早期教育類APP的功能現(xiàn)狀與智能化水平研究

作者簡介：張悅（1997—），女，碩士生，研究方向：人工智能的教育應(yīng)用。

馬玉慧（1974—），女，副教授，研究方向：人工智能的教育應(yīng)用。

0   引言

2019 年8 月，教育部等八部門發(fā)布了《關(guān)于引導(dǎo)規(guī)范教育移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有序健康發(fā)展的意見》，明確提出，圍繞落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，積極發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，引導(dǎo)教育移動(dòng)應(yīng)用健康有序發(fā)展，為廣大師生營造健康、有序、安全的網(wǎng)絡(luò)空間和學(xué)習(xí)環(huán)境^[1]。近年來，教育APP 作為一種新型學(xué)習(xí)資源，隨著移動(dòng)硬件設(shè)備的發(fā)展和信息通信技術(shù)的進(jìn)步，取得了驚人的增長。而兒童目前已成為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的重要消費(fèi)群體，早期教育類APP 作為一種新興載體，為兒童教育市場的發(fā)展提供了巨大的支持。

隨著人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)等多項(xiàng)技術(shù)的加入，早期教育類APP 依托強(qiáng)大且豐富的擴(kuò)展功能，通過智能感知學(xué)習(xí)情境的變化為學(xué)習(xí)者提供實(shí)時(shí)交互、整合資源以及個(gè)性化學(xué)習(xí)支持服務(wù)。國際研究表明，智能移動(dòng)設(shè)備及其附帶的教育應(yīng)用程序的使用可以徹底改變幼兒的學(xué)習(xí)體驗(yàn)^[2]。相關(guān)研究數(shù)據(jù)也顯示，在蘋果和谷歌的應(yīng)用商店中，面向幼兒的教育應(yīng)用是用戶最常訪問或購買的應(yīng)用類別之一^[3]。教育APP 正在迅速成為向?qū)W齡前兒童提供教育內(nèi)容的新媒體。

本研究通過抽取100 個(gè)早教類APP，涵蓋了多種主題，對當(dāng)前早教類APP 所具有的功能、智能化以及個(gè)性化程度進(jìn)行了闡述，總結(jié)了早教APP 的整體發(fā)展情況，進(jìn)而為今后早教類APP 的進(jìn)一步開發(fā)和設(shè)計(jì)提出了建議。

1   研究設(shè)計(jì)

1.1 研究方法

本文的研究過程分為以下幾個(gè)步驟：①確定研究對象的范圍以及樣本來源；②抽取研究樣本；③整理樣本并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；④對統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析。

1.2 樣本來源

本研究選擇某應(yīng)用市場作為研究樣本來源。在應(yīng)用市場中，分別以“早教”、“早期教育”、“兒童教育”為關(guān)鍵詞搜索，共檢索了175 個(gè)早教類APP，參考應(yīng)用簡介，去掉不相關(guān)或明顯不符合要求的應(yīng)用，最終選取了100 個(gè)早教類APP 進(jìn)行抽樣分析。在確定了樣本來源后，本研究通過收集整理100 個(gè)早教類APP 的應(yīng)用簡介，使用精靈標(biāo)注軟件對其中100 個(gè)APP 的業(yè)務(wù)功能部分進(jìn)行標(biāo)注并匯總，共得到有效數(shù)據(jù)778 條。

在得到數(shù)據(jù)后，使用python 中的jieba 中文自然語言處理分詞庫對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分詞，在pycharm 編譯環(huán)境中使用python 語言導(dǎo)入matplotlib 庫，對分詞后的功能數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并生成可視化圖表進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2   研究結(jié)果分析

2.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

在對早期教育類APP 的功能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并分析詞頻后，選取了排名前20 的功能，進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化分析，并根據(jù)功能數(shù)據(jù)，匯總了早期教育類APP 的主要功能體系。

1）功能分布

如圖1 所示，排名前十的關(guān)鍵詞分別為：“互動(dòng)”、“故事”、“游戲”、“動(dòng)畫”、“兒歌”、“學(xué)習(xí)”、“英語”、“體驗(yàn)”、“拼音”、“課程”。其中，“互動(dòng)”在47% 的樣本APP 的功能中出現(xiàn)過，次數(shù)最多；38%的樣本早教類APP 都出現(xiàn)過“故事”；“游戲”和“動(dòng)畫”分別占了33% 和29%?！肮适隆薄ⅰ坝螒颉?、“動(dòng)畫”等作為兒童主要的學(xué)習(xí)活動(dòng)方式，成為早教類APP最常見的功能。

除了早教類APP 中比較常見的功能外，“互動(dòng)”、“智能”、“場景”、“模擬”等新興功能隨著技術(shù)開始賦能教育領(lǐng)域以及移動(dòng)智能學(xué)習(xí)時(shí)代的到來也應(yīng)運(yùn)而生，成為早教類APP 功能中的一抹亮色。

2）功能體系

根據(jù)早教類APP 的功能數(shù)據(jù)，通過參考早教類APP 中比較常見的功能以及一些突出特色的功能，選取了“學(xué)習(xí)”、“互動(dòng)”、“課程”、“場景”、“模擬”、“智能”、“個(gè)性化”七個(gè)功能作為一級功能，并在每個(gè)功能下分別列出二級功能，構(gòu)成早教類APP 的主要功能體系。

如表1 所示，通過進(jìn)一步分析早教類APP 的功能體系發(fā)現(xiàn)，許多早教APP 都將實(shí)時(shí)互動(dòng)、場景模擬、智能分析、個(gè)性化推動(dòng)與教育過程相結(jié)合。具有“課程”功能早教類APP 大部分都支持課程回放，并且課程的種類和主題豐富，包括語數(shù)英等知識類課程、藝術(shù)課程、特定的主題課程等，學(xué)生在聽課的同時(shí)還能與老師實(shí)時(shí)互動(dòng)，課程結(jié)束后自動(dòng)生成學(xué)習(xí)報(bào)告，兒童能獲得豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。“故事”、“游戲”、“動(dòng)畫”、“兒歌”作為幼兒教育中一種重要的學(xué)習(xí)工具，將幼兒的喜好與知識結(jié)合起來，成為許多早教類APP 功能組成的重要一部分，以認(rèn)知、健康、神話、啟蒙等為主題的有聲繪本、音頻故事、早教動(dòng)畫、英語兒歌等教育資源頗為豐富。

2.2 研究結(jié)論

1） 早教類APP 的功能特征

早期教育類APP 自出現(xiàn)起就受到廣大用戶的關(guān)注，因?yàn)檫@類APP 不僅將知識與趣味的情景融合，激發(fā)了兒童的好奇心和求知欲；而且覆蓋了廣泛的知識面，讓兒童在開闊視野的同時(shí)激發(fā)兒童的創(chuàng)造力。綜合分析早期教育類APP 的功能現(xiàn)狀可以歸納出以下幾點(diǎn)特征。

①課程內(nèi)容主題豐富

在表1 中可以看出早教APP 課程的內(nèi)容主題較豐富，當(dāng)前早教類APP 的學(xué)習(xí)課程已經(jīng)不再局限于單一學(xué)科或某方面的知識，而是融合了多種形式、主題多樣的課程。在內(nèi)容層面，包括語數(shù)英等學(xué)科課程，內(nèi)容涵蓋了拼音古詩、數(shù)學(xué)思維以及單詞口語，為幼兒的認(rèn)知啟蒙助力；主題課程包括人文歷史、自然科普、思維訓(xùn)練、興趣培養(yǎng)、成長教育等內(nèi)容，通過趣味化的教育情境，激發(fā)兒童的好奇心，在潛移默化中養(yǎng)成好的行為習(xí)慣；在組織層面，課程的形式包括了識字、兒歌、故事、動(dòng)畫等，通過創(chuàng)設(shè)各種語言情境，促進(jìn)兒童早期語言能力的發(fā)展，體現(xiàn)了關(guān)注兒童的思維過程，根據(jù)兒童的認(rèn)知水平和思維方式提供適宜學(xué)習(xí)活動(dòng)的教育理念。

②情境互動(dòng)占據(jù)功能主體部分

與傳統(tǒng)的接收式學(xué)習(xí)理念不同的是，在47% 的早教類APP 中都出現(xiàn)了“互動(dòng)”的功能，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在這些APP 中，學(xué)習(xí)的形式不再是教師單一授課，學(xué)生只能通過錄制好的視頻學(xué)習(xí)，而是實(shí)現(xiàn)了在線課程互動(dòng)，學(xué)生在聽課過程中可以隨時(shí)與授課老師交流討論。除此之外，互動(dòng)小游戲、互動(dòng)閱讀、互動(dòng)教學(xué)融合了情境教學(xué)、啟發(fā)探索、激勵(lì)式教學(xué)等教學(xué)理念，在豐富多樣的情境下，通過設(shè)計(jì)兒童與角色對話、趣味答題等方式實(shí)現(xiàn)了與學(xué)習(xí)者多感官互動(dòng)，兒童成為主動(dòng)的信息構(gòu)建者，不是被動(dòng)的刺激接受者。

③場景化設(shè)計(jì)突出

如圖1 所示，“場景”作為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下人們經(jīng)常談到的詞匯，在早教類最常見的功能中排在第13 位，15% 的早教APP 中都出現(xiàn)過場景化的相關(guān)功能。進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，如表1 所示，在早教類APP 中，出現(xiàn)了“3D 場景互動(dòng)”、“場景再現(xiàn)”、“真實(shí)場景模擬”等功能。實(shí)際上，場景化思維，已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下企業(yè)的聚焦點(diǎn)。所謂教育APP 的場景化，實(shí)際上是以現(xiàn)實(shí)生活為題材，將真實(shí)的生活場景展現(xiàn)在APP中，使人們在使用APP 功能的同時(shí)，也在感受現(xiàn)實(shí)世界，同時(shí)也影響著人們對于現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)知^[4]。應(yīng)用在早教APP 的設(shè)計(jì)中，將場景化思維與職業(yè)體驗(yàn)、互動(dòng)體驗(yàn)結(jié)合在一起，當(dāng)兒童學(xué)習(xí)英語數(shù)學(xué)、體驗(yàn)動(dòng)手做飯時(shí)，模擬真實(shí)的場景，帶給兒童沉浸式的體驗(yàn)。兒童在這個(gè)過程中不斷接受新刺激，適應(yīng)新刺激，最終使認(rèn)知能力達(dá)到新的水平，符合認(rèn)知發(fā)展的“順應(yīng)”規(guī)律。

④家長參與度提升

值得關(guān)注的一點(diǎn)是，當(dāng)前許多早教類APP 都提供了家長參與的平臺，如親子互動(dòng)、家長社區(qū)、父母中心等，在這些功能中，實(shí)現(xiàn)了家長參與兒童的教育過程、分享交流兒童的學(xué)習(xí)成果以及教育經(jīng)驗(yàn)，并通過設(shè)置學(xué)習(xí)時(shí)間等方式實(shí)現(xiàn)對兒童的科學(xué)管控。學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)理論表明，年級越低的學(xué)生，其學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)受家庭影響越大。因此，家庭對于兒童的身心發(fā)展和教育成長具有關(guān)鍵性作用。教育APP 不應(yīng)局限于教師與學(xué)生的互動(dòng)，應(yīng)當(dāng)為家長參與兒童的教育過程提供支持。

2）早教類APP 的不足

在深入分析早期教育類APP 的功能特征后，可以發(fā)現(xiàn)早教類APP 的確為兒童的認(rèn)知發(fā)展和啟蒙教育提供了支持，但也存在如下幾點(diǎn)不足：

①學(xué)科知識占據(jù)教學(xué)內(nèi)容主要部分

如圖1 所示，從早教類APP 最常見的前20 項(xiàng)功能中可以發(fā)現(xiàn)，“英語”、“拼音”、“數(shù)學(xué)”、“識字”占據(jù)了四項(xiàng)，由表1 可知，在所有的教學(xué)課程中，以語數(shù)英為主的學(xué)科課程占到了60%，而其他課程只占40%，由此可知，在許多早教APP 中學(xué)科知識占據(jù)教學(xué)內(nèi)容的主要部分。根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展階段理論，學(xué)齡前兒童此時(shí)處于前運(yùn)算階段，這一時(shí)期是兒童的表象思維階段，僅能進(jìn)行象征性的活動(dòng)或游戲，還無法進(jìn)行邏輯思維和群集運(yùn)算。早教類APP 作為實(shí)施幼兒教育的重要載體，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到各年齡階段兒童認(rèn)知發(fā)展所達(dá)到的水平，APP 的設(shè)計(jì)價(jià)值及教育理念也不應(yīng)該以發(fā)展學(xué)科能力為目的，而應(yīng)激發(fā)兒童的潛能，對兒童進(jìn)行啟蒙教育，借此打開新世界的大門，但是不應(yīng)要求他們對知識進(jìn)行深入探究^[5]。

②個(gè)性化程度不高

部分早教APP 在課程設(shè)置里實(shí)現(xiàn)了根據(jù)不同年齡兒童的身心發(fā)展規(guī)律來規(guī)劃課程，并實(shí)現(xiàn)個(gè)性化智能推送，避免有超出兒童認(rèn)知發(fā)展水平的內(nèi)容，符合兒童的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。除此之外，在上課過程中，提供了AR模擬老師和真人助教老師一對一個(gè)性化指導(dǎo)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了以學(xué)習(xí)者為中心、適應(yīng)不同學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)方式。但是，遺憾的是，在所有的樣本APP 中，僅有11% 的APP 提到了個(gè)性化的功能，并且，具備這一功能的APP 目前除了推送和一對一指導(dǎo)也很少再提供更加精準(zhǔn)的個(gè)性化服務(wù)，如通過數(shù)據(jù)采集來分析每一位學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和風(fēng)格，制定適合不同用戶的學(xué)習(xí)方案，滿足學(xué)習(xí)者的個(gè)性化需求。

③教育性與游戲性融合度不高

如表1 所示，早教APP 已經(jīng)將許多功能與游戲相結(jié)合，于是出現(xiàn)了“互動(dòng)游戲”、“游戲化學(xué)習(xí)”等。通過將教學(xué)內(nèi)容與游戲元素相結(jié)合，寓教于樂，實(shí)現(xiàn)對兒童的啟蒙教育；通過游戲化的激勵(lì)方式，如闖關(guān)獎(jiǎng)勵(lì)等，提升兒童的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，調(diào)動(dòng)兒童的學(xué)習(xí)興趣。盡管早教APP 雖然已經(jīng)具備游戲化的設(shè)計(jì)理念，然而大部分早教APP 僅僅將游戲與知識簡單組合，或者只是將游戲作為一種練習(xí)、學(xué)習(xí)知識點(diǎn)的形式[6]。如有些APP所具有的“識字游戲”功能，即讓學(xué)習(xí)者在動(dòng)畫界面先認(rèn)識漢字再進(jìn)行選擇，這實(shí)際上是另一種形式的書本搬家，并沒有深入理解游戲的設(shè)計(jì)理念和思維，將啟蒙的知識內(nèi)容真正與游戲融合，以達(dá)到充分調(diào)動(dòng)兒童的好奇心，將外部活動(dòng)轉(zhuǎn)化為內(nèi)部心理活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)教育過程的“內(nèi)化”，促進(jìn)兒童的個(gè)性發(fā)展。

④智能化水平有待提升

如表1 可知，13% 的早教APP 已經(jīng)具備智能化功能，但是許多還停留在語音、圖形識別層面，部分APP雖然設(shè)計(jì)開發(fā)了智能AI 教學(xué)功能，但是僅僅停留在識別糾正兒童發(fā)音，引導(dǎo)兒童在教學(xué)界面學(xué)習(xí)。對于兒童不同的學(xué)習(xí)狀態(tài)、知識的掌握程度和情緒，無法提供全面、系統(tǒng)和協(xié)調(diào)的反饋以及情感支持。也無法針對不同的學(xué)習(xí)者進(jìn)行一對一個(gè)性化智能交互。

3   展望與建議

充分的研究已經(jīng)表明，移動(dòng)學(xué)習(xí)資源的互動(dòng)性能夠通過激發(fā)孩子的興趣來增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)效果，在更大程度上比其他教育措施更有效^[7]。早教APP 也因其覆蓋主題的多樣性、內(nèi)容的創(chuàng)新性成為許多兒童啟蒙教育的重要工具。綜合對早教類APP 的功能研究，對早教類APP 的進(jìn)一步開發(fā)和設(shè)計(jì)提出以下幾個(gè)方面的建議。

1）設(shè)計(jì)對話式學(xué)習(xí)模式

最新研究表明，兒童天生就喜歡通過社交和游戲從其他人那里學(xué)習(xí)語言。在沒有社會互動(dòng)的情況下，接觸足夠數(shù)量的口語可能促進(jìn)兒童語言或詞匯發(fā)展的最有效方法，而兒童進(jìn)入學(xué)校之前的口語發(fā)展可以顯著影響兒童早期讀寫能力的獲得，從而影響他們以后的教育成功^[8]。因此，在早教APP中應(yīng)設(shè)計(jì)開發(fā)虛擬代理作為學(xué)習(xí)助手，通過設(shè)計(jì)自適應(yīng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換模型，學(xué)習(xí)助手能夠設(shè)定為教師、學(xué)習(xí)同伴等多種角色，不同的角色承擔(dān)不同的功能，通過與學(xué)生對話、交流來參與學(xué)生的知識建構(gòu)、表達(dá)、合作和反思等學(xué)習(xí)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化輔導(dǎo)。當(dāng)學(xué)習(xí)助手設(shè)定為教師，即輔導(dǎo)者時(shí)，學(xué)習(xí)助手承擔(dān)教授新知識，提供腳手架的功能；當(dāng)學(xué)習(xí)助手設(shè)定為同伴時(shí)，則進(jìn)入一種同伴學(xué)習(xí)模式，同伴學(xué)習(xí)是一種雙向互動(dòng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，學(xué)生可以與學(xué)習(xí)助手共同學(xué)習(xí)，對等提問，通過積極的相互幫助和支持來獲得知識和技能。

2）智能化評估

在學(xué)生使用APP 的過程中，一方面通過檢測兒童講話過程中節(jié)律特征上的4 個(gè)主要線索（目光、音調(diào)、單詞和活力），智能感知學(xué)生的情緒狀態(tài)；另一方面，在兒童的學(xué)習(xí)過程中實(shí)時(shí)評估兒童現(xiàn)有的語言能力和邏輯思維能力，并提供與其現(xiàn)有水平相適應(yīng)、略帶難度的學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)效益最大化。例如，在講故事的過程中根據(jù)兒童的認(rèn)知水平不斷引入新的詞匯，構(gòu)造不同的句子結(jié)構(gòu)并能夠保持故事的連貫性。當(dāng)所講的故事與兒童能力相適應(yīng)時(shí)，兒童可以學(xué)到更多的詞匯并增加自己講述故事的長度和復(fù)雜性。

3）加強(qiáng)情感支持與反饋

國外學(xué)者Choy 提出，在線教學(xué)為學(xué)生學(xué)習(xí)場所的多樣化和創(chuàng)新教學(xué)提供了新的平臺，但是學(xué)生在這個(gè)過程中獲得的反饋以及從傳統(tǒng)學(xué)習(xí)向在線學(xué)習(xí)成功過渡所需的支持卻非常有限[9]。在早教類APP 中，學(xué)生雖然能在課程中與教育者進(jìn)行互動(dòng)，但是依然無法獲得全面、系統(tǒng)和協(xié)調(diào)的情感支持，在故事、兒歌等功能中，也無法及時(shí)根據(jù)兒童的反應(yīng)提供反饋。因此，早教APP 的反饋應(yīng)主要包括兩個(gè)方面：一方面是及時(shí)回答學(xué)生的問題，為學(xué)生提供腳手架，促進(jìn)學(xué)生思考；另一方面智能感知學(xué)生的情緒狀態(tài)，通過對話實(shí)現(xiàn)交流、陪伴功能。學(xué)習(xí)助手可以適時(shí)表現(xiàn)出不同的支持狀態(tài)（例如，犯錯(cuò)誤、尋求幫助、表現(xiàn)出好奇心和學(xué)習(xí)的積極性），當(dāng)學(xué)習(xí)助手表現(xiàn)為缺乏知識的新手并向兒童尋求幫助時(shí)，這可能有助于支持兒童的主動(dòng)學(xué)習(xí)，并在學(xué)習(xí)變得具有挑戰(zhàn)性時(shí)增強(qiáng)兒童的自尊。

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（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年10月期）