448｜迈向 AI 增强型教科书：个性化与多重表征

引言：挣脱“一刀切”的枷锁

大家好，我们是Google的LearnLM团队。今天，我想和大家分享一段旅程——一段关于如何用AI重新想象和塑造我们这个时代最基础的学习工具：教科书的旅程。

想象一下，教科书就像一张为所有游客绘制的固定地图。无论你是经验丰富的徒步者，还是悠闲的城市漫游者；无论你对历史古迹充满热情，还是只对美食感兴趣，你拿到的都是同一张地图。它准确、可靠，但终究是静态的、普适的。它无法告诉你哪条路风景最美，无法为你规划一条符合你体力的路线，更无法在你迷路时提供实时的引导。这就是传统教科书面临的困境：它是“一刀切”的媒介，为了服务所有人，最终可能无法完美地服务于任何一个人。

我们团队一直在思考：在生成式AI的浪潮之下，我们能否创造出一种“活的”教科书？一本能够理解你、适应你，并以你最容易接受的方式与你交流的教科书？这不仅仅是把纸质内容搬到屏幕上，而是从根本上重塑学习材料的形态和功能。于是，“Learn Your Way”项目应运而生。我们的核心信念是，学习不应该是一条单行道，而应是一场量身定制的探索。

两大基石：个性化与多重表征

我们的整个系统构建在两大核心的教育学理论之上：个性化 (Personalization) 和 多重表征 (Multiple Representations)。它们就像我们探索未来教育的“南”与“北”，指引着所有技术的研发方向。

个性化：让知识说你的“语言”

个性化学习的核心在于，将新知识与学习者已有的知识网络连接起来。这就像向一位朋友介绍新朋友，如果你说“这位新朋友和你一样热爱篮球”，他们之间的连接会瞬间建立。我们的AI做的就是这件事。它首先会了解两个关键信息：你的年级水平和你的个人兴趣。

然后，AI会像一位经验丰富的翻译，将原始的、略显枯燥的文本，“翻译”成符合你认知水平和兴趣背景的语言。比如，在解释牛顿第三定律时，原始文本可能会用“你踢到脚趾”这个例子。但如果你热爱篮球，AI会为你重写成：“想象你运球，你用力将球拍向地面，地面同样用力将球弹回你的手中。” 这就是作用力与反作用力。这个小小的改动，却能瞬间点燃学习的火花。

多重表征：从不同角度看同一颗钻石

单一的文本描述就像从一个角度观察一颗钻石，你只能看到它的一个切面。为了全面理解它的璀璨，你需要从不同角度、在不同光线下观察。学习科学中的“双码理论” (Dual Coding Theory) 告诉我们，当信息以语言和视觉等多种形式同时编码时，记忆和理解会更加深刻。

因此，在对文本进行个性化之后，我们的AI会扮演一位“内容创作大师”，将同一核心知识点，创作成多种不同的形态：

• 沉浸式文本：这是核心，图文并茂，并嵌入了互动问题。
• 叙事幻灯片：像一堂迷你课，提炼要点，配上生动的图片和旁白。
• 音频课程：模拟老师和学生之间的对话，用问答形式揭示知识的微妙之处。
• 心智图：将知识结构化，让你一目了然地看到各个概念之间的联系，就像一张知识的“地铁图”。

学习者可以根据自己的偏好和需求，在这些形态之间自由切换。想快速了解梗概？看幻灯片。想深入细节？读沉浸式文本。想在通勤路上学习？听音频课程。这种选择的自由，正是我们所说的“Learn Your Way”——以你的方式学习。

揭秘幕后：两步走的AI生成流程

你可能会好奇，这一切是如何实现的？我们的系统遵循一个清晰的两步生成流程，这保证了内容的质量和相关性。

1. 文本个性化阶段：我们首先将原始的教材内容输入到我们的核心模型（Gemini 2.5 Pro）中。我们给AI下达明确的指令，比如：“请将这段关于‘市场经济’的文本，改写为适合7年级学生阅读的水平，并融入‘足球’相关的例子。” AI会首先进行文本的“降级”或“升级”，以匹配目标阅读水平，然后巧妙地将“足球转会市场”作为市场经济的案例，替换掉原文中可能较为抽象的例子。
2. 内容转换阶段：个性化后的文本成为了新的“事实源泉”。我们基于这段新文本，再次调用AI，但这次的指令不同。我们会要求它：“根据这段文字，生成一个5页的幻灯片，包含关键概念、提问和总结。”或者“将这段文字改编成一段老师和学生之间的对话，老师负责讲解，学生负责提问和确认。” 甚至，我们会为图像生成模型（一个为教育场景特别微调过的模型）提供文本片段，生成与个性化内容紧密相关的视觉插图。

这个过程确保了所有生成内容，无论形式如何，都源于同一个经过个性化处理的核心，从而保证了知识的一致性和准确性。

实践是检验真理的唯一标准

一个听起来很酷的系统，如果不能真正帮助学生学习，那它也只是一个华丽的玩具。因此，我们进行了两轮严格的评估。

教学法专家的“火眼金睛”

我们邀请了多位教育领域的专家，对“Learn Your Way”生成的数千份材料（涵盖从历史到物理的10个不同主题）进行全面评估。他们使用的“标尺”是一个包含12个维度的专业教学法量规，比如准确性、认知负荷、能否激发好奇心等等。

结果令人振奋：所有组件的平均分都非常高。例如，“音频课程”和“嵌入式问题”在激发主动学习方面得分最高。专家们认为，AI生成的个性化案例不仅有趣，而且在教学上是恰当的。唯一的“短板”是视觉插图，这反映出即便是最先进的AI，在创作具有精确教学意义的示意图方面仍有挑战——这也是我们未来需要攻克的方向。

真实学生的学习效果：随机对照试验

最关键的考验来自真实的学生。我们在芝加哥地区招募了60名15-18岁的学生，将他们随机分为两组：

• 实验组：使用“Learn Your Way”学习一篇关于“青少年大脑发育”的陌生文章。
• 对照组：使用标准的PDF阅读器学习同样的文章。

在40分钟的学习后，所有学生都参加了相同的即时测试。三天后，他们又参加了一次记忆保留测试。

结果是决定性的。 无论是在即时测试还是在三天后的记忆测试中，使用“Learn Your Way”的学生得分都显著高于对照组的学生。这不仅仅是学生们觉得“更有趣”（在随后的调查中，90%的学生认为我们的工具使用起来很愉快，而对照组只有57%），而是他们实实在在地学到了更多，也记住了更多。

“我感觉这个工具真的在为我着想。那些例子都是我喜欢的东西，让我一下子就明白了。” —— 一位参与研究的学生

未来展望：这仅仅是开始

“Learn Your Way”证明了AI增强型教科书的巨大潜力，但这只是冰山一角。我们正站在一个教育新纪元的黎明。未来，我们可以做得更多：

• 更深度的自适应：系统可以根据你的答题情况，动态调整后续内容的难度和重点。如果你在某个概念上卡住了，它会为你提供更多的例子和解释。
• 更丰富的互动形式：想象一下，你可以和一个AI生成的“苏格拉底”进行对话，或者在虚拟实验室里完成物理实验。
• 赋能教师：我们希望将这个工具交到教师手中，让他们可以轻松地为整个班级创建个性化的学习材料，并实时了解每个学生的学习进度和难点。

我们的工作表明，通过将尖端的生成式AI技术与坚实的学习科学原理相结合，并由教育专家精心雕琢和评估，我们完全有能力为下一代学习者创造出远超今日想象的学习体验。教科书不再是一本静态的书，而是一位永远耐心、充满智慧、并且真正懂你的个人导师。