智能導學中學生個性化自我調節學習與情緒研究

韓建華

（天津市教育科學研究院 天津 300191）

教育注重學生認知發展和問題解決，為了解決實際問題，探索未知世界，教育者和教學設備實現教學生知識與學習方法。目前，各種網絡學習平臺、MOOC、人工智能，讓學生隨時隨地學習，碎片化時間得到充分利用，既可以提高學生學習效率，又可以促進成績進步。特別地，智能導學系統（Intelligent Tutoring System, ITS）是為學生提供復雜問題以及用于解決復雜問題的工具，旨在促進批判性思維和問題解決技能[1]。ITS 是根據學生知識水平，模擬教師選擇合適的教學策略，幫助學生獲得新知識或學習問題解決步驟[2]。ITS 是為學生提供個性化學習指導的智能計算機輔助教學系統，結合學生知識習得過程的需求和特征，為學生提供智能的指導和反饋[3]。ITS 逐漸應用于教育教學過程，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，既用于基本學科知識學習，又可以學習解題方法，為培養學生跨學科思維奠定基礎。由于學生學習需求和心理特征等差異，每個ITS包含不同支架，幫助學生完成學習任務，實現個性化自我調節學習。本研究旨在構建智能導學中學生個性化自我調節學習成分模型和發生機理，兼顧調查學生學習過程隱含的學習情緒，為個性化學習研究提供參考。

1 智能導學中學生個性化自我調節學習

基于ITS 個性化自我調節學習是學生選擇ITS 中的學習內容、學習方式和學習路徑，系統自動地追蹤學生學習軌跡，為學生提供自適應的反饋，涉及認知過程、元認知過程、問題解決過程等[4]。

1.1 智能導學中學生個性化自我調節學習成分模型

經運行ITS，采用文獻綜述法，分析得出ITS環境學生自我調節學習包括認知、行為、情緒和動機等要素，本研究考慮前三個成分，構建智能導學中學生個性化自我調節學習成分模型，如圖1 所示。

圖1 智能導學中學生個性化自我調節學習成分模型

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

認知個性化包括認知認識、認知反思、認知調節。基于ITS的認知指學生識記、領會、運用、分析、綜合、評價等，由于知識背景、學習風格、認知負載等因素，學生學習過程表現不同的參與、專注或疲勞。所以，ITS 可以刺激學生認識自己的認知，進而使學生反思和調整自己的認知。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。學生根據自己的興趣選擇學習內容，系統提供個性化學習儀表盤，詳細記錄學生認知和學習表現，幫助學生了解自己的認知。學生知識理解存在差異時，系統及時反饋學生，如紅色表示錯誤，綠色表示正確，這樣有助于學生調節認知。系統提示和示例助力學生構建正確知識，學習正確解題思路。

情緒個性化包括情緒感知、情緒反思、情緒調節。基于學習內容豐富度和學習效果，學生表現困惑、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測方法可以捕捉學生情緒，進而讓學生認識和調節自己的情緒。智能代理是與學生共同學習的虛擬學伴，具有能與學生互動的聲音、表情和肢體動作。當學生做題時，智能代理表現一副認真表情；當學生答對時，智能代理有聲音、表情、眼神變化，如“很棒”等鼓勵學生；當學生做錯時，智能代理表現出消極情緒。這些情緒支架有助于消除學生孤獨感，產生積極的愉悅感，增加學習自信心。此外，系統及時讓學生報告自己的情緒，通過對話引導學生認識自己的情緒，此過程有助于提升學生情緒調節和控制能力。

行為個性化包括行為意識、行為反思、行為調節。學習行為是學生與系統交互過程的一系列動作，這些動作受自身的情感意識、學習內容復雜性、學習資源豐富性、學習表現評估、動畫代理介入等影響。認知和情緒支配學生學習行為，由于認知和情緒個性化，學生行為也表現相應的個性化。由于ITS 進度界面包括“繼續學習”“復習知識”“挑戰新知識”等，使學生可以自由選擇學習內容。在利用ITS 解題過程中，學生可以根據需要隨意選用相關的超鏈接、音頻、動畫和公式等。

1.2 智能導學中學生個性化自我調節學習發生機理

經分析ITS 特點，結合智能導學中學生個性化自我調節學習成分，構建學生個性化自我調節學習發生機理，如圖2 所示。

圖2 智能導學中學生個性化自我調節學習發生機理

從圖2 可知，一方面，ITS 可以促進學生思考，進而提升學生學習效果。另一方面，學生學習表現可以反饋給ITS，使ITS 的資源可以持續地更新或者改進，進而再次促進學生思考，最終提升學生學習效果。ITS 包含智能界面、自適應幫助、智能代理以及豐富的學習內容。智能界面提供滿足學生學習需求的聲音、動畫、視頻、超鏈接等。自適應幫助是ITS 針對學生學習需要和特點而自動提供個性化的推薦和提示。智能代理是指導和激勵學生的虛擬教師代理、學生代理、學習伙伴等。學習內容由系統根據學生認知水平而自適應地精準推薦給學生。ITS 促進學生認知、元認知、問題解決和情緒調節，持續利用ITS 學習能增強學生的認知能力、元認知能力、問題解決能力和情緒智能。情緒影響學生的認知和行為，元認知也可以調節學生的情緒和行為。學生利用ITS 學習，實現認知個性化、情緒個性化和行為個性化，ITS 提供學生自適應幫助和智能化界面等，提升學生認知能力、元認知能力、問題解決能力和情緒調節能力。

認知是人感知、記憶、想象、思維等認識事物的過程[5]。認知能力是人腦對信息進行加工、儲存和提取的能力，是人理解事物的構成、性能和事物之間的關系、發展動力、發展方向和把握基本規律的能力[6]。如利用ITS 的學習資源和超鏈接等可以幫助學生思考如何構建正確的實體概念的因果關系，實現學生在ITS界面上繪制個性化的因果圖。其中，智能界面幫助學生記憶和注意認知過程，自適應功能可以刺激學生有效調節思維過程，智能代理幫助學生存儲和提取正確信息。當學生學習過程遇到問題、僵路和迷思時，可以咨詢智能代理，如教師代理可以指導學生建構正確知識，ITS提示和建議作為學生學習支架，幫助學生調節自己的認知，進而提升學生的認知能力。

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

問題解決是高級認知過程，可以在內部知識表征基礎上與其他認知過程相互作用[8]。一般地，簡單規則組成復雜規律，由于不同內容的復雜問題具有特殊性，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生高階思維能力，是學生發現問題、分析問題、解決問題的能力，是學生在運用這些能力的基礎上，提高解題水平的能力。學生利用ITS 的資料和支架等認識科學知識，找出實體間的因果關系，通過運用智能代理的提示、反饋、監督和系統的自適應幫助等，構建精確的因果圖，使學生在發現問題、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系的反應。情緒也是人在認識和意識過程中對事物體驗的心理活動，情緒的產生、類型和強度受認知影響。情緒智能是學生對情緒的感知能力、反思能力和調節能力。當學生訪問ITS 的時間和學習路徑等條件滿足時，ITS 可以自動彈出即時對話框，讓學生報告自己的情緒和分析學習情緒產生的原因。學生與智能代理會話過程有情緒調節的潛在功能，對學生學習有鼓勵作用。

2 智能導學中學生個性化自我調節情緒

在這項研究中，采用情緒價值量表（Emotions-Value Questionnaire）[10-11]，根據學生應用ITS（Betty's Brain）學習的情況，對其進行改編，然后進行個性化自我調節學習情緒調查統計分析。

2.1 數據收集

針對5―8 年級中小學生，考察某地區5 所學校，首先是教師詳細講解和介紹Betty's Brain 系統，重點介紹“森林生態系統”，幫助學生建立精準的因果關系，是教學重點。然后讓學生在計算機上親自實踐，最后根據自己真實體驗填寫問卷，共發放100 份，有效回收76 份。

2.2 統計分析

數據統計過程中，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、困惑和悲傷規定為消極情緒，中性規定為中性情緒。統計結果如表1、表2 和表3 所示。

表1 描述性統計

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，故學生學習過程表現的情緒，往往是能幫助學生主動完成學習任務的積極向上的情緒。

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

從表3 可知，調查對象中男生為42 人，女生為34 人，其中，男生認為任務價值的平均值為4.02，女生認為任務價值的平均值為4.12，故多數學生認為該學習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。

本次調查研究存在不足，首先，樣本數量少；其次，調查對象過于零散，學生學習認知水平和學習背景層次高低不同；此外，高年級學生可能對自己情緒有一定調控能力，使學習效果不顯著；最后，英文版Betty's Brain 為學生學習帶來不便，這些障礙導致學生填寫情緒表現出差異，也是下一步研究需要改進的方向。

3 結論

ITS 涵蓋學科內容及其恰當的解題思路，學習情緒永遠存在于學習過程，持續不斷的影響認知和行為。ITS 為學生提供自適應支架，幫助學生認識和反思自己的情緒，也提供適應性的策略干預學生情緒，同時這些支架還會對學生的認知和學習行為等有正向或負向的影響。根據具體ITS 使用情況，構建智能導學中學生個性化自我調節學習成分模型和發生機理，探討ITS 中學生個性化的自我調節學習。通過與智能代理交互或直接彈出對話框，引導學生對自己的認知、行為和情緒進行反思，是ITS 干預學生情緒的主要方式。其學習效果主要表現為增強學生認知能力、高階思維能力和情緒智能。通過情緒價值量表對學生利用ITS 學習情緒進行分析，結果表明學生情緒以積極為主，自我效能感也比較強。可見，ITS 幫助學生獲得知識技能，修復學生誤解和錯誤，精準分析學習過程數據，協助學生個性化自我調節學習和調節情緒，為學生提供適切的支持服務，適時提供個性化的教學指導和有效支架，進而真正促進學習活動有效發生。