人工智能時代的課堂教學革新

盛群力 倪鑒

摘 要：人工智能時代的課堂教學革新要更加重視完整理解“學習”的含義，確保通過課堂教學促使學習完整地發生，教師要做好選擇、組織和整合這三項工作。要理直氣壯地提出“學教統一”，調動師生兩個方面的積極性。教學的空間和時間會有較大的變化，將更加適合學生個性化和差異化發展的需要。課程內容也將實現翻轉，在學習任務的類別上，要重視“為什么”的知識的內化和外化，在動力、策略和原理上下功夫。要依據不同的知識類型（學習目標）來開展有針對性的教學，同時也倡導依據不同學習任務類型，扶放有度地提供指導，培養學生的自我調節、自主發展能力。要依據學習目標達成度開展評估，同時開展形成性評估和自我評估。

關鍵詞：人工智能時代;教學革新;學習;教學設計

中圖分類號：G4 文獻標志碼：A 文章編號：2096-0069（2021）02-0001-08

收稿日期：2020-10-09

基金項目：國家自然科學基金面上項目“基于智能教學系統的精準教學模式與發生機制研究”（61977057）

作者簡介：盛群力（1957— ），上海崇明人，浙江大學教育學院課程與學習科學系教授、博士生導師，研究方向為教學理論與設計;倪鑒（1975— ），浙江蕭山人，杭州市蕭山信息港小學、浙江大學教育學院實驗學校校長、高級教師，研究方向為學校管理。

聯合國教科文組織新近發布的、面向教育2030工作報告系列之七《教育中的人工智能：可持續發展的挑戰與機會》的開篇提出：人工智能是一個蓬勃發展的技術領域，能夠改變社會交互的方方面面;在教育方面，人工智能已開始提出新的教學和學習解決方案，這些解決方案目前正在不同背景下進行效果檢驗[1]。人工智能的研究歷史已有60多年，在科技飛速發展的今天，其為實現面向全體學習者提供公平而又優質的教育的可持續發展目標提供了新的機遇。

人工智能技術以及相關的一系列科技革命成果，都是先進生產力的代表。技術是人創造的，技術是為人服務的，當機器能夠做人能做的事情，尤其是人腦能做的事情之后，那么人去干什么呢？當然不是去做機器本來就會做的事情，而是騰出精力來做機器還不會做的事情，或者同機器協同互補更快更好地做事情。技術本身不是目的，而是實現學生全面發展的助推器、加速器。課堂教學的創新，不僅僅是由于技術本身的神奇妙用，更是因為技術進步推動了學習與教學要素的轉變。談人工智能時代的課堂教學革新，一定要有超越技術的視野，眼睛不是只盯在白板、一體機、微視頻、無線環境、平板電腦、移動教學設施、應答器、慕課等。所以，本文想談談透過技術革命我們應該有一些什么樣的新認識。

一、完整理解“學習”的含義

什么是學習？這不是一個容易回答的問題。說學習就是到學校，學習就是上課，學習就是作業，那肯定是不完整的、不準確的。我們要進一步深化對學習的認識，這種認識需要轉化為教師自己的語言和理解，能用深入淺出的方式與學生、家長和社會公眾進行溝通，這才會有真正的效益。學生在一個地方“學習”，但是并不等于學生在用心學什么。也就是說，“學習”不是指到某一個場所，如教室、會議室或者其他地方所做的事情，學習是指在某個學習場所中學習者個體自己身上所發生的事情。學習是發生在學習者身上的一種相對持久的心理變化。這樣的變化主要體現在兩個方面：一是學習者內部心理結構變化，二是學習者外部行為表現。只有內外協調一致，才能真正做到學有所得并實現遷移。內部心理結構變化是基礎，是根本;外部行為表現是目的，是結果。準確或者辯證地說，我們應該將兩者看成是“以內養外，以外表內，內外協調，表里貫通”的關系。沒有內部心理結構的變化，學習者不可能有外部行為的表現;沒有外部行為的表現，內部心理結構變化就無法體現其應有的價值和指向。

從上面的分析中我們可以看出，學習的本質是變化，是一種狀態到另一種狀態的變化，這就是發展。所以，學習的本質，其實就是發展的本質。我們既要強調內部的體驗、內部的建構，又要重視外部的表現。教師是通過學生的表現力來推斷他的攝取力。內化與外化一定要實現良性的循環。內化的過程是將外部的東西變為內部的建構物，是將肥料轉化為養分，將信息轉化為知識乃至智慧;外化的過程則是將已經內化的知識再表現出來，通過表現加以證實，通過表現加以投射或者“物化”。

如果說教學是為了促進學生學習，那么就要在課堂上完成內化和外化的協調和循環。但是，我們知道，現在的課堂在很大程度上對學生來說是“內化課堂”，學生聽講、學生思考、學生想象、學生記憶、學生分析和綜合，如此等等，完成的是心理內化工作。但是學生回答問題、開展討論、動手操作、表現所得，這些“外化”的工作在課堂上時間不充分，尤其是遠遠未能覆蓋全體。如果說人工智能時代課堂將發生什么變化，那么回答是將從單一的內化課堂或者內化為主逐漸過渡到內化和外化合理配置甚至外化為主。從一定意義上說，翻轉課堂通過技術手段增強了預習單和導學案的功能，從而使得外化課堂為主成為可能。翻轉課堂的本質不在于采用技術手段的微課或者微視頻，而是借助技術實現了多少年難以見到的內化向外化翻轉。人工智能時代，課堂教學從學生的內化課堂向外化課堂翻轉，這可能是一個極其重要的標志。

二、了解意義學習發生的機制

關于人是如何學習的或一般的學習過程或一般的學習模式，在最近三十年的研究中取得了一些進展。例如，美國科學院關于人是如何學習的研究[2]，荷蘭綜合學習設計專家范梅里恩伯爾關于綜合學習的研究[3]，丹麥的伊利雷斯關于互動學習模型的研究[4]，德國教學設計專家希爾斯關于模型學習的研究[5]，澳大利亞墨爾本大學哈蒂關于可視化學習（深度學習）模式的研究[6]，等等，都是值得關注的。不過，我們認為，最適宜向廣大教師普及的一個學習機制發生模型是“生成學習SOI模式”[7]。這項研究是在教學設計大家加涅20世紀80年代的“信息加工模式”基礎上，又經過學習科學大家梅耶20世紀90年代以來不斷改造和優化，開始聚焦在信息加工方向，現在轉向了意義學習、建構學習與生成學習。這樣的學習發生機制不是將學習簡單地看成是累積，更不是搬運或者傾倒，也不是貯存或者銀行式的儲蓄與支付過程，而是由學習者發自內心的自覺自愿的動機和行為構成的。

人工智能研究目前在人類學習機制的發生模式上并沒有取得突破性認識。人工智能有60多年的研究歷史，為什么最近10年來才異軍突起，成為風口，這主要是因為我們找到了機器學習的算法。但是，機器學習的算法是不是同人類學習的算法有某種相通性呢？由于腦科學的研究目前暫時還不能完整地勾勒學習在大腦內部發生的生物神經化學傳遞機制，所以，由信息加工研究演化而來的有關人是如何學習的猜想可能是比較接近實際情形的一種推測。

生成學習模式的研究揭示了這樣一種圖景：學生入學或者上課是學習的必要條件，但不是充分條件。雖然入學了、上課了，但是學習沒有發生的情況是常見的。現代學習科學的研究證明，人的學習主要是感覺記憶、工作記憶和長時記憶發揮作用的過程，其間有三個關鍵的心理運作，分別是選擇、組織和整合。“選擇”是指聚焦新知識，“組織”是指梳理新知識，“整合”是指聯系新舊知識。沒有選擇，沒有組織，沒有整合，則學習將是一無所獲;只有選擇，沒有組織，沒有整合，學習仍將是一無所獲;有了選擇，有了組織，沒有整合，學習將是機械學習或者死記硬背，至多達到簡單套用的程度;或者說可以學“懂”了，但是沒有學透、學深、學活。只有選擇、組織和整合三個全部到位了，學習才真正發生，學習才能達到意義學習和融會貫通的狀態（參見表1）。以上觀點，讓我們真正了解到了學習科學最重要的研究發現：學生到學校里學習，必須做好選擇、組織與整合三項工作;教師到學校里教學，必須幫助學生做好這三項工作。要提高學習質量，要培養學習能力優秀的學生，最重要的工作是幫助學生將知識技能與個人的情感態度等聯系起來，將客觀世界與主觀世界聯系起來，將內化與外化形成良性循環，這就是做好“整合”的工作。是否會整合，是檢驗學生發展能力和后勁的一把尺子。

三、合理認識師生關系

“教學”如果從師生的復合行為來看，其體現了學與教的統一，即既包括了教師的教，也包括了學生的學。既然學習是一種內部心理結構的變化和外部行為表現的統一體，那么教學就是促成這種變化的外部條件。至于是什么樣的外部條件，則有不同的看法。有的人說是安排教學活動，創設教學情境，提供教學事件，選擇教學策略，如此等等，都是合理地反映了教學的一種功能。

學習是發生在學習者身上的，教學則可以發生在教師身上、媒體（教材或者視頻）和學習者自身身上，發生在人工智能代理（教師）上。教學主要由教師來承擔，但是教材、機器、媒體和學習者自己都能夠部分乃至全部承擔教學的功能。從這個意義上來理解，教師是不是在場，甚至是不是在線，都不一定是教學有沒有發生的主要依據。教師不在場，教師不在線，教學也能發生。教學怎么發生？靠教材，靠視頻，靠機器輔助，靠學生自主學習。所以，我們一定要強調：不是教師在課堂上不開講，就一定沒有教學了。教學其實有多種不同的形態或者“代理”，在技術推動下，機器人或者人工智能協助教學的情況將逐漸成為常態。

教師是教學的重要主體。教師的角色形象該描繪為精神的導師還是燃燒的紅燭抑或是吐絲的春蠶？這些當然均是對教學功能或者教師職責的一種描繪，不過現在更多的是將教學的功能看成是促進、支持、鼓勵、幫助。教師是學習的伙伴與搭檔，教師是學習共同體的成員，這樣一些認識顯然是將教學主要看成是一種師生交往的“協同”，體現為正確引導而不是強行牽拉，是激發鼓勵而不是一味硬推，是指點門徑而不是包辦代替。教師不再是“講壇圣賢”而是“俯身指點”的人。在技術促進教學的過程中，教師尤其不能在展示臺、操作臺前和固定話筒前“駐足不前”，要大力提倡教師“走下去”，走到課堂中央與四周，走到學生身邊與身后。只有這樣，課堂氛圍才更有利于互動，師生之間才更體現出平等。

學習與教學究竟是一種怎樣的合理關系呢？是學重要還是教重要呢？是學在先還是教在先呢？這確實難以簡單地籠統地下結論。一般地說，學與教處于同等重要的地位。不能說倡導“生本教育”就是將學生放在首要位置，要發揮教師與學生兩個方面的積極性——“互為主客體”與“自為主客體”。這樣看來，我們更愿意將師生教學中的協同關系體現為“以教定學與以學受教”和“以教促學與以學論教”的結合。教師“以教定學”并不是一廂情愿的事情，需要學生表現出愿學、愛學、樂學與會學，這樣才能說做到了“以學受教”。另外，“以教促學”也不是盲目的，需要憑借學生學到了什么來作出合理判斷，所以，“以學論教”就是一塊試金石，我們主張“扶放有度，學教統一”。

四、教學的空間和時間發生較大變化

從時間和空間一致性變革要求方面來說，最重要的首先是大力推行“預習”的方式，將本來要在課堂上內化的大部分時間和內容轉到“課外或者校外”去，只有這樣教師才有可能將原來的內化課堂轉型為外化課堂，讓學生在課堂上有更多的機會分享、質疑、討論、深化、展示、互助。

從空間上來說，無“圍墻”學校，學校向社區開放，學校走進社區，將是一種標準化要求。這里特別要倡導引入網絡、社區、家庭的各種資源，善于利用模擬——語言模擬、場景模擬、結構與功能模擬。這方面，有了移動學習、互聯網和5G技術，在拓展課堂和校園上可以大展身手。學習真實地發生，教學功能的實現，不是簡單地走上街頭、田間、廠礦、社區就算達到了要求，而是要處理好現實任務環境和模擬任務環境之間的合理關系，區分“心理逼真度”“功能逼真度”和“物理逼真度”之間的差異。精心設計的教學任務，一開始總是心理逼真度比較高（例如閱讀醫學教材中的疾病案例），功能逼真度和物理逼真度也許會較低，隨著學習者技能的增加再逐漸增加這兩方面的逼真度。在第二階段，學習者可以在一個功能逼真度更高的任務環境中繼續操練，也就是說，這是一個有互動、對學習者的行動能作出反應的環境（例如計算機虛擬病人，或者角色扮演病人、同伴模擬病人等）。在第三階段，學習者的層次更高，就要涉及更多的現實任務環境中的細節（人體智能模特病人，與現實的病人一樣會有反應）。最后，到了第四階段，才真正走向現實任務環境，在實際生活情境或者工作情境中完成任務（到醫院里給真實病人診斷）。

在空間上來說，課堂或者教室會有一些什么樣的變化呢？教室肯定不是“講課”的地方了，教室成為學習室和輔導室，成為學生表現與探究的天地、合作與競賽的舞臺。教師的講臺將被撤下（至少扁平化處理），黑板或者白板下的臺階將抹平，師生連成一體，課堂無邊界接續，課桌椅靈活擺放，按需組合，取消秧田式結構;教師走到學生中間，走到學生背后，走到學生面前，參加交流，檢查操作，示范程序，講解規則和概念，鼓勵表現，督促合規，激發熱誠，等等。有一點是肯定的，教師將與學生建立學習共同體。教師不再是學科權威、講臺圣賢，而是敞開心扉溝通、諄諄啟發的搭檔，心理發展的治療師，成長道路的知心人。

空間的另一種布局是，學科教學將普遍采用分層教學，走班教學將是一種常態。這樣，專用教室、學科教室、專題教室等個性化的教學場景將出現。不僅僅是部分學科分層教學，如果能夠逐漸過渡到全部學科分層教學，那么固定的班級將會消失，取而代之的是學生導師組管理和學生合作小組自我管理。如果采用網絡化、大數據和人工智能教師個性化學習輔導的結合，那么年級制將消失或者淡化，按照學習成果和表現性成就進入到下一學習階段，而不是刻板的熬到了固定的時間升入高一年級。

跨學科教學（Interdisciplinary/Cross-Curricular

Teaching）作為一種特殊的教學形態，將是課堂教學改革的一大趨勢。所謂跨學科，就是在不同程度上跨越了原有學科（subjects or disciplines）的邊界的一種形態，具體來說，在單學科獨立型基礎上，有多學科聯系型、跨學科整合型和超學科融入型等具體形態，分別實現交叉、整合和融入。跨學科教學有什么好處呢？將突破教學中知識零散片段和刻板僵化的不足，實現高層次教學目標，如批判性思維、推理和決策能力、問題解決能力、協同合作能力和溝通交流能力，還有利于培養系統思維、設計思維、工程思維、技術思維、科學思維、形象思維、視覺思維、藝術思維、數據/數字思維等新的思維能力。

在時間上，將重點改革固定40分鐘的排課法，將長短課結合起來。例如，常規課30分鐘，短課20分鐘，長課分成模塊疊加成60分鐘或90分鐘等，有了計算機排課，日課表和周課表、月課表就不再是一種空想了。還有，在學年和學期上也會有一定的變化。統一時間到校或者上課、放學回家等就不再是一定不能更改的定規。

五、課程內容將實現翻轉

在學習任務的類別上，要重視“為什么”的知識的內化和外化，在動力、策略和原理上下功夫。“核心素養”（一般意義上的關鍵能力）和“學科核心素養”（各學科具體的關鍵能力）幾乎都是“為什么”的知識。要將事實性知識的教學升格為“概念性知識和規則性知識”的教學，只有這樣才能真正實現學習遷移。

不僅是課堂教學方式的時間與空間實現翻轉或者異步，課程內容體系（教什么）也必須翻轉。美國課程再設計中心的專家提出了翻轉后的課程內容將更多的時間放在理解、專長、遷移方面（參見圖1）。靠搜索和人工智能算法能夠解決的內容，將逐漸退出課程的主陣地。在一個數字世界和人工智能賦能的世界中，數字素養和信息傳播與技術能力被提到了重要地位，計算思維、工程思維、設計思維、技術思維、科學思維、系統思維等整體性、策略性素養被提上了日程。

學習科學與教學科學研究的一個重要趨向是將學習任務劃分為不同的知識類別。這里的知識的概念是廣義的，涉及自然界和人類社會的各種事實、概念、程序、規則、步驟、方法和策略、動力和原理等一項或幾項。假定我們暫時不考慮年齡、學科、專業的差異，那么，一般而言，這些知識可分為陳述性、程序性、原理性、策略性、動力性等幾種。其中，“是什么”的知識主要對應的是事實和概念，“如何做”的知識主要對應的是程序、規則、步驟，“為什么”的知識主要對應的是策略、動力和原理（如表2所示）。

有關學習科學的研究表明：應該遵循從“為什么”的知識開始（策略與動力），然后進入“是什么”的知識的學習（事實與概念），再進入“如何做”的知識的學習（程序、規則、步驟），最后再回到“為什么”的知識的學習（策略、動力、原理）。學習過程就是這樣一個循環圈，螺旋上升，持續提升。如果借用學習培訓專家麥卡錫的“學習流程”加以標示，就是由四個象限組成的循環圈（參見圖2）。這里的“該怎樣”是指假如到了實際應用的時候，要考慮具體情境的需要能夠有所變通和取舍，這是屬于“為什么”的知識。總體上說，我們現在的學習與教學上半圓做得很不夠，下半圓做得相對好些。右上扇形教師會做但是往往省略了，經常將社會的價值或者教師的價值直接代替學生的價值;左上扇形教師做得很少，因為不怎么會做。改進左上扇形是我們從教教材走向教能力、從考教材走向考水平的關鍵。

六、扶放有度地開展教學

從創設有利學習的條件角度來看，教學科學研究最重要的一個成就是依據不同的知識類型（學習目標）來開展針對性的教學，同時也倡導在教學過程中應依據不同學習任務類型，扶放有度地為學生提供指導，培養學生的自我調節、自主發展能力。

當代國際著名教學設計專家梅里爾教授積累了50年的研究總結出的“首要教學原理”，應該看成是教學科學與學習科學中的高新技術。他倡導的有關不同知識類型（這是能力或者素養，也就是我們通過教學要達到的學習結果）與四種基本的教學方式之間的對應關系（如表3所示），恐怕是最重要的教學研究成果之一。

不僅是教學方法可以從扶到放，教學任務也是可以從扶到放的。扶的力度最大的是案例學習任務，扶的力度最小的是常見（獨立）學習任務。中間半扶半放的是補全學習任務（如表4所示）。

另外，從教學科學的視角看，有效教學方法最佳的組合是歸納與演繹、講解與探究（發現）的二維矩陣組合。綜合學習設計倡導者范梅里恩伯爾將這個二維矩陣進行組合，這樣就出現了四種情況：（1）演繹-講解;（2）演繹-探究;（3）歸納-講解;（4）歸納-探究。從扶到放，最容易的是演繹-講解，教師全扶;最難的是歸納-探究，教師全放。演繹-探究和歸納-講解都屬于半扶半放，區別是扶多一點還是放多一點。歸納-探究表示的是完全探究發現的學習，等同于像科學家那樣思考和工作，差別在于學生探究發現的是人類已經發現的東西，科學家則是在探究發現人類未知的領域（如圖3所示，圖中的L條形表示概念、規則或者原理，圓圈表示實例。箭頭表示直接告知，問號表示不直接告知）。學習科學研究認為在一般的課堂教學中，建議優先采用的教學方法是歸納-講解。

從學習投入或者參與的方式上看，學習科學的研究已經證實：被動學習—主動學習—建構學習—交互學習是一個進化鏈，交互學習的效果最好，有利于培養深層次的能力與素養。如果說季清華獲得2015年美國心理學會頒發的桑代克教育心理學職業成就獎和美國教育學會2016年頒發的心理學對教育的貢獻獎的代表性成果“ICAP學習方式分類學”帶給我們什么啟示的話，那么其證實了這樣一個假設：參與就是能力！參與程度或者投入程度越大，學習層級就越高，學習深度就越深，學習能力就越強大[12]。另外，根據我們的分析，ICAP四種學習方式，交互方式（Interactive）、建構方式（Constructive）、主動方式（Active）與被動方式（Passive），與人工智能神經網絡設計元素之間能夠建立起一種關聯，在人類學習與機器學習之間可以建立某種對應參照關系，為人工智能神經網絡設計研究和人類學習機制研究提供一個新思路[13]。

七、學業評估注重學習遷移

目前學習科學與教學科學強調的是依據學習目標到達度開展評估，同時開展形成性評估和自我評估。這里的重點是考慮知識類型（明確學習任務類型）與學習結果水平之間的關系。

目前，國際上公認的學習目標分類學是安德森主持的布盧姆認知目標分類學修訂版（當然，還有SOLO分類，即可觀察學習結果;KUD分類，即知道、理解和會做;馬扎諾分類;等等）。這個分類學修訂版將知識分為事實性知識、概念性知識、程序性知識與元認知知識（包括策略知識、任務知識和自我知識），將認知水平分為記憶、理解、應用、分析、評價與創造六個水平，每一個水平還有若干具體的層次[14]。不過，上文四種知識和六種水平構成的矩陣目標，教師在實際運用中會感到一定的不便和困難。所以，我們建議，可以采用了解、理解和應用（基本應用和綜合應用）三個水平，同時將學習任務類型與掌握水平匹配構成一個矩陣表（參見表5），用以指導備課和上課。

了解（knowing）——學生知道某一知識“是什么”（事實與概念）、“如何做”（程序、規則、步驟）和“為什么”（策略、動力、原理），知識呈現的方式可以是口頭的、文本的、動作的，包括文字、符號、圖示等。

理解（understanding）——學生對已了解的知識能獨立確定其意義，具體分為解釋、舉例、分類、總結、推斷、比較與說明（論證）等。

應用（doing or applying）——學生能根據具體情況（即知道在什么條件下）運用已理解的知識解決相同情境或變式情境中的特定問題。應用水平具體可以分為基本應用和綜合應用，其中包括了執行、實施、評價、創造等。

從考試和檢查的角度看，我們無疑也是相對來說重視“是什么”的知識和“如何做”的知識，對“為什么”的知識重視遠遠不夠，像對策略、原理和動力性知識的考查我們做得比較少，尤其在閉卷考試為主的情況下，我們將很多力氣花在了記憶背誦等方面。根據現代學習科學的研究，知識的考查有兩種類型：一種是保持，一種是遷移。保持測驗的目標是記憶教材，遷移測驗的目標是理解與掌握，學會在新的情境中評價和使用所學知識。從考試考查題目的順序方面來講，一般要呈現“是什么”的知識放在前面，“如何做”的知識居中，“為什么”的知識放在后面，這樣一個梯度。

根據現在學習科學的研究，傳統的書面考試考查的題目難以檢測出高層次的素養或者能力，所以，是非題、判斷題、選擇題、術語釋義、觀點或者解決方案論述比較適合“是什么”的知識。“如何做”的知識聚焦于了解和理解。“為什么”的知識比較適合的題型可能是開放題、綜合情境題、真實/模擬任務題等，主要檢查材料分析與綜合，觀點或者解決方案比較、評價與擇優，案例分析與評判，創造性計劃與實施方案等方面的素養。

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（責任編輯 王策 杜丹丹）

The Reform of Classroom Teaching in the Era of Artificial Intelligence

SHENG Qunli1，NI Jian2

（1.College of Education，Zhejiang University，Hangzhou，Zhejiang，China 310012;

2.Xinxigang Primary School of Hangzhou Xiaoshan District，Hangzhou，Zhejiang，China 311215）

Abstract： The reform of classroom teaching in the era of artificial intelligence needs to pay much more attention to a complete understanding of the connotation of “learning”，makes sure the complete happening of learning through classroom teaching，and teachers are required to complete three tasks，namely，promoting choice，organizing and integrating.We should be bold and straight to put forward “unification of learning and teaching”，and mobilize the initiative of teachers and students.The space and time for teaching will have a rather big change，and will meet the needs of students personalized and differentiated development.The content of curriculum will realize flipping.In the category of learning tasks，we should emphases the internalization and externalization of “the ‘why knowledge”，and concentrate our efforts on motivation，strategy and principle.We should carry out targeted teaching according to different knowledge types （ learning aims），and，at the same time，we also propose to provide guidance by knowing how far to go and when to stop according to different types of learning tasks，and cultivate students abilities of self-adjustment and independent development.We should carry out assessment according to the reaching degree of learning aims，and also carry out formative evaluation and self-assessment.

Key words： the era of artificial intelligence;teaching reform;learning;instructional design