人机协同时代的教学思考与武汉实践
发布时间：2024-09-06
以生成式人工智能为代表的新一代人工智能技术的快速迭代发展，推动人工智能技术正以空前的势头渗透到各个行业领域。在教育领域，数智技术与教育教学的深度融合正加速推进，人与机器逐步建立起了以人为本、人机互补的智能合作关系。人机协同教育模式正成为教育改革创新的重要方向和人工智能时代的新型教育范式。人机协同教育通过人类智慧与机器智能的深度互动互补，实现精准化教学、个性化学习、智能化评价、精细化管理、数智化教研等多重教育目标，优化教育过程，提升教育质量，共同服务教育实践。笔者所在武汉市作为首批“国家智慧教育示范区”、国家智能社会治理实验(教育)基地，教育行政部门高度重视人工智能技术在教育教学中的应用，同时在人工智能教与学方面进行了一些探索与实践。2023年，我们参与了国家社会科学基金教育学重大课题《新一代人工智能对教育的影响研究》，给我市智慧教育发展带来了新的契机与动力。在此背景下，探讨人机协同教育的内涵本质与实施路径，对科学指导区域人工智能教育发展具有理论价值与重要实践意义。
1.人机协同教育的内涵
人机协同教育是人工智能技术（智慧助教、智慧学伴等）与人类教师、学生共同参与教学活动，充分发挥人的智力和智慧优势，以及机器智能优势，高度协同互补，提高教与学质量，实现教育高质量发展的一种新型教育模式。人工智能又称机器智能，它不是要取代人类教育，而是构建人占主体主导、人机互补的协同生态关系，是对未来教育的创新性探索。人机协同教育的根本目标，是通过良性的人机协同，培育学生决策、分析、创新等高阶思维，发展面向未来社会所需的关键能力与核心素养。
2.人机协同教育的架构
AI智能化程度的不断提高，使得技术正从作为教学工具向作为教学主体转变，构建起“生—机—师”的三元主体结构，即人机协同教育的模式，它打破传统的“生—师”二元主体关系。人机协同教育的模式充分发挥了机器与人类的优势，让机器做善于的深度高阶批改、学情精准分析、知识缺陷监测、课后个性答疑、校园行为预警等繁琐任务，释放了教师的时间与精力，让教师专注于个体情感关怀、高阶思维启发、复杂问题决策、教学方式创新等更具价值的创造性工作。人机协同教育的模式，其本质上是在“生—机—师”三元主体框架下，实现“学生智力—机器智能—教师智慧”的深度协同，推动教学高质量跃升。
基于“师—机—生”三元互动框架，在人机协同教育方面，本区域实践路径聚焦教、学、评三个维度，在主要围绕教学方式创新、学习场域拓展、教学评价增强三个方面开展应用，实践路径结构图如下。
1.教学方式创新：智慧生成的教与学
面向校长、教研员开展生成式人工智能专题报告与体验工作坊，指导教师利用生成式人工智能工具开展深度对话，协助教师智慧生成学科、跨学科教学方案，为教师提供多样化的教学设计参考，提高教师人工智能素养与技能。今年7月初，北大汪琼老师团队来到武汉市汉阳区，为汉阳区的校长和教研员进行了为期四天的深入培训。这次培训让老师们体验了国内目前可用的多种大模型，并探讨了它们在教学创新方面的实践和研究。此外，还针对生成教学资源和生成教学评价进行了培训。这次培训提升了汉阳区校长和老师们对人工智能应用的理念、能力和应用水平，大家纷纷表示受益匪浅。
开展生成式人工智能与课堂教学融合实践，引导学生利用生成式人工智能拓展知识的广度和深度，形成全面的活动方案与作品解决方案，提升学生提问能力与人机协同下创造性解决问题能力，如在武汉第三寄宿中学举办全市智慧课堂研讨交流活动，展示学生借助文心一言、星火大模型等生成式人工智能进行“话中秋”活动方案的生机协同设计。
充分依托学科知识诊断与学习支持系统，为学生提供个性化的知识结构诊断与学习支持，帮助学生认识自身知识结构与认知水平，发现知识缺陷，提供知识精讲视频与精练试题，进而引导学生进行自我优化与自我管理，实现人工智能技术支持的个性化自主学习。同时，教师根据学科知识诊断与学习支持系统系统的实时反馈，及时了解学生学情，在课堂中开展针对性的靶向讲解，通过人机“双师”教学，提升学生学习效果。如华科附中开展“大数据靶向教学赋能教育减负增效”应用场景实践与研究，提炼形成大数据靶向教学”5+2“教学框架，即教学内容数字化、练习过程智能化、测试数据聚合化、数据分析精准化、双师教学协同化、精准管理与精准教研，两年应用促高考一本率持续稳步提升，学业负担得到一定缓解，教师数字素养与职业认同感不断提高。武汉市三道街小学上半年在四五年级2个班级开展智慧纸笔系统应用实践，分别在课堂互动、课堂练习、家庭作业、学情分析、精准教学等多个场景常态化应用，师生数字素养得到提高。
2.学习场域拓展：虚实融合的具身学习
充分利用增强现实（AR）、虚拟现实（VR）技术，搭建兼具虚拟与现实的智能化混合式学习环境，通过将抽象微观知识转化为直观动态可感知的形式，为学生提供深度沉浸且多维的具身学习体验，为分析、决策、创新等高阶思维能力的培育提供临场感十足的增强场景支持，激发学生的好奇心与求知欲。如武汉市汉阳区作为教育部“虚拟实验教学应用实践共同体”，开展虚实融合教学实践，打造了虚实融合“沉浸式”翻转课堂教学模式，即课前（以虚导实，精准自学）；课中（虚为实用，沉浸互学）；课后（以虚助实，个性思学）。
3.教学评价增强：精准分析的教师发展
充分发挥人机协同在教师专业发展方面精准评价的重要作用，通过AI课堂对话分析系统、AI课堂行为分析系统、AI面部表情识别系统等技术，智能辨识学生的举手、站立和走上讲台动作，以及教师上下讲台和在课室中巡视的行为，识别和区分教师的讲解、提问、口头禅，学生的发言以及集体朗读等不同的教学活动，迅速且精确地掌握并提炼课堂讨论的语义内容，具备总结课程要点、生成课堂摘要和进行知识点分析的功能，辅助教师精准分析学情与课情，改进教学策略。如光谷第十五小学、武汉经开区实验小学等课题实验校开展人工智能技术赋能课堂教学评价创新应用场景实践，构建了基于智能技术的课堂行为分析表现性评价、基于智能终端的课堂学习效果及时诊断性评价、基于专家经验的传统课堂教学过程性评价等三种评价方式相融合的课堂教学评价新体系，实现实证数据与专家经验融合、教与学效果一致性评价，创新了人机协同的教学研究新范式。武汉市长春街第二小学、武汉市育才怡康小学等学校利用AI课堂反馈系统开展智慧教研应用场景实践，通过视觉识别、语音识别、自然语言处理等多种人工智能技术，全方位实时采集课堂数据，为教师提供科学的数据分析图表和课堂报告，助力教师深入教学反思和策略调整，推动教学模式革新，提升了教育教学质量。
人机协同教育作为一种新型的教育模式，正在教育教学实践中得到应用。人机协同教育也面临教师角色转变、社会接受度、算法歧视、数字教育公平等诸多挑战，需要进一步的实践研究和探索，以充分发挥其在提高学生学习效果和满意度方面的潜力。从区域应用层面，可围绕“两课一研一体”（即课堂、课题、教研、共同体）持续推进，发挥机器智能优势，规避应用风险。
1.注重课堂教学应用。以课堂为立足点，开展AIGC赋能教学专题培训，提升教师人工智能素养；举办AIGC赋能学科教学展示研讨活动，引领课堂革命；开展基于AIGC“对话式”教学应用实践探究；开展基于知识图谱的课程资源包建设，加快精准教与个性学应用场景普及，促进教育公平，提高教育质量，推进区域教育优质均衡发展。
2.注重人机协同教研。以教研为着力点，进一步扩大AI课堂反馈系统应用覆盖面，加大教师的人机协同教研能力培训与应用，提升教师人工智能素养，推进人机协同教研常态化。
3.注重课题研究引领。以本课题为突破点，开展好子课题的研究任务，同时指导做好人工智能教育相关省级规划立项课题研究，继续申报生成式人工智能与教育教学相关课题与研究，构建人工智能教育应用场景研究课题群，推进数字化赋能教育高质量发展。
发言人：武汉市教育科学研究院现代教育技术中心副主任 李立新
