人工智能视域下未来课堂教学设计特性浅析

彭美霞

人工智能视域下未来课堂教学设计特性浅析

彭美霞

（重庆师范大学 教育科学学院，重庆 401331）

人工智能与教育的融合是未来教育发展的一大趋势。人工智能技术支撑的未来课堂，可以为教师和学生提供更精准的教学服务，为学生构建自适应和个性化的学习环境。

人工智能；未来课堂；教学设计；特性

近年来，国内外都十分关注人工智能引发的社会与教育变革，并且先后发布了人工智能发展规划，积极把握新一轮科技革命的战略主动。2019年5月联合国教科文组织发布的《教育中的人工智能：可持续发展的挑战与机遇》报告，对如何利用人工智能技术改善学习结果，促进教育公平和提高教育质量提出了思考方向[1]。欧盟于2019年6月发布的《人工智能对学习、教学和教育的影响》研究报告[2]，着重探讨人工智能引发的认知、教学以及学习的变革和带来的挑战。我国也于2017年7月发布《新一代人工智能发展规划》，提出牢牢把握人工智能发展的重大机遇，发展智能教育，将人工智能技术应用到教学、管理和资源中，建立智能学习建立以学生为中心的教育环境。[3]人工智能与教育的融合是必然的发展趋势，但是人工智能引入学校课堂又将会引发学习方式的哪些变革,未来课堂教学怎样利用人工智能技术提高教学效率和学习效果,本文将围绕这些问题进行深入探讨。

一、人工智能与教育的融合

自算机诞生以来，电脑能否超越人脑的问题就一直萦绕在人们心头。1950年艾伦·图灵提出了图灵测试来判断机器是否是具有人类智能。图灵测试或许不够准确，但也暗示了智能与人类的行为和能力分不开。1956年在达特茅斯学院会议期间，约翰·麦卡锡等科学家首次提出了人工智能（Artificial Intelligence）这个术语。人工智能，从广义来讲，指人造物具有与人类似的能力，包括感知、记忆、思维、学习、交流以及在复杂环境中的行为。

人工智能与教育过程联系紧密，人工智能的研究路径比如机器深度学习、专家系统、自然语言处理等与教学系统中的教学理论联系紧密。目前，人工智能在教育领域中的应用包括智能导师系统、自动化测评系统、教育游戏与教育机器人等形态。人工智能在教育中有广泛的应用前景，将人工智能应用到学校课堂教学中，可能会带来新的学习和教学实践，引发学习与教学方法、教学组织形式和学习评估方式等方面的变革，为未来课堂的教学模式优化和创新提供了发展空间。

二、未来课堂与人工智能

未来课堂是将新型教学技术和策略融合建构起来的一个由人、技术、环境、资源等要素构成的泛在学习环境，用于满足学习者学习和发展需求[4]。陈卫东等人认为未来课堂是在相关理论的支持下，积极利用现代技术，充分发挥课堂教学各个要素的作用，以促进人的充分发展的教与学的环境与活动，且具有人性化、混合性、开放性、交互性、智能性和生态性[5]。由此可见，未来课堂是利用技术优化组合课堂教学中的各要素，以实现教学效果的最大化。未来课堂作为一种智能化的课堂，本身就与人工智能密不可分。人工智能应用于未来课堂，能够作为支持教和学的智能系统，提升未来课堂的有效教学能力。

三、人工智能视域下未来课堂教学设计特性

人工智能将会在未来课堂教学中产生令人期待的可能性，教学不应只是对教学活动的操控，而在于有目的地使学生展现更多的发展可能性，发掘学生的潜能，促进学生多方面的发展。相应的教学设计也不仅仅是提供具体的可操作性步骤，还需要着眼于学生的发展潜能。分析人工智能对未来课堂教学的影响以及教学设计的特征，利于为未来课堂中产生的多种可能性做好准备。

1.注重学生核心素养的培育

电气电子工程师协会学会（IEEE）在“全球人工智能和自主性系统伦理问题提案”中将人工智能定义为“社会—技术系统”[6]。也就是说，人工智能技术不只是中性的工具，它是在社会的影响下设计的一套系统或解决方案，在开发之时就和人一样已经包含了价值观、假设或者原则。目前很多人工智能学习模型代表了最类似于生物本能的认知能力，主要作用是促进学生的认知发展。而且许多关于人工智能未来的预测都是基于对历史技术发展的推断，很少考虑人类学习的高级形式和基本的联想能力之间的差异。学生的发展是多方面的，在未来课堂教学中应用人工智能，应该注重学生核心素养的培育，除了认知发展，还要注意培养学生的情绪调节能力、行动能力、批判思维和创新能力，避免狭隘地将人工智能视为提高学生成绩的工具。因此，人工智能与未来课堂教学的融合需要坚持立德树人的根本任务，以学生为主体，注重学生核心素养的发展，创造让学生充分发展的课堂环境。

2.准确定位的教学目标

教学目标的确定不仅为课堂教学活动指明了方向，教学方法的选择，教学实施的过程和教学评价都与教学目标紧密相关。教学目标的定位在教学活动中有着非常重要的作用。心理学家维果茨基提出“最近发展区”一词来描述学生现有的水平和可能达到的水平之间的差距。可能达到的水平也就是通过教学获得的潜力，有效的课堂教学目标应该定位到学生的最近发展区，调动学生学习的积极性，促进学生潜能的发展，超越最近发展区进入下一发展阶段。运用人工智能技术的教育数据挖掘(Educational Data Mining)与智能化分析，能根据教育大数据的处理，通过数据建模发现影响学习的各个变量之间的关系，从而可以预测学习者可能的发展潜力和未来学习趋势，提供针对性的学习诊断，帮助教师了解学生的最近发展区，制定更加明确精准的教学目标。

3.精准挑选的教学内容

在信息时代我们可以快速方便地获取海量的知识，这极大地丰富了教学资源和学习资源。但是这些知识往往是碎片化的、分散的和混乱的。如何从这些知识中挑选适合学生的知识并组织成学生可以理解和学习的教学内容，对教师来说是巨大的挑战。人工智能知识表示技术、学习分析技术和智能代理等人工智能技术，能根据学生的水平和需要，挑选出合适教学内容并进行相应的教学安排，为教学内容的选择提供精准的服务。知识表示技术可以整合各类各渠道的知识，找到知识之间的联系，分析知识重难点，生成知识图谱。教师教学智能代理能够进行学情分析，依据认知水平、学习风格和学习需求等参数，选择教学内容和适宜的教学策略并规划教学过程，为教师教学提供参考。学生学习智能代理可以为学习者制定个性化计划、安排合适的学习序列，生成动态评价，提供学习建议。

4.个性化的学习环境

班级授课制主要的缺点在于难以照顾学生个体的性格特征、认知风格和学习风格等个性差异。人工智能与大数据的应用使得个性化的定制教学成为可能。定位于个性化学习的自适应学习 (Adaptive Learning) 系统，能够通过算法预测调整学习内容和学习策略，为每位学生提供量身定制的学习内容，将个性化学习提升到全新的水平，必将极大增强个性化的学习体验。例如，美国自适应学习平台Knewton旨在通过数据收集、推断与建议三步骤，能够针对每一位学生的个性化学习需求进行适配。因而将自适应学习运用于未来课堂教学中的最大优势在于, 在教学过程中可以实现学习者自主控制、教师个性化干预指导，还能推送系统个性化的内容，帮助教师和学生实现高效的教学和学习。

5.协同合作的教学过程

人机协同发展是人工智能推动教育现代化的关键。随着越来越多的人工智能工具，比如教学机器人、智能导师等智能助手运用到教学中，教学会越来越走向人机协作化。需要注意的是。人工智能并不是真正的人，人的批判思维、情绪、价值观、信念等心理品质是人工智能难以具备的。教育机器人也不能完全取代教师，因为教学也不只是发展学生的认知和学习知识，还包括情感和价值观。人工智能支撑的未来课堂教学过程应该是教师、学生与智能机器协同合作，构建人机协同的学习共同体，探究知识和生活问题、合作建构知识的个人意义、创造新知识和分享交流获得自我体验的过程。

6.实时动态的学习评价

智能测评强调通过一种自动化的方式来测量学生的发展。整个过程由系统自动进行检测识别、信息处理、分析判断、做出评价并提供建议，较少或者不需要人的参与。自然语言处理是人工智能的核心课题之一，主要研究人与计算机交互的语言问题，在教育中的应用越来越广泛。自然语言处理可以分析文本，比如分析学生作文的词语应用和语法问题，并且纠正错误，提供修改建议。还可以用于智能辅导答疑系统，匹配学生问题中的关键词，分析搜索资料，给出答案。人工智能可以对学习进行实时动态的评价与反馈，随时跟踪记录学生的学习过程并进行评价，学生的学习结果可以不用等到教师批改。这使得学生可以自己根据评价调整学习进度和方法，教师也可以根据评价结果为学生提供个性化、有针对性的指导。

总之，人工智能技术的发展将会不可避免地对教学活动中的各个要素产生重要影响，未来课堂是一个智能化的课堂，是利用人工智能技术为学生和教师提供的智能学习空间。但是也要注意避免把人工智能技术作为提高考试分数的工具，而应该以人为本，坚持学生的主体地位，坚持立德树人，注重学生的核心素养的培育，促进学生多方面发展。

[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]新一代人工智能发展规划[EB/OL].[2017-07-20].http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

[4]陈卫东,叶新东,张际平.未来课堂的互动形式与特性研究[J].电化教育研究，2011(8):91-97.

[5]陈卫东,张际平.未来课堂的定位与特性研究[J].电化教育研究，2010(7):23-28.

[6]澳克劳斯·施瓦布,(澳)尼古拉斯·戴维斯.第四次工业革命行动路线图打造创新型社会实践版[M].北京:中信出版社,2018:99-112.

2020—07—09

彭美霞（1995—），女，重庆人，课程与教学论专业硕士研究生，研究方向：课程论。

G642.0

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1673-4564（2020）05-0028-03