面向調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支持的智能教學(xué)代理設(shè)計(jì)與實(shí)證研究

[摘 要] 向?qū)W習(xí)者提供必要的調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支持是協(xié)作學(xué)習(xí)能夠順利開展并取得成功的關(guān)鍵因素之一，但依賴于教師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提供個(gè)性化調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支持費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以推廣。文章以調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了面向調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支持的智能教學(xué)代理模型，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)了支架式調(diào)節(jié)和反饋式調(diào)節(jié)兩種不同類型的代理調(diào)節(jié)策略。為了驗(yàn)證智能教學(xué)代理模型的有效性，文章以某師范院校開設(shè)的“現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用”課程為對(duì)象，研發(fā)了面向調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支持的智能教學(xué)代理，并進(jìn)行了實(shí)證研究。研究結(jié)果顯示：智能教學(xué)代理能夠促進(jìn)和提升學(xué)習(xí)者的協(xié)作學(xué)習(xí)過程。具體來說，支架反饋式代理能夠促進(jìn)建構(gòu)更多數(shù)量的話語，使學(xué)習(xí)者的協(xié)作話語分布更為均衡和穩(wěn)定，并產(chǎn)生更為豐富的協(xié)作行為轉(zhuǎn)換模式。但支架式代理對(duì)協(xié)作話語的數(shù)量有輕微的抑制作用，在行為模式的豐富性上也略低于支架反饋式代理。研究結(jié)論對(duì)于智能教學(xué)代理系統(tǒng)的研發(fā)和協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的組織均有一定的參考價(jià)值和啟示作用。

[關(guān)鍵詞] 智能教學(xué)代理； 調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)； 支架式調(diào)節(jié)； 反饋式調(diào)節(jié)； 協(xié)同知識(shí)構(gòu)建

[中圖分類號(hào)] G434 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡介] 吳林靜（1987—），女，湖北松滋人。副教授，博士，主要從事人工智能與教育應(yīng)用、學(xué)習(xí)分析研究。E-mail：wlj_sz@126.com。

一、引 言

2017年7月，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確提出要發(fā)展智能教育，構(gòu)建包含智能學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的新型教育體系[1]。作為新型教育理念與學(xué)習(xí)方式變革的重要領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)支持的協(xié)作學(xué)習(xí)已越來越普遍。但協(xié)作學(xué)習(xí)并非總是高效且有益的，學(xué)習(xí)者在小組協(xié)作過程中常常會(huì)出現(xiàn)“搭便車”、參與不均衡、社交孤立等現(xiàn)象。如果學(xué)習(xí)者缺乏調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)的技能與策略，那么協(xié)作學(xué)習(xí)就很難達(dá)到預(yù)期的效果。此時(shí)，往往需要通過外部手段（如教師或代理）給予提示或其他支持來進(jìn)行干預(yù)[2]，幫助協(xié)作成員共同監(jiān)控協(xié)作學(xué)習(xí)中的各種障礙與挑戰(zhàn)，促進(jìn)群體知識(shí)建構(gòu)[3]。然而，通過教師進(jìn)行干預(yù)雖然準(zhǔn)確率高，但是費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以大規(guī)模推廣。智能教學(xué)代理能夠根據(jù)需要為學(xué)習(xí)者提供各種語言和非語言學(xué)習(xí)線索，是一種高效的協(xié)作學(xué)習(xí)支持工具[4]。然而，當(dāng)前對(duì)于支持調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)的智能教學(xué)代理的研究尚在起步階段，其運(yùn)行機(jī)制及對(duì)協(xié)作學(xué)習(xí)過程的影響均有待進(jìn)一步深入探索。因此，本研究以人工智能技術(shù)和調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，探索面向調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支持的智能教學(xué)代理的作用機(jī)制，從而引導(dǎo)學(xué)習(xí)者開展協(xié)作學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同知識(shí)建構(gòu)。

二、相關(guān)研究綜述

（一）調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)理論

自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)思想起源于美國心理學(xué)家班杜拉的社會(huì)認(rèn)知理論[5]。Zimmerman進(jìn)一步將自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)定義為學(xué)習(xí)者在一定程度上從元認(rèn)知、動(dòng)機(jī)和行為方面積極主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)活動(dòng)的過程[6]。J？覿rvel？覿等人拓展了自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)的概念，將調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)分為自我調(diào)節(jié)、同伴調(diào)節(jié)和共享調(diào)節(jié)三種不同的類型[7]。當(dāng)前對(duì)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)的研究主要集中于以下幾個(gè)方面：（1）調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)的內(nèi)涵及概念框架。Zimmerman將自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)過程分為三個(gè)主要的階段：預(yù)先計(jì)劃、行為表現(xiàn)和自我反思[8]。Lee則認(rèn)為，社會(huì)共享調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)過程可以劃分為計(jì)劃和目標(biāo)設(shè)定、調(diào)度和角色分配、任務(wù)和內(nèi)容監(jiān)控、任務(wù)和內(nèi)容評(píng)估[9]。（2）調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)工具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。王靖等將共享調(diào)節(jié)干預(yù)分為腳本工具、感知工具和系統(tǒng)化環(huán)境[3]。尹興瀚等指出，群體感知工具對(duì)促進(jìn)社會(huì)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)有著重要作用[10]。（3）調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)過程的分析與評(píng)估。研究者側(cè)重于探索學(xué)習(xí)者在調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)過程中所表現(xiàn)出的模式和特征，常見的分析方法主要包括自報(bào)告[10]、基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的綜合分析法[11]和基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)模式挖掘等[12]。已有研究成果極大地豐富了調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)理論的核心內(nèi)容。然而，如何運(yùn)用人工智能技術(shù)，向?qū)W習(xí)者提供個(gè)性化、動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支持服務(wù)則尚處在起步階段。

（二）智能教學(xué)代理

智能教學(xué)代理是指利用自然語言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)來模擬教師的程序或系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)與學(xué)習(xí)者進(jìn)行交互、提供個(gè)性化的教學(xué)支持和反饋來促進(jìn)學(xué)習(xí)過程。它可以作為輔導(dǎo)教師或?qū)W習(xí)伙伴[13]，利用語言、表情等手段與學(xué)習(xí)者交流，融入在線學(xué)習(xí)環(huán)境中為學(xué)習(xí)者提供支持、改善學(xué)習(xí)體驗(yàn)[14]。當(dāng)前圍繞智能教學(xué)代理的研究主要從以下兩個(gè)方面開展：（1）智能代理的功能與角色。Baylor根據(jù)智能教學(xué)代理與學(xué)習(xí)者的不同交互形式，將其功能歸納為調(diào)整交互、激發(fā)反思、提供協(xié)作、提供適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)輔助[15]。在角色方面，智能教學(xué)代理可以作為一種嵌入式認(rèn)知支架[16]，也可以是提供語言和非語言線索的靜態(tài)視覺圖像或會(huì)話同伴，并且可以與智能系統(tǒng)相結(jié)合向?qū)W習(xí)者提供自適應(yīng)支架和反饋[4]。（2）智能教學(xué)代理的應(yīng)用效果。有研究者指出，無論是專家型代理還是同伴型代理，都能夠通過增強(qiáng)交流來促進(jìn)學(xué)習(xí)[17]。Sikstr？觟m等通過元分析發(fā)現(xiàn)，智能教學(xué)代理能夠從元認(rèn)知、自我調(diào)節(jié)、自我效能和動(dòng)機(jī)方面啟動(dòng)學(xué)生的人際溝通過程[18]；Dever等的實(shí)驗(yàn)表明，學(xué)習(xí)者在與智能代理交互后顯示出更高的學(xué)習(xí)能力[19]。綜上所述，智能教學(xué)代理被認(rèn)為能夠顯著促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)效果。但從功能和角色上來看，已有研究更多地關(guān)注面向獨(dú)立學(xué)習(xí)者的會(huì)話代理，而面向協(xié)作學(xué)習(xí)的調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支持代理的研究則較為少見。

（三）研究目標(biāo)的確立

針對(duì)當(dāng)前的智能代理難以適應(yīng)協(xié)作學(xué)習(xí)場(chǎng)景的不足，本研究擬以協(xié)作學(xué)習(xí)為應(yīng)用場(chǎng)景，以調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，以提升學(xué)習(xí)者的協(xié)作學(xué)習(xí)能力為目標(biāo)，設(shè)計(jì)面向調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)過程支持的智能教學(xué)代理，并探索不同的調(diào)節(jié)策略對(duì)學(xué)習(xí)者協(xié)作學(xué)習(xí)過程的影響，為協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的組織和智能化服務(wù)提供參考。

三、面向調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支持的智能教學(xué)代理

（一）面向調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支持的智能教學(xué)代理模型設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)上述研究目標(biāo)，本研究構(gòu)建了如圖1所示的面向調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支持的智能教學(xué)代理模型。

圖1 面向調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支持的智能教學(xué)代理模型

在該模型中，智能教學(xué)代理的理論基礎(chǔ)主要包括調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)理論、社會(huì)認(rèn)知理論和知識(shí)建構(gòu)理論。其中，調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)理論用于指導(dǎo)智能教學(xué)代理的調(diào)節(jié)過程；社會(huì)認(rèn)知理論用于分析學(xué)習(xí)者的社會(huì)交互過程；知識(shí)建構(gòu)理論則用于分析代理的調(diào)節(jié)效果。根據(jù)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)理論，智能教學(xué)代理在計(jì)劃、監(jiān)控、調(diào)節(jié)、評(píng)價(jià)四個(gè)階段對(duì)學(xué)習(xí)者的協(xié)作學(xué)習(xí)進(jìn)行支持與干預(yù)。根據(jù)社會(huì)認(rèn)知理論，學(xué)習(xí)者的認(rèn)知加工過程正是在與環(huán)境和同伴的社會(huì)交互過程中不斷發(fā)展的。因此，本研究依據(jù)社會(huì)認(rèn)知理論從個(gè)體、同伴和群體三種不同的粒度來分析學(xué)習(xí)者協(xié)作過程中的社會(huì)交互過程。為了量化代理的最終調(diào)節(jié)效果，以知識(shí)建構(gòu)理論為基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)習(xí)者的知識(shí)建構(gòu)過程進(jìn)行分析，具體的分析維度包括認(rèn)知、調(diào)節(jié)和社會(huì)情緒。調(diào)節(jié)效果可以進(jìn)一步反饋給教學(xué)代理，從而優(yōu)化調(diào)節(jié)過程，實(shí)現(xiàn)教學(xué)代理的正向迭代與優(yōu)化。

（二）智能教學(xué)代理的調(diào)節(jié)策略設(shè)計(jì)

已有研究顯示，在協(xié)作學(xué)習(xí)中使用支持元認(rèn)知調(diào)節(jié)的協(xié)作腳本能夠?qū)W(xué)習(xí)者的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃和知識(shí)建構(gòu)產(chǎn)生積極影響[10]；此外，協(xié)作學(xué)習(xí)中的群體感知工具能夠影響學(xué)習(xí)者的元認(rèn)知和社會(huì)共享調(diào)節(jié)，從而促進(jìn)認(rèn)知、元認(rèn)知和社會(huì)情感的發(fā)展[20]。基于上述結(jié)論，本研究設(shè)計(jì)了兩種類型的代理調(diào)節(jié)策略，分別為支架式調(diào)節(jié)策略和反饋式調(diào)節(jié)策略。其中，支架式調(diào)節(jié)策略以調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，根據(jù)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)理論中的調(diào)節(jié)過程框架來制定策略支架，共包括計(jì)劃、監(jiān)控、評(píng)價(jià)和調(diào)節(jié)四個(gè)階段。反饋式調(diào)節(jié)策略以群體感知理論為基礎(chǔ)，幫助學(xué)習(xí)者了解自身和小組當(dāng)前的協(xié)作狀態(tài)，具體包括個(gè)體和小組兩種粒度的行為與語義分布情況。兩種調(diào)節(jié)策略的說明與示例見表1。

表1 智能教學(xué)代理的調(diào)節(jié)策略

（三）智能教學(xué)代理的技術(shù)框架

基于上述策略，本研究進(jìn)一步提出了如圖2所示的智能教學(xué)代理技術(shù)框架。

圖2 面向調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支持的智能教學(xué)代理技術(shù)框架

在該框架中，學(xué)習(xí)者通過各類協(xié)作會(huì)話支持平臺(tái)開展協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)。面向調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)的智能教學(xué)代理通過數(shù)據(jù)采集接口從協(xié)作會(huì)話支持平臺(tái)中采集學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析和處理后，再通過反饋接口反饋給協(xié)作會(huì)話支持平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)者調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)過程的干預(yù)。智能教學(xué)代理內(nèi)部主要包含三個(gè)模塊，分別是數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和智能調(diào)節(jié)模塊。數(shù)據(jù)采集模塊主要負(fù)責(zé)采集學(xué)習(xí)者的協(xié)作過程數(shù)據(jù)，具體包括小組ID、發(fā)言者、發(fā)言內(nèi)容和發(fā)言時(shí)間，以及小組的協(xié)作成果等。數(shù)據(jù)分析模塊的核心功能是對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行多粒度、多維度的分析。數(shù)據(jù)分析模塊的結(jié)果將進(jìn)一步提供給智能調(diào)節(jié)模塊，以便代理向?qū)W習(xí)者提供智能化干預(yù)和反饋。智能調(diào)節(jié)代理的調(diào)節(jié)策略主要包括兩種：支架式調(diào)節(jié)策略和反饋式調(diào)節(jié)策略。具體策略的應(yīng)用方法與表1中的調(diào)節(jié)策略一致。

四、面向調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支持的智能教學(xué)代理

實(shí)證研究

（一）研究問題

為了驗(yàn)證調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支持的智能教學(xué)代理的應(yīng)用效果，本研究采用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究法探究該智能教學(xué)代理對(duì)學(xué)習(xí)者協(xié)作會(huì)話過程的影響。具體的研究問題如下：

1. 面向調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支持的智能教學(xué)代理對(duì)學(xué)習(xí)者協(xié)作會(huì)話中的行為參與有何影響？

2. 面向調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支持的智能教學(xué)代理對(duì)學(xué)習(xí)者協(xié)作會(huì)話中的行為分布有何影響？

3. 面向調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支持的智能教學(xué)代理對(duì)學(xué)習(xí)者的協(xié)作會(huì)話行為模式有何影響？

（二）研究對(duì)象

本研究是在某師范院校開設(shè)的師范生必修課程“現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用”中進(jìn)行的。課程的持續(xù)時(shí)間為8周，旨在培養(yǎng)師范生在教學(xué)中運(yùn)用信息技術(shù)的意識(shí)和能力。課程要求學(xué)習(xí)者每周圍繞一個(gè)主題進(jìn)行在線協(xié)作探究，并提交相關(guān)作品。共有72人注冊(cè)該課程（其中男生19人、女生53人），均為師范類專業(yè)大三學(xué)生。

（三）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了更好地探究不同類型的代理對(duì)協(xié)作學(xué)習(xí)過程的影響，本研究主要設(shè)計(jì)了兩種類型的代理：第一種僅使用表1中的支架式調(diào)節(jié)策略（下文簡稱為支架式代理），根據(jù)不同的階段向?qū)W習(xí)者提供學(xué)習(xí)支架；第二種同時(shí)使用支架式調(diào)節(jié)策略和反饋式調(diào)節(jié)策略（下文簡稱為支架反饋式代理），向?qū)W習(xí)者提供學(xué)習(xí)支架以及不同粒度的行為反饋和小組粒度的語義反饋。研究采用單因素完全隨機(jī)實(shí)驗(yàn)，自變量為不同類型的智能教學(xué)代理，包括不使用智能代理、支架式代理和支架反饋式代理。因變量為協(xié)作學(xué)習(xí)的過程與結(jié)果，具體包括學(xué)習(xí)者在協(xié)作會(huì)話中的行為參與、行為分布和行為模式。72名同學(xué)被隨機(jī)分為3大組，每組24人，分別對(duì)應(yīng)無代理組、支架式代理組、支架反饋式代理組。每個(gè)大組又被隨機(jī)分為5個(gè)小組，每個(gè)小組包含4或5名學(xué)習(xí)者。所有學(xué)習(xí)者以在線協(xié)作學(xué)習(xí)的方式完成教師每周安排的小組協(xié)作任務(wù)。在課程中，教師共發(fā)布了四個(gè)小組協(xié)作學(xué)習(xí)任務(wù)，分別為面向信息素養(yǎng)培養(yǎng)的主題探究方案設(shè)計(jì)、信息化環(huán)境下的教學(xué)設(shè)計(jì)、微課制作、信息化教學(xué)軟件的應(yīng)用。學(xué)習(xí)者以小組為單位圍繞上述主題展開探究，并協(xié)作完成人工制品。

（四）數(shù)據(jù)采集與編碼

本實(shí)驗(yàn)采用QQ作為協(xié)作會(huì)話支持平臺(tái)，通過QQ數(shù)據(jù)采集接口對(duì)各小組所創(chuàng)建的QQ群中的會(huì)話數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并存儲(chǔ)至智能代理的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中。本實(shí)驗(yàn)共采集到8，709條會(huì)話數(shù)據(jù)，并采用由Ouyang等提出的協(xié)同知識(shí)建構(gòu)編碼框架[21]對(duì)會(huì)話數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)容分析。該框架包括認(rèn)知、調(diào)節(jié)、社會(huì)情緒三大維度，結(jié)合三種不同的社會(huì)交互粒度（個(gè)體、同伴和群體）形成的協(xié)作會(huì)話編碼表，見表2。兩名編碼員經(jīng)過培訓(xùn)后對(duì)編碼測(cè)試集進(jìn)行獨(dú)立編碼，編碼一致性系數(shù)為0.817（Cohen's Kappa），說明編碼具有較高的信度。其中，維度的話語數(shù)量占比不足5%。因此，后續(xù)分析中刪除了該維度。

（五）數(shù)據(jù)分析結(jié)果

1. 代理對(duì)學(xué)習(xí)者協(xié)作會(huì)話行為參與的影響

為了探究不同類型調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)智能教學(xué)代理對(duì)協(xié)作會(huì)話中行為參與的影響，本研究使用頻數(shù)統(tǒng)計(jì)和卡方檢驗(yàn)對(duì)知識(shí)建構(gòu)元素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其結(jié)果見表3。

從表3的結(jié)果中可以看出，支架式代理組、支架反饋式代理組和無代理組在認(rèn)知和調(diào)節(jié)維度的個(gè)體、同伴、群體層面之間的頻數(shù)分布均存在顯著性差異（p<0.05）。

進(jìn)一步進(jìn)行頻數(shù)比較分析發(fā)現(xiàn)，在各個(gè)分析維度和調(diào)節(jié)層次上，支架式代理組各類會(huì)話行為的頻數(shù)均接近或略低于無代理組；支架反饋式代理組的頻數(shù)則顯著高于無代理組。這一現(xiàn)象意味著支架式代理對(duì)學(xué)習(xí)者協(xié)作會(huì)話的行為參與有輕微的抑制作用，而支架反饋式代理則具有一定的促進(jìn)作用。

2. 代理對(duì)學(xué)習(xí)者協(xié)作會(huì)話行為分布的影響

為了探索不同類型的調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)智能教學(xué)代理對(duì)協(xié)作會(huì)話行為分布的影響，本研究擬通過信息熵理論對(duì)行為分布進(jìn)行量化研究。信息熵的概念由Shannon提出，其作用是衡量信息系統(tǒng)的不確定性[22]。信息熵的計(jì)算公式如式（1）所示：

H（A）=-∑a∈Ap（a）logp（a） 式（1）

其中，A為事件a的狀態(tài)空間，p（a）為事件a出現(xiàn)的概率，H（A）表示A系統(tǒng)的信息熵。

從信息熵的計(jì)算方式可以看出，在A系統(tǒng)中，a的分布越均衡，則H（A）越大；反之，H（A）越小。以每個(gè)小組作為一個(gè)信息系統(tǒng)，以各種知識(shí)建構(gòu)元素為事件，計(jì)算該小組知識(shí)建構(gòu)過程的信息熵，其結(jié)果見表4。

從表4的結(jié)果中可以看出，無代理組的信息熵平均值最低，且標(biāo)準(zhǔn)差最大；支架反饋式代理組的信息熵平均值位于第二，標(biāo)準(zhǔn)差居中；支架式代理組的信息熵平均值最高，且標(biāo)準(zhǔn)差最小。這一結(jié)果反映出無代理組在協(xié)同知識(shí)建構(gòu)過程中的協(xié)作會(huì)話行為的類別分布最不均衡且不穩(wěn)定，而支架式代理組則最為均衡和穩(wěn)定，支架反饋式代理組居中。

3. 代理對(duì)學(xué)習(xí)者協(xié)作會(huì)話行為模式的影響

為了探索不同類型調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)智能教學(xué)代理對(duì)協(xié)作會(huì)話行為模式的影響，研究使用滯后序列分析對(duì)學(xué)習(xí)者協(xié)作會(huì)話的行為轉(zhuǎn)換模式進(jìn)行探索，其結(jié)果如圖3所示。該圖展示了所有Z值大于1.96、頻數(shù)超過15次的顯著行為轉(zhuǎn)換序列。圖中不同的扇形區(qū)域代表著認(rèn)知和調(diào)節(jié)維度上不同層次的協(xié)作知識(shí)建構(gòu)元素。圖3（a）為無代理組的序列行為模式；圖3（b）為支架式代理組；圖3（c）為支架反饋式代理組。

進(jìn)一步對(duì)上述三個(gè)子圖進(jìn)行差異分析，結(jié)果顯示：無代理組共有23個(gè)顯著的行為轉(zhuǎn)換序列，其中頻數(shù)最高的是“個(gè)體.新想法貢獻(xiàn)”—“個(gè)體.批評(píng)總結(jié)”（SE.NIC—SE.CS，頻數(shù)=57）。支架式代理組共有20個(gè)顯著轉(zhuǎn)換，頻數(shù)最高的是“同伴.任務(wù)理解”—“群體.任務(wù)理解”（SO.TU—CO.TU，頻數(shù)=26）。支架反饋式代理組有29個(gè)顯著的行為轉(zhuǎn)換序列，行為模式最為豐富，其中頻數(shù)最高的是“個(gè)體.目標(biāo)設(shè)定和計(jì)劃”的自循環(huán)（SE.GSP—SE.GSP，頻數(shù)=62）。上述差異體現(xiàn)出無代理組的學(xué)習(xí)者出現(xiàn)了大量個(gè)體層面的認(rèn)知行為；支架式代理組則以同伴和群體間的任務(wù)理解見長；而支架反饋式代理組則出現(xiàn)了大量個(gè)體層面的調(diào)節(jié)行為。

此外，與無代理組相比，支架式代理組和支架反饋式代理組所特有的行為轉(zhuǎn)換序列是“個(gè)體.新想法貢獻(xiàn)”—“同伴.批評(píng)與總結(jié)”（SE.NIC—CO.CS）。而無代理組所特有的行為轉(zhuǎn)換序列是“同伴.目標(biāo)設(shè)定和規(guī)劃”—“個(gè)體.監(jiān)測(cè)和反思”（CO.GSP-SE.MR）。這一差異體現(xiàn)出與無代理相比，代理對(duì)協(xié)作學(xué)習(xí)過程的干預(yù)使得學(xué)習(xí)者更多地從個(gè)體的認(rèn)知活動(dòng)轉(zhuǎn)換為同伴間的調(diào)節(jié)活動(dòng)。

最后，與無代理組和支架式代理組相比，支架反饋式代理組的學(xué)習(xí)者擁有更為復(fù)雜多樣的行為轉(zhuǎn)換模式，且元素之間的雙向轉(zhuǎn)換和群體層面的轉(zhuǎn)換顯著多于前兩者。這一現(xiàn)象說明支架反饋式代理對(duì)學(xué)習(xí)者的行為模式具有更顯著的調(diào)節(jié)作用。

五、討論與啟示

（一）結(jié)論與討論

首先，支架反饋式代理能夠顯著促進(jìn)學(xué)習(xí)者的行為參與，而支架式代理則對(duì)行為參與有輕微的抑制作用。統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果顯示，支架反饋式代理能夠顯著促進(jìn)建構(gòu)話語的產(chǎn)生。支架式代理對(duì)話語數(shù)量的增加則并無促進(jìn)作用，甚至還出現(xiàn)了輕微的抑制現(xiàn)象。對(duì)學(xué)習(xí)者的話語內(nèi)容進(jìn)行深入分析發(fā)現(xiàn)，與無代理組相比，支架式代理組的學(xué)習(xí)者在進(jìn)行協(xié)作會(huì)話時(shí)更傾向于按照代理給出的支架來調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)過程，使得會(huì)話過程中與支架不符合的話語數(shù)量大大減少。而支架反饋式代理在提供調(diào)節(jié)支架之外，還向?qū)W習(xí)者提供了學(xué)習(xí)狀態(tài)的反饋信息，使學(xué)習(xí)者可以針對(duì)性地進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而在一定程度上顯著促進(jìn)了話語的數(shù)量。

其次，代理可以促使學(xué)習(xí)者的協(xié)作會(huì)話行為分布更為均衡和穩(wěn)定，尤其是支架式代理效果更為顯著。各小組信息熵的結(jié)果顯示，無代理組中五個(gè)小組的知識(shí)建構(gòu)過程的信息熵平均值最小，且標(biāo)準(zhǔn)差最大。這說明各小組之間的協(xié)作會(huì)話行為分布最不穩(wěn)定。支架式反饋式代理的各小組信息熵平均值有所提升，標(biāo)準(zhǔn)差則顯著減小。這意味著在支架反饋式代理的干預(yù)下，各小組學(xué)習(xí)者的協(xié)作會(huì)話行為分布開始趨向穩(wěn)定，類別分布更為均衡。而支架式代理的效果則更為明顯，信息熵平均值進(jìn)一步提升，標(biāo)準(zhǔn)差則進(jìn)一步下降。因此，在協(xié)作學(xué)習(xí)過程中引入調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)代理可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)者行為分布的穩(wěn)定性，幫助他們形成更加穩(wěn)定的知識(shí)建構(gòu)模式。

最后，面向調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)的智能教學(xué)代理能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)者產(chǎn)生更為豐富的會(huì)話行為模式。從無代理組到支架式代理組再到支架反饋式代理組，學(xué)習(xí)者的顯著行為轉(zhuǎn)換序列的數(shù)量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，意味著學(xué)習(xí)者的認(rèn)知加工模式更為豐富。此外，在上述三種代理?xiàng)l件下，學(xué)習(xí)者在不同調(diào)節(jié)層面的行為轉(zhuǎn)換同樣顯著增加。這一現(xiàn)象意味著代理的干預(yù)，尤其是支架反饋式代理能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)者產(chǎn)生更多不同社交層次之間的認(rèn)知調(diào)節(jié)行為。

（二）研究啟示

本研究的發(fā)現(xiàn)對(duì)于運(yùn)用人工智能技術(shù)、大語言模型技術(shù)來支持和干預(yù)協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的組織和開展具有重要的實(shí)踐意義。第一，運(yùn)用人工智能和代理技術(shù)來支持協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)是技術(shù)可行的。非侵入式和伴隨式的數(shù)據(jù)采集與分析不會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)者產(chǎn)生額外的干擾，且學(xué)習(xí)者能夠從干預(yù)中獲益，大大減輕了教師的工作量和工作負(fù)擔(dān)，具有良好的技術(shù)可行性。第二，教師可以通過引入面向調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)的智能教學(xué)代理來支持學(xué)習(xí)者的協(xié)作會(huì)話過程，提升其行為參與，使其認(rèn)知元素分布更為穩(wěn)定、認(rèn)知模式更為豐富，使學(xué)習(xí)者出現(xiàn)更為均衡的個(gè)體、同伴和群體等不同社交層面的認(rèn)知調(diào)節(jié)活動(dòng)。第三，盡管代理被證明能夠使學(xué)習(xí)者受益，對(duì)代理所使用的調(diào)節(jié)策略仍需精心設(shè)計(jì)，對(duì)其可能帶來的負(fù)面影響仍需重點(diǎn)關(guān)注。支架式代理對(duì)學(xué)習(xí)者的行為參與有一定的抑制作用。在運(yùn)用智能代理時(shí)，教師需要審慎地選擇調(diào)節(jié)策略，并對(duì)其可能的負(fù)面影響予以預(yù)防和干預(yù)。

（三）研究局限與未來研究方向

本研究主要存在以下不足之處：第一，研究情景較為單一，僅在一門課程中進(jìn)行了應(yīng)用；第二，代理所使用的調(diào)節(jié)策略僅包含兩種類型，尚未覆蓋其他類型的調(diào)節(jié)策略；第三，數(shù)據(jù)采集手段的和方式不夠多樣化，導(dǎo)致對(duì)學(xué)習(xí)者協(xié)作過程的分析不夠全面。針對(duì)上述不足，擬從以下幾個(gè)方面進(jìn)一步深化該研究：首先，擬進(jìn)一步拓展代理的應(yīng)用情景，選擇更多不同類型的課程以驗(yàn)證代理的效果；其次，結(jié)合智能教學(xué)代理模型和生成式人工智能技術(shù)，探索更多的代理調(diào)節(jié)策略對(duì)協(xié)作學(xué)習(xí)的潛在影響；最后，引入更為豐富的數(shù)據(jù)采集手段，如問卷、訪談、腦電、皮膚電等多模態(tài)數(shù)據(jù)，更為全面地評(píng)估智能代理對(duì)協(xié)作學(xué)習(xí)過程的影響。

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Design and Empirical Research of Intelligent Pedagogical Agents for

Regulated Learning Support

WU Linjing， CHEN Mengfan， GAO Yu， XU Jing， LIU Qingtang

（Faculty of Artificial Intelligence in Education， Central China Normal University， Wuhan Hubei 430079）

[Abstract] Providing learners with the necessary regulated learning support is one of the key factors for the successful implementation and achievement of collaborative learning. However， relying on teachers to provide personalized regulated learning support based on their experience is time-consuming and labor-intensive， and difficult to promote. Based on regulated learning theory， this study designed an intelligent pedagogical agent model for regulated learning support and further designed two different types of agent regulation strategies， namely scaffolding regulation and feedback regulation. To verify the effectiveness of the intelligent pedagogical agent model， this paper took the "Modern Educational Technology Application" course offered by a normal university as the subject， developed an intelligent pedagogical agent for regulated learning support， and conducted empirical research. The results show that the intelligent pedagogical agent could promote and enhance the learner's collaborative learning process. Specifically， the scaffolding and feedback agent could promote a greater number of constructive discourses， make the distribution of learners' collaborative discourses more balanced and stable， and generate richer collaborative behavior transition patterns. However， the scaffolding agent has a slight suppressive effect on the quantity of collaborative discourses and is slightly lower than the scaffolding feedback agent in collaborative behavior transition patterns. The findings of the study provide reference and insights on the development of intelligent pedagogical agent systems and the organization of collaborative learning activities.

[Keywords] Intelligent Pedagogical Agents; Regulated Learning; Scaffolding Regulation; Feedback Regulation; Collaborative Knowledge Construction

DOI：10.13811/j.cnki.eer.2024.11.008

基金項(xiàng)目：2022年度國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的在線學(xué)習(xí)協(xié)作會(huì)話過程監(jiān)測(cè)與干預(yù)機(jī)制研究”（項(xiàng)目編號(hào)：72174070）；2024年度華中師范大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目“人工智能賦能社會(huì)認(rèn)知調(diào)節(jié)過程動(dòng)態(tài)感知與智能干預(yù)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：CCNU24ai019）