基于人工智能的智慧學習新常態(tài)

摘 ?要：隨著人工智能時代的到來，“以學為中心”將成為新常態(tài)。這個新常態(tài)主要包括“學習支持”新常態(tài)：人工智能為學生提供自適應(yīng)學習路徑、提供更適合的學習資源以及更多元的交互;“學情反饋”新常態(tài)：人工智能更加聚焦學生，向?qū)W生提供學情反饋和建議，教師基于學情反饋提供更有溫度的關(guān)注與指導;“師生關(guān)系”新常態(tài)：人工智能將“學生+教師”拓展為“學生+教師+人工智能”，形成“三位一體”的新學習共同體。

關(guān)鍵詞：人工智能;自適應(yīng)學習;學情反饋;學習共同體

中圖分類號：G434 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）21-0185-03

Intelligent Learning New Normal Based on Artificial Intelligence

PENG Bin

（Guangzhou Zhixin High School，Guangzhou ?510080，China）

Abstract：With the advent of the era of AI（artificial intelligence），“l(fā)earning centered” will become the new normal. This new normal mainly includes the new normal of “l(fā)earning support”：artificial intelligence will provide students with adaptive learning path，more suitable learning resources and more meta interaction;“l(fā)earning feedback” new normal：artificial intelligence will focus more on students，provide students with learning feedback and suggestions，teachers will provide more warm attention and guidance based on learning feedback;“teacher-student relationship” new normal：artificial intelligence expands “student + teacher” to “student + teacher + artificial intelligence”，forming a “three-in-one” new learning community.

Keywords：AI;adaptive learning;learning feedback;learning community

0 ?引 ?言

隨著技術(shù)變革的深入，人工智能（Artificial Intelligence，AI）正在高速發(fā)展，5G時代的到來，促使人工智能與各領(lǐng)域深度融合，在人工智能的影響下教學領(lǐng)域也在逐漸發(fā)生改變，人工智能與教學深度融合必將產(chǎn)生巨大影響，國內(nèi)外學者也對這一領(lǐng)域越來越重視。陳穎博等提出，我國教育人工智能應(yīng)重視人工智能應(yīng)用于教育的效果評估及影響因素研究;要利用VR/AR進行跨媒體融合研究，構(gòu)建智慧學習空間;由知識掌握轉(zhuǎn)向智能核心素養(yǎng)的培養(yǎng);促進教育人工智能的學習內(nèi)容、教學模式改革研究[1]。高斐通過研究提出，人工智能時代，課程內(nèi)容、教學方法和師生關(guān)系都在發(fā)生深刻的變化，推動人工智能與教育的融合是非常必要的[2]。隨著人工智能時代的到來，長期以來“以教為中心”的師生關(guān)系將發(fā)生深刻變化，人工智能時代將產(chǎn)生“以學為中心”的新常態(tài)。人工智能環(huán)境下“以學為中心”的教學新常態(tài)是指在人工智能支持下的學習空間中，學生通過人工智能支持下的自適應(yīng)學習路徑開展學習，實現(xiàn)深度學習的目的。

筆者所在廣州市執(zhí)信中學是普通高中新課程新教材實施國家級示范校，鑒于人工智能在改善學生學習行為與促進學生深度學習方面的重要價值，筆者從2018年開始帶領(lǐng)團隊開展“人工智能+學習”的教學改革實踐和研究，引入了基于人工智能的智慧教學平臺和設(shè)備，并圍繞智慧教學設(shè)備開展了“以學為中心”的教學探索，建構(gòu)了“學生+教師+人工智能”三位一體的學習生態(tài)，人工智能環(huán)境下“以學為中心”的教學新常態(tài)主要包括“學習支持”的新常態(tài)、“學情反饋”的新常態(tài)和“師生關(guān)系”的新常態(tài)。

1 ?人工智能提供的“學習支持”新常態(tài)

1.1 ?學習支持是學習高效發(fā)生的保障

學習支持是指為學生提供學習過程中所需的資源、組織、活動等，是學習高效發(fā)生的重要保障，也是學生持續(xù)學習的保證。自適應(yīng)學習路徑是一系列符合學生個性特征的學習活動和資源的組合，其本質(zhì)是個性化。從建構(gòu)主義視角看，每個學生都是基于其原有基礎(chǔ)不斷建構(gòu)新的認知結(jié)構(gòu)并發(fā)展相應(yīng)學習能力和學科能力的，個性化學習是人工智能對學習支持的價值體現(xiàn)，也是學生高質(zhì)量發(fā)展的必然要求[3]。隨著人工智能時代的到來，學校教育教學正在發(fā)生深刻的變化，傳統(tǒng)的通過教材、練習冊、課堂等手段提供的學習支持已經(jīng)不能滿足學生個性化需求。經(jīng)過教學探索發(fā)現(xiàn)基于人工智能的“學生+教師+人工智能”三位一體學習生態(tài)可以為學生構(gòu)建動態(tài)個人知識地圖，幫助學生厘清原有知識、新學知識以及其他知識之間的關(guān)系，并為學生尋找適應(yīng)性學習資源，組建適合的學習共同體，設(shè)計適合的學習路徑。

1.2 ?人工智能支持下使學生能夠自適應(yīng)學習

人工智能的大數(shù)據(jù)分析能力既能應(yīng)對大規(guī)模、動態(tài)化的學習資源變化，又能分析海量學生的個性化學習需求，是當前自適應(yīng)學習路徑構(gòu)建的可行方法。例如，相同班級學生學習數(shù)學時，學習生態(tài)既要按照高中數(shù)學課程標準的相關(guān)要求提供所有學生必須學習的相同內(nèi)容，又可根據(jù)不同學生學習情況的不同需要提供個性化學習材料，進行有針對性的查缺補漏或培優(yōu)提升，學生都在高質(zhì)量發(fā)展各自的“最近發(fā)展區(qū)”，并進一步形成新的“最近發(fā)展區(qū)”，學生通過自適應(yīng)學習路徑可以提高學習興趣、提升效能并實現(xiàn)個性化學習，使得每一個學生都得到充分的發(fā)展。人工智能的發(fā)展為自適應(yīng)學習路徑的實現(xiàn)提供了理論指引和技術(shù)支撐，其通過探尋學生的個體特征（如認知偏好、學習活動、社交傾向等），分析過往學生學習的歷史數(shù)據(jù)，自適應(yīng)調(diào)整學生的學習資源和活動序列，使每個學生獲得最適合自己的學習路徑，從而實現(xiàn)精準的個性化學習支持服務(wù)，如圖1所示。

1.3 ?人工智能支持下使因材施教成為現(xiàn)實

在傳統(tǒng)教學場景下，因材施教總會受相關(guān)教學因素的影響，導致其受到不同程度的干擾，使得因材施教很難有效實現(xiàn)，而人工智能則能以其強大的數(shù)據(jù)分析能力為有效實現(xiàn)因材施教提供支持[4]。例如，參與人工智能教學實驗的班級在考試后，人工智能可以根據(jù)試卷內(nèi)容分析出學生知識點的掌握情況，推薦個性化資源彌補知識點的短板，集中精力復(fù)習學生掌握得比較弱的知識點，這樣可以在較短時間內(nèi)完成學習任務(wù)。人工智能可以從繁復(fù)的學習資源和活動中生成簡潔、精準的自適應(yīng)學習路徑，既有效解決了學生的學習迷航與認知過載問題，還能促進學習資源的高效利用，有利于學生對知識的主動建構(gòu)、內(nèi)化及遷移。

2 ?人工智能做出的“學情反饋”新常態(tài)

2.1 ?人工智能提供基于數(shù)據(jù)的及時學情反饋

當前的學情反饋多采用紙筆測試方式開展，大多情況下都是以學科成績呈現(xiàn)，在階段結(jié)束（如學期或?qū)W年結(jié)束）時開展師生評價為主，學情分析的結(jié)果多數(shù)情況下也是提供給教師家長為教育提供參考，這種傳統(tǒng)的學情反饋難以實現(xiàn)及時性和針對性，而且以學科成績作為學情反饋的途徑，很大程度導致了唯分數(shù)論的出現(xiàn)，是學生的學業(yè)負擔加重的主要因素之一。同時作為學習主體的學生，本身對學情反饋的知曉度不高，重視度也不夠，導致學習過程中的主動性和自我調(diào)節(jié)能力沒有得到很好的發(fā)揮，從而表現(xiàn)出學情反饋缺乏及時性和針對性。在基于人工智能的“學生+教師+人工智能”三位一體的學習生態(tài)下，學情反饋的及時性和針對性成為其主要特征之一，經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，學生在完成當下學習的同時，人工智能將根據(jù)歷史記錄結(jié)合學生個體模型進行分析，給出有針對性的學習評價，其中應(yīng)該包括原有知識與能力的運用情況、新知識的掌握程度、能力拓展與提升情況、針對前三種評估結(jié)果溯源知識缺漏和能力不足點，智能推送補缺補漏的學習活動，針對前三種評估結(jié)果預(yù)測高階知識和能力點，智能推送拓展性學習活動。通過基于人工智能學情反饋的學習閉環(huán)（如圖2所示）能夠為學生構(gòu)建一個基于反饋的主動學習平臺，激發(fā)學生尋求新知的好奇心和動機。

2.2 ?人工智能描繪出學生學情圖譜

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，通過計算機軟件（如Excel表格、Access數(shù)據(jù)庫）等可以對學生的學情進行縱向跟蹤，但數(shù)據(jù)跟蹤大多數(shù)情況僅限于單一學科，很難做到學科之間相關(guān)性分析，使得每個學生全面了解自己學習情況并做出針對性改善成為當下學情反饋的“痛點”。通過教學實驗發(fā)現(xiàn)，人工智能的加入讓學生學習過程（成長過程）都可以被完整記錄并精準分析，最后借助可視化技術(shù)將學生各階段的學習結(jié)果（包括知識點和能力點）以圖譜的方式呈現(xiàn)，即學習達成圖譜。學習達成圖譜能夠讓學生和教師清晰的了解當前狀況以及狀況出現(xiàn)的原因，進而采取相關(guān)的措施，修正或加快學習進程，以提高學習效率。通過對學生解答過程的全流程記錄，分析解答過程停頓時間可以將學生的思維過程可視化，發(fā)現(xiàn)學生思維特征，進而通過人工智能分析找出能力薄弱點和能力優(yōu)勢點，這就形成了思維過程圖譜。思維過程圖譜一方面給教師在個體輔導時提供有針對性提供解決建議，另一方面人工智能結(jié)合學習的歷史數(shù)據(jù)，從相似學生數(shù)據(jù)庫中找出對應(yīng)思維標簽近似的案例推送給學生。通過教師和人工智能兩方面的努力，讓學生對解答存在的問題正確歸因，并有具體的可操作的改進策略，這有利于學生高效學習。人工智能描繪學生學情圖譜基本框架如圖3所示。

3 ?人工智能下構(gòu)建“師生關(guān)系”新常態(tài)

3.1 ?學生與人工智能交互成為新交互方式

通過物聯(lián)網(wǎng)和5G技術(shù)運用，大量匯聚的個體學習過程數(shù)據(jù)庫資源能夠使人工智能與學生交互成為可能，而且也越來越趨于常態(tài)化，學生與人工智能的交互具有個性化、精準性和跨時空性等特征。在學生學習過程中，人工智能可以根據(jù)學生當前的學情，結(jié)合學生學習過程數(shù)據(jù)庫的歷史數(shù)據(jù)以及相似學生數(shù)據(jù)庫對比，為學生提供精準的個性化輔導。在人工智能支持下的自適應(yīng)學習環(huán)境中，學生的知識和能力提升輔導將逐漸由人工智能代替教師進行，人工智能還將提供基于已有學習經(jīng)驗的拓展性資源、進階式學習和高階知識與能力訓練活動等，優(yōu)化學生學習軌跡、提升效率、實現(xiàn)更高的學習達成度。

3.2 ?教師在人工智能場景下更加重要

實驗研究發(fā)現(xiàn)，人工智能可以幫助教師對學生進行學業(yè)輔導，但還很難協(xié)助教師對學生開展情感交流?，F(xiàn)階段教師作為學習的具體策略和實施主體，一方面需要大量與學生的互動，另一方還需要與人工智能開展互動。教師一方面要探索和開發(fā)（或參與開發(fā)）人工智能支持下的自適應(yīng)學習環(huán)境，另一方要加強對人工智能支持下自適應(yīng)學習的過程監(jiān)督，及時掌握人工智能對學生學情反饋，并及時對學生的學習進行適當修正。人工智能支持下的學習更加趨于個性化，學生的個性特征將變得非常突出，如何組成一個具有凝聚力的學習共同體是教師需要面對的問題。同時學生學習過程只是成長過程的一部分，成長過程中的人際交往、困惑、心理壓力等，都需要教師通過與學生的情感互動來進行調(diào)節(jié)。

3.3 ?“學生+教師+人工智能”三位一體的新學習共同體

人工智能的發(fā)展和運用，將“學生+教師”的學習關(guān)聯(lián)拓展到“學生+教師+人工智能”，形成“三位一體”的新學習共同體。在這個新的學習共同體中，學生是核心，圍繞學生的健康發(fā)展，教師不但是學習共同體的一員，更是學習共同體的主導者，既要基于人工智能開發(fā)與使用相關(guān)教學材料，還要定期關(guān)注人工智能對學生自適應(yīng)學習的支持情況和效果，在全過程體驗和參與學生的自適應(yīng)學習的同時，還要針對具體情況做出適時的調(diào)整與改善，這樣才能給學生提供更加準確的、更加有溫度的指導和幫助?！皩W生者+教師+人工智能”三位一體的新學習共同體結(jié)構(gòu)模型，如圖4所示。

新學習共同體

4 ?結(jié) ?論

人工智能是引領(lǐng)學校變革的助推劑，學習科學中人工智能技術(shù)的加入和相關(guān)平臺的應(yīng)用，將會推動學習科學朝著一個全新的方向發(fā)展。在這個全新的領(lǐng)域中，自適應(yīng)學習的廣泛實現(xiàn)，伴隨式大數(shù)據(jù)的采集與人工智能的深度融合，挖掘和分析學習過程以尋找個體學習影響因素，為高效學習提供輔助。在教學實踐中如何實現(xiàn)教學與人工智能的深度融合，需要兩者互相配合以促進改革教學內(nèi)容、創(chuàng)新教學方法、再造教學流程和更新教學服務(wù)模式等變革。以這些變革為動力，從以“教”為中心轉(zhuǎn)向以“學”為中心，實現(xiàn)從培養(yǎng)學生低階認知技能（記憶、復(fù)述、再現(xiàn)等初級信息加工）轉(zhuǎn)向培育學生的學科核心素養(yǎng)和高階認知能力（識別問題、邏輯推理、意義構(gòu)建、自我指導等能力），進而構(gòu)建新型教育生態(tài)體系，形成智慧學習新常態(tài)。

參考文獻：

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作者簡介：彭斌（1978.10-），男，漢族，廣東梅州人，中學高級教師，碩士，研究方向：教學管理、基于AI的自適應(yīng)學習、智慧校園。