王一巖 鄭永和

一、問題的提出

以“數(shù)據(jù)密集型科學”為代表的第四研究范式的快速發(fā)展，使得教育研究不再僅依靠“經驗驅動”的傳統(tǒng)模式，越發(fā)重視依靠人工智能技術發(fā)揮教育數(shù)據(jù)的核心價值。然而，智能分析與決策的“黑箱問題”造成了人對機器的“信任危機”，這限制了人工智能教育應用實際效用的發(fā)揮。在此背景下，可解釋教育人工智能逐漸受到重視，其關注機器如何通過有意義的交互為使用者解釋智能決策的緣由與依據(jù)，以促進教育系統(tǒng)的可理解、可信任、可管理，已成為智能教育領域的新方向（王萍等，2021）。教育系統(tǒng)中的教師、環(huán)境、資源、活動、服務等核心要素均作用于學生，利用人工智能技術對學習者進行建模、分析和刻畫是可解釋教育人工智能關注的核心話題（盧宇等，2022），有助于了解學生的學業(yè)狀況和潛在特征，明確智能教育決策的依據(jù)和邏輯，進而增強人們對機器決策的信任度和接受度。

可解釋的學習者建模對教育人工智能研究提出了極大挑戰(zhàn)，其根本原因在于學習者特征具有較高的復雜性，具體表現(xiàn)在：一是“內隱性”，即反映學習者內在屬性的知識結構、認知水平、學習態(tài)度、學習偏好、學習動機等特征不易通過直接觀察得出；二是“層次性”，即學習者深層次的特征無法通過單一的外顯表征來呈現(xiàn)，而需要構建層次化的分析模型來進行揭示；三是“生長性”，即學習者的特征會隨著學習過程不斷變化，對其全面刻畫需要反映特征的變化規(guī)律及個體的成長歷程；四是“關聯(lián)性”，即學習者的認知和非認知特征之間存在關聯(lián)，對其關系的挖掘也是學習者建模要解決的關鍵問題；五是“情境性”，即教育情境要素會對學習者產生作用，明確其對學習者特征的影響有助于揭示學習發(fā)生的內在機理?？梢姡绾螠蚀_刻畫學習者特征，進而揭示特征要素間的關聯(lián)和變化規(guī)律，是可解釋的學習者建模研究需要解決的關鍵問題?；诖耍疚睦每山忉屓斯ぶ悄埽‥xplainable Artificial Intelligence，XAI）的方法全方位構建學習者模型，從“數(shù)據(jù)感知—行為刻畫—特征挖掘—模型構建—機理闡釋”等多個層面還原學習過程、刻畫學生特征、挖掘學習規(guī)律，以此實現(xiàn)可解釋的教育評價、學習干預和教育決策。

二、相關內涵詮釋

1.學習者建模

學習者建模旨在對學習者的知識技能、認知行為、情感體驗等特征進行描述、分析并構建相應的數(shù)字模型（王小根等，2021），以此實現(xiàn)對學習者的深層次、全方位表征與刻畫。基于智能技術的學習者特征挖掘與建模是智能教育研究的重點，也是近年來國家自然科學基金教育信息科學與技術領域（F0701）關注的核心話題（鄭永和等，2023）。通過對近年來國內外學習者建模研究的系統(tǒng)梳理，發(fā)現(xiàn)該領域的前沿理論和實踐研究主要涉及以下三個方面：其一，面向學習者單一特征要素的復雜建模。其主要關注對學習者知識、認知、情感等單一維度特征的復雜建模和精準刻畫，例如：利用知識圖譜的方法對學習者的知識掌握情況和學科能力水平進行多層次、細粒度、可視化的精準刻畫（李艷燕等，2019）；利用知識追蹤的方法對學習者與學習資源之間的交互過程進行跟蹤和建模，以此對學習者的知識水平和認知結構進行精準評估，并對學習者的作答表現(xiàn)進行預測（王志鋒等，2021）；利用學習者的面部表情、身體姿態(tài)、生理指標、話語信息等多模態(tài)數(shù)據(jù)對其情緒狀態(tài)進行識別，或是對學習者的學習偏好、學習態(tài)度、學習風格進行診斷評估；等等。其二，面向學生多特征要素的聯(lián)合建模以及動態(tài)演化的全景化學習者建模。其關注學習者信息的多源整合性、學習發(fā)生的情境依存性、學習狀態(tài)的時序變化性、學習者模型的層次表征性、學習者發(fā)展的協(xié)同進化性（王一巖等，2021a），既強調利用多模態(tài)數(shù)據(jù)之間的信息互補機制對學習者的外顯狀態(tài)和內隱特征進行精準刻畫，同時也注重通過分析特征要素間的相互關聯(lián)挖掘學習者知識、認知、情感的動態(tài)演化機理。其三，基于情境感知的學習者建模。其關注真實教育情境中“人—機—物—環(huán)境—活動”等要素對學習者知識建構、認知發(fā)展和情緒狀態(tài)的影響機制，探究學習者深層次的學習動機、學習風格、學習偏好等特征（王一巖等，2022b）。

2.可解釋學習者建模

可解釋人工智能是以可理解的方式向人類解釋并呈現(xiàn)智能系統(tǒng)行為與決策的新一代人工智能，其目標是使用戶能夠理解和信任機器學習算法所產生的結果和輸出（Guidotti et al.，2018）。可解釋人工智能意味著人工智能在其操作中是透明的，這樣人類就能夠理解和信任機器做出的決策，其目標是使人工智能系統(tǒng)具備類人化的解釋能力，幫助人類通過動態(tài)生成的圖表和文字描述理解機器智能決策的邏輯、依據(jù)與機制，從而避免人工智能的黑盒模型帶來的人對機器的“信任危機”，建立起人與機器之間的信任橋梁。

隨著智能教育研究的快速發(fā)展和計算教育學研究范式的逐步推進（鄭永和等，2020），學界越發(fā)強調學習者模型的“可解釋性”，旨在通過對學習者多維度、多層次、多場景的精準刻畫，實現(xiàn)學習者的可表征、可理解、可干預，進而為學習策略的調整、教學模式的設計、教育評價的開展提供科學有效的參考依據(jù)?？山忉寣W習者建模的核心在于：一是構建描述學習者本體特征的教育模型，建立起相關數(shù)據(jù)表征和學習者特征之間的映射關系并揭示學習者特征間的關聯(lián)；二是對教育情境和學習者特征之間的因果關系進行分析，明確哪些外部因素會對學習者的學習產生影響，以揭示學習發(fā)生的內在機理；三是利用可解釋的方式將機器智能決策的依據(jù)和邏輯呈現(xiàn)給學習者、教師和管理者，增加其對機器智能決策的信任度。

可解釋學習者建模的“可解釋性”主要體現(xiàn)在以下兩個層面：其一，學習者分析與建模的可解釋性，即關注學習者本體特征刻畫及其模型構建的可解釋性，旨在構建學習者本體和客觀數(shù)據(jù)模型之間的橋梁，通過建立合理完善的結構模型和指標體系來表征學習者特征，進而為教育評價的開展、教育規(guī)律的挖掘、教育干預的實施提供參照依據(jù)。學習者分析與建模的可解釋性主張利用學業(yè)測評數(shù)據(jù)、心理測評數(shù)據(jù)、學習行為數(shù)據(jù)、生理指標數(shù)據(jù)、人機交互數(shù)據(jù)、學習情境數(shù)據(jù)來表征學習過程和刻畫學生狀態(tài)，并利用知識追蹤、情感計算、時間序列分析、關聯(lián)規(guī)則挖掘等技術來分析學習者特征和探究學習機理，進而構建基于“數(shù)據(jù)感知—行為刻畫—特征挖掘—模型構建—機理闡釋”的層次化分析模型，從多個維度、多個層次來還原學習者的本體特征，幫助利益相關者了解學習者內在的認知結構和心理偏好，以此為學習策略的修正、教學模式的優(yōu)化、教育治理的改善提供可靠保障。其二，學習診斷與干預的可解釋性，即關注學習者學情診斷與教學干預的可解釋性，旨在利用易于理解的方式呈現(xiàn)機器智能決策的邏輯和依據(jù)。傳統(tǒng)教育人工智能在對學生學習進行診斷與干預時，大多直接呈現(xiàn)解決方案與策略，但忽視了“算法黑箱”造成的“信任危機”。學習診斷與干預的可解釋性主張在利用智能技術進行學業(yè)診斷和學習干預時，能夠通過圖表或文字描述的方式幫助學生、教師和管理者理解機器決策的內在緣由，以及相關決策可能產生的效果，進而增強教育主體對機器的信任度。

三、可解釋學習者建模的價值意蘊

要實現(xiàn)人工智能與教育教學的深度融合，提升機器智能決策的透明度和可解釋性是關鍵所在，這不僅關系到教育主體對決策結果的理解和接受程度，也影響到其對教育人工智能應用的采納意愿。就可解釋學習者建模而言，其核心價值體現(xiàn)在對外在學習行為的準確表征、對學習者潛在特征的深度挖掘、對學習者模型的完整構建以及對學習機理的準確闡釋，并且在模型構建過程中要充分體現(xiàn)出透明度和可解釋性。為便于理解可解釋學習者建模如何在構建過程中體現(xiàn)其核心價值，本文提出了基于“數(shù)據(jù)感知—行為分析—特征挖掘—模型構建—機理闡釋”的層次化概念模型（如圖1 所示），并以此對建模各階段中需要達成的價值目標進行闡釋。

圖1 可解釋學習者建模的層次化概念模型

1.學習行為的可解釋性：從學習數(shù)據(jù)感知到學習行為表征

學習行為的可解釋性主要致力于呈現(xiàn)復雜非線性模型內在的計算邏輯，建立客觀數(shù)據(jù)表征和學習行為特征之間的映射關系，對學習者的學習行為進行智能感知和精準刻畫。近年來學界愈發(fā)注重利用多模態(tài)數(shù)據(jù)來表征學習行為和學習狀態(tài)（王一巖等，2022a），依靠多模態(tài)數(shù)據(jù)之間的信息互補機制來提升數(shù)據(jù)分析的成效、挖掘學習者的潛在特征（王一巖等，2021b）。例如，基于卷積神經網(wǎng)絡和決策級融合的方法構建多模態(tài)學習情感計算模型，利用面部表情和身體姿態(tài)數(shù)據(jù)對學習者的開心、困惑、平靜、厭倦四種情緒狀態(tài)進行識別（翟雪松等，2022）。也有學者關注可解釋人工智能技術在學習者行為刻畫和狀態(tài)表征層面的應用，例如，Rathod等（2022）創(chuàng)建了一個面向7~10歲兒童的面部表情數(shù)據(jù)庫用于在線學習中的學生情緒識別，采用三種可解釋人工智能算法（Grad-CAM、Grad-CAM++和ScoreGrad）解釋情緒識別的依據(jù)和預測情緒的關鍵特征，并通過熱圖的方式對嘴唇、眼睛、眉毛等表情特征對于情緒表征的貢獻程度進行可視化展示，以提高在線學習當中情緒識別的精準度。學習行為的可解釋性需要建立數(shù)據(jù)感知和行為表征間的映射關系，通過對算法模型計算過程的呈現(xiàn)來解釋所采集的特征指標數(shù)據(jù)與學習者行為和學習狀態(tài)之間的關聯(lián)，從而便于利益相關者理解學習者的學習行為和學習狀態(tài)。當然，從研究內容來看，對算法模型計算過程的呈現(xiàn)更多的是計算機領域學者關注的問題，教育領域的研究者則需要將注意力放在描述學習行為的特征指標上，關注如何以更易于理解的方式呈現(xiàn)特征指標與學習行為分析結果的對應關系，并以此來為學習機理的挖掘和干預措施的制定提供有效支撐。

2.學習者特征的可解釋性：從外顯行為表征到潛在特征挖掘

學習者特征的可解釋性主要致力于挖掘學習者外顯行為和潛在特征之間的關聯(lián)關系，以此來對學習者復雜的認知結構進行表征。筆者認為，不能將學習行為直接作為學習者模型的要素之一，原因在于學習行為是學習者知識技能、認知行為和情感體驗等潛在心理特征的外顯表征，學習行為和知識、認知、情感要素之間具有復雜的內在聯(lián)系，在對學習者特征進行刻畫的過程中，如果既關注學習者外顯的行為表征，也關注學習者內在的隱性特征，則將極大地增加學習者建模的復雜度（王一巖等，2022b）。因此，在可解釋學習者建模研究中，更多是將外顯行為作為學習者模型的觀測點，以學習者的外顯行為來反映其潛在的認知和非認知特征。相關研究主要關注以下三個方面：一是基于多維度的學習行為表征來獲取學習者的隱含特征，并以此來解釋學業(yè)表現(xiàn)與學習行為之間的關聯(lián)。例如，胡欽太等（2021）采用深度學習算法提取學習者的淺層次學習行為特征，而后利用HDRBM神經網(wǎng)絡分析其隱含特征，在此基礎上采用貝葉斯因果分析法解釋學習行為對成績的影響。二是利用知識追蹤的方法對學生考試、作業(yè)等測評數(shù)據(jù)進行時序性、動態(tài)化的挖掘分析來反映其內在的知識結構和認知水平。例如，Nakagawa 等（2019）將課程作業(yè)的圖結構關系納入知識追蹤模型，并構建了基于圖神經網(wǎng)絡的深度知識追蹤模型，研究結果表明，該方法可以提高對學生成績的預測效果，且具有較高的可解釋性。三是利用學習者的面部表情、身體姿態(tài)、生理信息、話語信息等對其在學習過程中的情緒狀態(tài)進行識別，并對與學業(yè)情緒相關的學習偏好、學習態(tài)度、學習動機等深層次特征進行深入的挖掘分析（王一巖等，2021a）。從外顯行為表征到內隱特征的挖掘是可解釋學習者建模的核心，通過利用可解釋人工智能的方法對學習者外顯行為進行分析以揭示其潛在特征，能夠幫助教師更好地理解學習者行為表現(xiàn)背后反映出的個體特點和差異，這往往是因材施教得以有效實施的前提。

3.學習者模型的可解釋性：從單一特征刻畫到完整個體建模

學習者模型的可解釋性致力于探究潛在特征要素之間的關聯(lián)關系，關注學習者知識、認知、情感等特征之間的協(xié)同演化機制。從學習者建模的研究現(xiàn)狀來看，大多研究主要是對知識結構、認知水平、情感狀態(tài)等單一特征的建模分析，或是通過多模態(tài)的數(shù)據(jù)感知與建模方法對學習者某個維度特征進行刻畫。然而，個體的發(fā)展并非單向度的，其認知與非認知特征之間具有一定的關聯(lián)。認知心理學相關研究也表明，情緒可以發(fā)動、干涉、組織或破壞認知過程和行為，認知對事物的評價則可以發(fā)動、轉移或改變情緒反應和體驗。由此可見，要想全方位刻畫學習者的潛在特征、挖掘學習者的成長規(guī)律，除了對學習者的認知和非認知特征進行多層次、長周期、動態(tài)性的建模分析外，還需要重視學習者認知和非認知特征的協(xié)同建模和演化分析，挖掘其相互作用機理與動態(tài)變化過程，構建易于理解的“聯(lián)合模型”，并合理解釋各類特征之間的作用規(guī)律。因此，如何實現(xiàn)從單一特征的刻畫到完整個體的復雜建模，并對其中的蘊含的潛在機理進行科學解釋，是可解釋學習者建模需要達成的另一個價值目標。Mangaroska 等（2022）關于編程教學中學習者認知和情感的作用機制的研究是此方面的代表性案例，該研究采用腦電、眼動、面部表情和編程日志等多模態(tài)數(shù)據(jù)來表征學習者的認知和情感特征，建模分析結果表明，注意力、收斂思維等認知特征和挫敗感等非認知特征與學業(yè)表現(xiàn)正相關。從目前來看，關于學習者認知和非認知特征協(xié)同演化機制的研究仍然較少（Noroozi et al.，2020），是未來可解釋學習者建模研究需要關注的重要方向。

4.學習機理的可解釋性：從學習者模型構建到學習機理闡釋

學習機理的可解釋性致力于分析外在的情境要素對學習者知識、認知、情感的作用機制，挖掘教育情境對學習者個體發(fā)展的影響機制，以此揭示深層次的教育規(guī)律。從近年來學習科學領域的相關研究來看，主要通過對特定教育情境下教師教學行為、教學內容、教學資源、教學環(huán)境、教學服務、教學活動等要素的刻畫，來揭示“人—機—物—環(huán)境—活動”等教育情境要素對學生知識建構、認知發(fā)展和情緒狀態(tài)的影響機制，以此探究學習發(fā)生的內在機理（王一巖等，2021c）。其核心要點在于解釋什么樣的教育情境更有助于學生知識、認知、情感的發(fā)展，進而揭示外界環(huán)境對個體學習過程和學習結果的影響機理。例如：楊九民等（2020）采用眼動追蹤、學業(yè)測評和問卷測量的方法，探究視頻學習中教師形象、目光、手勢對于學生學習效果和學習體驗的影響機制；王雪等（2020）使用問卷測量、眼動儀和腦波儀的方法，探究教學視頻的視聽覺情緒設計對學習者的情緒、認知加工過程、認知負荷與學習效果的影響機制。未來，如何探究教育情境要素與學習者特征之間的動態(tài)映射關系，實現(xiàn)學習者特征與教育情境的智能匹配和動態(tài)調整，挖掘深層次的教育規(guī)律，進而為教育情境的優(yōu)化設計提供依據(jù)，是可解釋學習者建模需要長期關注并解決的核心問題。但在此方面僅有部分學者分析了教育情境和學習者特征的關鍵維度，提出了“基于情境感知的學習者建?！钡膶嵺`框架（王一巖等，2022b；Huang et al.，2017），還沒有更為深入的技術實踐研究。究其原因，主要是對教育情境的全面感知實現(xiàn)難度較大，教育情境與學習者特征間的關聯(lián)關系又較為復雜，國家雖然在部署教育環(huán)境智能計算相關的研究項目，但目前尚未有系統(tǒng)化的解決方案。

四、可解釋學習者建模的應用圖景

隨著各類智能教育產品的逐漸成熟和多源異構教育數(shù)據(jù)的逐步積累，在教育教學活動中通過“人機協(xié)同”的方式實現(xiàn)人和機器的智能交互、協(xié)同工作、對話協(xié)商和共同決策已成為趨勢。在此背景下，可解釋學習者建模能夠增強教育主體對機器智能分析與決策的信任度和接受度，在人機協(xié)同模式下的學習、教學和管理活動中具有廣闊的應用前景。

1.個體層面：實現(xiàn)全景化細粒度的教育診斷

對于人工智能教育應用而言，需要在提升學習分析與診斷精準度的同時，加強對分析診斷結果的解釋和說明，以幫助學習者易于理解和接受機器的智能決策?？山忉寣W習者建模在個體層面的應用主要體現(xiàn)在對教育診斷的全景化、細粒度呈現(xiàn)上，具體包括兩個方面：其一，利用學習分析儀表盤等方式（如知識圖譜、雷達圖、折線圖等）對學習者的知識結構、認知水平、學科能力、學習態(tài)度、學習風格等特征進行可視化呈現(xiàn)，并對其學業(yè)表現(xiàn)進行精準預測，幫助學習者更加清晰地了解自身學習狀況。比如利用學科知識圖譜的形式對知識點之間的層次和關聯(lián)進行呈現(xiàn)，根據(jù)學習者的學情診斷結果對其知識掌握情況進行評判，并在知識圖譜中用不同的顏色進行標識，利用此種方式幫助學習者了解自身的知識薄弱點，并及時調整學習計劃和學習策略。其二，利用圖表和文字說明的形式，對機器智能診斷的邏輯、過程和目的進行清晰說明，幫助學習者了解智能決策的依據(jù)，從而提升其接受教育診斷結果的意愿。例如，Conati 等（2021）開發(fā)的智能導師系統(tǒng)ACSP，利用可解釋人工智能的方法對學業(yè)問題的成因進行分析，并通過可視化的界面來呈現(xiàn)學業(yè)成績的計算規(guī)則、判斷理由和預測機制，以此來保證學習者對系統(tǒng)的信任度，提升學習者對系統(tǒng)有用性的感知；Chen 等（2022）提出了一種可解釋的學生表現(xiàn)預測智能分析框架，基于學生在虛擬學習環(huán)境中的學習活動數(shù)據(jù)，利用混合神經網(wǎng)絡模型對其學業(yè)表現(xiàn)進行分析與預測，并通過可視化和分析典型預測、學生活動圖和特征重要性的方式來提升預測結果的可解釋性。

2.學習層面：提供易理解可接受的學習干預

在以往的人機協(xié)同學習過程中，人工智能教育應用對于學習者學習的干預，主要通過對其知識結構、認知水平、學習偏好的挖掘分析，實現(xiàn)學習者模型和學習資源之間的智能適配，以此為學習者提供個性化的資源推薦和學習路徑規(guī)劃服務，幫助其實現(xiàn)個性化、自適應的學習。此種學習干預模式一方面容易造成學習者對于智能學習服務不加辨別的盲從，另一方面也容易導致學習者對智能學習服務的質疑和不信任，甚至產生“算法厭惡”。因此，無論是向學習者推薦個性化的學習資源、學習路徑、學習活動，還是為其提供自適應的學習支架和學習改進策略，都應該對相關干預措施進行充分的解釋說明，以此來提升學習者對人工智能教育應用的信任度和使用意愿，從而增加其采納學習干預策略的可能性。例如，Barria-Pineda 等（2021）設計了具有視覺解釋和文本解釋功能的智能學習系統(tǒng)，利用視覺解釋的方式讓學習者了解參與活動或解決問題所需要的概念，利用文本解釋的方式為學習者推薦學習活動，以此來增強學習者對智能學習系統(tǒng)所做出的學習干預策略的理解度和信任度；Afzaal等（2021）采用學習分析技術和可解釋機器學習方法對學習者的學業(yè)表現(xiàn)進行預測和原因解釋，并通過學習分析儀表盤的方式為其提供學習改進建議，幫助學生進行自我調節(jié)學習。

3.教學層面：推動高適配可實施的教學決策

在智能技術與教育教學深度融合的時代背景下，人機協(xié)同教學逐漸成為引領智能時代教學模式變革的核心思想，但機器智能決策的“不透明性”往往容易造成教師難以基于對機器生成的教學決策的充分理解去有針對性地制定便于實施的教學方案。因此，可解釋學習者建模在教學層面改進人機協(xié)同教學的應用需聚焦兩個方面：一是通過對學習者的學業(yè)狀況和個體特征的全面分析和可視化呈現(xiàn)，為教師提供便于實施的針對性教學改進建議；二是向教師充分解釋生成相關教學決策背后的原因，以及執(zhí)行相關決策后能在哪些方面、何種程度上提升學習表現(xiàn)和結果。例如，Ledeboer 等（2019）基于荷蘭中學智能教學系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，利用隨機森林和前饋神經網(wǎng)絡等方法構建了預測學生留級率和畢業(yè)率的模型，并通過全局解釋和局部解釋的方式將分析結果呈現(xiàn)給教師，為教師教學決策的改進提供有效支持；Pereira 等（2021）利用學生在編程學習中的學習日志數(shù)據(jù)來預測其學業(yè)表現(xiàn)，并利用基于博弈論的可解釋人工智能分析框架SHAP（Lundberg et al.，2017）實現(xiàn)對預測模型決策機制的全局和局部解釋和呈現(xiàn)，幫助教師對編程學習的教學策略進行改進和優(yōu)化。

4.管理層面：助力綜合化高效能的教育管理

人機協(xié)同教育治理是實現(xiàn)教育治理現(xiàn)代化的必然路向，旨在將治理主體從自然人擴展到智能機器，通過人機交互、優(yōu)勢互補、高效合作，變革教育治理主體的結構與關系，提升教育治理效能（陳星等，2022）?？山忉寣W習者建模在管理層面的應用主要是通過對學習者家庭背景、學業(yè)狀況、智力水平、身體健康等數(shù)據(jù)的智能采集與匯聚，構建面向區(qū)域層面的教育“數(shù)據(jù)大腦”，具體包括三個方面：其一，利用統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)可視化的方法為管理者直觀呈現(xiàn)區(qū)域內學生的整體發(fā)展狀況，包括學業(yè)水平、智力水平、體質健康、競賽獲獎情況，等等；其二，利用數(shù)據(jù)挖掘的方法對影響學生學業(yè)發(fā)展和素養(yǎng)養(yǎng)成的核心要素進行分析，明確哪些要素會對教育質量產生何種影響，以及其中的內在邏輯；其三，通過對學生數(shù)據(jù)的智能分析，利用數(shù)據(jù)模擬的方法構建相應的預測模型，對未來一段時間內區(qū)域教育的發(fā)展水平進行模擬與預測，制定智能化的應對措施對教育發(fā)展的潛在風險進行干預和防控，并通過圖表和文字的方式解釋措施制定的內在原因。例如，Yakunin等（2019）基于哈薩克斯坦國家教育數(shù)據(jù)庫中兩萬多所中學的數(shù)據(jù)，構建學校教育質量的預測模型，利用局部解釋的方式呈現(xiàn)地理位置、學校設施、人口組成、教職工特征與學生成績和大學錄取率的關系，進而為國家教育政策的制定提供可行建議。

五、可解釋學習者建模的研究展望

總體而言，可解釋學習者建模對于還原教育過程、刻畫學生特征、揭示學習機理、優(yōu)化教育決策具有重要意義。然而，當前可解釋學習者建模的相關研究仍處于起步階段，要真正推動其在教育教學實踐中的落地，還需要在明確可解釋學習者建模核心價值的基礎上，加強建模理論研究、分析方法創(chuàng)新和實踐應用探索。

1.推動多學科交叉的可解釋學習者建模理論研究

可解釋學習者建模是可解釋教育人工智能研究的核心，旨在打破人工智能的“算法黑箱”，提升機器智能分析與決策的“透明度”，破除教育主體對機器的“信任危機”，實現(xiàn)學習者的可表征、可理解、可干預，從而為教育的數(shù)字化轉型和智能化變革提供有效支持。但從目前來看，其在相關建模理論上的研究仍有待加強：一方面，由于對學習者特征的認知存在偏差，對影響學業(yè)發(fā)展的核心要素及相關特征之間的關系認識不清晰，往往造成對學習者特征難以準確把握和精準刻畫；另一方面，由于學習者個體的復雜性和特征的多樣性，單一學科的理論難以支撐學習者建模的現(xiàn)實需要，有必要綜合多學科的理論來實現(xiàn)對復雜學習現(xiàn)象的深入詮釋。因此，未來需要在加強人工智能技術方法和標準規(guī)范研制的基礎上，利用教育學、心理學、認知科學、腦科學、系統(tǒng)科學等領域的相關理論對真實情境下的學習過程進行深入分析，從“行為—生理—心理—神經”等多個層次還原學習者的本質特征，更加準確和清晰地揭示學習發(fā)生的內在機理，從而為學習干預、教學改進、教育評價、教育管理等實踐問題提供可解釋的解決方案。

2.強化基于科學智能的可解釋學習者建模方法研究

可解釋學習者建模遵循“指標設計—數(shù)據(jù)感知—特征刻畫—模型構建—機理探究”的研究路線，主要依賴教育專家從實踐經驗出發(fā)確定需要收集的學習者數(shù)據(jù)，并基于此進行智能化的分析和建模，從而建立“數(shù)據(jù)模型”和“客觀世界”之間的橋梁。然而，此種方法從根本上還是遵循教育經驗來進行學習者模型的建模和分析，無法脫離研究者自身思維和認知的局限性。當前人工智能領域提出“AI for Science”的概念，即科學智能，旨在讓AI幫助人類在海量的數(shù)據(jù)中迅速找到規(guī)律，構建起模型與數(shù)據(jù)雙向驅動的研究范式，再通過人類的介入對AI分析結果中的謬誤進行甄別，并從中篩選出真正有實踐價值和推廣意義的規(guī)律，從而推動科學的發(fā)展。未來可解釋學習者建模研究可以參照科學智能的思想，讓人工智能幫助研究者分析學習者數(shù)據(jù)、提取學習者特征、構建學習者模型并挖掘其中蘊含的規(guī)律，之后再由研究者對分析結果進行鑒別和甄選，以此推動可解釋學習者建模的科學化、智能化發(fā)展。

3.加強基于智能產品的可解釋學習者建模實踐研究

可解釋學習者建模的應用需要通過智能教育產品來實現(xiàn)，其基于學習者模型提供精準化的學業(yè)問題解決方案，能夠在很大程度上提升教育服務供給能力，促進教育規(guī)?；蛡€性化的協(xié)調統(tǒng)一（王一巖等，2021d）。然而，個體對機器決策的“信任危機”也成為阻礙智能教育產品推廣的壁壘，這一問題的解決在很大程度上取決于是否能讓學生、教師和管理者充分理解、接受并采納智能分析與決策。因此，未來智能教育產品的研發(fā)除了需要強化分析與決策的精準度外，還需要加強智能分析、診斷與干預的“可解釋性”，來幫助利益相關者充分理解智能決策的邏輯和依據(jù)，增強對智能教育產品的信任度，以此來保證智能技術教育應用的有效落地，推動智能技術與教育教學的深度融合。