師生之間的互動與情感連繫，一直被視為提升學習成效的重要因素。不過，如果這種「課前互動」由人工智能取代，又會帶來怎樣的效果？
科大近日在神經科學頂尖期刊《Neuron》發表一項研究，發現學生在課前與 AI 進行簡短的互動，就足以改變大腦，讓腦子更好地準備高效的學習。
這項由人文社會科學學院進行的研究，首次從神經科學角度顯示，課前與AI短暫互動，在提升線上學習體驗方面，可達到與真人教師相近的效果，並為改善線上教學成效、增加學生投入感提供了一種可擴展的 AI 方案。
AI與真人實驗
為了探究課前互動對學習的影響，科大人文社會科學學院院長兼心理學及認知科學講座教授李平教授帶領研究團隊，將 57 名大學生隨機分成三組進行實驗：
• 無互動組：學生直接觀看課堂錄影，正如目前大多數線上學習的情形。
• 真人互動組：學生在課前與真人教師進行 8 至 10 分鐘的面對面交流。
• AI 互動組：學生與 GPT-4 生成的AI教師進行同等時長的交流。該 AI 化身是根據真人導師的外觀與聲音定制而成，高度逼真。
這類對話的目的並非預習課程內容，而是作為一種「社交熱身」，包括學生自我介紹、聊聊自己的興趣和主修的學科，並通過聊天內容與即將講授的課題聯繫起來。
隨後，所有學生都在磁力共振掃描器中觀看同一段 14 分鐘的教學影片，以記錄他們的大腦反應、眼動追蹤及學習表現。
大腦同步與學習成效
實驗結果相當顯著： AI互動完全可以媲美真人，兩組學生在學習成效上並無明顯差異。
在教學影片播放期間，真人互動組與 AI互動組的學生都展現出更強的大腦預設模式網絡同步性。該區域通常在我們處於清醒休息、思考自己或別人、回憶過去或規劃未來時最為活躍。對本研究尤為重要的是，該網絡的神經同步性與理解和學習密切相關。
結果顯示，這兩組學生在針對課堂內容的記憶、理解及知識遷移測驗中均表現更佳，尤其在難度較高的理解題上，優勢更為顯著。
簡而言之，一段簡短的課前對話，足以為學生的大腦做好了「熱身」，激活社交與認知處理機制，令學習時更投入和有效。相比之下，無互動組的大腦同步性較弱，學習效益也較低。
李平教授指出，這意味着即使是短暫、閒聊式的對話——哪怕是AI主導的——也能在互動中實現師生間的同頻，且這種效果會持續影響大腦後續對新資訊處理的過程。
研究還追蹤了學生觀看影片時的眼睛注視的位置。，發現與真人教師聊過天的學生，展現出更高的視線同步性。他們的目光軌跡與教師的視線以及彼此之間都更為一致。這種視覺專注力與顳上溝密切相關，該腦區負責語言理解與社交感知，是提升學習成效的關鍵。研究還發現，與認知控制相關的後扣帶皮層的同步性，似乎以一種由上而下的模式引導學生的協調專注。
有趣的是，AI互動組學生的視線同步性雖然較低，學習成效卻同樣出色。
AI 互動組在認知控制腦區展現出高度同步，這表明與AI的對話更傾向於幫助學生聚焦於分析資訊本身之內容。
換言之，AI 與真人通過略微不同的神經路徑來促進學習，但兩者都能幫助學生達到相似的學習成果。。
那麼AI 能媲美真人嗎？
從學習成效來看，答案是肯定的。
不過，即使AI教師的外貌和聲音高度接近真人，學生仍覺得與AI的社交親近感稍遜一籌。情感連繫雖較弱，但認知層面的影響依然強大。
這說明 AI 並不需要完美複製真人的溫度，就能在教育上發揮作用。 學生清楚知道自己正在與AI互動，只要使用先進的對話式AI，依然能帶來實質性的教學成果。
論文第一作者、科大博士後研究員彭穎瀅博士指出，這項研究揭示了提升線上學習的多重途徑：真人互動通過認知鷹架與情感及視覺專注力來促進學習，而 AI 互動則更大程度上支持自上而下的認知處理。
實驗中還發生了一個令人印象深刻的小插曲：一位受試者在與AI教師互動時咳嗽，AI 教師隨即回應：「我聽到你剛才咳嗽了，請多保重。」
這一幕讓在場的研究人員與受試者都深感震撼——原來AI系統如今已能展現出如此細膩的關懷與溫度。
數位時代的教育擴展方案
隨着AI 不斷發展，理解它如何影響認知以及大腦如何適應這些變化，對發展可擴展、同時以人為本的主動學習模式非常重要。
在大型公開課中，一位導師無法在課前與一千名學生逐一談天，但 AI 可以做到。
若AI能成為一座大規模擴展的社交橋樑，將能有效提升學生的注意力與學習表現，讓線上學習不再是孤島式的孤立體驗。
正如李平教授所憧憬的：未來的教育將邁向重大轉變，即使是AI教師，也能停下來，察覺學生的細微認知與情感變化，並以同理心回應，讓每位學生在數碼課堂也能感受到自己被看見、被聽見。
