適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)：人工智能背景下混合式教學(xué)的實現(xiàn)邏輯

[摘 要] 人工智能技術(shù)推動傳統(tǒng)教育生態(tài)變革，智能化成為教育教學(xué)發(fā)展的方向。國家一系列政策文件確認了人工智能之于教育教學(xué)的重要性，尤其是在實現(xiàn)教育信息化方面?；旌鲜浇虒W(xué)是實現(xiàn)教育信息化的重要舉措，混合式教學(xué)又如何借力人工智能？論文從分析人工智能技術(shù)對混合式教學(xué)的影響入手，界定適應(yīng)性學(xué)習(xí)并確認適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)這一關(guān)鍵要素，提出通過人工智能獲得技術(shù)支撐，建設(shè)適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)，以滿足學(xué)習(xí)者個性化學(xué)習(xí)需求，從而實現(xiàn)混合式教學(xué)。

[關(guān)鍵詞] 混合式教學(xué);適應(yīng)性學(xué)習(xí);人工智能教學(xué);教學(xué)治理;算法

[基金項目] 廣西區(qū)教育廳2019年職業(yè)教育教改工程項目“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下以‘1+X試點為引導(dǎo)的復(fù)合型技術(shù)技能人才培養(yǎng)模式改革研究”（GXGZJG2019B132）;廣西區(qū)教育廳2019年高等教育本科教學(xué)改革工程項目“創(chuàng)客教育視域下應(yīng)用型本科創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)體系的研究與實踐”（2019JGA332）;廣西區(qū)教育廳2017年高等教育本科教學(xué)改革工程項目“‘問題導(dǎo)向的應(yīng)用型本科市場營銷專業(yè)廣告學(xué)課程混合式教學(xué)改革與實踐”（2017JGB433）

[作者簡介] 馬建森（1981—），男，山東濰坊人，桂林航天工業(yè)學(xué)院副教授，西安交通大學(xué)在讀博士生，研究方向為新媒體與社會治理、新媒體傳播、教學(xué)治理。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標(biāo)識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）43-0321-03 ? ?[收稿日期] 2020-03-16

一、引言

“機器能思考嗎？”這是20世紀(jì)50年代著名的圖靈之問，隨后圖靈機的出現(xiàn)奠定了現(xiàn)代計算機的基礎(chǔ)。自1956年達特茅斯會議人工智能這一術(shù)語的首次提出，至21世紀(jì)20年代初期，人工智能歷經(jīng)兩次低谷三次繁榮的波浪式發(fā)展。今天，人工智能隨新科技革命演進，日益成為各領(lǐng)域關(guān)注的焦點。人工智能已寫入十九大報告，《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》將人工智能與大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)并列為建設(shè)智慧校園、探索教育教學(xué)新模式的突破口?！吨袊逃F(xiàn)代化2035》明確建設(shè)智能化校園要統(tǒng)籌建設(shè)一體化智能化教學(xué)、管理與服務(wù)平臺。因此，人工智能的興起為教育教學(xué)復(fù)興帶來新契機?；旌鲜浇虒W(xué)是充分利用數(shù)字教育資源實現(xiàn)教育信息化的重要措施?；旌鲜浇虒W(xué)將傳統(tǒng)教學(xué)優(yōu)勢與數(shù)字化教學(xué)優(yōu)勢結(jié)合，其本質(zhì)是適應(yīng)教育教學(xué)發(fā)展的趨勢，從技術(shù)助教的角度，充分利用現(xiàn)代教育手段，以提高教育教學(xué)效果為目標(biāo)，將線上教學(xué)與線下教學(xué)充分混合的一種教學(xué)模式。

二、人工智能背景下的混合式教學(xué)

從“人工智能+”的視角開展人工智能與教育研究始于近期，例如吳永和認為，人工智能可以實現(xiàn)教育內(nèi)容的定制化及教育實施過程中實現(xiàn)服務(wù)的精準(zhǔn)化，并進一步指出，教師可以利用人工智能進行作業(yè)批改，學(xué)生則通過人工智能加強交流，從而形成互動性學(xué)習(xí)，有利于個性化學(xué)習(xí)環(huán)境的形成。陳維維則著眼于人工智能輔助教學(xué)的角度，認為人工智能技術(shù)在“助練、助評、助學(xué)、助教”等方面起到一定作用[1]。綜合來看，具體到混合式教學(xué)過程，人工智能技術(shù)對混合式教學(xué)的影響主要體現(xiàn)在教學(xué)過程、教學(xué)效果、教學(xué)技術(shù)等方面。

人工智能技術(shù)改變了傳統(tǒng)的教學(xué)過程。例如機器學(xué)習(xí)在大數(shù)據(jù)支持下，模擬人類學(xué)習(xí)行為，具備自學(xué)習(xí)能力，模擬人類智能進行預(yù)判，能夠?qū)崿F(xiàn)對教學(xué)過程、教學(xué)效果的評價，對教學(xué)設(shè)計進行優(yōu)化。再如人機交互，人工智能人機交互技術(shù)推動混合式教學(xué)由簡單的語音交互、圖形交互到復(fù)雜的情感交互、體感交互甚至是更高層次的腦機交互，將改變傳統(tǒng)知識傳授方式，活躍學(xué)習(xí)的氛圍，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。同樣虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)的結(jié)合營造混合現(xiàn)實教學(xué)環(huán)境，打破學(xué)習(xí)的空間和地域限制，最大限度的利用學(xué)習(xí)資源。知識圖譜技術(shù)還可以重構(gòu)教學(xué)知識點，建立以“關(guān)系”為連接的知識結(jié)構(gòu)圖，突破傳統(tǒng)知識構(gòu)成的章節(jié)結(jié)構(gòu)，符合人類記憶及理解習(xí)慣，提高記憶效率和理解能力，最終提高學(xué)習(xí)效率?？傊?，人工智能技術(shù)對混合式教學(xué)的影響是多元的，教學(xué)過程、教學(xué)效果、教學(xué)技術(shù)是三個重要方面。

三、適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)支持混合式教學(xué)

適應(yīng)性學(xué)習(xí)是指學(xué)習(xí)者通過由計算機技術(shù)支持的適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)獲取知識的過程，適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)參與學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)全過程，提供個性化的學(xué)習(xí)服務(wù)，在學(xué)習(xí)計劃制定、學(xué)習(xí)策略組織、知識構(gòu)成設(shè)計、學(xué)習(xí)效果評估等方面發(fā)揮作用。在人工智能時代，適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)呈現(xiàn)智能化特征，人工智能技術(shù)成為適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)形成的關(guān)鍵。

《中國教育現(xiàn)代化2035》指出人工智能為個性化教學(xué)與個性化學(xué)習(xí)提供了強有力的技術(shù)支持[2]。人工智能憑借技術(shù)優(yōu)勢獲取學(xué)習(xí)者的基本特征，充分檢視學(xué)習(xí)者的態(tài)度動機、興趣愛好、方法技巧、知識構(gòu)成，依托算力通過算法實現(xiàn)降維定位，從而提供個性化學(xué)習(xí)方案，實現(xiàn)個性化教學(xué)與學(xué)習(xí)。預(yù)計未來以AI為基礎(chǔ)的個性化教學(xué)會得到較大發(fā)展，出現(xiàn)以“人機組合”為特點的大學(xué)個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)[3]?；旌鲜浇虒W(xué)以提高教育教學(xué)效果為目標(biāo)，以基本的線上線下混合為基礎(chǔ)，還將教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)技術(shù)、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)過程等進行混合，為個性化教學(xué)與學(xué)習(xí)創(chuàng)造了條件[4]。因此，在適應(yīng)性學(xué)習(xí)理論引導(dǎo)下，以人工智能技術(shù)支持構(gòu)建適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)，進而實現(xiàn)混合式教學(xué)。

四、構(gòu)建人工智能適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)

適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)建設(shè)是人工智能背景下混合式教學(xué)實現(xiàn)的關(guān)鍵。適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)以提供個性化學(xué)習(xí)服務(wù)為特征，深度分析學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)，在教師的干預(yù)和決策下，回應(yīng)個體學(xué)習(xí)需求，提供可選擇的學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)策略、學(xué)習(xí)環(huán)境等。適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)隨計算機和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而興起，最初建立在以WEB技術(shù)為主的計算機終端之上，20世紀(jì)70年代美國分時交互計算機控制信息電視系統(tǒng)（TICCIT）就是其中的代表。進入21世紀(jì)后，國際主流適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)有美國的牛頓系統(tǒng)（Knewton）、乂學(xué)系統(tǒng)（Yi learn），澳大利亞的慧雀系統(tǒng)（Smart Sparrow）以及日本的塞拉戈系統(tǒng)（Cerego）[5]，其中乂學(xué)系統(tǒng)建成于2017年，由美國哥倫比亞大學(xué)教育學(xué)院自適應(yīng)學(xué)習(xí)研究聯(lián)合實驗室研制成功，其建設(shè)初衷是服務(wù)于K12教育的個性化學(xué)習(xí)，因?qū)θ斯ぶ悄艿纳疃葢?yīng)用而廣為人知，主要功能包括評估學(xué)習(xí)者的知識儲備、建模學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程等。從適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)發(fā)展的歷史來看，隨著相關(guān)技術(shù)尤其是互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術(shù)的發(fā)展，適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)功能方面經(jīng)歷了由改進學(xué)習(xí)方法、輔助大腦記憶、優(yōu)化內(nèi)容設(shè)計等單一功能向多元功能轉(zhuǎn)換，服務(wù)人群也由基礎(chǔ)教育階段到高等教育階段嘗試。因此在人工智能技術(shù)逐步應(yīng)用于教育教學(xué)的背景下，適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)助力混合式教學(xué)要重視三個方面：

（一）人工智能為適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)提供技術(shù)支撐

鄔賀銓院士認為大數(shù)據(jù)、計算能力、分析算法是人工智能的三大支柱[6]，極為準(zhǔn)確的概括了人工智能的本質(zhì)，例如通過人工智能算法探索學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，改進學(xué)習(xí)路徑，推送個性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容，減少學(xué)習(xí)過程中排斥心理的干擾。凱文·凱利（kevin·kelly）認為未來技術(shù)將與智能化相關(guān)，智能化成為技術(shù)社會的主要特征。來自《地平線報告（2018高等教育版）》的資料顯示，高等教育技術(shù)變革的趨勢由近期的分析技術(shù)、創(chuàng)客空間及中期的自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù)、人工智能向長期的混合現(xiàn)實、機器人學(xué)習(xí)演化，其中自適應(yīng)學(xué)習(xí)和人工智能在教育領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用將在未來2～3年內(nèi)實現(xiàn)。從《人工智能標(biāo)準(zhǔn)化白皮書（2018）》對人工智能定義來看，混合現(xiàn)實、機器人學(xué)習(xí)屬于人工智能范疇，因此《地平線報告（2018高等教育版）》預(yù)測的高等教育發(fā)展趨勢的實質(zhì)是智能化發(fā)展。著名信息技術(shù)研究與分析公司高德納（Gartner）公司認為，人工智能技術(shù)成為未來技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)架構(gòu)，其中自適應(yīng)機器學(xué)習(xí)、知識圖譜、人工智能平臺、可解釋的人工智能等以人工智能為技術(shù)基礎(chǔ)的大量應(yīng)用將在未來5～10年成為現(xiàn)實。因此，回歸到適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)對技術(shù)應(yīng)用的整體來看，充分運用人工智能技術(shù)成為人工智能時代混合式教學(xué)適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)發(fā)展的方向，適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)對人工智能技術(shù)的吸收應(yīng)用，將有助于混合式教學(xué)的實現(xiàn)。2020年初，我國發(fā)生新型冠狀病毒肺炎疫情，以“學(xué)習(xí)強國”“知道”“騰訊會議”“釘釘”“中國大學(xué)MOOC”等為平臺的在線學(xué)習(xí)興起，桂林航天工業(yè)學(xué)院在以上平臺安排課程。教學(xué)過程中，制定個性化學(xué)習(xí)方案，運用平臺技術(shù)進行教學(xué)管理，在教學(xué)設(shè)計、內(nèi)容展示、交流互動等方面創(chuàng)設(shè)混合式教學(xué)氛圍。

（二）重視教師在適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的角色

人工智能是否能夠超越人類？有學(xué)者將人工智能超越人類的臨界點稱為“奇點”，對于“奇點”是否存在眾說紛紜，持否定觀點的學(xué)者認為，“如果我們創(chuàng)造的像我們的智能機器最終讓我們變得像它們一樣，這是歷史性的諷刺”[7]。總之，依托人工智能技術(shù)構(gòu)建的適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)具有一定的智能化表現(xiàn)，但依然不能將混合式教學(xué)實現(xiàn)的希望全部寄托于適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)，同樣應(yīng)該重視教師的能動性作用。通過對138名參與適應(yīng)性學(xué)習(xí)實驗的學(xué)生的調(diào)查來看，如果適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)中加入適當(dāng)?shù)慕處焻⑴c，教學(xué)效果可能會更好[8]，同時教師在適應(yīng)性教學(xué)系統(tǒng)中扮演適應(yīng)性學(xué)習(xí)專家的角色[9]。教師在適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)中提供學(xué)習(xí)內(nèi)容、進行教學(xué)設(shè)計、參與教學(xué)管理，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造一定學(xué)習(xí)環(huán)境，發(fā)揮在適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)輔助下干預(yù)、決策及治理教學(xué)過程的作用。因此在混合式教學(xué)過程中，教師扮演適應(yīng)性學(xué)習(xí)專家的角色，主要從事教學(xué)干預(yù)、教學(xué)決策、教學(xué)治理工作。

（三）建設(shè)適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)

結(jié)合人工智能時代的技術(shù)特征，混合式教學(xué)過程中的適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)建設(shè)要從三方面入手：系統(tǒng)服務(wù)、教學(xué)過程、系統(tǒng)訓(xùn)練。首先是系統(tǒng)服務(wù)方面，以人工智能技術(shù)在適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的實際應(yīng)用為原點，界定適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)的層次，進行服務(wù)對象定位，組織具體服務(wù)內(nèi)容并明確服務(wù)方式。其次是教學(xué)過程方面，設(shè)計適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)的教學(xué)過程，主要包括學(xué)習(xí)資源提供、學(xué)習(xí)活動設(shè)計、學(xué)習(xí)策略制定、學(xué)習(xí)效果評估、學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)。最后是從適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)應(yīng)用的角度進行系統(tǒng)訓(xùn)練，即掌握適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)的使用方法，使之真正成為混合式教學(xué)的利器。

以高等教育適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)建設(shè)為例，其服務(wù)對象按年級、專業(yè)、學(xué)科等進行劃分，從而定位于不同的服務(wù)對象。通過對學(xué)習(xí)群體大數(shù)據(jù)的分析，評判特定服務(wù)對象的學(xué)習(xí)狀態(tài)，匹配相應(yīng)的服務(wù)內(nèi)容及服務(wù)方式，服務(wù)方式方面如提供免費服務(wù)還是收費服務(wù)，是移動端服務(wù)還是固定端服務(wù)，是一對一服務(wù)還是一對多服務(wù)，是基礎(chǔ)服務(wù)還是增值服務(wù)，等等。在教學(xué)過程設(shè)計中，例如學(xué)習(xí)策略制定方面，可以教授學(xué)習(xí)方法以適應(yīng)不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)效率;還可以傳授認知策略，以幫助學(xué)習(xí)者實現(xiàn)對知識的整理和加工，促進二次創(chuàng)作;通過對學(xué)習(xí)心理進行分析，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)習(xí)的自覺性和主動性等?？傊ㄔO(shè)適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)一方面要廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù)，另一方面要符合混合式教學(xué)的特點和要求，遵循學(xué)習(xí)者知識獲取的規(guī)律，綜合運用各種教學(xué)資源以強化教學(xué)效果，最終實現(xiàn)特定的教學(xué)目標(biāo)。

五、結(jié)語

隨著智能社會的來臨，人工智能技術(shù)帶來傳統(tǒng)教育生態(tài)的變革，智能化成為教育教學(xué)發(fā)展的方向。適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)的特點決定了具有將多種人工智能技術(shù)集于一體的優(yōu)勢，也因此成為混合式教學(xué)應(yīng)用人工智能技術(shù)的平臺、框架和路徑。本文首先研究了人工智能對混合式教學(xué)的影響，然后界定了適應(yīng)性學(xué)習(xí)并確認適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)、人工智能、混合式教學(xué)之間的關(guān)系，最后論證了適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)如何助力混合式教學(xué)過程的實現(xiàn)：將人工智能技術(shù)作為適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)的技術(shù)支撐，重視教師適應(yīng)性學(xué)習(xí)專家的角色以及從系統(tǒng)服務(wù)、教學(xué)過程、系統(tǒng)訓(xùn)練三方面入手建設(shè)適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)等。

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