余胜泉：智能时代的认知变革，如何跨越其陷阱？

近日，由北京大学教育学院、北京大学基础教育研究中心、中关村互联网教育创新中心联合主办，北京大学于越教育基金支持的“2021北京大学基础教育论坛”顺利召开。会上，北京师范大学未来教育高精尖创新中心执行主任余胜泉教授以《智能时代的认知变革及其陷阱跨越》为主题进行演讲。
（本文根据余教授演讲内容整理）

文章插图
北京师范大学未来教育高精尖创新中心执行主任余胜泉教授

认知外包成为时代发展的必然

随着互联网与智能技术的发展，知识爆炸、信息与知识的膨胀，会使得社会生活越来越复杂，需要人掌握越来越多的知识才能生存。当人类个体的头脑已经无法处理外部越来越多、变化越来越快的海量信息时，我们必然会把自己的一部分认知外包给智能装备、智能设备。
在信息时代、智能时代，知识的增长远超出人类认知能力的提升。从个体认知到人机结合的分布式认知的转变，是人适应复杂性的基本变化趋势，认知外包成为了一种必然。
认知外包是一种分布式认知。分布式认知超越了“认知是个体级别上信息加工过程”传统的认知观点，认为认知本性是分布式的，认知现象不仅包括个人头脑中所发生的认知活动，还涉及人与人之间以及人与技术工具之间通过交互实现某一活动（比如计算）的过程。
分布式认知理论认为，认知是通过内部表征（如个体的记忆）与外部表征（如计算机或者纸表征的信息和知识）之间的传播和转移来发生的，因此不同表征系统和不同表征状态之间的交互是知识传播的重要特征。
分布式认知理论最重要的原理就是认知组块化。认知组块化（chunking）就是将认知过程中输入的项目（或成分）进行再组织、再编码以形成更大信息单位的过程。在人们进行信息加工、信息处理的过程中，把外部一个复杂的过程组块化，人不对这个复杂系统内部的信息有过多了解，而是对它外部的接口作为一个整体来进行理解、编码和再组织，从而形成一种更大的信息单元的过程。这样人就能够对信息组块进行更为直接的交互和操作，就像我们用计算机处理复杂事情时，并不需要理解计算机处理的过程，只需要理解信息处理的接口和呈现的信息就行。认知组块化将复杂信息屏蔽到一个组块，简化认知复杂性，扩展人的认知链条，使得认知主体能够了解事件流全局，获得推动全局运转的能力，提升驾驭复杂事物的能力。
认知外包已经延伸了人的大脑。智能装备、智能设备不仅仅是可有可无的沟通工具，它是人类大脑的一种延伸。如果将人的认知过程作为一个整体来看，认知外包本质上是一种人机结合的思维方式，外部认知提供信息，内部认知实现意义生成，外部认知效率的提升，能够整体增强人的认知能力。
当手机、平板、笔记本电脑、网络这些外部装备无处不在的时候，未来人的认知方式通过认知外包实现的人机结合的思维体系，将会取代我们传统以个人为主的思维体系。人脑和计算机都是信息处理的工具，人脑通过经验积累与形象思维，擅长精确的、定性的把握，计算机则以极快的速度，擅长准确的、定量的计算，两者充分发挥各自优势又互相结合，既能达到集智慧之大成，又通过反馈的作用，提高人的思维效率，从而增强人的智慧。通过认知外包，可以实现人机结合思维可以洞察隐藏的关系、本质规律，超越个体认知极限。
人机结合的思维体系是现代人认知这个世界的基本思维方式，现代人适应世界的认知方式正在发生根本性变革。现代社会的知识爆炸与每个人的学习时间和学习能力的鸿沟越来越大，要很好的适应越来越复杂的社会，人类认知世界、驾驭世界的认知方式会越来越多依赖于人与智能设备的分布认知、协同思维。而且从进化论角度来看，不同经历会产生不同的大脑认知结构与模式，网络时代人们所处生活环境和生活方式的变化，使得大脑更多的对信息进行过滤、重组、连接和意义生成，而记忆性的内容相对大幅度减少。
不管教师、家长是否愿意，学生的阅读方式、认知方式正在发生深刻的改变。

认知外包的四大类型

认知方式发生改变既能带来积极的一面，也会带来负面的一面。当人们不认识它的规律，过分乐观的使用，同样会带来很多的问题，会给我们带来陷阱。
目前，认知外包可以分为四大类型。
第一类，计算信息外包。互联网时代海量增长的信息为人类的信息记忆、存储、加工甚至检索带来了挑战，而计算信息外包正是针对人类大脑信息加工能力的不足，借助外部设备进行补充和辅助。
第二类，感知信息外包。感知技术的发展使得机器可以对文本、图像、语音、情感等进行感知和识别，它可以使得人类更好地感知和识别生活空间中的自然和社会信息，扩展人类的感知能力与范围。
第三类，认知信息外包。主要强调通过对可感知事物背后复杂信息的计算、推理和分析过程来获取超越事物表象的复杂认知功能。
第四类，社会网络外包。具备主体性的智能设备将成为与人对等的社会化个体，它们将拥有情感计算、理解和表达能力，在此基础上可以参与学习群体（人与人工智能机器）的社会化协同，进行独立的思考，与人脑进行对等的主体合作，实现双主体共同进化。

认知外包可能导致四类教育陷阱

有效的认知信息外包核心特征是：内外部认知的一种有效连接，以及意义理解和生成。但是如果我们没有遵循这两个特征，如果内部头脑里没有足够多的知识、没有良好的认知结构，便把所有的东西交给电脑，那会出现非常明显的内外部认知的失衡与割裂，人会出现思维幼稚化现象，思维过程会被外部信息泡沫所主宰，失去自我，进入认知外包的陷阱。特别是在教育领域的陷阱，有四个方面的表现。
第一方面，认知过载与选择性焦虑。一是外部的海量信息不知如何处理，认知过载。二是外部海量信息不知如何选择，选择性焦虑，造成无所适从，无法适应海量信息的增长。大量碎片化信息不仅干扰了人们的判断和选择，有时候一不留神，还可能被虚假信息误导。太多看似有用，实则误导的信息围绕，形成“信息茧房”，产生严重的信息遮蔽效应。智能推荐以“娱乐”、“快乐”为名服务，对于缺乏选择能力的人来说，带来反而是对人的操纵，在智能化的信息分发机制下，人其实会逐渐缺乏对信息的辨别与选择能力。
现代社会一方面需要掌握各方面信息才能驾驭全局，另一方面靠一个人完全掌握和理解一个情景、一个领域、一个学科的全部内容是很困难的，个体很难具备这种能力。学习者借助技术在不同人群、不同领域、不同观念和概念之间发现连接、识别范式和创建意义的能力远比内化部分知识的能力重要，这应该是现代学习者所需掌握的核心技能。一个人获取知识来源的能力比知道现有的知识更为关键。
第二方面，丧失认知主体性。把复杂信息交给人工智能、大数据处理，我们可以大规模、高效率、深层次协同工作。但是实际上当我们个体头脑空空如也的时候，我们自身内部认知网络完备性不足，对认知外包理解产生误区，被纷繁复杂的表象所包裹、所驾驭，无法理解外部世界的本质规律，最后边缘化、丧失认知主体性。
第三方面，限制主体发展多样性。例如目前很热门的智能推荐学习内容、规划学习路径等“导航式”教育，在基础教育的阶段应用隐藏着巨大风险。学习内容呈现的全面性和多样性会被破坏，学生的思维被算法所规制，造成认知的偏差和思维的故步自封，学生在学习之中往往会变得过度自信或者盲目自信。基础教育一定要给学生提供丰富的、多元的，让学生去尝试，去选择。其实失败本身就是一种非常重要的教育，尝试就是一种非常重要的教育。如果用AI剥夺了基础教育阶段学生尝试的权利，会使学生失去全面获取相关学习内容的学习机会，导致人多样性的丧失。
第四方面，认知离散化、碎片化。现代人信息渠道越来越多，获取信息的手段越来越先进，但是信息的离散化、碎片化越来越严重，造成碎片化认知，肤浅化认知。例如，人工智能技术结合详细的考点拆分，给学生进行智能推荐（刷题），最后让学生适应这种学习过程，而实际上，这种适应性是教育的福还是祸都未可知。而这种知识点拆分、刷题的适应性学习模式，不应该是人工智能教育的主要应用方向。例如，学生把每一个数学知识考点都掌握了，并不见得是一个好的学习者、不见得能培养出数学思维。

如何跨越认知外包的教育陷阱

技术从来都是一种双刃剑，我们既不能极端的乐观，也不能极端的悲观。我们应当避免极端化思想的出现，既不能全盘否定“人工智能+教育”，也不能万事都唯独人工智能。我们还是要研究技术融入教学以后客观的规律，正确的使用它积极的一面，预防它负面的一面。
如何跨越认知外包带来的教育陷阱？以下是关键点：
要促进学生的思维能力，也就是核心素养能力的发展，高级思维能力的发展，让学生有智慧的大脑。同时要促进学生内部知识世界和外部世界连接，把这两个网络给平衡起来，才有可能跨越这种认知外包的陷阱。
智能时代的教育要从发展以知识记忆为中心向智力和非智力的协调发展转变，要从学科知识获得为中心到核心素养培养转变。培养学生的理解力、洞察力，人生智慧，只有学生拥有了比较完备的理解力、洞察力、人生智慧，才能跟外部世界海量信息产生有意义的连接。这是超越认知外包陷阱的关键因素。
在我们的教学中，要通过智能技术来促进学生高阶思维能力的发展，实现核心素养导向的深度教学。日常教学过程中，让学生解题只是了解、理解、掌握层面的应用，要把知识放在一个真实的情景问题中去，用电脑作为认知工具来对问题进行分析、综合、评价乃至于创造，来解决实际的情景问题，从而促进学生高阶思维目标的达成，高阶学习目标的达成。要将学习的重点放在特定情景下真实问题的解决，而非某个细小知识点的操练和练习。
要利用跨学科相互关联的知识来解决问题，跨越学科的界限建立知识世界的有机联系，从多学科综合应用角度来提高学生解决实际问题的能力。基于智能技术的认知外包能够有效减轻、转移和分担学习者的部分认知负荷，增强学生处理复杂数据的能力，成为促进学习者高阶能力的理想的支架，使得学习者有更多精力发展高阶思维能力。在这种教学过程中，我们要建立知识到能力和素养的转化机制。要使得学生对知识认知，从知识意义化做到知识功能化，再到知识素养化。
我们的教学也要从碎片化到整体化、结构化。我们教学要从结论为本到培养思维，从刷题到真实情景问题的解决，从获得知识结论到知识解析的教学。转变认知偏差，实现概念转变的教学，要超越具体概念，要进行观念建构的教学，形成认知能力，形成素养发展的一种教学，能力素养导向教学。
在这个过程当中，通过数据了解学生能力素养的发展，基于数据了解学生的能力和素养非常关键，基于能力和素养来给学生提供资源、工具和支架。尤其是学生在某个核心概念处在哪一个能力层级，根据能力层级来提供资源、工具和支架。让智能技术作为认知工具，让学习者达成高层次的教学目标。其核心特征是不仅仅是让学生对知识理解深刻，而且要让学生在获得知识的同时，体验和参与学习的过程，在过程参与中，综合素质得到提升，使学生在高水平完成既定课程教学目标的同时，渗透获取信息技术技能以及解决实际问题的技能培养，真正落实新课程关键能力、核心素养教育目标，实现知识和能力并重的、促进人的全面发展的素质教育。
要让学生形成对知识达成一种深刻的理解，知识获得是学习的重要目标。而知识获得有不同的水平，学习者可能只是记住了一些概念、原理，但并没有真正理解它的含义，或者只是有一些字面的理解，只能应付课本上的典型习题等。要使得学生认知结构发生变化，实现从线下链条上的结构到网状的知识结构、认知结构的变化。要促进学生高水平思维过程的训练，要给学生多样的情境化的学习任务，在解决情景化任务过程中，促进学生高级思维能力的发展。
每个学习者都有自己的经验世界，不同的学习者可以对某种问题形成不同的假设和推论，不同学生分别着眼于不同的侧面，可以形成对知识多角度的、丰富的理解，可以看到问题的不同侧面和解决途径，从而使他们在面对各种问题时，能更容易地激活这种知识，灵活地利用它们解释新现象，形成解决问题的思路。要在学习过程当中，让学生有充分的合作和沟通。
核心素养导向的教学强调学习者的主动探索，但并不轻视教师的作用，教师的引导和帮助对于学生的思考和知识建构来说是极为重要的。在这个过程中教师要帮助学生检视和反思自我、明白自己想要学习什么和获得什么；帮助学生发现他们所学东西的个人意义；帮助学生营造和维持学习过程中积极的心理氛围；帮助学生学会使用信息化的学习工具；帮助学生寻找、搜集和利用学习资源；帮助学生设计合适的学习活动；帮助学生学会交际、学会表达。帮助学生学会认知，学会快速获取信息，学会调整认知策略。帮助学生对学习过程和结果进行评价，并促进评价的内在化。提出一些能激发思考的问题，引导学生形成自己的看法，并洞察他们的想法的由来，看到其合理性和局限，而后再提供相应的引导。
我们教育教学过程中要转变以知识传授为核心、以知识理解为核心的学习方法，而转变为以情景化问题为导向，让学生在解决问题过程中，促进学生核心素养发展的深度教学，才能跨越认知外包带来的教育陷阱。

【余胜泉：智能时代的认知变革，如何跨越其陷阱？】本文系微信公号“中关村互联网教育创新中心（ID：zgc-mtb）”原创文章，编辑后增加的部分图片来自互联网。原创文章及原创图片版权归属本公号所有。欢迎个人转发分享，转载请公号后台留言联系授权，并在转载文中注明作者及简介、来源公号“中关村互联网教育创新中心（ID：zgc-mtb）”、原文链接，违者将追究法律责任。