师生之间的互动与情感连系，一直被视为提升学习成效的重要因素。不过，如果这种「课前互动」由人工智能取代，又会带来怎样的效果？
科大近日在神经科学顶尖期刊《Neuron》发表一项研究，发现学生在课前与 AI 进行简短的互动，就足以改变大脑，让脑子更好地准备高效的学习。
这项由人文社会科学学院进行的研究，首次从神经科学角度显示，课前与AI短暂互动，在提升在线学习体验方面，可达到与真人教师相近的效果，并为改善在线教学成效、增加学生投入感提供了一种可扩展的 AI 方案。
AI与真人实验
为了探究课前互动对学习的影响，科大人文社会科学学院院长兼心理学及认知科学讲座教授李平教授带领研究团队，将 57 名大学生随机分成三组进行实验：
• 无互动组：学生直接观看课堂录像，正如目前大多数在线学习的情形。
• 真人互动组：学生在课前与真人教师进行 8 至 10 分钟的面对面交流。
• AI 互动组：学生与 GPT-4 生成的AI教师进行同等时长的交流。该 AI 化身是根据真人导师的外观与声音定制而成，高度逼真。
这类对话的目的并非预习课程内容，而是作为一种「社交热身」，包括学生自我介绍、聊聊自己的兴趣和主修的学科，并通过聊天内容与即将讲授的课题联系起来。
随后，所有学生都在磁力共振扫描仪中观看同一段 14 分钟的教学影片，以记录他们的大脑反应、眼动追踪及学习表现。
大脑同步与学习成效
实验结果相当显著： AI互动完全可以媲美真人，两组学生在学习成效上并无明显差异。
在教学影片播放期间，真人互动组与 AI互动组的学生都展现出更强的大脑默认模式网络同步性。该区域通常在我们处于清醒休息、思考自己或别人、回忆过去或规划未来时最为活跃。对本研究尤为重要的是，该网络的神经同步性与理解和学习密切相关。
结果显示，这两组学生在针对课堂内容的记忆、理解及知识迁移测验中均表现更佳，尤其在难度较高的理解题上，优势更为显著。
简而言之，一段简短的课前对话，足以为学生的大脑做好了「热身」，激活社交与认知处理机制，令学习时更投入和有效。相比之下，无互动组的大脑同步性较弱，学习效益也较低。
李平教授指出，这意味着即使是短暂、闲聊式的对话——哪怕是AI主导的——也能在互动中实现师生间的同频，且这种效果会持续影响大脑后续对新信息处理的过程。
研究还追踪了学生观看影片时的眼睛注视的位置，发现与真人教师聊过天的学生，展现出更高的视线同步性。他们的目光轨迹与教师的视线以及彼此之间都更为一致。这种视觉专注力与颞上沟密切相关，该脑区负责语言理解与社交感知，是提升学习成效的关键。研究还发现，与认知控制相关的后扣带皮层的同步性，似乎以一种由上而下的模式引导学生的协调专注。
有趣的是，AI互动组学生的视线同步性虽然较低，学习成效却同样出色。AI 互动组在认知控制脑区展现出高度同步，这表明与AI的对话更倾向于帮助学生聚焦于分析信息本身之内容。
换言之，AI 与真人通过略微不同的神经路径来促进学习，但两者都能帮助学生达到相似的学习成果。。
那么AI 能媲美真人吗？
从学习成效来看，答案是肯定的。
不过，即使AI教师的外貌和声音高度接近真人，学生仍觉得与AI的社交亲近感稍逊一筹。情感连系虽较弱，但认知层面的影响依然强大。
这说明 AI 并不需要完美复制真人的温度，就能在教育上发挥作用。 学生清楚知道自己正在与AI互动，只要使用先进的对话式AI，依然能带来实质性的教学成果。
论文第一作者、科大博士后研究员彭颖滢博士指出，这项研究揭示了提升在线学习的多重途径：真人互动通过认知鹰架与情感及视觉专注力来促进学习，而 AI 互动则更大程度上支持自上而下的认知处理。
实验中还发生了一个令人印象深刻的小插曲：一位受试者在与AI教师互动时咳嗽，AI 教师随即回应：「我听到你刚才咳嗽了，请多保重。这一幕让在场的研究人员与受试者都深感震撼——原来AI系统如今已能展现出如此细腻的关怀与温度。
数字时代的教育扩展方案
随着AI 不断发展，理解它如何影响认知以及大脑如何适应这些变化，对发展可扩展、同时以人为本的主动学习模式非常重要。
在大型公开课中，一位导师无法在课前与一千名学生逐一谈天，但 AI 可以做到。
若AI能成为一座大规模扩展的社交桥梁，将能有效提升学生的注意力与学习表现，让在线学习不再是孤岛式的孤立体验。
正如李平教授所憧憬的：未来的教育将迈向重大转变，即使是AI教师，也能停下来，察觉学生的细微认知与情感变化，并以同理心回应，让每位学生在数码课堂也能感受到自己被看见、被听见。
