2019年中国AI+教育行业发展研究报告.pdf
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1、中国AI+教育行业发展研究报告2019年22020.2 iResearch I摘要无论是学界还是业界,其对AI+教育的发展理念基本达成共识,即以学习者为中心,从外置型技术辅助走向内融型技术渗透。学界将继续挖掘教学目标与机器规则的可适配性,开发特定教育场景下的关键技术,对不同发展阶段的业界玩家而言,具备差异化竞争优势的高质量数据资源将成为其竞争的突破口,可在当前关注度不高的特殊教育领域或者其他细分赛道当中探索更多应用场景。校外教育在线化蓬勃发展,校内教育信息化稳中求进,资本与市场驱动消费体验升级,政策与技术促进服务质量提升,校内外教育市场供需缺口凸显,亟待智能化解决方案加速教育现代化的进程,以促
2、进教育公平,提升教育质量,实现教育个性化。整体市场规模超400亿,泛AI产品的渗透率不高,B端对AI解决方案直接付费的意愿更强,受教育用户较长的技术接受周期影响,C端商业化难度较大。主要应用当中,口语测评与拍照搜题的用户渗透率较高,但人工智能自适应仍在探索。走班排课与校园安全是学校的刚需,校内外AI课堂正同步推进,其中海量数据的获取与利用成最大障碍,智能化程度较低,教学效果有待验证。参与者众,五类玩家打法各有千秋,覆盖面广,四类场景渗透程度不一。ToC方面,外围教学环节AI程度高,内核教学环节仍在探索,ToB方面,管考场景商业化落地进程较快,但底层数据尚未打通,真正实现千人千面教学为时尚早。S
3、MS来源:艾瑞咨询研究院自主研究绘制。3中国AI+教育行业发展背景:星星之火1中国AI+教育行业发展现状:探索前进2中国AI+教育行业企业案例:渐入佳境3中国AI+教育行业发展趋势:步步为营442020.2 iResearch IAI+教育的定位为教育现代化建设打造智能引擎基础设施价值空间农业制造零售交通教育客服医疗营销安防金融人工智能产业成熟度评估模型教育产业现代化发展逻辑在人工智能产业当中,金融、营销、安防、客服领域在IT基础设施、数据质量、对新技术的接受周期等AI发展基础条件方面表现较优,其商业化渗透率和对传统产业的提升程度较高。而教育行业整体AI化程度较低,数据质量参差不齐,解决方案的
4、落地效果表现一般,但得益于政策的大力支持与市场对AI的强烈需求,AI+教育的商业模式逐渐清晰,价值空间较高。在教育产业当中,校外教育向在线化发展,校内教育向信息化发展。校外教育方面,在线化教学的的用户体验粗糙且教学效果模糊,用户对新技术的接受周期较长,更加智能化的产品值得探索。此外,校内师生的信息素养不高,且信息化设备使用频率较低,均导致核心教学数据缺失,最终加大了教育数据挖掘分析的难度,因此亟待智能化解决方案的落地实施。智能化校外在线化市场资本用户体验粗糙教学效果模糊校内信息化政策技术信息素养不足数据质量不高612345全民化平等与普及终身化贯穿一生个性化因材施教社会化产研学结合国际化交流与
5、合作信息化效率提升教育现代化来源:艾瑞2019年中国人工智能产业研究报告;艾瑞咨询研究院自主研究绘制。52020.2 iResearch IAI+教育的定义人工智能技术在教育场景下的应用对“AI+教育”的定义既要回归技术的本质,始终围绕基础数据、核心算法与服务目的,也要回归教育教学活动的出发点,始终关注教育目标及其评价方式。因此,本文认为,“AI+教育”是指在人工智能与教育深度融合与发展的条件下,以基于教育场景的人工智能应用为路径,促进教育公平,提升教育质量,实现教育个性化。具体来看,“AI+教育”是人工智能在教育领域中创新应用的技术、模式与实践的集合,可划分为“计算智能+教育”、“感知智能+
6、教育”和“认知智能+教育”,即AI+教育正从“能存会算”向“能听会说与能看会认”发展,最终实现“能理解与会思考”。信息智能+教育感知智能+教育认知智能+教育利用穷举和匹配搜索等方法实现海量学习资源的存储与传递,构建智能化学生信息管理系统。能存会算通过数学建模和基于大数据的深度学习等方法对人类感知能力进行模拟,以实现语言教学、口语测评和图像搜题等功能。能听会说能看会认模拟人类的推理、联想、知识组织能力,使得机器和人一样能够理解、会主动思考并采取合理行动,具备一定的概念、意识和观念,能够实现真正的自适应学习能理解会思考AI+教育的定义数据算法服务教育目标评价方式来源:艾瑞咨询研究院自主研究绘制。知
7、识与技能过程与方法情感与态度问卷量表标准化测试档案记录评价62020.2 iResearch IAI+教育行业的应用场景教、学、管、考场景下均有已落地的人工智能教育应用从教育教学活动的角度来看,当前的教育场景可划分为教、学、管、考。其中,“教”和“管”的主体是教育者,前者负责执行教学任务,主要工作包括教研、备课、授课、答疑、出题、阅卷等,工作内容繁琐,核心需求是减轻负担,实现精准化教学。后者负责统筹教务环节,主要工作包括教职工招募、师生督导、招生、分班排课、校园建设等,决策环节考虑因素较多,核心需求是提高效率,实现科学化管理。“学”与“考”的主体是受教育者,“学”的场景下,学生的主要任务包括预
8、习、听课、看书、做作业、复习、考试、实习等,由于学生个体差异大,核心需求是自适应,实现个性化学习。“考”的场景下,主要面向大规模标准化测试,组卷阅卷的工作庞大,部分测评环节劳动力密集且效率底下,核心需求是保证准确性的前提下,实现自动化评阅。创新教学评估决策面向教育者来源:艾瑞咨询研究院自主研究绘制。教学管理学习考试科学化管理精准化教学AI+教育的应用场景面向受教育者自动化评阅个性化学习学情分析VRAR教学智能助教智能批改游戏学习机教育机器人拍照搜题自适应学习决策支持校园监控智慧校园智能排课口语考评试卷分析机器组卷机器阅卷72020.2 iResearch IAI+教育行业的技术架构数据是基础,
9、算法是核心,服务是目的从AI+教育的技术架构来看,可初步分为三个部分,即基础层、算法层、应用层,每一层分别表现出不同的特点。基础层主要包括算力、数据与算法框架,其中数据量级庞大冗杂,质量参差不齐,基于教学过程的非结构化和半结构化数据的处理难度大,线下教学环节的数据普遍缺失。算法层是实现技术的核心,2006年提出的深度学习算法视为人工智能在算法层的突破,该算法通过具备更多隐层节点的人工神经网络,实现逐层特征变换与学习,解决了很多复杂的模式识别难题。感知层技术目前发展得较为成熟,在深度学习算法的助力下,感知技术应用场景广泛。认知层技术是未来发展的重要方向,预期在特定领域内可实现机器一定程度上的认知
10、推理能力,有显著的技术门槛。AI+教育的应用发展阶段各异,越外围的教育环节,技术渗透率越高,技术的有用性与易用性也越好。基础层教学管理类数据教学资源类数据教学评价类数据教学行为类数据算法层机器学习与深度学习回归算法聚类算法贝叶斯算法其他算法生成对抗网络卷积神经网络循环神经网络其他算法感知层语音识别语音合成指纹识别人脸识别文字识别图像识别应用层拍照搜题个性化学习教育机器人智能导学自动化测评分班排课学情监测智能批改认知层知识图谱自然语言理解情感计算规划问题AI+教育的技术架构基于用户端的拍照搜题与自动化测评发展成熟,基于学校端的学情检测与分班排课已成教育信息化系统的标配。自适应学习、个性化学习、智
11、能专家系统、基于情感的学习态度分析等应用将在认知层技术的发展下逐一实现。视觉技术商业化落地情况较好,而因语音技术本身涉及感知层的自然语言处理,落地难度相对较大。按照算法设定的系统性的训练方法,对数据层的各类教育数据进行计算和分析,不断训练模型以提高模型的预测准确度。基于教育场景以及各参与教育过程的角色(学生、教师、教育管理者),对异构数据的进行集成处理,包括采集、清洗、整理和存储,构建本地数据库和远程共享数据库。来源:艾瑞咨询研究院自主研究绘制。基础算力支撑基础算法框架82020.2 iResearch IAI+教育行业的发展历程:技术视角从教学辅助向智能导学发展,逐渐渗透学习者认知过程Alp
12、haGo战胜人类顶尖围棋选手195619651982推理期知识期机器学习期达特茅斯会议诞生了人工智能学科将逻辑推理能力赋予计算机系统总结人类知识教授给计算机系统计算机从数据中学习算法深度学习在语音、图像领域大获成功2006Hinton发表深度学习的Nature 文章DENDRAL-世界上第一例成功的专家系统的诞生196020162014诞生期摸索期产业期195419701992全球AI+教育的发展历程来源:艾瑞咨询研究院自主研究绘制。新行为主义学习理论创始人斯金纳发表了题为学习的科学和教学艺术,推动了程序教学运动的发展世界上第一个计算机辅助教学系统PLATO系统诞生提出智能型计算机辅助教学系统
13、的构想提出智能教学系统框架提出智能导师系统概念提出智能授导系统第一个自适应教学系统问世麻省理工学院研发社交技能训练系统MACH2019首届国际人工智能与教育大会在北京召开19731996CNN 超第二名十个百分点夺冠ImageNet201292020.2 iResearch IAI+教育行业的发展历程:产业视角依托于在线教育与教育信息化而发展,行业仍处初级阶段中国AI+教育的发展历程来源:艾瑞咨询研究院自主研究绘制。在线教育教育信息化AI+教育197819912008201320162018萌芽阶段为多媒体教学积累理论经验;推动教育信息化网络搭建及基础硬件普及,学校开始利用计算机进行基础教务管
14、理,少部分学校开始多媒体教学;建设驱动发展阶段基础网络设施获得较大提升,初步形成了基础教育资源库;考试成绩、大学课程选择等多方面教育信息化步入人们视野;多媒体教学已较为普遍;应用驱动发展阶段作业系统、考试系统、选课系统等服务教学活动的系统出现并为学校和培训机构提供服务;直播、翻转课堂、双师等新的教学方式逐步出现并普及;融合创新阶段全国教育数据互通;评估学生学习能力和素质,个性化规划学习路径、推荐学习内容;教学管理效率提升;萌芽阶段101远程教育网、北京四中网校为代表的名校网校兴起;网络基础条件差,产品多为图文形式,教育效果差;启动阶段带宽扩容,产品升级为录播视频;线上产品粗糙、销售困难;初步发
15、展阶段云服务发展、带宽扩容、4G网络和智能终端普及;在线教育迎来资本热潮;快速发展阶段教育大数据和教育科技进步,新一代消费者逐渐崛起;企业开始变现,大额融资频繁萌芽阶段启动阶段拍照搜题与口语测评类软件最先上线,分级阅读与自适应学习系统紧随其后。各大教育公司开始建立AI实验室与教学中心,不断加大教育科技投入。2019102020.2 iResearch I2020.2 iResearch I102552443550581.3 2.6 12.4 5.5 12.4 26.5 16.8 20132014201520162017201820192013年-2019年中国AI+教育融资情况融资数量(笔)融
16、资总额(亿元)AI+教育行业的发展历程:资本视角融资规模呈上升趋势,K12与教育信息化领域最受资本追捧随着近年来人工智能的快速发展,AI+教育赛道备受资本关注。2013年-2019年,AI+教育领域共发生274笔投融资事件,总融资额达145亿。从融资增速上来看,融资事件数复合增速达34%,融资总额增速达57%,资本一度狂热,其中K12与教育信息化领域的融资规模领跑其他细分赛道,期间各自总共融资78亿与20亿,分别占整体融资额的53.5%和13.6%。来源:IT桔子,以教育公司为基准进行筛选;艾瑞咨询研究院自主研究绘制。来源:IT桔子,以教育公司为基准进行筛选;艾瑞咨询研究院自主研究绘制。0.3
17、2.16.67.69.110.511.719.878.0高等教育教育综合服务出国留学语言学习素质教育职业培训儿童早教教育信息化K12中国AI+教育的细分领域累计融资情况融资规模(亿元)112020.2 iResearch IAI+教育行业的发展驱动力产业、技术、政策、资本四力合一,全面驱动AI+教育发展产业方面,在线教育渗透率不断提升,教育数据量增长迅速,为人工智能技术的实施提供了数据基础。由于目前在线教育的体验及效果不佳,倒逼行业进行技术升级,人工智能解决方案将成为在线教育体验提升的主要途径。技术方面,互联网基础设施全面普及,在大数据、云计算和5G等支持性技术不断成熟的背景下,数据量和算力将
18、获得进一步提升,人工智能技术有望实现突破。政策方面,近几年来,我国针对人工智能及人工智能+教育领域的政策层出不穷,人工智能已上升至国家战略级别,教育更是关乎国计民生的大事,行业尚处红利期。资本方面,教育行业巨头纷纷布局,知名投资机构频频出手,融资规模超百亿,融资阶段覆盖天使轮至IPO,成为教育领域近年来最大投资热点。来源:艾瑞咨询研究院自主研究绘制。产业升级在线教育发展迅速,每年保持20%左右的增长,整体数据量激增。在线教育的渗透率在10%左右,体验粗糙和结果模糊将倒逼整个产业进行分领域、分环节的在线化与智能化。教育信息化领域则进入2.0阶段,以AI智慧课堂为代表的智能化产品开始辅助校内教学。
19、01技术落地在金融和安防等多个领域已实现商业化落地,5G时代下,人工智能应用将延伸至边缘,丰富基于智能教育硬件的教学场景。随着数据量和算力的提升,在特定的教育领域和人工智能领域有望实现突破。02政策护航近五年,人工智能的相关政策经历了三个阶段,从“智能制造”到“互联网+”再到“国家战略规划”,重要性逐步提升。近三年,新一代人工智能发展规划与教育信息化2.0行动计划的出台大力推进人工智能+教育领域的发展。03资本助力从2013年至2019年,经媒体披露的2500余个教育融资事件中,与AI相关的事件近300个,累计融资规模逾140亿人民币。新东方与好未来以自建或投资的方式入局AI领域,搭建AI研究
20、院与实验室。天喻信息等教育信息化厂商也升级产品,进入智能化阶段。04AI+教育的发展驱动力122020.2 iResearch IAI+教育行业的竞争力分析五类玩家各有所长,行业定位逐渐清晰从技术与业务的角度来看,AI+教育的主要行业玩家可分为具有教育与业务背景的线上与线下教育机构和具有技术与产品背景的AI技术供应商与互联网巨头,以及综合教育与技术背景的教育信息化厂商,这五类玩家各有所长,对AI+教育的渗透程度不一,发展阶段各异,其中在线教育机构与AI技术供应商因业务与数据资源积累和技术开发优势,渗透程度较高。随着各类行业玩家对AI+教育领域的不断探索,未来行业分工将进一步明确,在竞争中走向融
21、合创新。AI+教育行业五类玩家的竞争力分析竞争优势竞争劣势线下教育机构:获客成本低,用户信任成本较低,有利于注重服务、体验与情感连接的ToC类AI产品落地在线教育机构:具备大量结构化的教学数据,为AI产品提供了丰富的训练资源;移动端自带语音与视觉传感器,数据采集便捷,AI应用场景丰富AI技术供应商:技术壁垒较高,AI解决方案的通用模块相对成熟,单一技术的可扩展性较好,算法模型训练经验丰富互联网巨头:用户流量入口,可为AI产品提供云计算能力与连接器等基础设施服务线下教育机构:技术力量薄弱,技术投入相对谨慎,数据储备较少,多依靠外采AI产品与技术来服务存量客户在线教育机构:获客成本高企,自身造血能
22、力不足,缺乏持续性技术投入的资金储备。AI技术供应商:离用户真实的教育场景较远,产品化过程中缺乏前端交互和教育内容设计等其他重要环节,客户的实际问题可能难以解决互联网巨头:缺乏对教育行业的长期理解,互联网短平快的流量思维较重,对教育行业缺乏足够的耐心技术流量算力场景数据用户融合创新来源:艾瑞咨询研究院自主研究绘制。教育信息化厂商:进校渠道优势强,业务体系完整覆盖教学教务各个应用场景,是AI在校内落地的最佳载体教育信息化厂商:核心技术以外采为主,与场景的适配打磨都对第三方有较强依赖132020.2 iResearch IAI+教育产业图谱智能云IT设施通信服务数据服务基础服务人工智能技术服务机器
23、学习知识图谱机器视觉语音语义内容提供师资提供智能教学解决方案智能教务管理解决方案2019年AI+教育产业图谱AI课堂智慧黑板口语机考智能阅卷 智能教学终端AI编程套件智适应教育拍照搜题口语测评虚拟教师教育机器人智能批改区域云电子班牌校园安全走班排课学员服务渠道代理客户、用户营销客服来源:艾瑞咨询研究院自主研究绘制14中国AI+教育行业发展背景:星星之火1中国AI+教育行业发展现状:探索前进2中国AI+教育行业企业案例:渐入佳境3中国AI+教育行业发展趋势:步步为营4152020.2 iResearch IAI+教育行业的市场规模2018-2022年中国AI+教育行业的市场规模市场规模超400亿
24、,泛AI产品渗透率普遍较低服务提升需求驱动校外在线产品AI化,效率提升需求驱动校内信息系统AI化,校外AI技术的市场渗透率小于校内。从目前AI+教育的实际应用来看,AI产品的工具化与功能化属性较重,校外产品商业化价值的驱动因素仍为优质教育资源(师资、内容),AI在教学上的价值尚未被家长普遍认可,直接付费意愿不强。校内信息系统在政府政策主导下,财政预算驱动着教育信息化的普及与升级,泛AI产品应用场景丰富,整体渗透率较高。2517.6 3145.2 3906.2 4778.6 5825.0 21.7 52.2 84.3 139.2 211.1 0.9%1.7%2.2%2.9%3.6%2018201
25、9e2020e2021e2022e在线教育市场规模(亿元)泛AI产品的市场规模(亿元)泛AI产品渗透率(%)注释:在线教育方面与AI相关的市场规模主要参考课程付费收入;教育信息化方面与AI相关的市场规模在核算中纳入了网络、电力、存储、施工等基础设施产生的收入来源:艾瑞咨询研究院自主研究绘制。4072.44368.44690.85024.65381.3287.5389.8465.1565.7649.67.1%8.9%9.9%11.3%12.1%20182019e2020e2021e2022e教育信息化市场规模(亿元)泛AI产品市场规模(亿元)泛AI产品渗透率(%)162020.2 iResear
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