智慧教育視域下自適應(yīng)學(xué)習(xí)溯源與機制研究

羅建波

【摘要】個性化教育是教育的核心和根本目標(biāo)，自適應(yīng)學(xué)習(xí)則是實現(xiàn)這一目標(biāo)的理想方式。自適應(yīng)學(xué)習(xí)起源于人類對教育本質(zhì)的探究，伴隨著教育理念和教育模式的創(chuàng)新而興起，并在現(xiàn)代智慧教育的環(huán)境下蓬勃發(fā)展。理解自適應(yīng)學(xué)習(xí)的內(nèi)涵和外延是將其應(yīng)用到系統(tǒng)的前提，而實現(xiàn)系統(tǒng)機制則需掌握相關(guān)的學(xué)習(xí)理論、知識測量理論等，并依賴于教育數(shù)據(jù)科學(xué)、人工智能賦能教育技術(shù)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】智慧教育? 自適應(yīng)學(xué)習(xí)? 源起? 內(nèi)涵? 實現(xiàn)機制

【基金項目】中國礦業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項目“基于學(xué)習(xí)分析（LA）的英語口語個性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)研究”（編號：2018YB53）。

【中圖分類號】G42 ? 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）23-0021-02

個性化學(xué)習(xí)是推進因材施教，幫助學(xué)習(xí)者達成自我完善，最終實現(xiàn)自我價值的一種學(xué)習(xí)理念。自適應(yīng)學(xué)習(xí)則被認(rèn)為是實現(xiàn)這一理念的最佳方式之一。自上個世紀(jì)八十年代誕生以來，自適應(yīng)學(xué)習(xí)在科技發(fā)展的支持下，越來越深入地融入于教育中的各個方面，其良好的效果也被研究證明。現(xiàn)在隨著人工智能的快速發(fā)展，其與自適應(yīng)學(xué)習(xí)的結(jié)合發(fā)展出智適應(yīng)學(xué)習(xí)在教育界的廣泛應(yīng)用。

1.興起背景

1.1教育的本質(zhì)和目標(biāo)

教育的本質(zhì)即促進人的個性全面發(fā)展。個性化教育需要教師依據(jù)每位學(xué)生自身的特點進行教學(xué)活動，這種差異化的教學(xué)方式需要大量專業(yè)教師以及優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。在教學(xué)輔助設(shè)施相對落后的環(huán)境中，有限的人力資源只能幫助小范圍的學(xué)生實現(xiàn)這一目標(biāo)。隨著科技發(fā)展，社會利用先進技術(shù)進行人機協(xié)同教學(xué)，廣泛地實現(xiàn)個性化教育。

1.2教育理念及教學(xué)模式的發(fā)展

現(xiàn)代社會已進入終身學(xué)習(xí)和泛在學(xué)習(xí)情境，同時課堂教學(xué)指導(dǎo)思想也由原來的以教師為中心轉(zhuǎn)向以學(xué)生為中心，要求從學(xué)生的實際基礎(chǔ)和需求出發(fā)，設(shè)計學(xué)習(xí)內(nèi)容、方法、策略等，并及時作出反饋。

基于終身學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)的理念以及以學(xué)生為中心的教學(xué)指導(dǎo)思想，現(xiàn)代教育技術(shù)出現(xiàn)了新的發(fā)展方向，網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)與學(xué)生支持體系應(yīng)運而生并得到長足的發(fā)展。很多在線課程雖然內(nèi)容豐富，但是呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)和推送形式單一，導(dǎo)致很多學(xué)習(xí)者迷失在海量的網(wǎng)絡(luò)資源中無從選擇，最終無法堅持學(xué)習(xí)。解決的方法就在于發(fā)展適應(yīng)性學(xué)習(xí)。這是一種基于數(shù)字化技術(shù)及智能技術(shù)支持的、個別化人性化的主動學(xué)習(xí)方式，學(xué)生利用多媒體資源進行自我知識建構(gòu)，并從教師和學(xué)習(xí)同伴處得到快速反饋。[1]

1.3科技的進步

根據(jù)佩特·約翰內(nèi)斯等人的觀點，自適應(yīng)學(xué)習(xí)的兩條發(fā)展脈絡(luò)分別為1980年代個人電腦的問世并把電腦作為一種智能輔導(dǎo)系統(tǒng)（Intelligent Tutoring System）使用的可能性，以及教育領(lǐng)域慕課的興起和數(shù)據(jù)科學(xué)領(lǐng)域機器學(xué)習(xí)方法的發(fā)展。[2]

美國從1970年代開始利用計算機作為輔助教學(xué)手段，研究了ITS的認(rèn)知模型和模式追蹤，以分析學(xué)生的認(rèn)知、動機和情感狀態(tài)等。90年代，適應(yīng)性超媒體系統(tǒng)得到發(fā)展，它利用自適應(yīng)導(dǎo)航技術(shù)開發(fā)能適應(yīng)不同學(xué)習(xí)者的個性化學(xué)習(xí)體系。[3]

另一方面，在線學(xué)習(xí)特別是慕課的興起，豐富了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)環(huán)境、內(nèi)容、方法等體驗，但是在線學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)者具備自主性，即自我激勵地、有計劃地采用學(xué)習(xí)方法和材料，否則將導(dǎo)致學(xué)習(xí)體驗較差、在線學(xué)習(xí)持續(xù)進行困難、輟學(xué)率居高不下。這就要求系統(tǒng)平臺快速分析在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，提供解決方法，而基于數(shù)據(jù)科學(xué)領(lǐng)域機器學(xué)習(xí)方法的自適應(yīng)學(xué)習(xí)能夠滿足這些要求。

2.內(nèi)涵與外延

自適應(yīng)學(xué)習(xí)的定義表述不盡相同，但究其本質(zhì)，內(nèi)涵與外延可以總結(jié)如下：

本質(zhì)和目標(biāo)：個性化教育。自適應(yīng)學(xué)習(xí)著眼于學(xué)生的個體特征差異，根據(jù)其知識背景、認(rèn)知特征、學(xué)習(xí)偏好等提供獨特的學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)如學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)途徑等，最終達到個性化教育的終極目標(biāo)。

基礎(chǔ)：教育大數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以說是一種記憶細(xì)胞，它記載著所有關(guān)于學(xué)習(xí)者的詳細(xì)內(nèi)容，如個人信息、歷史知識、學(xué)習(xí)偏好、認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)情緒等。自適應(yīng)學(xué)習(xí)通過收集并分析教育數(shù)據(jù)，以此建立學(xué)習(xí)者模型、知識模型等系統(tǒng)架構(gòu)。

內(nèi)容和結(jié)構(gòu)：自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)模型即整體架構(gòu)，學(xué)習(xí)者模型即關(guān)于學(xué)習(xí)者的所有背景、知識、風(fēng)格、能力等建模，知識領(lǐng)域模型即所要學(xué)習(xí)的科目知識的建模，自適應(yīng)引擎即學(xué)習(xí)推薦技術(shù)，可視化呈現(xiàn)即形象化展現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容效果等方式，學(xué)習(xí)管理模型即預(yù)測并預(yù)警學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效果的模塊。

路徑和策略：自適應(yīng)學(xué)習(xí)首先通過記錄、挖掘、分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，建立學(xué)習(xí)者模型，然后通過自適應(yīng)引擎向?qū)W習(xí)者推送個性化的知識模塊，實時調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容、方法、策略等，針對學(xué)習(xí)效果實行可視化呈現(xiàn)，以生動形象的視覺畫面讓學(xué)生和老師實時掌握學(xué)習(xí)動態(tài)，隨后對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進行預(yù)測，對未能達到效果的學(xué)生進行預(yù)警，最后通過預(yù)測預(yù)警的結(jié)構(gòu)對學(xué)習(xí)者進行實時評估、反饋、干預(yù)、指導(dǎo)。

3.原理與方法

如果將自適應(yīng)學(xué)習(xí)當(dāng)作一種新的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)范式，那么自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)就是為這種學(xué)習(xí)方法提供環(huán)境的平臺。這種作為數(shù)據(jù)驅(qū)動的系統(tǒng)之所以具有自適應(yīng)性，因為它能夠基于系統(tǒng)采集和處理的數(shù)據(jù)改變每個用戶在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的體驗。而系統(tǒng)的組建、數(shù)據(jù)的采集與處理、改善學(xué)習(xí)體驗的方法和路徑都需要遵循一定的理論和原理，其技術(shù)應(yīng)用也涉及到許多方面。

3.1理論與原理

作為科技和教育的深度融合，自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)從宏觀的結(jié)構(gòu)架設(shè)、模型建立到微觀的學(xué)習(xí)推薦、測評、反饋、預(yù)警等離不開教育學(xué)、心理學(xué)、認(rèn)知理論以及數(shù)據(jù)、信息、計算等科學(xué)的指導(dǎo)。

首先，自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)需要建立學(xué)習(xí)者模型、領(lǐng)域模型等，這一過程涉及到認(rèn)知與學(xué)習(xí)風(fēng)格、多元智能、教育測量等理論。這些理論被多名學(xué)者應(yīng)用于自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的理論與實踐研究中，如柏宏權(quán)[4]以認(rèn)知風(fēng)格和學(xué)習(xí)風(fēng)格為理論基礎(chǔ)研究了適應(yīng)性教學(xué)系統(tǒng)中個性化教學(xué)策略，東北師范大學(xué)趙蔚教授研究團隊[5]采用Felder?Silverman學(xué)習(xí)風(fēng)格理論初步實現(xiàn)了用戶學(xué)習(xí)風(fēng)格模型建構(gòu)，并基于項目反應(yīng)理論、布魯姆認(rèn)知目標(biāo)分類理論、知識理解級別等建構(gòu)了認(rèn)知水平模型。其他如元認(rèn)知理論和社會比較理論、經(jīng)典測量理論和認(rèn)知診斷理論等也被用于研究學(xué)習(xí)者模型與教學(xué)模型以及學(xué)習(xí)資源推送方法。

其次，自適應(yīng)引擎需要以相關(guān)的學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)原則，在適當(dāng)?shù)臅r間和環(huán)境推薦恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)途徑等。此類理論研究包括數(shù)字化學(xué)習(xí)理論、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、混合式學(xué)習(xí)理論、記憶曲線理論、知識空間理論及信息流理論等。

3.2方法與技術(shù)

自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的技術(shù)原理相對比較清晰明確，主要涉及數(shù)據(jù)收集與處理、模型建構(gòu)、結(jié)果可視化呈現(xiàn)、干預(yù)機制等方面。

早期的自主學(xué)習(xí)中利用的技術(shù)只有計算機的方便快捷和網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸。隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和數(shù)據(jù)科學(xué)的崛起，現(xiàn)代技術(shù)才被深入應(yīng)用到自適應(yīng)學(xué)習(xí)中。在大數(shù)據(jù)驅(qū)動的自適應(yīng)學(xué)習(xí)發(fā)展起來后，教育數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析成為其主要應(yīng)用的方法，具體技術(shù)則包括機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、數(shù)學(xué)算法等。近來隨著人工智能賦能教育的發(fā)展，人工智能領(lǐng)域的技術(shù)和教育領(lǐng)域的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)深度融合，從而培育了很多此類學(xué)習(xí)平臺。

在實際應(yīng)用過程中，相關(guān)的研究者對許多技術(shù)進行了演算和驗證，如閆怡[6]指出自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù)主要涉及本體技術(shù)、模糊邏輯、進化算法、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、推測算法等。徐焱[7]提出基于聚類的個性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)內(nèi)容呈現(xiàn)、基于序列挖掘和關(guān)聯(lián)規(guī)則的最佳學(xué)習(xí)路徑推薦、基于協(xié)同過濾和社交網(wǎng)絡(luò)的個性化資源推薦方法。

4.結(jié)論

個性化學(xué)習(xí)是教育千百年來一直追求的終極目標(biāo)，而自適應(yīng)學(xué)習(xí)被認(rèn)為是目前實現(xiàn)這一目標(biāo)的最佳方式。個性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)自其被提出以來，隨著科技的進步一直向前發(fā)展。在現(xiàn)階段數(shù)據(jù)科學(xué)和人工智能快速發(fā)展的背景下，自適應(yīng)學(xué)習(xí)被更多的賦能，生產(chǎn)出更多優(yōu)秀的學(xué)習(xí)系統(tǒng)和平臺，這將更加有助于我們實現(xiàn)教育的智能化。

參考文獻：

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[3]張家華，張劍平.適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)： 現(xiàn)狀、問題與趨勢[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2009（2）：18-20.

[4]柏宏權(quán).適應(yīng)性教學(xué)系統(tǒng)中個性化教學(xué)策略研究[D].南京師范大學(xué)博士學(xué)位論文，2006.

[5]姜強，趙蔚，李松，王朋嬌.個性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)研究——大數(shù)據(jù)時代數(shù)字化學(xué)習(xí)的新常態(tài)[J].中國電化教育，2016（2）：25-32.

[6]閆怡.國內(nèi)自適應(yīng)學(xué)習(xí)的研究現(xiàn)狀與問題分析[J]，課程教育研究，2019（17）：14.

[7]徐焱.基于教育數(shù)據(jù)挖掘的個性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)研究[J].中國教育信息化，2019（11）：60-65.