基于人工智能的智慧學習新常態

摘 ?要：隨著人工智能時代的到來，“以學為中心”將成為新常態。這個新常態主要包括“學習支持”新常態：人工智能為學生提供自適應學習路徑、提供更適合的學習資源以及更多元的交互;“學情反饋”新常態：人工智能更加聚焦學生，向學生提供學情反饋和建議，教師基于學情反饋提供更有溫度的關注與指導;“師生關系”新常態：人工智能將“學生+教師”拓展為“學生+教師+人工智能”，形成“三位一體”的新學習共同體。

關鍵詞：人工智能;自適應學習;學情反饋;學習共同體

中圖分類號：G434 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）21-0185-03

Intelligent Learning New Normal Based on Artificial Intelligence

PENG Bin

（Guangzhou Zhixin High School，Guangzhou ?510080，China）

Abstract：With the advent of the era of AI（artificial intelligence），“learning centered” will become the new normal. This new normal mainly includes the new normal of “learning support”：artificial intelligence will provide students with adaptive learning path，more suitable learning resources and more meta interaction;“learning feedback” new normal：artificial intelligence will focus more on students，provide students with learning feedback and suggestions，teachers will provide more warm attention and guidance based on learning feedback;“teacher-student relationship” new normal：artificial intelligence expands “student + teacher” to “student + teacher + artificial intelligence”，forming a “three-in-one” new learning community.

Keywords：AI;adaptive learning;learning feedback;learning community

0 ?引 ?言

隨著技術變革的深入，人工智能（Artificial Intelligence，AI）正在高速發展，5G時代的到來，促使人工智能與各領域深度融合，在人工智能的影響下教學領域也在逐漸發生改變，人工智能與教學深度融合必將產生巨大影響，國內外學者也對這一領域越來越重視。陳穎博等提出，我國教育人工智能應重視人工智能應用于教育的效果評估及影響因素研究;要利用VR/AR進行跨媒體融合研究，構建智慧學習空間;由知識掌握轉向智能核心素養的培養;促進教育人工智能的學習內容、教學模式改革研究[1]。高斐通過研究提出，人工智能時代，課程內容、教學方法和師生關系都在發生深刻的變化，推動人工智能與教育的融合是非常必要的[2]。隨著人工智能時代的到來，長期以來“以教為中心”的師生關系將發生深刻變化，人工智能時代將產生“以學為中心”的新常態。人工智能環境下“以學為中心”的教學新常態是指在人工智能支持下的學習空間中，學生通過人工智能支持下的自適應學習路徑開展學習，實現深度學習的目的。

筆者所在廣州市執信中學是普通高中新課程新教材實施國家級示范校，鑒于人工智能在改善學生學習行為與促進學生深度學習方面的重要價值，筆者從2018年開始帶領團隊開展“人工智能+學習”的教學改革實踐和研究，引入了基于人工智能的智慧教學平臺和設備，并圍繞智慧教學設備開展了“以學為中心”的教學探索，建構了“學生+教師+人工智能”三位一體的學習生態，人工智能環境下“以學為中心”的教學新常態主要包括“學習支持”的新常態、“學情反饋”的新常態和“師生關系”的新常態。

1 ?人工智能提供的“學習支持”新常態

1.1 ?學習支持是學習高效發生的保障

學習支持是指為學生提供學習過程中所需的資源、組織、活動等，是學習高效發生的重要保障，也是學生持續學習的保證。自適應學習路徑是一系列符合學生個性特征的學習活動和資源的組合，其本質是個性化。從建構主義視角看，每個學生都是基于其原有基礎不斷建構新的認知結構并發展相應學習能力和學科能力的，個性化學習是人工智能對學習支持的價值體現，也是學生高質量發展的必然要求[3]。隨著人工智能時代的到來，學校教育教學正在發生深刻的變化，傳統的通過教材、練習冊、課堂等手段提供的學習支持已經不能滿足學生個性化需求。經過教學探索發現基于人工智能的“學生+教師+人工智能”三位一體學習生態可以為學生構建動態個人知識地圖，幫助學生厘清原有知識、新學知識以及其他知識之間的關系，并為學生尋找適應性學習資源，組建適合的學習共同體，設計適合的學習路徑。

1.2 ?人工智能支持下使學生能夠自適應學習

人工智能的大數據分析能力既能應對大規模、動態化的學習資源變化，又能分析海量學生的個性化學習需求，是當前自適應學習路徑構建的可行方法。例如，相同班級學生學習數學時，學習生態既要按照高中數學課程標準的相關要求提供所有學生必須學習的相同內容，又可根據不同學生學習情況的不同需要提供個性化學習材料，進行有針對性的查缺補漏或培優提升，學生都在高質量發展各自的“最近發展區”，并進一步形成新的“最近發展區”，學生通過自適應學習路徑可以提高學習興趣、提升效能并實現個性化學習，使得每一個學生都得到充分的發展。人工智能的發展為自適應學習路徑的實現提供了理論指引和技術支撐，其通過探尋學生的個體特征（如認知偏好、學習活動、社交傾向等），分析過往學生學習的歷史數據，自適應調整學生的學習資源和活動序列，使每個學生獲得最適合自己的學習路徑，從而實現精準的個性化學習支持服務，如圖1所示。

1.3 ?人工智能支持下使因材施教成為現實

在傳統教學場景下，因材施教總會受相關教學因素的影響，導致其受到不同程度的干擾，使得因材施教很難有效實現，而人工智能則能以其強大的數據分析能力為有效實現因材施教提供支持[4]。例如，參與人工智能教學實驗的班級在考試后，人工智能可以根據試卷內容分析出學生知識點的掌握情況，推薦個性化資源彌補知識點的短板，集中精力復習學生掌握得比較弱的知識點，這樣可以在較短時間內完成學習任務。人工智能可以從繁復的學習資源和活動中生成簡潔、精準的自適應學習路徑，既有效解決了學生的學習迷航與認知過載問題，還能促進學習資源的高效利用，有利于學生對知識的主動建構、內化及遷移。

2 ?人工智能做出的“學情反饋”新常態

2.1 ?人工智能提供基于數據的及時學情反饋

當前的學情反饋多采用紙筆測試方式開展，大多情況下都是以學科成績呈現，在階段結束（如學期或學年結束）時開展師生評價為主，學情分析的結果多數情況下也是提供給教師家長為教育提供參考，這種傳統的學情反饋難以實現及時性和針對性，而且以學科成績作為學情反饋的途徑，很大程度導致了唯分數論的出現，是學生的學業負擔加重的主要因素之一。同時作為學習主體的學生，本身對學情反饋的知曉度不高，重視度也不夠，導致學習過程中的主動性和自我調節能力沒有得到很好的發揮，從而表現出學情反饋缺乏及時性和針對性。在基于人工智能的“學生+教師+人工智能”三位一體的學習生態下，學情反饋的及時性和針對性成為其主要特征之一，經過實驗發現，學生在完成當下學習的同時，人工智能將根據歷史記錄結合學生個體模型進行分析，給出有針對性的學習評價，其中應該包括原有知識與能力的運用情況、新知識的掌握程度、能力拓展與提升情況、針對前三種評估結果溯源知識缺漏和能力不足點，智能推送補缺補漏的學習活動，針對前三種評估結果預測高階知識和能力點，智能推送拓展性學習活動。通過基于人工智能學情反饋的學習閉環（如圖2所示）能夠為學生構建一個基于反饋的主動學習平臺，激發學生尋求新知的好奇心和動機。

2.2 ?人工智能描繪出學生學情圖譜

隨著信息技術的發展，通過計算機軟件（如Excel表格、Access數據庫）等可以對學生的學情進行縱向跟蹤，但數據跟蹤大多數情況僅限于單一學科，很難做到學科之間相關性分析，使得每個學生全面了解自己學習情況并做出針對性改善成為當下學情反饋的“痛點”。通過教學實驗發現，人工智能的加入讓學生學習過程（成長過程）都可以被完整記錄并精準分析，最后借助可視化技術將學生各階段的學習結果（包括知識點和能力點）以圖譜的方式呈現，即學習達成圖譜。學習達成圖譜能夠讓學生和教師清晰的了解當前狀況以及狀況出現的原因，進而采取相關的措施，修正或加快學習進程，以提高學習效率。通過對學生解答過程的全流程記錄，分析解答過程停頓時間可以將學生的思維過程可視化，發現學生思維特征，進而通過人工智能分析找出能力薄弱點和能力優勢點，這就形成了思維過程圖譜。思維過程圖譜一方面給教師在個體輔導時提供有針對性提供解決建議，另一方面人工智能結合學習的歷史數據，從相似學生數據庫中找出對應思維標簽近似的案例推送給學生。通過教師和人工智能兩方面的努力，讓學生對解答存在的問題正確歸因，并有具體的可操作的改進策略，這有利于學生高效學習。人工智能描繪學生學情圖譜基本框架如圖3所示。

3 ?人工智能下構建“師生關系”新常態

3.1 ?學生與人工智能交互成為新交互方式

通過物聯網和5G技術運用，大量匯聚的個體學習過程數據庫資源能夠使人工智能與學生交互成為可能，而且也越來越趨于常態化，學生與人工智能的交互具有個性化、精準性和跨時空性等特征。在學生學習過程中，人工智能可以根據學生當前的學情，結合學生學習過程數據庫的歷史數據以及相似學生數據庫對比，為學生提供精準的個性化輔導。在人工智能支持下的自適應學習環境中，學生的知識和能力提升輔導將逐漸由人工智能代替教師進行，人工智能還將提供基于已有學習經驗的拓展性資源、進階式學習和高階知識與能力訓練活動等，優化學生學習軌跡、提升效率、實現更高的學習達成度。

3.2 ?教師在人工智能場景下更加重要

實驗研究發現，人工智能可以幫助教師對學生進行學業輔導，但還很難協助教師對學生開展情感交流。現階段教師作為學習的具體策略和實施主體，一方面需要大量與學生的互動，另一方還需要與人工智能開展互動。教師一方面要探索和開發（或參與開發）人工智能支持下的自適應學習環境，另一方要加強對人工智能支持下自適應學習的過程監督，及時掌握人工智能對學生學情反饋，并及時對學生的學習進行適當修正。人工智能支持下的學習更加趨于個性化，學生的個性特征將變得非常突出，如何組成一個具有凝聚力的學習共同體是教師需要面對的問題。同時學生學習過程只是成長過程的一部分，成長過程中的人際交往、困惑、心理壓力等，都需要教師通過與學生的情感互動來進行調節。

3.3 ?“學生+教師+人工智能”三位一體的新學習共同體

人工智能的發展和運用，將“學生+教師”的學習關聯拓展到“學生+教師+人工智能”，形成“三位一體”的新學習共同體。在這個新的學習共同體中，學生是核心，圍繞學生的健康發展，教師不但是學習共同體的一員，更是學習共同體的主導者，既要基于人工智能開發與使用相關教學材料，還要定期關注人工智能對學生自適應學習的支持情況和效果，在全過程體驗和參與學生的自適應學習的同時，還要針對具體情況做出適時的調整與改善，這樣才能給學生提供更加準確的、更加有溫度的指導和幫助。“學生者+教師+人工智能”三位一體的新學習共同體結構模型，如圖4所示。

新學習共同體

4 ?結 ?論

人工智能是引領學校變革的助推劑，學習科學中人工智能技術的加入和相關平臺的應用，將會推動學習科學朝著一個全新的方向發展。在這個全新的領域中，自適應學習的廣泛實現，伴隨式大數據的采集與人工智能的深度融合，挖掘和分析學習過程以尋找個體學習影響因素，為高效學習提供輔助。在教學實踐中如何實現教學與人工智能的深度融合，需要兩者互相配合以促進改革教學內容、創新教學方法、再造教學流程和更新教學服務模式等變革。以這些變革為動力，從以“教”為中心轉向以“學”為中心，實現從培養學生低階認知技能（記憶、復述、再現等初級信息加工）轉向培育學生的學科核心素養和高階認知能力（識別問題、邏輯推理、意義構建、自我指導等能力），進而構建新型教育生態體系，形成智慧學習新常態。

參考文獻：

[1] 陳穎博，張文蘭.國外教育人工智能的研究熱點、趨勢和啟示 [J].開放教育研究，2019，25（4）：43-58.

[2] 高斐.AI開啟智慧教學新模式 [J].中國現代教育裝備，2020（11）：22-23+27.

[3] 孔維梁，韓淑云，張昭理.人工智能支持下自適應學習路徑構建 [J].現代遠程教育研究，2020，32（3）：94-103.

[4] 李志新.智能引領 融合創新——北京市第十二中學網絡公共服務平臺建設 [J].中小學信息技術教育，2020（6）：35-37.

作者簡介：彭斌（1978.10-），男，漢族，廣東梅州人，中學高級教師，碩士，研究方向：教學管理、基于AI的自適應學習、智慧校園。