人工智能促进知识理解:以概念转变为目标的实证研究

作  者:
杜华 

作者简介:
杜华,浙江师范大学浙江省智能教育技术与应用重点实验室,E-mail:dhaynu@126.com(浙江 金华 321004);顾小清,华东师范大学教育信息技术学系(上海 200062)。

原文出处:
华东师范大学学报:教育科学版

内容提要:

理解被广泛认为是教育的重要价值追求,“为理解而教,为理解而学”已然成为学界共识。知识理解是概念转变的基础,知识应用与创新的前提,是学习者高阶思维发展的关键,是深度学习的旨向。人工智能为学习者提供更多样的知识呈现方式与形态,提供更精准的学习分析,创设智能化的真实学习情境,为学习者的概念转变与知识理解创造了良好的条件。正是基于这样的背景,我们以概念转变为切入点,以上海方略教育研发的智能全息盒子为主要的智能仿真学习环境,开展了一项实证研究,旨在探究智能仿真学习环境对学习者概念转变的影响,由此窥察人工智能促进知识理解的诸多可能。研究结果表明,人工智能所建构的智能仿真学习环境,对于学习者概念转变具有积极的促进作用。


期刊代号:G3
分类名称:中小学教育
复印期号:2023 年 03 期

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  人们在探寻教育教学现象背后深层次的本质与规律时发现,从理论到实践面临的各种问题,在很大程度上,都可以归结为学习的问题(杜华等,2020)。知识作为教育的内容,是教育领域核心要素之一,知识学习是学校教育安身立命的使命(张良等,2021)。概念代表事物基本属性和基本特征,是知识的重要表征形式之一。在“为理解而教,为理解而学”已成学界共识的背景下,理解被广泛认为是教育中的重要价值追求(陈家刚,2013)。仅记忆知识远远不够,更重要的是对复杂概念形成深刻的理解,并基于这些理解生成新的知识。人工智能技术引发诸多领域与行业的深刻变革。在教育领域,人工智能技术整合教育大数据、机器学习、学习分析、自适应、情感计算、虚拟现实等技术,重新定义了教育手段、方法和途径,为学与教增能,再造教学流程,预见知识生产的未来(顾小清,2021),推进教育数字化与智能化转型。人工智能是否可以促进学习者知识理解与概念转变?人工智能何以促进知识理解与概念转变?为此,将以是否可能和何以可能作为切入点,尝试以一项实证研究来探究问题的答案。

  一、人工智能时代的知识学习:为理解而学

  知识学习不只在于能背诵多少概念与原理,更主要的是看所获得知识的质量,看能否灵活地迁移运用到各种相关的情境中。为达到这一目标,学习者需要对知识形成深层的、灵活的理解,“为理解而学”已成为学界共识。

  (一)理解是概念转变的基础

  “概念转变”和“理解”紧密相关。概念是对事物或现象共同本质属性的提炼。概念是思维的基本形式之一,反映客观事物的一般的、本质的特征(孙艳超,2016)。概念学习就是在头脑中建构起对事物或现象的共同属性的认知,概念理解是概念学习的目标。学习可以认为是通过发展内在的概念结构理解领域内概念的过程。为了获取意义,人类会自然地根据新经验组织关于世界的原有认知模型。对世界的认识越连贯,概念结构也就越完善。广义地讲,概念转变表示从学生教学前概念到要学习的科学概念的学习途径;狭义地讲,当学习者学习有关某个问题或事实的新知识时,或改变原有想法时,即是概念转变。可以将概念转变定义为一个学习过程,学生所持有的关于世界如何运作的想法或信念被转移和重组、远离误解,并转向像专家所持有的主导概念的过程。心理学家尼克森认为:“理解是事实的联系,把新获得信息与已知的东西结合起来,把零星的知识织进有机的整体”(王燕,2014)。理解作为一个过程是指个体运用已有知识经验去认识未知事物的属性与联系,直至揭示其本质及规律的思维过程。知识理解反映学习者对复杂科学概念的理解。因此,理解是概念转变的基础。

  (二)理解是知识应用与创新的前提

  理解是主体以已有知识经验为基础,获取新的知识经验并把它融入已有认知网络系统中,建构意义和新的认知结构的过程。英国学者马莎·斯通·威斯克认为,理解是指能够在给定的资讯以外有所超越,并且能够创造性地去运用自己的知识。如果某人能在未得到任何特别指导的情况下,自发地将知识正确、恰当地应用到新的情境中,就可以认为他已经达到了真正的理解。因此,理解不仅是拥有知识(信息)或展示技能,更是一种思考的能力和将所知道的知识灵活运用。理解的含义不仅是“明白、懂得意思”,更是应用知识的能力,是创新的基础和前提,因为只有理解知识才能应用知识,只有理解已有知识才能创造出新的知识(陈明选等,2012)。

  (三)理解是高阶思维发展的关键

  人工智能时代,个体所需要的思维品质不是指向知识获得的,而是基于理解而发生的批判性思维、创新性思维等高阶思维。这些高阶思维集中体现了人工智能时代人才培养的新兴要求、人才发展的思维特质,同时彰显出人工智能时代对学习者思维技能的高层次追求。而理解意味着以正确的方式完成任务,通常反映人们有能力解释为什么特定技巧、方法或知识主体在特定情境下是合适的或不合适的。正如布鲁姆所言,理解是“超越信息本身”,通过有效应用、分析、综合、评价,来明智、恰当地整理事实和技巧的能力。理解是关于知识迁移的,知识和技能是理解的必要元素。但是仅有这些条件还不够,理解还需要敏锐的洞察力、缜密灵活地处理事情的能力以及自我评估、解释和批判的能力。对知识与技能的有效迁移能力,是人们在不同情境和问题面前创造性地、灵活地、流畅地应用所学知识的能力。如果通过理解一些关键的想法和策略来学习,就可以创造新的知识,并达到更深入的理解。因此,理解是高阶思维发展的关键。

  (四)理解是深度学习的旨向

  人工智能时代的学习者通过深度学习来掌握他们应具备的技能与素养。掌握一个事物、事件或场景的意义,就是要观察它与其他事物的联系:观察其运作方式和功能、产生的结果和原因及如何应用。深度学习发生的基础不是知识的获得,而是理解的发生,甚至“对知识如何产生的理解远比知识本身对于深度学习更重要”。也就是说,深度学习建立在学习者获得理解的基础之上,能够将新知识融入原有认知结构中,并将已有知识迁移到新的情境中,做出正确的决策和选择问题解决的途径。理解是深度学习的基础、目的和旨向。深度学习体现为基于理解而展开的学习过程与结果的统一体。深度学习的结果是促进学生对重要学科观念产生持续性理解。深度学习和理解间是相互联系、共同支持的关系。深度学习得以发生,建立在个人理解基础之上,同时理解也是深度学习运用所学、基于知识创造知识的最终目标。

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