人工智能时代学习方式变革的机遇、挑战与对策

赵慧臣 唐优镇 马佳雯 王 玥



人工智能时代学习方式变革的机遇、挑战与对策

赵慧臣1唐优镇1马佳雯1王 玥2

（1．河南大学 教育科学学院，河南开封 475004；2．河南广播电视大学 信息工程学院，河南郑州，450008）

人工智能时代，学习方式将发生重大变革。文章认为人工智能时代学习方式变革的机遇包括重建学习空间、重塑师生交往、优化学习策略、培养“创新人才”所需素养，提出人工智能为学习方式变革带来的新挑战包括人性反叛与人文迷失、技术地位僭越、万能论陷阱以及诱发的“AI臣民”现象。为提升教育质量，文章建议人工智能时代的学习方式变革应该：坚守人文情怀，凸显人文精神；谨防智能僭越，关注师生交往；关注学习生态，形成学习共同体；提升学生AI素养，重视主体权利。

学习方式变革；人工智能；挑战；对策

人工智能引起教育重大变革，为学习方式变革带来前所未有的机遇。例如，科大讯飞语音识别与合成技术被广泛应用于考试测评与远程教学过程中，批改网每年批改超过3亿篇英语作文，为数以百万计的学生提供个性化服务。人工智能背景下，学习方式变革应以何回应教育本质、坚守教育本心、定位变革的使命与担当？传统的教学活动是否应该继续存在？教师是否会被智能机器人教师取代？……这些问题倒逼教育者不断反思。回答这些问题必须汇聚多学科学者的智慧，回溯人类教育史发展长河，洞悉教育智慧与教育规律[1]。

一 人工智能时代学习方式变革的机遇

“回归学习本质、提高学习质量”是人工智能时代学习方式变革的目标。人工智能时代学习方式变革不仅是数据挖掘、机器学习等AI技术的教育应用，更是学习文化的传承与创新。根据文化体现在器物、行为、制度与观念四个层面，人工智能时代学习方式变革的机遇可以从学习资源、学习行为、学习策略与学习观念四个层面展开分析。其中，在物质层面，人工智能按学生需求和特征提供更有针对性、个性化的学习资源；在行为层面，人工智能成为变革学习方式、重塑师生互动行为的重要支持；在制度层面，人工智能渗透于或显或隐却又无时无处不在发挥作用的学习策略；在观念层面，人工智能支持面向未来培养人才成为学习方式变革的思想引导。

1 物质层面：重建学习空间，丰富优质教学资源

人工智能及其资源成为改变学习空间的新契机，可以从物质层面重建学生所处的物理环境与虚拟环境[2]。在可见的物理环境中，智能校园作为建设智慧校园的物质基础，需要形成线上线下一体化的智慧教室、数字化实验室、综合创新实验室等立体化综合教学场。在虚拟环境中，人工智能基于大数据智能的在线学习教育平台，能够利用统计、机器学习、学习分析和数据挖掘等技术来分析学习过程，理解和优化学习以及学习情境。

人工智能改变了学习空间，也拓展了学习资源。根据学生的学习需求、认知方式和教育经历等因素，人工智能技术提供有针对性的学习资源。此外，可编程的4D打印材料能够满足不同学生开展多种活动的场地要求，使学习资源与学习指导更具个性化[3]，进而促使空间智能化重建。

2 行为层面：重塑师生互动，以学习数据提供学生发展路径

人工智能具有强大的数据收集、处理、分析与预测功能，为学生的个性化学习和教师的精准教学提供支持。例如，在人脸识别技术、情感模型分析技术的支持下，人工智能可以根据学生的动作表现、神态特征以及学习行为表现，及时判断学生的学习状态并预测其学习成长轨迹，为学生提供精准的学习支持与个性化辅导[4]。教师可以针对不同的学生，采用不同的教学方式、传授个性化知识。

人工智能根据大数据算法主动为学生提供针对性知识：一方面，人工智能通过行为模式获取学生的认知偏好与学习需求等信息，依据学生认知特征提供自适应的学习服务，学生由知识消费者转变为知识创造者[5]；另一方面，人工智能根据预设算法与学习数据提供适合学生发展的学习路径，使教师从繁冗、重复的机械性工作中解放出来，获得更多时间和精力关注学生的知识内化与创新能力培养。教师必须尽快适应师生平等、教学相长的新型师生关系，成为学生学习的帮助者、促进者和引导者。

3 制度层面：借助机器的多元智能，优化学生学习策略

为了培养学生的创新能力、创新意识和创新思维，人工智能为学生、教师、家长和人机协同工作与学习提供支撑。人工智能在知识表征、模式识别、自然语言处理、机器学习、智能机器人、专家系统等领域取得了较大发展，为优化学习策略提供支持，如表1所示。

表1 人工智能六大研究领域优化学习策略

人工智能技术的教育应用主要包括辅助性应用与主体性应用两个层面[6]。其中，辅助性应用是指人工智能技术以相对完整、独立的功能模块或部分结构嵌入其它教学、学习和管理系统中，学生可以通过大型知识库获取跨学科、跨领域的网络化知识；而主体性应用是指相关工具或系统以人工智能为主体，如利用智能教学系统为学生提供合适的学习内容并适应其学习方式，或在学习过程中模仿专家行为、辅助用户管理决策。

4 观念层面：着眼学生未来，培养“创新人才”所需素养

目前，人工智能虽已被赋予了越来越多的人类基本能力，但在教育领域仅涉及教育目标中的低阶能力。面对重复性工作被机器人取代、简单数据分析交由机器人处理的趋势，我们需要反思：智能时代、未来的社会变革需要什么样的人才？尽管国际组织对核心素养的表达方式不同，但“创新思维、批判性思维与沟通交流能力”等被多次强调，因而可以作为应对技术智能化的重要方法。

学习方式变革的主要目标是培养具有创新能力、创新意识、创新思维的复合型人才[7]。在人工智能支持下，教育应激发学生对未知领域的探索和求是精神，使人类在机器智能面前保持创新优势。因此，教师应该根据人工智能时代的创新人才需求，积极关注学生创新能力提升和核心素养培育。

人工智能不仅改变人类的生活方式、工作方式、沟通方式以及思考方式，也促使人类反思社会对人才的需求，促使教育者重新思考“教育目标”。利用布鲁姆教学目标分类法有助于分析审视此趋势，如图1所示[8]。首先，在认知领域，人工智能应用逻辑推理法则模拟人类的智能活动，并利用知识推理开展问题求解。例如，IBM公司的认知系统“Watson”不仅能理解、分析复杂的人类语言，而且可以快速准确地回答问题。其次，在情感技能领域，人工智能接受与反映人类感情。例如，Affectiva公司的情绪识别技术通过网络摄像头来捕捉、记录人们的表情，并能分析、判断出人们喜怒哀乐的情绪，可用于自闭症儿童的治疗。最后，在动作技能领域，人工智能对外界复杂环境的反映包括感知和行动等方面，如扫地机器人、无人机和汽车自动驾驶等智能机器[9]。

图1 不同知识领域的智能化发展

二 人工智能时代学习方式变革的挑战

人工智能作为技术工具看似中立、客观，其实具有深刻的社会变革与意识重塑作用。教育者如果缺少对人工智能的充分认识，无法积极应对人工智能时代学习方式变革的挑战，就可能会深陷人工智能技术囹圄，进而沦为人工智能背景下的“AI臣民”。

1 人工智能资源隐含人性反叛与人文迷失

“人工智能+教育”不仅是教学方式的变革，更是意识形态的变革。“意识形态是表现、解释、评价现实世界的方法，是个体行为的指导，具有强烈的排他性”[10]。人工智能潜移默化地改变学生认识社会、洞察世界的认知能力。未来将有源源不断受人工智能影响的学生涌入社会，而其附带的人工智能无界思想、非线性思维将会对社会发展进程产生更多不可预测的意识变革。

此外，无处不在的物联网设备、大数据技术正通过人工智能技术取代课本、教师。当学生与现实世界脱离联系，学生又如何在与人工智能的交往中“学会生存、学会求知、学会做事、学会合作”？教育的人文特征又何以凸显？若应用人工智能成为惯性依赖甚至生存保障，其中可能隐含的人性反叛与人文关怀的迷失必然阻碍教育进步。在人工智能背景下“教育却正把人变得越像机器；教育令人越来越像一架机器，我们将会面对人性的全面迷失”[11]。

2 难以意识人工智能的僭越行为，使其成为学习本身

关于人工智能的定义众说纷纭，可分为三类：①人工智能是人造的，并非通过物种进化而来；②人工智能源于人类的创造力与想象力，产生与发展依托于对人类智能的模仿；③人工智能依托于互联网、大数据、深度学习等先进技术或理论，是模拟人类能力与智慧的伺服技术。简而言之，人工智能即康德所谓的规则集合体[12]，尽管它可以自我学习和完善，但本质上仍是人类原创性与源生性的隶属或衍生产品。

人工智能作为工具服务于教师、学生，协助教育信息收集与处理，但也逐渐成为教育本身。例如，微软人工智能小冰出版诗集《阳光失了玻璃窗》成为街谈巷议的话题，以至于产生“人工智能代替教师”的论调。此时，人工智能已经僭越其作为技术、工具的从属地位。一旦作为技术产物的人工智能被认为可以脱离工具地位而完全取代教师，也就承认了人可以赋予机器以“灵性”与“意志”的理念。

人工智能超越了工具的从属地位，变成学习方式变革的本身，显然是一种认知僭妄[13]。人类显然不能赋予人工智能以充分的创造力与丰富的情感、态度和价值观，何论人工智能取代教师？尽管如“小冰”等人工智能可以吟诗作赋，但无法脱离互联网数据收集、大数据处理、超级计算，不能替代人工智能时代的学习所应用的想象力与创造力。

3 热媒体特性催生人工智能万能论

随着人工智能在学习领域的广泛应用，教师和学生得以突破时空限制，开展更为广阔的学习活动。例如，宏观层面，人工智能叠加虚拟现实技术，可以支持学生观察亿万光年之外的星球运动；微观层面，人工智能借助精细数据，能帮助学生挖掘、分析物质粒子的运动规律。人工智能在学习领域引发的变革不可谓不多：智能教师辅助教师批改作业、智能学习助手帮助学生解决疑难问题、智能决策系统帮助决策者制定政策……人工智能凭借“热媒体”的特性，逐渐获得相关者的认同，其所谓无所不能可能悄然成为教育者的潜意识。

然而，人工智能在给予海量数据、智慧决策的同时，也在悄然剥夺个体的独立思考能力，形成以剥夺人类思考能力为前提的智能万能论。由于人工智能的热媒体特性被高度异化，导致其在很大程度上逾越技术的工具地位。学习方式变革越是依赖人工智能的强大功效，便越可能深陷人工智能万能论陷阱的误区。

4 观念上忽视AI素养，诞生“AI臣民”

AI素养即学生正确理解并合理应用AI素质。由于人工智能本身附带技术僭越与万能论陷阱，以及教师与学生经常忽视AI素养的存在，极易导致“AI臣民”的产生。“AI臣民”对人工智能技术具有强烈的依附性，甚至将其作为自身联系真实世界的主要方式，正日益成为脱离真实社会的存在。这与人类利用人工智能技术服务社会、助推社会进步的初衷背道而驰。

如果学生和教育者缺乏对人工智能的全面了解和深入反思，便可能出现“只觉其好不知其弊，片面追捧人工智能”的情况。尽管数字时代的学生具有敏锐的技术应用能力，但对人工智能技术的认知不足，多囿于工作圈和生活圈中接触到的以“智能”命名的物理设备，或来自于数据挖掘或图像识别的软件系统，或源自书报影视作品的类人机器。因此，他们很难对人工智能技术进行客观和全面的理解、判断与评价，易受到“技术吹捧者”的影响[14]，大多沉溺于对智能设备的依附，似乎越来越独立于社会群体。“人只能自我改造，无法加以它物。”[15]脱离人自身施加的教育，人工智能将侵占人类的主体性，使人成为人工智能技术阴影下的“AI臣民”。

三 人工智能时代学习方式变革的对策

1 坚守人文情怀，凸显人文精神

“第一次工业革命将人类的双手从阴暗的磨坊中解放出来，手工被机器代替；第二次工业革命将人类从黑暗的人力时代解放出来，机器成为文明前进的马车；第三次工业革命解放了人脑，机器成为记录人类成长轨迹的载体”[16]，那么在以人工智能为代表的第四次工业革命来临之际，机器难道要代替人类思考，代替人类探索文明发展的方向吗？“人类是不可能依赖任何人、任何机器去成长学习的，因为人是自主的、自然的”[17]。在人文情怀上，孔子、苏格拉底等格外重视自然教学，认为学生认识事物的世界观、解决问题的方法应通过师生间的日常互动、周围事件的自然观察获得。如果忽略人文情怀，而任由人工智能将师生引向虚拟世界，使师生脱离人类社会，陷于人与机器交流的数据世界，那么人类的精神世界将逐渐萎缩。

“机器不能取代人类，正如人类是需要自然教育的，人类文明的演进也是在自然思考中渐进上升的”[18]。人类优于机器的直觉、同情心、创新能力、实践能力、情感交流能力以及社交天赋都在自然而然中培育。人工智能支持下的学习方式变革应该遵循自然教育原则，为学生提供符合人文精神的学习支持。

2 谨防智能僭越，关注师生互动

“AI臣民”的主要特征是对人工智能的片面崇拜，难以认识到人工智能僭越人类的主体地位。此时，师生对人工智能支持教学的惯性依赖隐匿于人工智能创造的数据海洋，将自我存在感寄托于虚拟空间。另外，人工智能虽然为师生提供了近乎无限的信息资源，但个体仅能以有限速度接受所需信息。过多的信息反而导致信息迷航，产生认知负荷。因此，师生需要根据认知发展规律以适宜的速度传输，杜绝浸漫式灌输[19]。

即使人工智能能够利用大数据分析技术帮助教师探索更多、更重要的学生行为信息，但在本质上属于机器的人工智能仍然无法揭示人类灵魂与自然成长的轨迹，无法代替人类的情感交互。因此，人工智能应用于学习不仅仅是信息和知识的获取、技能的习得，更在于学生的世界观、人生观、审美观和价值观等的培育和养成[20]。为了更好地形成和优化学习共同体，人工智能的教育应用仍需要教师的参与和引导[21]。

3 关注学习生态，构建学习共同体

“如何不被人工智能僭越教育主体地位、如何保持教育的核心价值”，是人工智能支持下学习方式变革需要思考的重要问题。因此，人工智能教育应用的核心是培育学生的人类共同体意识，涵养学生解决人类共同问题的人文素养。构建学生与学习情景真实交互的学习生态，形成学习共同体，是学习领域融合人工智能的重要途径。

例如，在学习方式变革中，教师倡导做中学、协作中学，引导学生发现虚拟世界与真实世界两种不同存在形式间的差异，帮助他们认清人工智能与情感实体的区别。同时，教师将人工智能运用于学生问题意识、反思意识和批判意识等高级思维能力的培养过程中，将教育共同追求的人文素养融入学习过程，避免人工智能的人性论陷阱、技术逾越与万能论陷阱。

4 提升学生AI素养，重视主体权利

教育领域“AI臣民”诞生的主要原因有：①被人工智能的本质蒙蔽，难以意识到技术可能导致的人文迷失；②沉迷于人工智能为学习带来的种种利好，反而让出使用者的权力；③沉迷于人工智能创造的虚幻情景，脱离与具体情境中的真实人际沟通。教师需要培养学生的AI素养，呼唤主体权利回归；洞察人工智能背后的社会关系和价值追求，注重将知识习得、技术掌握与批判思维、自省能力的培养相结合。

人工智能属于技术，终究无法改变教育涵养人性、发展品格和陶冶情操等方面的本质。人工智能只有达到促进学习的目标才能显出其价值或意义。如果缺乏AI素养，学生无法正确认识、理解、判断人工智能的技术限度与价值，则可能会被人工智能僭越主体地位。教师需要根据学生的个性学习特征指导学习行为，引导他们正确使用人工智能，促进学生AI素养的提升，帮助他们提高人工智能技术的应用能力。

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Opportunities, Challenges and Countermeasures for the Reform of Learning Style in the Age of Artificial Intelligence

ZHAO Hui-chen1TANG You-zhen1MA Jia-wen1WANG Yue2

The learning style will have a great change in the age of artificial intelligence. The article proposed that the opportunities for the change of learning style in the era of artificial intelligence should include the reconstruction of learning spaces, the reshaping of teacher-student interactions, the optimization of learning strategies and the required literacy for cultivating “innovative talents”. Meanwhile, the artificial intelligence era also brought some new challenges to the change of learning style, including the human rebellion and humanity loss, the arrogation of technology, the omnipotence trap and the induced “AI subjects” phenomenon. In order to improve education quality, it was suggested that changes of learning style in the age of artificial intelligence should adhere to humanistic feelings and highlight humanistic spirit, beware of intelligent arrogation and give concern on teachers-student interactions, focus on learning ecology and form a learning community, enhance students’ AI literacy and emphasize subject rights.

learning style change; artificial intelligence; challenges; countermeasures

G40-057

A

1009—8097（2018）10—0020—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2018.10.003

本文为河南省教育科学规划课题“河南省基础教育信息化发展现状与对策研究”（项目编号：2017-JKGHDHZX-001）、河南省教育科学规划重大招标课题“信息化背景下中小学教学方式的变革研究”（项目编号：〔2016〕-JKGHZDZB-04）的阶段性研究成果，并受2019年度河南省高校科技创新人才支持计划（人文社科类）（项目编号：2019-cx-008）资助。

赵慧臣，河南大学教育科学学院副教授,河南省教育信息化发展研究中心副主任，博士，研究方向为教育信息化、STEM教育，邮箱为zhc412328@163.com。

2018年1月3日

编辑：小西