面向深度學(xué)習(xí)的個(gè)性化數(shù)字學(xué)習(xí)*

自十八屆五中全會提出“五大發(fā)展理念”以來，創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)已經(jīng)成為學(xué)校教育改革中重點(diǎn)關(guān)注的問題。韋特海默在有關(guān)創(chuàng)造性思維的理論中，曾提出創(chuàng)造性思維“不是零敲碎打的而是和整體特征密切相關(guān)的，它們隨著整體特征而運(yùn)轉(zhuǎn)，由情境結(jié)構(gòu)上的實(shí)際需要所決定?！币囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造性思維，首先必須改革創(chuàng)新人才的整體培養(yǎng)環(huán)境，這需要教師、學(xué)校和社會等多方面的協(xié)作配合。在學(xué)校的教育改革中，核心的是探索和實(shí)施以培養(yǎng)學(xué)生批判性思考和解決復(fù)雜問題的能力，實(shí)現(xiàn)從淺層學(xué)習(xí)到深度學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)的新型教學(xué)模式。在實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的過程中，必須改變傳統(tǒng)的以教師為中心的課堂教學(xué)模式，而應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有的人工智能技術(shù)，強(qiáng)化學(xué)生的個(gè)性化能力構(gòu)建，把局限于特定時(shí)間地點(diǎn)的線下學(xué)習(xí)擴(kuò)展到無論何時(shí)無論何處的線上數(shù)字化學(xué)習(xí)。

一、深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)的研究源于高等教育領(lǐng)域?qū)W(xué)生學(xué)習(xí)過程與結(jié)果的關(guān)注。瑞典學(xué)者馬頓和薩喬在研究大學(xué)生進(jìn)行大量散文閱讀任務(wù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)不同的學(xué)生使用不同學(xué)習(xí)策略，得到了差異化的學(xué)習(xí)結(jié)果。有的學(xué)生使用機(jī)械的死記硬背的學(xué)習(xí)方式，只能對問題給出表層的回答；但有的學(xué)生更關(guān)心學(xué)習(xí)的主題和主要觀點(diǎn)，則達(dá)到了對文章的深層理解。因此，深度學(xué)習(xí)相對淺層學(xué)習(xí)而言，更關(guān)注學(xué)生有意義的學(xué)習(xí)，即學(xué)生“學(xué)會了什么”，而非“學(xué)了多少”。

近年來，深度學(xué)習(xí)的研究逐漸從學(xué)習(xí)過程的內(nèi)部解釋延伸到學(xué)習(xí)內(nèi)部與外部過程的整合。美國基礎(chǔ)教育深度學(xué)習(xí)研究項(xiàng)目提出了學(xué)生深度學(xué)習(xí)的能力框架，其核心思想是讓學(xué)生沉浸在具有挑戰(zhàn)性的課程中，要求他們尋求并獲取新知識，應(yīng)用他們所學(xué)到的知識，并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)造新知識。該學(xué)習(xí)框架要求學(xué)生掌握六項(xiàng)不同層次的能力，從低到高分別為：（1）掌握核心學(xué)術(shù)內(nèi)容，（2）批判性思考并解決復(fù)雜問題，（3）協(xié)同工作，（4）有效溝通，（5）學(xué)習(xí)如何學(xué)習(xí)，（6）培養(yǎng)學(xué)術(shù)思維。深度學(xué)習(xí)框架的提出促使教師更關(guān)注于評價(jià)學(xué)生的核心能力，尤其是能否應(yīng)用知識解決問題，能否使用現(xiàn)代化媒體進(jìn)行溝通，是否具有與他人合作的能力，以及自我指導(dǎo)和反饋的能力。

深度學(xué)習(xí)的研究本質(zhì)上反映了社會與教育變革的訴求。但是，有限的課堂時(shí)間和教學(xué)資源使得教育者無法考慮到每一位學(xué)生的個(gè)體差異性，給予每個(gè)學(xué)生充分的機(jī)會參與到深度學(xué)習(xí)的教育過程中，從而影響到最終的教學(xué)效果。因此，學(xué)校教育必須致力于教學(xué)和學(xué)習(xí)性質(zhì)的巨大轉(zhuǎn)變，通過融合新的技術(shù)方法，為學(xué)生定制個(gè)性化的教育體驗(yàn)，推動(dòng)和促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的開展。

二、個(gè)性化數(shù)字學(xué)習(xí)

近年來，通過個(gè)性化學(xué)習(xí)來推動(dòng)深度學(xué)習(xí)的發(fā)展，已經(jīng)成為當(dāng)前教育領(lǐng)域共同關(guān)注的研究焦點(diǎn)。與傳統(tǒng)的教育模式相比，個(gè)性化學(xué)習(xí)不再僅僅關(guān)注于學(xué)習(xí)群體的整體水平和學(xué)習(xí)路徑，而是更加尊重學(xué)習(xí)者的個(gè)體差異，按照學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)目標(biāo)、興趣愛好和個(gè)人能力等，規(guī)劃符合學(xué)習(xí)者特征的學(xué)習(xí)路徑，從而促進(jìn)個(gè)體的個(gè)性發(fā)展。隨著教育信息化的不斷深入，教育部發(fā)布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）年》指出，要為每一名學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化學(xué)習(xí)的信息化環(huán)境和服務(wù)。人工智能技術(shù)近幾年的快速發(fā)展和落地應(yīng)用，在融合教育大數(shù)據(jù)平臺的基礎(chǔ)上，為解決深度學(xué)習(xí)在個(gè)性化培養(yǎng)方面的難題提供了可能，從而為學(xué)習(xí)者提供具有針對性的學(xué)習(xí)服務(wù)。

（一）個(gè)性化的知識圖譜和學(xué)習(xí)路徑

針對深度學(xué)習(xí)的第一層次能力，即掌握核心知識點(diǎn)，個(gè)性化數(shù)字學(xué)習(xí)的目標(biāo)是為每個(gè)學(xué)生構(gòu)建個(gè)性化的知識圖譜，進(jìn)而設(shè)計(jì)個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑。構(gòu)建個(gè)性化知識圖譜的含義是指把每個(gè)學(xué)生個(gè)體對本科目核心知識點(diǎn)以及各個(gè)知識點(diǎn)間相互關(guān)系的掌握程度，通過在線測試、實(shí)時(shí)反饋的方式，自動(dòng)地進(jìn)行匯總、打分以及可視化，用于教師觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)生的自我反思。

現(xiàn)有的人工智能技術(shù)已經(jīng)可以支持個(gè)性化知識圖譜和個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑的構(gòu)建與可視化。我們可以使用機(jī)器學(xué)習(xí)中的多標(biāo)簽學(xué)習(xí)和半監(jiān)督學(xué)習(xí)技術(shù)，先由人工標(biāo)注少量的試題，再由半監(jiān)督的多標(biāo)簽學(xué)習(xí)算法來學(xué)習(xí)自動(dòng)標(biāo)注其余的大量無標(biāo)注試題，用于試卷的自動(dòng)生成。近年來，人工智能教育領(lǐng)域還在研究個(gè)性化的試題自動(dòng)生成，即基于學(xué)科／科目中中知識庫的基本規(guī)則，結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)背景和興趣愛好，利用各種情景模板和素材，自動(dòng)生成各類試題。這種基于知識規(guī)則生成的試題，能夠遍歷各種知識組合與應(yīng)用情境，有助于更好地判斷學(xué)生對核心知識的掌握程度。

（二）個(gè)性化的批判性思考和問題解決能力

針對深度學(xué)習(xí)的第二層次能力，即批判性思考和復(fù)雜問題的解決能力，個(gè)性化數(shù)字學(xué)習(xí)旨在協(xié)助教師訓(xùn)練和評估學(xué)生的思辨能力，面對問題時(shí)的實(shí)時(shí)分析能力、策略形成能力和高級認(rèn)知能力等，記錄其各項(xiàng)能力的發(fā)展情況，并通過綜合性項(xiàng)目訓(xùn)練來提升學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。個(gè)性化數(shù)字學(xué)習(xí)平臺在構(gòu)建學(xué)生的個(gè)性化知識圖譜過程中，采用問答題等開放性問題來評估學(xué)生的批判性思考能力，并通過建立開放式的仿真環(huán)境——即將知識點(diǎn)嵌入到真實(shí)的情景問題中的開放式仿真系統(tǒng)，來鍛煉學(xué)生的問題解決能力。通過可視化個(gè)體能力與平均能力水平的差異，每個(gè)學(xué)生可以在保護(hù)自己隱私的前提下，了解自己的學(xué)習(xí)相對排名，從而及時(shí)調(diào)整自己的學(xué)習(xí)方法。另一方面，教師可以從需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力的評測中解放出來，更關(guān)注于學(xué)生的能力發(fā)展進(jìn)程，針對性地調(diào)整課堂的教學(xué)策略。

現(xiàn)有的人工智能技術(shù)為主觀題和仿真項(xiàng)目的自動(dòng)批閱和實(shí)時(shí)反饋提供了必要的技術(shù)支持。主觀題的自動(dòng)批閱涉及自然語言處理，可通過人工智能領(lǐng)域的深度學(xué)習(xí)技術(shù)自動(dòng)提取特征，然后將提取出的回答相關(guān)的高級特征，嵌入到教師提供的參考答案網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行量化分析。仿真項(xiàng)目的自動(dòng)評閱可通過記錄學(xué)生在解決問題過程中留下的行為蹤跡，例如實(shí)時(shí)反應(yīng)速度，遇到困難后的修改路徑，策略調(diào)整的時(shí)間和結(jié)果等，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)中的時(shí)序分析、模式聚類和分類等技術(shù)，計(jì)算出學(xué)生的策略形成能力、計(jì)劃執(zhí)行能力、實(shí)踐操作能力和知識遷移能力等復(fù)雜問題的解決能力，從而對學(xué)生的綜合問題解決能力做出評價(jià)，生成個(gè)性化的數(shù)字學(xué)習(xí)報(bào)告。

（三）個(gè)性化的協(xié)同工作和有效溝通

針對深度學(xué)習(xí)的協(xié)同工作和有效溝通的能力，個(gè)性化數(shù)字學(xué)習(xí)旨在提供給學(xué)習(xí)者一個(gè)合作學(xué)習(xí)的平臺。在學(xué)生逐步點(diǎn)亮自己的個(gè)性化知識圖譜過程中，只要掌握相關(guān)的知識點(diǎn)，就需要與他人協(xié)作完成一個(gè)綜合性的項(xiàng)目。項(xiàng)目的合作對象可以通過平臺推薦的方式來匹配，篩選范圍是同樣已掌握所需知識點(diǎn)的具有相近能力的學(xué)生。整個(gè)項(xiàng)目的協(xié)作可以完全以線上的形式來完成，例如小組的討論以遠(yuǎn)程視頻的方式展開，每個(gè)小組成員完成的工作由各自獨(dú)立上傳，組員之間的互動(dòng)以小組討論的方式完成，最后項(xiàng)目的整合由組長協(xié)調(diào)完成。這種合作方式的優(yōu)點(diǎn)在于可以把整個(gè)項(xiàng)目的完成歷程包括溝通過程全程記錄下來，以便后續(xù)人工智能的自動(dòng)評估。為了避免一些主觀因素的影響，在評價(jià)學(xué)生個(gè)體協(xié)同工作能力時(shí)，可采用人工智能技術(shù)，對小組提交的項(xiàng)目和在線記錄下來的文字、語音和視頻等溝通過程進(jìn)行深度特征提取，然后進(jìn)行分類和回歸分析，給出對每個(gè)學(xué)生的個(gè)性化評分。

在基于合作型項(xiàng)目的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的有效溝通能力不僅體現(xiàn)在與其他組員之間的相互協(xié)商和交流上，而且還體現(xiàn)在對自己所完成項(xiàng)目部分的表達(dá)和呈現(xiàn)上。因此，個(gè)性化數(shù)字學(xué)習(xí)不同于傳統(tǒng)的小組項(xiàng)目只要求一到兩個(gè)學(xué)生代表完成對項(xiàng)目的匯報(bào)，而是要求每個(gè)參與的學(xué)生都要準(zhǔn)備幻燈片，獨(dú)立表達(dá)自己對整個(gè)項(xiàng)目從設(shè)計(jì)到完成的想法，并對自己所完成的部分進(jìn)行尤為詳細(xì)的闡述。這在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中由于時(shí)間因素的限制，幾乎是不可能完成的，但是在數(shù)字化平臺上，學(xué)生可以通過移動(dòng)設(shè)備上傳錄制的幻燈片和視頻，從而打破了時(shí)間和地點(diǎn)的限制，而教師也可以依賴于人工智能技術(shù)，通過對幻燈片的文字信息進(jìn)行語義分析，對視頻中的語音進(jìn)行流暢度分析，以及對視頻中的面部表情進(jìn)行情緒分析等，自動(dòng)獲取學(xué)生在表達(dá)能力方面的高級特征和綜合評分，來觀察學(xué)生能力的分布情況，從而節(jié)省了大量的時(shí)間和精力。

面向深度學(xué)習(xí)的個(gè)性化數(shù)字學(xué)習(xí)，在人工智能技術(shù)的支持下，重新定義了教育者的角色：即幫助學(xué)生成長，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)、創(chuàng)造能力、協(xié)作能力、知識的情境化及社會化運(yùn)用能力，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)他們的人生價(jià)值。隨著人工智能的快速發(fā)展，如何相應(yīng)地改革傳統(tǒng)的教育制度，更新教師的知識結(jié)構(gòu)，改變教師的教學(xué)習(xí)慣和教育觀念，仍需要經(jīng)歷艱辛的探索。