[引用信息]岳彦龙,罗江华,李宏展(2025). 从支持到协同再到共生:知识建构的演进脉络、形态重塑与未来图景——基于技术发展视角[J]. 开放教育研究,31(5):70-78.

岳彦龙,博士研究生,西南大学教育学部,研究方向:人工智能教育应用;

罗江华,教授,博士生导师,西南大学教育学部,研究方向:智慧教育、教育数字治理;

李宏展(通讯作者),博士研究生,讲师,重庆理工大学党政办主任,研究方向:人工智能教育([email protected])。

摘要:知识建构是集理论、技术、教学法的一套完整体系,对个人学习、教学及教育创新发展具有重要意义,但是目前缺少在技术快速发展背景下系统审视知识建构发展的研究。本研究基于技术发展视角系统认识知识建构并探究技术作用下知识建构的发展:首先,通过系统性文献综述概括技术作用下知识建构演进的三个阶段,即技术支持阶段、人智协同阶段和人智共生阶段;其次,阐述技术发展背景下传统知识建构、当前人智协同知识建构(human-AI collaborative knowledge building)、未来智智协同知识建构(AI-AI collaborative knowledge building)三种实践样态;最后,构建人智共生下的知识建构生态图景,并概括六个特征(建构主体为“人—群—智”和合共生,建构方式为集中式与分布式并存,建构模式为以“人—人+智—智”为中心的三种模式,知识形式为是多模态与跨模态并存,知识结构为高深化与复合型并存,建构结果为人慧与机智的融合智能)。研究结果有助于促进知识建构及其教学实践的创新。

关键词:知识建构;人智协同知识建构;技术支持;人智协同;技术发展视角

引  言

知识建构knowledge building由加拿大学者卡尔·巴雷特和马琳·斯卡德玛利亚教授于 20 世纪 80 年代提出指学习社区中有价值的观点和思想的产生与不断改进Bereiter, 2002。知识建构作为引领教育创新发展的有效途径自提出以来被广泛研究。此外知识建构作为第三代人类学习隐喻——知识创造隐喻的一种重要模式强调以概念性为本的知识建构并专门致力于创造与拓展客观知识曾文婕等, 2013。可见知识建构对于个人学习教学和教育创新发展的重要性。近年来生成式人工智能的出现加速了技术与教育的融合。智能技术如智能机器人生成式人工智能工具等)开始分担原本全部由学习者大脑完成的认知活动,改变学习者的信息加工过程进而形成人智协同智能结构郭炯等, 2019。在此背景下人不再通过技术这一中介理解和建构世界而是和智能机器交互一起理解和建构世界形成新的社会生态走向人智共生张学军等, 2020。显然技术在学习和认知过程中的角色作用已发生改变。然而已有研究缺乏对其系统性认识且时效性不足尤其缺少在技术快速发展背景下系统审视知识建构发展的研究。因此本研究基于技术发展视角系统认识知识建构并探究技术作用下知识建构的发展以促进知识建构及教学实践的创新。

演进脉络

时至今日知识建构已形成集理论发展技术工具和知识建构教学法的一套完整体系张义兵, 2018),三环相扣共同推动知识建构的发展曹俏俏等, 2013。技术作为其中一环发挥着重要作用,可以说知识建构的发展伴随着技术的发展而发展。基于此本研究采用系统性文献综述梳理技术作用下知识建构的演进脉络以 CNKIGoogle Scholar、Web of Science 及 ERIC 数据库作为文献来源中文检索语句为 TKA=知识建构’ AND TKA=计算机环境’ +技术),英文检索语句为(((AB=(knowledge building)) AND AB=computer)) AND AB=environment)) AND AB=technology),时间截止到 2025 年 月 20 共获取 4028 篇文献。研究者严格按照 PRISMA 流程筛选文献首先剔除 1827 篇重复文献其次阅读文献摘要剔除不相关文献 1768 最后剔除不符合标准的 279 篇文献最终获得 136 篇文献一是同行评审文献二是技术支持下的知识建构文献三是关于教育教学学习等文献四是知识建构环境设计与开发文献。研究对其进行内容分析发现技术作用下知识建构总体经历三个发展阶段呈现四种知识建构形态见表 1

技术支持的意向性学习

巴雷特和斯卡德玛利亚提出了意向性学习即一种主动的积极探究和自我负责的认知活动Scardamalia & Bereiter, 1989。意向性学习蕴含两种指向知识建构的思想一是更高层次的自主性即学生不仅要达到教师设定的学习目标还要负责长期获取知识和能力二是现有课堂沟通模式和实践是意向性学习的障碍。尽管教师可能鼓励探究和独立学习但课堂环境的普遍特点对此不利,反而增加学生对教师的依赖。在这一阶段技术作为认知辅助工具支持学生的意向性学习即作为知识的载体呈现并传递信息允许学生通过技术阅读和评论他人发表的内容及发表观点。技术支持的意向性学习一是改变学习环境的信息流使教师不再成为阻碍信息流向的瓶颈二是为学生间交互创造条件并为以知识为对象开展活动提供可能三是解决为学生单独呈现资源而造成浪费的问题。其典型技术代表是两位教授开发的计算机支持的意向性学习环境computer-supported intentional learning environments, CSILE),即 CSILE 1.0。它加速了知识建构进程Scardamalia & Bereiter, 2010

技术支持的协作知识建构

1994 巴雷特斯卡德玛利亚和拉蒙界定了知识建构并与意向性学习区分认为意向性学习旨在培养主动的探究精神和提升技能而知识建构旨在促进社区中有价值知识的改进与创造这一知识指向波普尔世界 3世界 为物理世界世界 为精神世界世界 为客观知识世界的客观知识(Scardamalia et al., 1994。这一阶段是知识建构的快速发展期技术通过生成知识建构环境即虚拟空间作为认知辅助工具支持知识建构在内容可供性上技术具有表征能力如呈现学习者分享的理论工作模型计划证据参考资料等在过程可供性上技术具有支持任务和活动的能力如促进学习者交流开展探究搜索信息从事创造性工作及解决问题等在情境可供性上技术可以实现不同社会情境之间的转换学习者可以模拟不同社会情境实现问题解决和知识建构。其典型代表是 CSILE 2.0它是在 1.0 基础上开发的旨在支持社区知识的协作建构后被称为知识论坛(Scardamalia & Bereiter, 2010。从一开始知识论坛就注重不断改进思想构建具有社会价值的知识及开展分布式知识建构。它反映了知识构建的理论原则和实践。可以说知识论坛是利用技术不断增强和展开知识构建的议程它的应用使知识建构实践范围从教育领域拓展至非教育领域。除知识论坛外其他技术工具和平台如维基移动设备和 Web2.0 技术电子书包元宇宙平台等同样起支持作用但其支持范围更广且作用更重要。

人智协同知识建构

技术介导学习technology-mediated learning理论认为控制技术呈现和共享内容的是人通常是教育者和学习者而技术操作和呈现是人类行为技术没有生成信息及行使任何自主判断能力Bower, 2019。因此知识建构的前两个阶段技术是师生之间互动的中介手段/媒介起支持作用并没有作为类认知主体参与知识建构。但是以 ChatGPT 为代表的生成式人工智能工具能够识别文本音频和图像及任意组合的指令并生成文本音频和图像的任意组合突破以往人机文本交互为多模态人智交互提供新的可能。同时它带来新型人机关系即人智协同许为, 2024。生成式人工智能强大的学习能力和文本音视频生成能力使学习者能与其开展交互使技术突破知识载体知识表征等功能由支持作用转变为协同作用。

人智协同知识建构human-AI collaborative knowledge building指通过合理有效的交互机制,智能系统生成式人工智能或智能体作为类认知主体与学习者共同交互并持续改进以创造认知制品如概念或书面文件的认知活动。人智协同知识建构或者协同作用的发生是因为人工智能作为认知主体参与知识建构进而改变知识建构的内涵和外延将人与人之间的知识建构拓展至人与人工智能。陈等Chen & Zhu, 2023开展了高中生与 ChatGPT 知识建构研究乌尔丽克·克雷斯等Cress & Kimmerle, 2023调查开展个人学习和知识建构中 ChatGPT 使用情况。两项研究从实践层面证明人智协同知识建构的可能性。

智智协同知识建构

当前生成式人工智能仍属人工窄域智能人与智能系统处协同阶段。世界模型world models通过预测未来的方式理解数字世界和物理世界被认为是通往实现人工通用智能的关键路径之一。它可以借助智能体对世界进行建模和推理实现从二维到三维的跃迁其能力与人类的差距进一步缩小,表现为1为学习者提供真实学习情境学习者可通过真实场景的观察实践和互动内化无法言传的内隐知识2支持个性化学习即通过分析和诊断学习者数据即时了解学习进度和理解程度动态调整场景呈现方式推送学习资源3支持自然认知路径构建世界模型支持的场景学习可以模拟人类从具体到抽象的认知路径李永智等, 2025。世界模型的成熟及人工通用智能甚至是人工超级智能的到来将实现真正意义的人智和合共生。在人智共生阶段智能系统的认知能力将达到类似人类水平具备跨领域推理适应性学习和自我改进能力能够主动提问及参与认知活动进而主导认知活动和决策知识建构发展形成智智协同知识建构AI-AI collaborative knowledge building。智智协同知识建构是知识建构的未来形态主要指由智能系统组成的学习共同体之间共享与协商观点并创造认知制品的认知活动。在这一活动中智能系统可全部承担认知活动其知识生成不再依赖学习者的提示而是自主学习自主推理和自主生成。与前两个阶段相比人与智能系统能够真正协同实现共生不仅能实现智能系统解释——学生反释,还能实现学生解释——智能系统反释二者在互释中完成知识协同建构。

形态重塑

生成式人工智能何以重塑知识建构形态

1. 生成式人工智能的主体性

生成式人工智能在教育中能扮演教师或导师、学习者学习伙伴等角色Hwang & Chen, 2023。智能体能反思规划可作为工具和代理协作完成任务增强生成式人工智能的能力Park et al., 2023。生成式人工智能表现出与以往技术及人工智能截然不同的交互能力具备一定的主体性特征。我们对语言符号含义的把握并非源于我们处理自然语言的能力而是源于我们通过采样和与之交互而积累的对生活世界的更基本的理解生成式人工智能继承了人类的这种有意义交互结构即分解、重组和拓展人类意图在人智交互中呈现个体性特征具有一定的自主性和创造力殷杰, 2024

2. 人智协同认知发生机制

生成式人工智能具备独立学习主体的特征能与人协同认知由人与智能组成的系统称可为人智协同认知系统human-AI joint cognitive systems)(许为, 2024。心智理论是人与人之间协同认知的基础刘烨等, 2018。人智协同认知的基础是智能系统具备形成心智理论的能力即对自己和他人心理状态的理解能力。人智协同认知系统可表征为人与智能系统两个认知体间的协同合作。基于此本文借鉴人智交互模型许为, 2024),构建人智协同认知发生机制模型见图 1),揭示人智协同认知如何发生。该模型包含两个层次第一层次表征个体与智能系统之间协同认知发生过程即作为学习合作伙伴智能系统通过多模态信号与学习者双向交互和协同合作。在特定学习场景智能系统能理解、分析推理和整合学习者的多模态指令数据生成包含智能系统的认知意图情感等多模态内容数据学习者分析和判断智能系统生成的内容不断迭代循环直至完成任务或解决问题。第二层次表征多个学习者和多个智能系统之间的协同认知它可简化为单个学习者智能系统。

知识建构三角概念框架构建

生成式人工智能的主体性使知识建构的认知主体由人类扩展至人工智能即生成式人工智能作为认知主体参与知识建构。然而人工智能的认知不同于人类它并非基于意识而是由数据算法、算力驱动的神经网络学习其认知还处于较低水平。从技术发展视角看随着算法算力等的突破人工智能的认知能力和水平将得到极大提升智能系统之间也将开展知识建构活动这是人工智能技术发展的未来趋势。基于此结合知识建构已有研究,本文认为知识建构存在三类认知主体即人类个体、群体和智能系统。

岳彦龙,罗江华,李宏展. 从支持到协同再到共生:知识建构的演进脉络、形态重塑与未来图景——基于技术发展视角

人机共生是人类不断追求的愿景未来教育终将走向人机共生。人机共生概念框架存在多三角关系如由人机器共生组成的人机共生三元组参与者组件和关系三要素框架等Gerber et al., 2020。姚Yao, 2023提出符号signal意义(meaning价值value)(SMV空间中人机共生的三个系统即人机器和人机组合系统并构建了 SMV 空间中人机共生三角概念框架。本文认为知识建构活动也存在基于三类认知主体个体群体、智能系统的三角关系构建了知识建构三角概念框架见图 2。该概念框架反映了三种不同实践样态的知识建构即传统知识建构样态当前人智协同知识建构样态和未来智智协同知识建构样态,三种实践样态并存分别指向过去现在和未来。

知识建构重塑的三种实践样态

1. 传统知识建构样态

在传统知识建构样态中已有研究未能阐明个体与群体协作知识建构及个体在群体协作知识建构中的作用。传统知识建构样态基于皮亚杰和维果斯基的建构主义观发展而来知识建构涉及个体与群体的关系。知识建构指公共知识的群体创造Bereiter, 2002),关注的是群体内部如何创造知识。但群体由个体组成它通过某种特殊方式构建关于某一主题的新理解这种新的认识是群体创造的不能将其归因于群体内任何个体的心理过程Stahl, 2006),同时也不是个人贡献的简单组合Bereiter, 2002。基于此本研究认为传统知识建构样态应包含个体知识建构群体内协作知识建构和个体与群体间的知识建构三种类型(Kimmerle et al., 2011

1个体知识建构指学习者个体基于已有认知不断改进自己对世界的认识建构新经验是从理论到实践再到理论的螺旋上升过程见图 3

2群体协作知识建构它是以复杂问题为驱动的社会交互过程。群体成员通过想法和观点互动构建新的知识形成认知制品实现知识创新与创造这一过程即建立和共享知识的过程。通过参与社会文化过程小组达成共同的理解Stahl, 2006。群体协作知识建构过程同样存在群体认知与实践应用的结合或统一见图 3

3个体与群体间的知识建构。个体知识建构和群体协作知识建构是两个相对独立的认知系统。个体是群体的基础二者存在密切的客观联系这一关系构成个体与群体间的知识建构。个体知识建构和群体知识建构关联的本质是个体知识和社会知识相互作用及共同进化顾林正, 2010。共同进化意味着两个系统通过稳定的相互作用不断相互刺激实现进化。自创生系统理论对个体认知系统和社会认知系统认知过程的区别和分析可以印证这一点Luhmann, 1995。已有研究发现个体与群体间会发生知识建构见图 4。群体协作知识建构主要是就某一主题问题或想法共享理解个体比较分析其他成员的观点或理解要么赞同形成共识,要么批判及反思提出自己的见解。其中个体与群体间的知识建构为耦合关系个体通过与群体间的知识建构实现个体知识与社会知识的共同进化。

2. 人智协同知识建构样态

生成式人工智能的介入改变了传统知识建构模式和知识建构类型。本研究结合人智协同知识建构特点提出自主探究学习及协作探究学习场景人智协同知识建构模型和四种知识建构类型见图 5

1人智协同知识建构类型

在人智协同知识建构中智能系统分担一定的认知活动从学习系统的工具中介性角色演变为主体性角色使人的认知不仅依赖自身也依赖智能系统。该类型存在人和作为类人的智能系统两种主体以人/智慧为横坐标以智能系统/智能为纵坐标可得到四个象限分别为单人单智协同知识建构单人多智协同知识建构多人单智协同知识建构和多人多智协同知识建构。

单人单智协同知识建构指学习者个体通过与智能系统对话建构认知。学习者就某一问题或任务与智能系统对话。智能系统根据学习者的问题调用已学知识组织答案学习者分析和评价智能系统的答案就有疑问或不同的观点对话直到完全达成共识解决问题或完成任务。受学习者和智能系统的数量及其认知影响单人单智协同知识建构效果较弱适用于自主学习或者自主探究学习场景。

单人多智协同知识建构指学习者个体通过与多个智能系统对话建构认知。该过程与单人单智类似不同的是学习者与多个智能系统对话学习者基于多个智能系统的会话结果判断是否与其达成共识并对有异议的内容再次对话直至完全达成共识或解决问题。在这类知识建构中学习者与多个智能系统会话结果的对比有助于提升学习者分析和评价能力。因此这类知识建构比单人单智协同知识建构效果好适用于学习者自主学习或自主探究学习情境。

多人单智协同知识建构指单个智能系统作为小组成员与多位学习者组成人智学习小组并基于某一协同机制通过对话或协作产生有价值的观点和思想。这一过程与群体协作知识建构类似。首先学习者和智能系统之间就某一问题共享理解。其次人智学习小组分析比较共享观点并对每个观点表达意见以形成共识如果小组无法达成共识,人智学习小组继续共享新的理解。最后小组检验和论证形成共识确保其符合实践规律。由于小组成员数量多考虑问题全面且基于小组集体决策,因此这类知识建构比单人多智协同知识建构效果好适用于协作或合作学习以及探究学习等场景。

多人多智协同知识建构是两个及以上智能系统和学习者组成人智学习小组是最复杂的人智协同知识建构样态。它依赖人智学习小组的沟通机制和开放的知识共享文化。人智学习小组首先要建立共同理念明晰交互协调机制保证人与智能系统行为一致。其次人智学习小组就某一问题共享理解比较分析观点表达自己的看法形成小组共识。多人多智协同知识建构的目标是通过人类智慧与智能系统协同最终实现集体智能即人智学习小组产生整合与创新知识吴信东等, 2022。这类知识建构效果最好适用于协作学习探究学习和复杂问题解决研究与开发等学习场景。

2两种学习场景下的人智协同知识建构模式

无论哪种知识建构类型都遵循一定的实践模式或基本过程如陈等Chen & Zhu, 2023提出的人智协同知识建构模式包含理解问题提出新想法评估想法元对话比较批判性分析和形成高阶观念等步骤。结合上述四类人智协同知识建构和已有知识建构过程模式本研究构建了两种人智协同知识建构过程模式交互论证协商创作反思五个阶段见图 5

自主探究学习场景下的单人模式主要适用于单人单智协同知识建构和单人多智协同知识建构。交互阶段学习者基于个人理解对单个智能系统提出问题智能系统分析问题调用已有经验进行推理生成理解。论证阶段学习者分析和推理智能系统生成的内容并与个体认知比较。当观点冲突或差异过大学习者更新理解并与智能系统交互。协商阶段学习者与智能系统达成共识。创作阶段学习者基于形成的共识更新认知形成新的观点等认知制品。反思阶段学习者反思形成的认知制品检验其是否符合实践规律。

协作探究学习场景下的多人模式主要适用于多人单智协同知识建构和多人多智协同知识建构。交互阶段基于学习小组提出的疑问学习者与智能系统协作。这种人智协作主要按照单人模式进行系统分享学习者与智能系统协作认知的结果。论证阶段小组讨论个人及人智协作认知的观点。当观点冲突或差异过大学习者更新理解或再次开展人智协作认知。协商创作和反思阶段同与单人模式。

3. 未来智智协同知识建构样态

人工通用智能技术支持的多智能体系统是由多个自主智能体组成的分布式系统每个智能体能自主感知环境学习并作出决策以实现各自目标或协同完成整体目标。多智能体系统是个自主协调系统各智能体协调解决大规模复杂问题动态调整学习场景主动提问开展分布式决策和交互。多智能体系统适用于场景学习多个玩家参与游戏及对社会困境分析等应用场景黄昌勤等, 2025a。将多智能体系统嵌入智能系统可极大提升智能水平和知识建构能力。智能系统知识建构样态指知识建构。按智能系统数量它可分为单智知识建构和多智协同知识建构。

单智知识建构指在多智能体的协调和规划下,智能系统通过不断学习建构知识。由于多智能体是个群体系统知识难以完备获取且环境动态复杂易产生系统冲突类似于人的认知冲突),这就需要通过一定的协调方法调节智能体之间的冲突,保证智能体行为的一致及智能系统的知识建构。

多智协同知识建构指两个及以上的智能系统通过提问共享信息等交流方式实现知识的产生与改进。这类知识建构存在多个智能系统且每个智能系统又嵌入多智能体系统。这不仅需要确保每个智能体系统中多智能体之间协同工作还要确保智能系统之间交互与协调。它的复杂程度越高,实现知识建构的难度也越大。由此基于协作进化机制的多智能体协作和智能系统间的交互机制就显得尤为重要。在基于协作进化机制的多智能体系统中智能体的思维程序可以驱动智能体之间的交互且智能体可以利用自身感知作为输入结合思维程序完成认知活动。此外智能体还可以调用已学知识作为输入和输出驱动智能系统间的交互,实现知识建构。

未来生态图景

未来知识建构终将走向人智共生已成为学界共识黄昌勤等, 2025b。本研究通过梳理技术作用下知识建构发展的演进脉络及其实践样态构建未来人智共生的知识建构生态见图 6),其生态特征体现为以下六个方面。

1建构主体和合共生。—群是未来知识建构的三种认知主体。其中,智能系统的能力已基本与人类相当既是智力的延伸与辅助又是独立的认知主体。群体尽管由”和组成但他们之间也有差异。三种主体代表了三种不同样态的知识建构既相互独立又相互影响展现出人类与智能系统和谐共存相互融合、共同发展的一种平衡状态即合乎势和于众合乎道黄昌勤等, 2025b

2建构方式集中式与分布式并存。未来知识建构集中式与分布式两种方式共存共同推动知识的创造与传播。集中式建构依托权威机构核心数据库和专业平台可确保知识的系统性权威性和统一性为学术研究和专业应用提供稳定基础。分布式建构强调去中心化协作共享和个体参与,利用区块链开源平台和虚拟空间促进多元观点的交流与创新。两者结合不仅能增强知识体系的完整性和可靠性也能激发创新动力形成既有秩序又充满活力的知识建构生态。

3建构模式+为中心的三种模式。未来知识建构生态呈现以人为中心以智能系统为中心和以人与智能系统协同为中心的三元张力结构以人为中心的模式延续传统认知路径强调人类在批判性思维价值判断与创造性突破中的不可替代性以智能系统为中心的模式由人工智能主导知识生产通过海量数据挖掘、模式识别与自主推理生成新知识以人与智能系统为中心的模式通过人智深度协作实现认知增强人类提供意图框架与伦理校准智能系统承担信息整合与逻辑推演形成脑机协同的混合智能范式。三种模式并非割裂竞争而是依场景动态拼合。基础科学探索可能偏向人本逻辑高频数据决策依赖智能系统主导复杂问题求解则需人智协同探究共创魏非等, 2025

4知识形式多模态与跨模态并存。多模态知识以文本图像音频视频3D 模型数据流等形态共存借助生成式人工智能神经网络与传感器技术实现知识在视觉听觉触觉等感官通道的自然交互跨模态知识突破单一媒介限制通过语义对齐特征映射与模式转换技术如 CLIP 跨模态嵌入扩散模型跨域生成),构建异构数据间的深度关联网络罗江华等, 2023。这种多样化与融合化的知识形式不仅能拓展知识表达边界也能促进多感官多维度的认知体验促进知识在多元场景的自适应表达与无损流转彻底突破传统单维知识载体的信息熵限。

5知识结构精深化与复合型并存。未来知识结构呈精深与复合型趋势知识体系向多层次多维度发展。精深指建构的知识是专业领域前沿的、深奥的知识复合型强调知识建构需要跨领域跨学科融合打破学科壁垒强调不同领域知识有机结合孕育新的创新点。这两种结构相辅相成使知识体系既具备深度的专业性又拥有广阔的跨界融合空间从而更好地适应复杂多变的社会需求,促进创新与应用的多元发展。

6建构结果人慧与机智的融合智能。未来知识建构体现为人类智慧与机器智能的融合智能即人类智慧与智能系统通过深度认知耦合形成超域思维能力。人类智慧擅长直觉创造价值判断意义赋予伦理锚定隐喻联想与元认知调控等机器智能用于超大规模数据处理非线性模式挖掘、实时动态推演等。二者可通过脑机接口认知增强界面与混合现实环境等实现双向渗透实现知识建构提质增效张世昌等, 2025。融合智能知识建构呈现认知涌现特征如科学家与人工智能协同提出超越传统学科范式的新理论假设等。