未來課堂暢想

李恩艷 閆晨紅

【摘 要】隨著技術的發(fā)展，未來的課堂將會被賦予智能性、創(chuàng)新性、融合性、開放型、價值性的特征，成為智能技術與教育教學深度融合的產物。本文以“跨國橋梁”課程為例，從課題、教學目標、重難點、教學環(huán)節(jié)等對課程進行初步的教學設計探索，以期為完善未來課堂發(fā)展的理論體系和未來課堂實踐提供借鑒。

【關鍵詞】未來課堂;STEAM教育;人工智能;跨國橋梁

【中圖分類號】G633.9? 【文獻標識碼】A? 【文章編號】1671-8437（2021）16-0254-03

國務院2017年印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》強調，要利用智能技術加快推動人才培養(yǎng)模式、教學方法改革，構建包含智能學習、交互式學習的新型教育體系。那么，在這樣的政策號召下，未來課堂將會是什么樣的呢？未來的教學場景將會是什么樣的呢？未來教育培養(yǎng)出來的人才將具有什么樣的素養(yǎng)呢？毋庸置疑，未來的課堂和教學場景一定具備智能化、個性化、高效化的特點，未來教育培養(yǎng)出來的人才也會具備科學素養(yǎng)、人文底蘊和探索學習、創(chuàng)意革新、溝通合作、思考與解決問題的能力以及積極向上的人格和價值觀。

1? ?未來課堂的人工智能技術與STEAM教育

未來課堂一定是建立在人工智能的技術基礎上，未來課堂將由教師和人工智能共同為學生提供權威的學習支撐、精準的內容推薦、科學的活動管理，實現(xiàn)多元的教育服務供給。

1.1? 未來課堂的人工智能技術

1.1.1? 智能教學環(huán)境

在未來課堂中，人工智能將具備應用于教育領域的技術條件和經濟成本，每個學生都有一個平板或者智能設備，能連上高速網(wǎng)絡，并可與教師實時共享信息和互動。智能教室能夠通過人臉識別、攝像頭捕捉等技術，自動感知學習者的信息特征和學習需求，并對學習者的動作等進行分析和跟蹤[1]。

1.1.2? 智能教師助理

具有協(xié)助教師進行智能備課、生成教學設計、智能輔導、個性化作業(yè)布置、個性化評價報告生成服務、精準校驗報告生成服務、自動生成學期和年度總結等功能。

1.1.3? 智能教學過程支持

可進行智能診斷與推薦，構建學習平臺的知識圖譜、學習負擔的檢測與預警、VR和AR虛擬操作與仿真，同時有類似智能數(shù)學建模、智能語音繪圖以及腦科學在智能領域的應用。

1.1.4? 智能教育評價

診斷性評價：包含虛擬立體游戲化測評、認知診斷和學習者能力建模等。

過程性評價：“魔鏡系統(tǒng)”會實時識別學習者的表情、狀態(tài)、回答問題的次數(shù)、答案關鍵詞的契合度等。智能手表可監(jiān)測課堂行為，再給出具體的、個性化的評價。

總結性評價：課堂的音頻和視頻均會被記錄下來，借助圖像處理和語音識別技術，分析課堂互動情況。抽取音、視頻中的知識點形成知識圖譜，便于后續(xù)分析。

1.2? STEAM教育

STEAM教育作為全球性教育戰(zhàn)略，于20世紀90年代產生于美國，是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Art）和數(shù)學（Mathematics）的簡稱，其關鍵特征如下：①以學生為中心、多元主體參與的教育理念。②跨學科整合的學習內容。③基于項目/問題的學習活動形式。④依托工具和學習資源。⑤創(chuàng)新意識培養(yǎng)的學習目標[2]。

基于STEAM教育的特點，將人工智能技術嵌入STEAM課程中，以實現(xiàn)智能性、創(chuàng)新性、融合性、開放型、價值性的未來課堂。

2? ?教學設計

2.1? 教學目標

2.1.1? 知識與技能目標

通過預習和討論，了解設計橋梁時需要考慮的各學科知識點并能進行歸納分類，提高小組協(xié)作和交流溝通能力。

2.1.2? 過程與方法目標

能夠使用智能系統(tǒng)進行橋梁的設計展示。

2.1.3? 情感態(tài)度價值觀目標

形成嚴謹?shù)乃季S，提高探究和創(chuàng)新能力。

2.2? 教學重點

結合各學科因素及智能手段設計并展示跨國橋梁。

2.3? 教學難點

智能環(huán)境下跨國橋梁設計方案的確定及智能模擬。

2.4? 教學環(huán)節(jié)

教學對象為高二學生，學生課前已查閱了一些港珠澳大橋的建設背景、建設要求、面對的困難、設計的要求、建成的效果和影響等內容。

2.4.1? 情境導入

為學生播放港珠澳大橋的相關視頻，以震撼的場面激發(fā)學生的憧憬，引發(fā)學生的想象。同時智能助教會根據(jù)先前導入的學生知識背景和性格等因素將學生分為4個小組，每個小組9人，便于后面的討論和合作。

2.4.2? 新知探討

師：港珠澳大橋是全球規(guī)模最大的跨海大橋之一，它實現(xiàn)了一個國家不同地區(qū)之間的聯(lián)通。那么，全球化背景下人類是否有必要設計并建設跨國大橋？除了飛機、鐵路，是否可以設計跨海公路？如果可以，以哪兩個國家的哪兩個城市為案例呢？需要考慮哪些因素呢？如何實

現(xiàn)呢？

生：各種回答，并開始思考……

（此時，學生桌上的電腦已根據(jù)課堂的語音自動進行了關鍵詞識別，并為學生出示世界地圖。學生也可實時查閱各種資料，只需發(fā)送語音命令即可。此過程中，每個學生的智能系統(tǒng)會根據(jù)他們的要求實時顯示所挑選的兩地的直線距離、海洋名稱、海洋深度、水域環(huán)境等

情況。）

最終，大多數(shù)學生確定了以我國的山東省威海市到韓國首爾為例，來設計這段跨國大橋。

師：確定了橋的兩端，接下來要考慮什么呢？

生：首先是橋的設計和運行要求。

學生借鑒港珠澳大橋，歸納了橋的設計和運行要求，包括造型優(yōu)美、經濟效率好、水陸空立體交通線互不干擾、環(huán)保、行車安全、抗擊和抗腐蝕性強……

師：設計這樣的大橋，要考慮哪些因素呢？

教師可給予學生一定時間進行小組討論，每個人的智能顯示器上都會顯示時間并提示。（智能助教會在教室里巡視，為學生答疑解惑。且智能學習助手會根據(jù)學生討論的語音進行實時記錄，提取關鍵詞并轉錄為

文字。）

生：需要考慮的因素，有……

2.4.3? 總結歸納

師：每個組可否將需要考慮的因素進行分類，以便從各個角度更有邏輯地去思考和設計呢？

生：開始進行思考和歸類。（各小組依次展示、補充。這個過程可借助智能系統(tǒng)，在教室正中央的大屏幕實時展示學生的討論結果。）

科學S（理化生）：橋梁抗震性、橋體和路面抗腐蝕性（石墨烯）、綠植。

技術T（信息技術、通用技術）：通信（基站）、通行（左、右）、載荷、去冰凍。

工程E：繪圖、隧道、橋墩、橋塔、車道、限速、服務區(qū)（人工島）、供電（充電樁）、監(jiān)控、照明、消防、排水。

藝術A（語言、音樂、美術）：橋景、島景、語言的融合。

數(shù)學M：數(shù)據(jù)處理、建模。

政治P：跨國洽談、項目融資、監(jiān)管、旅檢。

經濟E：成本、效益、旅游收入、電子不停車收費系統(tǒng)（ETC）。

文化C：文化交流、歷史淵源。

生態(tài)E：動物保護、生態(tài)、噪音。

師：同學們思考得非常全面，你們身上有著未來科學家、工程師、藝術家的潛力和影子，為你們點贊！接下來大家愿意進行角色扮演，團結協(xié)作來完成跨國大橋的設計嗎？

生：非常愿意！

2.4.4? 仿真模擬

師：請各組同學進行角色分工，假設我們的項目是由一群科學家、技術專家、工程師、藝術家、數(shù)學家、外交家、經濟學家、文化研究者、生態(tài)學家在一起共同設計的。（給出一定時間）

（各組學生自由分工，開始進入各自應負責的工作，集中討論后，大橋的設計逐漸成型。）

師：跨國大橋涉及兩個國家，再請4個小組兩兩結對，各自代表不同國家，洽談你們的合作業(yè)務吧！

（洽談工作和合作設計同時進行，智能系統(tǒng)會及時根據(jù)洽談內容反饋各種設計的可行性。）

一段時間后……

師：想看一看我們設計的跨國大橋是什么樣的嗎？請同學們根據(jù)自己設計的方案將各種數(shù)據(jù)（兩地的距離、不同國家的利益契合、需要的材料、風景設計、文化融合、生態(tài)保護等）傳入仿真系統(tǒng)，由系統(tǒng)來畫圖。

學生將數(shù)據(jù)傳入仿真系統(tǒng)。

師：同學們想看看你們設計的橋長什么樣子嗎？請同學們戴上自己的虛擬現(xiàn)實設備，讓我們穿越時間和空間，去看看你們設計的跨國橋梁吧！

學生戴上虛擬設備，非常期待。

師：同學們想不想再真實一點，想象你是一位想要通過這座大橋的司機或乘客、一位人工島的工作人員、一位橋上的交警……身臨其境地體驗他們的工作和情緒呢？

（學生戴上虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的設備后，可身臨其境地進行體驗和操作。這個過程中，如果一些因素沒有考慮到或者操作有誤的話系統(tǒng)會發(fā)出提示或報警，協(xié)助學生改進。）

2.4.5? 作業(yè)布置

師：接下來請同學們在課后將本節(jié)課的內容總結成小組的研究報告，下周二前導入智能測評系統(tǒng)并根據(jù)反饋改進。

（智能測評強調通過一種自動化的方式來評價學生的發(fā)展。整個過程由系統(tǒng)自動進行檢測識別、信息處理、分析判斷、做出評價并提供建議，較少或者不需要人的參與[3]。）

學生經過查閱資料、視頻沖擊、動腦思考、歸納分類、角色扮演、討論交流、仿真模擬、生成研究報告等環(huán)節(jié)，借助智能教學支持手段，已對跨國橋梁的設計和建設產生一定的了解，并體會了不同角色在這一項目中的作用，明白了團結協(xié)作的重要性，提升了團隊合作力和愛國精神，研究報告的生成環(huán)節(jié)又將學生的探究能力進行了總結和升華。

3? ?課后反思

（1）有了人工智能的協(xié)助，數(shù)學、物理等基礎知識還用學嗎？還用做題嗎？

（2）這樣的教學模式、教學效果如何擬合于當前的中學教學評價模式？

雖然當下智能化手段和技術還未完全滲透至教育教學領域，但當技術的成本足以支撐其在教育教學中的普及時，智能化支撐的未來課堂將成為可能，它將是以項目為依托，融合了STEAM教育理念下的多學科因素，融合了師、生、機器等多角色的互動型、生成型、創(chuàng)新型課堂。未來課堂不僅是傳統(tǒng)教與學系統(tǒng)的延續(xù)與擴展，還應該強調在技術的深度介入下，通過學習環(huán)境促進人與人之間的知識流動，從而實現(xiàn)教學活動與學習環(huán)境的統(tǒng)一[4]。未來課堂，拭目以待。

【參考文獻】

[1]余勝權.人工智能+教育藍皮書[M].北京：北京師范大學出版社，2020.

[2]葛巖，楊雪，王藝潼，孫艷.基于STEAM的虛擬現(xiàn)實實驗室建設實踐[J].實驗室研究與探索，2020（9）.

[3]彭美霞.人工智能視域下未來課堂教學設計特性淺析[J].延邊教育學院學報，2020（5）.

[4]劉智明，武法提，殷寶媛.信息生態(tài)觀視域下的未來課堂——概念內涵及教學體系構建[J].電化教育研究，2018（5）.

【作者簡介】

李恩艷（1988～），女，漢族，陜西西安人，在讀碩士研究生。研究方向：教師教育的理論和實踐。

閆晨紅（1997～），女，漢族，陜西西安人，碩士。研究方向：量子密碼學。