果、知识传播速度、教育公平性、教育的社会效益等。目前，智能技术发展和应用还只处在初始阶段，智能技术的发展关乎未来教育，今后必将发挥其强大作用，助推我国成为教育强国。