人工智能時代學習方式變革的機遇、挑戰與對策

趙慧臣 唐優鎮 馬佳雯 王 玥

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人工智能時代學習方式變革的機遇、挑戰與對策

趙慧臣1唐優鎮1馬佳雯1王 玥2

（1．河南大學 教育科學學院，河南開封 475004；2．河南廣播電視大學 信息工程學院，河南鄭州，450008）

人工智能時代，學習方式將發生重大變革。文章認為人工智能時代學習方式變革的機遇包括重建學習空間、重塑師生交往、優化學習策略、培養“創新人才”所需素養，提出人工智能為學習方式變革帶來的新挑戰包括人性反叛與人文迷失、技術地位僭越、萬能論陷阱以及誘發的“AI臣民”現象。為提升教育質量，文章建議人工智能時代的學習方式變革應該：堅守人文情懷，凸顯人文精神；謹防智能僭越，關注師生交往；關注學習生態，形成學習共同體；提升學生AI素養，重視主體權利。

學習方式變革；人工智能；挑戰；對策

人工智能引起教育重大變革，為學習方式變革帶來前所未有的機遇。例如，科大訊飛語音識別與合成技術被廣泛應用于考試測評與遠程教學過程中，批改網每年批改超過3億篇英語作文，為數以百萬計的學生提供個性化服務。人工智能背景下，學習方式變革應以何回應教育本質、堅守教育本心、定位變革的使命與擔當？傳統的教學活動是否應該繼續存在？教師是否會被智能機器人教師取代？……這些問題倒逼教育者不斷反思。回答這些問題必須匯聚多學科學者的智慧，回溯人類教育史發展長河，洞悉教育智慧與教育規律[1]。

一 人工智能時代學習方式變革的機遇

“回歸學習本質、提高學習質量”是人工智能時代學習方式變革的目標。人工智能時代學習方式變革不僅是數據挖掘、機器學習等AI技術的教育應用，更是學習文化的傳承與創新。根據文化體現在器物、行為、制度與觀念四個層面，人工智能時代學習方式變革的機遇可以從學習資源、學習行為、學習策略與學習觀念四個層面展開分析。其中，在物質層面，人工智能按學生需求和特征提供更有針對性、個性化的學習資源；在行為層面，人工智能成為變革學習方式、重塑師生互動行為的重要支持；在制度層面，人工智能滲透于或顯或隱卻又無時無處不在發揮作用的學習策略；在觀念層面，人工智能支持面向未來培養人才成為學習方式變革的思想引導。

1 物質層面：重建學習空間，豐富優質教學資源

人工智能及其資源成為改變學習空間的新契機，可以從物質層面重建學生所處的物理環境與虛擬環境[2]。在可見的物理環境中，智能校園作為建設智慧校園的物質基礎，需要形成線上線下一體化的智慧教室、數字化實驗室、綜合創新實驗室等立體化綜合教學場。在虛擬環境中，人工智能基于大數據智能的在線學習教育平臺，能夠利用統計、機器學習、學習分析和數據挖掘等技術來分析學習過程，理解和優化學習以及學習情境。

人工智能改變了學習空間，也拓展了學習資源。根據學生的學習需求、認知方式和教育經歷等因素，人工智能技術提供有針對性的學習資源。此外，可編程的4D打印材料能夠滿足不同學生開展多種活動的場地要求，使學習資源與學習指導更具個性化[3]，進而促使空間智能化重建。

2 行為層面：重塑師生互動，以學習數據提供學生發展路徑

人工智能具有強大的數據收集、處理、分析與預測功能，為學生的個性化學習和教師的精準教學提供支持。例如，在人臉識別技術、情感模型分析技術的支持下，人工智能可以根據學生的動作表現、神態特征以及學習行為表現，及時判斷學生的學習狀態并預測其學習成長軌跡，為學生提供精準的學習支持與個性化輔導[4]。教師可以針對不同的學生，采用不同的教學方式、傳授個性化知識。

人工智能根據大數據算法主動為學生提供針對性知識：一方面，人工智能通過行為模式獲取學生的認知偏好與學習需求等信息，依據學生認知特征提供自適應的學習服務，學生由知識消費者轉變為知識創造者[5]；另一方面，人工智能根據預設算法與學習數據提供適合學生發展的學習路徑，使教師從繁冗、重復的機械性工作中解放出來，獲得更多時間和精力關注學生的知識內化與創新能力培養。教師必須盡快適應師生平等、教學相長的新型師生關系，成為學生學習的幫助者、促進者和引導者。

3 制度層面：借助機器的多元智能，優化學生學習策略

為了培養學生的創新能力、創新意識和創新思維，人工智能為學生、教師、家長和人機協同工作與學習提供支撐。人工智能在知識表征、模式識別、自然語言處理、機器學習、智能機器人、專家系統等領域取得了較大發展，為優化學習策略提供支持，如表1所示。

表1 人工智能六大研究領域優化學習策略

人工智能技術的教育應用主要包括輔助性應用與主體性應用兩個層面[6]。其中，輔助性應用是指人工智能技術以相對完整、獨立的功能模塊或部分結構嵌入其它教學、學習和管理系統中，學生可以通過大型知識庫獲取跨學科、跨領域的網絡化知識；而主體性應用是指相關工具或系統以人工智能為主體，如利用智能教學系統為學生提供合適的學習內容并適應其學習方式，或在學習過程中模仿專家行為、輔助用戶管理決策。

4 觀念層面：著眼學生未來，培養“創新人才”所需素養

目前，人工智能雖已被賦予了越來越多的人類基本能力，但在教育領域僅涉及教育目標中的低階能力。面對重復性工作被機器人取代、簡單數據分析交由機器人處理的趨勢，我們需要反思：智能時代、未來的社會變革需要什么樣的人才？盡管國際組織對核心素養的表達方式不同，但“創新思維、批判性思維與溝通交流能力”等被多次強調，因而可以作為應對技術智能化的重要方法。

學習方式變革的主要目標是培養具有創新能力、創新意識、創新思維的復合型人才[7]。在人工智能支持下，教育應激發學生對未知領域的探索和求是精神，使人類在機器智能面前保持創新優勢。因此，教師應該根據人工智能時代的創新人才需求，積極關注學生創新能力提升和核心素養培育。

人工智能不僅改變人類的生活方式、工作方式、溝通方式以及思考方式，也促使人類反思社會對人才的需求，促使教育者重新思考“教育目標”。利用布魯姆教學目標分類法有助于分析審視此趨勢，如圖1所示[8]。首先，在認知領域，人工智能應用邏輯推理法則模擬人類的智能活動，并利用知識推理開展問題求解。例如，IBM公司的認知系統“Watson”不僅能理解、分析復雜的人類語言，而且可以快速準確地回答問題。其次，在情感技能領域，人工智能接受與反映人類感情。例如，Affectiva公司的情緒識別技術通過網絡攝像頭來捕捉、記錄人們的表情，并能分析、判斷出人們喜怒哀樂的情緒，可用于自閉癥兒童的治療。最后，在動作技能領域，人工智能對外界復雜環境的反映包括感知和行動等方面，如掃地機器人、無人機和汽車自動駕駛等智能機器[9]。

圖1 不同知識領域的智能化發展

二 人工智能時代學習方式變革的挑戰

人工智能作為技術工具看似中立、客觀，其實具有深刻的社會變革與意識重塑作用。教育者如果缺少對人工智能的充分認識，無法積極應對人工智能時代學習方式變革的挑戰，就可能會深陷人工智能技術囹圄，進而淪為人工智能背景下的“AI臣民”。

1 人工智能資源隱含人性反叛與人文迷失

“人工智能+教育”不僅是教學方式的變革，更是意識形態的變革。“意識形態是表現、解釋、評價現實世界的方法，是個體行為的指導，具有強烈的排他性”[10]。人工智能潛移默化地改變學生認識社會、洞察世界的認知能力。未來將有源源不斷受人工智能影響的學生涌入社會，而其附帶的人工智能無界思想、非線性思維將會對社會發展進程產生更多不可預測的意識變革。

此外，無處不在的物聯網設備、大數據技術正通過人工智能技術取代課本、教師。當學生與現實世界脫離聯系，學生又如何在與人工智能的交往中“學會生存、學會求知、學會做事、學會合作”？教育的人文特征又何以凸顯？若應用人工智能成為慣性依賴甚至生存保障，其中可能隱含的人性反叛與人文關懷的迷失必然阻礙教育進步。在人工智能背景下“教育卻正把人變得越像機器；教育令人越來越像一架機器，我們將會面對人性的全面迷失”[11]。

2 難以意識人工智能的僭越行為，使其成為學習本身

關于人工智能的定義眾說紛紜，可分為三類：①人工智能是人造的，并非通過物種進化而來；②人工智能源于人類的創造力與想象力，產生與發展依托于對人類智能的模仿；③人工智能依托于互聯網、大數據、深度學習等先進技術或理論，是模擬人類能力與智慧的伺服技術。簡而言之，人工智能即康德所謂的規則集合體[12]，盡管它可以自我學習和完善，但本質上仍是人類原創性與源生性的隸屬或衍生產品。

人工智能作為工具服務于教師、學生，協助教育信息收集與處理，但也逐漸成為教育本身。例如，微軟人工智能小冰出版詩集《陽光失了玻璃窗》成為街談巷議的話題，以至于產生“人工智能代替教師”的論調。此時，人工智能已經僭越其作為技術、工具的從屬地位。一旦作為技術產物的人工智能被認為可以脫離工具地位而完全取代教師，也就承認了人可以賦予機器以“靈性”與“意志”的理念。

人工智能超越了工具的從屬地位，變成學習方式變革的本身，顯然是一種認知僭妄[13]。人類顯然不能賦予人工智能以充分的創造力與豐富的情感、態度和價值觀，何論人工智能取代教師？盡管如“小冰”等人工智能可以吟詩作賦，但無法脫離互聯網數據收集、大數據處理、超級計算，不能替代人工智能時代的學習所應用的想象力與創造力。

3 熱媒體特性催生人工智能萬能論

隨著人工智能在學習領域的廣泛應用，教師和學生得以突破時空限制，開展更為廣闊的學習活動。例如，宏觀層面，人工智能疊加虛擬現實技術，可以支持學生觀察億萬光年之外的星球運動；微觀層面，人工智能借助精細數據，能幫助學生挖掘、分析物質粒子的運動規律。人工智能在學習領域引發的變革不可謂不多：智能教師輔助教師批改作業、智能學習助手幫助學生解決疑難問題、智能決策系統幫助決策者制定政策……人工智能憑借“熱媒體”的特性，逐漸獲得相關者的認同，其所謂無所不能可能悄然成為教育者的潛意識。

然而，人工智能在給予海量數據、智慧決策的同時，也在悄然剝奪個體的獨立思考能力，形成以剝奪人類思考能力為前提的智能萬能論。由于人工智能的熱媒體特性被高度異化，導致其在很大程度上逾越技術的工具地位。學習方式變革越是依賴人工智能的強大功效，便越可能深陷人工智能萬能論陷阱的誤區。

4 觀念上忽視AI素養，誕生“AI臣民”

AI素養即學生正確理解并合理應用AI素質。由于人工智能本身附帶技術僭越與萬能論陷阱，以及教師與學生經常忽視AI素養的存在，極易導致“AI臣民”的產生。“AI臣民”對人工智能技術具有強烈的依附性，甚至將其作為自身聯系真實世界的主要方式，正日益成為脫離真實社會的存在。這與人類利用人工智能技術服務社會、助推社會進步的初衷背道而馳。

如果學生和教育者缺乏對人工智能的全面了解和深入反思，便可能出現“只覺其好不知其弊，片面追捧人工智能”的情況。盡管數字時代的學生具有敏銳的技術應用能力，但對人工智能技術的認知不足，多囿于工作圈和生活圈中接觸到的以“智能”命名的物理設備，或來自于數據挖掘或圖像識別的軟件系統，或源自書報影視作品的類人機器。因此，他們很難對人工智能技術進行客觀和全面的理解、判斷與評價，易受到“技術吹捧者”的影響[14]，大多沉溺于對智能設備的依附，似乎越來越獨立于社會群體。“人只能自我改造，無法加以它物。”[15]脫離人自身施加的教育，人工智能將侵占人類的主體性，使人成為人工智能技術陰影下的“AI臣民”。

三 人工智能時代學習方式變革的對策

1 堅守人文情懷，凸顯人文精神

“第一次工業革命將人類的雙手從陰暗的磨坊中解放出來，手工被機器代替；第二次工業革命將人類從黑暗的人力時代解放出來，機器成為文明前進的馬車；第三次工業革命解放了人腦，機器成為記錄人類成長軌跡的載體”[16]，那么在以人工智能為代表的第四次工業革命來臨之際，機器難道要代替人類思考，代替人類探索文明發展的方向嗎？“人類是不可能依賴任何人、任何機器去成長學習的，因為人是自主的、自然的”[17]。在人文情懷上，孔子、蘇格拉底等格外重視自然教學，認為學生認識事物的世界觀、解決問題的方法應通過師生間的日常互動、周圍事件的自然觀察獲得。如果忽略人文情懷，而任由人工智能將師生引向虛擬世界，使師生脫離人類社會，陷于人與機器交流的數據世界，那么人類的精神世界將逐漸萎縮。

“機器不能取代人類，正如人類是需要自然教育的，人類文明的演進也是在自然思考中漸進上升的”[18]。人類優于機器的直覺、同情心、創新能力、實踐能力、情感交流能力以及社交天賦都在自然而然中培育。人工智能支持下的學習方式變革應該遵循自然教育原則，為學生提供符合人文精神的學習支持。

2 謹防智能僭越，關注師生互動

“AI臣民”的主要特征是對人工智能的片面崇拜，難以認識到人工智能僭越人類的主體地位。此時，師生對人工智能支持教學的慣性依賴隱匿于人工智能創造的數據海洋，將自我存在感寄托于虛擬空間。另外，人工智能雖然為師生提供了近乎無限的信息資源，但個體僅能以有限速度接受所需信息。過多的信息反而導致信息迷航，產生認知負荷。因此，師生需要根據認知發展規律以適宜的速度傳輸，杜絕浸漫式灌輸[19]。

即使人工智能能夠利用大數據分析技術幫助教師探索更多、更重要的學生行為信息，但在本質上屬于機器的人工智能仍然無法揭示人類靈魂與自然成長的軌跡，無法代替人類的情感交互。因此，人工智能應用于學習不僅僅是信息和知識的獲取、技能的習得，更在于學生的世界觀、人生觀、審美觀和價值觀等的培育和養成[20]。為了更好地形成和優化學習共同體，人工智能的教育應用仍需要教師的參與和引導[21]。

3 關注學習生態，構建學習共同體

“如何不被人工智能僭越教育主體地位、如何保持教育的核心價值”，是人工智能支持下學習方式變革需要思考的重要問題。因此，人工智能教育應用的核心是培育學生的人類共同體意識，涵養學生解決人類共同問題的人文素養。構建學生與學習情景真實交互的學習生態，形成學習共同體，是學習領域融合人工智能的重要途徑。

例如，在學習方式變革中，教師倡導做中學、協作中學，引導學生發現虛擬世界與真實世界兩種不同存在形式間的差異，幫助他們認清人工智能與情感實體的區別。同時，教師將人工智能運用于學生問題意識、反思意識和批判意識等高級思維能力的培養過程中，將教育共同追求的人文素養融入學習過程，避免人工智能的人性論陷阱、技術逾越與萬能論陷阱。

4 提升學生AI素養，重視主體權利

教育領域“AI臣民”誕生的主要原因有：①被人工智能的本質蒙蔽，難以意識到技術可能導致的人文迷失；②沉迷于人工智能為學習帶來的種種利好，反而讓出使用者的權力；③沉迷于人工智能創造的虛幻情景，脫離與具體情境中的真實人際溝通。教師需要培養學生的AI素養，呼喚主體權利回歸；洞察人工智能背后的社會關系和價值追求，注重將知識習得、技術掌握與批判思維、自省能力的培養相結合。

人工智能屬于技術，終究無法改變教育涵養人性、發展品格和陶冶情操等方面的本質。人工智能只有達到促進學習的目標才能顯出其價值或意義。如果缺乏AI素養，學生無法正確認識、理解、判斷人工智能的技術限度與價值，則可能會被人工智能僭越主體地位。教師需要根據學生的個性學習特征指導學習行為，引導他們正確使用人工智能，促進學生AI素養的提升，幫助他們提高人工智能技術的應用能力。

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Opportunities, Challenges and Countermeasures for the Reform of Learning Style in the Age of Artificial Intelligence

ZHAO Hui-chen1TANG You-zhen1MA Jia-wen1WANG Yue2

The learning style will have a great change in the age of artificial intelligence. The article proposed that the opportunities for the change of learning style in the era of artificial intelligence should include the reconstruction of learning spaces, the reshaping of teacher-student interactions, the optimization of learning strategies and the required literacy for cultivating “innovative talents”. Meanwhile, the artificial intelligence era also brought some new challenges to the change of learning style, including the human rebellion and humanity loss, the arrogation of technology, the omnipotence trap and the induced “AI subjects” phenomenon. In order to improve education quality, it was suggested that changes of learning style in the age of artificial intelligence should adhere to humanistic feelings and highlight humanistic spirit, beware of intelligent arrogation and give concern on teachers-student interactions, focus on learning ecology and form a learning community, enhance students’ AI literacy and emphasize subject rights.

learning style change; artificial intelligence; challenges; countermeasures

G40-057

A

1009—8097（2018）10—0020—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2018.10.003

本文為河南省教育科學規劃課題“河南省基礎教育信息化發展現狀與對策研究”（項目編號：2017-JKGHDHZX-001）、河南省教育科學規劃重大招標課題“信息化背景下中小學教學方式的變革研究”（項目編號：〔2016〕-JKGHZDZB-04）的階段性研究成果，并受2019年度河南省高校科技創新人才支持計劃（人文社科類）（項目編號：2019-cx-008）資助。

趙慧臣，河南大學教育科學學院副教授,河南省教育信息化發展研究中心副主任，博士，研究方向為教育信息化、STEM教育，郵箱為zhc412328@163.com。

2018年1月3日

編輯：小西