人工智能教育应用理论框架:学习者与教育资源对称性假设--访智能导学系统专家胡祥恩教授

胡祥恩教授是美国孟菲斯大学心理学系、电子计算机工程系、计算机科学系教授,智能系统研究院高级研究员,美国先进分布式学习孟菲斯实验室主任,华中师范大学心理学院院长、中国青少年网络心理与行为教育部重点实验室高级研究员,研究领域包括数学心理学、实验设计与统计、心理学、人工智能和智能导学系统。本文系2018年7月华中师范大学举办的"教育大科学前沿论坛(第三期)——中国通用人工智能高端论坛"会议期间对胡祥恩教授访谈基础上整理而成的。作为一种新技术,人工智能已经成为教育学界讨论的焦点。然而,技术面对的不仅是理论,更关键的是应用问题,怎样才能充分发挥人工智能技术的优势使之真正融入教育,避免因过度包装而产生的空洞陷阱,是一个需要解决的问题。对此,胡祥恩教授认为,我们需要从观念上进行根本性革新。他提出一种人工智能教育应用的新理论框架:学习者与教育资源对称性假设,即学习者能够在与教育资源(教学内容、学习环境、互动机制和学习过程)的互动中实现知识结构的最优化,同时教育资源也能够在这一互动中得以改进。该理论框架以全新的视角审视学习者和教育资源的关系,认为教育资源并非被动、僵化、静态地参与教学过程,而是在动态、适应性地进行自我改进。在这一理论框架的支撑下,人工智能技术与教育资源有机结合,"个性化"与"拟人化"合为一体,令呆板、枯燥的在线学习系统被有效激活,从而极大地改善系统的教学效果。因此,该框架不论在理论还是在实践层面,都具有重要的学术和应用价值。

下一代个性化学习:生成式人工智能增强智能辅导系统

长期以来,教育技术领域的研究者致力于利用计算机开展个性化自适应教学。智能辅导系统作为这一领域的核心,其目标是通过计算机技术提供个性化学习体验和支持。近年来,生成式人工智能,尤其是大语言模型的发展,为智能辅导系统带来了突破性机遇,为个性化学习开辟了新的路径。本文回顾了研究者为实现个性化学习所作的努力及其成果和局限,探讨了大语言模型在个性化学习中的潜力和影响,介绍了“苏格拉底游乐园”——一个基于对话的智能辅导系统,如何利用大语言模型实施苏格拉底式教学,揭示了生成式人工智能如何革新个性化学习方式。针对大语言模型的潜在误用,文章提出了相应的建议,并构建了框架,旨在引导研发者在生成式人工智能和大语言模型范式下开发高效的智能教育应用。

动作化学习的有效性及其影响机制

动作化学习(learning by enacting)是一种在学习时执行与任务相关的身体动作或操作的学习方式,而一种典型的动作化学习就是操作教学模型。综述已有研究发现,目前有两方面的理论去解释动作化学习:其中具身认知理论和生成学习理论支持动作化对学习的促进作用;而认知负荷理论为动作化学习的干扰作用提供了解释。通过汇总以往实证研究得出如下结论:在学习结果上,动作化学习促进学习结果具有中等效应,即动作化学习提升了学习者的保持成绩和迁移成绩。实物动作化学习与虚拟动作化学习在保持成绩与迁移成绩上没有差异。在主观体验方面,动作化学习促进学习兴趣具有小的促进效应。实物动作化学习比虚拟动作化学习更能提高学习信心和学习兴趣,但在认知负荷上两种动作化学习差异比较微弱。未来研究需要在优化动作化学习、确定影响因素、整合及验证理论等方面进一步探讨。

数字媒体对儿童执行功能的影响

数字媒体已经成为儿童生活中不可或缺的一部分,数字媒体对儿童执行功能的影响也得到了越来越多的关注。本文基于家庭媒体生态视角,从媒体特征、家庭环境特征、个体特征探讨数字媒体对儿童执行功能的影响。其中触屏交互媒体、教育内容、高家庭社会经济地位等起到了保护作用;而快节奏、虚幻内容、背景电视等则具有破坏作用。未来研究应关注儿童个人气质在数字媒体对执行功能影响中的作用以及媒体对执行功能不同成分的影响。

GIFT——通用智能导学系统框架

智能导学系统(ITS)是一种基于计算机的智能化教学环境,它可以在合适的粒度上适应学生的学习水平,以帮助学生掌握知识和技能。近年来,研究者试图寻找通用的ITS框架(GIFT),以系统分析ITS有效性的根本原因。本文将重点阐述GIFT这项前沿技术:首先,介绍GIFT的四个关键组成部分,包括传感器模块、学习者模块、教学模块和领域模块;其次,对GIFT的开源原型进行说明,主要包含单机模式和云模式两种形式.

江汉平原麦田杂草调查

运用倒置“Ｗ”９点取样法对江汉平原麦棉套作农田杂草调查，结果表明该地区麦田杂草有１４科２３种，其中禾本科杂草占２７％，阔叶杂草占６９％，莎草科占４％。相对多度达１０以上的麦田杂草依次有猪殃殃、婆婆纳、野燕麦、半夏、通泉草、狗牙根、卷耳等７种，其中猪殃殃、婆婆纳两种双子叶杂草的相对多度达５０和４０，为当地麦田优势种群。

农田化学除草与可持续发展农业

本文在概述了农田杂草危害性的基础上，总结了我国农田杂草综合治理，尤其是农田化学除草的现状和成就，并从杂草群落演替加速、长残效除草剂药害严重、施药技术滞后、抗药性杂草正在形成、以及与发达国家在使用技术上的差距等方面提出了存在的问题。建议在除草剂作用机理、混合制剂、剂型、增效作用等方面加强研究，使农田化学除草剂在可持续发展农业中发挥更加积极的作用。

网络学习中学习者个人特征对学习投入的影响:一个有调节的中介效应模型

以参与网络课堂的387名大学生为被试,考察自我效能感、内隐智力信念和动机调节等学习者特征对网络学习环境中学习投入的影响及其作用机制。结果表明:(1)网络学习者的自我效能感、动机调节、内隐智力信念均能正向预测学习投入;(2)动机调节在自我效能感和学习投入的关系中起部分中介作用;(3)"自我效能感→动机调节→学习投入"这一中介效应的后半路径受到学习者内隐智力信念的调节。相较于智力实体论者,动机调节的中介效应在智力增长论者中更强。

杂草密度与作物产量损失的预测模型

通过对国内外多个用于杂草密度和作物产量损失关系的经验模型比较分析，并对１０组不同来源的杂草与作物竞争资料进行模拟，证明模型ＹＬ＝ｄ／（ａ＋ｂｄ）具有实际的生物学意义，能确地描述多种杂草和多种作物间的竞争关系，预测杂草竞争对作物可能造成的危害和损失。

几种抗药性杂草的检测方法

农田化学除草已成为全球性现代化农业生产的重要组成部分。除草剂的长期和大面积使用给农民带来巨大好处，但杂草抗药性问题逐渐突出。为解决抗性杂草，国际上专门成立了治理除草剂抗性的组织，如除草剂抗性治理委员会（ＨＲＡＣ）等。７０年代末８０年代初，我国除草剂应...

百草枯生产工艺改进及其应用前景

百草枯(Ｐａｒａｑｕａｒｔ)是英国帝国化学工业公司(ＩＣＩ)于50年代中后期开发成功的一种非选择性、高效、触杀型除草剂。由于百草枯所具有的独特的分子结构特征,以及在环境中特有的物理行为和在生物体中特有的生化作用方式,使它表现出了耐雨水冲刷、杀草速度快、在土壤...

从TVAAS到Individual Growth:美国田纳西州增值性教师评价发展新趋势

TVAAS是美国田纳西州创立的增值性教师评价方式,其核心特征是以学生成绩增幅衡量教师效能.TVAAS考虑到学生的原有基础与进步幅度,引导教师关注学生的成长状态.但是,TVAAS仍然存在分数价值导向、评价过程缺乏透明度以及无法为非测试型教师创造公正合理的成长分数等问题.学生成长档案袋评价是田纳西州增值性评价的新发展,它以学生作品为依据,以教师自评为基础,以同行评审为矫正,为非测试型教师提供了一个更为真实与个性化的评价经历.TVAAS与学生成长档案袋评价模式互为补充,使每位教师都能获得基于自身教学实际的个人增值(individual growth).

基于屏幕视觉热区的中文短文本关键词实时提取方法

准确地获取用户偏好信息是个性化推荐的基础,而关键词提取技术则是用户偏好信息提取技术的关键。区别于传统的对整个网页页面进行关键词提取,本文提出的基于屏幕视觉热区的中文短文本关键词实时提取方法,主要针对用户浏览网页存在的屏幕视觉热区内的短文本进行关键词提取。首先,人工抽取屏幕视觉热区中的中文短文本作为原始数据,针对实时性的要求,选取TF-IWF、位置统计性分布、词距三个特征项构建中文短文本提取模型。实验数据表明,位置统计性分布及词距对关键词提取的准确率并没有显著提高,仅TF-IWF一种特征,准确率就能达到70%,同时经过实际验证本方法具有良好的稳定性,且实时性已经达到用户满意的程度,远远小于用户所能接受的容忍时域。

空间邻近对7-9岁儿童图文阅读的影响:来自眼动的证据

教育心理学中的空间邻近效应已经在成人群体中被验证,但是很少有研究探讨图文的邻近能否促进儿童图文阅读。本研究操纵图画故事书中图文空间位置(邻近、远离),使用Tobii T120眼动仪记录儿童的注意加工过程,考察空间邻近对7~9岁学龄初期儿童图文阅读的影响。结果发现,相比图文远离呈现,图文邻近呈现时儿童对文字区的注视时间更久,图文注视点转换次数更多,且细节回忆测验成绩更高;但是在主题理解测验中差异不显著,图文位置与年龄的交互作用均不显著。本研究结论为:儿童的多媒体信息加工也存在空间邻近效应,图文空间邻近能促进儿童的图文注意分配与整合,有助于儿童对故事细节的识记,但不能促进对故事的理解。

湖北省棉田恶性杂草的调查及综合治理

１９８６～１９９４年的调查结果，湖北省主要棉产区的棉田杂草共有６４种，隶属２５科。优势种群以马唐、牛筋草和香附子等为主。壤土地杂草发生量大，而沙土地杂草发生量小；窄行密植杂草密度明显小于宽行稀植田；地膜棉中、后期杂草密度明显降低。水旱轮作能明显降低一年生杂草的基数，改变棉田杂草群落结构，并推迟杂草萌发的高峰期。选用１５种除草剂的除草试验结果，每公顷用８０％棉草完可湿性粉剂１５００ｇ、４８％拉索乳油３０００ｍｌ或７２％都尔乳油１５００ｍｌ进行土壤处理，或者施用１２５％拿捕净９００ｍｌ、１２５％盖草能６００ｍｌ、３５％稳杀得６００ｍｌ进行茎叶处理，能有效地防除狗尾草；使用地乐胺１５００～４５００ｍｌ、都尔７５０～２２５０ｍｌ、氟乐灵１５００～２２５０ｍｌ进行土壤处理，施药后４５ｄ，对马唐的防效可达９０％以上；施用４１％草甘磷９３０～１８３０ｍｌ防除香附子效果良好。

合理用药预防长残效除草剂残留药害

本文介绍了长残效除草剂在国内外的开发应用情况，以及在推广应用过程中存在的对后茬敏感作物的药害等问题，并就预防此类除草剂对后茬作物的危害提出了加强管理和风险性评价、精确用量、合理混用和轮换使用、选用耐药作物品种、建立检测技术。改进施药技术和提高用药水平等建议。

香附子生物学特性及综合防除方法

香附子(Cyperus Votundus L.)是一种危害性大的农田多年生杂草,多发生在温带和亚热带地区旱作农田。在我国长江中下游棉区棉田发生危害,减产十分严重。且防除这种杂草也很困难。为此,作者通过对香附子生物学和生态学特性的研究,寻求采用综合治理的有效方法,以达到最大限度地控制其危害。香附子在田间主要以越冬块茎繁殖。植株能产生大量具三棱状倒卵形坚硬的小坚果,在一般条件下很难萌芽。香附子块茎有10～40个潜伏芽,在10℃以上即可萌发但生长缓慢。在35℃条件下,每一块茎能出芽2个或3个的分别占发芽块茎数的25.7％或26.4％。

一图抵千言:多媒体学习中的自我生成绘图策略

自我生成绘图是指学生使用可视化的学习方法绘制一幅能反映每一段文字中重要观点的图画,通过图文结合的方式来促进学习的一种策略。综述以往研究发现,先前研究通过操纵文本、动画等学习材料来考察自我生成绘图在学习中的作用,发现自我生成绘图的效果并不稳健:一方面它可以通过提高学生的认知和元认知能力、激发积极的情感状态而提高学习效果,得到了绘图建构生成理论和多媒体学习认知理论的支持;另一方面也可以通过增加认知负荷而阻碍学习,得到了认知负荷理论的支持。整体而言,自我生成绘图策略还是有利于学习的,已有研究在学习效果上的效应量中值为d_(保持)=0.13, d_(理解)=0.46, d_(迁移)=0.38。未来的研究仍需要关注自我生成绘图策略的材料操纵、效果评定以及潜在变量等等。

高低特质攻击个体对威胁面部表情识别的差异研究——来自ERP的证据

为揭示高特质攻击个体对愤怒、恐惧威胁面部表情识别的特点及其电生理机制,本研究采用Buss-Perry攻击问卷选取高低特质攻击个体26名和27名为被试,采用面孔识别范式对高低特质攻击个体识别威胁面部表情时的ERP差异进行研究。结果发现,在愤怒、恐惧表情上,高特质攻击组在N170成分的潜伏期都显著短于低特质攻击组;在愤怒、恐惧表情上,高特质攻击组在P200成分的波幅都显著高于低特质攻击组。这表明高特质攻击个体对愤怒、恐惧威胁面部表情的识别具有高度敏感性,这种敏感性体现在面部表情识别的早期和中期阶段,而非晚期阶段,即高特质攻击个体在早期的前注意阶段就对愤怒、恐惧威胁面部表情进行优先注意;在中期的注意阶段,高特质攻击个体可以很好地确认愤怒、恐惧威胁面部表情。

对话式智能导学系统研究现状及趋势

对话式智能导学系统通过模仿人类自然语言对话辅导,能够促进学习者的综合分析、定性推理等深度学习能力。本研究基于深度学习视角,用文献分析法对其概念内涵、理论基础、架构特点和学习效果等相关研究进行梳理,指出对话式智能导学系统对深度学习具有明显的促进作用,但也存在学习效率欠佳、深度学习支持不足及开发成本过高三个亟待解决的问题。为进一步推动对话式智能导学系统的发展,本研究建议重视跨学科合作、引入通用智能导学框架、考虑潜在的伦理问题,同时着重关注多模态交互方式、多维度情感计算和多代理团队学习三个新兴研究方向。