人工智能賦能課堂變革的探究

謝幼如 邱藝 劉亞純

摘要：新一代人工智能技術(shù)的縱深發(fā)展和新冠肺炎疫情引發(fā)的社會(huì)格局改變給教育領(lǐng)域帶來了深遠(yuǎn)的影響。課堂是教育的主戰(zhàn)場(chǎng)、育人的主渠道，推動(dòng)人工智能賦能課堂變革，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的創(chuàng)新人才是當(dāng)前亟待解決的問題。該研究在國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)分析基礎(chǔ)上，圍繞人工智能賦能課堂變革什么、何以變革、如何變革三個(gè)問題展開探究，以期對(duì)人工智能賦能課堂變革進(jìn)行系統(tǒng)的理論分析與實(shí)踐闡述。首先，聚焦課堂在教育中的重要地位，基于賦能思維與價(jià)值引領(lǐng)，明確人工智能賦能課堂的理念變革、空間變革與教學(xué)變革；接著，基于賦能屬性與教學(xué)理論，分析人工智能賦能課堂變革的要素，論述人工智能賦能課堂變革的原理，從而揭示人工智能賦能課堂變革的機(jī)理；最后，基于賦能層次與教學(xué)設(shè)計(jì)，提出智能可視化、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)、個(gè)性定制化、虛擬雙師型、人機(jī)協(xié)同化等五種人工智能賦能課堂變革的新樣態(tài)以及具體實(shí)施舉措。

關(guān)鍵詞：人工智能；賦能；課堂變革；探究

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、問題提出

人工智能是引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動(dòng)力，正深刻改變著人們的生產(chǎn)和生活，推動(dòng)人類社會(huì)迎來人機(jī)協(xié)同、跨界融合、共創(chuàng)分享的智能時(shí)代[1]面對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的全球化進(jìn)程和日益精進(jìn)的創(chuàng)新人才需求，轉(zhuǎn)變?cè)械娜瞬排囵B(yǎng)方式已成為世界各國亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題之一。新冠疫情所帶來的教學(xué)方式變革[2]讓我們清楚地看到，融合了“互聯(lián)網(wǎng)+”“智能+”技術(shù)的在線教學(xué)已經(jīng)成為中國高等教育和世界高等教育的重要發(fā)展方向，我們?cè)僖膊豢赡堋⒁膊粦?yīng)該退回到疫情發(fā)生之前的教與學(xué)狀態(tài)[3]。這就迫切呼喚變革課堂理念、變革課堂空間、變革課堂教學(xué)，重建課堂樣態(tài)?，F(xiàn)有關(guān)于人工智能教育應(yīng)用的研究普遍存在忽視課堂重要地位，對(duì)人工智能賦能的理解和認(rèn)識(shí)不到位，對(duì)人工智能賦能課堂變革什么、何以變革、如何變革不明晰等問題?；诖?，本研究面向智能時(shí)代人才培養(yǎng)需要，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，聚焦課堂變革，深化科技賦能，明晰人工智能賦能課堂變革表征；分析人工智能賦能課堂變革的要素，論述人工智能賦能課堂變革的原理，揭示人工智能賦能課堂變革的機(jī)理；提出人工智能賦能課堂變革的新樣態(tài)以及實(shí)施舉措，以期對(duì)智能時(shí)代課堂變革提供理論借鑒與實(shí)踐引導(dǎo)。

二、智能時(shí)代呼喚課堂變革

課堂是教育的主戰(zhàn)場(chǎng)，是育人的主渠道，一端連接著學(xué)生，一端連接著民族的未來。透視課堂這一概念的發(fā)展歷程可以發(fā)現(xiàn)，目前對(duì)課堂的認(rèn)識(shí)主要涵蓋教室、教與學(xué)活動(dòng)和學(xué)習(xí)型共同體三個(gè)遞進(jìn)的層次[4]。無論概念如何改變，無論時(shí)代如何變遷，課堂所具備的文德教化、教書育人、培養(yǎng)人才的重要使命不會(huì)改變。培養(yǎng)什么人是教育的首要問題，課堂就是解決這一首要問題的主要場(chǎng)所，傳承知識(shí)、潛移價(jià)值、立德樹人、塑造生命是課堂的主要功能，隨著社會(huì)的發(fā)展和時(shí)代的變遷，課堂的功能也在不斷地調(diào)整和豐富?？梢园l(fā)現(xiàn)，課堂具有舉足輕重的戰(zhàn)略使命，同時(shí)在教育系統(tǒng)中具有不可替代的功能作用，變革課堂就是變革教育，變革課堂就是變革未來，只有啃下課堂教學(xué)這一“硬骨頭”，才能將人才培養(yǎng)的最終指向落到學(xué)生身上，從而真正實(shí)現(xiàn)立德樹人育英才。

（一）智能時(shí)代呼喚課堂理念變革

當(dāng)下，世界處于百年未有之大變局。第四次工業(yè)革命方興未艾，人工智能、大數(shù)據(jù)等加速發(fā)展和疫情沖擊所帶來的不確定性，對(duì)人類生產(chǎn)和生活方式帶來深度改變，并在教育領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[5]。黨的十九屆五中全會(huì)開啟了高質(zhì)量發(fā)展的新征程[6]，人工智能等新興技術(shù)所帶來的深度學(xué)習(xí)、跨界融合、人機(jī)協(xié)同、群智開放、自主操控等新特征[7]為各行各業(yè)的變革提供了支持，科技賦能提升、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)引領(lǐng)已成為未來社會(huì)發(fā)展的主流聲音之一。現(xiàn)有研究認(rèn)為賦能的關(guān)鍵在于通過激發(fā)個(gè)體內(nèi)在潛能，使其具備較高的自我效能感，從而實(shí)現(xiàn)自我驅(qū)動(dòng)和自我創(chuàng)新[8]，賦能思維的內(nèi)核在于從滿足到創(chuàng)造再到引領(lǐng)，從而實(shí)現(xiàn)從內(nèi)至外自我驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)性變革與結(jié)構(gòu)性創(chuàng)新。課堂理念對(duì)課堂教學(xué)具有戰(zhàn)略性、綱領(lǐng)性、引領(lǐng)性的作用，是教學(xué)活動(dòng)的行動(dòng)綱領(lǐng)與實(shí)施指南。智能時(shí)代社會(huì)對(duì)人才的需求迫切呼喚變革原有課堂理念，這亟待融合賦能思維，重新審視構(gòu)成課堂的要素及其之間關(guān)系，重構(gòu)原有課堂空間，重建原有課堂樣態(tài)，培養(yǎng)適應(yīng)未來社會(huì)的創(chuàng)新人才。

（二）智能時(shí)代呼喚課堂空間變革

課堂空間是師生交互和教學(xué)活動(dòng)實(shí)施的主要場(chǎng)所，也是教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)、情感、價(jià)值觀交流的精神文化空間[9]。全方位虛實(shí)融合交互、全層次教學(xué)服務(wù)定制、全流程數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)評(píng)價(jià)是智能時(shí)代課堂空間的主要特征。人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈和邊緣計(jì)算等新興智能技術(shù)為拓展課堂空間邊界、彌合課堂空間交互和具現(xiàn)課堂空間孿生提供技術(shù)支持?，F(xiàn)有研究大多將網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間作為聯(lián)通物理課堂空間和虛擬課堂空間的橋梁，并將其作為課堂物聯(lián)設(shè)備控制中心、課堂數(shù)據(jù)聚合匯集中臺(tái)和課堂支持服務(wù)供給平臺(tái)。如浙江大學(xué)以“三通一核”學(xué)習(xí)空間模型支持構(gòu)建“網(wǎng)上浙大”新式辦學(xué)空間[10]；杭州市長(zhǎng)壽橋岳帥小學(xué)依托5G+AI構(gòu)建個(gè)性定制的全景化智能課堂空間[11]；Mokhtar T.H.等構(gòu)建出基于互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和教育機(jī)器人等支持的智能課堂ICE概念模型[12]；Ntagianta A.等以提高學(xué)生注意力為切入點(diǎn)構(gòu)建基于Web的智能課堂空間CognitOS[13]；Tissenbaum，M.等設(shè)計(jì)開發(fā)出支持學(xué)生小組合作探究的智能課堂空間基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)并持續(xù)四年深入研究[14]。縱觀現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，課堂空間作為教學(xué)活動(dòng)主要場(chǎng)所的角色屬性已成為廣泛共識(shí)，依托智能技術(shù)變革課堂空間已成為未來教育信息化發(fā)展的重要領(lǐng)域之一。

（三）智能時(shí)代呼喚課堂教學(xué)變革

面向智能時(shí)代的課堂應(yīng)以深度學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，對(duì)標(biāo)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，融合賦能思維，以“大單元—任務(wù)群—問題鏈”為主線[15]，依托人工智能教學(xué)環(huán)境實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、動(dòng)態(tài)適應(yīng)、個(gè)性定制的規(guī)?；虿氖┙?。落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，基于深度學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)，對(duì)標(biāo)核心素養(yǎng)發(fā)展提升，面向疫后時(shí)期教學(xué)需要，創(chuàng)新智能技術(shù)課堂應(yīng)用，賦能變革課堂教學(xué)流程，全面重塑課堂教學(xué)樣態(tài)是智能時(shí)代課堂變革的導(dǎo)向。胡國良等依托5G+AI技術(shù)提出開放大學(xué)智慧學(xué)習(xí)空間構(gòu)建模型[16]；李小平等提出了依托知識(shí)圖譜驅(qū)動(dòng)的VR教學(xué)資源智能建構(gòu)方法[17]；陳坤等依托區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建思政課翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施路徑[18]；王健等將面向?qū)W科核心素養(yǎng)構(gòu)建的知識(shí)圖譜與人工智能技術(shù)相結(jié)合開展精準(zhǔn)教學(xué)實(shí)踐[19]；武法提等基于場(chǎng)景化學(xué)習(xí)樣態(tài)，構(gòu)建出多源數(shù)據(jù)融合的共享教育數(shù)據(jù)模型[20]；孫眾等在梳理人工智能助力課堂教學(xué)分析進(jìn)化路徑的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于人工智能的課堂教學(xué)分析框架[21]；張琪等面向多模態(tài)數(shù)據(jù)支持提出學(xué)習(xí)投入度測(cè)評(píng)的研究趨向[22]；吳立寶等構(gòu)建了人工智能賦能課堂教學(xué)評(píng)價(jià)改革與技術(shù)實(shí)現(xiàn)的框架[23]。此外，還有部分學(xué)者探索“互聯(lián)網(wǎng)+”[24]、可視化[25]、自適應(yīng)[26]、教育機(jī)器人[27]等技術(shù)和工具的開發(fā)與應(yīng)用。綜合現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前關(guān)于智能技術(shù)變革課堂的研究主要涵蓋課堂環(huán)境、資源和評(píng)價(jià)等方面，且大多關(guān)注影響課堂的外部條件。打開課堂“黑箱”，重新思考智能賦能課堂變革的價(jià)值所在，從課堂內(nèi)涵出發(fā)揭示智能技術(shù)賦能課堂變革的內(nèi)在機(jī)理，建立智能技術(shù)賦能課堂變革的整體邏輯亟待進(jìn)一步探索。

三、人工智能賦能課堂變革表征

（一）人工智能賦能課堂理念變革

人工智能賦能課堂理念變革的關(guān)鍵，在于融合賦能思維，重構(gòu)原有課堂教學(xué)價(jià)值觀，并通過行動(dòng)指南和具體行動(dòng)外顯出來。落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，德智體美勞五育并舉是人工智能賦能課堂變革的價(jià)值取向；面向疫后時(shí)期課堂教學(xué)需要，多維彌合課堂空間、支撐線上線下混合教學(xué)，深化資源精準(zhǔn)供給、助力教育優(yōu)質(zhì)均衡發(fā)展，持續(xù)創(chuàng)新課堂教學(xué)、培養(yǎng)全面發(fā)展創(chuàng)新人才是人工智能賦能課堂變革的行動(dòng)指南；以深度課堂理論為指導(dǎo)，對(duì)標(biāo)發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，注重批判性思維、知識(shí)遷移能力和問題解決能力的培養(yǎng)，依托人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同教學(xué)和多模態(tài)數(shù)據(jù)融合評(píng)價(jià)是人工智能賦能課堂變革的具體行動(dòng)。由此可見，人工智能賦能課堂理念變革的實(shí)質(zhì)，在于充分融合賦能思維，激活課堂自身的變革內(nèi)驅(qū)力，重塑課堂教學(xué)各要素與關(guān)系，重新思考人工智能賦能課堂教學(xué)的原理與方法，從而培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展、符合未來社會(huì)需求的新時(shí)代創(chuàng)新人才。

（二）人工智能賦能課堂空間變革

以5G網(wǎng)絡(luò)、XR技術(shù)、知識(shí)圖譜、模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理、數(shù)字畫像和數(shù)字孿生等為代表的智能技術(shù)為課堂空間從實(shí)體化向虛擬化過渡、固定化向個(gè)性化轉(zhuǎn)變、零散化向集群化升維、孤島化向數(shù)智化融合提供了主要支持。智能技術(shù)賦能課堂空間變革，即是將原有課堂空間賦予思考能力和決策能力，為人機(jī)協(xié)同的課堂教學(xué)提供彈性化、動(dòng)態(tài)化和按需定制化的服務(wù)。5G網(wǎng)絡(luò)、XR技術(shù)可賦予課堂空間高仿真、低時(shí)延的交互體驗(yàn)，為創(chuàng)設(shè)真實(shí)教學(xué)情境提供支持，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)雙師聯(lián)動(dòng)教學(xué)，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)資源高質(zhì)量供給；知識(shí)圖譜、模式識(shí)別和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)資源的實(shí)時(shí)提煉和動(dòng)態(tài)推送，為學(xué)生提供自適應(yīng)學(xué)習(xí)服務(wù)，同時(shí)可以生成人工智能助手和學(xué)伴，參與教學(xué)活動(dòng)，支持人機(jī)協(xié)同教學(xué)；數(shù)字畫像和數(shù)字孿生技術(shù)可實(shí)現(xiàn)基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的學(xué)生學(xué)情動(dòng)態(tài)分析及實(shí)時(shí)可視化，為課堂教學(xué)效果動(dòng)態(tài)畫像評(píng)價(jià)提供支持。

（三）人工智能賦能課堂教學(xué)變革

人機(jī)協(xié)同是人工智能教育應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)。已有研究表明，人工智能可以輔助和促進(jìn)大規(guī)模的師生交互，同時(shí)逐步成為實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)的主要途徑[28]。人機(jī)協(xié)同賦能課堂教學(xué)變革，首先應(yīng)將人工智能技術(shù)的具現(xiàn)化產(chǎn)物作為課堂要素之一，并參與學(xué)生、教師和其他課堂要素的交互，同時(shí)賦能教學(xué)目標(biāo)確定、教學(xué)內(nèi)容選擇、教學(xué)活動(dòng)組織、教學(xué)評(píng)價(jià)實(shí)施，實(shí)現(xiàn)課堂結(jié)構(gòu)化變革。

1.數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)賦能課堂教學(xué)目標(biāo)確定

教學(xué)目標(biāo)制約著教學(xué)活動(dòng)的全過程，是課堂價(jià)值的重要體現(xiàn)。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)賦能課堂教學(xué)目標(biāo)確定，即對(duì)標(biāo)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，面向批判性思維、知識(shí)遷移能力和問題解決能力等關(guān)鍵指標(biāo)，結(jié)合人工智能技術(shù)收集分析的數(shù)據(jù)確定教學(xué)目標(biāo)，從而支持?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的因材施教。

2.圖譜分析賦能課堂教學(xué)內(nèi)容供給

教學(xué)內(nèi)容是教學(xué)活動(dòng)實(shí)施中最具有實(shí)質(zhì)性的東西。圖譜分析賦能課堂教學(xué)內(nèi)容供給，即利用知識(shí)圖譜、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、模式識(shí)別和智能代理等技術(shù)手段支持大單元內(nèi)容提煉重構(gòu)、分課時(shí)內(nèi)容歸并重組，同時(shí)實(shí)施多終端場(chǎng)景化智能推送，從而實(shí)現(xiàn)按需認(rèn)知外包，支持教學(xué)活動(dòng)的個(gè)性化開展。

3.畫像構(gòu)建賦能個(gè)性教學(xué)活動(dòng)定制

教學(xué)活動(dòng)是學(xué)生認(rèn)知發(fā)展與個(gè)性發(fā)展的基本方式[29]，也是教師為達(dá)成教學(xué)目標(biāo)所采用的教學(xué)組織、方法、手段和途徑的總稱。畫像構(gòu)建賦能個(gè)性教學(xué)活動(dòng)定制，即根據(jù)學(xué)生數(shù)據(jù)畫像，結(jié)合教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容，為其匹配自適應(yīng)教學(xué)路徑、個(gè)性化教學(xué)活動(dòng)和智能化支持服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的定制化教學(xué)。

4.多模融合賦能動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)評(píng)價(jià)實(shí)施

教學(xué)評(píng)價(jià)就是依據(jù)一定的教學(xué)目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)教學(xué)活動(dòng)及其效果所進(jìn)行的價(jià)值判斷活動(dòng)[30]。多模融合賦能動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)評(píng)價(jià)實(shí)施，即利用多模態(tài)數(shù)據(jù)融合分析與智能可視化表征，針對(duì)學(xué)生的知識(shí)掌握情況等學(xué)習(xí)結(jié)果和關(guān)鍵能力、必備品格等素養(yǎng)水平進(jìn)行動(dòng)態(tài)畫像評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)以人為本的綜合認(rèn)證，同時(shí)也為教學(xué)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)調(diào)整與確定提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

四、人工智能賦能課堂變革機(jī)理

（一）人工智能的賦能屬性

人工智能是指由人類所制造的智能，其原型是自然智能，特別是人類智能。人工智能領(lǐng)域研究的任務(wù)，在于理解自然智能奧秘，創(chuàng)制人工智能機(jī)器，增強(qiáng)人類智力能力[31]。自1956年達(dá)特茅斯會(huì)議誕生人工智能這一概念，到經(jīng)歷跌宕起伏的兩次興盛和兩次寒冬，再到云計(jì)算、大數(shù)據(jù)的快速發(fā)展和算法模型的突破性進(jìn)展，當(dāng)前，我們迎來了人工智能的第三次浪潮。以5G網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、AIoT和邊緣計(jì)算等為基礎(chǔ)設(shè)施與知識(shí)圖譜、模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)和NLP等關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)成的智能環(huán)境，已在人機(jī)對(duì)話、圖像識(shí)別、數(shù)據(jù)分析和個(gè)性推送等領(lǐng)域有所突破，這為人工智能在不同行業(yè)和領(lǐng)域凸顯其賦能屬性提供有力支持?；厮萑斯ぶ悄馨l(fā)展歷程，聚焦人工智能本身，依托基礎(chǔ)設(shè)施和關(guān)鍵技術(shù)的持續(xù)突破，我們可以看出賦予人類個(gè)體能力，增強(qiáng)人類個(gè)體智力，解放人類個(gè)體勞動(dòng)是人工智能本質(zhì)屬性。當(dāng)人類個(gè)體的勞動(dòng)被解放出來后，人機(jī)協(xié)同創(chuàng)造將逐步成為未來社會(huì)發(fā)展的主題。由此可見，人工智能本體具備賦能屬性，并通過理念重塑、技術(shù)革新和應(yīng)用創(chuàng)新外化出來，人工智能的賦能屬性必將對(duì)社會(huì)各行各業(yè)的發(fā)展掀起一場(chǎng)系統(tǒng)化變革。

（二）人工智能賦能課堂變革的要素

機(jī)理是指一定系統(tǒng)中各要素的結(jié)構(gòu)、關(guān)系及相互作用的規(guī)則與原理，也有研究將其釋義為有機(jī)體的構(gòu)造、功能和相互關(guān)系[32]。對(duì)于課堂這一系統(tǒng)而言，構(gòu)成課堂的要素與結(jié)構(gòu)是其機(jī)理的表征之一。教學(xué)論中將課堂看作是由學(xué)生、教師、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)評(píng)價(jià)和教學(xué)環(huán)境等七個(gè)要素組成的動(dòng)態(tài)綜合體。其中，學(xué)生是教學(xué)的主體，教師是教學(xué)的主導(dǎo)，二者是課堂中無法缺少的要素，是課堂使命的出發(fā)點(diǎn)和功能的落腳點(diǎn)；再者，教學(xué)目標(biāo)制約教學(xué)活動(dòng)的開展，并通過教學(xué)內(nèi)容具體展現(xiàn)、教學(xué)方法落地實(shí)施和教學(xué)評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)反饋；最后，教學(xué)環(huán)境是支撐教學(xué)活動(dòng)開展的客觀條件，是課堂要素間產(chǎn)生交互關(guān)系和形成相應(yīng)結(jié)構(gòu)的保障。人工智能賦能課堂變革的要素及其關(guān)系，即是以人工智能基礎(chǔ)設(shè)施和關(guān)鍵技術(shù)組成的智能教學(xué)環(huán)境為依托，將人工智能技術(shù)的具現(xiàn)化產(chǎn)物作為課堂要素之一，賦能教學(xué)目標(biāo)確定、教學(xué)內(nèi)容供給、教學(xué)方法選用、教學(xué)活動(dòng)開展和教學(xué)評(píng)價(jià)實(shí)施，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的因材施教、按需推送的資源供給和人機(jī)協(xié)同的教學(xué)活動(dòng)，同時(shí)針對(duì)學(xué)生的知識(shí)掌握、素養(yǎng)水平、關(guān)鍵能力和必備品格等方面進(jìn)行動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生批判性思維、知識(shí)遷移能力和問題解決能力的自適應(yīng)提升，最終達(dá)成培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展、適應(yīng)未來社會(huì)需求的新時(shí)代創(chuàng)新人才這一教育目標(biāo)，如圖1所示。

（三）人工智能賦能課堂變革的原理

賦能環(huán)境建設(shè)、賦能教學(xué)設(shè)計(jì)、賦能教學(xué)實(shí)施是人工智能賦能課堂變革的三個(gè)層次。賦能環(huán)境建設(shè)即以知識(shí)圖譜、模式識(shí)別等為代表的人工智能技術(shù)變革原有教學(xué)環(huán)境，使課堂空間呈現(xiàn)虛實(shí)融合、動(dòng)態(tài)交互、按需分配、彈性拓展的特征，為課堂空間賦予沉浸式智能交互等能力；賦能教學(xué)設(shè)計(jì)即以多來源數(shù)據(jù)融合分析和多維度數(shù)據(jù)智能可視化變革原有教學(xué)設(shè)計(jì)，使教學(xué)設(shè)計(jì)趨向定制化目標(biāo)、自適應(yīng)內(nèi)容、泛在化交互和畫像化評(píng)價(jià)，為教學(xué)設(shè)計(jì)賦予規(guī)?；葱瓒ㄖ频饶芰?；賦能教學(xué)實(shí)施即以人機(jī)協(xié)同變革原有教學(xué)活動(dòng)組織，使人工智能技術(shù)的具現(xiàn)化產(chǎn)物成為教學(xué)活動(dòng)主體的代理、助理、導(dǎo)師及伙伴，為教學(xué)實(shí)施賦予按需協(xié)同化認(rèn)知融合等能力。

圖2可以看出，人工智能賦能課堂變革是以智能技術(shù)賦能的教學(xué)環(huán)境為支撐，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)賦能的教學(xué)設(shè)計(jì)為抓手，以人機(jī)協(xié)同賦能的教學(xué)實(shí)施為關(guān)鍵，最終實(shí)現(xiàn)課堂改革創(chuàng)新，服務(wù)人才培養(yǎng)需要。

五、人工智能賦能課堂變革新樣態(tài)

（一）人工智能賦能課堂變革的典型樣態(tài)

樣態(tài)是指事物或?qū)嶓w存在的方式、關(guān)系或性質(zhì)結(jié)合的形式[33]。人工智能賦能課堂變革，最終都反映在課堂樣態(tài)上。以人工智能賦能課堂變革，需要圍繞賦能環(huán)境建設(shè)、賦能教學(xué)設(shè)計(jì)和賦能教學(xué)實(shí)施，構(gòu)建典型課堂樣態(tài)，從而落地人工智能賦能課堂變革?；诖?，本研究提出智能可視化課堂、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)課堂、個(gè)性定制化課堂、虛擬雙師型課堂、人機(jī)協(xié)同化課堂等五種人工智能賦能課堂變革的典型樣態(tài)。

1.智能可視化課堂

智能可視化課堂充分發(fā)揮VR、AR、MR、XR和數(shù)字孿生等智能技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)空間彌合、無縫實(shí)時(shí)交互和全景擬真反饋，不斷拓展學(xué)生具身認(rèn)知，豐富學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果。這種課堂貫通數(shù)據(jù)可視化、知識(shí)可視化和思維可視化，綜合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和人工智能技術(shù)賦能教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)、教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)和教學(xué)效果評(píng)價(jià)，從而支持學(xué)生深度思考和交流互動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生問題解決和反思提升。

2.動(dòng)態(tài)自適應(yīng)課堂

動(dòng)態(tài)自適應(yīng)課堂以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，依托教育大數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)分析、數(shù)據(jù)挖掘和教育大腦等技術(shù)手段，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和即時(shí)需求，為學(xué)生提供完成教學(xué)目標(biāo)所需的環(huán)境、資源和服務(wù)，并根據(jù)學(xué)生學(xué)情變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化。這種課堂對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的學(xué)情數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集表征，并關(guān)聯(lián)學(xué)生歷史學(xué)情數(shù)據(jù)建模分析，從而動(dòng)態(tài)調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)形式、學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)支持服務(wù)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教與學(xué)。這種課堂的核心是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃、學(xué)習(xí)資源推送與學(xué)習(xí)服務(wù)供給，依托技術(shù)支持實(shí)現(xiàn)規(guī)模個(gè)性化教學(xué)，從而促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

3.個(gè)性定制化課堂

個(gè)性定制化課堂將傳統(tǒng)大規(guī)模教學(xué)和學(xué)生個(gè)性學(xué)習(xí)需求有機(jī)結(jié)合，借助教育大數(shù)據(jù)、量化自我、學(xué)習(xí)分析等智能技術(shù)，關(guān)注學(xué)生之間的差異性和多樣性，根據(jù)學(xué)生自身學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)需求構(gòu)建學(xué)生模型，對(duì)標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)定制個(gè)人專屬學(xué)習(xí)方案。這種課堂通過融合學(xué)生的自我需求和社會(huì)需求，將教師、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)資源、教學(xué)活動(dòng)和學(xué)習(xí)同伴等課堂要素有機(jī)聯(lián)動(dòng)形成課堂快照，依托智能平臺(tái)為學(xué)生量體裁衣設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)活動(dòng)和學(xué)習(xí)支持，從而支持處處可學(xué)、時(shí)時(shí)能學(xué)的泛在學(xué)習(xí)。

4.虛擬雙師型課堂

虛擬雙師型課堂利用邊緣計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、知識(shí)圖譜和自然語言處理等智能技術(shù)，打通線上線下教學(xué)壁壘，實(shí)現(xiàn)真人教師和虛擬教師共同協(xié)作開展教學(xué)。知識(shí)圖譜、NLP等人工智能技術(shù)的深化發(fā)展，使得依托教育機(jī)器人、智能導(dǎo)師、智慧學(xué)伴等打造真人教師主導(dǎo)、AI教師輔導(dǎo)的虛擬雙師型課堂在當(dāng)下成為可能。這種課堂中，真人教師和AI教師各司其職，協(xié)同組織教學(xué)活動(dòng)，AI教師通過數(shù)據(jù)分析展現(xiàn)學(xué)生學(xué)情數(shù)據(jù)，同時(shí)部分代理教師教學(xué)功能；真人教師根據(jù)學(xué)情數(shù)據(jù)調(diào)整課堂教學(xué)活動(dòng)，持續(xù)凸顯教師育人功能。這種課堂不僅能為教師回歸育人使命，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)提供支持，同時(shí)也能為偏遠(yuǎn)地區(qū)教育高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)造條件。

5.人機(jī)協(xié)同化課堂

人機(jī)協(xié)同化課堂充分發(fā)揮人工智能對(duì)個(gè)體認(rèn)知外包作用，將人工智能具現(xiàn)化產(chǎn)物看作課堂的組成部分，推進(jìn)課堂教學(xué)過程中教師、學(xué)生、人工智能伙伴等角色間的深度互動(dòng)和自組織交流，實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同教學(xué)。在這種課堂中，學(xué)生、教師與人工智能伙伴共同成長(zhǎng)、協(xié)同促進(jìn)、智慧生成。人工智能伙伴能夠引導(dǎo)學(xué)生深度思考、輔助教師完成重復(fù)性教學(xué)工作，使學(xué)生回歸學(xué)習(xí)本質(zhì)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造性學(xué)習(xí)，教師回歸育人本質(zhì)深化立德樹人。這種課堂是人工智能賦能課堂變革的最高層次，也是人工智能賦能課堂變革的重要方向。

（二）人工智能賦能課堂變革的具體舉措

1.彰顯賦能思維促進(jìn)教學(xué)理念轉(zhuǎn)變

人工智能賦能課堂變革，首先要彰顯賦能思維促進(jìn)教學(xué)理念轉(zhuǎn)變。應(yīng)站在生命的高度，將學(xué)生看作獨(dú)特的個(gè)體，賦予其認(rèn)識(shí)自我、認(rèn)識(shí)外部世界的方法和能力，激發(fā)其主觀能動(dòng)性，提高其自我效能感，助力其成為更好的自己，從而培養(yǎng)“千人千面”的高質(zhì)量創(chuàng)新人才。這就需要以賦能思維引領(lǐng)教學(xué)理念轉(zhuǎn)變，寓價(jià)值觀塑造于課堂教學(xué)中，落實(shí)立德樹人、堅(jiān)持五育并舉、強(qiáng)化課程思政，在原有自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)等基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)深度課堂、混合學(xué)習(xí)、人機(jī)協(xié)同、可視化等理念。與此同時(shí)，教師應(yīng)具有成果導(dǎo)向及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)意識(shí)，充分發(fā)揮自身育人價(jià)值和人工智能技術(shù)功能價(jià)值，人機(jī)協(xié)同培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的新時(shí)代創(chuàng)新人才。

2.深化人機(jī)協(xié)同促進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)變革

人工智能賦能課堂變革，其次應(yīng)深化人機(jī)協(xié)同促進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)變革。這就需要在賦能思維引領(lǐng)下，重新思考教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)策略和教學(xué)評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)。教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)標(biāo)核心素養(yǎng)，注重高階思維，落實(shí)五育并舉，反映社會(huì)需要，同時(shí)結(jié)合學(xué)生個(gè)體數(shù)據(jù)畫像確定不同個(gè)體的教學(xué)目標(biāo)，助力實(shí)現(xiàn)規(guī)?；虿氖┙?；教學(xué)策略的設(shè)計(jì)，應(yīng)充分考慮教與學(xué)的現(xiàn)實(shí)特征及人工智能物化產(chǎn)物的屬性，開展人機(jī)協(xié)同的自適應(yīng)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的深度學(xué)習(xí)；教學(xué)評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)，應(yīng)從聚焦學(xué)習(xí)結(jié)果到關(guān)注學(xué)習(xí)全程，從基于學(xué)習(xí)成績(jī)到基于學(xué)習(xí)畫像，依托多維度數(shù)據(jù)開展動(dòng)態(tài)智能可視化分析，實(shí)現(xiàn)伴隨式多元化全過程評(píng)價(jià)。

3.融合智能技術(shù)促進(jìn)教學(xué)活動(dòng)創(chuàng)新

人工智能賦能課堂變革，還應(yīng)融合智能技術(shù)促進(jìn)教學(xué)活動(dòng)創(chuàng)新。教師可利用“互聯(lián)網(wǎng)+”“智能+”教學(xué)平臺(tái)、基于知識(shí)圖譜的資源中心及教育APP實(shí)現(xiàn)多元化內(nèi)容呈現(xiàn)、動(dòng)態(tài)化學(xué)情分析、情境化即時(shí)交互、個(gè)性化資源推送及系統(tǒng)化知識(shí)建構(gòu)，開展智能可視化教學(xué)、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)教學(xué)、個(gè)性定制化教學(xué)、虛擬雙師教學(xué)和人機(jī)協(xié)同教學(xué)；學(xué)生可利用基于AR/VR/MR/XR等技術(shù)的交互式資源、依托模式識(shí)別的學(xué)習(xí)工具和使用自然語言處理的智能學(xué)伴，彌合學(xué)習(xí)空間、泛在互動(dòng)探究和自適應(yīng)提升能力，實(shí)現(xiàn)“千人千面”的個(gè)性化學(xué)習(xí)。

4.聯(lián)動(dòng)數(shù)據(jù)分析促進(jìn)教學(xué)評(píng)價(jià)多元

人工智能賦能課堂變革，最后要聯(lián)動(dòng)數(shù)據(jù)分析促進(jìn)教學(xué)評(píng)價(jià)多元。在評(píng)價(jià)理念方面，要強(qiáng)調(diào)以人為本、多源數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)、動(dòng)態(tài)精細(xì)畫像、全景個(gè)性評(píng)價(jià)；在評(píng)價(jià)方法方面，要依托人工智能技術(shù)對(duì)課堂中有關(guān)教與學(xué)的行為數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)、情感數(shù)據(jù)等進(jìn)行智能感知和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)，通過解構(gòu)、關(guān)聯(lián)和重組多源數(shù)據(jù)建立反映教與學(xué)現(xiàn)狀的動(dòng)態(tài)模型，借助教育大腦進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)處理、畫像構(gòu)建和動(dòng)態(tài)評(píng)估，同時(shí)不斷修正評(píng)價(jià)模型，最終實(shí)現(xiàn)伴隨式多元化全過程教學(xué)評(píng)價(jià)，助力課堂教學(xué)持續(xù)改進(jìn)。

六、結(jié)語

“人工智能+教育”是培養(yǎng)全面發(fā)展創(chuàng)新人才的重要共識(shí)，課堂是教育的主戰(zhàn)場(chǎng)、育人的主渠道，以人工智能賦能課堂變革實(shí)現(xiàn)智能時(shí)代育人育才的根本任務(wù)具有重要的意義。本研究面向錯(cuò)綜復(fù)雜的全球化進(jìn)程和日益精進(jìn)的創(chuàng)新人才需求，結(jié)合新冠疫情所帶來的教學(xué)方式變革，圍繞人工智能賦能課堂變革什么、何以變革、如何變革三個(gè)問題展開探究，聚焦課堂在教育中的重要地位，基于賦能思維與價(jià)值引領(lǐng)，明確人工智能賦能課堂的理念變革、空間變革與教學(xué)變革；基于賦能屬性與教學(xué)理論，分析人工智能賦能課堂變革的要素，論述人工智能賦能課堂變革的原理，從而揭示人工智能賦能課堂變革的機(jī)理；基于賦能層次與教學(xué)設(shè)計(jì)，提出智能可視化、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)、個(gè)性定制化、虛擬雙師型、人機(jī)協(xié)同化等五種人工智能賦能課堂變革的新樣態(tài)以及具體實(shí)施舉措。

我們期望，本研究能為人工智能賦能課堂變革提供理論借鑒與實(shí)踐引導(dǎo)，有效推動(dòng)人工智能在課堂這一教育主戰(zhàn)場(chǎng)發(fā)揮積極作用。

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作者簡(jiǎn)介：

謝幼如：教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檎n程設(shè)計(jì)、教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、教育技術(shù)研究方法、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源開發(fā)與應(yīng)用。

邱藝：在讀博士，研究方向?yàn)橹腔壅n堂教學(xué)設(shè)計(jì)與應(yīng)用、教學(xué)設(shè)計(jì)理論與應(yīng)用、人工智能教育應(yīng)用。

劉亞純：在讀碩士，研究方向?yàn)橹腔壅n堂教學(xué)設(shè)計(jì)與應(yīng)用、教學(xué)設(shè)計(jì)理論與應(yīng)用、人工智能教育應(yīng)用。

Inquiry in Artificial Intelligence Empowering Classroom Reform

Xie Youru， Qiu Yi， Liu Yachun（School of Educational Information Technology， South China Normal University， Guangzhou 510631， Guangdong）

Abstract： The in-depth development of the new generation of artificial intelligence technology and the changes of social pattern caused by the COVID-19 pandemic have brought a profound impact on the education field. Classroom is the main battlefield of education and the main channel for educating people. Promoting AI empowering classroom reform and cultivating innovative talents with comprehensive development of morality， intelligence， physical， art and labor are issues needed to be solved urgently. Based on the analysis of relevant documents at home and abroad， this research explored three questions of what， why and how to transform AI empowering classroom with a systematic view of theoretical analysis and practical elaboration in AI empowering classroom. First， this research focused on the important position of the classroom in education in order to clarify the conceptual reform， environment reform and teaching reform of AI empowering classroom based on empowering thinking and value guidance. Then， this research analyzed the elements of AI empowering classroom reform and discussed the principles of AI empowering classroom reform based on the attributes of empowerment and teaching theory， so as to reveal the mechanism of AI empowering classroom reform. Finally， based on the empowerment levels and teaching design， this research proposed five new forms of artificial intelligence empowering classroom reform， including intelligent visualization classroom， dynamic adaptation classroom， personalized customization classroom， virtual double teacher classroom human-computer collaborative classroom， and specific implementation measures.

Keywords： Artificial Intelligence； empowering； classroom reform； inquiry

責(zé)任編輯：李雅瑄