面向深度學(xué)習(xí)的個性化數(shù)字學(xué)習(xí)

何萍 徐曉華

[摘 要] 深度學(xué)習(xí)是近年來教育理論研究的重要成果。它提倡主動、批判性地學(xué)習(xí)，要求學(xué)習(xí)者在不同社會情境中通過深度理解復(fù)雜概念和有效遷移知識，解決復(fù)雜問題，最終促進學(xué)習(xí)者高階思維能力的發(fā)展。因此，如何促使學(xué)習(xí)者進行信息深度加工，構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的知識體系，滿足其個性化學(xué)習(xí)和高階思維能力發(fā)展的需求，是目前的研究焦點。文章在闡述深度學(xué)習(xí)內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，研究如何通過個性化數(shù)字學(xué)習(xí)，促進學(xué)生在深度學(xué)習(xí)各個層次上的能力提升，并探討了如何使用人工智能技術(shù)，來自動化地評估學(xué)生的各項深度學(xué)習(xí)能力。

[關(guān)鍵詞] 深度學(xué)習(xí);個性化學(xué)習(xí);數(shù)字化學(xué)習(xí);人工智能

[中圖分類號]G642? ?[文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2021） 02-0092-02

自十八屆五中全會提出“五大發(fā)展理念”以來，創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)已經(jīng)成為學(xué)校教育改革中重點關(guān)注的問題。韋特海默在有關(guān)創(chuàng)造性思維的理論中，曾提出創(chuàng)造性思維“不是零敲碎打的而是和整體特征密切相關(guān)的，它們隨著整體特征而運轉(zhuǎn)，由情境結(jié)構(gòu)上的實際需要所決定。”要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造性思維，首先必須改革創(chuàng)新人才的整體培養(yǎng)環(huán)境，這需要教師、學(xué)校和社會等多方面的協(xié)作配合。在學(xué)校的教育改革中，核心的是探索和實施以培養(yǎng)學(xué)生批判性思考和解決復(fù)雜問題的能力，實現(xiàn)從淺層學(xué)習(xí)到深度學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕说男滦徒虒W(xué)模式。在實現(xiàn)該目標的過程中，必須改變傳統(tǒng)的以教師為中心的課堂教學(xué)模式，而應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有的人工智能技術(shù)，強化學(xué)生的個性化能力構(gòu)建，把局限于特定時間地點的線下學(xué)習(xí)擴展到無論何時無論何處的線上數(shù)字化學(xué)習(xí)。

一、深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)的研究源于高等教育領(lǐng)域?qū)W(xué)生學(xué)習(xí)過程與結(jié)果的關(guān)注。瑞典學(xué)者馬頓和薩喬在研究大學(xué)生進行大量散文閱讀任務(wù)時，發(fā)現(xiàn)不同的學(xué)生使用不同學(xué)習(xí)策略，得到了差異化的學(xué)習(xí)結(jié)果。有的學(xué)生使用機械的死記硬背的學(xué)習(xí)方式，只能對問題給出表層的回答;但有的學(xué)生更關(guān)心學(xué)習(xí)的主題和主要觀點，則達到了對文章的深層理解。因此，深度學(xué)習(xí)相對淺層學(xué)習(xí)而言，更關(guān)注學(xué)生有意義的學(xué)習(xí)，即學(xué)生“學(xué)會了什么”，而非“學(xué)了多少”。

近年來，深度學(xué)習(xí)的研究逐漸從學(xué)習(xí)過程的內(nèi)部解釋延伸到學(xué)習(xí)內(nèi)部與外部過程的整合。美國基礎(chǔ)教育深度學(xué)習(xí)研究項目提出了學(xué)生深度學(xué)習(xí)的能力框架，其核心思想是讓學(xué)生沉浸在具有挑戰(zhàn)性的課程中，要求他們尋求并獲取新知識，應(yīng)用他們所學(xué)到的知識，并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)造新知識。該學(xué)習(xí)框架要求學(xué)生掌握六項不同層次的能力，從低到高分別為：（1）掌握核心學(xué)術(shù)內(nèi)容，（2）批判性思考并解決復(fù)雜問題，（3）協(xié)同工作，（4）有效溝通，（5）學(xué)習(xí)如何學(xué)習(xí)，（6）培養(yǎng)學(xué)術(shù)思維。深度學(xué)習(xí)框架的提出促使教師更關(guān)注于評價學(xué)生的核心能力，尤其是能否應(yīng)用知識解決問題，能否使用現(xiàn)代化媒體進行溝通，是否具有與他人合作的能力，以及自我指導(dǎo)和反饋的能力。

深度學(xué)習(xí)的研究本質(zhì)上反映了社會與教育變革的訴求。但是，有限的課堂時間和教學(xué)資源使得教育者無法考慮到每一位學(xué)生的個體差異性，給予每個學(xué)生充分的機會參與到深度學(xué)習(xí)的教育過程中，從而影響到最終的教學(xué)效果。因此，學(xué)校教育必須致力于教學(xué)和學(xué)習(xí)性質(zhì)的巨大轉(zhuǎn)變，通過融合新的技術(shù)方法，為學(xué)生定制個性化的教育體驗，推動和促進深度學(xué)習(xí)的開展。

二、個性化數(shù)字學(xué)習(xí)

近年來，通過個性化學(xué)習(xí)來推動深度學(xué)習(xí)的發(fā)展，已經(jīng)成為當前教育領(lǐng)域共同關(guān)注的研究焦點。與傳統(tǒng)的教育模式相比，個性化學(xué)習(xí)不再僅僅關(guān)注于學(xué)習(xí)群體的整體水平和學(xué)習(xí)路徑，而是更加尊重學(xué)習(xí)者的個體差異，按照學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)目標、興趣愛好和個人能力等，規(guī)劃符合學(xué)習(xí)者特征的學(xué)習(xí)路徑，從而促進個體的個性發(fā)展。隨著教育信息化的不斷深入，教育部發(fā)布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）年》指出，要為每一名學(xué)習(xí)者提供個性化學(xué)習(xí)的信息化環(huán)境和服務(wù)。人工智能技術(shù)近幾年的快速發(fā)展和落地應(yīng)用，在融合教育大數(shù)據(jù)平臺的基礎(chǔ)上，為解決深度學(xué)習(xí)在個性化培養(yǎng)方面的難題提供了可能，從而為學(xué)習(xí)者提供具有針對性的學(xué)習(xí)服務(wù)。

（一）個性化的知識圖譜和學(xué)習(xí)路徑

針對深度學(xué)習(xí)的第一層次能力，即掌握核心知識點，個性化數(shù)字學(xué)習(xí)的目標是為每個學(xué)生構(gòu)建個性化的知識圖譜，進而設(shè)計個性化的學(xué)習(xí)路徑。構(gòu)建個性化知識圖譜的含義是指把每個學(xué)生個體對本科目核心知識點以及各個知識點間相互關(guān)系的掌握程度，通過在線測試、實時反饋的方式，自動地進行匯總、打分以及可視化，用于教師觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)進度和學(xué)生的自我反思。

現(xiàn)有的人工智能技術(shù)已經(jīng)可以支持個性化知識圖譜和個性化學(xué)習(xí)路徑的構(gòu)建與可視化。我們可以使用機器學(xué)習(xí)中的多標簽學(xué)習(xí)和半監(jiān)督學(xué)習(xí)技術(shù)，先由人工標注少量的試題，再由半監(jiān)督的多標簽學(xué)習(xí)算法來學(xué)習(xí)自動標注其余的大量無標注試題，用于試卷的自動生成。近年來，人工智能教育領(lǐng)域還在研究個性化的試題自動生成，即基于學(xué)科/科目中中知識庫的基本規(guī)則，結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)背景和興趣愛好，利用各種情景模板和素材，自動生成各類試題。這種基于知識規(guī)則生成的試題，能夠遍歷各種知識組合與應(yīng)用情境，有助于更好地判斷學(xué)生對核心知識的掌握程度。

（二）個性化的批判性思考和問題解決能力

針對深度學(xué)習(xí)的第二層次能力，即批判性思考和復(fù)雜問題的解決能力，個性化數(shù)字學(xué)習(xí)旨在協(xié)助教師訓(xùn)練和評估學(xué)生的思辨能力，面對問題時的實時分析能力、策略形成能力和高級認知能力等，記錄其各項能力的發(fā)展情況，并通過綜合性項目訓(xùn)練來提升學(xué)生的實踐應(yīng)用能力。個性化數(shù)字學(xué)習(xí)平臺在構(gòu)建學(xué)生的個性化知識圖譜過程中，采用問答題等開放性問題來評估學(xué)生的批判性思考能力，并通過建立開放式的仿真環(huán)境——即將知識點嵌入到真實的情景問題中的開放式仿真系統(tǒng)，來鍛煉學(xué)生的問題解決能力。通過可視化個體能力與平均能力水平的差異，每個學(xué)生可以在保護自己隱私的前提下，了解自己的學(xué)習(xí)相對排名，從而及時調(diào)整自己的學(xué)習(xí)方法。另一方面，教師可以從需要花費大量時間和精力的評測中解放出來，更關(guān)注于學(xué)生的能力發(fā)展進程，針對性地調(diào)整課堂的教學(xué)策略。

現(xiàn)有的人工智能技術(shù)為主觀題和仿真項目的自動批閱和實時反饋提供了必要的技術(shù)支持。主觀題的自動批閱涉及自然語言處理，可通過人工智能領(lǐng)域的深度學(xué)習(xí)技術(shù)自動提取特征，然后將提取出的回答相關(guān)的高級特征，嵌入到教師提供的參考答案網(wǎng)絡(luò)，進行量化分析。仿真項目的自動評閱可通過記錄學(xué)生在解決問題過程中留下的行為蹤跡，例如實時反應(yīng)速度，遇到困難后的修改路徑，策略調(diào)整的時間和結(jié)果等，結(jié)合機器學(xué)習(xí)中的時序分析、模式聚類和分類等技術(shù)，計算出學(xué)生的策略形成能力、計劃執(zhí)行能力、實踐操作能力和知識遷移能力等復(fù)雜問題的解決能力，從而對學(xué)生的綜合問題解決能力做出評價，生成個性化的數(shù)字學(xué)習(xí)報告。

（三）個性化的協(xié)同工作和有效溝通

針對深度學(xué)習(xí)的協(xié)同工作和有效溝通的能力，個性化數(shù)字學(xué)習(xí)旨在提供給學(xué)習(xí)者一個合作學(xué)習(xí)的平臺。在學(xué)生逐步點亮自己的個性化知識圖譜過程中，只要掌握相關(guān)的知識點，就需要與他人協(xié)作完成一個綜合性的項目。項目的合作對象可以通過平臺推薦的方式來匹配，篩選范圍是同樣已掌握所需知識點的具有相近能力的學(xué)生。整個項目的協(xié)作可以完全以線上的形式來完成，例如小組的討論以遠程視頻的方式展開，每個小組成員完成的工作由各自獨立上傳，組員之間的互動以小組討論的方式完成，最后項目的整合由組長協(xié)調(diào)完成。這種合作方式的優(yōu)點在于可以把整個項目的完成歷程包括溝通過程全程記錄下來，以便后續(xù)人工智能的自動評估。為了避免一些主觀因素的影響，在評價學(xué)生個體協(xié)同工作能力時，可采用人工智能技術(shù)，對小組提交的項目和在線記錄下來的文字、語音和視頻等溝通過程進行深度特征提取，然后進行分類和回歸分析，給出對每個學(xué)生的個性化評分。

在基于合作型項目的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的有效溝通能力不僅體現(xiàn)在與其他組員之間的相互協(xié)商和交流上，而且還體現(xiàn)在對自己所完成項目部分的表達和呈現(xiàn)上。因此，個性化數(shù)字學(xué)習(xí)不同于傳統(tǒng)的小組項目只要求一到兩個學(xué)生代表完成對項目的匯報，而是要求每個參與的學(xué)生都要準備幻燈片，獨立表達自己對整個項目從設(shè)計到完成的想法，并對自己所完成的部分進行尤為詳細的闡述。這在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中由于時間因素的限制，幾乎是不可能完成的，但是在數(shù)字化平臺上，學(xué)生可以通過移動設(shè)備上傳錄制的幻燈片和視頻，從而打破了時間和地點的限制，而教師也可以依賴于人工智能技術(shù)，通過對幻燈片的文字信息進行語義分析，對視頻中的語音進行流暢度分析，以及對視頻中的面部表情進行情緒分析等，自動獲取學(xué)生在表達能力方面的高級特征和綜合評分，來觀察學(xué)生能力的分布情況，從而節(jié)省了大量的時間和精力。

面向深度學(xué)習(xí)的個性化數(shù)字學(xué)習(xí)，在人工智能技術(shù)的支持下，重新定義了教育者的角色：即幫助學(xué)生成長，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)、創(chuàng)造能力、協(xié)作能力、知識的情境化及社會化運用能力，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的優(yōu)點，實現(xiàn)他們的人生價值。隨著人工智能的快速發(fā)展，如何相應(yīng)地改革傳統(tǒng)的教育制度，更新教師的知識結(jié)構(gòu)，改變教師的教學(xué)習(xí)慣和教育觀念，仍需要經(jīng)歷艱辛的探索。

參考文獻：

[1]韋特海默.創(chuàng)造性思維[M].林宗基，譯.北京：教育科學(xué)出版社，1987.

[2]Pellegrino， James W.， and Margaret L. Hilton， eds. Education for life and work： Developing transferable knowledge and skills in the 21st century[M]. National Academies Press， 2013.

[3] Monica Martinez， McGrath， Dennis， Deeper Learning： How Eight Innovative Public Schools Are Transforming Education in the Twenty-First Century[M]. New York： The New Press， 2014.

（責(zé)任編輯：王義祥）