人工智能正在重塑學習環境

莊榕霞 周偉 王歡歡

在互聯網、大數據、人工智能等為代表的新一代信息和通信技術的推動下，社會信息化和教育信息化加速發展。

智慧教育作為智能時代的典型教育形態，向我們展開了一幅美好的教育圖景。我們的學習方式將變得更為多樣化、個性化、主動化、信息化、泛在化和智慧化。隨著智能技術與教育的深度融合，智慧教室、智慧校園、智慧場館、智慧社區、智慧家庭等迅速發展，將為學習者營造便捷、舒適、高效的新一代學習環境——智慧學習環境。

由知識精加工學習轉向知識貫通式學習

一般來說，信息技術對學習環境的影響可分為五個階段：出現階段（Emerging）、應用階段（Applying）、整合階段（Infusing）、轉型階段（Transforming）和重塑階段（Reinventing）。前三個階段是將信息技術作為一種手段，促進學習環境的數字化升級和改造，第四個階段則是利用技術對學習環境中的所有要素進行變革。隨著信息技術與教育融合的不斷深化，信息技術不僅成為推動學習環境“進化”的一種工具，還將引發一系列結構性變化，即進入第五個階段——重塑階段。

學習環境是與學習活動緊密相連的，是為實現有效教學而設計的。智能時代的來臨，使學習者、教學模式和教育技術都發生了顯著變化，成為學習環境重構的重要推動力。出生于信息時代的學習者被稱為“數字土著”，信息技術的廣泛使用帶來了新的知識觀和學習觀，學習方式也由原來的知識精加工學習逐漸向知識貫通式學習轉變。同時，社會也對他們的能力提出了新要求，期待他們能夠具備適應智能時代生存發展所需要的素養和技能。

為了更好地培養面向未來的新型人才，教學模式的創新勢在必行。OECD（經濟合作與發展組織）在《教師作為學習環境的設計者》中提煉出六大類創新教學模式，即混合學習、游戲化教學、計算思維、體驗式學習、具身學習、多元讀寫能力和基于討論的學習，這些教學模式呼應了數字一代學習者的學習特征和能力要求。在人工智能技術的支持下，教育機器人、智能輔導系統（ITS）、大型線上學習系統、虛擬現實等技術日漸普及，它們將逐漸模糊學校課堂教學與學生個人自主學習之間的界限，為學生創設線上線下相融合的學習環境提供支持，借助學習分析技術等為學生提供定制化的學習。作為“數字土著”的學生、創新教學法以及人工智能教育應用，從不同角度提出了對新一代學習環境的訴求，即期望有效學習環境要做到靈活和網絡化，能將正式和非正式的教與學活動整合在一個無縫的環境中，要確保學習可以在物理空間或虛擬空間中，在任何地點、任何時間、以所期望的任何方式發生，并且能支持學生的合作與探究，支持他們的真實性學習和基于問題的學習。

讓智慧學習環境有效服務學習者

智慧學習環境是社會信息化背景下學習與教學方式變革急需的支撐條件。智慧學習環境是一種能感知學習情景、識別學習者特征、提供合適的學習資源與便利的互動工具，自動記錄學習過程和評測學習成果，以促進學習者有效學習的學習場所或活動空間。它主要由學習資源、智能工具、學習社群、教學社群、學習方式和教學方式等要素構成。其中學習者和教師（設計者）通過學習方式和教學方式與其他四個要素相互關聯、相互作用，共同促進有效學習的發生。

智慧學習環境具有適應性、有效性、高效率、參與性、靈活性和思想性等特征：智慧學習環境應實現物理環境與虛擬環境的融合;智慧學習環境應更好地提供適應學習者個性特征的學習支持和服務;智慧學習環境既支持校內學習也支持校外學習，既支持正式學習也支持非正式學習;智慧學習環境的技術特征主要體現在記錄學習過程、識別學習情景、感知學習物理環境和聯結學習社群四個方面，其目的是促進學習者輕松、投入和有效地學習。

從智慧學習環境的實現程度來看，其智慧性也具有不同層次的特征。智慧學習環境首先必須具備支持學與教的基礎性特征，即具有在實現學習結果方面的有效性、在成本效益方面的高效性、在適用規模方面的可擴展性，以及對學習場景做出反應的自主性。智慧學習環境在促進學與教活動方面，還要能激發和維持學習者的參與度、根據學習過程進行靈活調整、適應學習者的學習特征和需求、提供個性化反饋與支持。從理想角度來看，智慧學習環境應能促進學習者開展人機對話和人人對話，根據學習者的進步與表現調整學習環境中的活動和屬性，利用新技術支持創新教與學以及學習環境應能實現自組織。

智慧學習環境的設計、開發和部署應把握以下幾個關鍵要點。首先，需要明確學習環境的設計目的，即所預期的學習者培養目標。學習環境的建構要能夠促進學生核心素養的發展。學生發展核心素養框架對未來學生核心素養發展進行了全面的闡述，這也是構建新一代學習環境的起點。其次，要充分考慮相關人員（設計人員、開發人員和使用者）所認同的哲學、心理學和技術領域的理論基礎。在設計或開發智慧學習環境之前，有必要對他們所持的認識論或知識論進行明確和反思。從個人建構主義轉向社會建構主義是當今建構主義的發展趨勢。構建智慧學習環境應該融合各流派的主要觀點。再次，要明確智慧學習環境的特征定位。比如，在不同情況下應該使用哪些技術支持不同學習者實現學習目標，哪些學習環境設計方案可能是有效和可持續的，哪些要素將為智慧學習環境的發展做出新貢獻等。這些問題都需要研究者進行審慎的思考。

北京師范大學教授、智慧學習研究院院長黃榮懷在學術報告《人工智能進入學校的典型場景及展望》中提出，智慧學習環境的構建場景表現在十大方面：課外輔導、AI支持的自主學習、智能助理、差異化教學、AI增強的教學、教師的新角色、學校改進、新型家校關系、新型學校模式以及個性化學習。為了支持智慧學習環境建構，我們提出了計算框架，即智慧學習引擎 （Smart Learning Engine），其邏輯結構是根據標準的輸入，經過計算和推理，產生標準化的輸出，在此基礎上整合學習者的特征、學習狀態、領域和學習場景等信息，然后通過計算和推理來確定最優的教學策略、學習路徑、資源和方法。該引擎有四個層次結構（數據層、功能層、應用層和表示層），通過五個階段的計算模型（定位數據源、感知、對學習狀態、學習者概況、學習場景和領域特征的識別、計算和推理以及應用），實現四大功能。四大功能包括：感知學習過程、環境和社會文化特征;識別學習狀態、場景特征、領域知識和配置文件;通過計算來決定學習資源、策略、路徑和合作伙伴;部署最合適的學習資源和策略。

當前，人工智能技術正在推動學習環境的轉型。新一代學習環境應該是一個以學生為中心的、基于數字技術的、動態的、相互關聯的、不斷發展的生態系統。教育的未來變革還需要我們把新一代學習環境與社會經濟發展、教與學的發展、技術發展等相融合，將學習環境放在教育系統整體變革中進行系統化設計，以此推動智慧學習環境的構建與發展。

（作者單位：北京師范大學智慧學習研究院）

責任編輯：李香玉