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多智能体学习环境中的学生-AI 交互动态:支持个性化学习并缩小成绩差距

论文精读:Hao 等(2026)基于 75,896 条对话记录,揭示多智能体学习环境中「知识共建」与「共同调节」两种参与模式,如何差异化地支持不同先验知识水平的学生、缩小成绩差距。

文献:Hao, Z., Cao, J., Li, R., Yu, J., Liu, Z., & Zhang, Y. (2026). Mapping student-AI interaction dynamics in multi-agent learning environments: Supporting personalized learning and reducing performance gaps. Computers & Education, 241, 105472.

研究问题:生成式人工智能正在进入课堂,但多数研究考察的是“学生与单一 AI 助手的对话”。当系统不再是一个聊天机器人,而是由多个 AI 智能体分别扮演教师、同伴、导师等多元教学角色时,学生会如何与之互动?不同先验知识水平的学生会走出不同的交互路径吗?这些差异化的交互模式,能否解释——甚至弥合——学生之间的成绩差距?

论证思路:论文在一门六模块课程中部署多智能体学习环境,采集学生与多个 AI 智能体的完整交互日志(共 75,896 条对话记录,整理为 19,365 条交互数据,其中学生发言 4,005 条,占 20.68%),用行为序列分析方法识别核心参与模式,再按学生先验知识水平分组,比较各组在参与模式、学习增益、课后动机与技术接受度上的差异,最终把“交互动态”与“学习结果”连接起来。

一、核心概念:多智能体环境中的两种参与模式

传统 AI 教育系统往往“一个助手应对所有人”。本文的多智能体系统则模拟了课堂教学的社会结构——教师智能体负责讲解与反馈,同伴智能体负责协作与讨论,形成多元教学角色共存的生态。在这样的环境中,作者从学习科学文献中提炼并检验了两种核心参与模式:

  • 知识共建(co-construction of knowledge):学生与 AI 协作生成、修订和深化知识理解,典型行为包括发起想法、提问、协商确认——学生是知识的共同作者,而非被动接收者;
  • 共同调节(co-regulation):学生借助 AI 监控和调节自己的学习过程,典型行为包括监控调节、管理同伴——学生把 AI 当作认知脚手架,管理自己的学习节奏与方向。

这两种模式并非互斥,而是在真实交互中交织成序列,构成学生的“参与签名”(participation profile)。

原文图2 课堂界面
图2(原文 Figure 2)课堂界面

二、研究设计与方法

情境:大学生修读一门为期六模块的课程,全程在多智能体学习环境中完成学习任务,可与扮演不同教学角色的 AI 智能体自由交互。

数据:系统后台完整记录全部对话,共 75,896 条对话记录;经清洗与对齐后得到 19,365 条可分析的交互数据,其中学生发言 4,005 条(占 20.68%)——占比看似不大,却正是分析的核心:研究者关注的不是 AI 说了什么,而是学生在与 AI 的对话中做了什么

分析路径

  1. 行为编码:将学生发言按功能编码为六类——提问(48.19%)、监控调节(14.09%)、发起想法(13.84%)、协商确认(6.87%)、管理同伴(5.66%)、分享情绪(4.91%)。提问几乎占去一半发言,说明在学生的自我定位中,AI 首先是“可提问的对象”;
  2. 序列分析:对编码后的行为序列做滞后序列分析(lag sequential analysis)与行为转换分析,识别“知识共建”与“共同调节”两类跨模块稳定的参与模式;
  3. 分组比较:按先验知识水平(前测成绩)将学生分组,比较各组在参与模式占比、学习增益、课后动机与技术接受度上的差异。
原文图5 行为转换热力图
图5(原文 Figure 5)不同模块间行为转换的热力图

三、核心发现

发现一:不同先验知识的学生走不同的交互路径

序列分析显示,两种参与模式在不同模块间呈现稳定的结构(见图5 的行为转换热力图),但不同先验知识水平的学生对两种模式的依赖程度显著不同

  • 低先验知识学生更依赖知识共建序列——他们更多发起想法、提问、与 AI 协商确认,通过“共建”逐步搭建知识;
  • 高先验知识学生表现出更多共同调节行为——他们更多监控与调节学习过程、管理同伴互动,把 AI 用作效率工具而非知识来源。

发现二:低先验知识学生的知识共建带来更高学习增益

分组比较的关键结果:低先验知识学生通过知识共建获得了更高的学习增益与课后动机。换句话说,多智能体环境“接住了”基础较弱的学生——他们不是被落下,而是借助与 AI 的知识共建显著缩小了与高先验知识学生的差距。这正是标题中“缩小成绩差距”的实证来源。

发现三:高先验知识学生的共同调节收效有限

与之形成对照的是,高先验知识学生的共同调节行为虽多,但学习改进有限。这一反直觉的结果提示:对于已有充分知识基础的学生,把 AI 当作“调节工具”未必带来额外的学习收益——他们已经知道如何学,多智能体环境对他们的增量价值更多体现在效率而非增益上。

发现四:技术接受度普遍提升

各组学生的技术接受度在课程期间均显著提升。多智能体环境对不同水平的学生都产生了积极的态度转变,说明差异不在“愿不愿意用”,而在“怎么用、用来做什么”。

四、对自适应学习系统设计的启示

论文的发现指向一个明确的实践命题:系统应当根据学生水平适配交互模式

  • 低先验知识学生,系统应主动营造知识共建的对话情境——多提问、多邀请学生发起想法、多进行协商式反馈,让共建成为主线;
  • 高先验知识学生,系统应把共同调节的能力转化为更有挑战性的学习任务,避免“熟练的自我管理”替代“实质的知识增长”;
  • 行为序列分析本身可作为自适应引擎的实时信号:一旦检测到某类学生长期停留在低增益模式,系统即可动态切换交互策略。

精读笔记

核心论点:多智能体学习环境的价值不在于“多几个聊天机器人”,而在于它天然支持差异化参与——不同先验知识水平的学生会自发走出不同的交互路径。低先验知识学生经由“知识共建”获得更高学习增益、缩小成绩差距;高先验知识学生则更多采用“共同调节”,但学习改进有限。学习环境的公平性,可以落实为“为不同学习者适配不同的交互模式”。

方法要点

  • 真实课堂的全量交互日志(75,896 条对话、19,365 条交互数据)替代问卷调查,行为证据强度高,避免了自报偏差
  • 行为序列分析捕捉“参与模式”这种动态构念,比静态频率统计更能刻画交互结构
  • 先验知识水平作为分组变量,使“个性化学习”从口号变成可检验的实证问题
  • 同时测量学习增益、动机与技术接受度三类结果,兼顾认知与情感维度

局限与边界

  • 单门课程、单一学科情境,向其他学科与学段的推广需谨慎
  • 学生发言仅占全部交互的 20.68%,AI 发言与系统提示对行为模式的影响未被完全剥离
  • 先验知识分组基于前测,分组方式与阈值的敏感性需要进一步检验
  • 高先验知识学生“共同调节收益有限”的结论,可能受天花板效应影响——改进空间本就有限,不等于共同调节无效

可延伸方向

  • 引入随机对照或交叉设计,把“交互模式适配”做成可操纵的干预变量,检验因果
  • 将行为序列特征接入实时自适应引擎,实现“检测低增益模式 → 动态切换交互策略”的闭环
  • 考察多智能体角色设计(教师 vs 同伴的角色分工、人格化程度)如何影响参与模式的形成
  • 拓展到协作学习场景:学生之间、学生与多个 AI 之间的三方互动动态

原文地址

  • DOI:10.1016/j.compedu.2026.105472
  • 期刊:Computers & Education, 2026, 241, 105472
  • 图表来源:原文 Figure 2(课堂界面)、Figure 5(不同模块间行为转换的热力图)