科大揭示AI教師課前互動堪比真人教師 首以神經科學實證 AI互動模式有助提升線上教育成效

香港文匯報訊（記者 史柳藝）全球數以百萬計學生透過獨自觀看預錄視像學習，此模式為MOOC及大型線上課程的基礎。然而，自疫情以來，線上學習人數雖大幅上升，學生的學習參與度及整體成效卻普遍下降，引發學界關注。香港科技大學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領導的研究團隊發現：學生在觀看線上教學視像前，若先與授課教師，不論是真人還是人工智能（AI）教師進行約8至10分鐘簡短對話，可有效促進學生的大腦活動同步，提升整體學習效果。相關研究成果於國際學術期刊《Neuron》發表，首次從神經科學層面提供實證，顯示AI教師在提升網上學習成效方面，可媲美真人教師。

真人教師與AI教師可達致相若的學習成效，但其所涉及的神經處理路徑並不相同。人際互動同時啟動認知鷹架的構建及強烈的社交情感處理，並透過視線同步加以調節；而AI互動則主要支持由上而下的認知處理。研究顯示，無論由AI或由人類教師主導的課前互動，在記憶、理解及知識傳遞三個層面上，學習成效在統計上並無顯著差異。

研究團隊招募了 57 名大學生，將其分成三組進行實驗：第一組直接觀看14分鐘視像課程（無互動）；第二組課前與真人教師對話8至10分鐘；第三組則與外觀及聲音高度接近真人的AI教師進行相同時長對話。（學生清楚知悉對方為AI，該AI教師以GPT-4生成式AI模型為基礎，具備語音辨識、內容生成、語音合成及頭像動畫等功能）三組學生隨後在磁力共振掃描器內觀看相同課程，團隊同步記錄其眼動及大腦神經數據，並比較課後學習成績。

研究結果相當顯著。無論是與真人教師還是AI教師交流過的學生，在隨後觀看視像課程時，其大腦中負責資訊處理、認知資源分配和社交情感反應等區域的神經活動均呈現更高程度的同步性。在記憶、理解能力及知識傳遞三個層面上，兩組學生之間皆未觀察到明顯差異。

相較之下，未曾在課前與教師進行社交互動的學生則並未出現上述神經活動模式，其學習成效也明顯不如曾進行課前互動的學生。

李平表示：「研究顯示，真人互動組與AI互動組的學生，在學習過程中展現出相近似的大腦活動模式，且在學習成效上，尤其是在理解較具挑戰性的題目時，兩組學生的表現均明顯優於未進行課前互動的學生。」這表示了社交互動——即使只是短暫、且由AI促成——也能從根本上影響大腦為學習作好準備的方式。

儘管AI互動帶來的學習成果與真人互動相當，但研究也發現兩者仍存在一些差異。與AI互動的學生，其感知到的社交親近感較低，並且在聽課過程中視線專注程度也較低。然而，這並未影響他們的學習效果。

研究結果顯示，AI毋須完美複製真人互動，亦能發揮良好的教學效果；只要具備足夠的社會情感回應能力，並結合其在知識檢索與個人化學習方面的運算優勢，已足以有效支援學生學習。

論文第一作者、科大博士後研究員彭穎瀅指出：「研究揭示了認知歷程與大腦運作之間的雙向作用機制。當學生將專注力集中在相同的學習內容上時，其大腦神經活動同步性會隨之提高，而這種同步的大腦活動又會進一步促進專注力資源分配的一致性。兩者相互強化，共同支撐學習歷程的有效運作。」

李平表示：「這預示着教育的社會及情感功能即將邁向重大轉變。即使是AI教師，也能停下來，察覺學生的細微反應，並作出關切而即時的回應。」他強調，如果人類溝通的這些細微舉動能夠成功融入AI賦能的教學系統，將有助學生在數碼課堂中學習，讓學生切實感受到被看見、被聽見、以及建立真實的社交情感的可能。