摘要:文章從認(rèn)知的具身觀點(diǎn)出發(fā),探討了基于“表征—計(jì)算”的符號(hào)型人工智能向基于“模擬—復(fù)現(xiàn)”的具身型人工智能轉(zhuǎn)變的邏輯必然。在此基礎(chǔ)上,文章認(rèn)為,具身人工智能實(shí)現(xiàn)了從身體延伸到技術(shù)賦能的跨越,為構(gòu)建超生物肢體、超生物感官和超生物大腦整合的具身型智能教育技術(shù)系統(tǒng),以具身認(rèn)知基礎(chǔ)科學(xué)與人工智能技術(shù)創(chuàng)新的耦合發(fā)展促進(jìn)教育與經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)一,推動(dòng)教育實(shí)踐具身水平持續(xù)提升,為解決長(zhǎng)期以來(lái)存在的知行分離等離身教育難題開(kāi)辟了新道路。
關(guān)鍵詞:人工智能;具身認(rèn)知;教育實(shí)踐;具身教育
【中圖分類(lèi)號(hào)】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【論文編號(hào)】1009—8097(2023)06—0005—10"【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2023.06.001
長(zhǎng)期以來(lái),受經(jīng)典認(rèn)知科學(xué)和技術(shù)理性的影響,教育實(shí)踐陷入單向度離身發(fā)展的困境,導(dǎo)致知行分離、高分低能等一系列問(wèn)題產(chǎn)生。人工智能作為新一代認(rèn)知科學(xué)與教育技術(shù)一體化發(fā)展的結(jié)晶,在推進(jìn)教育實(shí)踐具身轉(zhuǎn)變方面發(fā)揮了革命性作用。本研究從基礎(chǔ)科學(xué)層面解讀和分析人工智能的發(fā)展歷程及其對(duì)教育的影響,揭示人工智能推動(dòng)教育具身何以可能的內(nèi)在邏輯,由此推進(jìn)具身認(rèn)知與智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的融合創(chuàng)新,是增強(qiáng)教育系統(tǒng)變革之內(nèi)生動(dòng)力,促進(jìn)教育實(shí)踐由離身向具身、由封閉向開(kāi)放發(fā)展的必由之路和必然選擇。
一 從計(jì)算到模擬:具身視角下人工智能發(fā)展邏輯的新解讀
過(guò)去,我們對(duì)人工智能的理解大多從技術(shù)層面來(lái)分析,鮮有研究從基礎(chǔ)科學(xué)層面解讀人工智能的發(fā)展邏輯。從認(rèn)知科學(xué)的視角來(lái)看,人工智能的發(fā)展經(jīng)歷了符號(hào)型人工智能、具身型人工智能兩個(gè)階段:符號(hào)型人工智能以符號(hào)主義、計(jì)算主義等為代表的第一代認(rèn)知科學(xué)為理論基石,堅(jiān)持“表征—計(jì)算”的研究綱領(lǐng),在模擬人的左腦思維方面表現(xiàn)非常出色;具身型人工智能則以具身認(rèn)知(Embodied Cognition)、嵌入認(rèn)知(Embedded"Cognition)、生成認(rèn)知(Enactive Cognition)、延展認(rèn)知(Extended Cognition)等為代表的第二代認(rèn)知科學(xué)為理論基石,主張“模擬—復(fù)現(xiàn)”的認(rèn)知過(guò)程,在模擬人的右腦思維方面具有巨大優(yōu)勢(shì)。
1"基于“表征—計(jì)算”的符號(hào)型人工智能
從20世紀(jì)50年代中期到20世紀(jì)80年代后期,人工智能的研究和發(fā)展一直以符號(hào)型人工智能為主,它以表征和計(jì)算為核心理念,認(rèn)為符號(hào)具備表征事物和組合表達(dá)的功能,在標(biāo)識(shí)和解釋事物意義上發(fā)揮了非常重要的作用,是智能體與外部世界互動(dòng)的關(guān)鍵媒介。任何基于符號(hào)型人工智能的智能體都需要一個(gè)關(guān)于外部世界的表征模型,智能活動(dòng)的本質(zhì)就是執(zhí)行內(nèi)部表征的組織序列,即計(jì)劃——智能體的等級(jí)進(jìn)程,它可以控制運(yùn)行序列的執(zhí)行次序[1]。基于這一理念,符號(hào)型人工智能采用自上而下的“目的—手段”式分析方法,提供了一種等級(jí)耦合:一個(gè)計(jì)劃分解成若干子計(jì)劃,子計(jì)劃又分解成系列的更小計(jì)劃,直至最小單元的計(jì)劃。但是,做出計(jì)劃再采取行動(dòng)的前提是可以對(duì)任務(wù)涉及的所有要素及其屬性進(jìn)行明確的符號(hào)表征,并根據(jù)有限的邏輯推理(符號(hào)的“合法”操作規(guī)則)做出決策,而這正是符號(hào)型人工智能后期發(fā)展面臨的最大困境。
符號(hào)型人工智能在解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題、證明極難的幾何定理等方面表現(xiàn)出色。20世紀(jì)50年代,Newell和Simon[2]基于符號(hào)主義設(shè)計(jì)的“通用問(wèn)題求解器”(General"Problem"Solver),通過(guò)將一個(gè)目標(biāo)分解成幾個(gè)子目標(biāo)、再構(gòu)建子目標(biāo)實(shí)現(xiàn)路徑的方法,在國(guó)際象棋、跳棋等推理游戲中取得巨大成功;其研發(fā)的“邏輯理論家”(Logic Theorist)程序,更是開(kāi)創(chuàng)了人工智能證明數(shù)學(xué)定理的先河[3]。然而,符號(hào)型人工智能在知覺(jué)、交談和行走等方面表現(xiàn)糟糕,因此遭受了來(lái)自哲學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、生物學(xué)學(xué)者的強(qiáng)烈批評(píng)。例如,Dreyfus[4]指出,人類(lèi)智能不只依賴(lài)于符號(hào)表征和計(jì)算的方式,更多的是基于具身性主體及其與世界原初的、非對(duì)象性的關(guān)聯(lián)關(guān)系實(shí)現(xiàn)的。符號(hào)型人工智能只是具有了形式化計(jì)算的智能,不具有具身性主體的智能。換句話說(shuō),它只是較為成功地模擬了人的左腦思維——線性的、分析的、邏輯的理性思維,而忽略了人的右腦思維——綜合的、境脈的、創(chuàng)造的感性思維。
2"基于“模擬—復(fù)現(xiàn)”的具身型人工智能
20世紀(jì)末,符號(hào)型人工智能因無(wú)法解決一些常識(shí)問(wèn)題逐漸走向衰落。而在聯(lián)通主義理論(Connectionist Theory)、知覺(jué)生態(tài)學(xué)等具身思想的影響下,以模擬和復(fù)現(xiàn)為核心特征的具身人工智能開(kāi)始崛起,研究者的興趣也逐漸從邏輯推理向知覺(jué)動(dòng)作轉(zhuǎn)變。Brooks[5][6]是具身型人工智能較早的推動(dòng)者之一,他指出:我們應(yīng)該忘記那些所謂的內(nèi)部表征和世界模型,并聚焦于復(fù)雜環(huán)境下的行為控制問(wèn)題;我們的研究也不應(yīng)該側(cè)重于那些煩瑣的邏輯推理與數(shù)學(xué)運(yùn)算,而應(yīng)該著眼于與真實(shí)世界的交互。智能源自感知和行動(dòng),而不是表征和計(jì)算,因此符號(hào)型人工智能之“感知—建模—計(jì)劃—行動(dòng)”的“建模—計(jì)劃”是沒(méi)有必要的,智能體通過(guò)“感知—行動(dòng)”就足以完成與外部環(huán)境的互動(dòng),且智能的本質(zhì)就是“在不可預(yù)測(cè)的環(huán)境中做出適恰行為的能力”。具身型人工智能認(rèn)為,智能是在智能體與外部環(huán)境的交互作用過(guò)程中生成的,具有自組織、自適應(yīng)的特點(diǎn)。
在具身思想的推動(dòng)下,人工智能對(duì)人之右腦思維的模擬成為可能。具身型人工智能主張“模擬—復(fù)現(xiàn)”的認(rèn)知過(guò)程,具身性主體將其在外部世界感知到的事物以身體格式而非符號(hào)格式存入記憶,并通過(guò)知覺(jué)整合組成模擬器,使認(rèn)知系統(tǒng)在事物不在場(chǎng)時(shí)仍能模擬其最初狀態(tài),復(fù)現(xiàn)原有情境,從而實(shí)現(xiàn)具身理解。構(gòu)建能夠?qū)Νh(huán)境作出適恰行為的智能體,最重要的是要模擬大腦支配身體運(yùn)動(dòng)的功能,這也是具身型人工智能面臨的最大挑戰(zhàn)。在具身型人工智能發(fā)展早期,許多研究者將運(yùn)動(dòng)和定向作為研究課題,致力于制造能夠模仿特定生物有機(jī)體行為的機(jī)器人,如能夠模仿沙漠螞蟻導(dǎo)航行為的Sahabots系列機(jī)器人[7]、像昆蟲(chóng)一樣飛翔的飛行機(jī)器人[8]、有激素傳感器的蠶蛾機(jī)器人[9]等。20世紀(jì)90年代中期,具身型人工智能的研究開(kāi)始從運(yùn)動(dòng)向認(rèn)知轉(zhuǎn)變。憑借仿生機(jī)器人的制造經(jīng)驗(yàn),研究者進(jìn)一步向發(fā)育機(jī)器人發(fā)起挑戰(zhàn),其主要目標(biāo)是使機(jī)器人能夠像嬰兒一樣實(shí)現(xiàn)自主心智發(fā)育,最典型的案例莫過(guò)于各種擬人機(jī)器人的創(chuàng)造,如具有交互能力的認(rèn)知機(jī)器人同伴BIRON[10]、擁有自我意識(shí)的人形機(jī)器人iCub[11]等,乃至當(dāng)前受萬(wàn)眾矚目的ChatGPT,它們通過(guò)模仿人類(lèi)來(lái)學(xué)習(xí),并在與世界的互動(dòng)中實(shí)現(xiàn)自我發(fā)展。
二 從延伸到賦能:具身型人工智能對(duì)教育具身轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)支撐
雖然具身型人工智能的發(fā)展歷史不長(zhǎng),但它已通過(guò)穿戴式智能設(shè)備、教育機(jī)器人等在教育領(lǐng)域開(kāi)啟了系列創(chuàng)新應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了從身體延伸到技術(shù)賦能的跨越。這為教育具身轉(zhuǎn)向提供了基礎(chǔ)支撐,不僅推動(dòng)了教育的身體回歸,還為人的主體性弘揚(yáng)創(chuàng)造了條件。
1"知覺(jué)的延伸和教育的身體回歸
自1964年McLuhan提出“媒介即人的延伸”論斷以來(lái),人與技術(shù)的關(guān)系就成為理解和反思技術(shù)時(shí)代教育變革的新焦點(diǎn)。從歷史來(lái)看,技術(shù)對(duì)人的延伸構(gòu)造了不同層次的“超生物”,主要分為:①技術(shù)對(duì)人之身體的延伸,主要指人借助機(jī)械技術(shù)實(shí)現(xiàn)身體在空間上的延伸,如筆、筷子、鼠標(biāo)等操作工具是手的延伸,車(chē)、船、飛機(jī)等交通工具是腿的延伸,構(gòu)造的是“超生物肢體”;②技術(shù)對(duì)人之中樞神經(jīng)系統(tǒng)的延伸,主要指人借助電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)心理延伸,如廣播、電視、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等對(duì)人類(lèi)思想力量的延伸,構(gòu)造的是“超生物大腦”;③技術(shù)對(duì)人之知覺(jué)的延伸,主要指人借助智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)知覺(jué)系統(tǒng)的模擬和延伸,如虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等對(duì)人之觸覺(jué)、嗅覺(jué)等的延伸,構(gòu)造的是“超生物感官”。最先出現(xiàn)的是“超生物肢體”,其后出現(xiàn)的是“超生物大腦”,最后出現(xiàn)的才是“超生物感官”。現(xiàn)在,“超生物大腦”和“超生物感官”的融合日益明顯,但問(wèn)題在于:“超生物大腦”和“超生物肢體”仍然是分離的——這與根深蒂固的身心二元論有莫大關(guān)系。“超生物感官”是否可以作為融通“超生物大腦”和“超生物肢體”的中介和橋梁、突破超生物意義上的身心二分之困境、重構(gòu)人與技術(shù)之間的關(guān)系,都有賴(lài)于新知識(shí)資源的引入和發(fā)展。
無(wú)論技術(shù)在多大程度上延伸人的身體,在人與技術(shù)的關(guān)系中,人是主體、是目的、是第一位的,而技術(shù)是客體、是手段、是第二位的。具身型人工智能改變了人與技術(shù)的關(guān)系,使技術(shù)不再只是人體的延伸,更成為身體的真實(shí)組成部分,為教育實(shí)踐的身體回歸奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。在數(shù)字化生存時(shí)代,信息技術(shù)越來(lái)越廣泛且深入地滲透到人們的生活、學(xué)習(xí)和工作中,人的身體已不只是純生物意義上的肉身,還是社會(huì)意義上的文化身體,以及以肉身身體和文化身體為基礎(chǔ)、通過(guò)具身性而形成的技術(shù)身體[12]。人以信息化的方式存在于技術(shù)搭建的生活世界,人的身體與技術(shù)的關(guān)系變得越來(lái)越透明和契合,技術(shù)仿佛是人身體的一部分,以具身的方式構(gòu)建著人的身體體驗(yàn)和精神體驗(yàn)。技術(shù)一方面通過(guò)延伸學(xué)習(xí)者的身體,拓展學(xué)習(xí)者的知覺(jué)范圍和水平,由此帶來(lái)更深刻、真切的學(xué)習(xí)體驗(yàn);另一方面又通過(guò)解放學(xué)習(xí)者的身體,賦予學(xué)習(xí)者更大程度的活動(dòng)自由和空間,由此帶來(lái)更豐富、獨(dú)特的學(xué)習(xí)機(jī)遇——兩者共同推動(dòng)教育實(shí)踐的身體回歸。以基于眼控技術(shù)的智能眼鏡為例,它不僅拓展了學(xué)習(xí)者眼睛的功能,使其具備了“說(shuō)話”“繪圖”和“計(jì)算”等能力;還解放了學(xué)習(xí)者的雙手,使其能夠更好地從事實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)造等學(xué)習(xí)活動(dòng)。
2"技術(shù)的賦能和人的主體性弘揚(yáng)
Negroponte指出:“數(shù)字化生存天然具有賦權(quán)的本質(zhì),這一特質(zhì)將引發(fā)積極的社會(huì)變遷。”[13]具身型人工智能對(duì)人身體知覺(jué)的延伸,歸根結(jié)底是技術(shù)對(duì)人身體的賦能,它有效推動(dòng)了人主體性的發(fā)揮。人工智能的教育應(yīng)用,能從根本上促進(jìn)教育變革與創(chuàng)新,其核心機(jī)制就是“賦能”。無(wú)論是智能眼鏡對(duì)人眼睛的延伸,還是類(lèi)腦仿生芯片和類(lèi)腦機(jī)器人等新一代技術(shù)產(chǎn)品對(duì)人體其他器官的延伸,彰顯的都是人的本質(zhì)力量。用馬克思的話來(lái)說(shuō):“工業(yè)的歷史和工業(yè)的已經(jīng)生成的對(duì)象性存在,是一本打開(kāi)了的關(guān)于人的本質(zhì)力量的書(shū)。”[14]以智能技術(shù)為代表的新一輪科技革命及其推動(dòng)的第四次工業(yè)革命正通過(guò)腦機(jī)結(jié)合、生物傳感、大數(shù)據(jù)處理等技術(shù),創(chuàng)新性地推進(jìn)物理世界、數(shù)字世界和生物世界的融合與交互[15],人類(lèi)的主體性將通過(guò)技術(shù)的賦能在更高層次上得以確立和釋放。具體來(lái)說(shuō),人工智能將有效促進(jìn)人與技術(shù)具身關(guān)系的構(gòu)建,推動(dòng)人類(lèi)超生物肢體的發(fā)展,使人類(lèi)在具身技術(shù)支持的社會(huì)實(shí)踐中不斷形成和改造自身的超生物經(jīng)驗(yàn),進(jìn)而確證和弘揚(yáng)人的主體性。
技術(shù)對(duì)人的賦能,不是簡(jiǎn)單地賦予主體某種能力,更不是取代主體,而是通過(guò)激發(fā)主體自身的潛能來(lái)實(shí)現(xiàn)某種目標(biāo)。在教育領(lǐng)域,它體現(xiàn)為人類(lèi)通過(guò)發(fā)明和創(chuàng)造不同的教學(xué)工具來(lái)延伸自己的超生物肢體,并通過(guò)教學(xué)實(shí)踐傳遞自己的超生物經(jīng)驗(yàn)。人工智能對(duì)教育和學(xué)習(xí)主體的賦能,一方面是通過(guò)利用智能化、自動(dòng)化的技術(shù)工具替代重復(fù)、低效的勞動(dòng),給予主體更多樣、更寬廣的行為自由和精神自由,從而從事更多創(chuàng)造性的教學(xué)工作和學(xué)習(xí)活動(dòng)。從這一意義上來(lái)說(shuō),技術(shù)的引入,不是取代教師,而是解放教師;另一方面是通過(guò)利用可視化、交互式的情境反饋替代抽象、空洞的概念,賦予主體更真實(shí)、更強(qiáng)烈的互動(dòng)體驗(yàn),從而提高學(xué)習(xí)者的參與度和積極性,這就意味著技術(shù)的引入,讓學(xué)習(xí)者失去的是各種教育的“鎖鏈”,而獲得的則是一個(gè)全新的學(xué)習(xí)世界。在具身型人工智能的賦能下,教育實(shí)踐呈現(xiàn)出新的發(fā)展樣態(tài)與特征。例如,以智能助教、智能學(xué)伴等為代表的教育機(jī)器人催生了人機(jī)共教、共學(xué)、共進(jìn)的智能教育新生態(tài)。它們或作為問(wèn)題診斷和學(xué)情反饋的分析師,或作為學(xué)業(yè)生涯和未來(lái)發(fā)展的規(guī)劃師、心理疏導(dǎo)和危機(jī)干預(yù)的輔導(dǎo)員等,共同推進(jìn)教育實(shí)踐的創(chuàng)新發(fā)展。
三 人工智能推動(dòng)實(shí)現(xiàn)教育具身的內(nèi)在邏輯與實(shí)踐路向
教育實(shí)踐的具身轉(zhuǎn)向不僅需要科學(xué)理論指導(dǎo),還需要新興技術(shù)支撐。基礎(chǔ)科學(xué)(如腦科學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)等)與技術(shù)創(chuàng)新(如腦機(jī)接口技術(shù)、生物特征識(shí)別技術(shù)等)的交互作用這一內(nèi)在邏輯,為人工智能推動(dòng)實(shí)現(xiàn)教育具身開(kāi)辟了新的實(shí)踐路向,即從只注重技術(shù)應(yīng)用的單向度發(fā)展走向強(qiáng)調(diào)技術(shù)與教育相互作用的雙向賦能。
1"內(nèi)在邏輯:以基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新的耦合發(fā)展推動(dòng)教育實(shí)踐具身水平持續(xù)提升
根據(jù)Stokes[16]對(duì)科學(xué)研究的分類(lèi),人工智能是一門(mén)由應(yīng)用激發(fā)的基礎(chǔ)研究,屬于“巴斯德象限”的科學(xué)研究新類(lèi)型,其背后反映的是當(dāng)代基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新之間的耦合發(fā)展規(guī)律。在基礎(chǔ)科學(xué)維度上,人工智能的研究以對(duì)人類(lèi)學(xué)習(xí)機(jī)制、心智模式等的理解和認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ);在技術(shù)創(chuàng)新維度上,人工智能的研究以對(duì)不同技術(shù)工具在社會(huì)各領(lǐng)域的系統(tǒng)集成和融合應(yīng)用為核心。站在教育立場(chǎng)看,人工智能既是學(xué)習(xí)的科學(xué),又是教育的技術(shù),兩者相互作用、彼此促進(jìn)[17]。一方面,有關(guān)人類(lèi)認(rèn)知、學(xué)習(xí)和決策的理論為智能系統(tǒng)的搭建提供了科學(xué)、精細(xì)的指南;另一方面,智能系統(tǒng)中腳本實(shí)現(xiàn)的方式、特征和效率也為學(xué)習(xí)理論的檢驗(yàn)、完善和發(fā)展提供了基礎(chǔ)。Luckin[18]指出,對(duì)學(xué)習(xí)機(jī)制的科學(xué)探索為智能時(shí)代教育技術(shù)的設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)支撐,而智能技術(shù)在教育場(chǎng)景的應(yīng)用過(guò)程與結(jié)果又為深化人們對(duì)學(xué)習(xí)的科學(xué)認(rèn)識(shí)提供了無(wú)限靈感。人工智能正在基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新的良性互動(dòng)中實(shí)現(xiàn)耦合發(fā)展,并在這一過(guò)程中實(shí)現(xiàn)人與技術(shù)具身關(guān)系的生成與進(jìn)化,進(jìn)而推動(dòng)教育實(shí)踐具身水平的持續(xù)提升。
人與技術(shù)的具身關(guān)系指人與技術(shù)融為一體,共同作用于外部世界。這種關(guān)系的形式化表達(dá)為“(人—技術(shù))→世界”。人與技術(shù)具身關(guān)系的構(gòu)建受三個(gè)因素影響:①構(gòu)成性(Composition),指人的身體結(jié)構(gòu)與技術(shù)結(jié)構(gòu)耦合,人以一種特殊方式將技術(shù)融入自身身體經(jīng)驗(yàn),借助技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)外部世界的感知和認(rèn)識(shí);②透明性(Transparency),即技術(shù)具備的知覺(jué)透明性能力,這是指技術(shù)經(jīng)過(guò)人短時(shí)間的適應(yīng)后會(huì)“抽身而去”,不知不覺(jué)地成為人之日常經(jīng)驗(yàn)的一部分;③沉降度(Sedimentation),指人使用某種技術(shù)時(shí)在習(xí)慣上的強(qiáng)度,習(xí)慣性越強(qiáng),技術(shù)行為的自動(dòng)化程度越高,人與技術(shù)的具身關(guān)系也就越強(qiáng)[19]。人與人工智能在教育實(shí)踐中具身關(guān)系的建立可以從工程與科學(xué)兩個(gè)層面分析:從工程視角來(lái)看,具身的人工智能和物理上的具身系統(tǒng)密切相聯(lián),如機(jī)器人,這意味著具身的人工智能通過(guò)機(jī)器人對(duì)人類(lèi)認(rèn)知和智能的建模和模擬實(shí)現(xiàn)物理上的具身;從科學(xué)視角來(lái)看,具身的人工智能是對(duì)自然狀態(tài)下的認(rèn)知和智能進(jìn)行建模和模擬,即人工智能的具身展現(xiàn)的是機(jī)器人在建模和模擬中蘊(yùn)含的人類(lèi)智能和認(rèn)知[20]。而人與人工智能具身關(guān)系的建立,不僅可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的在場(chǎng)感,豐富他們的學(xué)習(xí)體驗(yàn),還可以通過(guò)以人工智能技術(shù)為中介的人與世界的具身交互增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的參與感,實(shí)現(xiàn)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的意義建構(gòu)。
2"實(shí)踐路向:以具身認(rèn)知科學(xué)與人工智能技術(shù)的雙向賦能促進(jìn)教育與經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)一
人工智能變革教育,必須基于基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新耦合發(fā)展的過(guò)程和作用機(jī)制,把教育技術(shù)的原始創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為教育發(fā)展的基本動(dòng)力,實(shí)現(xiàn)教育的整體性變革,其核心是要促進(jìn)學(xué)習(xí)科學(xué)與教育技術(shù)的相互賦能,推動(dòng)教育主體與教育環(huán)境的雙向構(gòu)建。具身認(rèn)知和人工智能作為學(xué)習(xí)科學(xué)和教育技術(shù)發(fā)展的前沿,將通過(guò)增強(qiáng)教育環(huán)境的沉浸體驗(yàn)和感知、促進(jìn)教育主體的身心融合與統(tǒng)一,推動(dòng)教育實(shí)踐的具身轉(zhuǎn)變,并在這一過(guò)程中實(shí)現(xiàn)協(xié)同發(fā)展。以具身認(rèn)知科學(xué)與人工智能技術(shù)雙向賦能促進(jìn)教育實(shí)踐的具身轉(zhuǎn)變,需以具身認(rèn)知科學(xué)為基礎(chǔ),構(gòu)建智能的教育技術(shù)系統(tǒng)并開(kāi)展工程化應(yīng)用。首先,以具身認(rèn)知為基礎(chǔ),意味著要通過(guò)身體卷入和場(chǎng)景卷入的方式推動(dòng)教育系統(tǒng)形成自組織、自適應(yīng)、自進(jìn)化的良性循環(huán)。這一方面要?jiǎng)?chuàng)建虛擬與現(xiàn)實(shí)無(wú)縫連接、人與技術(shù)協(xié)同工作的學(xué)習(xí)環(huán)境,支持學(xué)習(xí)者體驗(yàn)式、個(gè)性化、適應(yīng)性的自主學(xué)習(xí);另一方面要充分激發(fā)人的身體潛能,促進(jìn)學(xué)習(xí)者“大腦嵌入身體、身體嵌入情境”的具身學(xué)習(xí)。其次,構(gòu)建智能的教育技術(shù)系統(tǒng)并開(kāi)展工程化應(yīng)用,意味著要充分利用人工智能自動(dòng)感知、即時(shí)響應(yīng)和快速反饋等優(yōu)勢(shì),以促進(jìn)學(xué)習(xí)者認(rèn)知之物理、生理和心理過(guò)程的耦合循環(huán)為中心,在教育和學(xué)習(xí)的真實(shí)場(chǎng)景與實(shí)踐中積極構(gòu)建人與技術(shù)的具身關(guān)系,以支持學(xué)習(xí)者身體、心靈和環(huán)境的交互作用,實(shí)現(xiàn)人與世界的雙向建構(gòu)和共同進(jìn)化。
以具身認(rèn)知科學(xué)與人工智能技術(shù)的雙向賦能促進(jìn)教育實(shí)踐的具身轉(zhuǎn)向,需深刻理解教育與經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)一性,并推動(dòng)兩者走向統(tǒng)一。杜威認(rèn)為:“教育就是經(jīng)驗(yàn)的改造或改組,這種改造或改組既能增加經(jīng)驗(yàn)的意義,又能提高指導(dǎo)后來(lái)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)程的能力。”[21]教育與經(jīng)驗(yàn)在實(shí)踐中是統(tǒng)一的。教育作為一種有目的的培養(yǎng)人的社會(huì)活動(dòng),說(shuō)到底就是通過(guò)生活實(shí)踐促進(jìn)學(xué)生經(jīng)驗(yàn)發(fā)展。它既是經(jīng)驗(yàn)的過(guò)程,也是經(jīng)驗(yàn)的結(jié)果。從主動(dòng)性講,經(jīng)驗(yàn)是積極地嘗試、具身地探索和創(chuàng)新地實(shí)踐;從連續(xù)性講,經(jīng)驗(yàn)是持續(xù)不斷地自我改造,是循序漸進(jìn)地動(dòng)態(tài)生成和可選擇地適應(yīng)性發(fā)展;從交互性講,經(jīng)驗(yàn)是學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)環(huán)境的相互作用,是基于行動(dòng)的反思性實(shí)踐。以具身認(rèn)知科學(xué)與人工智能技術(shù)雙向賦能支撐的教育實(shí)踐之具身轉(zhuǎn)向,必須注重身體體驗(yàn)和情境互動(dòng)在教學(xué)過(guò)程中的作用,以增進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的主動(dòng)性、連續(xù)性和交互性。比如,通過(guò)具身認(rèn)知和人工智能的整合應(yīng)用,智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)在模擬人的身體動(dòng)作、激發(fā)人的共情能力以及調(diào)動(dòng)人的互動(dòng)欲望等方面不斷取得突破,有效扭轉(zhuǎn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的被動(dòng)局面,推動(dòng)了教育教學(xué)的具身轉(zhuǎn)變。相關(guān)研究證明,在智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)中增加自然語(yǔ)言會(huì)話、導(dǎo)師手勢(shì)、體態(tài)以及面目表情等,能極大地提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和效果[22]。
四 人工智能推動(dòng)教育具身的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)之道
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),教育領(lǐng)域涌現(xiàn)了大量智能技術(shù)創(chuàng)新成果,如智能助教、智能學(xué)伴等,但這些技術(shù)創(chuàng)新很少建立在學(xué)習(xí)科學(xué)的基石之上[23]。融合具身認(rèn)知與人工智能的教育技術(shù)系統(tǒng)尚未建立,是人工智能推動(dòng)實(shí)現(xiàn)教育具身面臨的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn),本研究認(rèn)為,其應(yīng)對(duì)之道在于:基于人工智能與具身認(rèn)知的融合創(chuàng)新,建立具身、智能的教育技術(shù)系統(tǒng)并開(kāi)展工程化應(yīng)用。
1"現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn):融合具身認(rèn)知與人工智能的教育技術(shù)系統(tǒng)尚未建立
歷史上,人工智能與認(rèn)知科學(xué)有著非常密切的親緣關(guān)系。這兩個(gè)領(lǐng)域是相互交織在一起的,并在長(zhǎng)期的研究進(jìn)程中,形成了一種穩(wěn)定的雙向互惠關(guān)系。當(dāng)前,伴隨著新一代人工智能和新一代認(rèn)知科學(xué)的崛起,這種雙向互惠的關(guān)系正處于新一輪的重構(gòu)之中。這必然會(huì)影響教育領(lǐng)域內(nèi)以認(rèn)知科學(xué)為主題的基礎(chǔ)科學(xué)與以人工智能為主題的技術(shù)創(chuàng)新的耦合進(jìn)程,進(jìn)而使新一代人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用只能處于初級(jí)階段,以具身認(rèn)知科學(xué)為基礎(chǔ)、以新一代人工智能為支撐的新型教育技術(shù)系統(tǒng)無(wú)法真正建立起來(lái)。截至目前,教育領(lǐng)域基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新的耦合發(fā)展大體經(jīng)歷了教學(xué)機(jī)器與程序教學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)和智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)三個(gè)階段。在教學(xué)機(jī)器與程序教學(xué)階段,典型代表為基于機(jī)械技術(shù)構(gòu)建的、支持程序教學(xué)的教學(xué)機(jī)器。早在20世紀(jì)20年代,美國(guó)教育心理學(xué)家Pressey就創(chuàng)造了世界上第一臺(tái)教學(xué)機(jī)器[24],實(shí)現(xiàn)了近百年來(lái)教育領(lǐng)域的第一個(gè)技術(shù)原始創(chuàng)新。然而,由于該階段教學(xué)機(jī)器使用的是機(jī)械技術(shù),其適用性有限,且在信息呈現(xiàn)、交互支持及對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)的記錄、存儲(chǔ)和分析等方面均存在很多局限,導(dǎo)致它對(duì)教學(xué)實(shí)踐的影響遠(yuǎn)不及預(yù)期,未能在教育實(shí)踐得到廣泛應(yīng)用[25]。另外,Pressey的教學(xué)機(jī)器缺乏有關(guān)學(xué)習(xí)之原創(chuàng)型科學(xué)理論的支撐,其發(fā)展主要依賴(lài)于經(jīng)驗(yàn)而不是理論,只能通過(guò)反復(fù)試錯(cuò)不斷修正和完善,以此取得進(jìn)步,這也是當(dāng)時(shí)教學(xué)機(jī)器“生不逢時(shí)”、最終歸于沉寂的一個(gè)重要原因。
隨著Skinner“操作性條件反射理論”的提出,教學(xué)機(jī)器的發(fā)展有了科學(xué)的理論支撐,程序教學(xué)成為“基于科學(xué)的技術(shù)”,有關(guān)學(xué)習(xí)研究的基礎(chǔ)科學(xué)取得的重大突破,開(kāi)始為面向教學(xué)的技術(shù)創(chuàng)新注入強(qiáng)大動(dòng)力。正如當(dāng)時(shí)斯金納所言:“日益進(jìn)步的有關(guān)學(xué)習(xí)的科學(xué)有這樣一種令人鼓舞的景象,再由此回過(guò)頭來(lái)看一看與學(xué)習(xí)過(guò)程直接有關(guān)的學(xué)術(shù)分支——教育,就會(huì)感到巨大的震驚……教室的機(jī)械化水平連家庭的廚房都不如!”[26]而教學(xué)機(jī)器的發(fā)明,在Skinner看來(lái),正是“由關(guān)于學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)研究得來(lái)了能為自我教學(xué)創(chuàng)造最優(yōu)條件的機(jī)器”[27]。這極大地改變了教育領(lǐng)域內(nèi)基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新的基本格局,并有力推動(dòng)了20世紀(jì)60年代后計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的發(fā)展,進(jìn)而影響了現(xiàn)代信息技術(shù)支持的學(xué)習(xí),包括網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、多媒體學(xué)習(xí)等。在經(jīng)典認(rèn)知科學(xué)與信息技術(shù)的交相影響下,教育實(shí)踐日益走向科學(xué)化和技術(shù)化。然而,迄今為止仍沒(méi)有明確的證據(jù)可以證明教育科學(xué)化和技術(shù)化取得了真正的成功,甚至有學(xué)者還認(rèn)為它給教育帶來(lái)了災(zāi)難[28]。因?yàn)橐晃稄?qiáng)調(diào)教育的可操作性、可復(fù)制性和學(xué)習(xí)活動(dòng)的可測(cè)量性、可檢驗(yàn)性,是違背教育和學(xué)習(xí)之本質(zhì)的,容易出現(xiàn)“唯技術(shù)論”“唯工具論”的趨向[29],進(jìn)而讓教育陷入機(jī)械化的離身困境。教學(xué)機(jī)器與程序教學(xué)的成功和失敗,均源于此。
Pressey和Skinner在教學(xué)機(jī)器和程序教學(xué)上的探索,充分展現(xiàn)了學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)科學(xué)研究與教育的技術(shù)創(chuàng)新之間的密切關(guān)系,即沒(méi)有基礎(chǔ)科學(xué)作為基石,教育領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新是注定走不遠(yuǎn)的;同樣,沒(méi)有創(chuàng)新技術(shù)作為支撐,先進(jìn)前衛(wèi)的教學(xué)理念也是難以實(shí)現(xiàn)的。以具身認(rèn)知為代表的新一代認(rèn)知科學(xué)和以具身型人工智能為代表的新一代人工智能的發(fā)展,正推動(dòng)著教育領(lǐng)域基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新的耦合發(fā)展步入新境界,即科學(xué)與技術(shù)雙向互動(dòng)的新階段。智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)的出現(xiàn)就是新一代認(rèn)知科學(xué)與人工智能雙向互動(dòng)的結(jié)果,因?yàn)樗鼉?nèi)在地包含了學(xué)習(xí)的科學(xué)和教育的技術(shù),并在實(shí)踐應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了兩者的一體化發(fā)展。然而,這種二元耦合發(fā)展的模式目前仍停留在個(gè)別案例上,寥若浩瀚天空中的晨星。數(shù)十年來(lái),基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新的雙向互動(dòng)已經(jīng)成為當(dāng)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的基本模式,由此催生了基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新耦合發(fā)展的“巴斯德象限”,但這尚未成為教育領(lǐng)域內(nèi)基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新的主流。對(duì)教育信息化領(lǐng)域“有變化無(wú)改革”“有變化而無(wú)改良”的批評(píng)仍不絕于耳。所謂“有變化而無(wú)改革”和“有變化而無(wú)改良”,是指雖然技術(shù)環(huán)境變化很大,但教育教學(xué)實(shí)質(zhì)改進(jìn)不多,既沒(méi)有突破性的制度創(chuàng)新,也沒(méi)有顯著的質(zhì)量提升[30]。究其根源,正在于我們?nèi)狈σ环N基于學(xué)習(xí)科學(xué)與教育技術(shù)的內(nèi)在統(tǒng)一,即融合了具身認(rèn)知與人工智能的新型教育技術(shù)系統(tǒng)。因此,繼續(xù)推進(jìn)具身認(rèn)知與智能技術(shù)的雙向交互,建立智能、具身的新型教育技術(shù)系統(tǒng),并在工程化應(yīng)用中提升教育系統(tǒng)自身變革的內(nèi)在動(dòng)力,是當(dāng)前人工智能推動(dòng)教育具身面臨的一大挑戰(zhàn)。
2"應(yīng)對(duì)之道:構(gòu)建超生物肢體、超生物感官和超生物大腦整合的具身型智能教育技術(shù)系統(tǒng)
具身認(rèn)知科學(xué)和人工智能技術(shù)的融合創(chuàng)新,為具身型教育技術(shù)系統(tǒng)的構(gòu)建與工程化應(yīng)用提供了基礎(chǔ)支撐。近年來(lái),隨著元宇宙、智能終端等前瞻性產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,人機(jī)交互界面日趨透明甚至消失,媒介對(duì)人體延伸的自由度不斷向外(現(xiàn)實(shí)世界)開(kāi)拓?cái)U(kuò)展和向內(nèi)(人體自身)重組再造[31],教育技術(shù)系統(tǒng)將在新理論與新技術(shù)的耦合作用下進(jìn)一步升級(jí),形成具身型智能教育技術(shù)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中,學(xué)習(xí)者身體與各類(lèi)智能設(shè)備建立起高強(qiáng)度、高密度的連接,多元、沉浸的媒體交互將觸發(fā)學(xué)習(xí)者更多的感官體驗(yàn)、操作體驗(yàn)和心理體驗(yàn),進(jìn)而產(chǎn)生具身效應(yīng),實(shí)現(xiàn)多通道狀態(tài)信息(知覺(jué)的、動(dòng)作的、內(nèi)省的)與高層次認(rèn)知加工(推斷、分類(lèi)、記憶等)的雙向互動(dòng)。具身型智能教育技術(shù)系統(tǒng)就像一個(gè)具備自組織、自適應(yīng)能力的超生物系統(tǒng),包含了超生物肢體、超生物感官和超生物大腦且實(shí)現(xiàn)了三者的整合,因此不僅能根據(jù)自下而上的知覺(jué)信息生成相應(yīng)的行動(dòng)方案,還能根據(jù)自上而下的預(yù)測(cè)信息快速調(diào)整行動(dòng)方案——上行感知和下行預(yù)測(cè)的結(jié)合,構(gòu)成、檢驗(yàn)和維系著學(xué)習(xí)者對(duì)外部世界的理解和把握。
一個(gè)完整的具身型智能教育技術(shù)系統(tǒng)包括超生物肢體、超生物感官和超生物大腦三大子系統(tǒng)。其中,超生物肢體子系統(tǒng)是人類(lèi)肢體的延伸,包括支持手、腳等肢體操作的各種技術(shù)工具,它在突破教學(xué)交互的時(shí)空限制、調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者參與學(xué)習(xí)的能動(dòng)性上發(fā)揮著重要作用;超生物感官子系統(tǒng)是人類(lèi)感官系統(tǒng)的延伸,包括模擬眼睛、鼻子、耳朵及皮膚中感受器的各類(lèi)傳感器及其配套的模擬信號(hào)處理單元、類(lèi)腦運(yùn)算芯片等,多感官融合的超生物感官系統(tǒng)有助于實(shí)現(xiàn)人類(lèi)感知與世界的對(duì)接,促進(jìn)學(xué)習(xí)者知覺(jué)與行動(dòng)的合一;超生物大腦子系統(tǒng)是人腦的延伸,它不僅能夠?qū)⑿畔⑥D(zhuǎn)換為記憶,還能夠根據(jù)輸入信息和先驗(yàn)知識(shí)做出事件處理決策并調(diào)配相關(guān)資源。超生物肢體、感官和大腦突破了原有身體為遺傳所決定的生物局限性,其頻繁使用構(gòu)建和形成了人的“超生物經(jīng)驗(yàn)”,這也是具身型智能教育技術(shù)系統(tǒng)的目的之一,即激發(fā)學(xué)習(xí)者的“超生物行為”,幫助其掌握和積累越來(lái)越多的“超生物經(jīng)驗(yàn)”。具身型智能教育技術(shù)系統(tǒng)中人與超生物肢體、感官和大腦的互嵌、互構(gòu),將重塑人的操作、感官和心理體驗(yàn),增強(qiáng)人的在場(chǎng)感、參與感與沉浸感,進(jìn)而促進(jìn)學(xué)習(xí)由離身向具身轉(zhuǎn)變。
為構(gòu)建具身型智能教育技術(shù)系統(tǒng),必須加快推進(jìn)具身認(rèn)知與人工智能在教育領(lǐng)域的耦合,充分利用基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新的互動(dòng)成果,促進(jìn)教育技術(shù)系統(tǒng)的集成創(chuàng)新與工程實(shí)踐。教育技術(shù)系統(tǒng)的集成創(chuàng)新將以對(duì)學(xué)習(xí)者肢體、感官及大腦的全面延伸為進(jìn)路,不斷推進(jìn)具身認(rèn)知的理論落地、人工智能的具身實(shí)現(xiàn)和具身型智能教學(xué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。在具身認(rèn)知的理論落地上,應(yīng)重視人工智能在支持具身交互和激發(fā)沉浸體驗(yàn)上的作用,探索構(gòu)建融合智能技術(shù)的具身學(xué)習(xí)環(huán)境,充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者肢體、感官和大腦參與學(xué)習(xí)的積極性;開(kāi)發(fā)基于場(chǎng)景感知、內(nèi)容分發(fā)和路徑規(guī)劃的具身課程資源,促進(jìn)課程敘事框架與學(xué)生學(xué)習(xí)軌跡的融合[32];設(shè)計(jì)即時(shí)性行動(dòng)與結(jié)構(gòu)化反思相結(jié)合的具身教學(xué)活動(dòng),使學(xué)生通過(guò)“對(duì)行動(dòng)的反思”和“在行動(dòng)中反思”構(gòu)建身心合一的個(gè)體實(shí)踐性知識(shí)[33]。在人工智能的具身實(shí)現(xiàn)上,需繼續(xù)推進(jìn)智能技術(shù)與生物體的結(jié)合,推動(dòng)人工智能從物理具身(Physical"Embodiment)到類(lèi)有機(jī)體具身(Organismoid Embodiment)再到有機(jī)體具身(Organismic"Embodiment)的漸次實(shí)現(xiàn)[34],增強(qiáng)學(xué)習(xí)者對(duì)外部世界的感知、連接與認(rèn)知能力;推進(jìn)智能體與真實(shí)世界的互動(dòng),實(shí)現(xiàn)人工智能從弱人工智能(Artificial Narrow Intelligence)到強(qiáng)人工智能(Artificial General Intelligence)再到超人工智能(Artificial Super Intelligence)的進(jìn)化,促進(jìn)教育領(lǐng)域人工智能從關(guān)注智能技術(shù)應(yīng)用轉(zhuǎn)向人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)發(fā)展。在具身型智能教學(xué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)上,需聚焦認(rèn)知科學(xué)與機(jī)器智能領(lǐng)域的多模態(tài)感知和學(xué)習(xí)問(wèn)題,探索設(shè)計(jì)更直接、自然的人機(jī)互動(dòng)方式;聚焦學(xué)習(xí)過(guò)程與行為的具身模擬和預(yù)測(cè)問(wèn)題,推進(jìn)人機(jī)協(xié)同、人機(jī)融合學(xué)習(xí);聚焦肉身在場(chǎng)與虛擬在場(chǎng)的交織融合問(wèn)題,搭建參與感強(qiáng)、互動(dòng)性高的沉浸式體驗(yàn)空間,促進(jìn)學(xué)習(xí)者超生物經(jīng)驗(yàn)的形成與發(fā)展。
五 結(jié)語(yǔ)
未來(lái)一定是人機(jī)共存的時(shí)代,人工智能在教育實(shí)踐中的應(yīng)用將成為常態(tài)。人工智能給教育帶來(lái)的變革已經(jīng)超越了技術(shù)工具論的邏輯,并逐漸上升為對(duì)教育理念、教育價(jià)值及教育生態(tài)的全面沖擊。尤其是隨著具身型人工智能的發(fā)展,技術(shù)在教育教學(xué)中的角色定位越來(lái)越復(fù)雜多元,要求我們必須科學(xué)認(rèn)識(shí)人工智能的發(fā)展范式及其對(duì)教育的深刻影響。新一代人工智能將通過(guò)增強(qiáng)主體性在場(chǎng)、促進(jìn)具身性交互和提升沉浸性體驗(yàn)等,推動(dòng)教育技術(shù)系統(tǒng)的集成創(chuàng)新與工程實(shí)踐,有效支持具身的教學(xué)與學(xué)習(xí),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)教育實(shí)踐的具身轉(zhuǎn)變[35]。唯有如此,才能充分發(fā)揮人工智能變革教育的革命性力量,加快推進(jìn)具身認(rèn)知與人工智能在教育領(lǐng)域的耦合發(fā)展,以教育技術(shù)的原始創(chuàng)新全面推動(dòng)教育理念更新、模式變革、體系重構(gòu)。
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How Artificial Intelligence Promotes the Embodied Turn of Education
——On Embodied Artificial Intelligence and Embodied Educational Practice
ZHENG Xu-dong WANG Mei-qian ZHOU Zi-he
(1. Faculty of Artificial Intelligence in Education, Central China Normal University, Wuhan, Hubei, China 430079; 2. Normal School of Vocational and Technical Education, Hubei University of Technology, Wuhan, Hubei, China 430068)
Abstract: From the perspective of embodied cognitive science, this paper explores the logical necessity for the transformation of AI from symbolic to embodied. The authors"believe that the embodied AI has achieved a leap from physical extension to technological empowerment and provides"a basic support for the development of embodied intelligent educational technology system which connects the superbiological limbs, senses and brains, the coupling development of the embodied cognitive science and artificial intelligence technology which facilitates the unity of education and experience, and the improvement of embodiment of educational practice. It will be helpful to solve the problems"of disembodied education such as the separation of knowing and action.
Keywords:"artificial intelligence; embodied cognition; educational practice; embodied education