GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)研究

摘要：生成式人工智能（Generative Artificial Intelligence，GenAI）技術(shù)的出現(xiàn)，給高校教育教學(xué)帶來了重大變革。在此背景下，文章從AI數(shù)字能力培養(yǎng)、教學(xué)模式構(gòu)建、教學(xué)平臺(tái)建設(shè)、課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐四個(gè)方面，對(duì)GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)展開了探索：首先，文章指出人工智能時(shí)代的教學(xué)任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的AI數(shù)字能力；接著，文章以人機(jī)雙師互補(bǔ)、人機(jī)雙師協(xié)同為理論框架，構(gòu)建了GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)模式；之后，文章從課程社區(qū)、互動(dòng)社區(qū)、群學(xué)社區(qū)三個(gè)維度，介紹了人機(jī)雙師協(xié)同的GenAI平臺(tái)建設(shè)情況；最后，文章以清華大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程為例進(jìn)行了案例分析，驗(yàn)證了人機(jī)雙師協(xié)同的教學(xué)效果。研究發(fā)現(xiàn)，GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)模式顯著提升了學(xué)生的AI數(shù)字能力，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性；人機(jī)協(xié)同可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)；學(xué)生對(duì)課程的教學(xué)滿意度較高，課程的推薦度良好。文章對(duì)GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)進(jìn)行了理論探索和實(shí)踐應(yīng)用，為高校教學(xué)探索了一條新路徑，有助于推動(dòng)GenAI技術(shù)與教育教學(xué)的融合。

關(guān)鍵詞：GenAI賦能；人機(jī)雙師協(xié)同；AI數(shù)字能力；教學(xué)平臺(tái)建設(shè)；教學(xué)評(píng)價(jià)

【中圖分類號(hào)】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【論文編號(hào)】1009—8097（2025）03—0034—10 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2025.03.004

隨著以ChatGPT為代表的GenAI技術(shù)的出現(xiàn)，各行各業(yè)積極探討與新技術(shù)融合發(fā)展的新模式。在教育教學(xué)方面，GenAI技術(shù)具有支持個(gè)性化學(xué)習(xí)、人機(jī)交流、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容等優(yōu)點(diǎn)。而高等院校因其在數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)字接入、數(shù)字人才等方面頗具優(yōu)勢(shì)，成為了GenAI技術(shù)應(yīng)用的熱門場(chǎng)景。2023年秋季學(xué)期，清華大學(xué)啟動(dòng)了“人工智能賦能教學(xué)”課程試點(diǎn)項(xiàng)目^[1]，北京大學(xué)、浙江大學(xué)、南京大學(xué)等高校也積極探討了基于人工智能技術(shù)的教育教學(xué)新模式^[2]。在GenAI技術(shù)賦能的背景下，高校要積極發(fā)揮人工智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)并與現(xiàn)有的教學(xué)融合，探索人機(jī)協(xié)同教學(xué)的新模式?；诖?，本研究嘗試通過教學(xué)模式構(gòu)建、教學(xué)平臺(tái)建設(shè)、課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐，對(duì)GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)進(jìn)行理論探索和實(shí)踐應(yīng)用，并針對(duì)GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)進(jìn)行效果分析，以更大程度地發(fā)揮GenAI的賦能作用，培養(yǎng)學(xué)生的AI數(shù)字能力。

一 人工智能時(shí)代的教學(xué)任務(wù)：AI數(shù)字能力培養(yǎng)

人類作為碳基生命的一員，為了更好地繁衍生息，需要與自然環(huán)境進(jìn)行友好互動(dòng)。從物質(zhì)資源的利用到能量資源的使用再到當(dāng)下信息資源的應(yīng)用，人與自然的互動(dòng)能力隨著人類文明的演進(jìn)而不斷提升。人類建立的教育體系特別是大學(xué)教育，其主要任務(wù)是培養(yǎng)適應(yīng)當(dāng)下社會(huì)且具備較強(qiáng)互動(dòng)能力的人才，以推動(dòng)社會(huì)發(fā)展進(jìn)步。當(dāng)前，在人工智能技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，人才培養(yǎng)模式快速迭代，特別是GenAI技術(shù)的出現(xiàn)直接挑戰(zhàn)了以知識(shí)積累和傳遞為中心的人才培養(yǎng)模式。

從教育理論的角度來說，能力是指人類個(gè)體與環(huán)境互動(dòng)的技能水平，旨在維持并促進(jìn)個(gè)體與種群的生存和發(fā)展，具有主體性、社會(huì)性、文化性等特征。數(shù)字能力是個(gè)體在數(shù)字環(huán)境對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行分析和應(yīng)用的技能，是人工智能時(shí)代必備的一種能力。那么，如何培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字能力？為探討此問題，本研究以清華大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程為例，圍繞學(xué)生的數(shù)字能力培養(yǎng)進(jìn)行案例分析。該課程作為學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后的第一門計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字能力。在該課程中，數(shù)字能力具體表現(xiàn)為人與計(jì)算機(jī)、數(shù)字機(jī)器的互動(dòng)能力。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字能力培養(yǎng)形成了從數(shù)字化到數(shù)據(jù)化再到數(shù)智化的演變路徑。從最初的信息數(shù)字化能力，到算法程序化能力，再到個(gè)體利用人工智能完成任務(wù)和解決問題所必需的綜合能力，這些能力組成了“人工智能數(shù)字能力”（下文簡(jiǎn)稱“AI數(shù)字能力”）。

AI數(shù)字能力是人工智能時(shí)代學(xué)生需要具備的核心能力，因此AI數(shù)字能力培養(yǎng)是人工智能時(shí)代的一項(xiàng)重要教學(xué)任務(wù)。在人工智能技術(shù)迅猛發(fā)展的背景下，本研究審視社會(huì)對(duì)人才的新需求，結(jié)合AI數(shù)字能力培養(yǎng)的教學(xué)任務(wù)，對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)任務(wù)進(jìn)行了新定位：GenAI賦能教學(xué)并不是簡(jiǎn)單地將GenAI技術(shù)相關(guān)內(nèi)容融入課程，而是需要引入GenAI技術(shù)新元素創(chuàng)新教學(xué)模式，并圍繞新模式組織教學(xué)，對(duì)GenAI賦能教育教學(xué)進(jìn)行有效的理論探索與實(shí)踐應(yīng)用。而要完成新的教學(xué)任務(wù)，將GenAI技術(shù)與已有的課程教學(xué)融合、構(gòu)建人工智能時(shí)代的新教學(xué)模式尤為關(guān)鍵。

二 人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)模式的構(gòu)建

要想真正體現(xiàn)GenAI賦能教學(xué)的價(jià)值，就需要?jiǎng)?chuàng)新教學(xué)模式，之后應(yīng)用新模式指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐層面的實(shí)施，如整合GenAI技術(shù)與教學(xué)內(nèi)容、打造互動(dòng)式學(xué)習(xí)環(huán)境、優(yōu)化評(píng)估與反饋機(jī)制等。為探索GenAI技術(shù)與課程融合的創(chuàng)新教學(xué)模式并分析新模式的教學(xué)效果，本研究圍繞AI數(shù)字能力培養(yǎng)的任務(wù)，以人機(jī)雙師互補(bǔ)、人機(jī)雙師協(xié)同為理論框架，構(gòu)建了GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)模式。

1 理論框架

（1）人機(jī)雙師互補(bǔ)

從“師者，所以傳道受業(yè)解惑也”這個(gè)定義出發(fā)，本研究對(duì)GenAI與人類教師在知識(shí)傳遞、教學(xué)引導(dǎo)等方面的特點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比，并呈現(xiàn)了雙師互補(bǔ)的新特征（如表1所示），以明確人機(jī)的雙師角色定位^[3]。

人機(jī)雙師互補(bǔ)主要表現(xiàn)為：一方面，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的GenAI能提供大量知識(shí)，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況整合資源，覆蓋更廣泛的基礎(chǔ)知識(shí)領(lǐng)域，為學(xué)生提供全面的知識(shí)框架；而具有專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)的人類教師擅長(zhǎng)對(duì)復(fù)雜概念進(jìn)行深入講解，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行批判性思考，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的深度加工。另一方面，GenAI通過計(jì)算力和技術(shù)層面的支持，能夠快速響應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，提供即時(shí)反饋和成績(jī)?cè)u(píng)估，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模個(gè)性化學(xué)習(xí)，讓每一位學(xué)生都能獲得適合自己的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，并利用客觀數(shù)據(jù)輔助教學(xué)創(chuàng)新；而人類教師通過傳授正確的價(jià)值觀和社會(huì)規(guī)范，幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的人格特質(zhì)，特別是能向?qū)W習(xí)困難或?qū)W習(xí)進(jìn)度慢的學(xué)生提供情感支持和激勵(lì)，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

（2）人機(jī)雙師協(xié)同

人機(jī)雙師協(xié)同的理論框架可以從認(rèn)知心理學(xué)中的雙加工理論中獲得啟發(fā)^[4]。雙加工理論將人類的信息處理分為自動(dòng)化加工和控制加工兩種方式，代表兩種不同類型的人類思維模式，這對(duì)于設(shè)計(jì)人機(jī)交互系統(tǒng)具有重要的指導(dǎo)意義。這兩種加工方式在日常的認(rèn)知活動(dòng)中共同作用，使人們能夠在處理熟悉任務(wù)時(shí)節(jié)省認(rèn)知資源，同時(shí)能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜的挑戰(zhàn)。

具體來說，自動(dòng)化加工是無意識(shí)的、自動(dòng)發(fā)生的，不需要占用大量的認(rèn)知資源；其主要依賴直覺和經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)人根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)對(duì)信息進(jìn)行處理，通過相似性的感知連接做出判斷。而控制加工是有意識(shí)的，需要消耗認(rèn)知資源；其更多依賴?yán)硇院鸵?guī)則，強(qiáng)調(diào)人通過復(fù)雜的運(yùn)算和邏輯思維進(jìn)行信息整合，通過計(jì)算分析得出判斷結(jié)果。教師可以根據(jù)兩種加工方式的特點(diǎn)合理分配教學(xué)任務(wù)：對(duì)于自動(dòng)化加工任務(wù)，如搜索基本概念和知識(shí)等，利用GenAI便可以實(shí)現(xiàn)，這就節(jié)省了教師的時(shí)間；而控制加工類任務(wù)，如引導(dǎo)學(xué)生深度思考解決復(fù)雜問題、提升高級(jí)思維等，需要由教師通過經(jīng)驗(yàn)傳授和教學(xué)引導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)。在人機(jī)雙師協(xié)同模式下，“1+1＞2”的教學(xué)效果將成為現(xiàn)實(shí)。

2"模式構(gòu)建

以人機(jī)雙師互補(bǔ)、人機(jī)雙師協(xié)同為理論框架，本研究構(gòu)建了GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)模式，如圖1所示。該模式基于雙加工理論的核心維度（即自動(dòng)化加工、控制加工），明確了人機(jī)分工的內(nèi)容：一方面，GenAI承擔(dān)自動(dòng)化加工任務(wù)（如數(shù)據(jù)分析、即時(shí)反饋），而教師負(fù)責(zé)控制加工任務(wù)（如教學(xué)調(diào)整、思維引導(dǎo)）；另一方面，綜合GenAI的處理速度和教師的專業(yè)智慧，通過人機(jī)協(xié)同加工，提升教學(xué)效率，推進(jìn)深度教學(xué)。在課前、課中、課后的教學(xué)過程中，教師可根據(jù)GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)模式對(duì)教學(xué)內(nèi)容、角色進(jìn)行合理分配，并通過不同課堂、不同學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐不斷調(diào)整教學(xué)效果，以形成良性循環(huán)。

在傳統(tǒng)教育中，教師是知識(shí)傳遞的核心。而隨著GenAI技術(shù)的引入，教師的角色需要重新定位。人機(jī)協(xié)同模式是將教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和人工智能技術(shù)相結(jié)合^[5]，其中以GenAI為代表的人工智能技術(shù)能夠提供全面的知識(shí)支持和實(shí)時(shí)互動(dòng)；而教師專注于啟發(fā)式教學(xué)和人文關(guān)懷，并根據(jù)不同的課程特點(diǎn)和教學(xué)階段，靈活調(diào)整GenAI的融合程度和角色。最終，教師與GenAI遵循共同的教學(xué)邏輯，進(jìn)行有效分工與有序配合，并圍繞預(yù)設(shè)的教學(xué)目標(biāo)積極協(xié)同，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效率提升和教學(xué)質(zhì)量提高。GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)模式整合了教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和GenAI的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過人機(jī)協(xié)同提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的AI數(shù)字能力。

三 人機(jī)雙師協(xié)同的GenAI教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

建設(shè)一個(gè)人機(jī)雙師協(xié)同的GenAI教學(xué)平臺(tái)，對(duì)于GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)模式的落地實(shí)施十分重要。為此，本研究團(tuán)隊(duì)從教學(xué)模式創(chuàng)新到教學(xué)平臺(tái)配套研發(fā)，均進(jìn)行了系統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐探究。在此基礎(chǔ)上，本研究應(yīng)用相關(guān)的人工智能技術(shù)，開發(fā)了人機(jī)雙師協(xié)同的GenAI教學(xué)平臺(tái)。GenAI教學(xué)平臺(tái)建設(shè)主要圍繞“如何培養(yǎng)學(xué)生AI數(shù)字能力”這一重要議題展開，通過發(fā)揮教師與GenAI技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與潛能，達(dá)到優(yōu)化教學(xué)過程、提升教學(xué)質(zhì)量的目的。GenAI教學(xué)平臺(tái)建設(shè)思路主要包括：開發(fā)基于群聊的課程社區(qū)，支持全定制的個(gè)性化服務(wù)；打造多角色的互動(dòng)社區(qū)，設(shè)置教師、學(xué)生和GenAI三類角色，提供實(shí)名或匿名的互動(dòng)選項(xiàng)；構(gòu)建人機(jī)互動(dòng)的群學(xué)社區(qū)，引入GenAI助教增強(qiáng)人機(jī)互動(dòng)，以豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。

1"基于群聊的課程社區(qū)開發(fā)

按照“學(xué)習(xí)社群+共享+共聊”的應(yīng)用思路，本研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的“GenAI多智能體課程社區(qū)”（簡(jiǎn)稱“課程社區(qū)”），其功能界面如圖2所示。課程社區(qū)基于Moobius群聊應(yīng)用技術(shù)框架開發(fā)，該框架在形式上與傳統(tǒng)群聊平臺(tái)類似，但對(duì)傳統(tǒng)群聊平臺(tái)的技術(shù)框架進(jìn)行了顛覆性創(chuàng)新，主張人工智能時(shí)代的人機(jī)共生社區(qū)理念，與傳統(tǒng)群聊平臺(tái)相比可以更好地契合教學(xué)的集體場(chǎng)景。

課程社區(qū)在操作、功能上優(yōu)勢(shì)顯著，具體表現(xiàn)為：①通過在本地計(jì)算機(jī)或云服務(wù)器上運(yùn)行較為簡(jiǎn)單的Python程序，教師可以完全掌握群服務(wù)邏輯（包括消息收發(fā)、成員互動(dòng)和群內(nèi)角色顯示邏輯）。此操作可以方便教師根據(jù)課程需求接入任何開放API的第三方智能體，包括經(jīng)課程內(nèi)容訓(xùn)練后的專屬智能體，從而更好地體現(xiàn)課程的智能化。另外，這些智能體的開發(fā)門檻低，便于迭代優(yōu)化。②課程社區(qū)界面除了提供基本的消息收發(fā)功能，還增加了自定義按鈕（Button）、公告板（Canvas）、消息右鍵菜單（Context Menu）等多種交互元素，其交互邏輯均可自由開發(fā)定制，賦予師生更廣泛的教學(xué)與學(xué)習(xí)空間，可實(shí)現(xiàn)教學(xué)管理、互動(dòng)統(tǒng)計(jì)、公告發(fā)送、課程實(shí)時(shí)彈幕、筆記記錄等多種功能。更重要的是，課程社區(qū)支持全定制的個(gè)性化服務(wù)，這是對(duì)傳統(tǒng)群聊平臺(tái)的重大突破。

2 多角色的互動(dòng)社區(qū)打造

本研究團(tuán)隊(duì)設(shè)置了包含教師、學(xué)生和GenAI三類角色的互動(dòng)社區(qū)，以便于不同角色快捷地進(jìn)行雙向互動(dòng)，如圖3所示?；?dòng)社區(qū)為學(xué)生提供實(shí)名或匿名的互動(dòng)選項(xiàng)，形成了“教師端實(shí)名、學(xué)生端匿名”的社區(qū)機(jī)制，既可減輕部分學(xué)生提問的心理負(fù)擔(dān)，也可在鼓勵(lì)學(xué)生與GenAI互動(dòng)的同時(shí)掌握不同學(xué)生的互動(dòng)情況，從而有針對(duì)性地對(duì)學(xué)生進(jìn)行幫助與引導(dǎo)。通過接入大模型開放的API引入GenAI助教，互動(dòng)社區(qū)不僅為學(xué)生提供了一個(gè)全天候在線的學(xué)習(xí)平臺(tái)，增強(qiáng)了學(xué)生與教師、學(xué)生與GenAI之間的互動(dòng)，而且為課程教學(xué)沉淀了豐富的過程數(shù)據(jù)，可為課程的教研和教改提供數(shù)據(jù)參考，并有利于加快課程建設(shè)的迭代速度。

3 人機(jī)互動(dòng)的群學(xué)社區(qū)構(gòu)建

除了課程社區(qū)、互動(dòng)社區(qū)，本研究團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了群學(xué)社區(qū)。群學(xué)社區(qū)中的教師由任課教師和助教團(tuán)隊(duì)構(gòu)成，而學(xué)生由選課學(xué)生和旁聽學(xué)生組成。通過接入不同的大模型開放API，本研究在群學(xué)社區(qū)中引入多種GenAI智能體，扮演課程通用助教的角色。教師可以通過上傳配套教材、課程數(shù)字資源等，配合提示詞的設(shè)置，完成課程專屬智能體的定制，并接入課程社區(qū)。智能體由GenAI助教和各種通用助教組成，其中GenAI助教的接入模型及其功能如表2所示。群聊模式由私聊、群聊、無上下文的快速提問、上下文關(guān)聯(lián)的討論等構(gòu)成，并且提供教師和學(xué)生、匿名或?qū)嵜⒄n上和課下等多視角，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與討論，也便于教師設(shè)置參與過程的量化評(píng)測(cè)。GenAI智能體通過引入互動(dòng)交流的功能，可以定制人機(jī)互動(dòng)的群學(xué)社區(qū)，也可為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)平臺(tái)，從而滿足其個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求。

四 人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)的課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐

在GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)模式下，教師的角色不僅僅是知識(shí)的傳遞者，而要更多地成為學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)者?；诖耍狙芯繄F(tuán)隊(duì)從三個(gè)方面對(duì)人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)的課程進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)踐：將GenAI引入混合式課堂、定制課程專屬GenAI助教、提高學(xué)習(xí)任務(wù)的GenAI含量，以期在新模式的指導(dǎo)下，更大程度地發(fā)揮GenAI賦能教育教學(xué)的價(jià)值。

1 將GenAI引入混合式課堂，實(shí)現(xiàn)多屏互動(dòng)教學(xué)

教師與GenAI助教共同參與教學(xué)過程，通過充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，開展多層次的互動(dòng)，可以促進(jìn)深度知識(shí)的輸出。其中，教師負(fù)責(zé)傳授核心知識(shí)和引導(dǎo)學(xué)生思考，充分發(fā)揮面授教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合學(xué)生互動(dòng)彈幕，引入GenAI的擴(kuò)展回答，以進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生思考，提升聽課效果；同時(shí)，GenAI助教輔以學(xué)習(xí)任務(wù)的配套設(shè)計(jì)，生成多維度、深層次的互動(dòng)反饋，以促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容向深度知識(shí)輸出的轉(zhuǎn)化^[6]。

在具體的課程實(shí)踐中，教師將GenAI引入混合式課堂，實(shí)現(xiàn)了多屏互動(dòng)教學(xué)，如圖4所示。多屏互動(dòng)教學(xué)增強(qiáng)了教師、學(xué)生、GenAI之間的交流：①通過屏幕1（即輔屏幕），學(xué)生接收與GenAI互動(dòng)的信息，同時(shí)GenAI教學(xué)平臺(tái)的引入開啟了上課模式的教師視角，使教師能夠看到學(xué)生的彈幕互動(dòng)和GenAI的彈幕釋疑；而數(shù)字黑板連接電腦、投影儀等教學(xué)設(shè)備，將教學(xué)課件、參考文檔展示在黑板上，教師也可以手寫板書并保存黑板內(nèi)容，方便學(xué)生課后進(jìn)一步學(xué)習(xí)。②通過屏幕2（即主屏幕），學(xué)生接收教師的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)習(xí)電子形式的教學(xué)課件。多屏互動(dòng)教學(xué)的實(shí)施，升級(jí)了混合式課堂教學(xué)，打造了人機(jī)雙師協(xié)同課堂，進(jìn)一步放大了GenAI在教學(xué)中的作用，為教師提供了一個(gè)全新的視角來重新審視和構(gòu)建課堂教學(xué)環(huán)境。

2 應(yīng)用RAG技術(shù)，定制課程專屬GenAI助教

檢索增強(qiáng)生成（Retrieval-Augmented Generation，RAG）技術(shù)是一種將信息檢索與生成模型相結(jié)合的技術(shù)，能夠從外部知識(shí)庫(kù)中檢索相關(guān)信息，并與生成模型相結(jié)合，生成與當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容緊密相關(guān)的補(bǔ)充材料，確?；卮鸬臏?zhǔn)確性和針對(duì)性。通過加載知識(shí)庫(kù)中的課程資料、往年資料、配套教材等，RAG技術(shù)可以助力GenAI在回答問題時(shí)生成更加貼合實(shí)際的教學(xué)內(nèi)容，成為課程專屬的GenAI助教。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)時(shí)，GenAI助教可以通過RAG技術(shù)檢索并生成與當(dāng)前教學(xué)內(nèi)容相符的補(bǔ)充性資料，從通識(shí)教育的角度、用生活化的比喻講解CPU與GPU、內(nèi)存與存儲(chǔ)等的區(qū)別，而不是進(jìn)行大而全的綜合性介紹?？梢?，通過應(yīng)用RAG技術(shù)，GenAI助教可以幫助學(xué)生專注于當(dāng)前階段的知識(shí)吸收，避免信息過載；教師可以利用GenAI助教提供的補(bǔ)充性資料，更有效地引導(dǎo)學(xué)生理解核心概念，最終實(shí)現(xiàn)教學(xué)效率和效果的最大化。

通過收集、分析并標(biāo)注互動(dòng)過程中學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，沉淀的有價(jià)值數(shù)據(jù)得到挖掘與復(fù)用，GenAI助教也得以更精準(zhǔn)地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和思維模式，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。隨著有價(jià)值數(shù)據(jù)的積累和課程平臺(tái)的迭代微調(diào)，一個(gè)通用的GenAI助教逐漸發(fā)展成為更加符合課程需求的定制化GenAI助教。

3 提高學(xué)習(xí)任務(wù)的GenAI含量

在人工智能時(shí)代，對(duì)于缺乏專業(yè)知識(shí)體系的學(xué)習(xí)者尤其是處于基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)階段的學(xué)習(xí)者來說，GenAI帶來的多為知識(shí)碎片，缺乏知識(shí)體系和知識(shí)深度，這就迫切需要一個(gè)能夠?qū)⑷藱C(jī)互動(dòng)所獲得的碎片化知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)化整合的方案^[7]。在此背景下，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)AI賦能教學(xué)和學(xué)習(xí)的全方位解決方案進(jìn)行了系統(tǒng)探索，其通過設(shè)計(jì)包含AI元素的學(xué)習(xí)任務(wù)，主動(dòng)為學(xué)生提供人機(jī)協(xié)作的實(shí)踐機(jī)會(huì)。以計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中人機(jī)協(xié)同的閱讀排版任務(wù)為例：在一個(gè)內(nèi)容輸出的任務(wù)場(chǎng)景中，可以設(shè)置具體的信息數(shù)字化能力要求——使用工具完成公眾號(hào)推文的具體排版，通過人機(jī)協(xié)作的相關(guān)設(shè)計(jì)和要求，在內(nèi)容加工和創(chuàng)作部分提升GenAI含量，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生AI數(shù)字能力的目的。本研究團(tuán)隊(duì)充分利用已有的教學(xué)資源對(duì)課程進(jìn)行快速更新和補(bǔ)充，通過課程公眾號(hào)推文、課程MOOC視頻、本學(xué)期課程教學(xué)錄制的視頻和轉(zhuǎn)寫文本等助力教學(xué)，以突出教師作為學(xué)習(xí)引導(dǎo)者和活動(dòng)設(shè)計(jì)者的角色。

五 人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)效果的案例分析

從2023年秋季到2024年秋季，本研究團(tuán)隊(duì)在計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)、計(jì)算思維、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用等計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中對(duì)GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)模式進(jìn)行了探索和應(yīng)用，來自清華大學(xué)人文社科、理工、藝術(shù)類專業(yè)的近1200名學(xué)生選課學(xué)習(xí)。在教學(xué)過程中，本研究團(tuán)隊(duì)通過問卷調(diào)查、GenAI平臺(tái)數(shù)據(jù)分析、訪談、滿意度測(cè)量等方式，從多個(gè)維度分析GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)效果：①問卷調(diào)查以每學(xué)期選課的學(xué)生為對(duì)象，通過“問卷星”進(jìn)行線上填寫，每學(xué)期的問卷有效率均在80%以上。調(diào)查內(nèi)容涉及學(xué)生的AI數(shù)字能力自評(píng)、學(xué)生的GenAI技術(shù)使用情況、學(xué)生對(duì)教師和GenAI平臺(tái)的表現(xiàn)評(píng)價(jià)等。問卷題項(xiàng)采用五等分、十等分量表進(jìn)行測(cè)量，問卷數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。②GenAI平臺(tái)數(shù)據(jù)分析是針對(duì)平臺(tái)問答頻次、在線時(shí)長(zhǎng)等數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。③訪談通過結(jié)構(gòu)化問題進(jìn)行調(diào)研，以深入了解學(xué)生使用GenAI的體驗(yàn)和感受、使用習(xí)慣及其課程完善建議。訪談?wù)Z音使用“語音轉(zhuǎn)文字”工具轉(zhuǎn)錄成文本，主要進(jìn)行關(guān)鍵主題和觀點(diǎn)分析。④滿意度量表主要采用十等分量表測(cè)量課程的教學(xué)滿意度，并通過計(jì)算課程的凈推薦值來判斷學(xué)生對(duì)課程的推薦度，相關(guān)數(shù)據(jù)取有效樣本的平均值。

1 學(xué)生AI數(shù)字能力的培養(yǎng)情況

基于問卷中學(xué)生AI數(shù)字能力自評(píng)的相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，本研究對(duì)比了課前、課后學(xué)生的AI數(shù)字能力水平，結(jié)果如圖5所示，可以看出：相較于課前，課后學(xué)生的AI數(shù)字能力水平有了顯著提升，尤其是PPT模板制作（從2.56分提高至7.71分）、AI繪畫（從2.53分提高到7.53分）、LaTex模板應(yīng)用（從1.26分提高到6.16分）、視頻創(chuàng)作（從2.57分到7.29分）的提升幅度很大。

基于問卷中學(xué)生使用GenAI技術(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，本研究對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中使用GenAI技術(shù)的程度進(jìn)行了可視化分析，結(jié)果如圖6所示，可以看出：學(xué)生在繪畫（7.78分）、Python編程（7.16分）方面頻繁地使用了GenAI技術(shù)。當(dāng)前，高校很多課程都應(yīng)用了編程，經(jīng)過課程學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握基本的GenAI輔助編程。而GenAI輔助編程能幫助學(xué)生自動(dòng)補(bǔ)全代碼，尤其是能幫助初學(xué)者提高編程效率并減少語法錯(cuò)誤?；诖?，教師可以應(yīng)用GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)模式，針對(duì)大一學(xué)生開展編程相關(guān)的教學(xué)。

2 學(xué)生對(duì)人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)表現(xiàn)的評(píng)估

本研究從課程設(shè)計(jì)、教學(xué)管理、難點(diǎn)解析、思維培養(yǎng)等維度，通過問卷調(diào)查來獲得課前、課后學(xué)生對(duì)教師和GenAI助教的表現(xiàn)評(píng)價(jià)，結(jié)果如圖7所示。圖7顯示，課后教師、GenAI平臺(tái)的表現(xiàn)均優(yōu)于課前；課前、課后教師在思維培養(yǎng)、情感心理支持、價(jià)值觀塑造方面的表現(xiàn)均顯著優(yōu)于GenAI平臺(tái)，在課程設(shè)計(jì)、教學(xué)管理、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣方面的表現(xiàn)也優(yōu)于GenAI平臺(tái)；而課后GenAI平臺(tái)在實(shí)時(shí)互動(dòng)、跨學(xué)科整合方面的表現(xiàn)略優(yōu)于教師，在難點(diǎn)解析、個(gè)性化指導(dǎo)方面的表現(xiàn)與教師不相上下。

圖7還顯示，隨著教學(xué)的推進(jìn)，教師的教學(xué)表現(xiàn)整體比較平穩(wěn)；GenAI平臺(tái)的表現(xiàn)在課前、課后有較大變化，尤其是在難點(diǎn)解析、思維培養(yǎng)、個(gè)性化指導(dǎo)、實(shí)時(shí)互動(dòng)方面的表現(xiàn)前后變化很大，而課后在課程設(shè)計(jì)、教學(xué)管理、學(xué)習(xí)評(píng)估與反饋、跨學(xué)科知識(shí)整合、情感心理支持、價(jià)值觀塑造、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣方面的表現(xiàn)相較于課前也都有一定的提升。

3 GenAI平臺(tái)引入前后學(xué)生的學(xué)習(xí)行為變化情況

通過GenAI平臺(tái)數(shù)據(jù)分析，本研究從學(xué)生提問量、學(xué)生遇到難題的解決方式兩個(gè)方面，對(duì)比了GenAI平臺(tái)引入前后學(xué)生的學(xué)習(xí)行為變化情況。

GenAI平臺(tái)引入前后學(xué)生提問量的變化如圖8所示，可以看出：在引入GenAI平臺(tái)前，微信答疑量約為160次/學(xué)期；而引入GenAI平臺(tái)后，GenAI答疑量在2023年秋季學(xué)期約為3080次/學(xué)期、在2024年秋季學(xué)期約為11211次/學(xué)期。由此可見，引入GenAI平臺(tái)后，學(xué)生提問量顯著增加，GenAI答疑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過微信答疑量。通過對(duì)學(xué)生的訪談，本研究了解到學(xué)生與GenAI平臺(tái)進(jìn)行交流采用的是匿名方式，這大大減輕了學(xué)生的心理負(fù)擔(dān)，因而學(xué)生更愿意提出問題。此外，GenAI平臺(tái)提供24小時(shí)在線答疑服務(wù)，便于學(xué)生隨時(shí)提問、即時(shí)解決問題。而從2023年秋季學(xué)期到2024年秋季學(xué)期，GenAI答疑量以264%的驚人速度增長(zhǎng)，說明GenAI平臺(tái)引入后學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性得到了充分調(diào)動(dòng)。

GenAI平臺(tái)引入前后學(xué)生遇到難題的解決方式如圖9所示，可以看出：GenAI平臺(tái)引入后，學(xué)生應(yīng)用人工智能問答工具解決難題的占比顯著上升（從16.14%上升到59.76%），而其他方式的占比均有不同程度的下降?？梢姡珿enAI平臺(tái)引入后，學(xué)生遇到難題的解決方式發(fā)生了變化；而學(xué)生大幅使用人工智能問答工具來解決難題，也證實(shí)了人工智能問答工具的實(shí)用性和高效率得到了學(xué)生的認(rèn)可。通過對(duì)學(xué)生的訪談，本研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步了解到人工智能問答工具為學(xué)生提供了更直接的問題解答方式和更精準(zhǔn)、個(gè)性化的信息，從而減少了學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)信息獲取方式（如搜索引擎、教學(xué)視頻）的依賴。

4 課程的教學(xué)滿意度和推薦度

為測(cè)量課程的教學(xué)滿意度，本研究設(shè)計(jì)了“課程教學(xué)滿意度量表”，面向?qū)W生分期初、期中、期末三個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)發(fā)放。量表總分10分，評(píng)分越高，表示學(xué)生的滿意度越高。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，期初學(xué)生的滿意度得分為8.44分，期中上升至8.51分，期末繼續(xù)上升至8.82?？梢姡S著GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)模式應(yīng)用的深入，學(xué)生對(duì)課程的教學(xué)滿意度不斷提升。

本研究根據(jù)公式（1），計(jì)算了課程的凈推薦值。一般來說，凈推薦值在50%以上，說明客戶對(duì)課程的滿意度較高，會(huì)愿意向其他人推薦課程。經(jīng)計(jì)算，課程的凈推薦值從期初的38.46%上升到期中的44.81%，再繼續(xù)上升到期末的58.2%?？梢?，學(xué)生會(huì)傾向于向同學(xué)或朋友推薦課程，課程的推薦度良好。

凈推薦值=（推薦者數(shù)÷總樣本數(shù)）×100%﹣（貶損者數(shù)÷總樣本數(shù)）×100%

公式（1）

綜上可知，在課程教學(xué)中應(yīng)用GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)模式之后，學(xué)生的AI數(shù)字能力水平有了顯著提升；教師、GenAI平臺(tái)都有了更好的表現(xiàn)，其中教師在思維培養(yǎng)、情感心理支持、價(jià)值觀塑造方面表現(xiàn)突出，而GenAI平臺(tái)在實(shí)時(shí)互動(dòng)、跨學(xué)科整合方面的表現(xiàn)略勝一籌，說明人機(jī)協(xié)同可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)；學(xué)生提問量顯著增加，且學(xué)生大幅使用人工智能問答工具來解決難題，說明學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性都得到了增強(qiáng)；學(xué)生對(duì)課程的教學(xué)滿意度較高，課程的推薦度良好。

六 結(jié)語

面對(duì)GenAI技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，教育界需要不斷探索和適應(yīng)，通過人機(jī)協(xié)同打造未來學(xué)習(xí)的新常態(tài)。對(duì)此，教師要及時(shí)更新教育理念和知識(shí)體系，將GenAI技術(shù)有效融入教學(xué)設(shè)計(jì)，構(gòu)建人機(jī)協(xié)同的學(xué)習(xí)環(huán)境，從知識(shí)傳遞者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)引導(dǎo)者和教學(xué)研究者^[8]；學(xué)習(xí)者要了解和學(xué)習(xí)各種AI技術(shù)，并應(yīng)用GenAI技術(shù)降低學(xué)習(xí)門檻，提高學(xué)習(xí)效率，拓展視野，培養(yǎng)跨學(xué)科思考能力。為了更好地支持雙師協(xié)同教學(xué)，學(xué)校應(yīng)提供硬件和軟件支持，優(yōu)化教學(xué)資源，并組織相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用培訓(xùn)，提升教師對(duì)GenAI技術(shù)的應(yīng)用水平。后續(xù)研究將基于教學(xué)實(shí)踐中的教學(xué)數(shù)據(jù)和學(xué)生評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步完善GenAI賦能的人機(jī)雙師協(xié)同教學(xué)模式，以更大程度地發(fā)揮GenAI的賦能作用，助力學(xué)生AI數(shù)字能力和創(chuàng)新思維的提升。

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Research on GenAI-empowered Human-machine Dual-teacher Collaborative Teaching

——A Case Study Based on Computer Basic Courses at Tsinghua University

LI Xiu¹""""LU Jun^{2[Corresponding Author]}""""NIU Jia-Li³

（1. Department of Computer Science and Technology， Tsinghua University， Beijing， China 100084;

2. School of Public Policy and Management， Tsinghua University， Beijing， China 100084;

3. Beijing Jiqun Technology Co.， Ltd.， Beijing， China 100080）

Abstract： The emergence of Generative Artificial Intelligence （GenAI） technology has brought significant changes to higher education and teaching. Under this context， the paper explored GenAI-empowered human-machine dual-teacher collaborative teaching from four aspects of AI digital ability cultivation， teaching models construction， teaching platforms development， and curriculum design and practice. Firstly， it was pointed out in this paper that in the era of artificial intelligence， the teaching task was to cultivate students’ AI digital ability. Secondly， based on the theoretical framework"of human-machine dual-teacher complementarity and human-machine dual-teacher collaboration， a GenAI-empowered human-machine dual-teacher collaborative teaching model was constructed. After that， the construction situations of a human-machine dual-teacher collaborative GenAI platform were introduced from three dimensions of course community， interactive community， and group learning community. Finally， taking the computer basic courses at Tsinghua University as an example to carry out case analysis， the teaching effectiveness of human-machine dual-teacher collaboration was verified. It was found that the GenAI-empowered human-machine dual-teacher collaborative teaching model significantly improved students’ AI digital ability and enhanced students’ learning enthusiasm and initiative; man-machine collaboration can realize complementary advantages; the students had a high level of satisfaction with the course， and the course recommendation was good. This paper provided theoretical exploration and practical application of GenAI-empowered human-machine dual-teacher collaborative teaching， and explored a new path for university teaching， further promoting the integration of GenAI technology with teaching and learning.

Keywords： GenAI-empowerment; human-machine dual-teacher collaboration; AI digital ability; teaching platform construction; teaching evaluation

作者簡(jiǎn)介：李秀，副教授，碩士，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)教育，郵箱為lx@tsinghua.edu.cn。

收稿日期：2024年9月24日

編輯：小米