新时代教学智能化转型新探索

苏兆斌，苏与晴，吴 迪

（1.南宁师范大学，广西 南宁 530001；2.惠州大亚湾经济技术开发区京师实验学校，广东 惠州 516083；3.三明学院，福建 三明 365004）

教学质量的提升既是立德树人的有力保障，也是保障人才培养质量的核心环节。教学转型创新发展路径一直以来是研究的热点问题，关系到人才培养成效。人工智能的快速发展，导致基于人工智能的教育教学重新布局，必将引发教学的重构与革新。人工智能不但赋予智慧教育发展动力，而且赋能教学，教学必须紧跟时代步伐，充分利用人工智能技术开展理论与实践教学工作，契合智能教育的发展，更好地服务于社会。

一、教学智能化发展动因分析

（一）政策助推人工智能技术与教学的融合

人工智能必将引领全球各行各业发展，也必将涉及教学的各个领域，成为教学革新改进的重要导向。国家陆续出台相关政策，积极推进人工智能融入教育教学，助推教学模式升级换代。2017 年7 月，国务院发布《新一代人工智能发展规划》，提出要研发智能化的学习支撑平台，为学习者提供因材施教的个性化交互学习方式，提升教育教学效率。智慧学习、知识图谱、人机交互语言处理、计算机视觉、听觉、生物特征识别、虚拟现实、仿真实践教学等人工智能关键技术正在重构教育新形态。2018年，教育部颁布了《高等学校人工智能创新行动计划》倡导发展多元智能教育。中央相关部门提出推动人工智能技术应用于教育领域。如何将人工智能技术融入教学领域，精准化、智能化高效提升育人水平，成为时代发展的必然选择。2019年国务院发布《中国教育现代化2035》提出智能化校园建设，各级学校应充分利用自身优势，将教学融入智慧校园建设中，为学生综合素质及学科水平提升打造优良的智能育人环境。相关政策规划的陆续出台助推了人工智能技术与教学的融合，为改革传统的教学方式提供了新的契机。

（二）大数据及智能技术发展的必然选择

大数据及人工智能技术的迅猛发展，为人工智能产业的发展提供了必要支撑。尤其是我国基于5G 技术的人工智能产业日趋完善，智能产业、智慧教育迎来迅速发展的新契机，为教学转型发展提供了必要条件。大数据及人工智能助推教学技术变革。虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）、网真技术、全息投影等数字媒体智能技术在教学领域逐步推广与深化，促使通识性、实践性教学与学生的自适应深度学习、移动在线学习与传统学习方式深度融合，逐步形成因材施教与终身化随时随地可学的泛在化教学体系，教学将更好地服务于学生和社会大众。人工智能背景下，教师将可通过多模态数据革新教育教学实践。所谓多模态数据是指数据来源于结构化数据、日志数据、图片、视频、语音、文本[1]，甚至是生物数据，通过人工智能技术深度挖掘这些模态的数据。

（三）新时代教学评价的必由路径

《深化新时代教育评价改革总体方案》对教育评价做出了具体部署，利用大数据信息智能技术，加强过程性增值评价，提升评价的科学准确性成为教学评价的必然选择。在人工智能技术支持下，基于多维数据分析实现教学全面评价。通过多维动态与静态数据采集，整合并标准化采集的多源数据与信息，建立各类教学分析模型，对教学目标、内容、理念、策略、过程、能力、水平、态度、心智水平等要素进行智能化采集和评析，对教学进行全方位、立体化评价。智能驱动教学评价，各类智能测评技术的介入持续提升数据采集与评析水平，教学全息数据被智能化收集与存储，并进行全面、深度、精准地评价教与学的成效。通过对教学纵向与横向评价，测算增值水平，为精准评价学生的成长提供科学依据，发挥过程评价与增值评价的激励与导向作用，为新时代教学科学评价提供必要支撑。

二、人工智能背景下教学发展现状

人工智能将改变教学的内部结构和存在方式，同时也将对教学自身理念、目标与模式产生重大影响，甚至引发颠覆性的变革，并引领人才培养的结构，以适应智能教育领域需求，培养学生高尚思想道德、塑造其健全人格品质、坚定其正确政治方向。

（一）人工智能背景下教学定位及育人方式协同改进

随着人工智能的跨界发展，教学结构呈现跨界、协同、开放、融合态势，人工智能背景下，协同跨界合作将成为主流，在合作共赢的理念指引下，借助人工智能开拓教育新领域。智能开发、敢于创造、智能学习等综合能力和品质将成为应对未来智能发展的关键要素。政府及教育教学相关部门要及时分析预测相关需求的发展变化，转变培养理念和培养方式，及时更新课程，提升智慧育人精准有效水平。

人工智能背景下，对于可迁移的工作，如课程编排、开发与设计等可部分转移到人工智能领域，对于不可迁移的工作，如育人、情感熏陶、创意激发等，将主要由教师来完成。研究表明对于无规律的、不可追踪的、隐形的、情感的、客观的、直觉的、跨学科的领域，人类智慧更具有优势，[2]在此背景下，人才的个性化培养与成长将备受推崇。尤其是适应智能产业的具有创造性和凌驾于智能机器之上的复合型人才。因此，教学更加注重学生的开拓进取意识、创新精神、人文理念与全球意识的培养，既要育成新时代学生应具备的智能技术，更要培养兼具人文素质与奉献精神的高尚品质，以便教育更好地服务于智能社会。

（二）虚拟现实技术助推智慧教学创新发展

人工智能及信息技术的应用为教学场景的智能化、无缝化和虚拟融合化发展提供了契机。基于实境教学，以无缝学习和项目式学习走向虚拟现实的常态化学习模式。在人工智能时代，人机耦合型教学需要虚拟与真实兼具、超强的智能学习体验、智能化方案个性定制以满足不同学生的学习需求。利用VR辅助教学，将现实场景逼真地呈现在学生面前，而AR 技术可充分融合现实场景和虚构的场景，呈现丰富立体的实践场景，既可以解决实践困境，亦可以充分激发学生的学习热情，提升学生主动创造、大胆创新的内生动力。建立在人工智能技术基础上的数字孪生系统，能够真实还原现实学科实训场景，能够达到身临真实场景学习的效果，实现具身理论指导下的沉浸式教学，有利于学生空间思维与能力的培养。[3]学生学习实时、协作、共享、高效，学校从基础平台到算法决策，乃至应用场景均应深度融合、全面赋能、多维创新，建设全方位教育数字化智慧校园新生态。[4]

（三）数据智能平台助力学生个性化学习

数据智能平台实现规模化的实体与虚拟教学场景下学生的个性化学习。针对不同学生智能化学习数据，精准诊断与智能干预学生个性化学习。人工智能平台将实现知识图谱技术与深度学习技术有效融合，协助教师精准分析每一名学生学情，对学生学习进行智能干预。知识图谱技术可以追溯分析学生学习的薄弱点及行为路径，结合学生的实际需求，实现学习的精准诊断与学习行为序列的智能分析，借此为学生提供个性化学习资源与人-机协同干预，为基于数据的教学范式转型提供支撑。通过统一的数据采集与交换标准在智能化数据平台中实现融通，通过数据分析既能实现对全体学生的智能分析，同时对不同发展水平的学生进行聚类，针对不同群体进行智能干预，在全量精细化数据分析的基础上，发现个性问题，对个体进行精准干预。人机协同智能平台可实现教学个性化的陪练、答疑、差异化的学习方案制定等，持续提升学生个性化教学效能。同时，加强教学资源个性化推荐，学习者建模与学习路径规划等关键技术，助推个性化教学，不断提升对教育服务智能平台的场景化、个性化、智能化需求。[5]

三、新时代教学智能化发展面临的困境

（一）资源与技术困境

人工智能的发展为教学智能化带来了重大发展机遇，同时也为相关教育实践带来了一定的挑战。伴随智慧教育的蓬勃发展，人工智能及信息技术应用于教学场景，学科教学亦呈现多样化教学样态，尤其体现在智能教学领域。教学智能化深入发展，为学校资源建设、技术更新换代、课程开发、资金投入等环节均带来一定的挑战。由于相关环节未能及时跟进，阻碍了教学远程现代化智能发展。基于实境教学，以无缝学习和项目式学习走向虚拟现实的常态化学习模式需要相关技术及资源的支撑。在人工智能时代，人机耦合型教学需要高端技术和智能设备与之匹配，由于资源限制，尚不能因材施教，满足不同学生的学习需求。利用VR辅助教学和AR 技术充分融合现实场景和虚构的场景，呈现丰富立体的实践场景，由于不同院校和培育机构的资源差异，尚不能完全解决智能化教学的需求。建立在人工智能技术基础上的数字孪生系统尚未普及，不能满足学生沉浸式教学。由于校际间资源差距巨大，课堂智能教学不但面临硬件资源的短缺，也同时遭遇人工智能、大数据等相关技术困境。此外，人工智能技术与教学的有机深度融合，也是教学智能化发展的关键，部分学校依然面临教学智能化的重重挑战。[6]

（二）师资困境

人工智能背景下，教师虽然可以通过智能教学工具成为学生智慧学习的引导者和研究者，但是对于智能教学工具及相关技术的熟练掌握依然是对相关教师提出的基本要求，由于一些教师未能及时跟进现代教育技术的更新步伐因此无法胜任相关的教学工作，教师的数字教学能力有待进一步提升。人工智能背景下，教师将更加注重教学过程设计，教学过程设计要针对教育智能化的关键环节，防止学生出现学习偏差，因此不但需要教师自身的责任心意识，更要重视培养学生自主发现式学习和主动处理问题的能力培养，这需要教师将相关的教学内容在丰富动态的基础上，持续提升其所教内容的吸引力，这样才能保障按照学生认知方式在教师引导下学生自主选择学习内容，教育才能真正走入学生的心里，因此对教师的教学智能化带来了巨大的挑战。教师虽然可以通过虚拟仿真技术立体呈现教学内容，相关技术的持续升级也为教师适应教学的新样态带来巨大挑战，许多教师将面临人工智能技术与专业素养的双重考验，尤其是在强调智慧学习的大背景下，一些教师感觉无所适从，很难将学科知识有效融入智慧课堂。此外，部分教师由于惰性思维，依然沿用传统的教学模式，不愿做出改变，因此若想更好地将人工智能技术融入教学，必须让教师意识到传统的灌输式教学的弊端，充分运用现代人工智能技术，积极探索，持续跟进，推进学生深度沉浸式学习，不断提升学生自主学习的积极性，探索适合学生教育的新型教学模式。这些对教师智能素养的培养与提升均提出了新的要求，教师只有持续完善自身智能素养，构建起人网融合的智慧教学新样态，才能实现有效智能化教学目标的实现。

（三）外部环境困境

学生教育既受到教与学的内部因素影响，也受到教育外部环境的影响。当前，手机、电脑等终端设备成为学生获取信息的主要途径，这为学生获取知识带来便捷的同时，也带来一定的隐患。由于一些信息源的根服务器往往位于西方发达国家，因此他们掌握着主动权，其算法技术通常能够掌控他国信息获取特点及偏好，进而通过人工智能技术进行有针对性的智能推送与渗透。在大量繁杂的网络信息纷纷涌来时，一些年轻的学生很难做出正确选择和辨别，这将对学生的思想认知、人生观和价值观造成一定的负面影响。“互联网+智能教学”背景下，学生学习的自主选择机会越来越多，面对繁杂的不良信息和思潮，一些学生往往迷失了方向，做出了错误选择。尤其是一些西方敌对国家通过网络信息渗透，故意抹黑中国，渗透所谓的“自由平等”价值观，误导我国学生思想价值观，从而导致学生的认知偏差。因此，面对开放的网络环境，网络信息的开放性、隐匿性特征极易弱化学生的道德责任，尤其对于自控能力差易受外部影响的学生，部分恶俗和有害的网络信息对其人生观、价值观将产生一定的不良效应。

四、人工智能背景下新时代教学转型发展路径

（一）学习方式注重差异化、精准化

长期的功利主义和实用主义导向导致教学偏重规模化、标准化和效率化，阻滞了学生开拓进取意识和创造能力的发挥。人工智能提供了人机物联的多维互动，定制化制造与服务将日益盛行，与此相对应的是个性化、差异化的新时代人才培养。智适应学习系统即依托人工智能技术的在线智适应学习系统[7]，可实现超精细操作流程分解。依托人工智能的智适应学习系统可以根据学习者学习特征及现有水平等指标为学习者提供动态、个性化的学习支持。智适应学习系统可模拟乃至超越教师，为学生提供精准支持。通过将复杂隐晦的操作流程分解为可操作、可量化和可传授的知识，并生成知识图谱，形成清晰可视化系统关联图。智适应学习系统通过智能分析，精准把控学生现有水平及优劣势领域，自动匹配个性化适应性学习内容，提升学科知识的学习效率。在学习数据上，通过人脸识别技术采集学生的注意力、情绪、行为等表征数据，通过智能解析，对学习者做出精准判断。此外，还可通过学习分析技术与机器学习生成学习预测模型，作为差异化、个性化学习的重要依据，学生可基于个性化智能网络学习平台、智适应学习平台获取差异化的个性学习体验。[8]

（二）教学场景强化虚拟现实、人机协同

人工智能发展背景下，学生可借助智能技术的优势虚拟真实教学场景，并增加启发性、分析性智能教学环节，让学生在苦练基本功的同时提升认识问题和解决问题能力，认识和思维水平不断升华，提高解决复杂问题的综合素养，以便应对未来智能产业发展需要。

首先，可以充分利用人工智能的虚拟现实场景的优势，创建完全仿真或虚实结合的混合实践场景，既可以节约人力物力，也可为学生提供实践、创新的空间。此外，还能够有效解决实践不足问题，并可通过构建不同实践场景来培养学生的综合素养。这种实践模式与传统实践中普遍性的知识与技能体系不同，它是个体在仿真工作场景中的反复磨练和主动探究，融入自我经验不断升华的过程，最终演化为具有个人特质的高阶思维。同时，通过数字虚拟场景实践，可以实现跨学科、跨专业情境转移与交融，提高学生的多学科交叉和知识迁移应用能力，以便更好地适应复合型人才培养需要。此外，还可大力推广人机协同培训模式，对于机械性和程序性较强的工作任务可以完全托付给机器来做，而由学生来做机器无法胜任的决策、辨析、组织、构建等高阶任务，不断提升学生分析解决复杂问题的能力。面对人工智能带来的挑战，教学须转变原有育人观念，不断改进人机协同教学模式，转变学生实践的重心。[9]

（三）借助人工智能提升教师智慧教育能力

人工智能背景下，教学教师通过智能教学工具成为智慧学习的引导者和研究者，智能教学工具及相关技术支撑将有效提升教师的数字教学能力。教师将更加注重学习过程设计，重视培养学生主动处理问题的能力，以学生自主发现式学习为主，按照学生认知方式在教师引导下自主选择学习内容。教师可通过虚拟仿真立体呈现教学内容，学生可以身临其境般地参与互动和观摩。此外，通过语音文字处理、人机交互与人脸识别、精准预判、自动提醒等智能感知技术，教师可随时随地感知学生的学习偏好、情绪及心理变化，提供及时纠偏与帮扶。此外，人工智能技术应用于教学分析，也产生了大量冗余数据。合理利用数据，分类处理并针对学生间的差异实施因材施教将是人工智能背景下教学成功的关键。只有针对不同个体开展有效的定制化教学服务，才能充分发挥人工智能的技术优势。[10]

（四）构建协同互联的智能教学生态体系

良好的智能育人生态必须建立学校间及其与外部利益相关方的协同机制，形成内外互联、优势互补、资源共享、政策扶持、流程一体的新型教学发展体系，以解决资源与技术困境问题。积极引导多元社会主体参与人工智能与教学融合建设体系中来，不断丰富智能教学产品和服务，为教育公益组织提供便捷通道，助力智慧教学发展。建立行业专家、智能应用企业专家驻校制度，加强教学领域专家与人工智能专业技术人员的合作，鼓励人工智能行业专家参与教研和提供专业化服务。人工智能相关企业作为智慧教育的重要主体，是优化教学转型发展生态的重要环节，企业应更加关注自由定制款智慧教学工具的更新与功能拓展，以人工智能技术提升教学效率，从而最大化拓展教育成果。此外，通过增加兼职教师，并给予灵活的保障激励政策，解决师资不足问题。政府部门应加大教学公共服务供给，通过财政支持鼓励学校完善智能教育资源与技术，购买相关教育服务，帮助学校完善智能课程体系，最大限度地满足学生多样化学习需求。[11]

（五）依托人工智能开发层级清晰的网络平台

完善智能育人体系，需要开发层级清晰的智能网络平台（如图1 所示）。教学的有效开展，离不开科学高效的智能网络服务平台。完善的智能网络平台基本构架由顶层、中间层和基层组成。顶层主要关注用户及其服务环节，这也是构建智能网络平台的宗旨所在；中间层开发重点为应用程序及中间件服务，主要是系统的软件层；基层主要包括基础管理层、虚拟服务层、物理资源层，这部分主要是依托系统的硬件系统开发相关功能。网络平台的集成主要依托于计算机软硬件技术，尤其是结合人工智能技术，为教学智能网络平台提供物理保障与技术支撑。用户层通常是面向教学的广大师生。服务层主要承载教学网络学习、教育服务、实践体验、教学管理、资源管理、师生互动等教学服务功能，它是智能教育网络平台与外部用户交流的通道。应用程序层涉及的范围较广，包括网络学习程序、教学与管理程序、教育资源、教育应用市场等，应用层通过决策模型、程序设计、流程再造实现人工智能与教学的有机整合。[12]通过完善智能平台，构建起人网融合的智慧学习新样态，实现潜移默化日积月累的感化育人效果，提升学生学习的主动性和积极性。

图1 智能网络平台层级示意图

（六）利用人工智能技术化解外部环境造成的不良影响

人工智能革新智能育人方式，倡导建构主义学习理念，自主建构、探究与合作，以及明辨是非防腐拒变的能力，减少外部环境的不良影响，促进其综合能力提升。同时，课堂内外联结互动，借助人工智能技术更好地了解学生的思想发展动态，将学生受外界不良影响的可能性降到最低程度。通过智能化、立体化教学样态，实现对学生精准智能辅导，随时关注学生的思想异动，注重智适应个性化辅导。机器学习与计算、神经网络应用于智适应学习系统后，不仅可处理复杂的动态教学数据，也具有学生思想动态监测与自我更新能力。思学交融与因学定教是教学智能化发展的逻辑指向，智适应学习系统具有启发思维、超强纠错及个性化的动态调整功能，并依据学习者的困惑和习惯智推学习内容，实现精准差异化解决学生发展中的困扰。此外，慕课与微课，个性化与精准化因材施教，均需要人工智能技术的支撑，相关实践与研究的深入，为学生针对性辅导提供了必备条件，不断探索技术与思想教育的深度融合，是优化智能教学生态环境的必然选择。学生通过手机完成思想教育任务，教师借助智能客户端程序了解学生的思想动态及困惑。人工智能背景下思政教育教学必然需要人机结合，师生共同在网络平台上分享正能量，彼此感化。不断整合碎片化知识，形成一定的知识与理念体系，并持续进行外部资源的系统化分析，随时化解学生受外部环境影响产生的不良影响。

（七）利用大数据技术完善教学体系

人工智能的运行基础是大数据，以确保智能化决策系统精准运行，该系统应包含人才需求预测、理论与实践知识体系、培养方案设计、课程与教学设计、教育教学评价、学生思想动态预判、师生信息、实践、个人表现等相关大数据。此外，要建立基于大数据的智能教育教学评价体系，精准评价教学成效。基于大数据的多元化智能测评，不只是进行优劣评价，更主要的职能是挖掘某个领域的人才，发掘每个学生的潜能，激发学生深度探究和自我突破的动能。通过打造完整的质量评价反馈体系，并将人工智能分析嵌入教学的每一环节，构建完善的教学生态体系。利用相关大数据更好地服务于人工智能教育系统，借助智慧课堂、智能教室、智能场景助力教学高质量发展。利用学校智能云平台，完善包含学生素质、特长、学习状态、意识形态等数据的大数据信息库，除了对学生基本素质和学习状态做出精准判断，也能够对学生受外部环境不良影响作出科学预判和纠偏，更好地为教学评价和高质量人才培养服务。[13]

人机耦合的综合素养培育将是未来教学发展革新的方向。人机耦合协同发展是智慧教育发展的必要保障。技术实践的智能化、拟人化是教学发展的突破口，教学智能化、拟人化应紧跟智能产业步伐，并具有一定超前意识。学习者需要与智能化机器间深度协同，交互共生，力促构建人机完美融合的新样态，全力助推智能教学水平，不断提升学生综合智能素养。