師保國(guó) 王晴

【摘要】人工智能時(shí)代的到來對(duì)于教育既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇?？鐚W(xué)科的研究將腦科學(xué)、心理學(xué)與教育學(xué)相結(jié)合，形成神經(jīng)教育學(xué)以促進(jìn)教學(xué)的發(fā)展。人工智能和神經(jīng)教育學(xué)對(duì)教學(xué)的逐步影響使我們不斷深入思考未來教育的內(nèi)容和方向，這也是當(dāng)下教育者不可回避的問題。

【關(guān)鍵詞】未來教育;人工智能;神經(jīng)教育學(xué);教育應(yīng)對(duì)策略

【作者簡(jiǎn)介】師保國(guó)，“學(xué)習(xí)與認(rèn)知”北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，首都師范大學(xué)心理學(xué)院副院長(zhǎng)，教授;王晴，首都師范大學(xué)心理學(xué)院碩士研究生（北京100048）

21世紀(jì)，飛速發(fā)展的科技在改變?nèi)祟惖墓ぷ?、生活和思維方式的同時(shí)，也在引領(lǐng)教育的變革。最近幾年，關(guān)于將人工智能、腦科學(xué)應(yīng)用于教育的呼聲越來越高。跨學(xué)科的研究將腦科學(xué)、心理學(xué)與教育學(xué)相結(jié)合，出現(xiàn)了許多神經(jīng)教育學(xué)類書籍，并論及了教育與腦科學(xué)相結(jié)合的觀點(diǎn);國(guó)務(wù)院《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》的印發(fā)，以人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、教育大數(shù)據(jù)等為主題的大量研討會(huì)的召開，也促使人們不斷思考人工智能時(shí)代對(duì)教師、學(xué)生帶來的挑戰(zhàn)和機(jī)遇;加之經(jīng)濟(jì)全球化的背景下，教育研究的環(huán)境愈加多元、開放，各種教育理念和理論不斷碰撞、融合，包括慕課教學(xué)、云課堂等在內(nèi)的“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)平臺(tái)層出不窮，這些發(fā)展、變化都要求教育者必須在傳統(tǒng)的心理學(xué)、教育學(xué)基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步思考人工智能和腦科學(xué)等新興學(xué)科在教育領(lǐng)域的應(yīng)用是否也將極大促進(jìn)教育的改革與進(jìn)步。

未來教育的發(fā)展特點(diǎn)

跨學(xué)科和人工智能作為教育信息化的關(guān)鍵部分，對(duì)學(xué)校教師和學(xué)生都具有一定沖擊力，同時(shí)也對(duì)未來教育的目標(biāo)、理論和實(shí)踐帶來影響。根據(jù)學(xué)術(shù)界的研究（Chi&Wylie，2014;Hake，1998），未來教育的發(fā)展特點(diǎn)將至少體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

首先是目標(biāo)。未來教育的目標(biāo)正在由傳統(tǒng)的刻板知識(shí)體系的掌握向工具的掌握轉(zhuǎn)變，而未來知識(shí)也將會(huì)是一種動(dòng)態(tài)的應(yīng)用而非靜態(tài)的獲取。無(wú)處不在的智能手機(jī)和便攜式筆記本意味著：在智能時(shí)代真正的知識(shí)將由我們的手指操縱，這有利于使學(xué)習(xí)者成為知識(shí)的主動(dòng)獲取者和創(chuàng)造者。此外，工作要求的動(dòng)態(tài)性質(zhì)鼓勵(lì)學(xué)校開發(fā)并專注于知識(shí)應(yīng)用的技能課程（Toner，2011）。同樣，隨著未來教育目標(biāo)的改變，教育評(píng)估也在改變，雖然評(píng)估之前被用來測(cè)量學(xué)習(xí)者掌握知識(shí)的程度，但現(xiàn)在它從一種終結(jié)性衡量標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)變?yōu)檫^程形成的衡量指標(biāo)。例如，由美國(guó)伍斯特理工學(xué)院開發(fā)的ASSISTments教育平臺(tái)在兩種評(píng)估之間提供了良好的協(xié)同作用，首先評(píng)估學(xué)生所需要的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試知識(shí)，然后根據(jù)需要提供個(gè)性化支持（Heffernan & Heffernan，2014）。

其次是教育實(shí)踐。未來課堂實(shí)踐越來越包含更多有價(jià)值的元素，包括有價(jià)值的問題、體驗(yàn)式學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)、小組合作等。這些變化的結(jié)果是增加了學(xué)習(xí)任務(wù)的靈活性（例如，從基于知識(shí)的學(xué)習(xí)到基于問題的學(xué)習(xí)），學(xué)習(xí)目標(biāo)的靈活性（例如，從掌握知識(shí)到對(duì)知識(shí)的搜尋和分析），所需文化的復(fù)雜性（例如，從單學(xué)科學(xué)習(xí)到跨學(xué)科學(xué)習(xí)），以及課堂互動(dòng)和編排的復(fù)雜性（例如，從個(gè)人學(xué)習(xí)到支持群體互動(dòng)]（Dillenbourg，2013）。學(xué)校教育實(shí)踐的另一個(gè)主要挑戰(zhàn)是個(gè)性化，當(dāng)學(xué)習(xí)者有著不同的經(jīng)歷、目標(biāo)和背景時(shí)，學(xué)校教育系統(tǒng)需要努力提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)途徑，同時(shí)還需要處理好個(gè)性化教育與全面的通識(shí)教育之間的關(guān)系。

最后是環(huán)境。雖然學(xué)校教育系統(tǒng)本身保持其結(jié)構(gòu)，但人們對(duì)教學(xué)和學(xué)習(xí)環(huán)境的看法正在改變，并且已經(jīng)擴(kuò)展到課堂以外的非正式場(chǎng)所。以大規(guī)模在線公開課程（慕課）的發(fā)展為例，教育部在教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作月報(bào)（2018年12月）中提到，“愛課程”網(wǎng)中國(guó)大學(xué)慕課移動(dòng)終端已累計(jì)下載安裝1795萬(wàn)人次，平臺(tái)在授課程6369門次，新增素材7.5萬(wàn)條、新增報(bào)名454萬(wàn)人次。放眼世界，除了人數(shù)的增加以外，慕課在各個(gè)國(guó)家的發(fā)展也為學(xué)習(xí)者提供了無(wú)障礙環(huán)境，許多慕課學(xué)習(xí)者都來自發(fā)展中國(guó)家（Christensenetal，2013）?？偟膩碚f，慕課平臺(tái)率先突破了以往傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境并且為達(dá)標(biāo)的學(xué)習(xí)者提供自己的課程證書，創(chuàng)造了一種新型的學(xué)習(xí)環(huán)境和認(rèn)證方式。

未來教育是在人工智能背景下的教育，也是在跨學(xué)科發(fā)展下的教育，教師需要積極轉(zhuǎn)變自身的角色，我們不再期望教師擁有所有的相關(guān)知識(shí)并將其傳遞給學(xué)習(xí)者，相反，教師的重要任務(wù)是支持學(xué)生尋求、發(fā)現(xiàn)和整合信息，并可以成為獨(dú)立的思考者。

人工智能與教育神經(jīng)學(xué)關(guān)于學(xué)習(xí)與認(rèn)知的新研究

1.人工智能的啟示

人工智能的英文簡(jiǎn)寫為AI，從廣義上講它表示機(jī)器具有與人類思維相同的功能，從而代替人腦進(jìn)行各種計(jì)算、決策和分析，是有效解放人們雙手的智能技術(shù)（Payne et al，2008）。近年來，人工智能在教育領(lǐng)域的發(fā)展表明未來教育發(fā)展方向與人工智能密切相關(guān)。

從知識(shí)的角度來看，人工智能與教育相結(jié)合有助于解決以往知識(shí)陳舊而無(wú)法替換的問題，并進(jìn)一步促進(jìn)知識(shí)創(chuàng)新、更新、傳播和管理。例如人工智能圖書館——AI圖書館就可能具備資源共享、個(gè)性化定制、大數(shù)據(jù)追蹤記錄以及智能化檢索體驗(yàn)等功能，擺脫了傳統(tǒng)檢索方法的束縛。

從受教育者角度來看，“人工智能+教育”可以通過開發(fā)智能軟件工具或其他方法來傳授知識(shí)或測(cè)試學(xué)生的學(xué)習(xí)情況并提出相應(yīng)的學(xué)習(xí)建議，讓學(xué)習(xí)者從“獲取者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皠?chuàng)新者”，例如人工智能依托一線大數(shù)據(jù)為學(xué)習(xí)者提供智能在線學(xué)習(xí)與教育平臺(tái)，誘發(fā)學(xué)生依據(jù)自身興趣主動(dòng)學(xué)習(xí)。此外，“人工智能+教育”還可以為學(xué)習(xí)者營(yíng)造新的學(xué)習(xí)空間和環(huán)境，改變傳統(tǒng)課堂上的師生互動(dòng)模式和評(píng)估學(xué)習(xí)程度的手段，并依托VR/AR、大數(shù)據(jù)等智能技術(shù)的幫助，不斷推進(jìn)“深度學(xué)習(xí)”。

從教育者的角度來看，人工智能促使教育者重新定位自己，并依據(jù)信息技術(shù)等手段與學(xué)生進(jìn)行動(dòng)態(tài)互動(dòng)，提高教學(xué)質(zhì)量。與此同時(shí)，圖像識(shí)別技術(shù)可以幫助教師提高批改作業(yè)的速度，使教師擺脫煩瑣和重復(fù)的任務(wù)。同樣，人工智能可運(yùn)用在考試當(dāng)中，使教育部門在考場(chǎng)建設(shè)中更加具有針對(duì)性，創(chuàng)建更加科學(xué)的考試系統(tǒng);也可用于考生身份的驗(yàn)證系統(tǒng)，防止單一的驗(yàn)證方式造成結(jié)果誤差;最后，人工智能可以將計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)、語(yǔ)音技術(shù)和自然語(yǔ)言等技術(shù)運(yùn)用于評(píng)卷當(dāng)中，突破傳統(tǒng)評(píng)卷方式的限制，提升評(píng)卷的準(zhǔn)確性和效率等。

2.教育神經(jīng)學(xué)的啟示

為進(jìn)一步優(yōu)化未來教育策略并提高未來教育質(zhì)量，人們必須對(duì)腦的發(fā)展規(guī)律以及學(xué)習(xí)的生理、神經(jīng)機(jī)制等問題有更深的認(rèn)識(shí)。神經(jīng)教育學(xué)這一跨領(lǐng)域的學(xué)科給予我們很多啟示，并可以在未來教育中得到應(yīng)用。首先，人類腦的結(jié)構(gòu)和功能不僅取決于基因，還依賴于后天的發(fā)展過程，該過程以負(fù)責(zé)特定任務(wù)的神經(jīng)元之間連接的鞏固為基礎(chǔ)。另外，不同的腦區(qū)分別有不同的發(fā)展期，這同樣受到內(nèi)外因共同影響，在關(guān)鍵期內(nèi)進(jìn)行教育，腦結(jié)構(gòu)將得到優(yōu)化，一旦錯(cuò)過發(fā)展期神經(jīng)元將很難再形成新的連接;而使大腦固化的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的途徑就是改變現(xiàn)有神經(jīng)連接的效能，這也是我們之所以對(duì)個(gè)體進(jìn)行教育的神經(jīng)基礎(chǔ)（Antonio，2011）。因此，促進(jìn)個(gè)體腦結(jié)構(gòu)發(fā)展需要“及時(shí)教育”，教育既不可滯后也不可過于超前。

另外，近年來許多有關(guān)神經(jīng)教育學(xué)的研究和研究工具的使用，也引發(fā)了教育者對(duì)未來教育的思考。例如從生理層面看，睡眠是維持生命不可缺少的過程，同時(shí)也會(huì)影響兒童的學(xué)習(xí)效率。研究發(fā)現(xiàn)，睡眠與記憶有關(guān)系，好的睡眠有助于改善記憶，尤其是視覺情境的情緒記憶成分，缺少睡眠甚至?xí)?dǎo)致注意力不集中、學(xué)習(xí)效率低下等問題（Payne，et al，2010）。根據(jù)這些研究，教育者可以更加合理地制定出兒童上下學(xué)時(shí)間以及最低睡眠時(shí)間，以幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率。此外，心理地圖也能使學(xué)生更好地理解知識(shí)。繪制心理地圖是向?qū)W習(xí)者預(yù)先呈現(xiàn)一個(gè)話題的好方法，通過顏色、運(yùn)動(dòng)、繪畫、對(duì)照和組織決策的應(yīng)用，信息得以在我們的心理地圖中編碼，一旦編碼成功，學(xué)習(xí)者接著就能與他人分享，進(jìn)一步強(qiáng)化這一學(xué)習(xí)（梁平，2014）。工具方面，認(rèn)知的發(fā)展與腦發(fā)展是同步的，我們可以將認(rèn)知變化與腦發(fā)育聯(lián)系起來，建立起測(cè)量學(xué)習(xí)、教學(xué)、課程以及其他認(rèn)知行為的量表，這種量表在教育評(píng)價(jià)與實(shí)踐中將具備廣泛的用途。將認(rèn)知發(fā)展周期與教育評(píng)價(jià)量表聯(lián)系起來的研究，將是腦科學(xué)研究對(duì)教育研究與實(shí)踐的一項(xiàng)直接貢獻(xiàn);此外，功能磁共振、近紅外腦成像、腦磁圖等與腦功能直接相關(guān)的信號(hào)工具也可以應(yīng)用于教育之中，通過腦電信息融合與腦電采集設(shè)備充分了解大腦潛能，例如測(cè)量個(gè)體的情緒調(diào)節(jié)能力或注意力水平，從而對(duì)未來教學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

教育的應(yīng)對(duì)策略

結(jié)合上述思考，參考來自人工智能與神經(jīng)教育學(xué)研究的啟示，對(duì)于未來教育人們需要做好充分的應(yīng)對(duì)準(zhǔn)備。

1.制訂基于腦與認(rèn)知發(fā)展的教學(xué)計(jì)劃

伴隨著人工智能的普及和神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展，未來教育必須積極調(diào)整課程并制訂合理的教學(xué)計(jì)劃，由傳統(tǒng)的“因材施教”深化為“因腦施教”。這是教育目標(biāo)和實(shí)踐所面臨的重大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的教學(xué)方式是將一門學(xué)科分成較小的單元部分，然后將單元分成周課時(shí)計(jì)劃和日課時(shí)計(jì)劃，再以人們目前所熟知的方式來安排這門課。這種方式看上去是符合邏輯的，但并不是最適合人類大腦學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)方式。大腦是動(dòng)態(tài)發(fā)展過程，基于腦的課時(shí)計(jì)劃沒有可供遵循的單一模板，這主要是因?yàn)槊恳粋€(gè)人的大腦都是唯一的，學(xué)習(xí)不同的知識(shí)要求不同的設(shè)計(jì)方法，學(xué)校和教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生大腦與認(rèn)知發(fā)展規(guī)律制定出基于腦的教學(xué)計(jì)劃的七個(gè)階段（梁平，2014），如表1所示。

在制訂合理的教育計(jì)劃的同時(shí)，可將人工智能運(yùn)用到教育計(jì)劃中，通過大數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)建數(shù)字化教學(xué)環(huán)境，從而為學(xué)習(xí)者制訂學(xué)習(xí)計(jì)劃。

2.對(duì)教育相關(guān)的社會(huì)資源進(jìn)行合理分配

人工智能時(shí)代所孕育出來的新型智能工具的開發(fā)應(yīng)以“精”而不是“繁”為重點(diǎn)。目前，社會(huì)上所開發(fā)的人工智能工具更新速度快，智能手機(jī)上學(xué)習(xí)類“APP”就是典型的例子。例如在最近幾年人工智能的發(fā)展?fàn)顟B(tài)下，各類外語(yǔ)聽說讀寫軟件紛紛借助于“機(jī)器人進(jìn)行糾正發(fā)音或者打分，改變了傳統(tǒng)的師生互動(dòng)和學(xué)習(xí)評(píng)估方法，這是一個(gè)進(jìn)步。但各類軟件的開發(fā)在內(nèi)容上大體一致，長(zhǎng)此以往無(wú)疑會(huì)造成社會(huì)資源的浪費(fèi)。為了避免工具重復(fù)開發(fā)，我們應(yīng)該建立合理的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)資源良性分配，使人工智能對(duì)學(xué)習(xí)者和教育技術(shù)發(fā)揮最大的作用。

3.家庭準(zhǔn)備

家庭環(huán)境對(duì)一個(gè)人的成長(zhǎng)至關(guān)重要，未來教育的良性發(fā)展勢(shì)必離不開家庭的配合。首先，在生活方面，家長(zhǎng)應(yīng)為孩子提供合理的飲食，形成正確的飲食習(xí)慣和規(guī)律，保證合理的睡眠時(shí)間并提高睡眠質(zhì)量。良好的生活作息和健康飲食無(wú)疑會(huì)促進(jìn)孩子大腦的健康發(fā)展，從而為學(xué)習(xí)打造健康的生理基礎(chǔ)。除此之外，家長(zhǎng)也要培養(yǎng)孩子的感知思維能力，并協(xié)調(diào)左右腦的發(fā)展，保持身體上和情感上的安全環(huán)境。家庭是孩子的第一課堂，家長(zhǎng)應(yīng)結(jié)合未來教育方向，鼓勵(lì)孩子掌握信息工具，比如編程知識(shí)，以及相關(guān)的創(chuàng)客教育和sTEAM課程。滿足孩子的好奇心并鼓勵(lì)孩子緊密結(jié)合多元知識(shí)，養(yǎng)成愛看書、愛鉆研的好習(xí)慣。

4.個(gè)體適應(yīng)

人的創(chuàng)造力將是人工智能時(shí)代人類保持發(fā)展和進(jìn)步的源泉。因此，學(xué)習(xí)者應(yīng)積極調(diào)整自己的角色和狀態(tài)，提高自己的創(chuàng)造性和批判思維能力;此外，學(xué)習(xí)者也要積極融入未來教育的氛圍當(dāng)中，了解最新的科研發(fā)展動(dòng)向，積極學(xué)習(xí)新型技術(shù)與工具，將人工智能轉(zhuǎn)變成學(xué)習(xí)的“幫手”。

5.學(xué)校、社會(huì)、政府共同推進(jìn)未來教育

充分運(yùn)用人工智能技術(shù)和教育神經(jīng)學(xué)知識(shí)為學(xué)習(xí)者提供精準(zhǔn)、合理的教學(xué)服務(wù)，需要學(xué)校、社會(huì)和政府的充分合作。為實(shí)現(xiàn)“人工智能+教育”，學(xué)校應(yīng)積極更新教學(xué)內(nèi)容，撇棄陳舊過時(shí)的教育信息，并提供有關(guān)人工智能方面優(yōu)秀的學(xué)習(xí)資源、教學(xué)理論和一線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù);社會(huì)方面，需要積極創(chuàng)新人工智能技術(shù)，并依托技術(shù)發(fā)揮科技行業(yè)在教育中的作用，為教育提供多元化、精準(zhǔn)化的產(chǎn)品和服務(wù)，并協(xié)助學(xué)校培育出市場(chǎng)需要的人才;政府作為人工智能教育發(fā)展的引導(dǎo)者，要制定“人工智能教育”良性、可持續(xù)發(fā)展的指導(dǎo)方針和政策，為學(xué)校和社會(huì)創(chuàng)新“人工智能+教育”產(chǎn)品及活動(dòng)提供科學(xué)的指導(dǎo)和服務(wù)。

在基礎(chǔ)教育中，學(xué)校、社會(huì)和政府三者要共同合作，為學(xué)生提供“人工智能+教育”的科學(xué)環(huán)境。在小學(xué)和中學(xué)，通過整合人工智能技術(shù)，提供與人工智能相關(guān)的課程，如計(jì)算機(jī)課程或研究性學(xué)習(xí)課程，以增強(qiáng)中小學(xué)生對(duì)人工智能的理解。同時(shí)，為使學(xué)生切實(shí)體驗(yàn)到人工智能的強(qiáng)大功能，增強(qiáng)自身認(rèn)知，學(xué)校可以鼓勵(lì)學(xué)生積極參與到學(xué)校所舉辦的各類教育創(chuàng)新活動(dòng)中，如人工智能工具介紹和STEAM教育等。這需要學(xué)校、社會(huì)和政府的共同努力。

在高等教育中，要逐漸形成以學(xué)校為實(shí)踐者、政府和社會(huì)為助力者的人工智能教育實(shí)施團(tuán)隊(duì)。高校、政府和社會(huì)應(yīng)合理完善人工智能學(xué)科的布局，普及人工智能知識(shí)，進(jìn)行人工智能時(shí)代下的素質(zhì)教育。例如在培養(yǎng)人才方面，計(jì)算機(jī)或?qū)⒊蔀橹匾慕虒W(xué)內(nèi)容，編程知識(shí)也需要成為每個(gè)學(xué)生畢業(yè)的基本要求。在工具方面，人工智能技術(shù)可以運(yùn)用到學(xué)生圖書館、辦公機(jī)構(gòu)之中，讓學(xué)生和教師真正體驗(yàn)到人工智能的強(qiáng)大功能。在教育方面，學(xué)?？梢酝ㄟ^組織多元化人工智能活動(dòng)來加強(qiáng)學(xué)生對(duì)人工智能的認(rèn)知，并借助社會(huì)現(xiàn)有人工智能信息和工具來精心準(zhǔn)備，達(dá)到科普宣傳的效果。

總之，人工智能、教育神經(jīng)學(xué)與教育的結(jié)合勢(shì)必會(huì)給教育帶來極大的改變，個(gè)體、學(xué)校、社會(huì)和政府都應(yīng)積極投入到教育變革的浪潮中。

責(zé)任編輯 李帆