打开文本图片集
【摘要】人工智能时代的到来对于教育既是挑战也是机遇。跨学科的研究将脑科学、心理学与教育学相结合，形成神经教育学以促进教学的发展。人工智能和神经教育学对教学的逐步影响使我们不断深入思考未来教育的内容和方向，这也是当下教育者不可回避的问题。
【关键词】未来教育;人工智能;神经教育学;教育应对策略
【作者简介】师保国，“学习与认知”北京市重点实验室，首都师范大学心理学院副院长，教授;王晴，首都师范大学心理学院硕士研究生（北京100048）
21世纪，飞速发展的科技在改变人类的工作、生活和思维方式的同时，也在引领教育的变革。最近几年，关于将人工智能、脑科学应用于教育的呼声越来越高。跨学科的研究将脑科学、心理学与教育学相结合，出现了许多神经教育学类书籍，并论及了教育与脑科学相结合的观点;国务院《新一代人工智能发展规划》的印发，以人工智能、机器学习、深度学习、教育大数据等为主题的大量研讨会的召开，也促使人们不断思考人工智能时代对教师、学生带来的挑战和机遇;加之经济全球化的背景下，教育研究的环境愈加多元、开放，各种教育理念和理论不断碰撞、融合，包括慕课教学、云课堂等在内的“互联网+”教学平台层出不穷，这些发展、变化都要求教育者必须在传统的心理学、教育学基础之上，进一步思考人工智能和脑科学等新兴学科在教育领域的应用是否也将极大促进教育的改革与进步。
未来教育的发展特点
跨学科和人工智能作为教育信息化的关键部分，对学校教师和学生都具有一定冲击力，同时也对未来教育的目标、理论和实践带来影响。根据学术界的研究（Chi&Wylie，2014;Hake，1998），未来教育的发展特点将至少体现在以下三个方面：
首先是目标。未来教育的目标正在由传统的刻板知识体系的掌握向工具的掌握转变，而未来知识也将会是一种动态的应用而非静态的获取。无处不在的智能手机和便携式笔记本意味着：在智能时代真正的知识将由我们的手指操纵，这有利于使学习者成为知识的主动获取者和创造者。此外，工作要求的动态性质鼓励学校开发并专注于知识应用的技能课程（Toner，2011）。同样，随着未来教育目标的改变，教育评估也在改变，虽然评估之前被用来测量学习者掌握知识的程度，但现在它从一种终结性衡量标准转变为过程形成的衡量指标。例如，由美国伍斯特理工学院开发的ASSISTments教育平台在两种评估之间提供了良好的协同作用，首先评估学生所需要的标准化测试知识，然后根据需要提供个性化支持（Heffernan & Heffernan，2014）。
其次是教育实践。未来课堂实践越来越包含更多有价值的元素，包括有价值的问题、体验式学习机会、小组合作等。这些变化的结果是增加了学习任务的灵活性（例如，从基于知识的学习到基于问题的学习），学习目标的灵活性（例如，从掌握知识到对知识的搜寻和分析），所需文化的复杂性（例如，从单学科学习到跨学科学习），以及课堂互动和编排的复杂性（例如，从个人学习到支持群体互动]（Dillenbourg，2013）。学校教育实践的另一个主要挑战是个性化，当学习者有着不同的经历、目标和背景时，学校教育系统需要努力提供个性化的学习途径，同时还需要处理好个性化教育与全面的通识教育之间的关系。
最后是环境。虽然学校教育系统本身保持其结构，但人们对教学和学习环境的看法正在改变，并且已经扩展到课堂以外的非正式场所。以大规模在线公开课程（慕课）的发展为例，教育部在教育信息化和网络安全工作月报（2018年12月）中提到，“爱课程”网中国大学慕课移动终端已累计下载安装1795万人次，平台在授课程6369门次，新增素材7.5万条、新增报名454万人次。放眼世界，除了人數的增加以外，慕课在各个国家的发展也为学习者提供了无障碍环境，许多慕课学习者都来自发展中国家（Christensenetal，2013）。总的来说，慕课平台率先突破了以往传统的教学环境并且为达标的学习者提供自己的课程证书，创造了一种新型的学习环境和认证方式。
未来教育是在人工智能背景下的教育，也是在跨学科发展下的教育，教师需要积极转变自身的角色，我们不再期望教师拥有所有的相关知识并将其传递给学习者，相反，教师的重要任务是支持学生寻求、发现和整合信息，并可以成为独立的思考者。
人工智能与教育神经学关于学习与认知的新研究
1.人工智能的启示
人工智能的英文简写为AI，从广义上讲它表示机器具有与人类思维相同的功能，从而代替人脑进行各种计算、决策和分析，是有效解放人们双手的智能技术（Payne et al，2008）。近年来，人工智能在教育领域的发展表明未来教育发展方向与人工智能密切相关。
从知识的角度来看，人工智能与教育相结合有助于解决以往知识陈旧而无法替换的问题，并进一步促进知识创新、更新、传播和管理。例如人工智能图书馆——AI图书馆就可能具备资源共享、个性化定制、大数据追踪记录以及智能化检索体验等功能，摆脱了传统检索方法的束缚。
从受教育者角度来看，“人工智能+教育”可以通过开发智能软件工具或其他方法来传授知识或测试学生的学习情况并提出相应的学习建议，让学习者从“获取者”转变为“创新者”，例如人工智能依托一线大数据为学习者提供智能在线学习与教育平台，诱发学生依据自身兴趣主动学习。此外，“人工智能+教育”还可以为学习者营造新的学习空间和环境，改变传统课堂上的师生互动模式和评估学习程度的手段，并依托VR/AR、大数据等智能技术的帮助，不断推进“深度学习”。
从教育者的角度来看，人工智能促使教育者重新定位自己，并依据信息技术等手段与学生进行动态互动，提高教学质量。与此同时，图像识别技术可以帮助教师提高批改作业的速度，使教师摆脱烦琐和重复的任务。同样，人工智能可运用在考试当中，使教育部门在考场建设中更加具有针对性，创建更加科学的考试系统;也可用于考生身份的验证系统，防止单一的验证方式造成结果误差;最后，人工智能可以将计算机视觉技术、语音技术和自然语言等技术运用于评卷当中，突破传统评卷方式的限制，提升评卷的准确性和效率等。
2.教育神经学的启示
为进一步优化未来教育策略并提高未来教育质量，人们必须对脑的发展规律以及学习的生理、神经机制等问题有更深的认识。神经教育学这一跨领域的学科给予我们很多启示，并可以在未来教育中得到应用。首先，人类脑的结构和功能不仅取决于基因，还依赖于后天的发展过程，该过程以负责特定任务的神经元之间连接的巩固为基础。另外，不同的脑区分别有不同的发展期，这同样受到内外因共同影响，在关键期内进行教育，脑结构将得到优化，一旦错过发展期神经元将很难再形成新的连接;而使大脑固化的结构发生变化的途径就是改变现有神经连接的效能，这也是我们之所以对个体进行教育的神经基础（Antonio，2011）。因此，促进个体脑结构发展需要“及时教育”，教育既不可滞后也不可过于超前。
另外，近年来许多有关神经教育学的研究和研究工具的使用，也引发了教育者对未来教育的思考。例如从生理层面看，睡眠是维持生命不可缺少的过程，同时也会影响儿童的学习效率。研究发现，睡眠与记忆有关系，好的睡眠有助于改善记忆，尤其是视觉情境的情绪记忆成分，缺少睡眠甚至会导致注意力不集中、学习效率低下等问题（Payne，et al，2010）。根据这些研究，教育者可以更加合理地制定出儿童上下学时间以及最低睡眠时间，以帮助学生提高学习效率。此外，心理地图也能使学生更好地理解知识。绘制心理地图是向学习者预先呈现一个话题的好方法，通过颜色、运动、绘画、对照和组织决策的应用，信息得以在我们的心理地图中编码，一旦编码成功，学习者接着就能与他人分享，进一步强化这一学习（梁平，2014）。工具方面，认知的发展与脑发展是同步的，我们可以将认知变化与脑发育联系起来，建立起测量学习、教学、课程以及其他认知行为的量表，这种量表在教育评价与实践中将具备广泛的用途。将认知发展周期与教育评价量表联系起来的研究，将是脑科学研究对教育研究与实践的一项直接贡献;此外，功能磁共振、近红外脑成像、脑磁图等与脑功能直接相关的信号工具也可以应用于教育之中，通过脑电信息融合与脑电采集设备充分了解大脑潜能，例如测量个体的情绪调节能力或注意力水平，从而对未来教学产生深远影响。
教育的应对策略
结合上述思考，参考来自人工智能与神经教育学研究的启示，对于未来教育人们需要做好充分的应对准备。
1.制订基于脑与认知发展的教学计划
伴随着人工智能的普及和神经科学的发展，未来教育必须积极调整课程并制订合理的教学计划，由传统的“因材施教”深化为“因脑施教”。这是教育目标和实践所面临的重大挑战。传统的教学方式是将一门学科分成较小的单元部分，然后将单元分成周课时计划和日课时计划，再以人们目前所熟知的方式来安排这门课。这种方式看上去是符合逻辑的，但并不是最适合人类大脑学习的设计方式。大脑是动态发展过程，基于脑的课时计划没有可供遵循的单一模板，这主要是因为每一个人的大脑都是唯一的，学习不同的知识要求不同的设计方法，学校和教师应根据学生大脑与认知发展规律制定出基于脑的教学计划的七个阶段（梁平，2014），如表1所示。
在制订合理的教育计划的同时，可将人工智能运用到教育计划中，通过大数据平台构建数字化教学环境，从而为学习者制订学习计划。
2.对教育相关的社会资源进行合理分配
人工智能时代所孕育出来的新型智能工具的开发应以“精”而不是“繁”为重点。目前，社会上所开发的人工智能工具更新速度快，智能手机上学习类“APP”就是典型的例子。例如在最近几年人工智能的发展状态下，各类外语听说读写软件纷纷借助于“机器人’进行纠正发音或者打分，改变了传统的师生互动和学习评估方法，这是一个进步。但各类软件的开发在内容上大体一致，长此以往无疑会造成社会资源的浪费。为了避免工具重复开发，我们应该建立合理的准入标准，促进资源良性分配，使人工智能对学习者和教育技术发挥最大的作用。
3.家庭准备
家庭环境对一个人的成长至关重要，未来教育的良性发展势必离不开家庭的配合。首先，在生活方面，家长应为孩子提供合理的饮食，形成正确的飲食习惯和规律，保证合理的睡眠时间并提高睡眠质量。良好的生活作息和健康饮食无疑会促进孩子大脑的健康发展，从而为学习打造健康的生理基础。除此之外，家长也要培养孩子的感知思维能力，并协调左右脑的发展，保持身体上和情感上的安全环境。家庭是孩子的第一课堂，家长应结合未来教育方向，鼓励孩子掌握信息工具，比如编程知识，以及相关的创客教育和sTEAM课程。满足孩子的好奇心并鼓励孩子紧密结合多元知识，养成爱看书、爱钻研的好习惯。
4.个体适应
人的创造力将是人工智能时代人类保持发展和进步的源泉。因此，学习者应积极调整自己的角色和状态，提高自己的创造性和批判思维能力;此外，学习者也要积极融入未来教育的氛围当中，了解最新的科研发展动向，积极学习新型技术与工具，将人工智能转变成学习的“帮手”。
5.学校、社会、政府共同推进未来教育
充分运用人工智能技术和教育神经学知识为学习者提供精准、合理的教学服务，需要学校、社会和政府的充分合作。为实现“人工智能+教育”，学校应积极更新教学内容，撇弃陈旧过时的教育信息，并提供有关人工智能方面优秀的学习资源、教学理论和一线学习数据;社会方面，需要积极创新人工智能技术，并依托技术发挥科技行业在教育中的作用，为教育提供多元化、精准化的产品和服务，并协助学校培育出市场需要的人才;政府作为人工智能教育发展的引导者，要制定“人工智能教育”良性、可持续发展的指导方针和政策，为学校和社会创新“人工智能+教育”产品及活动提供科学的指导和服务。
在基础教育中，学校、社会和政府三者要共同合作，为学生提供“人工智能+教育”的科学环境。在小学和中学，通过整合人工智能技术，提供与人工智能相关的课程，如计算机课程或研究性学习课程，以增强中小学生对人工智能的理解。同时，为使学生切实体验到人工智能的强大功能，增强自身认知，学校可以鼓励学生积极参与到学校所举办的各类教育创新活动中，如人工智能工具介绍和STEAM教育等。这需要学校、社会和政府的共同努力。
在高等教育中，要逐渐形成以学校为实践者、政府和社会为助力者的人工智能教育实施团队。高校、政府和社会应合理完善人工智能学科的布局，普及人工智能知识，进行人工智能时代下的素质教育。例如在培养人才方面，计算机或将成为重要的教学内容，编程知识也需要成为每个学生毕业的基本要求。在工具方面，人工智能技术可以运用到学生图书馆、办公机构之中，让学生和教师真正体验到人工智能的强大功能。在教育方面，学校可以通过组织多元化人工智能活动来加强学生对人工智能的认知，并借助社会现有人工智能信息和工具来精心准备，达到科普宣传的效果。
总之，人工智能、教育神经学与教育的结合势必会给教育带来极大的改变，个体、学校、社会和政府都应积极投入到教育变革的浪潮中。
责任编辑 李帆