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创意人工智能在学校教育创造创新能力培养与发展中的角色与作用

时间:2022-09-06    来源:    作者:张婧婧

创造创新能力是21世纪人才培养的重要内容,学校是培养这一能力的重要场所。人工智能在创造创新领域所表现出的潜能开拓了我们的思维,为探究人类创造力的内涵提供了新的方法,同时也为学校培养与发展学生创造创新能力提供了新的方案。人工智能回归现实舞台,并不是以人类智能或是专家(教师)的“替代品”登场,而是为增强人类智力与创造力而新生。

学校教育亟待改革来培养具有21世纪核心能力的人才,要想真正破解学校教育在创造与创新能力培养上的难题,可充分发挥人工智能在创设智能环境、支持个性化学习、打破原有知识框架与支持人机协作方面的作用,使其服务于学生创造创新能力的培养。

一、创设创造创新能力所需的智能化环境

创意人工智能并不是作为工具或是人工智能课程体系中的一个知识点来支撑学校教育中创造创新能力的培养。人工智能本身就是一个跨学科领域,涉及计算机、数学、认知科学、学习科学、学习分析、数据挖掘等多个领域的知识。以建设一门“人工智能”课程来进行知识传授,不仅对学校教育在学生创造创新能力的培养上毫无意义,反而会增加学生的课业负担。

创造的产生依赖环境,它是创造主体在一定意图的驱动下,从环境中探测与选取有利信息,产生新想法、观点等具有创造性成果的探索性过程。人工智能的引入可为学校在创造创新能力的培养上创设更为智能化的环境。

以创造性问题解决或是大家熟知的STEM教育中的跨学科探究问题为例,人工智能通过虚拟仿真、增强现实、智能感知等技术为学生创设一个仿真的学习环境,使得学生能够模拟科学家开展科学研究的过程。学生可以使用一系列研究工具来解决问题,并在此过程中激发其创造创新意图。学生与智能环境之间的交互将提升其对问题的理解力和对有意义信息的识别力,为创新性问题解决方案的提出创设可能。

在对真实环境模拟之外,人工智能还可以创设一个更加复杂的物理环境和社会环境,甚至是对现有环境的演化进行模拟,从而使得学生在探索问题解决方案时可能将各种影响因素纳入考虑范围。此外,学生也可以在人工智能所创设的这种智能化环境中检验自己的问题解决方案,并基于反馈进行修改与迭代,最终形成切实可行的创新型问题解决方案。

二、支持自适应个性化的学习

创造力与个体知识与经验的积累存在着密切关联,它依赖于对知识的深层次理解与灵活运用。然而,在当前的学校教学过程中,由于班级学生数量众多,教师难以开展个性化教学,多以“一对多”的形式来进行掌握式教学;同时由于课堂教学时间有限,当学生存在疑惑时,往往也不允许教师就个别学生的某一问题来引导全班学生进行分析、讨论与反思。长此以往,学生在学业上仅仅积累了一些概念性知识,而难以实现知识的迁移,这在一定程度上阻碍了学校在学生创造与创新能力培养方面发挥作用。

大数据、知识图谱、语音识别、自然语言处理、图像处理等关键技术支撑下的人工智能,可通过采集学生学习过程的多源结构化和非结构化数据进行分析与建模,以提供个性化的学习资源与学习路径,为学习的有效发生、知识的积累与灵活运用提供保障,为创造力的培养奠定坚实基础。

在资源推荐方面,人工智能可依据学习者的认知偏好、习惯或所处外在环境,甚至是知识点特征等,以不同的媒介、方式或形态予以呈现。例如,在特殊人群教与学方面,通过感官补偿机制,利用相应技术转换信息呈现或传递的方式,以弥补不同人群在智力或身体方面的不足,实现个性化学习。

在学习路径推荐方面,人工智能可依据学习者的知识掌握状态、学习情绪与学习活动序列等,提供实时动态反馈指引,形成自适应个性化的推荐,从而有效解决诸如“学习迷航” “过程偏离”和“认知过载”等问题,实现学习成效的最大化。

三、打破原有知识框架,实现“人工智能+学科X”的新范式

创造力的生成需要经历一个漫长的过程,它包含准备、孕育、启发以及验证四个阶段。人工智能的引入,将在很大程度上缩短人类创造创新的过程,提升创造创新的效率。

以学校教育中的美术课程为例,学校教师往往很难在课时不足的情况下培养学生的艺术创作能力。通常艺术家在创作一幅新作品的过程中,往往需要在上一次,乃至上上一次的基础上进行多次的修改;而且,在每一次进行修改时,他们首先都需要还原那些不需要修改的部分,然后才能在还原的基础上继续进行修改。这一过程通常费时费力,而人工智能可以自动记录创作过程中的每一个步骤并保留阶段性的成果,为我们快速返回到之前的某一步骤提供了便利,大大提升了我们的创作效率。

人工智能辅助下的美术课程,能让学生参与到一个完整的艺术创作过程,有利于美育的培养。同时,人工智能可在学习学生创作过程的基础上,识别学生的创作风格,为学生生成一个自我镜像。学生在下一次进行创作时,可以基于自我镜像快速创作,然后再在此基础上进行修改与完善。这不仅可以提高创作的效率,也可以增强学生的创作积极性与成就感。

其实,学校教育中数学、语文、英语等课程的知识体系也与人工智能作为一门认知的科学所涉及的推理和判断息息相关。比如数学中的计算与图形的外部表征、英语中的语法与句式等都可以在人工智能的辅助下,打破该学科原有的知识框架,设计可探究的学习活动,在提问、探索、验证、反思的过程中培养学生的创造创新能力。

在学校教育中,人工智能的引入其实应该以“人工智能+学科X”的新范式进行学习设计,而非仅仅作为技术手段、信息平台来支撑电子化教学。创新也往往需要我们突破原有知识框架、打破思维定式,进行新的尝试与发现。然而,在创造创新过程中,由于学生自身知识与经验的积累,通常会局限于已有的思维定式,或者受惯性思维的影响,忽略实际上会产生创新的可能。在人工智能的辅助下,可通过输入数值和设定参数,利用启发式搜索让机器基于相关特征信息在概念空间内进行高效率的自动搜索与组合,并将结果予以呈现,从而在一定程度上避免忽视创新实现的可能,也为我们创造创新提供了新的途径与可能。

四、建立人机协作关系来提升教师的参与度

在过去很长一段时间内,学校与教师其实并不欢迎人工智能,因为最初的强智能是以“替代人类智能”为目标而出现的。如果说在未来,人工智能能够取代教师和我们学校教育,当下的教育体系其实也没有理由去积极地落实人工智能的工作。

在自动化趋势加速发展的当下,人工智能在人类生活中所占的比重不断增加,我们需要在教育中重新评估与思考机器与教育管理者、教师、学生所扮演的角色,寻找方法来增强与发展教师的创造力与学生的智能显得尤为重要。

人类与人工智能之间的协作,即人机协作,则可突破各自局限,实现更多可能。与机器相比,教师在情感、态度及价值观方面的判断与决策明显优于人工智能。通过教师制定教学目标与评价方式,尤其是在创意方面(新颖且实用)的评价,设计出可探究、可创新的“人工智能+学科X”的活动。在辅助学习活动方面,人工智能不仅可以激励学生采用新的视角去思考学科知识,还能以学习同伴的形式为学生学习过程中的想法、理解和价值观提供支持。

其一,人工智能可在认知发展方面为学生提供支持。学生学习过程中创新想法的出现依赖于其个人知识储备和经验积累,而这又反作用于学生的思维、创造过程和结果。人工智能则可为学生在开展创新性学习时提供各种可能性的替代方案,促进学生与问题空间的对话。比如,人工智能可以帮助学生基于自身需要对所提供的方案进行过滤,甚至是改进或重新审视所选择的概念或想法;同时,人工智能也可以让学生跳出传统课程体系的圈子,帮助学生以“局外人”或是“专家”的身份重新构思并提出问题,从而达到激发创意的目的。

其二,人工智能可在学习过程中为学生提供支持。在创新性与探究式学习过程中,学生通常需要通过一系列技能和工具将内在想法进行外显;同时,由于这样的学习过程具有流动性和非线性,我们难以通过“强制式”的手段来把控这一过程。人工智能可以为学生提供这一过程所需要的工具,支持学生进行探索、发现与交流,激发学生的想象,同时还可以帮助学生记录和整合不同阶段的构思与想法,实现全过程的融合和贯通。

这样的学习过程,需要教师大量时间与精力的投入,以人机协作的方式改变教师对人工智能的认知,激励教师积极参与教学改革实践,同时在学科教育变革中,强调教师对人文关怀、真实体验与核心素养的坚守,或许这样人工智能在变革学校教育与培养学生创造创新能力的作用更值得我们期待。

*本文节选自《创意人工智能与学生创造创新能力的培养与发展》,原文详见《课程·教材·教法》2020年第12期。

(作者张婧婧系北京师范大学教育技术学院教授、博士生导师,本文经作者授权发布)