早期教育類(lèi)APP的功能現狀與智能化水平研究

作者簡(jiǎn)介：張悅（1997—），女，碩士生，研究方向：人工智能的教育應用。

馬玉慧（1974—），女，副教授，研究方向：人工智能的教育應用。

0   引言

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

隨著(zhù)人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)等多項技術(shù)的加入，早期教育類(lèi)APP 依托強大且豐富的擴展功能，通過(guò)智能感知學(xué)習情境的變化為學(xué)習者提供實(shí)時(shí)交互、整合資源以及個(gè)性化學(xué)習支持服務(wù)。國際研究表明，智能移動(dòng)設備及其附帶的教育應用程序的使用可以徹底改變幼兒的學(xué)習體驗^[2]。相關(guān)研究數據也顯示，在蘋(píng)果和谷歌的應用商店中，面向幼兒的教育應用是用戶(hù)最常訪(fǎng)問(wèn)或購買(mǎi)的應用類(lèi)別之一^[3]。教育APP 正在迅速成為向學(xué)齡前兒童提供教育內容的新媒體。

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

1   研究設計

1.1 研究方法

本文的研究過(guò)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(lái)源；②抽取研究樣本；③整理樣本并進(jìn)行數據統計；④對統計結果進(jìn)行分析。

1.2 樣本來(lái)源

本研究選擇某應用市場(chǎng)作為研究樣本來(lái)源。在應用市場(chǎng)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(lèi)APP，參考應用簡(jiǎn)介，去掉不相關(guān)或明顯不符合要求的應用，最終選取了100 個(gè)早教類(lèi)APP 進(jìn)行抽樣分析。在確定了樣本來(lái)源后，本研究通過(guò)收集整理100 個(gè)早教類(lèi)APP 的應用簡(jiǎn)介，使用精靈標注軟件對其中100 個(gè)APP 的業(yè)務(wù)功能部分進(jìn)行標注并匯總，共得到有效數據778 條。

在得到數據后，使用python 中的jieba 中文自然語(yǔ)言處理分詞庫對收集到的數據進(jìn)行分詞，在pycharm 編譯環(huán)境中使用python 語(yǔ)言導入matplotlib 庫，對分詞后的功能數據進(jìn)行統計，并生成可視化圖表進(jìn)行數據分析。

2   研究結果分析

2.1 數據統計

在對早期教育類(lèi)APP 的功能進(jìn)行統計并分析詞頻后，選取了排名前20 的功能，進(jìn)行數據可視化分析，并根據功能數據，匯總了早期教育類(lèi)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(huà)”、“兒歌”、“學(xué)習”、“英語(yǔ)”、“體驗”、“拼音”、“課程”。其中，“互動(dòng)”在47% 的樣本APP 的功能中出現過(guò)，次數最多；38%的樣本早教類(lèi)APP 都出現過(guò)“故事”；“游戲”和“動(dòng)畫(huà)”分別占了33% 和29%?！肮适隆?、“游戲”、“動(dòng)畫(huà)”等作為兒童主要的學(xué)習活動(dòng)方式，成為早教類(lèi)APP最常見(jiàn)的功能。

除了早教類(lèi)APP 中比較常見(jiàn)的功能外，“互動(dòng)”、“智能”、“場(chǎng)景”、“模擬”等新興功能隨著(zhù)技術(shù)開(kāi)始賦能教育領(lǐng)域以及移動(dòng)智能學(xué)習時(shí)代的到來(lái)也應運而生，成為早教類(lèi)APP 功能中的一抹亮色。

2）功能體系

根據早教類(lèi)APP 的功能數據，通過(guò)參考早教類(lèi)APP 中比較常見(jiàn)的功能以及一些突出特色的功能，選取了“學(xué)習”、“互動(dòng)”、“課程”、“場(chǎng)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，構成早教類(lèi)APP 的主要功能體系。

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

2.2 研究結論

1） 早教類(lèi)APP 的功能特征

早期教育類(lèi)APP 自出現起就受到廣大用戶(hù)的關(guān)注，因為這類(lèi)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(kāi)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(lèi)APP 的功能現狀可以歸納出以下幾點(diǎn)特征。

①課程內容主題豐富

在表1 中可以看出早教APP 課程的內容主題較豐富，當前早教類(lèi)APP 的學(xué)習課程已經(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。在內容層面，包括語(yǔ)數英等學(xué)科課程，內容涵蓋了拼音古詩(shī)、數學(xué)思維以及單詞口語(yǔ)，為幼兒的認知啟蒙助力；主題課程包括人文歷史、自然科普、思維訓練、興趣培養、成長(cháng)教育等內容，通過(guò)趣味化的教育情境，激發(fā)兒童的好奇心，在潛移默化中養成好的行為習慣；在組織層面，課程的形式包括了識字、兒歌、故事、動(dòng)畫(huà)等，通過(guò)創(chuàng )設各種語(yǔ)言情境，促進(jìn)兒童早期語(yǔ)言能力的發(fā)展，體現了關(guān)注兒童的思維過(guò)程，根據兒童的認知水平和思維方式提供適宜學(xué)習活動(dòng)的教育理念。

②情境互動(dòng)占據功能主體部分

與傳統的接收式學(xué)習理念不同的是，在47% 的早教類(lèi)APP 中都出現了“互動(dòng)”的功能，進(jìn)一步分析發(fā)現，在這些APP 中，學(xué)習的形式不再是教師單一授課，學(xué)生只能通過(guò)錄制好的視頻學(xué)習，而是實(shí)現了在線(xiàn)課程互動(dòng)，學(xué)生在聽(tīng)課過(guò)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、激勵式教學(xué)等教學(xué)理念，在豐富多樣的情境下，通過(guò)設計兒童與角色對話(huà)、趣味答題等方式實(shí)現了與學(xué)習者多感官互動(dòng)，兒童成為主動(dòng)的信息構建者，不是被動(dòng)的刺激接受者。

③場(chǎng)景化設計突出

如圖1 所示，“場(chǎng)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(lèi)最常見(jiàn)的功能中排在第13 位，15% 的早教APP 中都出現過(guò)場(chǎng)景化的相關(guān)功能。進(jìn)一步分析可以發(fā)現，如表1 所示，在早教類(lèi)APP 中，出現了“3D 場(chǎng)景互動(dòng)”、“場(chǎng)景再現”、“真實(shí)場(chǎng)景模擬”等功能。實(shí)際上，場(chǎng)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(chǎng)景化，實(shí)際上是以現實(shí)生活為題材，將真實(shí)的生活場(chǎng)景展現在A(yíng)PP中，使人們在使用APP 功能的同時(shí)，也在感受現實(shí)世界，同時(shí)也影響著(zhù)人們對于現實(shí)世界的認知^[4]。應用在早教APP 的設計中，將場(chǎng)景化思維與職業(yè)體驗、互動(dòng)體驗結合在一起，當兒童學(xué)習英語(yǔ)數學(xué)、體驗動(dòng)手做飯時(shí)，模擬真實(shí)的場(chǎng)景，帶給兒童沉浸式的體驗。兒童在這個(gè)過(guò)程中不斷接受新刺激，適應新刺激，最終使認知能力達到新的水平，符合認知發(fā)展的“順應”規律。

④家長(cháng)參與度提升

值得關(guān)注的一點(diǎn)是，當前許多早教類(lèi)APP 都提供了家長(cháng)參與的平臺，如親子互動(dòng)、家長(cháng)社區、父母中心等，在這些功能中，實(shí)現了家長(cháng)參與兒童的教育過(guò)程、分享交流兒童的學(xué)習成果以及教育經(jīng)驗，并通過(guò)設置學(xué)習時(shí)間等方式實(shí)現對兒童的科學(xué)管控。學(xué)習動(dòng)機理論表明，年級越低的學(xué)生，其學(xué)習動(dòng)機受家庭影響越大。因此，家庭對于兒童的身心發(fā)展和教育成長(cháng)具有關(guān)鍵性作用。教育APP 不應局限于教師與學(xué)生的互動(dòng)，應當為家長(cháng)參與兒童的教育過(guò)程提供支持。

2）早教類(lèi)APP 的不足

在深入分析早期教育類(lèi)APP 的功能特征后，可以發(fā)現早教類(lèi)APP 的確為兒童的認知發(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)科知識占據教學(xué)內容主要部分

如圖1 所示，從早教類(lèi)APP 最常見(jiàn)的前20 項功能中可以發(fā)現，“英語(yǔ)”、“拼音”、“數學(xué)”、“識字”占據了四項，由表1 可知，在所有的教學(xué)課程中，以語(yǔ)數英為主的學(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)科知識占據教學(xué)內容的主要部分。根據皮亞杰的認知發(fā)展階段理論，學(xué)齡前兒童此時(shí)處于前運算階段，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(wú)法進(jìn)行邏輯思維和群集運算。早教類(lèi)APP 作為實(shí)施幼兒教育的重要載體，應當認識到各年齡階段兒童認知發(fā)展所達到的水平，APP 的設計價(jià)值及教育理念也不應該以發(fā)展學(xué)科能力為目的，而應激發(fā)兒童的潛能，對兒童進(jìn)行啟蒙教育，借此打開(kāi)新世界的大門(mén)，但是不應要求他們對知識進(jìn)行深入探究^[5]。

②個(gè)性化程度不高

部分早教APP 在課程設置里實(shí)現了根據不同年齡兒童的身心發(fā)展規律來(lái)規劃課程，并實(shí)現個(gè)性化智能推送，避免有超出兒童認知發(fā)展水平的內容，符合兒童的認知發(fā)展規律。除此之外，在上課過(guò)程中，提供了AR模擬老師和真人助教老師一對一個(gè)性化指導服務(wù)，實(shí)現了以學(xué)習者為中心、適應不同學(xué)習者的學(xué)習方式。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也很少再提供更加精準的個(gè)性化服務(wù)，如通過(guò)數據采集來(lái)分析每一位學(xué)習者的學(xué)習特點(diǎn)和風(fēng)格，制定適合不同用戶(hù)的學(xué)習方案，滿(mǎn)足學(xué)習者的個(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合，于是出現了“互動(dòng)游戲”、“游戲化學(xué)習”等。通過(guò)將教學(xué)內容與游戲元素相結合，寓教于樂(lè )，實(shí)現對兒童的啟蒙教育；通過(guò)游戲化的激勵方式，如闖關(guān)獎勵等，提升兒童的學(xué)習動(dòng)機，調動(dòng)兒童的學(xué)習興趣。盡管早教APP 雖然已經(jīng)具備游戲化的設計理念，然而大部分早教APP 僅僅將游戲與知識簡(jiǎn)單組合，或者只是將游戲作為一種練習、學(xué)習知識點(diǎn)的形式[6]。如有些APP所具有的“識字游戲”功能，即讓學(xué)習者在動(dòng)畫(huà)界面先認識漢字再進(jìn)行選擇，這實(shí)際上是另一種形式的書(shū)本搬家，并沒(méi)有深入理解游戲的設計理念和思維，將啟蒙的知識內容真正與游戲融合，以達到充分調動(dòng)兒童的好奇心，將外部活動(dòng)轉化為內部心理活動(dòng)，實(shí)現教育過(guò)程的“內化”，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(yǔ)音、圖形識別層面，部分APP雖然設計開(kāi)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，引導兒童在教學(xué)界面學(xué)習。對于兒童不同的學(xué)習狀態(tài)、知識的掌握程度和情緒，無(wú)法提供全面、系統和協(xié)調的反饋以及情感支持。也無(wú)法針對不同的學(xué)習者進(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)習資源的互動(dòng)性能夠通過(guò)激發(fā)孩子的興趣來(lái)增強他們的學(xué)習效果，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(lèi)APP 的功能研究，對早教類(lèi)APP 的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和設計提出以下幾個(gè)方面的建議。

1）設計對話(huà)式學(xué)習模式

最新研究表明，兒童天生就喜歡通過(guò)社交和游戲從其他人那里學(xué)習語(yǔ)言。在沒(méi)有社會(huì )互動(dòng)的情況下，接觸足夠數量的口語(yǔ)可能促進(jìn)兒童語(yǔ)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(yǔ)發(fā)展可以顯著(zhù)影響兒童早期讀寫(xiě)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中應設計開(kāi)發(fā)虛擬代理作為學(xué)習助手，通過(guò)設計自適應學(xué)習轉換模型，學(xué)習助手能夠設定為教師、學(xué)習同伴等多種角色，不同的角色承擔不同的功能，通過(guò)與學(xué)生對話(huà)、交流來(lái)參與學(xué)生的知識建構、表達、合作和反思等學(xué)習活動(dòng)，實(shí)現個(gè)性化輔導。當學(xué)習助手設定為教師，即輔導者時(shí)，學(xué)習助手承擔教授新知識，提供腳手架的功能；當學(xué)習助手設定為同伴時(shí)，則進(jìn)入一種同伴學(xué)習模式，同伴學(xué)習是一種雙向互動(dòng)的學(xué)習活動(dòng)，學(xué)生可以與學(xué)習助手共同學(xué)習，對等提問(wèn)，通過(guò)積極的相互幫助和支持來(lái)獲得知識和技能。

2）智能化評估

在學(xué)生使用APP 的過(guò)程中，一方面通過(guò)檢測兒童講話(huà)過(guò)程中節律特征上的4 個(gè)主要線(xiàn)索（目光、音調、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)習過(guò)程中實(shí)時(shí)評估兒童現有的語(yǔ)言能力和邏輯思維能力，并提供與其現有水平相適應、略帶難度的學(xué)習內容，從而實(shí)現學(xué)習效益最大化。例如，在講故事的過(guò)程中根據兒童的認知水平不斷引入新的詞匯，構造不同的句子結構并能夠保持故事的連貫性。當所講的故事與兒童能力相適應時(shí)，兒童可以學(xué)到更多的詞匯并增加自己講述故事的長(cháng)度和復雜性。

3）加強情感支持與反饋

國外學(xué)者Choy 提出，在線(xiàn)教學(xué)為學(xué)生學(xué)習場(chǎng)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(guò)程中獲得的反饋以及從傳統學(xué)習向在線(xiàn)學(xué)習成功過(guò)渡所需的支持卻非常有限[9]。在早教類(lèi)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(wú)法獲得全面、系統和協(xié)調的情感支持，在故事、兒歌等功能中，也無(wú)法及時(shí)根據兒童的反應提供反饋。因此，早教APP 的反饋應主要包括兩個(gè)方面：一方面是及時(shí)回答學(xué)生的問(wèn)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(guò)對話(huà)實(shí)現交流、陪伴功能。學(xué)習助手可以適時(shí)表現出不同的支持狀態(tài)（例如，犯錯誤、尋求幫助、表現出好奇心和學(xué)習的積極性），當學(xué)習助手表現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，并在學(xué)習變得具有挑戰性時(shí)增強兒童的自尊。

參考文獻：

[1] 教育部等八部門(mén).關(guān)于引導規范教育移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應用有序健康發(fā)展的意見(jiàn)[R/OL].[2019-08-15].http://www.moe.gov.cn/

srcsite/A16/moe_784/201908/t20190829_396505.html

[ 2 ] P A P A D A K I S S , K A L O G I A N N A K I S M , Z A R A N I SN. Designing and creating an educational app rubric for preschool teachers[J]. Education & Information Technologies,2017,22(6):1-19.

[3] AVTAR T.How app markets are adding a lot of value in education,think tab blogs[R/OL]. [2016-10-17].http://goo.gl/D1gCMp.Accessed 17 Oct 2016.

[4] 宋樹(shù)萍.手機APP與現實(shí)生活場(chǎng)景化[J].重慶社會(huì )科學(xué),2017(5):112-116.

[5] 張炳林.幼兒教育軟件設計與開(kāi)發(fā)策略[J].學(xué)前教育研究,2014(9):22-30.

[6] 尚俊杰,張喆,莊紹勇,蔣宇.游戲化網(wǎng)絡(luò )課程的設計與應用研究[J].遠程教育雜志,2012,30(4):66-72.

[7] An overview of the field of educational mobile applications for preschool and early childhood education children[J].Open Education: The Journal for Open & Distance Education & Educational Technology,2019,15(2):95–113.

[8] CHEN H,PARK H W,BREAZEAL C.Teaching and learning with children: Impact of reciprocal peer learning with a social robot on children's learning and emotive engagement[J/OL].Computers & Education,2020,150(5). https://doi.org/10.1016/j.compedu.2020.103836

[9] CHOY S,MCNICKLE C,CLAYTON B. Learner Expectations and Experiences: An examination of student views of support in online learning[J]. Ncver,2002(3):106-122.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年10月期）