Neuron丨社交互动为在线学习“预热”：与AI教师短暂聊天，帮助大脑更好地学习

由 香港科技大学（ HKUST ）李平教授 领导的研究团队发现，在观看 视频 在线学习 之前， 与 授课 教师（无论是真人还是 AI 教师）进行一次简短对话，有助于促进学生与教师的大脑活动的同步性，加深学生处理新知识的认知深度，从而提升学习效果。该研究成果近日以Scaffolding human and AI instruction: Neural alignment and learning gains in online education为题发表在Neuron上，首次提供了神经科学证据，表明可规模化实现的AI教师—学生互动有望变革在线教育。

在线学习的挑 战

全球数百万学生通过 独自 观看预先录制的视频 课程进行 学习 —— 这种 学习 形式 是 世界各地的 MOOC 和大型在线课程 的基础 。新冠疫情使这一情况更加严重，导致依赖视频 教育 的学生学习参与度下降，学习效果受损 。

“ 问题在于，预先录制的视频 课程 本质上是被动和单向的， ” 李平教授表示，他是香港科技大学人文社会科学学院的院长兼讲座教授。 “ 于是我们提出一个问题：如果我们能在学习开始前重新引入一个短暂的人际互动环节，哪怕只有几分钟， 效果会如何 ？如果 AI 可以大规模实现这一点，又会 产生什么样的效应 ？ ”

与真人 或 A I 教师的十分钟课前对话 可成为人脑 学习的催化 剂

研究团队招募了 57 名大学生，并将他们随机分为三组：第一组按照常规方式观看视频 课程 ，没有任何前期师生互动；第二组在观看前与真人教师进行 时长约 8-10 分钟的结构化面对面师生对话 ；第三组则与一位外观和声音都非常接近真人教师的 AI 教师 进行相同的简短 社会 互动，通过 AI 实时对话与学生交流。该 AI 教师以 GPT-4 为基础 ， 具备语音识别、内容生成、文本转语音合成和实时头像动画功能。 AI 组的学生 均被告知课前 是在与 AI 教师进行 互动。所有 三组 学生随后 在 核磁共振 扫描仪 内观看相同的 时长约为 14 分钟视频 课程 ， 于此同时， 他们的眼动、大脑反应 被同时记录。学生 学习 之后的测试成绩也被记录 。

实验的结果让人 惊喜 。无论是在学习前与真人教师还是 AI 教师 互动的学生，在后续视频学习中 ，有数 个脑网络表现出更高的大脑同步性，包括 负责信息处理 的大脑默认网络 、 负 责 认知资源调配 的多重需求网络 及与 社交共情 相关 的 边缘系统 。相比之下，没有进行前期社交互动的学生则没有表现出这些模式，他们的学习效果也明显不如有前期互动的学生 。

“ 真人互动组和 AI 互动组的学生在学习过程中表现出相似的大脑活动模式，并且在学习效果上，尤其是在理解性难题上，都优于没有互动的学生， ” 李平教授解释道。 “ 这说明社交 互动作为视频学习前的一种支撑 ，即使是短暂的、由 AI 实现 的，也能从根本上塑造我们大脑的学习准备状态。 ”

眼睛和大脑在 学生 主动学习中协同工 作

该研究的一个特别新颖的贡献是，它展示了眼动、大脑活动和学习效果之间的多阶段、互惠的 层级 关系。 该团队将此 称之为 “ 眼 - 脑 - 行为 ” 对应关系。与真人教师有过前期互动的学生在观看讲座时 在 视觉 注意力分配方面展示出 显著更高的对齐性，即他们 在观看视频学习中 的 注意力 更加协 同 ，彼此之间以及与教师的注视模式 亦 更为相似。

进一步的中介分析表明，这种共享的视觉注意通过颞上沟 中的 脑间同步性， 与更好的 学习 理解相关联 。而该脑区是一个作用于 社交感知和语言处理相关的脑区 。 与此同时，默认模式网络的核心枢纽后扣带皮层 中， 也表现出脑间同步性。这种同步性以一种自上而下的方式，引导着协调一致的注视行为，从而帮助学生学习 。

“ 我们发现了 认知 和大脑运作中的双向路径：当学生将注意力集中在相同的学习材料上时，他们的大脑同步 性会提高 ，而同步的大脑又会进一步保持注意力的同步， ” 该论文的第一作者彭博士 （现为香港科技大学博士后）如此评价 。 “ 这些因素相互强化，共同支持学习。 ”

AI 教学的前景： 虽 有效，但 目前 仍无法取代真人教 学

虽然 AI 主导的互动产生了相当的学习效果，但研究也发现了有意义的差异。与 AI 教师 互动的学生 自评结果显示 ，他们与教师之间的社交亲近感 相对真人教师 较低，并且在 视频学习 期间的 视觉注意力同步性 也低于真人 教师 互动组 。

这项研究表明，有多种途径可以提升学生的在线学习效果：真人互动通过视觉 注意力的 对齐介导了 更高的 认知 投入 和社会 情感 共鸣 ；而 AI 互动则更多地支持自上而下的认知加工，同时仍然提供了 较为充足 的 社会情感 支持 。重要的是，两种方法都被证明是有效的。 这些发现表明，有效 AI 教育系统的最优设计并不需要完美复制人类互动。 AI 教学可以通过调动 适度 的社交情感共鸣，同时利用其在知识检索和提供个性化学习方面的计算优势来取得成功 。

“ 这预示着教育的社会 情感层面 即将面临的未来 变革 ， ” 李平教授反思道， “ 即使是一个 AI 教师 ，也 能 停下来 ，注意到学生的咳嗽，并关切地回应 （实验中 AI 教师与学生社会互动时的真实一刻） 。如果人类沟通的这些微妙之处能够在 AI 赋能的系统中成功实现，或许有助于在数字课堂中 让学生切实体会到 被看见、被听见、 以及建立真正的 社交连接 ， 而在此 前 ，学生大多只 能 从 传统课堂中 收获到这些 体验 。 ” 此 研究只 是一个初步尝试，目的是将原本被动的学习时间转变为更动态、更具社交参与感的体验 ，之后的研究还可以进一步深入探索怎样的社会互动可以在最短时间最高效地促进学生的在线学习。

我们生活在一个 AI 快速发展的时代 。我们需要更透彻的 理解 AI 如何影响人类的心智和大脑，以及我们的大脑如何适应 AI 。这些深入的理解 对于设计规模化、社会情感 内涵丰富 的学习环境，并最终惠及人类学习 ， 至关重要 。

原文链接：https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(26)00274-6

制版人： 十一

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