李文淑

（華東師范大學，上海 200062）

近幾年，人工智能（Artificial Intelligence，AI）正以不可預估的速度影響著教育領域的改革與創(chuàng)新發(fā)展。黨的十九大報告首次單列網(wǎng)絡教育，并提出應有超越基于互聯(lián)網(wǎng)的在線學習，促進虛擬網(wǎng)絡與實體平臺相結(jié)合，創(chuàng)建在線教育和移動學習以及人工智能相助的學習新形態(tài)，使教育網(wǎng)絡化覆蓋全域。［1］本文嘗試厘清教育人工智能（EAI）的學習本質(zhì)和人類的學習機制發(fā)生過程的內(nèi)涵，并關聯(lián)目前教育人工智能在教育領域應用的技術產(chǎn)品和程序，辯證分析兩者的一般發(fā)展規(guī)律、相互作用關系和給學習者帶來的正負效能，探索教育人工智能（EAI）與學習機制共生發(fā)展的確定性。

一、教育人工智能（EAI）與學習機制的內(nèi)涵及一般原理

（一）教育人工智能（EAI）的學習本質(zhì)

教育人工智能是人工智能與學習科學相結(jié)合的一個新領域，其主要是通過利用人工智能技術，更系統(tǒng)、更微觀、更深入地分析和理解學習的過程與學習是怎樣產(chǎn)生的，目的是通過人工智能工具在教學和學習過程中靈活、高效和個性化的使用以使其促進適應不同學習環(huán)境的發(fā)展，進而為學習者能夠有效地掌握某方面知識創(chuàng)造條件。［2］

（二）人類學習機制的發(fā)生過程

學習機制是學習者為了掌握知識和經(jīng)驗而使其心理變化適應環(huán)境變化并以相應的行為方式表現(xiàn)出來的一般過程。實際是指個體的學習發(fā)生、進行、結(jié)束的整個發(fā)展過程，以及在這個過程中學習者為了提高效率所使用的規(guī)則、方法、技巧及調(diào)控方法的總和，［3］亦稱之為學習策略。學習機制是建立在學生元認知水平基礎上而進行的認知學習過程，學生具有積極能動的學習動機加之教師準確清晰的示范講解對于知識的遷移與轉(zhuǎn)化是非常關鍵的因素。

（三）教育人工智能（EAI）與人類學習機制的一般規(guī)律

我們在分析機器學習與人類學習過程內(nèi)涵的基礎上將兩者的信息加工處理的過程進行類比并探究其運行過程的一般機制，得到的結(jié)論是所有的學習過程都是通過學習主體（人或機器）的一系列內(nèi)在心理動作對獲得的外部知識信息進行（人或機器）內(nèi)部加工的過程。其中內(nèi)部信息加工的過程主要包括信息輸入、加工處理與信息輸出。［4］典型的代表觀點有美國心理學家加涅（Gagn，1974）的信息加工學習模式與邁耶（Mayer，1987）的簡化學習過程模式。

圖1 邁耶的簡化學習過程模式

根據(jù)邁耶的簡化學習過程模式，［5］學習者在外界刺激的作用下，首先產(chǎn)生學習動機，即刺激（A），通過（A）來選擇與當前學習任務有關的各種信息，同時激活長時記憶（B）中的原始積累的知識，并產(chǎn)生關聯(lián)。新輸入的信息進入功能記憶之后，學習者進行短時記憶并找出新信息中包含的內(nèi)在聯(lián)系（C），并且與原有的長時記憶（B）中激活的信息產(chǎn)生聯(lián)系（D），之后被功能記憶和理解了的新知識（E）儲存在長時記憶（B）中。如此，新舊信息互相作用產(chǎn)生新的知識并儲存于（人或機器）記憶系統(tǒng)中，或者產(chǎn)生外顯的行為反應。不同的是，人過一段時間之后可能會產(chǎn)生信息遺忘，而機器由于將信息儲存在芯片中故而能長久保存并可即時調(diào)用。

二、教育人工智能（EAI）在學校教育中對學習機制發(fā)生過程的影響

（一）EAI對學習的啟導——積極或消極

教育人工智能技術是一種外部刺激或環(huán)境，在學習的發(fā)生階段作為客體只是暫時有著存在的可能性，比如引起計算機行業(yè)領域內(nèi)的研究者研究的興趣或?qū)W習動機，或因為工作需要而產(chǎn)生學習人工智能知識的需要。學習的發(fā)生需要內(nèi)部因素的誘因和外部因素的相互作用才能產(chǎn)生，教育人工智能方面的產(chǎn)品或技術應用對學習者起了外部引導作用，但是卻忽略了學習者本身的興趣、好奇心在學習中的始動作用。學習者的情感、人格、已獲得的成就、自我效能都是影響學習發(fā)生的不可控變量，而且人的學習動機和需要是能夠通過不同途徑的激發(fā)來培養(yǎng)和訓練的，這是人工智能中機器學習在目前技術范圍內(nèi)還無法達到的高度，雖然目前教育人工智能的科技產(chǎn)品中有能夠根據(jù)學習者不同的學習水平而估測出學習者的學習需要和需要提升的能力。

目前EAI在學生自主學習方面的應用主要體現(xiàn)在技術強化的學與教（TELA），它是透過信息和通信技術增強的“知識結(jié)構(gòu)適性學會學習的電腦化評估”程序，針對學生PISA測考焦慮衍生的相關問題設計的一款因材施測和因材施教的人工智能程序，能夠評估學習者個性化特征，找出每位學生的漸進發(fā)展區(qū)，因應每位學習者的需要提供個別指導。TELA只是掌握了每位受測者能力的不足并為此提出知識更新的內(nèi)容，并沒有掌握學習動機和興趣的個性化。但給EAI未來研究的方向帶來了更多的啟示，學生和機械人（代理）的互動情況及如何才能讓學生產(chǎn)生進一步學習的興趣，學生透過適性評估所得到的回饋對實踐自主學習過程中學習動機、自我效能、歸因等心理和行為如何能夠產(chǎn)生最佳效用等一系列問題值得研究。學習者主體學習的需要和學習的期待是學習機制中不可缺少的主體因素，［6］這些要素相互聯(lián)系、相互制約，組成了學習活動發(fā)生的基本結(jié)構(gòu)?；蛟S在不久的將來能夠?qū)崿F(xiàn)機器同人類大腦一樣富有情感意識，那么，在學習的發(fā)生階段就能夠為學習者提供更多的幫助。

（二）EAI帶來的多元學習方式——賦能或負能

學習者對新知識資料的有效掌握程度與吸收內(nèi)化水平與知識的難易程度、學習者已有知識的結(jié)構(gòu)、教師教學水平、學習者有效的學習策略、學習者學習能力水平等因素有關系。［7］EAI在教育領域所帶來的影響對學習者賦予能力的同時也降低了其某些方面的能力。知識的類型多種多樣，根據(jù)知識傳遞的難易程度可以分為編碼化知識和經(jīng)驗類知識，即顯性知識和隱性知識，編碼化知識如外顯的文字、數(shù)據(jù)的陳述和處理，經(jīng)驗類知識如抽象的、內(nèi)隱的觀念或表象等?？梢越柚斯ぶ悄芗夹g將難度較大的不同種類知識以容易理解掌握的形式傳遞給學習者，如計算機輔助教學系統(tǒng)（CAI）包括操作系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)、寫作系統(tǒng)和各種工具軟件，教師和學習者都可以使用這些智能處理工具來將復雜的結(jié)構(gòu)化知識以動態(tài)易懂的形態(tài)展示出來，提高了學習的效率。但是事情并不總是盡善盡美，目前由于EAI工具的大量使用，很多學習者為了節(jié)約時間而逐漸產(chǎn)生了依賴性，對學習者應該具備的手動書寫能力、參與實踐能力產(chǎn)生了負面影響。學習者易形成簡單化、程序化的線性思維方式，學習者的年齡越小，其思維方式受外部因素影響的程度越大。

教師的教學水平除與教師的知識積累、教學方法、教學技能有關之外，與其對教育智能工具的使用熟練程度也有關。這應該屬于教育人工智能對教育領域影響最深度的部分。PowerPoint、Author ware等CAI軟件的熟練使用能夠給教師的教學水平增添色彩，目前已經(jīng)成為了合格教師必備的綜合素質(zhì)之一。目前EAI領域中以“沃森”智能答疑機器人助教系統(tǒng)為典型代表的教育人工智能產(chǎn)品，是一個集高級自然語言處理、知識表達、自動推理、機器學習等開放式問答技術的AI自動答疑應用系統(tǒng)，它能夠結(jié)合課本、在線課程和自動化家教的可交互、數(shù)字化教育項目，極大地提高學生的學習興趣和學習效率，學生在遇到疑難問題的時候只需要將圖片上傳到云端，系統(tǒng)在兩秒內(nèi)就能反饋答案和解題思路，這也減輕了教師的教學負擔。教師還可以通過系統(tǒng)統(tǒng)計學生問答的難題性質(zhì)和數(shù)量，掌握每個學生的學習動態(tài)，及時對教學計劃作出調(diào)整，從而實現(xiàn)因材施教。弊端就是大部分學生可能會養(yǎng)成遇到難題時不會主動思考而是直接尋求機器幫助的不良習慣，這對于學生邏輯思維能力和判斷性思維能力的培養(yǎng)和訓練是非常不利的，教育智能系統(tǒng)的研發(fā)人員在研究過程中如何解決這項難題是非常值得深入思考和研究的。

學習策略是學習者在學習過程中為了掌握知識而采用的技巧、方法與調(diào)控方法的總和，學習策略與學習者的年齡差異與水平差異有關，是集各種變量、變量關系于一體的復雜因素，［8］也是人工智能在教育領域應用中最容易掌控和最難達到期待效果的部分。容易的是EAI研發(fā)人員可以根據(jù)學習者在學習過程中出現(xiàn)的各種問題開發(fā)各種科技產(chǎn)品和APP軟件來輔助學習者學習，個性化學習工具和機器如“能力風暴”教育機器人、慕課（MOOC）網(wǎng)絡遠程教學等，能夠幫助學習者在日常學習中隨時掌握新知識，賦予學習者根據(jù)自己需要自主選擇學習內(nèi)容的權(quán)利。［9］學習問題的解決很容易就成為人工智能商業(yè)化的推動劑，而人工智能最難達到的期待效果也正是學習問題的解決部分，強化學習是人工智能領域的核心技能，比如可以制造比打敗人類圍棋冠軍的Alpha Go更智能的Alpha X等其他機器人。強化學習的算法對機器人的控制與施加智能元素是可控的，但是作為學習者的人類大腦與人工智能的算法性質(zhì)是不同的，其中不可控因素太多，助學智能策略花樣再多，主動權(quán)和控制權(quán)還是掌握在學習者手中，而每個學習者的多元化綜合素質(zhì)的不同又可能導致部分學習者產(chǎn)生對助學機器人的嚴重依賴性，喪失自主學習思考的能力。學習者的學習離不開教師、家長和社會人為因素的正確引導，因此這就成為了人工智能研究的難點，或許未來通過對人工智能和腦科學的交叉研究能夠帶來新的突破，推動科學的進步，為學習者提供更科學的學習輔助工具。

（三）EAI影響學習的效果——頓悟或機械記憶

我國的基礎教育課程改革要求教師重視培養(yǎng)學生的知識遷移能力、邏輯思維能力、批判性思維能力、領導力、溝通能力、創(chuàng)新能力和復雜決策能力，即學生能夠有效地對所學的知識進行推論、再組織、評價、批判、應用、延展、創(chuàng)新以解決教育實踐中的各種問題，從學習機制過程來看，亦可稱之為學生知識轉(zhuǎn)化與遷移問題。

中國古代對學習效果的見解甚為精辟。“不聞不若聞之，聞之不若見之，見之不若知之，知之不若行之；學至于行之而止矣。行之，明也，明之為圣人。”（《荀子·儒效》）荀子認為只有通過“知”“行”，才能真正理解、掌握所學的內(nèi)容，方可達到學習的最高境界——“明”，即頓悟。培養(yǎng)學習者“頓悟”能力對于當前EAI發(fā)展技術水平來說難度比較大，即使能夠使學習者達到淺層次的機械記憶水平，但是能否對所記憶的知識消化、理解、吸收依舊取決于學習者，如果將來EAI能夠?qū)崿F(xiàn)控制人腦來學習知識和獲得能力，那么將很難培養(yǎng)個性化人才。學習者能力的提升和個性的養(yǎng)成依舊離不開教師準確清晰的示范與講解，離不開學習者自身能動的練習和反饋，離不開學習者與同學同伴、學校、家庭、社區(qū)社會人士之間的溝通與交流，更離不開學習者對多元認知策略的掌握。

態(tài)度是學習者對客觀對象、現(xiàn)象是否符合主體需要之間關系的反映而產(chǎn)生的心理傾向，如學習者的樂學或消極學習態(tài)度便是對教師、課程、作業(yè)、考試等客體對象的態(tài)度的概括。態(tài)度也是學習者價值觀的一種反映。學習者良好思想品德的發(fā)展與完善具有全程性并受到諸多外部因素的影響，是在日常生活和受教育過程中經(jīng)過反復實踐和練習形成的，態(tài)度與品德在新的情境中會發(fā)生遷移作用，學習者需要能動地按照已經(jīng)內(nèi)化的、習慣性的行為方式才能使個體綜合素質(zhì)達到更高的境界。而在品德或人格綜合素質(zhì)培養(yǎng)部分，EAI或機器人幾乎起不到根本性的作用，因為這類綜合素質(zhì)的形成過程不是簡單的知識傳遞過程能夠給予的，EAI在學習者情感素質(zhì)培養(yǎng)因素方面依舊沒有達到理想的境界，在某些方面或許可以產(chǎn)生生硬的輔助激勵效果，但教育是一項心靈的工程，意味著不僅僅是授予學習者知識，更重要的是要培養(yǎng)他們的優(yōu)良品質(zhì)和道德素質(zhì)。

三、教育人工智能（EAI）與學習機制共生發(fā)展的確定性

（一）EAI與學習機制之間的相互作用關系決定了其共生發(fā)展的可能性

EAI與學習機制之間的關系是相互影響、相互作用的。EAI為學習者與教師提供了智能輔助工具，提高了學習和工作效率，使復雜難懂的知識變得更加通俗易懂，更易讓學習者理解與掌握，為學習者的學習提供了更多的便利并節(jié)省了時間，初步實現(xiàn)了個性化學習與適應性學習，滿足了學習者探索新知識的需要，有問題不用只能去請教老師。EAI為學習者提供了更多專家咨詢系統(tǒng)，網(wǎng)絡學習、學習輔助機器人和各類知識搜索引擎為學習者隨時隨地的知識需求提供了極大的引導與多元化途徑，改變了教學工具的單一性，多樣化教學輔助工具的使用提升了教師的教學水平和教學能力。

雖然學習發(fā)生的機制與學習者的個人主觀性是復雜難調(diào)控的，但是EAI在探求學習機制的本質(zhì)特征與掌握其功能需求之后能夠為AI的科技研發(fā)提供多維視角，為人工智能科研人員提供了新的研究視角和產(chǎn)品開發(fā)機遇。中國正構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的人才培養(yǎng)新模式，探索構(gòu)造智能信息時代教育數(shù)字化、教育個性化、教育終身化的新教育體系［10］，完善多元智能時代教育治理的新模式，這些變革進一步推動EAI在學習與教學、教育服務過程中的融合應用。學習的機制中學生與教師的需求是推動EAI快速發(fā)展的強大動力與內(nèi)生要素，為二者共生發(fā)展提供了諸多確定性因素。

（二）學習機制的主體——學習者主觀能動性的不可替代

EAI改變了師生關系，原來學生學習所有的知識都來自于老師和學校，如今老師已不再是知識的唯一來源。教育的角色正在發(fā)展變化，教師從原來的知識傳授者變成學生學習指導者、學習資源提供者和學生學習的伙伴。未來的教育是傳統(tǒng)教育方式和現(xiàn)代信息技術教育方式結(jié)合起來的混合式學習模式。在人工智能時代，學習方式會發(fā)生根本性變革，但是教育的本質(zhì)不會改變。未來將是人與人工智能相互協(xié)作的時代，人們可充分利用機器與人類不同的優(yōu)勢，讓人工智能發(fā)揮強大統(tǒng)計和計算能力，使人工智能服務于人類。人工智能確實可以解決很多重復性工作，但是在探討這個問題的時候，需要區(qū)分教育和學習的區(qū)別，學習是具有自主獨立性質(zhì)的，［11］學習的主體是學生，知識只有經(jīng)過學生自己的吸收、消化，產(chǎn)生自己的思想和能力后，才能變成自己的力量，否則，即使人工智能為大腦植入芯片，也只能是儲存知識的倉庫。

目前人工智能正以強勁的發(fā)展勢頭融入到我們的經(jīng)濟、社會、生活與教育中，帶來巨大便利的同時也給我們帶來了更多的顧慮與擔憂，人工智能在很多領域已經(jīng)取代了人類，如手工制作、快遞分揀、測評考試等方面的工作。那么學習發(fā)生的機制能夠被人工智能替代嗎？答案是否定的，這兩者之間更需要的是維持一種平衡的關系，而不是被取代。正如學習機制的分析過程中所提到的學習不是簡單地將大量數(shù)據(jù)傾倒給人類大腦，不是單純的“刺激—反應”過程，是需要與同伴、教師、家庭、社會環(huán)境相互作用的過程。學習者在學習過程中最重要且不可或缺的是頓悟與批判性思維，這也正是智能機器人所不可比擬的。教師是“人類靈魂的工程師”，學習的過程需要教師與學生情感的交流、智慧的溝通與思維的碰撞，即使教育人工智能在知識儲備量、學習工具多樣化、教師教學輔助手段、知識的傳播速度等方面取得更大的超越與進步，學習機制中的主體——學習者的主觀能動性依舊是不可替代的。學習者積極或消極的態(tài)度需要教師正確的引導，教育人工智能目前只能作為輔助工具使用，并且我們要極力教育學生避免在使用智能學習工具和“互聯(lián)網(wǎng)+”在線學習時帶來的消極影響，“取其精華”，實現(xiàn)EAI在教育領域內(nèi)的最佳價值。

教育人工智能（EAI）的科技成果全面進入人類生活與在教育領域的廣泛應用，迫切需要我們深化面向未來的教育改革與學習機制的個性適應。一是教育要加強對人工智能高科技研發(fā)人才的培養(yǎng)，為教育領域和其他人類生活領域的科技應用建設更充足的人才隊伍，促進教師和學生在教學和學習過程中能夠更好地應用教育人工智能科技成果；二是我們要培養(yǎng)具備綜合素質(zhì)、全面發(fā)展的個性化人才，積極推進素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育；三是要加強校企合作，將教育理論與實踐研究成果應用于人工智能產(chǎn)品研發(fā)中，實現(xiàn)優(yōu)勢互補、雙贏互利；四是要繼續(xù)探索人工智能未來的發(fā)展方向，尋求更多的避免EAI為學習者帶來的消極影響的解決方案，實現(xiàn)人工智能輔助學習的普遍化，使教育人工智能為新基礎教育改革與發(fā)展帶來更大的效能。