人工智能的未来、网络主题探究与教学App

孟延豹

前言：

本月没有找到合适的文章来进行合作，对于笔者而言是个非常悲惨的消息——得自己爬格子了。当然，这对于笔者而言又是好消息，让自己通过寻找适合本栏目的素材和整合素材的过程，重新梳理一下，究竟我们在教学App领域都需要些什么，都需要学习什么，需要做什么，我们能为我们的“上帝”——学习者提供什么，这背后所蕴含的行为逻辑、价值逻辑、未来走向是什么。对于教学的主导者教师来说，对于他们面对未来的努力，我们又能提供什么帮助呢？简单地思考一下，就会发现要回答的问题其实很多，这也不是笔者的小小的脑袋瓜能归纳出来的，本期文章，笔者想用一种漫谈的形式，大概来描述一下，在笔者学习过程中大致能够总结出的一些东西，希望能够为读者们提供一些帮助，哪怕是能够提供一些让读者批判的素材也好！

最近看了重庆聚奎中学的张渝江老师在《今日教育》上发表的一篇名为《人工智能与教学变革》的文章，笔者对张渝江老师这篇文章的整体思想还没有完全吃透，也就不去进行分析和评价，但张渝江老师在文中引用的一个美国人写的有关未来的“学习故事”却引发了笔者深深的思考。

故事梗概

这个故事比较简单，里面就是一些我们看过的科幻片的情节，为了能让读者更好地理解，笔者根据张渝江老师的文章，将故事缩写如下：

故事发生的时间设定在2021年，讲述的是一位梦想成为航天工程师的14岁女孩安娜，在她的网络学习“私人向导”与“虚拟助手”引导下进行航天项目的学习。

她的“私人向导”是一台融合了高级人工智能与认知分析功能的学习终端，能够像安娜的父母和科学教师一样和安娜沟通交流，并将安娜的学习过程及时让他们充分了解。

“私人向导”主要关注安娜的学习行为和心理。学习资源还需要通过互联网与具备专业航天知识的智能化“虚拟助手”协同配合，帮助安娜制订她的专属学习计划。

“私人向导”与“虚拟助手”为安娜制订个人的学习计划，包括数字化的学习内容、虚拟现实游戏、实践机会以及与专业的航空工程師互动的机会。

安娜的学习计划是在学校的“虚拟学习中心”执行的，“私人向导”也与该中心实时联通，在那里安娜与另外一些学生一起测试在云环境下航天飞行器时长为2小时的模拟飞行，并在研究中设计出飞行器的真实尺寸。通过这样的方式，全球的学习者都可以参与进来，互相竞争或在某些环节互相帮助。学习者在研究中的进展速度、准确性和团队协作能力等，将会被评估，并量化为相应的分数。完成设计后，学校的3D打印机会帮安娜把飞行器的模型打印出来。

安娜的科学教师通过安娜的“私人向导”追踪其学习情况、得分情况以及学习模式，并及时提供反馈信息和指导。智能眼镜会对安娜的眼部动作进行跟踪记录，“私人向导”进行测量并与其他学习者的学习水平进行比较，反馈给教师，以便教师可随时根据安娜的学习需求改变学习内容并给予指导。利用学习中心的自适应学习支持系统对“虚拟助手”制订的学习计划进行协调，安娜的老师将在“私人向导”上重新配置安娜的学习情况展示板并展示安娜的进步情况。

安娜随时都可以自己改变学习目标，她的“私人向导”展示板会动态解释先前已完成的工作，并与她的新目标进行匹配。安娜还可以通过许多社交媒体与她的朋友和家人分享她在学习上取得的进步。

“私人向导”会把她的学习情况图示化并贯穿在她的小学、中学乃至工作后的整个学习过程中。

故事背后的学习原理

整个故事非常精彩，说它精彩不仅仅是因为故事展现的科技含量，更是故事背后深刻的学习原理，这简直就是基于建构主义和情境认知论搭建的完美的学习科学原理图。

首先，是面向学习者未来的教育目标的定义的巨大变化，未来社会希望现在的学习者在未来能够识别问题、解决问题，并且终身为社会作出贡献，期待他们展示“适应性专长”，教育的新目标其实是要为学生提供面向未来的学习创造的机会。

其次，故事所展现的是，未来学习中所强调的建构性、社会性、情境性、复杂性、默会性等，这种面向未来的学习，要求对学习者学习环境的设计一定要体现以上本质。

故事中所展现的新技术很多，但我们的任务就是要发现这些新技术与学习原理之间的关系，通过这些关系真正体会新的学习科学：

（1）新技术的仿真模拟功能，能够方便地把真实世界的问题带入课堂。

（2）很多新技术具有互动性，这就使得为学习者创造一种“能在做中学、及时得到反馈、不断提炼自己的理解并建立新知的环境”比在非技术环境下更容易，而且这种环境可以突破教室的束缚，根据学生的社会背景、家庭条件、性格情绪、多元智能、学习偏好等为其定制学习任务，并组建跨地域的学习共同体。

（3）新技术能把难以理解的概念可视化，甚至是可模拟体验化，这就提高了学习者对概念的理解，同时新技术能把学生的内化可视化，这就大大提高了从学校情境迁移到非学校情境的可能性。

（4）新技术还为学习者打通了通向巨大信息源的通道，故事中描述的除了数字图书馆的功能，还有可被学习者分析的真实世界的数据，还有被虚拟化、被代理的真实世界的学习共同体中的专家交流的机会。

（5）故事中的学习是整合型的，项目式的，面向解决问题、面向创新的。

（6）故事中的安娜的两个人工智能的关键角色“私人向导”“虚拟助手”，其实就是我们身边的机器人社团的辅导教师，还有辅导教师请来指导我们学习的中科院“智能控制”专家，只不过在未来的场景下，他们变成了人工智能的角色，并能够为更加广泛的学习者提供服务，而这也就是新技术为学习这件事带来的最大的贡献。

栏目思索

当然，也许会有人问，这和笔者在这个小专栏里思考讨论了两年多的教学App有什么关系呢？

以往的很多关于教学App的论述，主要都是一些案例型的描述，这些案例往往都能够在一些具体的应用场景上帮到一些教师，并可能激发他们在自己的其他应用场景中尝试一些相近的功能，去改善他们的教学。

但随着新技术的日新月异、教育改革的不断提速，笔者发现，这种案例式的方式已经远远不能满足教师们所面临的未来的挑战，似乎我们需要抽丝剥茧，把表象下的一些规律弄清楚。

从学习环境设计的机制上上，张渝江老师的故事和美国伯克利大学发起的WISE（Web-based Inquiry Science Environment）的运营理念很相近。

WISE（http：//wise.berkeley.edu）是由美国国家科学基金会（NSF）资助的、美国伯克利大学Marcia.C.Linn教授主持的“知识整合环境”（Knowledge Inte- gration Environment，简称KIE）研究计划的主要研究成果。WISE是一个操作简单但功能强大的基于网络进行科学探究的学习环境，旨在促进科学知识学习和科学问题探究能力培养，学习者可在其中了解真实世界、分析各种现代科学观点、亲历科学探究过程等。WISE主要适用于4～12年级的学生，其中包含了一些与各国科学课程标准相匹配的精品项目。WISE的实践成果已经说明了基于WISE的探究学习活动对于科学教育具有非常明显的优势。它不仅可以利用互联网中的丰富资源，而且采用了适合科学探究的活动方式。而在WISE整合平台环境之上，伯克利的研究者们不仅自己进行进一步的开发，还以开放的心态，免费提供接口，联合其他合作者，为学生们提供了非常多的教学App，包括绘图/制图工具、概念图工具、思维导图工具、学生档案袋、讨论论坛、学生笔记/学生评估工具、意义建构工具、学生空间、展示平台等。

WISE还鼓励教师、学生创建自己的项目网站，提供数据接口，并创建课程图书馆，供全世界的学习者观摩学习。

为了方便教师们利用WISE进行教学，WISE还提供了多种教学管理工具，让教师能对自己进行中的项目进行管理，还能收集学生的学习过程数据，并对学生的学习情况进行评估。

平台还可以引入第三方专家角色对项目进行指导，与学生们互动，解答学生问题。

笔者一直认为，教师未来对于教学App的应用，不是一系列应用使用的简单堆砌，而是基于一个大的面向学习者学习过程数据平台的基于项目结构、学习功能、学习类型的一系列教学App群，如果没有统一的底层架构，使用者就要考虑利用资源规划整合、数据采集的方式来自建一个这样的架构，而教学App是针对不同教学场景解决不同场景中的教学任务、学习任务的手段。

这些教学App通过信息技术提供至少如下的应用场景：

（1）通过使用各类媒体（视频、VR、互动媒体）、演示、模拟仿真技术与具体的数据、实践科学家建立互联网连接，把真实世界的问题带入课堂。

（2）用技术提供“脚手架”支持以扩大学习者的学习能力，帮助学生思考理解的路径，脚手架允许学习者参与复杂的认知活动。

（3）技术使学习者有更多机会获得来自软件导师（私人向导）、教师和同伴以及项目专家的反馈，反思他们自己的学习过程，接受循序渐进式的指导，提高其学习和推理水平。

（4）使用技術创建本地的和全球的，包括教师、管理者、学生、家长和其他有兴趣的学习者在内的学习共同体。

（5）实用技术可以扩大教师学习的机会。

以上的场景如果在理想状况下，应该是在一个大数据小应用的场景下实现，如果没有，就要靠使用者自己采用小应用数据采集、自建数据仓库的形式来进行，当然这种数据仓库不一定是要在高技术条件下的，也可以是图书馆式管理的，只要能够对数据进行增删改的操作即可。

这后面其实就隐藏了一个问题，就是未来的学习场景对于未来教师的挑战是否超越了当前教师普遍的能力范畴呢？我们可能乐于见到一些漂亮的实验个案在我们的国家涌现，但是如何能够在我们国家见到WISE这样的尝试？或者我们弯道超车，直接把张渝江老师讲的故事提前实现呢？

后记

限于文章篇幅和笔者的精力，本文其实并没有把事情讲透，当然WISE尝试把事情讲透，是写了一本几十万字的书，即任友群教授主编的“21世纪人类学习的革命译丛第二辑”中的《课堂环境中基于网络探究的科学教育》一书，本文中WISE的案例和笔者对其的理解基本来自这本书。当然，在H5、微信等小程序盛行的今天，我们其实已经有了比该书成书时更大的想象空间，但在基础理论研究、过程实现方面，还差得很远，笔者也一直在朝这个方向努力着。