彭美霞

人工智能視域下未來課堂教學(xué)設(shè)計(jì)特性淺析

彭美霞

（重慶師范大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院，重慶 401331）

人工智能與教育的融合是未來教育發(fā)展的一大趨勢。人工智能技術(shù)支撐的未來課堂，可以為教師和學(xué)生提供更精準(zhǔn)的教學(xué)服務(wù)，為學(xué)生構(gòu)建自適應(yīng)和個(gè)性化的學(xué)習(xí)環(huán)境。

人工智能；未來課堂；教學(xué)設(shè)計(jì)；特性

近年來，國內(nèi)外都十分關(guān)注人工智能引發(fā)的社會(huì)與教育變革，并且先后發(fā)布了人工智能發(fā)展規(guī)劃，積極把握新一輪科技革命的戰(zhàn)略主動(dòng)。2019年5月聯(lián)合國教科文組織發(fā)布的《教育中的人工智能：可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)與機(jī)遇》報(bào)告，對如何利用人工智能技術(shù)改善學(xué)習(xí)結(jié)果，促進(jìn)教育公平和提高教育質(zhì)量提出了思考方向[1]。歐盟于2019年6月發(fā)布的《人工智能對學(xué)習(xí)、教學(xué)和教育的影響》研究報(bào)告[2]，著重探討人工智能引發(fā)的認(rèn)知、教學(xué)以及學(xué)習(xí)的變革和帶來的挑戰(zhàn)。我國也于2017年7月發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出牢牢把握人工智能發(fā)展的重大機(jī)遇，發(fā)展智能教育，將人工智能技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)、管理和資源中，建立智能學(xué)習(xí)建立以學(xué)生為中心的教育環(huán)境。[3]人工智能與教育的融合是必然的發(fā)展趨勢，但是人工智能引入學(xué)校課堂又將會(huì)引發(fā)學(xué)習(xí)方式的哪些變革,未來課堂教學(xué)怎樣利用人工智能技術(shù)提高教學(xué)效率和學(xué)習(xí)效果,本文將圍繞這些問題進(jìn)行深入探討。

一、人工智能與教育的融合

自算機(jī)誕生以來，電腦能否超越人腦的問題就一直縈繞在人們心頭。1950年艾倫·圖靈提出了圖靈測試來判斷機(jī)器是否是具有人類智能。圖靈測試或許不夠準(zhǔn)確，但也暗示了智能與人類的行為和能力分不開。1956年在達(dá)特茅斯學(xué)院會(huì)議期間，約翰·麥卡錫等科學(xué)家首次提出了人工智能（Artificial Intelligence）這個(gè)術(shù)語。人工智能，從廣義來講，指人造物具有與人類似的能力，包括感知、記憶、思維、學(xué)習(xí)、交流以及在復(fù)雜環(huán)境中的行為。

人工智能與教育過程聯(lián)系緊密，人工智能的研究路徑比如機(jī)器深度學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)、自然語言處理等與教學(xué)系統(tǒng)中的教學(xué)理論聯(lián)系緊密。目前，人工智能在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用包括智能導(dǎo)師系統(tǒng)、自動(dòng)化測評系統(tǒng)、教育游戲與教育機(jī)器人等形態(tài)。人工智能在教育中有廣泛的應(yīng)用前景，將人工智能應(yīng)用到學(xué)校課堂教學(xué)中，可能會(huì)帶來新的學(xué)習(xí)和教學(xué)實(shí)踐，引發(fā)學(xué)習(xí)與教學(xué)方法、教學(xué)組織形式和學(xué)習(xí)評估方式等方面的變革，為未來課堂的教學(xué)模式優(yōu)化和創(chuàng)新提供了發(fā)展空間。

二、未來課堂與人工智能

未來課堂是將新型教學(xué)技術(shù)和策略融合建構(gòu)起來的一個(gè)由人、技術(shù)、環(huán)境、資源等要素構(gòu)成的泛在學(xué)習(xí)環(huán)境，用于滿足學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)和發(fā)展需求[4]。陳衛(wèi)東等人認(rèn)為未來課堂是在相關(guān)理論的支持下，積極利用現(xiàn)代技術(shù)，充分發(fā)揮課堂教學(xué)各個(gè)要素的作用，以促進(jìn)人的充分發(fā)展的教與學(xué)的環(huán)境與活動(dòng)，且具有人性化、混合性、開放性、交互性、智能性和生態(tài)性[5]。由此可見，未來課堂是利用技術(shù)優(yōu)化組合課堂教學(xué)中的各要素，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的最大化。未來課堂作為一種智能化的課堂，本身就與人工智能密不可分。人工智能應(yīng)用于未來課堂，能夠作為支持教和學(xué)的智能系統(tǒng)，提升未來課堂的有效教學(xué)能力。

三、人工智能視域下未來課堂教學(xué)設(shè)計(jì)特性

人工智能將會(huì)在未來課堂教學(xué)中產(chǎn)生令人期待的可能性，教學(xué)不應(yīng)只是對教學(xué)活動(dòng)的操控，而在于有目的地使學(xué)生展現(xiàn)更多的發(fā)展可能性，發(fā)掘?qū)W生的潛能，促進(jìn)學(xué)生多方面的發(fā)展。相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)也不僅僅是提供具體的可操作性步驟，還需要著眼于學(xué)生的發(fā)展?jié)撃?。分析人工智能對未來課堂教學(xué)的影響以及教學(xué)設(shè)計(jì)的特征，利于為未來課堂中產(chǎn)生的多種可能性做好準(zhǔn)備。

1.注重學(xué)生核心素養(yǎng)的培育

電氣電子工程師協(xié)會(huì)學(xué)會(huì)（IEEE）在“全球人工智能和自主性系統(tǒng)倫理問題提案”中將人工智能定義為“社會(huì)—技術(shù)系統(tǒng)”[6]。也就是說，人工智能技術(shù)不只是中性的工具，它是在社會(huì)的影響下設(shè)計(jì)的一套系統(tǒng)或解決方案，在開發(fā)之時(shí)就和人一樣已經(jīng)包含了價(jià)值觀、假設(shè)或者原則。目前很多人工智能學(xué)習(xí)模型代表了最類似于生物本能的認(rèn)知能力，主要作用是促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展。而且許多關(guān)于人工智能未來的預(yù)測都是基于對歷史技術(shù)發(fā)展的推斷，很少考慮人類學(xué)習(xí)的高級形式和基本的聯(lián)想能力之間的差異。學(xué)生的發(fā)展是多方面的，在未來課堂教學(xué)中應(yīng)用人工智能，應(yīng)該注重學(xué)生核心素養(yǎng)的培育，除了認(rèn)知發(fā)展，還要注意培養(yǎng)學(xué)生的情緒調(diào)節(jié)能力、行動(dòng)能力、批判思維和創(chuàng)新能力，避免狹隘地將人工智能視為提高學(xué)生成績的工具。因此，人工智能與未來課堂教學(xué)的融合需要堅(jiān)持立德樹人的根本任務(wù)，以學(xué)生為主體，注重學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，創(chuàng)造讓學(xué)生充分發(fā)展的課堂環(huán)境。

2.準(zhǔn)確定位的教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)的確定不僅為課堂教學(xué)活動(dòng)指明了方向，教學(xué)方法的選擇，教學(xué)實(shí)施的過程和教學(xué)評價(jià)都與教學(xué)目標(biāo)緊密相關(guān)。教學(xué)目標(biāo)的定位在教學(xué)活動(dòng)中有著非常重要的作用。心理學(xué)家維果茨基提出“最近發(fā)展區(qū)”一詞來描述學(xué)生現(xiàn)有的水平和可能達(dá)到的水平之間的差距?？赡苓_(dá)到的水平也就是通過教學(xué)獲得的潛力，有效的課堂教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該定位到學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，促進(jìn)學(xué)生潛能的發(fā)展，超越最近發(fā)展區(qū)進(jìn)入下一發(fā)展階段。運(yùn)用人工智能技術(shù)的教育數(shù)據(jù)挖掘(Educational Data Mining)與智能化分析，能根據(jù)教育大數(shù)據(jù)的處理，通過數(shù)據(jù)建模發(fā)現(xiàn)影響學(xué)習(xí)的各個(gè)變量之間的關(guān)系，從而可以預(yù)測學(xué)習(xí)者可能的發(fā)展?jié)摿臀磥韺W(xué)習(xí)趨勢，提供針對性的學(xué)習(xí)診斷，幫助教師了解學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，制定更加明確精準(zhǔn)的教學(xué)目標(biāo)。

3.精準(zhǔn)挑選的教學(xué)內(nèi)容

在信息時(shí)代我們可以快速方便地獲取海量的知識，這極大地豐富了教學(xué)資源和學(xué)習(xí)資源。但是這些知識往往是碎片化的、分散的和混亂的。如何從這些知識中挑選適合學(xué)生的知識并組織成學(xué)生可以理解和學(xué)習(xí)的教學(xué)內(nèi)容，對教師來說是巨大的挑戰(zhàn)。人工智能知識表示技術(shù)、學(xué)習(xí)分析技術(shù)和智能代理等人工智能技術(shù)，能根據(jù)學(xué)生的水平和需要，挑選出合適教學(xué)內(nèi)容并進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)安排，為教學(xué)內(nèi)容的選擇提供精準(zhǔn)的服務(wù)。知識表示技術(shù)可以整合各類各渠道的知識，找到知識之間的聯(lián)系，分析知識重難點(diǎn)，生成知識圖譜。教師教學(xué)智能代理能夠進(jìn)行學(xué)情分析，依據(jù)認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)風(fēng)格和學(xué)習(xí)需求等參數(shù)，選擇教學(xué)內(nèi)容和適宜的教學(xué)策略并規(guī)劃教學(xué)過程，為教師教學(xué)提供參考。學(xué)生學(xué)習(xí)智能代理可以為學(xué)習(xí)者制定個(gè)性化計(jì)劃、安排合適的學(xué)習(xí)序列，生成動(dòng)態(tài)評價(jià)，提供學(xué)習(xí)建議。

4.個(gè)性化的學(xué)習(xí)環(huán)境

班級授課制主要的缺點(diǎn)在于難以照顧學(xué)生個(gè)體的性格特征、認(rèn)知風(fēng)格和學(xué)習(xí)風(fēng)格等個(gè)性差異。人工智能與大數(shù)據(jù)的應(yīng)用使得個(gè)性化的定制教學(xué)成為可能。定位于個(gè)性化學(xué)習(xí)的自適應(yīng)學(xué)習(xí) (Adaptive Learning) 系統(tǒng)，能夠通過算法預(yù)測調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)策略，為每位學(xué)生提供量身定制的學(xué)習(xí)內(nèi)容，將個(gè)性化學(xué)習(xí)提升到全新的水平，必將極大增強(qiáng)個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。例如，美國自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺Knewton旨在通過數(shù)據(jù)收集、推斷與建議三步驟，能夠針對每一位學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求進(jìn)行適配。因而將自適應(yīng)學(xué)習(xí)運(yùn)用于未來課堂教學(xué)中的最大優(yōu)勢在于, 在教學(xué)過程中可以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者自主控制、教師個(gè)性化干預(yù)指導(dǎo)，還能推送系統(tǒng)個(gè)性化的內(nèi)容，幫助教師和學(xué)生實(shí)現(xiàn)高效的教學(xué)和學(xué)習(xí)。

5.協(xié)同合作的教學(xué)過程

人機(jī)協(xié)同發(fā)展是人工智能推動(dòng)教育現(xiàn)代化的關(guān)鍵。隨著越來越多的人工智能工具，比如教學(xué)機(jī)器人、智能導(dǎo)師等智能助手運(yùn)用到教學(xué)中，教學(xué)會(huì)越來越走向人機(jī)協(xié)作化。需要注意的是。人工智能并不是真正的人，人的批判思維、情緒、價(jià)值觀、信念等心理品質(zhì)是人工智能難以具備的。教育機(jī)器人也不能完全取代教師，因?yàn)榻虒W(xué)也不只是發(fā)展學(xué)生的認(rèn)知和學(xué)習(xí)知識，還包括情感和價(jià)值觀。人工智能支撐的未來課堂教學(xué)過程應(yīng)該是教師、學(xué)生與智能機(jī)器協(xié)同合作，構(gòu)建人機(jī)協(xié)同的學(xué)習(xí)共同體，探究知識和生活問題、合作建構(gòu)知識的個(gè)人意義、創(chuàng)造新知識和分享交流獲得自我體驗(yàn)的過程。

6.實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的學(xué)習(xí)評價(jià)

智能測評強(qiáng)調(diào)通過一種自動(dòng)化的方式來測量學(xué)生的發(fā)展。整個(gè)過程由系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行檢測識別、信息處理、分析判斷、做出評價(jià)并提供建議，較少或者不需要人的參與。自然語言處理是人工智能的核心課題之一，主要研究人與計(jì)算機(jī)交互的語言問題，在教育中的應(yīng)用越來越廣泛。自然語言處理可以分析文本，比如分析學(xué)生作文的詞語應(yīng)用和語法問題，并且糾正錯(cuò)誤，提供修改建議。還可以用于智能輔導(dǎo)答疑系統(tǒng)，匹配學(xué)生問題中的關(guān)鍵詞，分析搜索資料，給出答案。人工智能可以對學(xué)習(xí)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的評價(jià)與反饋，隨時(shí)跟蹤記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程并進(jìn)行評價(jià)，學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果可以不用等到教師批改。這使得學(xué)生可以自己根據(jù)評價(jià)調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度和方法，教師也可以根據(jù)評價(jià)結(jié)果為學(xué)生提供個(gè)性化、有針對性的指導(dǎo)。

總之，人工智能技術(shù)的發(fā)展將會(huì)不可避免地對教學(xué)活動(dòng)中的各個(gè)要素產(chǎn)生重要影響，未來課堂是一個(gè)智能化的課堂，是利用人工智能技術(shù)為學(xué)生和教師提供的智能學(xué)習(xí)空間。但是也要注意避免把人工智能技術(shù)作為提高考試分?jǐn)?shù)的工具，而應(yīng)該以人為本，堅(jiān)持學(xué)生的主體地位，堅(jiān)持立德樹人，注重學(xué)生的核心素養(yǎng)的培育，促進(jìn)學(xué)生多方面發(fā)展。

[1]the United Nations Educational ,Scientific and cultural organizations[EB/OL]. [2019-11-10].https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000366994.

[2]The Impact of Artificial Intelligence on Learning, Teaching, and Education[EB/OL].[2019-11-10].https://op.europa.eu/en/publication-detail/-/publication/5cb8eee3-e888-11e8-b690-01aa75ed71a1/language-en.

[3]新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃[EB/OL].[2017-07-20].http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

[4]陳衛(wèi)東,葉新東,張際平.未來課堂的互動(dòng)形式與特性研究[J].電化教育研究，2011(8):91-97.

[5]陳衛(wèi)東,張際平.未來課堂的定位與特性研究[J].電化教育研究，2010(7):23-28.

[6]澳克勞斯·施瓦布,(澳)尼古拉斯·戴維斯.第四次工業(yè)革命行動(dòng)路線圖打造創(chuàng)新型社會(huì)實(shí)踐版[M].北京:中信出版社,2018:99-112.

2020—07—09

彭美霞（1995—），女，重慶人，課程與教學(xué)論專業(yè)碩士研究生，研究方向：課程論。

G642.0

A

1673-4564（2020）05-0028-03