人工智能時代的人機(jī)協(xié)同教育理論研究*

方海光 孔新梅 李海蕓 鄭志宏

人工智能時代的人機(jī)協(xié)同教育理論研究*

方海光1孔新梅1李海蕓2鄭志宏1

（1．首都師范大學(xué) 教育學(xué)院，北京 100048；2．首都師范大學(xué) 教師教育學(xué)院，北京 100048）

人工智能是全球引領(lǐng)科技進(jìn)步和人類發(fā)展的重要驅(qū)動力與戰(zhàn)略技術(shù)，在重塑教育深層次變革的過程中促進(jìn)了新教育形態(tài)的產(chǎn)生。人工智能時代的人機(jī)協(xié)同融合了人工智能“機(jī)器”的邏輯和“人類”的意識，有利于推動教育信息化的高階應(yīng)用，促進(jìn)教育的結(jié)構(gòu)性變遷。在此背景下，文章首先探討人機(jī)協(xié)同的發(fā)展歷程和哲學(xué)源頭，闡述了人機(jī)協(xié)同教育的基本內(nèi)涵。隨后，文章以協(xié)同理論、分布式認(rèn)知理論、信息加工理論和具身認(rèn)知理論為基礎(chǔ)，提出人機(jī)協(xié)同教育是一個系統(tǒng)化的協(xié)同過程、知識分布加工和共享的過程、自組織有序發(fā)展的過程。最后，文章將人機(jī)協(xié)同支持的教育教學(xué)應(yīng)用模式分為三類，即人機(jī)協(xié)同虛擬教學(xué)模式、人機(jī)協(xié)同自主學(xué)習(xí)模式和人機(jī)協(xié)同支持智慧課堂模式，并介紹了人機(jī)協(xié)同教育理論的典型應(yīng)用。文章對人工智能時代人機(jī)協(xié)同教育理論的研究，可為人工智能時代下開展人機(jī)協(xié)同教與學(xué)的應(yīng)用和實踐提供理論支持。

人機(jī)協(xié)同；人工智能；分布式認(rèn)知；虛擬教學(xué)；自主學(xué)習(xí)；智慧課堂

一 研究背景

人工智能是引領(lǐng)新一輪科技進(jìn)步、促進(jìn)人類社會發(fā)展的重要驅(qū)動力和戰(zhàn)略技術(shù)，其在推動教育深層次變革的過程中促進(jìn)了教育新形態(tài)的產(chǎn)生。2017年，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確提出了人工智能發(fā)展的戰(zhàn)略態(tài)勢，并強(qiáng)調(diào)要加強(qiáng)混合增強(qiáng)智能、自主協(xié)同與決策、類腦智能等基礎(chǔ)理論研究，構(gòu)建開放協(xié)同的人工智能科技創(chuàng)新體系[1]。人工智能在存儲容量、計算速度等多個方面已經(jīng)超過人類，在特定場景、預(yù)設(shè)規(guī)則的情況下比人類的工作效率高很多且不存在認(rèn)知偏見，但對自主性、情感等意識現(xiàn)象響應(yīng)遲鈍[2]。2019年，美國斯坦福大學(xué)成立“以人為本”人工智能研究院（Human-centered AI），旨在推動人工智能在人類的正確引導(dǎo)下快速、合理地發(fā)展，實現(xiàn)人機(jī)共軛、共生[3]。可見，人機(jī)協(xié)同是人工智能未來發(fā)展的重點(diǎn)。但是，當(dāng)前人機(jī)協(xié)同在教育領(lǐng)域的研究成果較少，主要聚焦于以下方面：

①智能教育時代人機(jī)協(xié)同的智能結(jié)構(gòu)。祝智庭等[4]認(rèn)為，教育人工智能從“支持智能”階段過渡到“增強(qiáng)智能”階段，最后達(dá)到“人機(jī)協(xié)同智能”階段，在各種教育應(yīng)用場景中，三類智能形成一體化聯(lián)動的效益最大化形態(tài)；祝智庭等[5]還提出，人機(jī)協(xié)同智能結(jié)構(gòu)HMSIS 1.0主要包括認(rèn)知智能、情感智能和志趣智能，三者的關(guān)系隨著人工智能時代技術(shù)的更迭而動態(tài)變化；朱永海等[6]提出人機(jī)協(xié)同智能層級結(jié)構(gòu)模型，包括協(xié)同基礎(chǔ)、協(xié)同支撐、協(xié)同接口和協(xié)同主體，其中協(xié)同主體是認(rèn)知智能、情感智能、志趣智能和創(chuàng)新智能；蔡連玉等[7]認(rèn)為人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)具有硬智能、軟智能和巧智能三類智能。

②人機(jī)協(xié)同促發(fā)教師角色的轉(zhuǎn)變。余勝泉等[8]提出人機(jī)協(xié)同教學(xué)的分析框架，將人工智能和教師之間的協(xié)同關(guān)系分為AI代理、AI助手、AI教師、AI伙伴四個階段；逯行等[9]指出，人工智能時代的人類教師和智能導(dǎo)師形成了“新主體教師”；汪時沖等[10]提出人工智能教育機(jī)器人支持下的新型“雙師課堂”，即除了授課教師，教育機(jī)器人在課堂中扮演另一名“教師”的角色。

③人機(jī)協(xié)同在教育教學(xué)中的應(yīng)用。王良輝等[11]提出人機(jī)協(xié)同的精準(zhǔn)教學(xué)模式，指出人機(jī)協(xié)同的“診斷—反饋—干預(yù)—反思”環(huán)節(jié)貫穿于整個教學(xué)過程，促進(jìn)了精準(zhǔn)教學(xué)；何文濤等[12]闡述了人機(jī)協(xié)同的信息技術(shù)在教、學(xué)、管、評、測領(lǐng)域的教育應(yīng)用樣態(tài)。

人工智能時代的人機(jī)協(xié)同教育推動了教育全過程創(chuàng)新變革，并基于人工智能“機(jī)器”的邏輯和“人類”的意識協(xié)同，推動著教育信息化朝高端形態(tài)發(fā)展。本研究試圖探討人機(jī)協(xié)同的哲學(xué)源頭和教育理論基礎(chǔ)，進(jìn)一步探究人機(jī)協(xié)同支持的教育教學(xué)應(yīng)用模式，為人機(jī)協(xié)同教育的發(fā)展、應(yīng)用和實踐提供參考。

二 人機(jī)協(xié)同教育內(nèi)涵分析

1 人機(jī)協(xié)同發(fā)展歷程

“協(xié)同”一詞最早來源于古希臘語，其本義為協(xié)調(diào)、同步、和諧，意味著開放系統(tǒng)中的子系統(tǒng)之間通過相互作用發(fā)生集體效應(yīng)。人機(jī)協(xié)同思想誕生于工業(yè)時代，強(qiáng)調(diào)人與機(jī)器在勞動層面的協(xié)作關(guān)系[13]。當(dāng)時，人機(jī)關(guān)系更多地表現(xiàn)為一種從屬關(guān)系，如奴役關(guān)系或工具關(guān)系[14]。后來，人機(jī)之間的交互從一般性勞動延伸到?jīng)Q策層面。楊燦軍等[15]提出人機(jī)一體化，認(rèn)為人機(jī)一體的技術(shù)路線是以人為中心，人機(jī)平等合作，共同組成一個系統(tǒng)。隨著人工智能的發(fā)展，人機(jī)協(xié)同中的“機(jī)”已不再限于計算機(jī)，而是包含計算機(jī)在內(nèi)的智能感知、元宇宙、區(qū)塊鏈等多種智能技術(shù)。隨著人工智能技術(shù)性能的增強(qiáng)和人機(jī)交互密切程度的提升，人機(jī)協(xié)同向更高級形態(tài)發(fā)展。例如，Licklider[16]認(rèn)為，人機(jī)共同合作做出決策，可以控制復(fù)雜情境，并且“機(jī)”可以不依賴預(yù)先設(shè)定好的程序而運(yùn)行；Lesh等[17]認(rèn)為，人機(jī)交互時，機(jī)的思考方式和狀態(tài)與人類類似，可作為人類某些能力的補(bǔ)充。按照動態(tài)的信息觀，人機(jī)關(guān)系在于軟件本質(zhì)，軟件的本質(zhì)是人機(jī)交互的界面，計算機(jī)更加智能的原因是攜帶了人類意圖和智能屬性[18]；按照發(fā)展的世界觀，人機(jī)應(yīng)彼此協(xié)調(diào)共生、交互運(yùn)作，共同認(rèn)識世界和改造世界[19]。

圖1 人機(jī)協(xié)同的哲學(xué)基礎(chǔ)

圖2 人機(jī)協(xié)同支持的教育教學(xué)應(yīng)用模式

2 人機(jī)協(xié)同哲學(xué)

人工智能時代的人機(jī)協(xié)同作為一種新的人機(jī)交互形式，是哲學(xué)研究的科技對象。人機(jī)協(xié)同重塑社會生態(tài)，其主客體、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、社會價值等發(fā)生解構(gòu)并進(jìn)行重構(gòu)，引出了新的概念框架。本研究從人機(jī)協(xié)同的本體論、認(rèn)識論和價值論三重維度，對人機(jī)協(xié)同的哲學(xué)基礎(chǔ)進(jìn)行探討，如圖1所示。

（1）人機(jī)協(xié)同的本體論

在人機(jī)協(xié)同過程中，產(chǎn)生實際行為的并非“機(jī)”作為硬件的“物理系統(tǒng)”，而是作為變換和存儲的“信息系統(tǒng)”。人與機(jī)的協(xié)同是基于信息的輸入和輸出實現(xiàn)的，其本質(zhì)是共同操作和處理信息的計算過程，這就是人機(jī)協(xié)同的本體論基礎(chǔ)。人機(jī)協(xié)同中的“機(jī)”是基于知識庫和邏輯規(guī)則生產(chǎn)知識的一種計算系統(tǒng)，其中的邏輯規(guī)則是基于大數(shù)據(jù)及其模型，將事物發(fā)生的過程量化和簡化，無法表征如情感、直覺等非理性因素；而人類在規(guī)范倫理、責(zé)任倫理、美德倫理等方面道德表征和外界環(huán)境的融合與統(tǒng)一，既是道德人格在實踐中的展現(xiàn)，也是人類特有的屬性[20]?！皺C(jī)”可以延伸人類的記憶、運(yùn)算等能力，并且可以拓展“機(jī)”設(shè)定的目標(biāo)和運(yùn)用多重經(jīng)驗決策的功能，促使人工智能時代支持的“機(jī)”與人發(fā)生有效協(xié)同，從而構(gòu)成復(fù)雜的智能系統(tǒng)。

（2）人機(jī)協(xié)同的認(rèn)識論

為了更好地認(rèn)識世界進(jìn)行科學(xué)研究，需要對物理屬性和哲學(xué)意識的本體論進(jìn)行分離，即進(jìn)行事物的本身與對其認(rèn)識的分離[21]。自由的、有意識的活動是人類的特性，人類在社會實踐中也一直居于主體地位。在哲學(xué)中，主客體的關(guān)系為“物永遠(yuǎn)是客體，不會是主體”。人工智能時代的“機(jī)”作為技術(shù)人造物，注入“智能、智慧”的思想后，知識的生成和獲取由人和機(jī)的推理、計算所形成的整體共同完成，由此兩者協(xié)同形成“人機(jī)”雙主體，原為客體的“機(jī)”轉(zhuǎn)變?yōu)橹黧w，發(fā)生客體主體化。根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論，人、機(jī)兩主體之間不斷交換物質(zhì)與能量，人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)的狀態(tài)隨參量變化遠(yuǎn)離或靠近閾值以形成新的狀態(tài)，并保持有序[22]。

（3）人機(jī)協(xié)同的價值論

人機(jī)相互協(xié)同、相互促進(jìn)，形成了正反饋關(guān)系：一方面，人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)可替代人類的部分工作，節(jié)約人的時間和精力；另一方面，人類可以投入更多精力創(chuàng)新“機(jī)”的智能，將人類智慧外化為“機(jī)”，從而增強(qiáng)智能，并將人類解放出來以讓人類能有精力投入其他更富有創(chuàng)造性的工作。人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)的個體價值會加速社會文化價值的生成，是知識外化的方式之一。而“機(jī)”作為工具，不僅可以減輕人的認(rèn)知負(fù)荷、增強(qiáng)人的學(xué)習(xí)能力，而且可以聯(lián)結(jié)個體開展跨學(xué)科、跨領(lǐng)域協(xié)作，從而推動人類社會協(xié)調(diào)發(fā)展。

3 人機(jī)協(xié)同教育內(nèi)涵

在“機(jī)”具備一定智能的情況下，人機(jī)協(xié)同以人和機(jī)共同達(dá)成的教育目標(biāo)為基礎(chǔ)，通過明確人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)所處的狀態(tài)和對方正在發(fā)生的教育行為，在此基礎(chǔ)上根據(jù)自身狀態(tài)做出相應(yīng)的教育反饋。本研究將物理空間、信息空間與人類的社會空間相融合，構(gòu)成了三元空間：①在物理空間，人與“機(jī)”實體交互，各自應(yīng)用擅長的技能和認(rèn)知，通過相互作用，協(xié)同完成目標(biāo)；②在信息空間，“機(jī)”的智能來自于人類的智能，人的認(rèn)知可通過算法程序外化表征為“機(jī)”；③在社會空間，“機(jī)”為人與人之間的溝通架起了一座橋梁，并促使人與人之間的認(rèn)知發(fā)生碰撞，之后進(jìn)入信息加工系統(tǒng)。

綜上所述，人機(jī)協(xié)同教育是一個在復(fù)雜、多樣的三元空間中，基于人與機(jī)的協(xié)同關(guān)系，促進(jìn)師生認(rèn)知加工，以動態(tài)、發(fā)展的方式推動教育良性發(fā)展的教育過程。人、機(jī)各自擅長的領(lǐng)域不同，人類的劣勢和缺陷產(chǎn)生的求助需求通過“認(rèn)知外包”嵌入“機(jī)”，形成了人機(jī)協(xié)同教育的新形態(tài)。

三 人機(jī)協(xié)同教育理論概要

1 人機(jī)協(xié)同的教育理論基礎(chǔ)

在有效交互融合的基礎(chǔ)上，人機(jī)協(xié)同教育以認(rèn)知分布存儲和知識流動為運(yùn)轉(zhuǎn)的基本前提，子系統(tǒng)將認(rèn)知納入信息加工系統(tǒng)，協(xié)同、有序、穩(wěn)定地服務(wù)于教育大系統(tǒng)。因此，人機(jī)協(xié)同的教育理論基礎(chǔ)主要包含協(xié)同理論、分布式認(rèn)知理論、信息加工理論和具身認(rèn)知理論：

①協(xié)同理論是系統(tǒng)科學(xué)理論的分支，其內(nèi)容主要包括協(xié)同效應(yīng)、自組織和伺服原理。協(xié)同理論的核心思想是系統(tǒng)要素之間通過非線性相互作用發(fā)生協(xié)同，推動自組織不斷演進(jìn)實現(xiàn)有序?？梢?，有序是協(xié)同的產(chǎn)物，同時也推動協(xié)同效應(yīng)的實現(xiàn)。②分布式認(rèn)知理論用于系統(tǒng)化分析認(rèn)知主體和認(rèn)知環(huán)境之間的關(guān)系，認(rèn)知分布于個體內(nèi)部、群體之間、社會環(huán)境、人工制品甚至?xí)r間當(dāng)中[23]。Rogers[24]指出，分布式認(rèn)知強(qiáng)調(diào)人類如何在智力活動過程中超越個體的認(rèn)知邊界。Chuah等[25]認(rèn)為，分布式認(rèn)知是個體頭腦中的內(nèi)部表征和環(huán)境中的外部表征進(jìn)行集成、交換的信息加工過程。總之，認(rèn)知存在于復(fù)雜系統(tǒng)中從單個體到多個體的交互中，是一個從個體頭腦內(nèi)部到外部表征的認(rèn)識過程。③信息加工理論是由Gagne[26]以人的學(xué)習(xí)與記憶理論為基礎(chǔ)提出的、與學(xué)習(xí)過程有關(guān)的學(xué)習(xí)理論，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程輸入外界刺激，先在內(nèi)部進(jìn)行信息加工，再激活效應(yīng)器，最后輸出作用于環(huán)境。通過信息加工的術(shù)語解釋學(xué)習(xí)過程，促進(jìn)了學(xué)習(xí)過程的心理學(xué)研究與人工智能計算機(jī)模擬研究的結(jié)合[27]。④具身認(rèn)知理論擴(kuò)展了認(rèn)知的傳統(tǒng)概念，將身體、環(huán)境等因素都包含在認(rèn)知加工中，認(rèn)為認(rèn)知經(jīng)驗來自感知運(yùn)動的身體和更廣泛的文化情境，強(qiáng)調(diào)認(rèn)知依賴于身體以及身體與環(huán)境的交互。

2 人機(jī)協(xié)同教育理論的主要觀點(diǎn)

（1）人機(jī)協(xié)同教育是一個系統(tǒng)化的協(xié)同過程

人機(jī)協(xié)同教育存在于主體與客體活動之中，雙方協(xié)同配合消除子系統(tǒng)中的冗余，并基于子系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)和行為所處的環(huán)境影響自身的狀態(tài)、行為。一方面，人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)之間的協(xié)同合作產(chǎn)生序參量，決定和支配子系統(tǒng)的行為。根據(jù)支配效應(yīng)原理，系統(tǒng)內(nèi)部的穩(wěn)定因子和不穩(wěn)定因子相互影響，通過快變量跟隨慢變量，從而引發(fā)子系統(tǒng)行為發(fā)生相互作用。另一方面，在復(fù)雜、開放的人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)中，當(dāng)外在能量或物質(zhì)作用的聚焦?fàn)顟B(tài)發(fā)展到一定的臨界值時，人機(jī)之間協(xié)同合作、相互作用產(chǎn)生整體效應(yīng)，其發(fā)揮的效能大于等于“人”“機(jī)”單獨(dú)作用時發(fā)揮的效能之和。實際上，人機(jī)協(xié)同教育的整體效能由人機(jī)各部分子系統(tǒng)發(fā)揮的效能和各部分相互作用產(chǎn)生的協(xié)同效能之和組成?！叭恕毕到y(tǒng)和“機(jī)”系統(tǒng)交互合作，通過以認(rèn)知和計算為主導(dǎo)效能的協(xié)同創(chuàng)新，發(fā)揮系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定和不穩(wěn)定要素的伺服作用，為人機(jī)雙向賦能。

（2）人機(jī)協(xié)同教育是一個知識分布加工和共享的過程

人機(jī)協(xié)同教育是人工智能時代的一種新教育模式。人機(jī)協(xié)同的智能是分布式的[28]，即人機(jī)各部分認(rèn)知以分布的方式存儲于不同實體。認(rèn)知分布在人機(jī)之間是一種認(rèn)知的增強(qiáng)[29]，交互的發(fā)生以共享方式成為新的知識生長點(diǎn)，并以內(nèi)化方式進(jìn)行信息加工后納入個體原有的知識體系。“機(jī)”作為認(rèn)知主體參與活動，人機(jī)雙主體共同完成高階教育任務(wù)，降低單體認(rèn)知負(fù)荷，發(fā)生認(rèn)知留存效應(yīng)，并基于人機(jī)協(xié)同教育中的行為交互和知識轉(zhuǎn)化、流動、共享實現(xiàn)知識創(chuàng)生；同時，組織結(jié)構(gòu)協(xié)同需求動態(tài)變化，發(fā)生人機(jī)單體或群體的自組織協(xié)同效應(yīng)，控制參量對序參量起導(dǎo)向作用，認(rèn)知在分布式環(huán)境中螺旋上升，推動人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)從低級無序轉(zhuǎn)為高級有序。

（3）人機(jī)協(xié)同教育是一個自組織有序發(fā)展的過程

在人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)開放式發(fā)展的過程中，師生“人”的大腦認(rèn)知和人工智能“機(jī)”的科學(xué)技術(shù)等智慧物質(zhì)、能量和信息非線性相互作用。在此過程中，序參量在推動人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)從無序轉(zhuǎn)為有序方面發(fā)揮了重要作用：當(dāng)系統(tǒng)無序時，序參量為零；當(dāng)系統(tǒng)要素流動時，序參量也隨之變化；當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到臨界點(diǎn)時，序參量增加到最大，出現(xiàn)宏觀、有序的組織結(jié)構(gòu)。人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)中的人機(jī)狀態(tài)遵循某種規(guī)則，自發(fā)形成一定的結(jié)構(gòu)和性能且時刻流動變化。在非平衡態(tài)區(qū)域內(nèi)，人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)與外部智能技術(shù)設(shè)備支撐的新型教育環(huán)境進(jìn)行非線性信息轉(zhuǎn)換，且持續(xù)、主動地吸納負(fù)熵流——關(guān)聯(lián)熵和運(yùn)行熵越小，人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)越穩(wěn)定，且越趨向于通過有序演化接近平衡態(tài)?？傊藱C(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)處于一種動態(tài)平衡的狀態(tài)，從確定一致目標(biāo)到序參量動態(tài)調(diào)整的過程中，人機(jī)各自發(fā)出行為，最終實現(xiàn)人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)的平衡。

四 人機(jī)協(xié)同教育理論的教學(xué)應(yīng)用

1 人機(jī)協(xié)同支持的教育教學(xué)應(yīng)用模式分類

人工智能時代的人機(jī)協(xié)同教育以人工智能為代表的“機(jī)”與師生共同作為教育主體，參與教育教學(xué)方式重組。人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)組成的共同體基于同一愿景，通過科學(xué)、合理的學(xué)習(xí)通道培養(yǎng)新世紀(jì)人才。本研究基于人機(jī)協(xié)同教育理論和虛實學(xué)習(xí)場域，提出了人機(jī)協(xié)同支持的教育教學(xué)應(yīng)用模式，具體包括：側(cè)重虛擬空間和具身認(rèn)知理論的人機(jī)協(xié)同虛擬教學(xué)模式、側(cè)重融合空間和信息加工理論的人機(jī)協(xié)同自主學(xué)習(xí)模式、側(cè)重實體空間和分布式認(rèn)知理論的人機(jī)協(xié)同支持智慧課堂模式，如圖2所示。盡管三種模式各不相同，但也存在共性：從構(gòu)成要素來看，都包括傳統(tǒng)的教學(xué)模式要素和人機(jī)共同體；從實施過程來看，都是認(rèn)知分布加工共享的、有序發(fā)展的系統(tǒng)化協(xié)同過程；從學(xué)習(xí)效果來看，都是基于人工智能“機(jī)器”的邏輯和“人類”的意識共同優(yōu)化學(xué)習(xí)效果、推動教育信息化高階應(yīng)用。

（1）人機(jī)協(xié)同虛擬教學(xué)模式

人機(jī)協(xié)同虛擬教學(xué)模式是指在虛擬空間中將知識傳授給學(xué)習(xí)者，主要包括兩種學(xué)習(xí)方式：“線上學(xué)習(xí)”和“空間學(xué)習(xí)”。其中，“空間學(xué)習(xí)”是指學(xué)習(xí)者可以具身體驗的三維虛擬信息空間。人機(jī)協(xié)同虛擬教學(xué)模式通過學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)情境的具身交互，將學(xué)習(xí)各要素相互關(guān)聯(lián)、緊密耦合，強(qiáng)調(diào)通過“機(jī)”獲取學(xué)習(xí)者的生理特征，以認(rèn)知意識為基礎(chǔ)實現(xiàn)人機(jī)動態(tài)交互學(xué)習(xí)。例如，應(yīng)用高擬真感和低延遲感的交互技術(shù)，通過視覺、聽覺、觸覺等多感官交互，將物理空間難以獲得的知識和抽象的知識數(shù)字化，在虛擬空間轉(zhuǎn)化為近距離的、直觀的形態(tài)，呈現(xiàn)在學(xué)習(xí)者面前；或通過具有一定智能的教育平臺明確學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)，據(jù)此為其精準(zhǔn)推薦學(xué)習(xí)資源，實現(xiàn)人機(jī)協(xié)同，為學(xué)習(xí)者身體的感知和“機(jī)”的結(jié)構(gòu)化反思提供可交互的學(xué)習(xí)體驗，增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的臨場感，促進(jìn)知識的深度學(xué)習(xí)和遷移應(yīng)用。人機(jī)協(xié)同虛擬教學(xué)模式突破了傳統(tǒng)時空的制約，重塑了傳統(tǒng)教學(xué)模式中的師生關(guān)系，學(xué)習(xí)者在虛擬空間通過教師的間接影響獲取直接經(jīng)驗。在人工智能時代，人機(jī)協(xié)同虛擬教學(xué)模式使大腦、身體、環(huán)境與技術(shù)密不可分，并有效融合了學(xué)習(xí)者智能、機(jī)器智能、教師智能，形成了人機(jī)互為主體的教育教學(xué)關(guān)系。

（2）人機(jī)協(xié)同自主學(xué)習(xí)模式

人機(jī)協(xié)同的“智能”和“經(jīng)驗”，是教師和專家的智慧隨機(jī)進(jìn)入“機(jī)器”協(xié)同產(chǎn)生的，為學(xué)習(xí)者與“機(jī)”相互作用、直接協(xié)同從而間接影響虛實融合空間提供基礎(chǔ)。人機(jī)協(xié)同自主學(xué)習(xí)模式不僅可以通過智能“機(jī)”明確學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)，為其精準(zhǔn)推薦資源，實現(xiàn)人機(jī)交互融合；還可以通過“機(jī)”連接處于不同物理空間的學(xué)習(xí)者或教師，實現(xiàn)跨區(qū)域人機(jī)協(xié)同?！叭恕薄皺C(jī)”內(nèi)部對信息進(jìn)行加工輸出，并作用于對方空間，交互信息隨人機(jī)交互動態(tài)更新。其中，“機(jī)”根據(jù)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)及其學(xué)習(xí)路徑，向?qū)W習(xí)者推送相關(guān)資源或反饋下一個知識點(diǎn)，并提供自主學(xué)習(xí)路徑——這并非“機(jī)”的獨(dú)特功能，而是“機(jī)”與教師和專家協(xié)同的結(jié)果。以“機(jī)”為中介，知識信息以分布式的形式存在和流動，具有個性化、類型化的信息特征。系統(tǒng)通道的選擇取決于學(xué)習(xí)者的交互行為，系統(tǒng)決策影響學(xué)習(xí)者知識信息的流向動態(tài)，人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)依靠人機(jī)之間特定的規(guī)則和協(xié)議來支配子系統(tǒng)，導(dǎo)致序參量逐漸增加，出現(xiàn)宏觀有序的、虛實融合的自主學(xué)習(xí)組織結(jié)構(gòu)。

（3）人機(jī)協(xié)同支持智慧課堂模式

人機(jī)協(xié)同支持的智慧課堂尋求人工智能技術(shù)理性和人類教師價值理性之間的平衡，融合預(yù)設(shè)模式和靈活生成模式，整合學(xué)科教學(xué)線下集中學(xué)習(xí)形態(tài)。智慧課堂教學(xué)的目的是促使學(xué)習(xí)者發(fā)生認(rèn)知沖突，引導(dǎo)有效知識傳授，突破傳統(tǒng)課堂教師一人承擔(dān)教學(xué)任務(wù)的瓶頸，解決個體知識學(xué)習(xí)和傳授表象問題，并超越個人認(rèn)知的局限。教師借力數(shù)據(jù)驅(qū)動促進(jìn)認(rèn)知分布，利用智慧課堂裝配的不同機(jī)器設(shè)備，通過人機(jī)協(xié)同實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。人機(jī)協(xié)同支持的智慧課堂模式應(yīng)用不僅減輕了教師負(fù)擔(dān)，而且可以基于教學(xué)智能設(shè)備“機(jī)”更加科學(xué)、高效、全面地感知實際教學(xué)情境中的環(huán)境數(shù)據(jù)、生理數(shù)據(jù)等，為智慧課堂中的及時互動、數(shù)據(jù)循環(huán)記錄、教學(xué)全過程提供生成性資源；同時，還可提高預(yù)設(shè)性資源的獨(dú)立性，各智能設(shè)備加工分布認(rèn)知，共同實現(xiàn)智能管理控制、實況數(shù)據(jù)監(jiān)測等，實現(xiàn)認(rèn)知內(nèi)部加工和認(rèn)知外部轉(zhuǎn)化。人機(jī)協(xié)同支持的智慧課堂以人機(jī)為主體，賦能課堂的創(chuàng)新性、智能性變革，推動了課堂生態(tài)重構(gòu)。

2 人機(jī)協(xié)同教育理論的典型應(yīng)用

（1）人機(jī)協(xié)同推薦資源

學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中常常面臨“學(xué)習(xí)盲目”“資源過載”“信息繭房”等困惑，而合理、有效的推薦資源路徑可以減少學(xué)習(xí)者的盲目性。人機(jī)協(xié)同資源信息推薦服務(wù)通過發(fā)揮“人”的認(rèn)知屬性和“機(jī)”的計算屬性，可以融合學(xué)習(xí)者綜合發(fā)展的感性和海量數(shù)據(jù)高速運(yùn)算的理性，實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，從而提供精準(zhǔn)、科學(xué)、有效的教育資源推薦服務(wù)，以在不同學(xué)習(xí)情境下適配學(xué)習(xí)者的真實需求和學(xué)習(xí)目標(biāo)。根據(jù)推薦算法，可將人機(jī)協(xié)同推薦資源的模式分為四類：①基于內(nèi)容的推薦模式，即通過人機(jī)分析學(xué)習(xí)者的興趣、教育目標(biāo)等，然后與資源進(jìn)行比較、匹配，輸出符合學(xué)習(xí)者偏好與需求的資源列表，實現(xiàn)人與機(jī)的協(xié)同推薦；②基于協(xié)同過濾的推薦模式，即推薦系統(tǒng)通過對具有相同特點(diǎn)標(biāo)簽的學(xué)習(xí)者各自所用的不同資源建模、標(biāo)識，預(yù)測同類型學(xué)習(xí)者的偏好，提升學(xué)習(xí)者體驗，緩解學(xué)習(xí)者在使用過程中形成的“信息繭房”效應(yīng)；③基于關(guān)聯(lián)度的推薦模式，即人、機(jī)從不同維度探索不同學(xué)習(xí)者使用的相關(guān)性較大的資源并予以推薦；④基于混合的推薦模式，即在不同時間維度或推薦過程中不同階段混合使用兩種或兩種以上推薦算法，基于人機(jī)協(xié)同推薦實現(xiàn)學(xué)習(xí)者與資源的高度匹配。

（2）協(xié)同增強(qiáng)人機(jī)智能

在人工智能時代，“機(jī)”助力教師提高教書育人的工作效率，強(qiáng)化人類智能；教師助力“機(jī)”增強(qiáng)處理教學(xué)事務(wù)的智慧性和智能性，強(qiáng)化機(jī)器智能，形成人工智能時代的增強(qiáng)型教育。可見，協(xié)同增強(qiáng)人機(jī)智能實際上是人類智能的延伸和機(jī)器智能的拓展。在完成高階教育任務(wù)的過程中，協(xié)同增強(qiáng)人機(jī)智能不僅可以提升受教育者自身的認(rèn)知能力，還可以為教育者增智。人機(jī)協(xié)同教育認(rèn)知形成于內(nèi)部表征和外部表征之間的協(xié)同分布式表征，從人機(jī)協(xié)同的程度考慮，可以將人機(jī)協(xié)同教育分為四個發(fā)展階段：①人機(jī)表征階段，人類的內(nèi)部認(rèn)知智慧表征外化到機(jī)器，形成具有某一種特定功能的人工智能工具，即人類智慧外化于機(jī)器；②人機(jī)交互階段，確定共同的目標(biāo)后感知師生的行為、語音等，協(xié)同完成某一項具體的任務(wù)，在交互過程中人機(jī)的認(rèn)知狀態(tài)時刻變化，序參量逐漸增大，彼此影響下一步的行為；③人機(jī)融合階段，人工智能“機(jī)”與人類記憶、智能相互融合，發(fā)生認(rèn)知留存效應(yīng)得以延續(xù)；④人機(jī)共創(chuàng)階段，人機(jī)協(xié)同共建、共享、共創(chuàng)新產(chǎn)品，利用場景服務(wù)功能全方位支持教育教學(xué)。

（3）人機(jī)協(xié)同自動化處理

機(jī)器人流程自動化（Robotic Process Automation，RPA）是模擬人的計算機(jī)操作，以提升信息化工作效率，自動化完成大批量、重復(fù)性強(qiáng)的工作任務(wù)：①從人力優(yōu)化層面來講，RPA一方面能夠提高人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)的便捷性；另一方面能夠直接代替教師完成高運(yùn)算、高重復(fù)的工作任務(wù)，減輕教師工作負(fù)擔(dān)。②從技術(shù)層面來講，RPA既可以嵌套在其他智能教育服務(wù)平臺，也可以作為接口與人工智能工具“機(jī)”進(jìn)行整合，還可以直接連接頂層教育服務(wù)功能平臺而不侵入原有系統(tǒng)。③從功能業(yè)務(wù)層面來講，RPA能夠打通采集數(shù)據(jù)的接口，聯(lián)通師生服務(wù)數(shù)據(jù)與人工智能平臺，提高機(jī)器的自動化水平和業(yè)務(wù)實施的準(zhǔn)確度。RPA、低代碼和中臺三種技術(shù)共同作用，可以打通數(shù)據(jù)壁壘，并降低用戶操作和使用的門檻，在保障原有人機(jī)協(xié)同穩(wěn)定的基礎(chǔ)上減少繁瑣、重復(fù)、簡單的工作，讓教師有更多的時間和精力，以更高效地開展人機(jī)協(xié)同。

五 結(jié)語

人工智能教育發(fā)展進(jìn)入人機(jī)協(xié)同教育新階段，通過融合人機(jī)作用、發(fā)揮各自優(yōu)勢，助力教師精準(zhǔn)教學(xué)和學(xué)習(xí)者個性化發(fā)展。人機(jī)協(xié)同現(xiàn)已逐漸進(jìn)入人們的視野，從理論層面來講，本研究從哲學(xué)基礎(chǔ)的角度闡釋了人機(jī)協(xié)同的本質(zhì)，并基于協(xié)同理論、分布式認(rèn)知理論、信息加工理論和具身認(rèn)知理論，提出人機(jī)協(xié)同教育理論的主要觀點(diǎn)；從實踐應(yīng)用層面來講，本研究提出三種人機(jī)協(xié)同支持的教育教學(xué)應(yīng)用模式，并列舉了人機(jī)協(xié)同教育理論的典型應(yīng)用?？紤]到國內(nèi)人機(jī)協(xié)同教育的相關(guān)研究成果較少，本研究建議后續(xù)人機(jī)協(xié)同教育教學(xué)研究可重點(diǎn)關(guān)注以下內(nèi)容：

①人機(jī)協(xié)同教育基礎(chǔ)研究是人機(jī)協(xié)同教育領(lǐng)域后續(xù)研究的重點(diǎn)。可基于人工智能時代人機(jī)協(xié)同教育的范疇、界限、方式、特征、原則、應(yīng)用場景等，構(gòu)建人機(jī)協(xié)同支持的教育可持續(xù)發(fā)展樣態(tài)。

②開發(fā)人機(jī)協(xié)同教育標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。人機(jī)協(xié)同教育廣泛應(yīng)用的前提，是建立交互操作規(guī)范、監(jiān)管防控措施、倫理道德、安全風(fēng)險等方面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為培養(yǎng)師生提升“人機(jī)協(xié)同”的意識和能力奠定基礎(chǔ)。

③構(gòu)建人機(jī)協(xié)同教學(xué)場景畫像。數(shù)據(jù)驅(qū)動的場景畫像可以體現(xiàn)人機(jī)協(xié)同教學(xué)的整體開展情況，透過畫像數(shù)據(jù)可以全方位地了解人機(jī)協(xié)同教育教學(xué)的機(jī)理、發(fā)展和演化路徑，并驗證人機(jī)協(xié)同教育的實際成效。

④研發(fā)人機(jī)協(xié)同教育教學(xué)推薦服務(wù)平臺。在優(yōu)化人機(jī)協(xié)同技術(shù)、算法等的基礎(chǔ)上，融合教師、學(xué)習(xí)者等使用者的人文意識，研發(fā)含有自組織編排學(xué)習(xí)、內(nèi)容推薦展示等功能的服務(wù)平臺。

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Research on Human-machine Collaborative Education Theoryin the Age of Artificial Intelligence

FANG Hai-guang1KONG Xin-mei1LI Hai-yun2ZHENG Zhi-hong1

Artificial intelligence is an important driving force and strategic technology that leads scientific and technological progress and human development in the world, and promotes the emergence of new educational forms in the process of deep changes of reshaping education. Human-machine collaboration in the era of artificial intelligence integrates the logic of artificial intelligence “machines” and the consciousness of “human beings”, which is conducive to driving the high-level application of educational informatization and promoting the structural changes of education. Under this context, this paper firstly discussed the development history and philosophical origin of human-machine collaboration, and expounded the basic connotation of human-machine collaboration education. Then, based on synergy theory, distributed cognition theory, information processing theory and embodied cognition theory, this paper presented that human-computer collaborative education was a systematic collaborative process, knowledge distributed processing and shared process, self-organized and orderly development process. Finally, the education and teaching application models supported by human-computer collaboration were divided into three categories, namely human-computer collaborative virtual teaching model, human-computer collaborative autonomous learning model, and human-computer collaborative supporting smart classroom model. Further, the typical application of the human-computer collaborative education theory was introduced. The research on the human-machine collaborative education theory in the era of artificial intelligence could provide theoretical support for the application and practice of human-machine collaborative teaching and learning in this era.

human-machine collaboration; artificial intelligence; distributed cognition; virtual teaching; autonomous learning; smart classroom

G40-057

A

1009—8097（2022）07—0005—09

10.3969/j.issn.1009-8097.2022.07.001

基金項目：本文為2021年北京市社會科學(xué)基金規(guī)劃項目“教育機(jī)器人支持的人機(jī)協(xié)同新型‘雙師課堂’研究”（項目編號：21JYB011）的階段性研究成果。

方海光，教授，博士，研究方向為人工智能教育、教育大數(shù)據(jù)等，郵箱為fanghg2013@163.com。

2022年2月23日

編輯：小米