Google這篇論文提出了一個(gè)名為 Learn Your Way 的AI增強(qiáng)型教科書(shū)系統(tǒng)，通過(guò)生成式AI（Gen-AI）解決傳統(tǒng)教科書(shū)無(wú)法適應(yīng)不同學(xué)習(xí)者的知識(shí)水平、興趣和學(xué)習(xí)風(fēng)格的問(wèn)題。

其核心貢獻(xiàn)在于：

• 提出了一個(gè)兩階段AI生成框架：
  文本個(gè)性化 (Personalization)：根據(jù)學(xué)習(xí)者的年級(jí)水平和個(gè)人興趣重寫原始教材。
  內(nèi)容多模態(tài)化 (Multi-representation)：將個(gè)性化后的文本轉(zhuǎn)換為多種學(xué)習(xí)形式，如幻燈片、音頻課程、思維導(dǎo)圖等。
• 構(gòu)建了一個(gè)完整的學(xué)習(xí)體驗(yàn)：系統(tǒng)集成了沉浸式文本、交互式練習(xí)和形成性評(píng)估，創(chuàng)造了一個(gè)動(dòng)態(tài)、個(gè)性化的學(xué)習(xí)環(huán)境。
• 提供了實(shí)證效果評(píng)估：通過(guò)專家評(píng)審和隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)（RCT）證明，與使用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字閱讀器相比，使用Learn Your Way的學(xué)生在即時(shí)理解和三天后的知識(shí) retention（ retention）上都取得了統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著的更高分?jǐn)?shù)，并獲得了更積極的學(xué)習(xí)體驗(yàn)反饋。

一、傳統(tǒng)教科書(shū)的問(wèn)題與機(jī)遇

• 問(wèn)題

一刀切 (One-size-fits-all)：無(wú)法適應(yīng)不同學(xué)習(xí)者的知識(shí)水平、興趣和學(xué)習(xí)風(fēng)格。

更新迭代慢：任何修訂、補(bǔ)充或替代內(nèi)容都需要大量的人力和時(shí)間，難以規(guī)?；?/p>

被動(dòng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)：主要是靜態(tài)文本，缺乏互動(dòng)和即時(shí)反饋，難以激發(fā)和維持學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

• Gen-AI在教育領(lǐng)域的一些機(jī)遇

規(guī)模化內(nèi)容生成：可為任何學(xué)習(xí)材料快速生成輔助內(nèi)容。

動(dòng)態(tài)個(gè)性化：能根據(jù)學(xué)習(xí)者的具體屬性（如年級(jí)、興趣、表現(xiàn)）實(shí)時(shí)調(diào)整內(nèi)容。

多模態(tài)轉(zhuǎn)換：能將同一內(nèi)容轉(zhuǎn)化為文本、圖像、音頻、視頻等多種形式，符合不同學(xué)習(xí)偏好。

即時(shí)評(píng)估與反饋：能生成針對(duì)性的練習(xí)題和測(cè)驗(yàn)，并提供即時(shí)、個(gè)性化的反饋，促進(jìn)形成性評(píng)估。

二、Learn Your Way

2.1. 總體架構(gòu)：兩階段生成方案

第一階段：文本個(gè)性化 (Text Personalization) ：系統(tǒng)首先將原始教材內(nèi)容進(jìn)行重寫，使其更貼合特定學(xué)習(xí)者。

第二階段：內(nèi)容多模態(tài)化 (Content Transformation) ：基于已經(jīng)個(gè)性化的文本，系統(tǒng)生成多種不同的內(nèi)容視圖（Views）和學(xué)習(xí)組件。

2.2. 第一階段：文本個(gè)性化 (Text Personalization)

此階段的目標(biāo)是讓內(nèi)容對(duì)學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)"剛剛好"——既不過(guò)于簡(jiǎn)單也不過(guò)于困難，同時(shí)與他們的興趣相關(guān)聯(lián)。

2.2.1. 個(gè)性化維度

1. 年級(jí)水平 (Grade Level)

• 目標(biāo)：將內(nèi)容調(diào)整到學(xué)習(xí)者的閱讀和理解水平。
• 方法：使用Flesch-Kincaid Grade (FKG)等可讀性指標(biāo)作為目標(biāo)，通過(guò) Gen-AI 將原文"重定級(jí)"（re-leveling）。
• 關(guān)鍵點(diǎn)：在調(diào)整語(yǔ)言復(fù)雜度的同時(shí)，嚴(yán)格保持事實(shí)性和內(nèi)容覆蓋面。

2. 個(gè)人興趣 (Personal Interests)

• 對(duì)籃球愛(ài)好者：會(huì)用"球員投籃時(shí)，手對(duì)球施加力，球也對(duì)手施加反作用力"來(lái)解釋。
• 對(duì)藝術(shù)愛(ài)好者：會(huì)用"畫家畫畫時(shí)，畫筆對(duì)畫布施加力，畫布也對(duì)畫筆施加反作用力"來(lái)解釋。
• 目標(biāo)：讓內(nèi)容更具相關(guān)性和吸引力。
• 方法：學(xué)習(xí)者從預(yù)設(shè)列表（如體育、音樂(lè)、食物）中選擇一個(gè)興趣點(diǎn)。系統(tǒng)會(huì)識(shí)別原文中適合進(jìn)行興趣關(guān)聯(lián)的部分，并用與該興趣相關(guān)的例子和比喻進(jìn)行重寫。
• 示例：在講解牛頓第三定律時(shí)：
• 認(rèn)知科學(xué)依據(jù)：將新知識(shí)與學(xué)習(xí)者已有的、熟悉的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)（興趣領(lǐng)域）建立連接，可以顯著提高理解和記憶效率。

2.3. 第二階段：內(nèi)容多模態(tài)化 (Content Transformation)

此階段的目標(biāo)是提供豐富的、可選擇的學(xué)習(xí)路徑，讓學(xué)習(xí)者可以用最適合自己的方式吸收知識(shí)。

2.3.1. 核心視圖組件

1. 沉浸式文本 (Immersive Text)

• 嵌入式問(wèn)題 (Embedded Questions)：在段落末尾點(diǎn)擊問(wèn)號(hào)即可彈出的小測(cè)驗(yàn)，提供即時(shí)反饋，強(qiáng)化理解。
• 時(shí)間線 (Timeline)：自動(dòng)識(shí)別并可視化歷史事件、實(shí)驗(yàn)步驟或算法流程，降低認(rèn)知負(fù)荷。
• 記憶輔助 (Memory Aid)：自動(dòng)生成記憶術(shù)（Mnemonics）來(lái)幫助記憶復(fù)雜的列表或概念。例如，用一個(gè)有趣的句子來(lái)記住生物分類的層級(jí)。
• 視覺(jué)插圖 (Visual Illustrations)：為關(guān)鍵概念生成定制化的教育圖片。論文特別提到，他們?yōu)榇藢ｉT微調(diào)了一個(gè)圖像生成模型，因?yàn)橥ㄓ媚Ｐ驮谏珊?jiǎn)潔、準(zhǔn)確的教育插圖方面表現(xiàn)不佳。
• 定位：系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。它是一份經(jīng)過(guò)個(gè)性化的、完整的、連貫的文本。
• 增強(qiáng)點(diǎn)：在文本中穿插了多種AI生成的增強(qiáng)元素，將被動(dòng)閱讀變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)：

2. 幻燈片與旁白 (Slides and Narration)

• 結(jié)構(gòu)化：將內(nèi)容分解為核心要點(diǎn)。
• 引導(dǎo)性：包含啟發(fā)性問(wèn)題和互動(dòng)活動(dòng)建議。
• 可聽(tīng)化：配有類似教師授課的自然語(yǔ)音旁白，比單純的文字更具吸引力。
• 定位：提供一個(gè)類似課堂講授的、高度概括的視圖。
• 特點(diǎn)：

3. 音頻-圖形課程 (Audio-Graphic Lesson)

• 雙角色對(duì)話：系統(tǒng)使用兩個(gè)獨(dú)立的AI"角色"——教師和學(xué)生。
• 真實(shí)互動(dòng)："學(xué)生"角色對(duì)材料是"無(wú)知"的，會(huì)提出真實(shí)的問(wèn)題，甚至暴露常見(jiàn)的誤解，使得講解過(guò)程更自然、更有針對(duì)性。
• 動(dòng)態(tài)圖形：在對(duì)話進(jìn)行時(shí)，動(dòng)態(tài)展示概念圖和關(guān)鍵關(guān)系。
• 定位：模擬師生對(duì)話，深入講解復(fù)雜概念。
• 創(chuàng)新點(diǎn)：
• 認(rèn)知科學(xué)依據(jù)：符合**雙重編碼理論 (Dual Coding Theory)**，即同時(shí)使用語(yǔ)言和非語(yǔ)言（圖像）編碼可以增強(qiáng)記憶和理解。

4. 思維導(dǎo)圖 (Mind Maps)

• 概念結(jié)構(gòu)化：將知識(shí)點(diǎn)及其關(guān)系以樹(shù)狀圖形式呈現(xiàn)。
• 可交互探索：用戶可以展開(kāi)或折疊節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)容的"縮放"式探索。
• 信息標(biāo)注：節(jié)點(diǎn)附帶說(shuō)明性文字和相關(guān)圖片。
• 定位：提供內(nèi)容的全局、層級(jí)化概覽。
• 功能：

2.4. 實(shí)踐與評(píng)估模塊 (Practice and Assessment)

評(píng)估是學(xué)習(xí)過(guò)程中不可或缺的一環(huán)，系統(tǒng)集成了兩種主要的評(píng)估形式：

1. 嵌入式問(wèn)題 (Embedded Questions)

• 作用：促進(jìn)主動(dòng)學(xué)習(xí)。在閱讀過(guò)程中插入，將學(xué)習(xí)者從被動(dòng)接收轉(zhuǎn)為主動(dòng)思考，并提供即時(shí)反饋來(lái)鞏固知識(shí)。

2. 章節(jié)測(cè)驗(yàn) (Quizzes)

• 動(dòng)態(tài)生成：基于整個(gè)章節(jié)的內(nèi)容。
• 多樣化：包含不同難度和類型的題目。
• 診斷性反饋：不僅給出分?jǐn)?shù)，還提供Glows & Grows（亮點(diǎn)與不足）式的分析，指出學(xué)習(xí)者掌握得好的地方和需要改進(jìn)的地方。
• 作用：在學(xué)完一個(gè)章節(jié)后，進(jìn)行一次綜合性的檢查。
• 特點(diǎn)：

三、評(píng)估與結(jié)果

論文采用了兩種互補(bǔ)的評(píng)估方法：專家評(píng)審和**隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn) (RCT)**。

3.1. 專家評(píng)審 (Pedagogical Evaluation)

3.1.1. 方法

• 材料：使用了來(lái)自 OpenStax 的 10 個(gè)不同主題的 PDF 教材。
• 配置：為每個(gè) PDF 生成了 3 種不同的（年級(jí), 興趣）組合。
• 評(píng)審者：多名教育學(xué)專家。
• 標(biāo)準(zhǔn)：專家們根據(jù)一個(gè)詳細(xì)的教學(xué)評(píng)分 rubric（見(jiàn)文末附錄）對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)組件進(jìn)行評(píng)分。主要維度包括：

準(zhǔn)確性 (Accuracy)

覆蓋面 (Coverage)

重點(diǎn)突出 (Emphasis)

參與度 (Engagement)

認(rèn)知負(fù)荷 (Cognitive Load)

促進(jìn)主動(dòng)學(xué)習(xí) (Active Learning)

深化元認(rèn)知 (Deepen Metacognition)

動(dòng)機(jī)與好奇心 (Motivation & Curiosity)

適應(yīng)性 (Adaptability)

學(xué)習(xí)目標(biāo)清晰度 (Clarity of Learning Intentions)

3.1.2. 結(jié)果

• 整體表現(xiàn)優(yōu)異：所有組件在各項(xiàng)指標(biāo)上的平均得分都很高（> 0.85），整體學(xué)習(xí)體驗(yàn)得分超過(guò) 0.90。
• 關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：

視覺(jué)插圖得分最低，印證了教育圖像生成的技術(shù)難度。

帶旁白的幻燈片比純幻燈片在"參與度"上得分顯著更高，說(shuō)明多模態(tài)結(jié)合的重要性。

3.2. 隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn) (Randomized Controlled Trial)

這是證明系統(tǒng)真實(shí)學(xué)習(xí)效果的關(guān)鍵。

3.2.1. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

• 參與者：60 名來(lái)自芝加哥地區(qū)、年齡在 15-18 歲的高中生。
• 分組：隨機(jī)分為兩組：

實(shí)驗(yàn)組：使用Learn Your Way系統(tǒng)。

對(duì)照組：使用標(biāo)準(zhǔn)的Adobe Acrobat Reader。

• 學(xué)習(xí)材料：所有學(xué)生學(xué)習(xí)同一章不熟悉的教材——《青少年大腦發(fā)育》。
• 流程：

前測(cè)：測(cè)量學(xué)生對(duì)主題的初始熟悉度。

學(xué)習(xí)：學(xué)生有 20-40 分鐘時(shí)間使用分配的工具學(xué)習(xí)。

即時(shí)后測(cè) (Immediate Assessment)：學(xué)習(xí)后立即進(jìn)行 15 分鐘的綜合測(cè)試。

問(wèn)卷調(diào)查：評(píng)估學(xué)生對(duì)工具的主觀感受。

訪談：進(jìn)行 20 分鐘的一對(duì)一訪談，深入了解體驗(yàn)。

延遲后測(cè) (Retention Assessment)：3 天后，通過(guò)郵件發(fā)送一個(gè) 5-10 分鐘的測(cè)試，評(píng)估知識(shí)的長(zhǎng)期記憶。

3.2.2. 核心結(jié)果

• 學(xué)習(xí)效果顯著提升：

即時(shí)測(cè)試：Learn Your Way組的平均分顯著高于對(duì)照組 (p=0.03)。

延遲測(cè)試：三天后，Learn Your Way組的平均分依然顯著高于對(duì)照組 (p=0.03)。

這表明該系統(tǒng)不僅能提升即時(shí)理解，還能促進(jìn)更持久的記憶。

• 學(xué)習(xí)體驗(yàn)積極正面： 學(xué)生對(duì)Learn Your Way的評(píng)價(jià)在所有維度上都顯著優(yōu)于對(duì)照組。例如：

97% 的學(xué)生認(rèn)為它幫助他們很好地理解了內(nèi)容（對(duì)照組為 87%）。

93% 的學(xué)生表示未來(lái)想繼續(xù)使用它（對(duì)照組為 67%）。

83% 的學(xué)生認(rèn)為它比他們現(xiàn)在使用的工具更有效（對(duì)照組為 40%）。

5.3. Learn Your Way實(shí)際的可用場(chǎng)景

1. 深入個(gè)性化：

• 擴(kuò)展屬性：除了年級(jí)和興趣，還可納入學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)目標(biāo)、情緒狀態(tài)等。
• 隱式信號(hào)：利用學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)（如閱讀時(shí)長(zhǎng)、點(diǎn)擊路徑、答題時(shí)間）作為個(gè)性化的輸入。

2. 動(dòng)態(tài)適應(yīng)性：

• 閉環(huán)學(xué)習(xí)：系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)生在測(cè)驗(yàn)中的表現(xiàn)，動(dòng)態(tài)調(diào)整后續(xù)內(nèi)容的難度、節(jié)奏和重點(diǎn)，形成真正的自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)路。

3. 增強(qiáng)互動(dòng)性：

• 引入更多交互式模擬和游戲化元素，以提高參與度和動(dòng)手能力。

4. 教師賦能：

• 將系統(tǒng)嵌入現(xiàn)有學(xué)習(xí)平臺(tái)，為教師提供學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的儀表盤，幫助他們了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、難點(diǎn)和誤區(qū)，從而進(jìn)行更精準(zhǔn)的輔導(dǎo)。

5. 負(fù)責(zé)任的AI應(yīng)用：

• 持續(xù)關(guān)注并優(yōu)化AI生成內(nèi)容的準(zhǔn)確性、公平性和安全性。
• 確保AI是增強(qiáng)人類教師和學(xué)習(xí)體驗(yàn)，而非取代它們。

??https://arxiv.org/pdf/2509.13348??

本文轉(zhuǎn)載自??CourseAI??，作者：CourseAI