美國密涅瓦大學(xué)人工智能課堂的特點(diǎn)及啟示

王 薇，張世濤

(1.保定學(xué)院 教師教育學(xué)院；2.河北大學(xué) 教育學(xué)院，河北 保定 071000)

目前，教育信息化的時(shí)代已全面到來，大數(shù)據(jù)、并行計(jì)算和深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)人工智能技術(shù)飛速發(fā)展。教育部部長陳寶生在2019年的國際人工智能與教育大會(huì)上指出，“要發(fā)揮好、利用好人工智能技術(shù)在推動(dòng)學(xué)校教育教學(xué)變革、推動(dòng)學(xué)校治理方式變革、推動(dòng)終身在線學(xué)習(xí)中的作用”。[1]美國密涅瓦大學(xué)的人工智能課堂取得了很好的教學(xué)效果，該校全部課程均在密涅瓦大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的主動(dòng)式學(xué)習(xí)論壇平臺(tái)ALF上進(jìn)行，這個(gè)高級(jí)人工智能平臺(tái)改變了傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境、教學(xué)方式以及教學(xué)方法，讓學(xué)生在高效的課堂中主動(dòng)學(xué)習(xí)。這必將引起高校的人工智能改革，也必將重新定義大學(xué)的發(fā)展。

一、密涅瓦大學(xué)人工智能課堂的研發(fā)及運(yùn)作

2013年，密涅瓦大學(xué)正式成立，隸屬于凱克研究所，并于2014年獲得美國西部院校聯(lián)盟WASC本科學(xué)位授予認(rèn)證。[2]這所大學(xué)的辦學(xué)理念為“以人才培養(yǎng)為中心，以學(xué)生為本，學(xué)生的成功是衡量密涅瓦是否成功的唯一標(biāo)準(zhǔn)”。大學(xué)以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，沒有固定校園、沒有入門課程、沒有講授式教學(xué)，全部課程實(shí)現(xiàn)小班在線研討，學(xué)生四年在全球七座城市游學(xué)。該大學(xué)首任校長斯蒂芬·柯斯林從學(xué)習(xí)科學(xué)原理出發(fā)，實(shí)施主動(dòng)式學(xué)習(xí)的教學(xué)理念，帶領(lǐng)教學(xué)和科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)智能教學(xué)平臺(tái)。2014年3月，通過測試的ALF平臺(tái)正式投入使用。ALF的一個(gè)基本設(shè)計(jì)就是小型研討會(huì)，這并不是教師提前錄制好視頻，而是一種智能化教學(xué)工具，只需一臺(tái)電腦連接網(wǎng)絡(luò)就可實(shí)現(xiàn)師生的面對(duì)面交流，師生的一舉一動(dòng)都可呈現(xiàn)在電腦屏幕上。每個(gè)“小型探討會(huì)”都不超過20人，教師和班上的每一名學(xué)生都可以清晰地看到對(duì)方，發(fā)言的學(xué)生會(huì)自動(dòng)占據(jù)屏幕中央的位置。他們的各項(xiàng)智能技術(shù)做到了讓教師和學(xué)生無干擾的在平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，密涅瓦大學(xué)的首屆學(xué)生蘇塔娜·克里斯皮爾曾這樣說：“在普通教室里，有人在你身后或身邊，但在ALF平臺(tái)上能夠看到每個(gè)人，以及他們在課堂上談?wù)撛掝}的反應(yīng)，學(xué)習(xí)體驗(yàn)很真實(shí)。”[3]ALF平臺(tái)為學(xué)生和教師提供了一種充分參與的沉浸式環(huán)境，保證了學(xué)生可以積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)。每一堂課都在充分地討論中完成，每名學(xué)生都充分參與其中，保持一種高度集中的精神狀態(tài)。

(一)課前活動(dòng)

密涅瓦大學(xué)的課堂完全不同于傳統(tǒng)大學(xué)的“講座式”授課，這是一種新式的翻轉(zhuǎn)課堂。為了保證課堂活動(dòng)的順利進(jìn)行，讓學(xué)生深度參與到課堂教學(xué)中，在上課前，教師會(huì)把上課的相關(guān)資料上傳到ALF平臺(tái)，學(xué)生進(jìn)行有重點(diǎn)的自主學(xué)習(xí)。當(dāng)課程教學(xué)開始時(shí)，學(xué)生就已經(jīng)完成了關(guān)于特定課程主題的閱讀，并對(duì)教學(xué)內(nèi)容有了一定程度的了解。這種課前準(zhǔn)備是保證課堂高效進(jìn)行的前提。

(二)課堂教學(xué)

第一，教師可以在課堂上進(jìn)行分組討論。教師會(huì)讓學(xué)生就課前準(zhǔn)備的課題進(jìn)行發(fā)言，先就個(gè)人的準(zhǔn)備情況進(jìn)行簡單提問，然后再讓學(xué)生進(jìn)行討論。這并非如傳統(tǒng)課堂上的討論，在ALF平臺(tái)上，班級(jí)會(huì)被很快分成幾個(gè)小組，小組與小組之間不會(huì)相互干擾。每個(gè)小組會(huì)收到來自教師的任務(wù)安排，小組內(nèi)可以討論、協(xié)作解決問題，也可以咨詢教師并可以隨便訪問系統(tǒng)桌面上任何有助于解決問題的軟件。同時(shí)，教師也可以加入或聽取任何小組的討論。在分組討論結(jié)束后，小組內(nèi)成員要將討論成果展示給班級(jí)其他成員，并由他們進(jìn)行評(píng)價(jià)并給出建議。這促進(jìn)了學(xué)生之間的交流協(xié)作，使課堂變得有趣且高效。

第二，教師利用“投票選擇”機(jī)制檢查學(xué)生對(duì)課程的理解程度。教師每節(jié)課都會(huì)用“投票選擇”機(jī)制評(píng)估學(xué)生對(duì)某一主題的理解，教師會(huì)設(shè)置不同的選項(xiàng)供學(xué)生選擇，這種快速的選擇反饋是學(xué)生深入?yún)⑴c課堂的一部分，一旦學(xué)生選擇完成，其結(jié)果就會(huì)呈現(xiàn)在電腦系統(tǒng)屏幕中央。這種投票選擇可以重新運(yùn)行，那些改變主意重新選擇的學(xué)生會(huì)被識(shí)別出來，教師會(huì)要求他們解釋重新選擇的原因。這種投票選擇和課堂活動(dòng)穿插在一起，增強(qiáng)了課堂教學(xué)的互動(dòng)性。同時(shí)，ALF智能平臺(tái)還支持學(xué)生在一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)投票選擇，以衡量學(xué)生不斷發(fā)生變化的反應(yīng)。例如，學(xué)生可以在其他同學(xué)正在辯論時(shí)發(fā)出信號(hào)表示同意與否，或者學(xué)生可以使用這種信號(hào)來暫緩辯論，以確定辯論者何時(shí)不遵守規(guī)則。這種實(shí)時(shí)投票有多種作用，在復(fù)習(xí)課程時(shí)不僅可以了解學(xué)生在辯論表現(xiàn)上發(fā)生的分歧，還可以了解同一概念的不同表現(xiàn)形式對(duì)學(xué)生的影響。

第三，師生可以通過“屏幕協(xié)作”來實(shí)現(xiàn)課堂合作。教師和學(xué)生可以在電腦屏幕上展示科學(xué)圖表或藝術(shù)作品，同時(shí)，師生也可以在電腦桌面上共享任何有利于課堂的程序。這種功能可以使教師和學(xué)生能夠快速、輕松地將來自世界各地的教學(xué)材料帶入課堂，有效地增加了課堂內(nèi)容的容量。同時(shí)，ALF平臺(tái)上還具有“合作文檔”功能，此功能促進(jìn)了主動(dòng)的交互式實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)，教師和學(xué)生可以共同在系統(tǒng)上進(jìn)行演示和書寫并展示照片和播放視頻，學(xué)生可以做筆記、編輯文檔，并在課后收到電子筆記存檔。[4]在臨近課堂尾聲時(shí)，教師會(huì)有一個(gè)總結(jié)部分，這要求每位學(xué)生回顧整個(gè)課堂教學(xué)過程，教師也會(huì)查漏補(bǔ)缺，檢查學(xué)生是否達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，以此來訓(xùn)練學(xué)生的思維能力。

(三)課后反饋

在ALF平臺(tái)上，每位學(xué)生都可查看自己的學(xué)習(xí)成果以及教師對(duì)其在課堂表現(xiàn)的反饋，教師可實(shí)時(shí)追蹤學(xué)生的課堂表現(xiàn)，查看發(fā)言情況、投票選擇以及課后作業(yè)等，這些都是教師為學(xué)生打分的參考。[5]學(xué)生的成績與課堂表現(xiàn)緊密相連，密涅瓦團(tuán)隊(duì)為每個(gè)課程創(chuàng)建了視頻錄制功能，并將每個(gè)視頻與每位學(xué)生在課堂上所討論而生成的成績單相互匹配。教師使用專門的課堂討論評(píng)估工具審查這個(gè)成績單以及課后的視頻，每項(xiàng)成績都直接鏈接到課堂錄制的相應(yīng)片段，這樣教師可以輕松地回看每節(jié)課，并為學(xué)生提供評(píng)論和課堂分?jǐn)?shù)。這種準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)為學(xué)生提供了有效的反饋。

教師給出個(gè)性化反饋并不意味著課程的結(jié)束，相反，教師會(huì)在ALF平臺(tái)上圍繞課堂的主題為每名學(xué)生進(jìn)行一對(duì)一輔導(dǎo)，以彌補(bǔ)該學(xué)生的不足之處，這是小班化教學(xué)的獨(dú)特之處，也是基于ALF平臺(tái)個(gè)性化反饋的必然結(jié)果。一對(duì)一的課后教學(xué)會(huì)實(shí)現(xiàn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，這也是密涅瓦大學(xué)利用人工智能的特別之處。

二、密涅瓦大學(xué)人工智能課堂的特點(diǎn)

密涅瓦大學(xué)的人工智能課堂是教育領(lǐng)域的改革先鋒，它憑借著高效性、精準(zhǔn)性、獨(dú)特性走在了網(wǎng)絡(luò)智能化教學(xué)的前列。

(一)高效性

為了保證課堂的高效性，密涅瓦大學(xué)人工智能課堂ALF平臺(tái)上所有的功能都非常具有實(shí)用性，只提供有助于教學(xué)的智能功能。ALF平臺(tái)的設(shè)計(jì)原則為深入?yún)⑴c、加強(qiáng)關(guān)注、消除摩擦、促進(jìn)合作、支持互連以及富有意義，所有智能化功能都緊緊圍繞這些智能化教學(xué)的設(shè)計(jì)原則，都旨在提高課堂效率。[6]

首先，從課堂設(shè)計(jì)的功能上看， “分組討論”系統(tǒng)是為了加強(qiáng)交流互動(dòng)，“投票選擇”機(jī)制的智能分析是為了增強(qiáng)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，“屏幕協(xié)作”功能是為了方便師生的課堂合作?？梢哉f，每一項(xiàng)教學(xué)功能都旨在提高課堂教學(xué)的效率。其次，從課前環(huán)節(jié)到課后環(huán)節(jié)，ALF平臺(tái)都有智能化的管理功能，每一個(gè)步驟都是課堂高效運(yùn)轉(zhuǎn)的一部分。高效的課堂必須要科學(xué)的把控，教師利用“談話時(shí)間”功能來提高課堂效率，這種工具是為了記錄學(xué)生在課堂上發(fā)言時(shí)間的長短，當(dāng)教師觸發(fā)“談話時(shí)間”功能時(shí)，每名學(xué)生的縮略圖都會(huì)顯示不同的顏色，表示該學(xué)生的發(fā)言時(shí)間相對(duì)于課堂上其他學(xué)生發(fā)言時(shí)間的長短。紅色表示該學(xué)生發(fā)言時(shí)間明顯長于其他學(xué)生，黃色表示該學(xué)生接近全部學(xué)生發(fā)言的平均時(shí)間，綠色表示該學(xué)生發(fā)言時(shí)間明顯少于其他學(xué)生。教師以此來判斷哪些學(xué)生還沒有積極參與到課堂活動(dòng)中，并且利用時(shí)間軸選出發(fā)言相對(duì)較少的學(xué)生，把他們放到屏幕中央來討論某一話題，保證每名學(xué)生都可以深入地參與課堂教學(xué)活動(dòng)。

(二)精準(zhǔn)性

精準(zhǔn)性是課堂教學(xué)的關(guān)鍵，教師可以利用“時(shí)間軸”工具把控課堂。教師的每個(gè)課程計(jì)劃都會(huì)被分解成ALF平臺(tái)可讀的一系列活動(dòng)格式，每一項(xiàng)活動(dòng)下都有若干步驟。分組討論、投票選擇、屏幕協(xié)作等教學(xué)步驟都需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，教師只需輕松地點(diǎn)一個(gè)鍵就可調(diào)出時(shí)間軸，課堂教學(xué)的每一項(xiàng)活動(dòng)都清楚地顯示標(biāo)題和時(shí)間指示器。如果教師在某一特定步驟上花費(fèi)過多的時(shí)間，計(jì)時(shí)器就會(huì)從綠色變?yōu)槌壬?，然后變?yōu)榧t色，表示應(yīng)該加快課堂節(jié)奏?！皶r(shí)間軸”工具可以輕松地讓教師從頭到尾看到課堂的情況并保持準(zhǔn)時(shí)，讓課堂教學(xué)變得張弛有度。

密涅瓦大學(xué)致力于培養(yǎng)學(xué)生四類核心能力，即創(chuàng)造性思維、批判性思維、有效交流以及有效互動(dòng)。[7]因此，學(xué)校更加注重形成性評(píng)價(jià)，重點(diǎn)是評(píng)估學(xué)生在課堂討論中的表現(xiàn)。在ALF平臺(tái)上，教師可以對(duì)課堂時(shí)間數(shù)據(jù)、測驗(yàn)分?jǐn)?shù)和其他可測量的信息進(jìn)行深入了解，并且可以回顧以前課堂的視頻，從而對(duì)學(xué)生個(gè)人表現(xiàn)的各個(gè)方面給出精準(zhǔn)評(píng)價(jià)。教師針對(duì)學(xué)生所提供的信息都是形成性反饋，一般設(shè)有三種情境：一是在課堂討論中，教師根據(jù)ALF平臺(tái)自動(dòng)生成的班級(jí)討論文本記錄測評(píng)學(xué)生的課堂表現(xiàn)；二是在日常學(xué)習(xí)中，教師對(duì)學(xué)生的課前準(zhǔn)備和課堂表現(xiàn)進(jìn)行每天兩次的即時(shí)書面反饋；三是在課后作業(yè)中，教師通過對(duì)書面作業(yè)、視頻作業(yè)和軟件代碼作業(yè)的批改進(jìn)行全過程測評(píng)反饋。[8]所有的評(píng)價(jià)全是依據(jù)學(xué)生的具體表現(xiàn)。教師對(duì)每一名學(xué)生的評(píng)價(jià)都不一樣，真正達(dá)到因材施教的目的。

(三)獨(dú)特性

網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)以其超越時(shí)空的獨(dú)特性，在教育領(lǐng)域占據(jù)了重要位置。密涅瓦大學(xué)的ALF平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)課堂教學(xué)中教師和學(xué)生的獨(dú)特性。一方面，每一位教師都有自己獨(dú)特的教學(xué)風(fēng)格，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)只能滿足教師的講授以及單一的師生互動(dòng)，而ALF平臺(tái)能夠幫助教師完全掌控課堂教學(xué)，課堂討論、投票選擇、師生合作等功能都可以由教師自由選擇，幫助教師充分展現(xiàn)教學(xué)才華。另一方面，每一名學(xué)生都有自己的獨(dú)特性，智能化的教學(xué)更應(yīng)該滿足學(xué)生的個(gè)性發(fā)展。在ALF平臺(tái)上，每一名學(xué)生的課堂表現(xiàn)可以被有效記錄下來，師生可隨時(shí)查看，這種個(gè)性化的反饋展現(xiàn)了ALF平臺(tái)的獨(dú)特性，有效幫助了學(xué)生自身的獨(dú)特發(fā)展。同時(shí)，ALF平臺(tái)最大程度上降低了智能技術(shù)的顯著性，防止了技術(shù)功能對(duì)課堂教學(xué)的干擾，讓每一位教師和學(xué)生都將注意力集中到課堂教學(xué)活動(dòng)中。密涅瓦大學(xué)人工智能課堂把技術(shù)融入到教學(xué)中，真正實(shí)現(xiàn)了教育與人工智能的融合，體現(xiàn)了其獨(dú)特性。

三、啟示

美國密涅瓦大學(xué)在課堂教學(xué)方面很好地實(shí)現(xiàn)了教學(xué)與人工智能的融合，這種融合為未來教育的發(fā)展增添了濃墨重彩的一筆。教育部發(fā)布的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》中強(qiáng)調(diào),“發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，變革傳統(tǒng)模式，推進(jìn)新技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，真正實(shí)現(xiàn)從融合應(yīng)用階段邁入創(chuàng)新發(fā)展階段，不僅實(shí)現(xiàn)常態(tài)化應(yīng)用，更要達(dá)成全方位創(chuàng)新”。[9]對(duì)于我國高校來說，需要在人工智能的運(yùn)作理念、技術(shù)開發(fā)、課堂互動(dòng)、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行思考，切實(shí)把人工智能技術(shù)融入到教育教學(xué)之中。

(一)樹立先進(jìn)的人工智能運(yùn)作理念

人工智能技術(shù)方便教學(xué)的同時(shí)也會(huì)對(duì)教學(xué)產(chǎn)生不利影響，所以要建立先進(jìn)的人工智能運(yùn)作理念，把不利影響降到最低。在教育教學(xué)中，學(xué)習(xí)者是中心，教學(xué)者是關(guān)鍵，課程資源是核心，而平臺(tái)和環(huán)境是基礎(chǔ)，這些因素共同構(gòu)成在線教育系統(tǒng)。[10]密涅瓦大學(xué)人工智能課堂技術(shù)平臺(tái)是基于以學(xué)生為中心的理念，平臺(tái)的運(yùn)用和教師的教學(xué)都旨在以學(xué)生的發(fā)展為目的。高等教育人工智能化的發(fā)展都應(yīng)以學(xué)生為中心，圍繞教學(xué)的需要而構(gòu)建。課堂教學(xué)的技術(shù)改革首先要建立在正確的理念之上，技術(shù)的引進(jìn)都應(yīng)以學(xué)生為本，以高效的課堂教學(xué)為目的，以此推進(jìn)我國高等教育事業(yè)的發(fā)展。

(二)加大對(duì)人工智能技術(shù)的研究

智能平臺(tái)的開發(fā)是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的基礎(chǔ)，學(xué)生數(shù)據(jù)的分析和互動(dòng)更離不開技術(shù)的支持。密涅瓦大學(xué)的人工智能教學(xué)平臺(tái)并非由第三方公司研發(fā)，而是由自己的科研團(tuán)隊(duì)針對(duì)教學(xué)實(shí)踐需要而獨(dú)立創(chuàng)制。高校要加大對(duì)開發(fā)人工智能技術(shù)的投入，結(jié)合教師和學(xué)生實(shí)際的課堂需求，研發(fā)人工智能教學(xué)平臺(tái)，把課堂教學(xué)同智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來，從而實(shí)現(xiàn)高效的教學(xué)活動(dòng)。

(三)構(gòu)造智能化課堂互動(dòng)模式

目前，市場上的在線教育平臺(tái)大都無法實(shí)現(xiàn)師生之間真實(shí)的互動(dòng)體驗(yàn)，也無法提供讓學(xué)生之間相互討論的課堂環(huán)境。密涅瓦大學(xué)突破技術(shù)局限，不但實(shí)現(xiàn)了師生之間面對(duì)面的真實(shí)互動(dòng)，而且也通過智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了學(xué)生之間的分組討論，打造了真實(shí)的教學(xué)環(huán)境。高效的網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)關(guān)鍵在于真實(shí)，而真實(shí)的體驗(yàn)關(guān)鍵在于互動(dòng)。各高?？梢越梃b密涅瓦大學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，把有效的互動(dòng)模式嵌入到智能學(xué)習(xí)平臺(tái)中，讓學(xué)生體驗(yàn)到生動(dòng)活潑而且真實(shí)的課堂環(huán)境，實(shí)現(xiàn)高效課堂的教學(xué)目的。

(四)全面精準(zhǔn)地評(píng)測學(xué)生表現(xiàn)

形成性評(píng)價(jià)注重對(duì)學(xué)習(xí)過程的指導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)信息的及時(shí)反饋旨在通過經(jīng)常性的測評(píng)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，并改進(jìn)教師的教學(xué)水平。[11]形成性評(píng)價(jià)在評(píng)測學(xué)生成績時(shí)應(yīng)占較大比重，密涅瓦大學(xué)的ALF平臺(tái)給予教師很大的幫助，教師可以看到學(xué)生課堂表現(xiàn)的任何細(xì)節(jié)，并將其作為教師評(píng)價(jià)學(xué)生的參考因素，不依賴于期末成績就可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面精準(zhǔn)地評(píng)價(jià)。研發(fā)智能化教學(xué)平臺(tái)必須把教學(xué)評(píng)價(jià)作為其重要功能之一，學(xué)生各項(xiàng)課堂數(shù)據(jù)，如課堂討論、課后作業(yè)、實(shí)踐活動(dòng)等環(huán)節(jié)的形成與記錄都要智能化，以形成有效精準(zhǔn)地評(píng)價(jià)，只有這樣才會(huì)促進(jìn)學(xué)生全面且個(gè)性的發(fā)展。