智能導(dǎo)學(xué)中學(xué)生個性化自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)與情緒研究

韓建華

（天津市教育科學(xué)研究院 天津 300191）

教育注重學(xué)生認(rèn)知發(fā)展和問題解決，為了解決實際問題，探索未知世界，教育者和教學(xué)設(shè)備實現(xiàn)教學(xué)生知識與學(xué)習(xí)方法。目前，各種網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺、MOOC、人工智能，讓學(xué)生隨時隨地學(xué)習(xí)，碎片化時間得到充分利用，既可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，又可以促進成績進步。特別地，智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)（Intelligent Tutoring System, ITS）是為學(xué)生提供復(fù)雜問題以及用于解決復(fù)雜問題的工具，旨在促進批判性思維和問題解決技能[1]。ITS 是根據(jù)學(xué)生知識水平，模擬教師選擇合適的教學(xué)策略，幫助學(xué)生獲得新知識或?qū)W習(xí)問題解決步驟[2]。ITS 是為學(xué)生提供個性化學(xué)習(xí)指導(dǎo)的智能計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)，結(jié)合學(xué)生知識習(xí)得過程的需求和特征，為學(xué)生提供智能的指導(dǎo)和反饋[3]。ITS 逐漸應(yīng)用于教育教學(xué)過程，國際典型的ITS 包括MetaTutor，Protus 2.0，Betty's Brain，SimStudent，Andes，Wayang Outpost，Crystal Island，JavaTutor，AutoTutor，ASSISTments等，既用于基本學(xué)科知識學(xué)習(xí)，又可以學(xué)習(xí)解題方法，為培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科思維奠定基礎(chǔ)。由于學(xué)生學(xué)習(xí)需求和心理特征等差異，每個ITS包含不同支架，幫助學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)，實現(xiàn)個性化自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)。本研究旨在構(gòu)建智能導(dǎo)學(xué)中學(xué)生個性化自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)成分模型和發(fā)生機理，兼顧調(diào)查學(xué)生學(xué)習(xí)過程隱含的學(xué)習(xí)情緒，為個性化學(xué)習(xí)研究提供參考。

1 智能導(dǎo)學(xué)中學(xué)生個性化自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)

基于ITS 個性化自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)是學(xué)生選擇ITS 中的學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)路徑，系統(tǒng)自動地追蹤學(xué)生學(xué)習(xí)軌跡，為學(xué)生提供自適應(yīng)的反饋，涉及認(rèn)知過程、元認(rèn)知過程、問題解決過程等[4]。

1.1 智能導(dǎo)學(xué)中學(xué)生個性化自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)成分模型

經(jīng)運行ITS，采用文獻綜述法，分析得出ITS環(huán)境學(xué)生自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)包括認(rèn)知、行為、情緒和動機等要素，本研究考慮前三個成分，構(gòu)建智能導(dǎo)學(xué)中學(xué)生個性化自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)成分模型，如圖1 所示。

圖1 智能導(dǎo)學(xué)中學(xué)生個性化自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)成分模型

從圖1 可知，模型包括認(rèn)知個性化、情緒個性化和行為個性化。情緒能促進或妨礙學(xué)生記憶、推理、解決問題等，如悲傷等消極情緒使學(xué)習(xí)效率降低；由于學(xué)生動態(tài)的感知、記憶、思維等過程，學(xué)生情緒或行為也可能隨之改變；學(xué)習(xí)行為能調(diào)控學(xué)生認(rèn)知和情緒。該模型表示學(xué)生認(rèn)知影響學(xué)生的行為和情緒，而學(xué)生的行為和情緒也會影響認(rèn)知，三者無固定次序。

認(rèn)知個性化包括認(rèn)知認(rèn)識、認(rèn)知反思、認(rèn)知調(diào)節(jié)?；贗TS的認(rèn)知指學(xué)生識記、領(lǐng)會、運用、分析、綜合、評價等，由于知識背景、學(xué)習(xí)風(fēng)格、認(rèn)知負(fù)載等因素，學(xué)生學(xué)習(xí)過程表現(xiàn)不同的參與、專注或疲勞。所以，ITS 可以刺激學(xué)生認(rèn)識自己的認(rèn)知，進而使學(xué)生反思和調(diào)整自己的認(rèn)知。ITS提供解題思路或提示的多媒體方式，既包括視頻、動畫和聲音，又包括示例、公式和超鏈接等輔助材料。學(xué)生根據(jù)自己的興趣選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，系統(tǒng)提供個性化學(xué)習(xí)儀表盤，詳細(xì)記錄學(xué)生認(rèn)知和學(xué)習(xí)表現(xiàn)，幫助學(xué)生了解自己的認(rèn)知。學(xué)生知識理解存在差異時，系統(tǒng)及時反饋學(xué)生，如紅色表示錯誤，綠色表示正確，這樣有助于學(xué)生調(diào)節(jié)認(rèn)知。系統(tǒng)提示和示例助力學(xué)生構(gòu)建正確知識，學(xué)習(xí)正確解題思路。

情緒個性化包括情緒感知、情緒反思、情緒調(diào)節(jié)?；趯W(xué)習(xí)內(nèi)容豐富度和學(xué)習(xí)效果，學(xué)生表現(xiàn)困惑、煩躁、沮喪、參與/心流、好奇、焦慮、高興、驚訝等。ITS 采用自我報告和情緒監(jiān)測方法可以捕捉學(xué)生情緒，進而讓學(xué)生認(rèn)識和調(diào)節(jié)自己的情緒。智能代理是與學(xué)生共同學(xué)習(xí)的虛擬學(xué)伴，具有能與學(xué)生互動的聲音、表情和肢體動作。當(dāng)學(xué)生做題時，智能代理表現(xiàn)一副認(rèn)真表情；當(dāng)學(xué)生答對時，智能代理有聲音、表情、眼神變化，如“很棒”等鼓勵學(xué)生；當(dāng)學(xué)生做錯時，智能代理表現(xiàn)出消極情緒。這些情緒支架有助于消除學(xué)生孤獨感，產(chǎn)生積極的愉悅感，增加學(xué)習(xí)自信心。此外，系統(tǒng)及時讓學(xué)生報告自己的情緒，通過對話引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識自己的情緒，此過程有助于提升學(xué)生情緒調(diào)節(jié)和控制能力。

行為個性化包括行為意識、行為反思、行為調(diào)節(jié)。學(xué)習(xí)行為是學(xué)生與系統(tǒng)交互過程的一系列動作，這些動作受自身的情感意識、學(xué)習(xí)內(nèi)容復(fù)雜性、學(xué)習(xí)資源豐富性、學(xué)習(xí)表現(xiàn)評估、動畫代理介入等影響。認(rèn)知和情緒支配學(xué)生學(xué)習(xí)行為，由于認(rèn)知和情緒個性化，學(xué)生行為也表現(xiàn)相應(yīng)的個性化。由于ITS 進度界面包括“繼續(xù)學(xué)習(xí)”“復(fù)習(xí)知識”“挑戰(zhàn)新知識”等，使學(xué)生可以自由選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容。在利用ITS 解題過程中，學(xué)生可以根據(jù)需要隨意選用相關(guān)的超鏈接、音頻、動畫和公式等。

1.2 智能導(dǎo)學(xué)中學(xué)生個性化自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)發(fā)生機理

經(jīng)分析ITS 特點，結(jié)合智能導(dǎo)學(xué)中學(xué)生個性化自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)成分，構(gòu)建學(xué)生個性化自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)發(fā)生機理，如圖2 所示。

圖2 智能導(dǎo)學(xué)中學(xué)生個性化自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)發(fā)生機理

從圖2 可知，一方面，ITS 可以促進學(xué)生思考，進而提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果。另一方面，學(xué)生學(xué)習(xí)表現(xiàn)可以反饋給ITS，使ITS 的資源可以持續(xù)地更新或者改進，進而再次促進學(xué)生思考，最終提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果。ITS 包含智能界面、自適應(yīng)幫助、智能代理以及豐富的學(xué)習(xí)內(nèi)容。智能界面提供滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需求的聲音、動畫、視頻、超鏈接等。自適應(yīng)幫助是ITS 針對學(xué)生學(xué)習(xí)需要和特點而自動提供個性化的推薦和提示。智能代理是指導(dǎo)和激勵學(xué)生的虛擬教師代理、學(xué)生代理、學(xué)習(xí)伙伴等。學(xué)習(xí)內(nèi)容由系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生認(rèn)知水平而自適應(yīng)地精準(zhǔn)推薦給學(xué)生。ITS 促進學(xué)生認(rèn)知、元認(rèn)知、問題解決和情緒調(diào)節(jié)，持續(xù)利用ITS 學(xué)習(xí)能增強學(xué)生的認(rèn)知能力、元認(rèn)知能力、問題解決能力和情緒智能。情緒影響學(xué)生的認(rèn)知和行為，元認(rèn)知也可以調(diào)節(jié)學(xué)生的情緒和行為。學(xué)生利用ITS 學(xué)習(xí)，實現(xiàn)認(rèn)知個性化、情緒個性化和行為個性化，ITS 提供學(xué)生自適應(yīng)幫助和智能化界面等，提升學(xué)生認(rèn)知能力、元認(rèn)知能力、問題解決能力和情緒調(diào)節(jié)能力。

認(rèn)知是人感知、記憶、想象、思維等認(rèn)識事物的過程[5]。認(rèn)知能力是人腦對信息進行加工、儲存和提取的能力，是人理解事物的構(gòu)成、性能和事物之間的關(guān)系、發(fā)展動力、發(fā)展方向和把握基本規(guī)律的能力[6]。如利用ITS 的學(xué)習(xí)資源和超鏈接等可以幫助學(xué)生思考如何構(gòu)建正確的實體概念的因果關(guān)系，實現(xiàn)學(xué)生在ITS界面上繪制個性化的因果圖。其中，智能界面幫助學(xué)生記憶和注意認(rèn)知過程，自適應(yīng)功能可以刺激學(xué)生有效調(diào)節(jié)思維過程，智能代理幫助學(xué)生存儲和提取正確信息。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)過程遇到問題、僵路和迷思時，可以咨詢智能代理，如教師代理可以指導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)正確知識，ITS提示和建議作為學(xué)生學(xué)習(xí)支架，幫助學(xué)生調(diào)節(jié)自己的認(rèn)知，進而提升學(xué)生的認(rèn)知能力。

元認(rèn)知是個體對認(rèn)識過程本身的一種認(rèn)識，是個體在認(rèn)知加工過程中觀察和反思自我意識、自我評價和自我調(diào)整的過程[7]。元認(rèn)知能力是對自己認(rèn)識過程的認(rèn)識和意識的能力。ITS 持續(xù)監(jiān)督學(xué)生學(xué)習(xí)進度，智能代理為學(xué)生提供建設(shè)性的建議，輔助學(xué)生調(diào)控自己的認(rèn)知和元認(rèn)知。利用智能代理檢驗學(xué)生因果圖準(zhǔn)確性，幫助學(xué)生認(rèn)識自己的思維過程。通過與智能代理對話的過程中，可以完成解釋概念、驗證因果關(guān)系、評估問題測試等，既激發(fā)學(xué)生反思自己的認(rèn)知，又提升學(xué)生元認(rèn)知知識和體驗。

問題解決是高級認(rèn)知過程，可以在內(nèi)部知識表征基礎(chǔ)上與其他認(rèn)知過程相互作用[8]。一般地，簡單規(guī)則組成復(fù)雜規(guī)律，由于不同內(nèi)容的復(fù)雜問題具有特殊性，因而問題解決對人思維能力的要求也更高[9]。問題解決能力屬于學(xué)生高階思維能力，是學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，是學(xué)生在運用這些能力的基礎(chǔ)上，提高解題水平的能力。學(xué)生利用ITS 的資料和支架等認(rèn)識科學(xué)知識，找出實體間的因果關(guān)系，通過運用智能代理的提示、反饋、監(jiān)督和系統(tǒng)的自適應(yīng)幫助等，構(gòu)建精確的因果圖，使學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題等方面的能力得到提升。

情緒以個體需求為中介，是人腦對客觀事物與主體需求之間關(guān)系的反應(yīng)。情緒也是人在認(rèn)識和意識過程中對事物體驗的心理活動，情緒的產(chǎn)生、類型和強度受認(rèn)知影響。情緒智能是學(xué)生對情緒的感知能力、反思能力和調(diào)節(jié)能力。當(dāng)學(xué)生訪問ITS 的時間和學(xué)習(xí)路徑等條件滿足時，ITS 可以自動彈出即時對話框，讓學(xué)生報告自己的情緒和分析學(xué)習(xí)情緒產(chǎn)生的原因。學(xué)生與智能代理會話過程有情緒調(diào)節(jié)的潛在功能，對學(xué)生學(xué)習(xí)有鼓勵作用。

2 智能導(dǎo)學(xué)中學(xué)生個性化自我調(diào)節(jié)情緒

在這項研究中，采用情緒價值量表（Emotions-Value Questionnaire）[10-11]，根據(jù)學(xué)生應(yīng)用ITS（Betty's Brain）學(xué)習(xí)的情況，對其進行改編，然后進行個性化自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)情緒調(diào)查統(tǒng)計分析。

2.1 數(shù)據(jù)收集

針對5―8 年級中小學(xué)生，考察某地區(qū)5 所學(xué)校，首先是教師詳細(xì)講解和介紹Betty's Brain 系統(tǒng)，重點介紹“森林生態(tài)系統(tǒng)”，幫助學(xué)生建立精準(zhǔn)的因果關(guān)系，是教學(xué)重點。然后讓學(xué)生在計算機上親自實踐，最后根據(jù)自己真實體驗填寫問卷，共發(fā)放100 份，有效回收76 份。

2.2 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計過程中，15 個項目中的愉悅、希望、驕傲、驚訝、好奇和恍然大悟定為積極情緒，沮喪、焦慮、羞愧、絕望、煩躁、蔑視、困惑和悲傷規(guī)定為消極情緒，中性規(guī)定為中性情緒。統(tǒng)計結(jié)果如表1、表2 和表3 所示。

表1 描述性統(tǒng)計

表2 價值分析

表3 性別影響分析

從表1 可知，積極情緒平均值為3.65，消極情緒平均值為2.55，中性情緒平均值為2.99，雖然仍然存在消極情緒，但是強烈程度并不高，故學(xué)生學(xué)習(xí)過程表現(xiàn)的情緒，往往是能幫助學(xué)生主動完成學(xué)習(xí)任務(wù)的積極向上的情緒。

從表2 可知，76 名學(xué)生任務(wù)價值的平均值是4.07，表示大部分學(xué)生同意和非常同意。76 名學(xué)生自我效能的平均值是3.91，表示大部分學(xué)生是同意和非常同意。

從表3 可知，調(diào)查對象中男生為42 人，女生為34 人，其中，男生認(rèn)為任務(wù)價值的平均值為4.02，女生認(rèn)為任務(wù)價值的平均值為4.12，故多數(shù)學(xué)生認(rèn)為該學(xué)習(xí)活動是有價值或非常有價值的，而且女生比男生稍高一些。此外，男生自我效能感平均值為4.10，女生自我效能感平均值為3.68，可見，男生自我效能感比女生自我效能感稍強。

本次調(diào)查研究存在不足，首先，樣本數(shù)量少；其次，調(diào)查對象過于零散，學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)背景層次高低不同；此外，高年級學(xué)生可能對自己情緒有一定調(diào)控能力，使學(xué)習(xí)效果不顯著；最后，英文版Betty's Brain 為學(xué)生學(xué)習(xí)帶來不便，這些障礙導(dǎo)致學(xué)生填寫情緒表現(xiàn)出差異，也是下一步研究需要改進的方向。

3 結(jié)論

ITS 涵蓋學(xué)科內(nèi)容及其恰當(dāng)?shù)慕忸}思路，學(xué)習(xí)情緒永遠(yuǎn)存在于學(xué)習(xí)過程，持續(xù)不斷的影響認(rèn)知和行為。ITS 為學(xué)生提供自適應(yīng)支架，幫助學(xué)生認(rèn)識和反思自己的情緒，也提供適應(yīng)性的策略干預(yù)學(xué)生情緒，同時這些支架還會對學(xué)生的認(rèn)知和學(xué)習(xí)行為等有正向或負(fù)向的影響。根據(jù)具體ITS 使用情況，構(gòu)建智能導(dǎo)學(xué)中學(xué)生個性化自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)成分模型和發(fā)生機理，探討ITS 中學(xué)生個性化的自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)。通過與智能代理交互或直接彈出對話框，引導(dǎo)學(xué)生對自己的認(rèn)知、行為和情緒進行反思，是ITS 干預(yù)學(xué)生情緒的主要方式。其學(xué)習(xí)效果主要表現(xiàn)為增強學(xué)生認(rèn)知能力、高階思維能力和情緒智能。通過情緒價值量表對學(xué)生利用ITS 學(xué)習(xí)情緒進行分析，結(jié)果表明學(xué)生情緒以積極為主，自我效能感也比較強?？梢?，ITS 幫助學(xué)生獲得知識技能，修復(fù)學(xué)生誤解和錯誤，精準(zhǔn)分析學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)，協(xié)助學(xué)生個性化自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)和調(diào)節(jié)情緒，為學(xué)生提供適切的支持服務(wù)，適時提供個性化的教學(xué)指導(dǎo)和有效支架，進而真正促進學(xué)習(xí)活動有效發(fā)生。