早期教育类APP的功能现状与智能化水平研究

消费电子   作者:张悦,马玉慧(渤海大学 教育科学学院,辽宁 锦州 121000) 时间:2021-11-26来源:电子产品世界

编者按:随着移动硬件设备的发展和信息通信技术的进步,以及人工智能、5G、物联网等多项技术的加入,早期教育类APP通过智能感知学习情境的变化为学习者提供实时交互、整合资源以及个性化学习支持服务,为儿童教育市场的发展提供了巨大的支持。本研究通过随机抽取100个早教类APP,研究发现当前早教类APP涵盖了多种主题,对早教类APP的功能简介进行提取和整理,并通过可视化分析,对当前早教类APP所具有的功能、智能化以及个性化程度进行了阐述,总结了早教APP的整体发展情况,进而为今后早教类APP的进一步开发和设计提出了建议。

作者简介:张悦(1997—),女,硕士生,研究方向:人工智能的教育应用。

马玉慧(1974—),女,副教授,研究方向:人工智能的教育应用。

0   引言

2019 年8 月,教育部等八部门发布了《关于引导规范教育移动互联网应用有序健康发展的意见》,明确提出,围绕落实立德树人根本任务,积极发展“互联网+教育”,引导教育移动应用健康有序发展,为广大师生营造健康、有序、安全的网络空间和学习环境[1]。近年来,教育APP 作为一种新型学习资源,随着移动硬件设备的发展和信息通信技术的进步,取得了惊人的增长。而儿童目前已成为移动互联网的重要消费群体,早期教育类APP 作为一种新兴载体,为儿童教育市场的发展提供了巨大的支持。

随着人工智能、5G、物联网等多项技术的加入,早期教育类APP 依托强大且丰富的扩展功能,通过智能感知学习情境的变化为学习者提供实时交互、整合资源以及个性化学习支持服务。国际研究表明,智能移动设备及其附带的教育应用程序的使用可以彻底改变幼儿的学习体验[2]。相关研究数据也显示,在苹果和谷歌的应用商店中,面向幼儿的教育应用是用户最常访问或购买的应用类别之一[3]。教育APP 正在迅速成为向学龄前儿童提供教育内容的新媒体。

本研究通过抽取100 个早教类APP,涵盖了多种主题,对当前早教类APP 所具有的功能、智能化以及个性化程度进行了阐述,总结了早教APP 的整体发展情况,进而为今后早教类APP 的进一步开发和设计提出了建议。

1   研究设计

1.1 研究方法

本文的研究过程分为以下几个步骤:①确定研究对象的范围以及样本来源;②抽取研究样本;③整理样本并进行数据统计;④对统计结果进行分析。

1.2 样本来源

本研究选择某应用市场作为研究样本来源。在应用市场中,分别以“早教”、“早期教育”、“儿童教育”为关键词搜索,共检索了175 个早教类APP,参考应用简介,去掉不相关或明显不符合要求的应用,最终选取了100 个早教类APP 进行抽样分析。在确定了样本来源后,本研究通过收集整理100 个早教类APP 的应用简介,使用精灵标注软件对其中100 个APP 的业务功能部分进行标注并汇总,共得到有效数据778 条。

在得到数据后,使用python 中的jieba 中文自然语言处理分词库对收集到的数据进行分词,在pycharm 编译环境中使用python 语言导入matplotlib 库,对分词后的功能数据进行统计,并生成可视化图表进行数据分析。

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2   研究结果分析

2.1 数据统计

在对早期教育类APP 的功能进行统计并分析词频后,选取了排名前20 的功能,进行数据可视化分析,并根据功能数据,汇总了早期教育类APP 的主要功能体系。

1)功能分布

如图1 所示,排名前十的关键词分别为:“互动”、“故事”、“游戏”、“动画”、“儿歌”、“学习”、“英语”、“体验”、“拼音”、“课程”。其中,“互动”在47% 的样本APP 的功能中出现过,次数最多;38%的样本早教类APP 都出现过“故事”;“游戏”和“动画”分别占了33% 和29%。“故事”、“游戏”、“动画”等作为儿童主要的学习活动方式,成为早教类APP最常见的功能。

除了早教类APP 中比较常见的功能外,“互动”、“智能”、“场景”、“模拟”等新兴功能随着技术开始赋能教育领域以及移动智能学习时代的到来也应运而生,成为早教类APP 功能中的一抹亮色。

2)功能体系

根据早教类APP 的功能数据,通过参考早教类APP 中比较常见的功能以及一些突出特色的功能,选取了“学习”、“互动”、“课程”、“场景”、“模拟”、“智能”、“个性化”七个功能作为一级功能,并在每个功能下分别列出二级功能,构成早教类APP 的主要功能体系。

如表1 所示,通过进一步分析早教类APP 的功能体系发现,许多早教APP 都将实时互动、场景模拟、智能分析、个性化推动与教育过程相结合。具有“课程”功能早教类APP 大部分都支持课程回放,并且课程的种类和主题丰富,包括语数英等知识类课程、艺术课程、特定的主题课程等,学生在听课的同时还能与老师实时互动,课程结束后自动生成学习报告,儿童能获得丰富的学习体验。“故事”、“游戏”、“动画”、“儿歌”作为幼儿教育中一种重要的学习工具,将幼儿的喜好与知识结合起来,成为许多早教类APP 功能组成的重要一部分,以认知、健康、神话、启蒙等为主题的有声绘本、音频故事、早教动画、英语儿歌等教育资源颇为丰富。

2.2 研究结论

1) 早教类APP 的功能特征

早期教育类APP 自出现起就受到广大用户的关注,因为这类APP 不仅将知识与趣味的情景融合,激发了儿童的好奇心和求知欲;而且覆盖了广泛的知识面,让儿童在开阔视野的同时激发儿童的创造力。综合分析早期教育类APP 的功能现状可以归纳出以下几点特征。

①课程内容主题丰富

在表1 中可以看出早教APP 课程的内容主题较丰富,当前早教类APP 的学习课程已经不再局限于单一学科或某方面的知识,而是融合了多种形式、主题多样的课程。在内容层面,包括语数英等学科课程,内容涵盖了拼音古诗、数学思维以及单词口语,为幼儿的认知启蒙助力;主题课程包括人文历史、自然科普、思维训练、兴趣培养、成长教育等内容,通过趣味化的教育情境,激发儿童的好奇心,在潜移默化中养成好的行为习惯;在组织层面,课程的形式包括了识字、儿歌、故事、动画等,通过创设各种语言情境,促进儿童早期语言能力的发展,体现了关注儿童的思维过程,根据儿童的认知水平和思维方式提供适宜学习活动的教育理念。

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②情境互动占据功能主体部分

与传统的接收式学习理念不同的是,在47% 的早教类APP 中都出现了“互动”的功能,进一步分析发现,在这些APP 中,学习的形式不再是教师单一授课,学生只能通过录制好的视频学习,而是实现了在线课程互动,学生在听课过程中可以随时与授课老师交流讨论。除此之外,互动小游戏、互动阅读、互动教学融合了情境教学、启发探索、激励式教学等教学理念,在丰富多样的情境下,通过设计儿童与角色对话、趣味答题等方式实现了与学习者多感官互动,儿童成为主动的信息构建者,不是被动的刺激接受者。

③场景化设计突出

如图1 所示,“场景”作为互联网时代下人们经常谈到的词汇,在早教类最常见的功能中排在第13 位,15% 的早教APP 中都出现过场景化的相关功能。进一步分析可以发现,如表1 所示,在早教类APP 中,出现了“3D 场景互动”、“场景再现”、“真实场景模拟”等功能。实际上,场景化思维,已经成为互联网时代下企业的聚焦点。所谓教育APP 的场景化,实际上是以现实生活为题材,将真实的生活场景展现在APP中,使人们在使用APP 功能的同时,也在感受现实世界,同时也影响着人们对于现实世界的认知[4]。应用在早教APP 的设计中,将场景化思维与职业体验、互动体验结合在一起,当儿童学习英语数学、体验动手做饭时,模拟真实的场景,带给儿童沉浸式的体验。儿童在这个过程中不断接受新刺激,适应新刺激,最终使认知能力达到新的水平,符合认知发展的“顺应”规律。

④家长参与度提升

值得关注的一点是,当前许多早教类APP 都提供了家长参与的平台,如亲子互动、家长社区、父母中心等,在这些功能中,实现了家长参与儿童的教育过程、分享交流儿童的学习成果以及教育经验,并通过设置学习时间等方式实现对儿童的科学管控。学习动机理论表明,年级越低的学生,其学习动机受家庭影响越大。因此,家庭对于儿童的身心发展和教育成长具有关键性作用。教育APP 不应局限于教师与学生的互动,应当为家长参与儿童的教育过程提供支持。

2)早教类APP 的不足

在深入分析早期教育类APP 的功能特征后,可以发现早教类APP 的确为儿童的认知发展和启蒙教育提供了支持,但也存在如下几点不足:

①学科知识占据教学内容主要部分

如图1 所示,从早教类APP 最常见的前20 项功能中可以发现,“英语”、“拼音”、“数学”、“识字”占据了四项,由表1 可知,在所有的教学课程中,以语数英为主的学科课程占到了60%,而其他课程只占40%,由此可知,在许多早教APP 中学科知识占据教学内容的主要部分。根据皮亚杰的认知发展阶段理论,学龄前儿童此时处于前运算阶段,这一时期是儿童的表象思维阶段,仅能进行象征性的活动或游戏,还无法进行逻辑思维和群集运算。早教类APP 作为实施幼儿教育的重要载体,应当认识到各年龄阶段儿童认知发展所达到的水平,APP 的设计价值及教育理念也不应该以发展学科能力为目的,而应激发儿童的潜能,对儿童进行启蒙教育,借此打开新世界的大门,但是不应要求他们对知识进行深入探究[5]

②个性化程度不高

部分早教APP 在课程设置里实现了根据不同年龄儿童的身心发展规律来规划课程,并实现个性化智能推送,避免有超出儿童认知发展水平的内容,符合儿童的认知发展规律。除此之外,在上课过程中,提供了AR模拟老师和真人助教老师一对一个性化指导服务,实现了以学习者为中心、适应不同学习者的学习方式。但是,遗憾的是,在所有的样本APP 中,仅有11% 的APP 提到了个性化的功能,并且,具备这一功能的APP 目前除了推送和一对一指导也很少再提供更加精准的个性化服务,如通过数据采集来分析每一位学习者的学习特点和风格,制定适合不同用户的学习方案,满足学习者的个性化需求。

③教育性与游戏性融合度不高

如表1 所示,早教APP 已经将许多功能与游戏相结合,于是出现了“互动游戏”、“游戏化学习”等。通过将教学内容与游戏元素相结合,寓教于乐,实现对儿童的启蒙教育;通过游戏化的激励方式,如闯关奖励等,提升儿童的学习动机,调动儿童的学习兴趣。尽管早教APP 虽然已经具备游戏化的设计理念,然而大部分早教APP 仅仅将游戏与知识简单组合,或者只是将游戏作为一种练习、学习知识点的形式[6]。如有些APP所具有的“识字游戏”功能,即让学习者在动画界面先认识汉字再进行选择,这实际上是另一种形式的书本搬家,并没有深入理解游戏的设计理念和思维,将启蒙的知识内容真正与游戏融合,以达到充分调动儿童的好奇心,将外部活动转化为内部心理活动,实现教育过程的“内化”,促进儿童的个性发展。

④智能化水平有待提升

如表1 可知,13% 的早教APP 已经具备智能化功能,但是许多还停留在语音、图形识别层面,部分APP虽然设计开发了智能AI 教学功能,但是仅仅停留在识别纠正儿童发音,引导儿童在教学界面学习。对于儿童不同的学习状态、知识的掌握程度和情绪,无法提供全面、系统和协调的反馈以及情感支持。也无法针对不同的学习者进行一对一个性化智能交互。

3   展望与建议

充分的研究已经表明,移动学习资源的互动性能够通过激发孩子的兴趣来增强他们的学习效果,在更大程度上比其他教育措施更有效[7]。早教APP 也因其覆盖主题的多样性、内容的创新性成为许多儿童启蒙教育的重要工具。综合对早教类APP 的功能研究,对早教类APP 的进一步开发和设计提出以下几个方面的建议。

1)设计对话式学习模式

最新研究表明,儿童天生就喜欢通过社交和游戏从其他人那里学习语言。在没有社会互动的情况下,接触足够数量的口语可能促进儿童语言或词汇发展的最有效方法,而儿童进入学校之前的口语发展可以显著影响儿童早期读写能力的获得,从而影响他们以后的教育成功[8]。因此,在早教APP中应设计开发虚拟代理作为学习助手,通过设计自适应学习转换模型,学习助手能够设定为教师、学习同伴等多种角色,不同的角色承担不同的功能,通过与学生对话、交流来参与学生的知识建构、表达、合作和反思等学习活动,实现个性化辅导。当学习助手设定为教师,即辅导者时,学习助手承担教授新知识,提供脚手架的功能;当学习助手设定为同伴时,则进入一种同伴学习模式,同伴学习是一种双向互动的学习活动,学生可以与学习助手共同学习,对等提问,通过积极的相互帮助和支持来获得知识和技能。

2)智能化评估

在学生使用APP 的过程中,一方面通过检测儿童讲话过程中节律特征上的4 个主要线索(目光、音调、单词和活力),智能感知学生的情绪状态;另一方面,在儿童的学习过程中实时评估儿童现有的语言能力和逻辑思维能力,并提供与其现有水平相适应、略带难度的学习内容,从而实现学习效益最大化。例如,在讲故事的过程中根据儿童的认知水平不断引入新的词汇,构造不同的句子结构并能够保持故事的连贯性。当所讲的故事与儿童能力相适应时,儿童可以学到更多的词汇并增加自己讲述故事的长度和复杂性。

3)加强情感支持与反馈

国外学者Choy 提出,在线教学为学生学习场所的多样化和创新教学提供了新的平台,但是学生在这个过程中获得的反馈以及从传统学习向在线学习成功过渡所需的支持却非常有限[9]。在早教类APP 中,学生虽然能在课程中与教育者进行互动,但是依然无法获得全面、系统和协调的情感支持,在故事、儿歌等功能中,也无法及时根据儿童的反应提供反馈。因此,早教APP 的反馈应主要包括两个方面:一方面是及时回答学生的问题,为学生提供脚手架,促进学生思考;另一方面智能感知学生的情绪状态,通过对话实现交流、陪伴功能。学习助手可以适时表现出不同的支持状态(例如,犯错误、寻求帮助、表现出好奇心和学习的积极性),当学习助手表现为缺乏知识的新手并向儿童寻求帮助时,这可能有助于支持儿童的主动学习,并在学习变得具有挑战性时增强儿童的自尊。

参考文献:

[1] 教育部等八部门.关于引导规范教育移动互联网应用有序健康发展的意见[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] 宋树萍.手机APP与现实生活场景化[J].重庆社会科学,2017(5):112-116.

[5] 张炳林.幼儿教育软件设计与开发策略[J].学前教育研究,2014(9):22-30.

[6] 尚俊杰,张喆,庄绍勇,蒋宇.游戏化网络课程的设计与应用研究[J].远程教育杂志,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.

(本文来源于《电子产品世界》杂志2021年10月期)

关键词: 早教APP 功能 智能化 202110

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