人工智能正在重塑学习环境，教学模式的创新势在必行｜教育数字化
在互联网、大数据、人工智能等为代表的新一代信息和通信技术的推动下，社会信息化和教育信息化加速发展。
智慧教育作为智能时代的典型教育形态，向我们展开了一幅美好的教育图景。我们的学习方式将变得更为多样化、个性化、主动化、信息化、泛在化和智慧化。随着智能技术与教育的深度融合，智慧教室、智慧校园、智慧场馆、智慧社区、智慧家庭等迅速发展，将为学习者营造便捷、舒适、高效的新一代学习环境——智慧学习环境。
由知识精加工学习转向知识贯通式学习
一般来说，信息技术对学习环境的影响可分为五个阶段：出现阶段（Emerging）、应用阶段（Applying）、整合阶段（Infusing）、转型阶段（Transforming）和重塑阶段（Reinventing）。前三个阶段是将信息技术作为一种手段，促进学习环境的数字化升级和改造，第四个阶段则是利用技术对学习环境中的所有要素进行变革。随着信息技术与教育融合的不断深化，信息技术不仅成为推动学习环境“进化”的一种工具，还将引发一系列结构性变化，即进入第五个阶段——重塑阶段。
学习环境是与学习活动紧密相连的，是为实现有效教学而设计的。智能时代的来临，使学习者、教学模式和教育技术都发生了显著变化，成为学习环境重构的重要推动力。出生于信息时代的学习者被称为“数字土著”，信息技术的广泛使用带来了新的知识观和学习观，学习方式也由原来的知识精加工学习逐渐向知识贯通式学习转变。同时，社会也对他们的能力提出了新要求，期待他们能够具备适应智能时代生存发展所需要的素养和技能。
为了更好地培养面向未来的新型人才，教学模式的创新势在必行。OECD（经济合作与发展组织）在《教师作为学习环境的设计者》中提炼出六大类创新教学模式，即混合学习、游戏化教学、计算思维、体验式学习、具身学习、多元读写能力和基于讨论的学习，这些教学模式呼应了数字一代学习者的学习特征和能力要求。在人工智能技术的支持下，教育机器人、智能辅导系统（ITS）、大型线上学习系统、虚拟现实等技术日渐普及，它们将逐渐模糊学校课堂教学与学生个人自主学习之间的界限，为学生创设线上线下相融合的学习环境提供支持，借助学习分析技术等为学生提供定制化的学习。作为“数字土著”的学生、创新教学法以及人工智能教育应用，从不同角度提出了对新一代学习环境的诉求，即期望有效学习环境要做到灵活和网络化，能将正式和非正式的教与学活动整合在一个无缝的环境中，要确保学习可以在物理空间或虚拟空间中，在任何地点、任何时间、以所期望的任何方式发生，并且能支持学生的合作与探究，支持他们的真实性学习和基于问题的学习。
让智慧学习环境有效服务学习者
智慧学习环境是社会信息化背景下学习与教学方式变革急需的支撑条件。智慧学习环境是一种能感知学习情景、识别学习者特征、提供合适的学习资源与便利的互动工具，自动记录学习过程和评测学习成果，以促进学习者有效学习的学习场所或活动空间。它主要由学习资源、智能工具、学习社群、教学社群、学习方式和教学方式等要素构成。其中学习者和教师（设计者）通过学习方式和教学方式与其他四个要素相互关联、相互作用，共同促进有效学习的发生。
智慧学习环境具有适应性、有效性、高效率、参与性、灵活性和思想性等特征：智慧学习环境应实现物理环境与虚拟环境的融合；智慧学习环境应更好地提供适应学习者个性特征的学习支持和服务；智慧学习环境既支持校内学习也支持校外学习，既支持正式学习也支持非正式学习；智慧学习环境的技术特征主要体现在记录学习过程、识别学习情景、感知学习物理环境和联结学习社群四个方面，其目的是促进学习者轻松、投入和有效地学习。
从智慧学习环境的实现程度来看，其智慧性也具有不同层次的特征。智慧学习环境首先必须具备支持学与教的基础性特征，即具有在实现学习结果方面的有效性、在成本效益方面的高效性、在适用规模方面的可扩展性，以及对学习场景做出反应的自主性。
智慧学习环境在促进学与教活动方面，还要能激发和维持学习者的参与度、根据学习过程进行灵活调整、适应学习者的学习特征和需求、提供个性化反馈与支持。从理想角度来看，智慧学习环境应能促进学习者开展人机对话和人人对话，根据学习者的进步与表现调整学习环境中的活动和属性，利用新技术支持创新教与学以及学习环境应能实现自组织。
智慧学习环境的设计、开发和部署应把握以下几个关键要点。
首先，需要明确学习环境的设计目的，即所预期的学习者培养目标。学习环境的建构要能够促进学生核心素养的发展。学生发展核心素养框架对未来学生核心素养发展进行了全面的阐述，这也是构建新一代学习环境的起点。
其次，要充分考虑相关人员（设计人员、开发人员和使用者）所认同的哲学、心理学和技术领域的理论基础。在设计或开发智慧学习环境之前，有必要对他们所持的认识论或知识论进行明确和反思。从个人建构主义转向社会建构主义是当今建构主义的发展趋势。构建智慧学习环境应该融合各流派的主要观点。
再次，要明确智慧学习环境的特征定位。比如，在不同情况下应该使用哪些技术支持不同学习者实现学习目标，哪些学习环境设计方案可能是有效和可持续的，哪些要素将为智慧学习环境的发展做出新贡献等。这些问题都需要研究者进行审慎的思考。
北京师范大学教授、智慧学习研究院院长黄荣怀在学术报告《人工智能进入学校的典型场景及展望》中提出，智慧学习环境的构建场景表现在十大方面：课外辅导、AI支持的自主学习、智能助理、差异化教学、AI增强的教学、教师的新角色、学校改进、新型家校关系、新型学校模式以及个性化学习。
为了支持智慧学习环境建构，我们提出了计算框架，即智慧学习引擎（SmartLearningEngine），其逻辑结构是根据标准的输入，经过计算和推理，产生标准化的输出，在此基础上整合学习者的特征、学习状态、领域和学习场景等信息，然后通过计算和推理来确定最优的教学策略、学习路径、资源和方法。该引擎有四个层次结构（数据层、功能层、应用层和表示层），通过五个阶段的计算模型（定位数据源、感知、对学习状态、学习者概况、学习场景和领域特征的识别、计算和推理以及应用），实现四大功能。四大功能包括：感知学习过程、环境和社会文化特征；识别学习状态、场景特征、领域知识和配置文件；通过计算来决定学习资源、策略、路径和合作伙伴；部署最合适的学习资源和策略。
当前，人工智能技术正在推动学习环境的转型。新一代学习环境应该是一个以学生为中心的、基于数字技术的、动态的、相互关联的、不断发展的生态系统。教育的未来变革还需要我们把新一代学习环境与社会经济发展、教与学的发展、技术发展等相融合，将学习环境放在教育系统整体变革中进行系统化设计，以此推动智慧学习环境的构建与发展。
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来源| 本文刊于《教育家》2021年6月刊第2期，原标题为《人工智能正在重塑学习环境》
文|庄榕霞、周伟、王欢欢
编辑 | 李香玉
设计|庄苑
统筹|周彩丽
《教育家》杂志投稿邮箱：gmjyjzz@126.com
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人工智能给未来教育带来深刻变革
当前，在云计算、大数据、物联网、互联网、智能识别、知识管理等新技术新理念快速发展和经济社会需求的双重驱动下，信息技术疾步迈入智能化阶段。国内外高科技公司纷纷布局人工智能、国务院出台《新一代人工智能发展规划》等表明，人工智能发展迎来了新纪元。
因此，当教育信息化基础设施尚在普及完善、“互联网+”和教育尚在互相催化融合时，人工智能作为信息技术的更高发展阶段，毫无疑问会深层次推动教育教学改革与创新发展，进而给未来教育带来机遇和挑战。
一方面，人工智能改变了育人目标。正如机器取代简单的重复体力劳动一样，人工智能将取代简单的重复脑力劳动，司机、翻译、客服、快递员、裁判员等都可能成为消失的职业，传统社会就业体系和职业形态也将因此发生深刻变化。适应和应对这种变化与趋势，教育必须回归人性本质，必须褪去工业社会的功利烙印。当人工智能成为人的记忆外存和思维助手时，学生简单地摄取和掌握知识以获取挣钱谋生技能的育人目标将不再重要。教育应更加侧重培养学生的爱心、同理心、批判性思维、创造力、协作力，帮助学生在新的社会就业体系和人生价值坐标系中准确定位自己。教育目标、教育理念的改变将加速推动培养模式、教材内容、教学方法、评价体系、教育治理乃至整个教育体系的改革创新。
另一方面，人工智能改变了校园环境。未来，校园环境信息化将向更高层次的智慧校园迈进，各种智能感知设备和技术无处不在。校长、教师、学生不知不觉已经镶嵌到有形的校园物理空间和无形的虚拟数据空间中。当学生踏进校园就可以完成签到，离开校园自动告知家人，进入教室多媒体设备已经开启，身体不适发出报警求助，上课开小差收到友情提醒，练习测验后生成学情分析报告……这些都表明，校园物理环境、教室教学环境、网络学习环境已经充分融合，实现了从环境的数据化到数据的环境化、从教学的数据化到数据的教学化、从人格的数据化到数据的人格化转变。校园看上去还是那个校园，却充满了人类的温度和智慧。
人工智能也改变了教师角色。有专家指出，“创意工作者”“人际连接者”和“复杂模式的判断者”这三类人是最不可能被人工智能替代的。教师这一职业同时满足这三类人的特点，因为教师必须适应变化的教学政策和教学环境，面向不同性格特点和需求的学生，处理多样化的教育教学问题。所以，人工智能并不能轻易取代教师这个职业。但在未来，人工智能可以改变教师的角色和作用。教师可以从低附加值的简单重复工作中自我解放，从而更加专注于构建和谐稳固的师生关系和促进学生全面长远发展。教师就不再仅仅是知识的传授者，而是满足学生个性化需求的教学服务提供者、设计实施定制化学习方案的成长咨询顾问。
另外，人工智能对学习范式进行了巨大改变。语音识别和语义分析技术可以用在口语测评，图像识别技术用在作文批改和拍照搜题，人工智能可以让每个孩子拥有自己的智慧学伴，只要用手机拍一下、扫一下、说一下、点一下，就会实现答案解析、打分点评，知识点、考点、难点的自动生成和推送。随着认知科学、脑科学和学习科学的快速发展，人机协同增强智能、群体集成智能成为人工智能发展的新方向。人工智能不仅能从知识关联和群体分层方面分析学生知识掌握情况、推送学习建议，更能从大脑思考方式、个体性格特点、所处环境特征等方面，为每个学生提供个性化、定制化的学习内容、方法，激发学生深层次的学习欲望。
人工智能不断演进，去往何处尚未可知，能否为人类所驾驭亦引发伦理担忧，对未来教育发展提供机遇的同时也带来一系列挑战。从近期来看，尤其要避免过度依赖和隐私泄露，这就需要教育避免过度依赖人工智能。人工智能绝非万能，涉及成人育人的教育领域绝不能盲从。对一道题解法的误判也许只影响一时，但对一个人成长的误判则可能影响一生。教师的高阶脑力活动和教学经验，学生的学习能力和逻辑思维习惯，绝非天生具有，往往需要低阶脑力劳动甚至体力劳动的重复训练和积累。过度依赖人工智能可能导致眼高手低、好高骛远，知其然不知其所以然，从而容易导致师生变相成为人工智能的助手和附庸，教师失去应用的教学能力和职业素养，学生失去独立思考的能力和健全的心智性格。
同时，也要避免疏于师生隐私保护。人工智能的技术基础和前提是海量的数据积累和训练挖掘，师生的社会属性数据和教学行为数据体量越大、维度越丰富、时间跨度越长，人工智能所提供的教学服务就越精确、学习建议就越科学、知识内容就越合理，产生的教育质量和效益就越显著，与之相伴的是师生隐私泄露的风险在急剧增加。人工智能可以为未来教育插上腾飞的翅膀，但绝不能以牺牲师生隐私为代价，必须保证师生对所收集数据的知情权、选择权、访问权、所有权和控制权，必须保证数据安全，防止泄露滥用。
未来已来，对于人工智能，教育不仅要在姿态方面迎接未来、在态度层面正视未来、在认知层面读懂未来，更要抓住机遇，直面挑战，在管理决策、教人育人等实践层面积极构建属于自己的美好未来。（作者系北京教育科学研究院教育信息中心副主任 唐亮）
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