早期教育類APP的功能現(xiàn)狀與智能化水平研究

作者簡介：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，教育部等八部門發(fā)布了《關(guān)于引導規(guī)范教育移動互聯(lián)網(wǎng)應用有序健康發(fā)展的意見》，明確提出，圍繞落實立德樹人根本任務，積極發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，引導教育移動應用健康有序發(fā)展，為廣大師生營造健康、有序、安全的網(wǎng)絡空間和學習環(huán)境^[1]。近年來，教育APP 作為一種新型學習資源，隨著移動硬件設備的發(fā)展和信息通信技術(shù)的進步，取得了驚人的增長。而兒童目前已成為移動互聯(lián)網(wǎng)的重要消費群體，早期教育類APP 作為一種新興載體，為兒童教育市場的發(fā)展提供了巨大的支持。

隨著人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)等多項技術(shù)的加入，早期教育類APP 依托強大且豐富的擴展功能，通過智能感知學習情境的變化為學習者提供實時交互、整合資源以及個性化學習支持服務。國際研究表明，智能移動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習體驗^[2]。相關(guān)研究數(shù)據(jù)也顯示，在蘋果和谷歌的應用商店中，面向幼兒的教育應用是用戶最常訪問或購買的應用類別之一^[3]。教育APP 正在迅速成為向?qū)W齡前兒童提供教育內(nèi)容的新媒體。

本研究通過抽取100 個早教類APP，涵蓋了多種主題，對當前早教類APP 所具有的功能、智能化以及個性化程度進行了闡述，總結(jié)了早教APP 的整體發(fā)展情況，進而為今后早教類APP 的進一步開發(fā)和設計提出了建議。

1   研究設計

1.1 研究方法

本文的研究過程分為以下幾個步驟：①確定研究對象的范圍以及樣本來源；②抽取研究樣本；③整理樣本并進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計；④對統(tǒng)計結(jié)果進行分析。

1.2 樣本來源

本研究選擇某應用市場作為研究樣本來源。在應用市場中，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 個早教類APP，參考應用簡介，去掉不相關(guān)或明顯不符合要求的應用，最終選取了100 個早教類APP 進行抽樣分析。在確定了樣本來源后，本研究通過收集整理100 個早教類APP 的應用簡介，使用精靈標注軟件對其中100 個APP 的業(yè)務功能部分進行標注并匯總，共得到有效數(shù)據(jù)778 條。

在得到數(shù)據(jù)后，使用python 中的jieba 中文自然語言處理分詞庫對收集到的數(shù)據(jù)進行分詞，在pycharm 編譯環(huán)境中使用python 語言導入matplotlib 庫，對分詞后的功能數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，并生成可視化圖表進行數(shù)據(jù)分析。

2   研究結(jié)果分析

2.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

在對早期教育類APP 的功能進行統(tǒng)計并分析詞頻后，選取了排名前20 的功能，進行數(shù)據(jù)可視化分析，并根據(jù)功能數(shù)據(jù)，匯總了早期教育類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”、“故事”、“游戲”、“動畫”、“兒歌”、“學習”、“英語”、“體驗”、“拼音”、“課程”。其中，“互動”在47% 的樣本APP 的功能中出現(xiàn)過，次數(shù)最多；38%的樣本早教類APP 都出現(xiàn)過“故事”；“游戲”和“動畫”分別占了33% 和29%?！肮适隆薄ⅰ坝螒颉?、“動畫”等作為兒童主要的學習活動方式，成為早教類APP最常見的功能。

除了早教類APP 中比較常見的功能外，“互動”、“智能”、“場景”、“模擬”等新興功能隨著技術(shù)開始賦能教育領(lǐng)域以及移動智能學習時代的到來也應運而生，成為早教類APP 功能中的一抹亮色。

2）功能體系

根據(jù)早教類APP 的功能數(shù)據(jù)，通過參考早教類APP 中比較常見的功能以及一些突出特色的功能，選取了“學習”、“互動”、“課程”、“場景”、“模擬”、“智能”、“個性化”七個功能作為一級功能，并在每個功能下分別列出二級功能，構(gòu)成早教類APP 的主要功能體系。

如表1 所示，通過進一步分析早教類APP 的功能體系發(fā)現(xiàn)，許多早教APP 都將實時互動、場景模擬、智能分析、個性化推動與教育過程相結(jié)合。具有“課程”功能早教類APP 大部分都支持課程回放，并且課程的種類和主題豐富，包括語數(shù)英等知識類課程、藝術(shù)課程、特定的主題課程等，學生在聽課的同時還能與老師實時互動，課程結(jié)束后自動生成學習報告，兒童能獲得豐富的學習體驗。“故事”、“游戲”、“動畫”、“兒歌”作為幼兒教育中一種重要的學習工具，將幼兒的喜好與知識結(jié)合起來，成為許多早教類APP 功能組成的重要一部分，以認知、健康、神話、啟蒙等為主題的有聲繪本、音頻故事、早教動畫、英語兒歌等教育資源頗為豐富。

2.2 研究結(jié)論

1） 早教類APP 的功能特征

早期教育類APP 自出現(xiàn)起就受到廣大用戶的關(guān)注，因為這類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，讓兒童在開闊視野的同時激發(fā)兒童的創(chuàng)造力。綜合分析早期教育類APP 的功能現(xiàn)狀可以歸納出以下幾點特征。

①課程內(nèi)容主題豐富

在表1 中可以看出早教APP 課程的內(nèi)容主題較豐富，當前早教類APP 的學習課程已經(jīng)不再局限于單一學科或某方面的知識，而是融合了多種形式、主題多樣的課程。在內(nèi)容層面，包括語數(shù)英等學科課程，內(nèi)容涵蓋了拼音古詩、數(shù)學思維以及單詞口語，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(yǎng)、成長教育等內(nèi)容，通過趣味化的教育情境，激發(fā)兒童的好奇心，在潛移默化中養(yǎng)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、動畫等，通過創(chuàng)設各種語言情境，促進兒童早期語言能力的發(fā)展，體現(xiàn)了關(guān)注兒童的思維過程，根據(jù)兒童的認知水平和思維方式提供適宜學習活動的教育理念。

②情境互動占據(jù)功能主體部分

與傳統(tǒng)的接收式學習理念不同的是，在47% 的早教類APP 中都出現(xiàn)了“互動”的功能，進一步分析發(fā)現(xiàn)，在這些APP 中，學習的形式不再是教師單一授課，學生只能通過錄制好的視頻學習，而是實現(xiàn)了在線課程互動，學生在聽課過程中可以隨時與授課老師交流討論。除此之外，互動小游戲、互動閱讀、互動教學融合了情境教學、啟發(fā)探索、激勵式教學等教學理念，在豐富多樣的情境下，通過設計兒童與角色對話、趣味答題等方式實現(xiàn)了與學習者多感官互動，兒童成為主動的信息構(gòu)建者，不是被動的刺激接受者。

③場景化設計突出

如圖1 所示，“場景”作為互聯(lián)網(wǎng)時代下人們經(jīng)常談到的詞匯，在早教類最常見的功能中排在第13 位，15% 的早教APP 中都出現(xiàn)過場景化的相關(guān)功能。進一步分析可以發(fā)現(xiàn)，如表1 所示，在早教類APP 中，出現(xiàn)了“3D 場景互動”、“場景再現(xiàn)”、“真實場景模擬”等功能。實際上，場景化思維，已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)時代下企業(yè)的聚焦點。所謂教育APP 的場景化，實際上是以現(xiàn)實生活為題材，將真實的生活場景展現(xiàn)在APP中，使人們在使用APP 功能的同時，也在感受現(xiàn)實世界，同時也影響著人們對于現(xiàn)實世界的認知^[4]。應用在早教APP 的設計中，將場景化思維與職業(yè)體驗、互動體驗結(jié)合在一起，當兒童學習英語數(shù)學、體驗動手做飯時，模擬真實的場景，帶給兒童沉浸式的體驗。兒童在這個過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(guī)律。

④家長參與度提升

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

2）早教類APP 的不足

在深入分析早期教育類APP 的功能特征后，可以發(fā)現(xiàn)早教類APP 的確為兒童的認知發(fā)展和啟蒙教育提供了支持，但也存在如下幾點不足：

①學科知識占據(jù)教學內(nèi)容主要部分

如圖1 所示，從早教類APP 最常見的前20 項功能中可以發(fā)現(xiàn)，“英語”、“拼音”、“數(shù)學”、“識字”占據(jù)了四項，由表1 可知，在所有的教學課程中，以語數(shù)英為主的學科課程占到了60%，而其他課程只占40%，由此可知，在許多早教APP 中學科知識占據(jù)教學內(nèi)容的主要部分。根據(jù)皮亞杰的認知發(fā)展階段理論，學齡前兒童此時處于前運算階段，這一時期是兒童的表象思維階段，僅能進行象征性的活動或游戲，還無法進行邏輯思維和群集運算。早教類APP 作為實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 的設計價值及教育理念也不應該以發(fā)展學科能力為目的，而應激發(fā)兒童的潛能，對兒童進行啟蒙教育，借此打開新世界的大門，但是不應要求他們對知識進行深入探究^[5]。

②個性化程度不高

部分早教APP 在課程設置里實現(xiàn)了根據(jù)不同年齡兒童的身心發(fā)展規(guī)律來規(guī)劃課程，并實現(xiàn)個性化智能推送，避免有超出兒童認知發(fā)展水平的內(nèi)容，符合兒童的認知發(fā)展規(guī)律。除此之外，在上課過程中，提供了AR模擬老師和真人助教老師一對一個性化指導服務，實現(xiàn)了以學習者為中心、適應不同學習者的學習方式。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性化服務，如通過數(shù)據(jù)采集來分析每一位學習者的學習特點和風格，制定適合不同用戶的學習方案，滿足學習者的個性化需求。

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(jié)合，于是出現(xiàn)了“互動游戲”、“游戲化學習”等。通過將教學內(nèi)容與游戲元素相結(jié)合，寓教于樂，實現(xiàn)對兒童的啟蒙教育；通過游戲化的激勵方式，如闖關(guān)獎勵等，提升兒童的學習動機，調(diào)動兒童的學習興趣。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單組合，或者只是將游戲作為一種練習、學習知識點的形式[6]。如有些APP所具有的“識字游戲”功能，即讓學習者在動畫界面先認識漢字再進行選擇，這實際上是另一種形式的書本搬家，并沒有深入理解游戲的設計理念和思維，將啟蒙的知識內(nèi)容真正與游戲融合，以達到充分調(diào)動兒童的好奇心，將外部活動轉(zhuǎn)化為內(nèi)部心理活動，實現(xiàn)教育過程的“內(nèi)化”，促進兒童的個性發(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音、圖形識別層面，部分APP雖然設計開發(fā)了智能AI 教學功能，但是僅僅停留在識別糾正兒童發(fā)音，引導兒童在教學界面學習。對于兒童不同的學習狀態(tài)、知識的掌握程度和情緒，無法提供全面、系統(tǒng)和協(xié)調(diào)的反饋以及情感支持。也無法針對不同的學習者進行一對一個性化智能交互。

3   展望與建議

充分的研究已經(jīng)表明，移動學習資源的互動性能夠通過激發(fā)孩子的興趣來增強他們的學習效果，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(nèi)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APP 的功能研究，對早教類APP 的進一步開發(fā)和設計提出以下幾個方面的建議。

1）設計對話式學習模式

最新研究表明，兒童天生就喜歡通過社交和游戲從其他人那里學習語言。在沒有社會互動的情況下，接觸足夠數(shù)量的口語可能促進兒童語言或詞匯發(fā)展的最有效方法，而兒童進入學校之前的口語發(fā)展可以顯著影響兒童早期讀寫能力的獲得，從而影響他們以后的教育成功^[8]。因此，在早教APP中應設計開發(fā)虛擬代理作為學習助手，通過設計自適應學習轉(zhuǎn)換模型，學習助手能夠設定為教師、學習同伴等多種角色，不同的角色承擔不同的功能，通過與學生對話、交流來參與學生的知識建構(gòu)、表達、合作和反思等學習活動，實現(xiàn)個性化輔導。當學習助手設定為教師，即輔導者時，學習助手承擔教授新知識，提供腳手架的功能；當學習助手設定為同伴時，則進入一種同伴學習模式，同伴學習是一種雙向互動的學習活動，學生可以與學習助手共同學習，對等提問，通過積極的相互幫助和支持來獲得知識和技能。

2）智能化評估

在學生使用APP 的過程中，一方面通過檢測兒童講話過程中節(jié)律特征上的4 個主要線索（目光、音調(diào)、單詞和活力），智能感知學生的情緒狀態(tài)；另一方面，在兒童的學習過程中實時評估兒童現(xiàn)有的語言能力和邏輯思維能力，并提供與其現(xiàn)有水平相適應、略帶難度的學習內(nèi)容，從而實現(xiàn)學習效益最大化。例如，在講故事的過程中根據(jù)兒童的認知水平不斷引入新的詞匯，構(gòu)造不同的句子結(jié)構(gòu)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，兒童可以學到更多的詞匯并增加自己講述故事的長度和復雜性。

3）加強情感支持與反饋

國外學者Choy 提出，在線教學為學生學習場所的多樣化和創(chuàng)新教學提供了新的平臺，但是學生在這個過程中獲得的反饋以及從傳統(tǒng)學習向在線學習成功過渡所需的支持卻非常有限[9]。在早教類APP 中，學生雖然能在課程中與教育者進行互動，但是依然無法獲得全面、系統(tǒng)和協(xié)調(diào)的情感支持，在故事、兒歌等功能中，也無法及時根據(jù)兒童的反應提供反饋。因此，早教APP 的反饋應主要包括兩個方面：一方面是及時回答學生的問題，為學生提供腳手架，促進學生思考；另一方面智能感知學生的情緒狀態(tài)，通過對話實現(xiàn)交流、陪伴功能。學習助手可以適時表現(xiàn)出不同的支持狀態(tài)（例如，犯錯誤、尋求幫助、表現(xiàn)出好奇心和學習的積極性），當學習助手表現(xiàn)為缺乏知識的新手并向兒童尋求幫助時，這可能有助于支持兒童的主動學習，并在學習變得具有挑戰(zhàn)性時增強兒童的自尊。

參考文獻：

[1] 教育部等八部門.關(guān)于引導規(guī)范教育移動互聯(lián)網(wǎng)應用有序健康發(fā)展的意見[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] 宋樹萍.手機APP與現(xiàn)實生活場景化[J].重慶社會科學,2017(5):112-116.

[5] 張炳林.幼兒教育軟件設計與開發(fā)策略[J].學前教育研究,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.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年10月期）