AI全科教師主講課程學(xué)習(xí)成效試驗(yàn)研究

黃甫全 伍曉琪 丘詩盈 劉育良 曾文婕 陳思宇

(華南師范大學(xué) 德育神經(jīng)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)中心，廣東廣州510631)

一、問題提出

近年來，人工智能(AI)機(jī)器人逐漸由教育輔助工具演化為課堂教學(xué)代理。正如《中國教育現(xiàn)代化2035》提出的：“人工智能等新技術(shù)的發(fā)展正在不斷重塑教育形態(tài)，知識(shí)獲取方式和傳授方式、教和學(xué)關(guān)系正在發(fā)生深刻變革”(中共中央、國務(wù)院，2019)?；ヂ?lián)網(wǎng)環(huán)境下教師難以基于自身的認(rèn)知能力適時(shí)將增速快、體量大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的信息轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，“AI+教師”的認(rèn)知外包模式將成為常態(tài)(余勝泉等，2019)。AI機(jī)器人可以通過多種方式應(yīng)用于課堂教學(xué)，其用途不僅取決于AI機(jī)器人的技術(shù)水平及教學(xué)情境需求，更依賴于人工智能與學(xué)科教學(xué)深度融合的課程開發(fā)。在技術(shù)上，口語對(duì)話技術(shù)系統(tǒng)或者其他腳本化編程技術(shù)系統(tǒng)，讓AI代理能夠承擔(dān)比輔助工具更重要的角色任務(wù)，減輕真人教師負(fù)擔(dān)和提升學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量，如主講教師(Edwards et al.，2018)。在教學(xué)需求上，與單科真人教師相比，智能化和人性化的AI機(jī)器人更適合未來的全科教育教學(xué)環(huán)境(吳永和等，2018)?？梢?，AI技術(shù)發(fā)展勢(shì)將改變課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，亟需進(jìn)行課程創(chuàng)新(郝文武，2020)。

AI全科教師主講課程是一種新興課堂課程形態(tài)，系A(chǔ)I教師勝任學(xué)校開設(shè)的全部科目內(nèi)容的主講工作而主導(dǎo)課程，真人教師則通過輔助支持課程實(shí)施。AI教師與真人教師協(xié)同教學(xué)自有 “生態(tài)位”和特別優(yōu)勢(shì)(周琴等，2020)：AI教師在科目內(nèi)容體系儲(chǔ)存、大規(guī)模數(shù)據(jù)處理、高速運(yùn)算、邏輯思維等方面獨(dú)有千秋；真人教師在創(chuàng)造力培養(yǎng)、情感溝通、意義闡釋等方面別具一格，即AI教師適合解決程序化教學(xué)問題，真人教師主要解決非程序化、非結(jié)構(gòu)化問題(尹睿等，2018；蔡慧英等，2020)。因此，賦予AI教師“課堂主講”角色，解放真人教師的時(shí)間與精力，以便更專注于學(xué)生個(gè)性化指導(dǎo)，為課堂教學(xué)“減負(fù)增效”提供了新思路。但是，機(jī)器人的教育應(yīng)用目前主要集中在與機(jī)器人領(lǐng)域密切相關(guān)的學(xué)科，如機(jī)器人編程、機(jī)器人構(gòu)造或機(jī)電一體化(Benitti，2012)。而且，證明機(jī)器人積極成效的教學(xué)研究多局限于單一的描述性報(bào)告(Petre et al.，2004)或問卷調(diào)查(Caci，2003)方法。融通使用質(zhì)性研究與量化研究方法探索AI全科教師主講課程學(xué)習(xí)成效的實(shí)踐研究還有待開展。

學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)投入與學(xué)習(xí)結(jié)果是評(píng)估學(xué)習(xí)過程成效的關(guān)鍵指標(biāo)。這三個(gè)指標(biāo)已被研究者賦予豐富的內(nèi)涵：學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是激發(fā)并維持個(gè)體學(xué)習(xí)活動(dòng)朝向一定學(xué)習(xí)目標(biāo)的內(nèi)部啟動(dòng)機(jī)制(馮忠良，2002)；學(xué)習(xí)投入指學(xué)生學(xué)習(xí)投入的時(shí)間與精力(Kuh et al.，2006)；學(xué)習(xí)結(jié)果被定義為以某種形式參與學(xué)習(xí)后獲得的結(jié)果(Eisner，1979)。三者之間，學(xué)習(xí)投入是學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)與學(xué)習(xí)結(jié)果之間的中介變量(Hsieh，2013)，即學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)通過激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)投入，進(jìn)而影響學(xué)生的學(xué)業(yè)成績和其他方面的發(fā)展。同時(shí)，依據(jù)自我效能理論，學(xué)習(xí)投入對(duì)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)有重要影響，形成了學(xué)習(xí)過程成效的閉環(huán)機(jī)制。深入考察相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，擬人的AI教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、投入和結(jié)果均有顯著的積極影響。奧茲德米爾和卡拉曼(Ozdemir & Karaman，2017)依據(jù)教師訪談，發(fā)現(xiàn)AI教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)有積極貢獻(xiàn)。一項(xiàng)采用問卷調(diào)查、課堂觀察、訪談等方法(Kim et al.，2015)的研究結(jié)果表明：AI教師教學(xué)能總體改善學(xué)生的學(xué)習(xí)投入，其中情感投入(如興趣、享受)顯著提高；學(xué)生的行為和認(rèn)知投入亦隨之增加。此外，AI教師教學(xué)能否提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，也是眾多研究考察的主題。許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)，AI教師能促進(jìn)學(xué)生基礎(chǔ)或?qū)I(yè)知識(shí)的習(xí)得(Verner et al.，2016)、深層學(xué)習(xí)思維與方法的形成(Jaipal-Jamani & Angeli，2017)和學(xué)習(xí)態(tài)度的有效改善(Alemi et al.，2015)。

隨著擬人元素及其功能被更多地整合入智能教學(xué)代理，研究者開始關(guān)注教學(xué)代理的擬人化設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)習(xí)成效的影響。擬人化指將人類的特征、動(dòng)機(jī)、意圖或情感等賦予非人類代理(Epley et al.，2007)。AI教師等智能代理的應(yīng)用成效很大程度上得益于擬人化設(shè)計(jì)。費(fèi)多羅夫納(Fedorovna，2015)引進(jìn)擬人化技術(shù)培訓(xùn)師范生的教學(xué)專業(yè)能力的研究發(fā)現(xiàn)，擬人化影響學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和包括處事態(tài)度、交際能力和學(xué)業(yè)成績?cè)趦?nèi)的學(xué)習(xí)成效。凱特爾(Katre，2007)關(guān)于擬人化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的討論指出，擬人教學(xué)代理能滿足學(xué)習(xí)者“感受到教師的存在”的心理需求，從而更認(rèn)真地實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)，增加學(xué)習(xí)投入。范庚發(fā)和孟士英(1998)認(rèn)為，計(jì)算機(jī)擬人教學(xué)可以因勢(shì)利導(dǎo)地把握各類學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和學(xué)習(xí)情緒，增加學(xué)習(xí)投入。王福興等人(2017)的元分析研究發(fā)現(xiàn)，具有擬人效應(yīng)的教學(xué)代理有利于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，具體體現(xiàn)為學(xué)生知識(shí)理解與應(yīng)用能力的發(fā)展和學(xué)習(xí)成績的提高。綜上所述，擬人化教學(xué)代理對(duì)學(xué)習(xí)過程成效的影響，受學(xué)科領(lǐng)域、代理類型等變量的調(diào)節(jié)作用，而AI全科主講教師這一新型擬人代理與學(xué)習(xí)過程成效結(jié)合的研究仍有待開展。此外，擬人化對(duì)學(xué)習(xí)成效的影響雖有一定研究，但多局限于學(xué)習(xí)成效原理方面，忽略了擬人效應(yīng)的內(nèi)在機(jī)理。

艾普利等(Epley et al.，2007)提出 “社會(huì)性、有效性、激發(fā)的代理知識(shí)”三因素模型(the Sociality，Effectance，Elicited Agent Knowledge，SEEK)解釋擬人化效應(yīng)。依據(jù)擬人化三因素理論，社交性(人類對(duì)社會(huì)關(guān)系的渴望)、有效性(有效地與環(huán)境互動(dòng)的需要)和激發(fā)的代理知識(shí)(指人們?cè)诙啻蟪潭壬蠐碛胁⒛軌驅(qū)⑷祟愔行闹R(shí)應(yīng)用于類人對(duì)象)三個(gè)因素協(xié)同作用于人們對(duì)非人類代理的擬人傾向。同時(shí)，投射到非人類主體上的形態(tài)學(xué)(外觀)和動(dòng)力學(xué)(行為)擬人特征在激活人類主體知識(shí)的基礎(chǔ)上，一則可以直接提高非人類主體的效用，例如軟件程序的擬人化虛擬助手通過增強(qiáng)應(yīng)對(duì)信息過載的能力提高用戶學(xué)習(xí)軟件的效果；二則可以通過創(chuàng)造社會(huì)聯(lián)系感提高代理的效用(Crowell et al.，2019)。例如，一位沙漠生存實(shí)驗(yàn)的參與者報(bào)告說，當(dāng)活動(dòng)界面出現(xiàn)擬人的面孔和聲音時(shí)，他們就感覺到更多的社會(huì)聯(lián)系，因而可以更好地理解任務(wù)(Burgoon et al.，2000)。依此可推，相較于其他智能代理，AI主講教師憑借高度擬人化的形態(tài)、行為和交互設(shè)計(jì)，更有潛力激發(fā)學(xué)生的有效性感知和社交聯(lián)系感，提升學(xué)生學(xué)習(xí)成效(見圖1)。但是，具體影響機(jī)制仍需結(jié)合AI教師課堂教學(xué)實(shí)際分析。

圖1 擬人化學(xué)習(xí)過程模型框架

本研究選擇南京阿凡達(dá)機(jī)器人公司的類人機(jī)器人——IPAL(i寶)扮演AI全科教師角色(名為“華君”，見圖3)主講課程，通過試驗(yàn)研究，從擬人化理論視角探究AI全科教師主講課程的學(xué)習(xí)成效。

本研究關(guān)注兩個(gè)問題：1)學(xué)生學(xué)習(xí)AI全科教師主講課程的動(dòng)機(jī)、投入和成效如何？2)AI全科教師主講課程如何影響學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)投入和學(xué)習(xí)成效？

二、研究設(shè)計(jì)

本研究采用兩組無前測(cè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探索AI全科教師主講課程對(duì)學(xué)習(xí)成效的影響。這種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模式，可以避免受試者經(jīng)過前測(cè)而對(duì)自變量引入產(chǎn)生敏感，從而保障實(shí)驗(yàn)外在效度。

(一)研究對(duì)象

本研究選用廣州市某小學(xué)四年級(jí)A班(37人)與B班(42人)為實(shí)驗(yàn)班，共79人。學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展、學(xué)習(xí)進(jìn)度、日常環(huán)境等較一致，對(duì)AI教師教學(xué)內(nèi)容有初步了解但未系統(tǒng)掌握，且從未體驗(yàn)過AI教師課堂教學(xué)，可有效避免樣本先前知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和心理準(zhǔn)備的潛在影響。

(二)研究過程

本研究依托華南師范大學(xué)德育神經(jīng)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)中心和廣東省廣州市某小學(xué)開展試驗(yàn)研究。研究過程分教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室演練、學(xué)校課堂試驗(yàn)三階段(見圖2)。教學(xué)設(shè)計(jì)階段主要依據(jù)學(xué)情精選學(xué)習(xí)內(nèi)容，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，然后在課程專家、一線教師的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，開發(fā)相對(duì)應(yīng)的AI教師擬人化的語言、動(dòng)作和表情腳本。實(shí)驗(yàn)室演練階段主要由研究人員模擬學(xué)生、AI教師和真人教師的教學(xué)互動(dòng)，不斷反思與優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)和腳本化編程。學(xué)校課堂試驗(yàn)階段以某小學(xué)四年級(jí)A班和B班為兩個(gè)平行試驗(yàn)組，分別選用3位單科真人教師和1位全科真人教師配合開展相同課程內(nèi)容的教學(xué)。

圖2 AI全科教師主講微課試驗(yàn)研究過程

研究過程融通使用課堂觀察法、問卷法和訪談法收集數(shù)據(jù)，以及弗蘭德斯互動(dòng)分析框架、SPSS24.0軟件和Nivio12軟件等分析工具，對(duì)2個(gè)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生開展學(xué)習(xí)投入、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)成效的評(píng)估。

學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)方面，本研究以扎根理論為方法論指導(dǎo)，隨機(jī)從2個(gè)試驗(yàn)班各抽取5名學(xué)生開展深度訪談并錄像，使用NVivo 12軟件謄錄、整理、編碼和分析訪談內(nèi)容，探究AI全科教師主講課程學(xué)習(xí)者的內(nèi)在、外在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)及影響因素。

學(xué)習(xí)投入評(píng)估重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生的行為、情感與認(rèn)知投入，采用現(xiàn)場(chǎng)錄音、攝像和課堂觀察記錄方式收集AI全科教師主講課程的課堂教學(xué)信息，然后結(jié)合AI全科教師主講課堂的“生-機(jī)-師”互動(dòng)特征，采納修訂后的弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)編碼，制定AI全科教師主講課堂師生互動(dòng)分析編碼體系(見表一)。該體系分別在原結(jié)構(gòu)的 “教師言語”維度擴(kuò)增了“AI教師言語”維度及其相應(yīng)7個(gè)編碼和在學(xué)生言語類中新增了AI教師驅(qū)動(dòng)的“學(xué)生被動(dòng)說話”編碼，最終形成了18個(gè)編碼，分為AI教師言語、真人教師言語、學(xué)生言語、靜止等四部分。

表一 AI全科教師主講課程師生互動(dòng)分析編碼體系

已有研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生發(fā)展與學(xué)生對(duì)教學(xué)的滿意度顯著相關(guān)(Thomas，2004)，故滿意度調(diào)查往往是評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)成效的重要指標(biāo)。鑒于AI全科教師主講課程的前沿特點(diǎn)，技術(shù)接受理論適用于預(yù)測(cè)學(xué)生對(duì)該課程的滿意度。因此，本研究學(xué)習(xí)成效的測(cè)量工具是在海爾克等(Heerink et al.，2010)開發(fā)的社交機(jī)器人接受問卷基礎(chǔ)上改編的。設(shè)計(jì)依據(jù)為“技術(shù)接受度與適用性統(tǒng)一理論”(Unified Theory of Acceptance and Use of Technology，UTAUT)，包含焦慮、態(tài)度、使用意圖、感知適應(yīng)性、感知樂趣、感知易用性、感知社交能力、感知有用性、社會(huì)影響、社會(huì)參與和信任維度(Venkatesh et al.，2003)。題項(xiàng)采用李克特5級(jí)計(jì)分法，從“完全不同意”到“完全同意”。 SPSS24.0統(tǒng)計(jì)分析表明，該問卷信度和效度良好，其中α=0.926，KMO值為 0.772，Bartlett’s球形檢驗(yàn)值顯著性為0.000。

(三)AI全科教師主講課例

本研究開發(fā)了“真人單科教師與AI全科教師聯(lián)袂執(zhí)教”語數(shù)英三科微型課程課例和“真人全科教師與AI全科教師聯(lián)袂執(zhí)教”語數(shù)英三科微型課程課例(見圖3)。教學(xué)內(nèi)容分別是語文科人教版(2012)課文“迷人的張家界”，數(shù)學(xué)科人教版(2013)章節(jié)“三角形的內(nèi)角和”，以及英語科教科版(2014)模塊“Abilities”。已有研究表明，AI機(jī)器人的表達(dá)方式對(duì)兒童的情感反應(yīng)影響深刻，反應(yīng)靈敏、表情豐富的AI機(jī)器人更能誘發(fā)兒童積極互動(dòng)(Cameron，2018)。兩套三科課例的教學(xué)過程設(shè)計(jì)如表二、三、四所示。AI全科教師通過聲音、表情及身體動(dòng)作，向?qū)W生呈現(xiàn)和傳達(dá)生動(dòng)、適時(shí)的教學(xué)信息，激發(fā)、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)動(dòng)力。

表二 “迷人的張家界”教學(xué)過程設(shè)計(jì)

圖3 真人教師與AI全科教師聯(lián)袂執(zhí)教微型課程

表三 “三角形的內(nèi)角和”教學(xué)過程設(shè)計(jì)

表四 “Abilities” 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

三、研究結(jié)果

本研究基于豐富的數(shù)據(jù)材料，對(duì)AI全科教師主講課程的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)投入和學(xué)習(xí)成效結(jié)合擬人論分別呈現(xiàn)，進(jìn)而陳述本試驗(yàn)研究獲得的訪談、觀察和問卷數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

(一)訪談結(jié)果

依據(jù)一定的程序?qū)Χㄐ再Y料進(jìn)行量化處理有助于提高定性方法的可靠性和有效性以及分析的系統(tǒng)性和精確性(陳琦等人，2000)。本研究借助NVivo 12軟件對(duì)10名學(xué)生的訪談資料進(jìn)行編碼分析，深入挖掘?qū)W生對(duì)AI全科教師執(zhí)教的感受和看法。

第一，AI教師擬人化的外形、行為和交互設(shè)計(jì)深受學(xué)生的喜愛(見圖4)。其中，85.0%的學(xué)生認(rèn)為AI教師外形 “可愛有趣”和“自然親切”，73.3%的學(xué)生認(rèn)為AI教師 “肢體動(dòng)作靈活”“知識(shí)淵博”和教學(xué)“溫柔耐心”，76.8%的學(xué)生認(rèn)為AI 教師的教學(xué)交互“自然有趣”“生動(dòng)直觀”和“反饋及時(shí)”。

圖4 學(xué)生對(duì)AI全科教師評(píng)價(jià)的訪談分析參考點(diǎn)分布

第二，AI教師主講課程帶給學(xué)生積極的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，主要體現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容、課堂環(huán)境、學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)方法四方面(見圖5)。65%的學(xué)生認(rèn)為，相較于傳統(tǒng)課堂真人教師的教學(xué)內(nèi)容，AI教師講授的教學(xué)內(nèi)容更準(zhǔn)確無誤、充實(shí)豐富。70%的受訪學(xué)生提及AI教師教學(xué)對(duì)教學(xué)環(huán)境有積極的改善作用，主要表現(xiàn)為學(xué)習(xí)氣氛更濃厚、課堂紀(jì)律更好和師生關(guān)系更親密。60%的學(xué)生認(rèn)為AI主講教師教學(xué)有助于自己的學(xué)習(xí)，會(huì)提高自己的原定目標(biāo)。70%的被訪學(xué)生基于AI教師 “知識(shí)淵博”的特點(diǎn)表示，學(xué)習(xí)目標(biāo)將不局限于提升學(xué)習(xí)成績，變得更廣泛。還有50%被訪學(xué)生認(rèn)為AI主講教師教學(xué)會(huì)促使他們更快地達(dá)到既定學(xué)習(xí)目標(biāo)。最后，在學(xué)習(xí)方法上：大多數(shù)被訪學(xué)生表示，體驗(yàn)過AI教師的教學(xué)后，將改變自己的學(xué)習(xí)方法。其中，呼聲最高的觀點(diǎn)依次是：1)課前：自主預(yù)習(xí)；2)課中：享受合作學(xué)習(xí)、多記筆記； 3)課后：找AI教師解疑、利用更多智能學(xué)習(xí)工具學(xué)習(xí)。

圖5 學(xué)生對(duì)AI全科教師評(píng)價(jià)訪談分析參考點(diǎn)分布

(二)課堂觀察結(jié)果

根據(jù)改編的新型弗蘭德斯編碼系統(tǒng)，本研究對(duì)語、數(shù)、英三科的AI全科教師主講微型試驗(yàn)課程進(jìn)行編碼統(tǒng)計(jì)(見表五)和比率分析(見表六)，探究課堂師生互動(dòng)狀態(tài)。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示， AI全科教師主講的三門微課程的言語比率分別為52.63%、39.03%、34.50%，是真人教師的2-3倍，均低于非AI教師主講課程的弗蘭德斯常模68%(Flanders，1970；高巍，2009)；學(xué)生話語比率分別為29.82%、43.55%、47.37%，均高于常模20%(Flanders，1970；高巍，2009)。這體現(xiàn)了“學(xué)生中心”與“學(xué)習(xí)為本”特征。三門課程中，AI全科教師的提問比率分別為27.18%、27.71%和40.91%，均高于非AI教師主講課堂真人教師26%的常模(Flanders，1970；高巍，2009)，且AI全科教師話語——學(xué)生驅(qū)動(dòng)比率分別為88.24%、47.37%和80.00%，亦高于非AI教師主講型課堂真人教師-學(xué)生驅(qū)動(dòng)比率常模42%(Flanders，1970；高巍，2009)，反映了AI全科主講課程注重啟發(fā)學(xué)生思考。此外，觀察對(duì)象的課堂沉寂比率分別為2.19%、2.26%和1.75%，其中大部分沉寂表現(xiàn)為師生信息技術(shù)操作、學(xué)生思考、教師板書等，表明課堂利用率較高，氛圍活躍。

表五 AI全科教師主講微課師生互動(dòng)頻次

表六 AI全科教師主講微課師生言語互動(dòng)比率

(三)問卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果

本研究采用SPSS對(duì)學(xué)生關(guān)于AI全科教師主講課程教學(xué)的滿意度問卷數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析(見表七)，以反映學(xué)習(xí)成效。

表七 學(xué)生對(duì)AI全科教師教學(xué)滿意度的描述性統(tǒng)計(jì)

由表七可知，學(xué)生總體上對(duì)AI全科教師主講課程教學(xué)的滿意度較高，但部分維度存在個(gè)體差異。從整體看，“接納度”均分較高，且所有維度的均分都大于4，處于較高水平，反映出大部分學(xué)生高度認(rèn)可并接納AI全科教師主講課程。其中，“感知樂趣”維度均分最高(M=4.7310)，由此反映出AI全科教師進(jìn)入課堂帶給學(xué)生最直接的體驗(yàn)為“樂趣”。從個(gè)體差異看，“感知易用性”(SD=0.818)與“感知適用性”(SD=0.798)的得分標(biāo)準(zhǔn)差較大，可知“感知適應(yīng)性”和“感知易用性”的個(gè)體分?jǐn)?shù)分布范圍跨度較大。

四、結(jié)論、討論與思考

基于擬人化學(xué)習(xí)過程框架，本研究從AI全科教師主講課程學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)投入和學(xué)習(xí)成效三個(gè)方面，就本試驗(yàn)研究所獲得的結(jié)果提出結(jié)論，并加以討論與思考。

(一)AI全科教師主講課程增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)

社會(huì)認(rèn)知心理學(xué)將個(gè)體動(dòng)機(jī)分為內(nèi)在和外在兩個(gè)層面(Deci，2004)。進(jìn)化心理學(xué)認(rèn)為，人類行為有四種大腦驅(qū)力——“獲得”“聯(lián)結(jié)”“理解”和“防御”(Nohria et al.，2008)。融合這兩種視角，研究結(jié)果表明，AI全科教師主講課程通過滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的四種驅(qū)力，顯著增強(qiáng)學(xué)生內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和外在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)！

1. AI全科教師主講課程顯著增強(qiáng)學(xué)生內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)

AI全科教師的擬人化外形設(shè)計(jì)和功能表現(xiàn)有助于激發(fā)學(xué)生的好奇心、挑戰(zhàn)欲和認(rèn)同感，顯著增強(qiáng)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。由于兒童的擬人化嗜好遠(yuǎn)大于成人(Bering，2004)，對(duì)教學(xué)機(jī)器人外觀進(jìn)行擬人的可視化設(shè)計(jì)，已日益成為眾多設(shè)計(jì)者的共識(shí)。分析學(xué)生訪談發(fā)現(xiàn)，AI教師“可愛的形象”“親切的面部表情”等“類人”藝術(shù)化外觀特征，催生了學(xué)生對(duì)其如何像真人教師一樣開展課堂教學(xué)的好奇心，以及如何理解并參與其智能化教學(xué)的挑戰(zhàn)欲，這是內(nèi)在動(dòng)機(jī)的兩種形式(Ryan & Deci，2000)。具體而言，學(xué)生借助大腦的腹側(cè)視覺通路或其他對(duì)新奇事物反應(yīng)的感覺系統(tǒng)，對(duì)所獲取的課堂環(huán)境信息進(jìn)行驅(qū)力需求評(píng)估(Abraham et al.，2015)，從而有效激發(fā)好奇心與挑戰(zhàn)欲，增強(qiáng)理解驅(qū)力。此外，在教育智能化浪潮的引領(lǐng)下，學(xué)校課堂教學(xué)正發(fā)生重大變革，這難免引起人們的抵制或焦慮。但值得注意的是，相較于非類人教學(xué)媒體，AI全科教師兼具“類人”藝術(shù)化外形和“類師”教學(xué)化表現(xiàn)，在滿足和提升學(xué)生學(xué)習(xí)期望方面更勝一籌。更可喜的是，相較于真人教師，學(xué)生認(rèn)為“AI教師更溫柔耐心，不容易批評(píng)學(xué)生、打亂教學(xué)安排”?？梢?，AI教師高效可靠的擬人特性和客觀公正的智能系統(tǒng)能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)AI教師教學(xué)的認(rèn)同感。其中，控制學(xué)生防御驅(qū)力的杏仁核(邊緣區(qū))得以激活，提高學(xué)生在新環(huán)境中安全感和信任度，增強(qiáng)學(xué)生參與課堂教學(xué)的內(nèi)在動(dòng)機(jī)(Abraham et al.，2015)。

2. AI全科教師主講課程顯著增強(qiáng)學(xué)生外在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)

AI全科教師的擬人化社交屬性有助于優(yōu)化課堂教學(xué)反饋和改善互動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境，顯著增強(qiáng)學(xué)生的外在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。藝術(shù)化的機(jī)器人表情、言語和動(dòng)作等擬人化社交屬性能優(yōu)化教學(xué)反饋，而反饋對(duì)學(xué)習(xí)者的外在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)有重要影響(劉淑珍，2009)。多名訪談學(xué)生表示，AI全科教師對(duì)學(xué)生的正確回答能給予及時(shí)的表情肯定、口頭表揚(yáng)和鼓掌激勵(lì)，增加學(xué)生與其互動(dòng)的渴望(見表八)。事實(shí)上，AI全科教師主講課程的社交性反饋可被視為以教師認(rèn)同為核心的“獎(jiǎng)勵(lì)制度”組織杠桿(呂俊生，2012)，能有效驅(qū)動(dòng)管理獲取驅(qū)力的伏隔核(邊緣區(qū))腦區(qū)(Abraham et al.，2015)，提升學(xué)生的外在學(xué)習(xí)動(dòng)力。此外，個(gè)體的外在動(dòng)機(jī)與學(xué)習(xí)環(huán)境緊密關(guān)聯(lián)(王軍芬，2012)。AI全科教師為突破傳統(tǒng)課堂互動(dòng)局限開辟了新途徑：其一，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化互動(dòng)。AI教師通過動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、模糊決策樹等計(jì)算技術(shù)對(duì)學(xué)生的知識(shí)和學(xué)習(xí)建模，滿足學(xué)生不同的交互偏好(Belpaeme et al.，2018)。其二，拓寬師生對(duì)話渠道。雙師教學(xué)模式有效減輕了真人教師在傳統(tǒng)課堂中“一對(duì)多”的教學(xué)重負(fù)，為泛化和加深師生課堂交互提供了可能。其三，創(chuàng)生復(fù)雜的教學(xué)互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。AI教師的融入使課堂教學(xué)要素及其多重交互關(guān)系網(wǎng)絡(luò)更多樣和復(fù)雜。這種多元化互動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境，易形成豐富和諧的組織文化以驅(qū)動(dòng)學(xué)生大腦中的下丘腦和前丘腦區(qū)域(邊緣區(qū))(Abraham et al.，2015)，使學(xué)生能夠在其中獲得關(guān)注感和滿足感，感受到自我價(jià)值，產(chǎn)生聯(lián)結(jié)驅(qū)力。

表八 學(xué)生訪談?wù)?/p>

(二)AI全科教師主講課程提升學(xué)生學(xué)習(xí)投入

弗雷德里克斯等人(Fredricks et al.，2004)提出，學(xué)習(xí)投入包括行為、認(rèn)知和情感三個(gè)相對(duì)獨(dú)立維度。本研究結(jié)果表明，AI全科教師主講課程能顯著增加學(xué)生學(xué)習(xí)的行為投入、認(rèn)知投入和情感投入。

1. AI全科教師主講課程能有效提升學(xué)生行為參與度

AI全科教師的擬人化具身特征能有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)專注度和發(fā)言率，顯著增加學(xué)生的行為投入。高專注度和高發(fā)言率是學(xué)生行為參與度的積極表現(xiàn)(Fredricks et al.，2004)。國外有學(xué)者比較虛擬遠(yuǎn)程機(jī)器人代理與實(shí)體機(jī)器人采訪表現(xiàn)的研究結(jié)果表明，實(shí)體機(jī)器人讓人們更易于進(jìn)入積極的交互狀態(tài)(Kiesler et al.，2008)。相較于遠(yuǎn)程虛擬代理，AI教師的具身化特征能增強(qiáng)人機(jī)交互的逼真性和實(shí)效性，促使學(xué)生更專注于其智能教學(xué)，顯著提升人機(jī)交互效率。研究結(jié)果顯示，學(xué)生話語總比率高于傳統(tǒng)課堂常模(見表六)?？梢?，學(xué)生在AI全科教師主講課程中回答問題主動(dòng)性和投身于學(xué)習(xí)交流的積極性更高。

2. AI全科教師主講課程能有效提升學(xué)生認(rèn)知參與度

AI全科教師的擬人化行為表現(xiàn)能增強(qiáng)課堂活動(dòng)的趣味性和引導(dǎo)性感知，顯著提高學(xué)生的認(rèn)知投入。赫爾姆等(Helme et al.，2002)的研究表明，學(xué)生認(rèn)知投入與課堂活動(dòng)密切相關(guān)。一方面，AI教師的肢體行為能讓學(xué)生及時(shí)捕捉課堂活動(dòng)的趣味性。如在英語課程教學(xué)中，當(dāng)學(xué)生說出“shake hands”短語時(shí)，AI教師會(huì)主動(dòng)和其握手，增強(qiáng)了英語交流活動(dòng)的趣味性，提升了學(xué)生的認(rèn)知參與度。另一方面，AI教師依托靈活的言語行為表現(xiàn)化身為問題的提出者、啟發(fā)者和指導(dǎo)者，開展的生成性互動(dòng)有助于引導(dǎo)學(xué)生激活已有知識(shí)， 提升思考主動(dòng)性和解決學(xué)習(xí)問題的積極性(卜玉華，2007)。正如研究結(jié)果所示，AI全科教師的提問比率均高于常模，且AI全科教師話語——學(xué)生驅(qū)動(dòng)比率均較高(見表六)。

3. AI全科教師主講課程能有效提高情感參與度

AI全科教師的擬人化交互功能有助于提升學(xué)生的歸屬感和自我效能感，顯著提高學(xué)生的情感投入。學(xué)習(xí)者的歸屬感、自我效能感是情感投入的重要源泉(尹睿等，2017)。本研究結(jié)果表明，AI全科教師主講課程教學(xué)的沉寂比率在2%左右，遠(yuǎn)低于常模(見表六)。有學(xué)者指出，人類是社會(huì)性動(dòng)物，學(xué)習(xí)很大程度上依賴于與他人的社會(huì)接觸(安東尼·威廉·貝茨等，2016)，深刻地寄托于與他人的情感交互(Tettegah et al.，2015)。AI全科教師擬人化的社交功能支持其生成注視、提問、指令等交互信號(hào)，滿足學(xué)生積極與他人建立并保持社會(huì)聯(lián)系的需要(Crowell et al.，2109)。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生歸屬感所激發(fā)的社交性動(dòng)機(jī)將會(huì)驅(qū)使學(xué)生更樂于參與學(xué)習(xí)。此外，AI全科教師善于運(yùn)用多媒體手段將抽象的教學(xué)內(nèi)容形象化和藝術(shù)化，符合學(xué)生的認(rèn)知與情感發(fā)展特征。其擬人化的交互功能為學(xué)生熟練地掌握相關(guān)知識(shí)和技能提供極大的便利，進(jìn)而提升學(xué)生的自我效能感，有助于增強(qiáng)學(xué)生參與課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)的信心。

(三)AI全科教師主講課程提升學(xué)習(xí)成效

學(xué)習(xí)成效評(píng)估強(qiáng)調(diào)全面性和可持續(xù)性(陳佑清，2012)。本研究從知識(shí)與技能、過程與方法和情感態(tài)度與價(jià)值觀三個(gè)維度對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)深入分析的結(jié)果表明，AI全科教師主講課程能有效提升學(xué)生學(xué)習(xí)成效。

1. AI全科教師主講課程豐富知識(shí)與技能

AI全科教師主講課程的“有用性”能有效強(qiáng)化學(xué)生效益性動(dòng)機(jī)，促進(jìn)學(xué)生達(dá)到知識(shí)應(yīng)用與技能操作水平，實(shí)現(xiàn)技能遷移。根據(jù)學(xué)生對(duì)AI全科教師主講課程的有用性感知情況(見表七)，高達(dá)4.5949的均分表明學(xué)生認(rèn)同AI全科教師的教學(xué)有效性。這強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)AI全科教師的擬人歸因，從而提升AI全科教師促進(jìn)學(xué)生知識(shí)技能學(xué)習(xí)的實(shí)際效用(Epley et al.，2007)。具體來說，學(xué)生認(rèn)為AI全科教師“能教會(huì)很多知識(shí)(得分最高)”“對(duì)促進(jìn)學(xué)習(xí)很有用”“能夠解決學(xué)習(xí)問題”和“讓人更快地完成學(xué)習(xí)任務(wù)”?？梢?，當(dāng)前AI全科教師主講課程教學(xué)幫助學(xué)生達(dá)到關(guān)于特定科目知識(shí)的“了解-理解-應(yīng)用”水平。而技能作為憑借知識(shí)完成實(shí)際任務(wù)的行為表現(xiàn)，亦從“模仿水平(根據(jù)指令解決學(xué)習(xí)問題”向“獨(dú)立操作水平(獨(dú)立操作完成學(xué)習(xí)任務(wù))”發(fā)展(梁靖云等，2014)。學(xué)生在AI全科教師“淵博的知識(shí)儲(chǔ)備”和“及時(shí)的智能反饋”的幫助下，制定更高更廣泛的學(xué)習(xí)目標(biāo)，從而有望提升知識(shí)與技能層面的學(xué)習(xí)成效——以知識(shí)為核心的技能遷移。

2. AI全科教師主講課程強(qiáng)調(diào)過程與方法

授人以魚不如授人以漁，AI全科教師主講課程的學(xué)習(xí)成效考察應(yīng)深入過程與方法層面，通過激發(fā)學(xué)生社交性動(dòng)機(jī)以優(yōu)化教學(xué)交互過程，幫助學(xué)生發(fā)展學(xué)習(xí)能力與形成學(xué)習(xí)方法(梁靖云等，2014)。滿意度調(diào)查顯示，學(xué)生感知適應(yīng)性、感知易用性、感知社交能力和社會(huì)參與維度的均分在4.1500-4.6000之間(見表七)，處于較高水平。這表明，操作簡易且適應(yīng)性強(qiáng)的AI全科教師主講課程為學(xué)生交互創(chuàng)造了積極的社會(huì)聯(lián)系來源，這與社交性動(dòng)機(jī)所強(qiáng)調(diào)的人類對(duì)社會(huì)關(guān)系(尤其情感關(guān)系)的渴望這一事實(shí)契合(Epley et al.，2007)，由此激發(fā)學(xué)生的交互需求，形成良好的教學(xué)互動(dòng)過程。已有研究表明，學(xué)習(xí)者的反應(yīng)方式(學(xué)習(xí)方式)具有典型性(Biggs，1987)。因此，隨著新技術(shù)、新角色的融入，教學(xué)情境的變化，促使學(xué)生適應(yīng)智能學(xué)習(xí)環(huán)境而養(yǎng)成典型學(xué)習(xí)方式——形成貫穿“課前-課中-課后”的系統(tǒng)多樣的學(xué)習(xí)方法，有效發(fā)展其自主學(xué)習(xí)能力和合作學(xué)習(xí)能力(見圖5)，提升學(xué)習(xí)成效。

3. AI全科教師主講課程培養(yǎng)情感態(tài)度與價(jià)值觀

具有擬人特征的AI全科教師以主講者角色融入課程教學(xué)，革新傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，培養(yǎng)了學(xué)生積極樂學(xué)的情感態(tài)度和人機(jī)共生的和諧價(jià)值觀?！邦惾送庥^”和“類師內(nèi)涵”奠定了AI全科教師的在課堂教學(xué)中擔(dān)任主講者的基礎(chǔ)。這是對(duì)以往人工智能教學(xué)輔助角色的超越，推動(dòng)了課堂教學(xué)要素結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變革，激活了課堂“多元互動(dòng)”，為增強(qiáng)課堂活力注入新鮮力量(黃甫全等，2020)。在AI全科教師主講課程的滿意度調(diào)查中，“感知樂趣”維度均分最高，“態(tài)度”“焦慮”和“信任”維度均分分別為4.6139、4.4557和4.3797(“焦慮”維度為反向題，即得分越高說明被試越不焦慮)。這表明，學(xué)生對(duì)AI全科教師這一擬人代理具有較強(qiáng)的親近感和信任感，抱有較濃厚的學(xué)習(xí)樂趣和積極的學(xué)習(xí)態(tài)度。這與已有研究結(jié)論吻合，但其內(nèi)在影響機(jī)理仍有待探究。此外，AI全科教師主講課程的創(chuàng)生高度踐行了達(dá)文波特所提出的“人機(jī)共生”五大策略，即“超越-避讓-參與-專精-開創(chuàng)”(托馬斯·達(dá)文波特等，2018)，有利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新興技術(shù)的開放態(tài)度和萬物共生的和諧價(jià)值觀，積極迎接人工智能時(shí)代的到來。

本研究采用課堂觀察、問卷調(diào)查和訪談?wù){(diào)查的融通研究方法群，從擬人論視角探究AI全科教師主講課程對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成效的影響。研究結(jié)果表明，AI全科教師藉由擬人化設(shè)計(jì)能有效增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、增加學(xué)習(xí)投入和提升學(xué)習(xí)成效。這樣，“AI是否能夠承擔(dān)教師角色”這個(gè)長久以來備受各界關(guān)注與討論的問題，在本研究中得以澄清。這些研究結(jié)果與發(fā)現(xiàn)，肯定了AI全科教師提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的重要價(jià)值，對(duì)創(chuàng)新教學(xué)方式、優(yōu)化課堂結(jié)構(gòu)和推動(dòng)教學(xué)減負(fù)有顯著的時(shí)代價(jià)值。

然而，由于當(dāng)前技術(shù)發(fā)展、資源供給和經(jīng)驗(yàn)積累等因素的限制，本次研究也存在局限。研究工具上，所用AI全科教師的教學(xué)能力開發(fā)空間，仍有待深入挖掘，以促進(jìn)更自如流暢的互動(dòng)。參與研究的AI教師音色機(jī)械、語調(diào)平淡，因此在語言類學(xué)科(如語文)無法像真人教師“聲情并茂”地實(shí)施共情教學(xué)。近期發(fā)展勢(shì)頭良好的“智能有聲讀物”技術(shù)，給后續(xù)優(yōu)化AI教師的教學(xué)語言提供了重要啟示(劉一鳴等，2019)。未來研究中，我們需聚焦機(jī)器人大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，強(qiáng)化AI教師及時(shí)捕獲學(xué)習(xí)對(duì)象屬性(年齡、喜好等)和教學(xué)內(nèi)容屬性(朗讀情感、韻律節(jié)奏等)的功能應(yīng)用?；?，AI教師能夠充分提取、分析和模仿學(xué)習(xí)樣本特征，在教學(xué)過程中生成深受學(xué)習(xí)者喜愛、內(nèi)容適配度高的教學(xué)語言。另一方面，本實(shí)驗(yàn)中師生雙向情感受交互方式的限制，造成了學(xué)生的總體發(fā)言比率較高，而主動(dòng)發(fā)言占比較低的現(xiàn)象。如果人-機(jī)情感交互不足，學(xué)生可能會(huì)因興趣降低而逐漸減少與機(jī)器人的交互(Kanda et al.，2004)。這種隱患可以通過建構(gòu)情感機(jī)器人教師集成環(huán)境(簡稱ARTIE)解決(Imbernón Cuadrado et al.，2016)。情感機(jī)器人教師集成環(huán)境設(shè)計(jì)了能夠識(shí)別學(xué)生情緒狀態(tài)的組件架構(gòu)模式，針對(duì)不同學(xué)生，機(jī)器人會(huì)采用不同的情感互動(dòng)策略。微型課程開發(fā)上，課例設(shè)計(jì)尚未較好地平衡“AI教師-學(xué)生-真人教師”三者間的教學(xué)關(guān)系，使得AI教師總體上呈現(xiàn)出以直接影響為主的課堂控制風(fēng)格，這可能源于本研究中機(jī)器人腳本的既定性和課堂教學(xué)的生成性之間的矛盾。因此， AI全科教師主講課堂應(yīng)放棄以講授為主的教學(xué)方式，改為以鼓勵(lì)、引導(dǎo)、接納和提問為主的教學(xué)行為(明慶華等，2020)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)開展發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)、問題解決式學(xué)習(xí)、項(xiàng)目學(xué)習(xí)和基于競(jìng)爭(zhēng)的學(xué)習(xí)等(Altin et al.，2013)，從而在根本上突破傳統(tǒng)的師生二元對(duì)立格局，形成以AI教師為媒介的學(xué)習(xí)共同體，切實(shí)提高教師教學(xué)行為的間接影響性。此外，AI教師在不同學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用和優(yōu)勢(shì)亦有差異，例如，AI教師在英、語、數(shù)三科中的間接教學(xué)影響依次降低，這與不同學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)和知識(shí)傳授途徑相關(guān)。研究方法上，工具開發(fā)比較薄弱，參與者樣本數(shù)量較小，數(shù)據(jù)收集不夠全面，分析依據(jù)的適切性有待提高，期望后續(xù)研究加以彌補(bǔ)和解決。

本研究對(duì)未來的智能化課程與教學(xué)研究與實(shí)踐具有重要啟發(fā)意義。在研究層面，未來可開發(fā)AI全科教師課堂卓越的教學(xué)能力，提升教學(xué)設(shè)計(jì)水平，擴(kuò)展更深更廣的數(shù)據(jù)收集與分析方法。在實(shí)踐層面，未來需大力推進(jìn)AI教師進(jìn)課堂、真人教師智能化教學(xué)專業(yè)發(fā)展及智能化教師教育培養(yǎng)模式創(chuàng)新等工作。打開視野，關(guān)照新興的超學(xué)科哲學(xué)(Uher，2015a，2015b，2015c)、深度學(xué)習(xí)理論(曾文婕等，2020)和學(xué)習(xí)為本評(píng)估方式(Zeng et al.，2018)等，本試驗(yàn)研究彰顯了“AI全科教師主講課堂學(xué)習(xí)體系建構(gòu)”關(guān)鍵科學(xué)問題，包含AI全科教師主講課堂學(xué)習(xí)體系超學(xué)科研究范式的理解與建構(gòu)、AI教師主講課堂學(xué)習(xí)體系超學(xué)科文化理論的理解與建構(gòu)、AI全科教師主講課堂深度學(xué)習(xí)體系學(xué)本評(píng)估方式的理解與開發(fā)和AI全科教師主講課堂深度學(xué)習(xí)體系整體開發(fā)策略的建構(gòu)與驗(yàn)證等系列重要科學(xué)問題。研究解決這些關(guān)鍵和重要科學(xué)問題，更好地提升智能化教學(xué)成效，需要更多教育工作者與機(jī)構(gòu)的參與、政府政策支持、多領(lǐng)域人才協(xié)作等，進(jìn)行協(xié)同探索！