以人為本的HI+AI教學(xué)與自適應(yīng)學(xué)習(xí)

基于以人為本的AI教學(xué)理念，上海交通大學(xué)啟動(dòng)了“HI導(dǎo)師+AI教師課堂變革計(jì)劃”（圖1），該類課程從理念層面來(lái)講，是以人為本（H，human）的啟發(fā)式（I，inspiration）AI課程建設(shè)，其中H代表Human，I代表Inspiration。從形式方面來(lái)講，是HI導(dǎo)學(xué)+AI伴學(xué)，其中HI代表Human intelligence，也就是人類智能，體現(xiàn)了人類教師的引導(dǎo)作用。

圖1 HI導(dǎo)師+AI教師課堂變革計(jì)劃 

上海交通大學(xué)的工程熱力學(xué)，是實(shí)施HI+AI改革課程之一。這門(mén)課程在60年代初由沈維道、蔣淡安、鄭培芝等老一輩學(xué)者完成建設(shè)，后期童均耕教授與王麗偉、葉強(qiáng)教授對(duì)該教材進(jìn)行多次改版，至今該系列教材已出版百萬(wàn)余冊(cè)，在全國(guó)兩百余所高校中得到應(yīng)用。為“十一五”與“十二五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，并獲全國(guó)教材建設(shè)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。課程后期在王麗偉教授所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)努力下不斷優(yōu)化，獲得了國(guó)家級(jí)精品在線課程及國(guó)家級(jí)（線上）一流本科課程等榮譽(yù)。

基于工程熱力學(xué)課程強(qiáng)大的教學(xué)基礎(chǔ)，王麗偉教授針對(duì)該課程提出了“HI導(dǎo)師+AI教師”的教學(xué)方法，并在面向儲(chǔ)能專業(yè)的“工程熱力學(xué)”課程中開(kāi)始實(shí)施。該課程入選首批國(guó)家智慧教育公共服務(wù)平臺(tái)“人工智能試驗(yàn)場(chǎng)”。課程改革的主要目的是實(shí)現(xiàn)“以人為本的HI+AI教學(xué)與自適應(yīng)學(xué)習(xí)”。

雖然在“學(xué)生中心”的理念下，近年來(lái)各大高校都對(duì)“以人為本”的教學(xué)形成了普遍共識(shí)，但是AI時(shí)代“以人為本”的這個(gè)概念還是需要進(jìn)一步強(qiáng)化。因此上海交通大學(xué)丁奎嶺校長(zhǎng)在2024年的人工智能大會(huì)上，提出“越是AI無(wú)處不在的時(shí)代，越需要以HI為中心，越要關(guān)注人之所以為人的價(jià)值”。這說(shuō)明未來(lái)的教育將基于“以人為本”的基礎(chǔ)，開(kāi)啟AI教學(xué)發(fā)展的新紀(jì)元。

1996年，美國(guó)的布魯斯洛夫斯基首次定義自適應(yīng)學(xué)習(xí)的概念，他提出：自適應(yīng)學(xué)習(xí)是尊重每一名學(xué)習(xí)者的個(gè)體差異，為學(xué)習(xí)者提供最合適、最需要的教育。既然是“最合適、最需要”，則說(shuō)明一定要強(qiáng)調(diào)個(gè)體差異，這就需要提供不同的教育可能性，這樣的教學(xué)非人力所能達(dá)到。因此這個(gè)概念在很長(zhǎng)一段時(shí)間，并沒(méi)有引起人們的關(guān)注。但是AI時(shí)代的到來(lái)，使得“自適應(yīng)學(xué)習(xí)”成為了可能。

“工程熱力學(xué)”課程建設(shè)過(guò)程中，真實(shí)教師主要是以進(jìn)階研討式的方式對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深度研討，同時(shí)指導(dǎo)學(xué)生做科研、幫助同學(xué)遴選科研導(dǎo)師，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)情感陪伴與高階能力培養(yǎng)。真實(shí)學(xué)伴除了班級(jí)同學(xué)以外，還包括博士生、“伯樂(lè)計(jì)劃”本科生。課堂中的AI教學(xué)，包括數(shù)字教師和數(shù)字學(xué)伴，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是高質(zhì)量的自適應(yīng)學(xué)習(xí)。 

課堂實(shí)施過(guò)程

在課程的建設(shè)過(guò)程中，上海交通大學(xué)教育技術(shù)中心特別打造了智慧教室、討論教室以及供教師研討的大陽(yáng)臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)信息中心搭建了“HI+AI課程中心”。

課程建設(shè)包括了AI課程以及HI課程。AI課程建設(shè)了兩種形式，其中一種是視頻模式，另外一種是PPT模式。

視頻模式中，慕課在智慧教室拍攝完成，這類慕課由于完整再現(xiàn)了課堂講解過(guò)程，相對(duì)于傳統(tǒng)的慕課，更易于被學(xué)生接受。課程界面如圖2所示，其中左側(cè)是學(xué)生聽(tīng)課的區(qū)域，右側(cè)則是AI問(wèn)答區(qū)域。AI問(wèn)答區(qū)域中，除了學(xué)生提問(wèn)的問(wèn)題以外，網(wǎng)絡(luò)信息中心的技術(shù)人員特別開(kāi)發(fā)了自問(wèn)自答環(huán)節(jié)，可以根據(jù)課程內(nèi)容，通過(guò)自問(wèn)自答，推薦更多的學(xué)習(xí)資料。

圖2 AI課程的視頻模式 

AI課程的PPT模式如圖3所示。同樣左側(cè)是AI教師的授課區(qū)，右側(cè)是問(wèn)答區(qū)。問(wèn)答區(qū)設(shè)置了AI學(xué)伴，之所以叫作“學(xué)伴”而不是“助教”或者“教師”，主要考慮的是AI回答的問(wèn)題有時(shí)候會(huì)出錯(cuò)，難以達(dá)到助教或者教師的水平。PPT區(qū)域同樣制作了字幕，同學(xué)可以閱讀字幕，也可以采用語(yǔ)音播放的形式播放字幕。

圖3 AI課程的PPT模式 

課程在上海交通大學(xué)的智慧教室實(shí)施授課。教室如圖4所示。整個(gè)教室學(xué)生分為4組，每一組都有獨(dú)立的電視屏幕，桌子為討論式的多邊形桌子，即可以拼接在一起，也可以獨(dú)立分開(kāi)。教師也有一個(gè)單獨(dú)的講課用的屏幕。

圖4 上海交通大學(xué)的智慧教室 

AI授課過(guò)程中，每位同學(xué)需要帶電腦以及耳機(jī)到智慧教室，然后進(jìn)入到學(xué)校的“HI+AI課程中心”學(xué)習(xí)。整個(gè)課堂完全顛覆了傳統(tǒng)的教學(xué)模式。上課過(guò)程中，課堂是鴉雀無(wú)聲的，教師在教室中走路需要特別小心，否則會(huì)有聲音打擾到學(xué)生。每一位學(xué)生都在認(rèn)真學(xué)習(xí)，沒(méi)有出現(xiàn)打游戲、溜號(hào)等問(wèn)題。課堂上每一位同學(xué)的學(xué)習(xí)進(jìn)度都不一樣的。課堂中學(xué)習(xí)得最快的學(xué)生，45分鐘的課程會(huì)在20～25分鐘左右完成。

整個(gè)學(xué)期的課程全部是按照HI導(dǎo)師+AI教師的教學(xué)方式來(lái)開(kāi)展。AI課堂最大的特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)學(xué)習(xí)，也就是按照學(xué)生各自的學(xué)習(xí)節(jié)奏完成課程內(nèi)容。如果學(xué)習(xí)進(jìn)展快，則剩余的時(shí)間則完全由學(xué)生自由支配。為了達(dá)到優(yōu)良的自適應(yīng)學(xué)習(xí)效果，課程中安排了一名博士生以及一名“伯樂(lè)計(jì)劃”本科生，兩名學(xué)生在討論教室工作，授課過(guò)程中，提前在智慧教室學(xué)習(xí)完AI課程的同學(xué)，可以到討論教室與學(xué)長(zhǎng)們研討，在AI課程中，教師也會(huì)提前15分鐘左右，從智慧教室轉(zhuǎn)到討論教室，以便于同學(xué)們有問(wèn)題前來(lái)咨詢。天氣好的時(shí)候，提前學(xué)習(xí)完課程的同學(xué)也可以到陽(yáng)臺(tái)，約教師及學(xué)長(zhǎng)們討論未來(lái)發(fā)展規(guī)劃，也可以討論學(xué)習(xí)、科研與生活中遇到的問(wèn)題。

所有的知識(shí)點(diǎn)都由AI課程（45分鐘）講解，學(xué)習(xí)完成之后，在智慧教室會(huì)進(jìn)行HI課程的研討。HI課程的組織模式，主要是通過(guò)進(jìn)階的討論題完成。如圖5所示，討論題會(huì)從較為基礎(chǔ)的題目出發(fā)，逐漸深入，例如1-1-4討論題，會(huì)請(qǐng)同學(xué)們敘述燃?xì)廨啓C(jī)的工作過(guò)程，對(duì)于還沒(méi)有學(xué)習(xí)專業(yè)課程的同學(xué)們來(lái)講，這個(gè)問(wèn)題是有一定挑戰(zhàn)度的。對(duì)于此類問(wèn)題，一般會(huì)安排學(xué)生的自主討論環(huán)節(jié)，也就是先展開(kāi)小組討論，并允許同學(xué)們借助AI得到答案。

圖5 HI課堂的進(jìn)階討論題

HI環(huán)節(jié)也設(shè)置了“卡諾電池發(fā)電耦合液流電池儲(chǔ)電的性能分析”課程項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目中所涉及的卡諾電池是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，項(xiàng)目研究采用逐步深入的模式，先是同學(xué)們自行調(diào)研，允許同學(xué)們采用AI，了解卡諾電池技術(shù)，完成項(xiàng)目書(shū)的前言部分的撰寫(xiě)。然后是通過(guò)朗肯循環(huán)的學(xué)習(xí)，搭建卡諾電池循環(huán)，接著研究生以及教師會(huì)指導(dǎo)同學(xué)編程分析循環(huán)。這個(gè)環(huán)節(jié)鼓勵(lì)學(xué)生采用AI技術(shù)進(jìn)行編程。在整個(gè)項(xiàng)目書(shū)撰寫(xiě)的過(guò)程中，制定了詳細(xì)的考核規(guī)范。 

中期學(xué)生反饋及學(xué)習(xí)成效分析

中期學(xué)生反饋是提升教學(xué)特別有效的一種方式。這種調(diào)研方式可以確認(rèn)哪些問(wèn)題是大多數(shù)同學(xué)的共性問(wèn)題，在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)中期反饋調(diào)研發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常100%的同學(xué)都認(rèn)為有問(wèn)題的地方，老師卻是沒(méi)有意識(shí)到的。

在上海交通大學(xué)，中期學(xué)生反饋由教學(xué)發(fā)展中心組織咨詢師開(kāi)展與實(shí)施。具體流程如圖6所示。首先教師在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)申請(qǐng)“中期學(xué)生反饋”服務(wù)，然后咨詢師會(huì)跟進(jìn)，并和教師進(jìn)行前期會(huì)談。接著咨詢師會(huì)進(jìn)入課堂聽(tīng)課，同時(shí)收集學(xué)生們對(duì)課堂意見(jiàn)和建議，最后會(huì)對(duì)課程進(jìn)行后期的跟蹤與反饋。

圖6 中期學(xué)生反饋服務(wù) 

HI+AI的工程熱力學(xué)教學(xué)過(guò)程中，申請(qǐng)了兩次中期學(xué)生反饋服務(wù)。這里也和大家分享一下同學(xué)們反饋的結(jié)果，以便于大家了解課程情況。

第一次中期學(xué)生反饋在第四周進(jìn)行，調(diào)查顯示，在優(yōu)勢(shì)方面，100%的同學(xué)認(rèn)為“網(wǎng)課非常靈活”“相關(guān)拓展知識(shí)可以詢問(wèn)AI，更加多元化”“上課節(jié)奏自由決定，課程內(nèi)容可以反復(fù)觀看”，在涉及科研的評(píng)價(jià)中，95%的同學(xué)認(rèn)為課程“涉及科研前沿，拓寬視野”。在問(wèn)題方面，100%的同學(xué)希望延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間，85%的同學(xué)認(rèn)為HI的研討題難度大，希望精講。

按照第一次中期學(xué)生反饋的結(jié)論，對(duì)課程進(jìn)行了整改，在第九周進(jìn)行了第二次中期學(xué)生反饋，在優(yōu)點(diǎn)方面，依然是100%的學(xué)生認(rèn)為課程靈活，同時(shí)科研評(píng)價(jià)方面，100%的同學(xué)認(rèn)為“可以與老師以及師兄自由討論，提升科研水平”“獲得選擇科研導(dǎo)師的建議”“幫助論文撰寫(xiě)規(guī)范化，有利于以后的科研工作”“老師和藹，提供科研方面的幫助”等。

在存在問(wèn)題方面，90%左右的同學(xué)認(rèn)為課程項(xiàng)目的難度大。實(shí)際上學(xué)生們反饋的問(wèn)題，恰好是教學(xué)設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的點(diǎn)，所涉及的教學(xué)理念，就是“不憤不啟，不悱不發(fā)”，也就是需要讓同學(xué)們感覺(jué)到很有挑戰(zhàn)的時(shí)候，再給出恰到好處的指導(dǎo)。后期針對(duì)同學(xué)們的問(wèn)題，特別安排了編程輔導(dǎo)與項(xiàng)目研究輔導(dǎo)相關(guān)課程。

在課程考核方面，課程達(dá)成度預(yù)期為0.72，最終的達(dá)成度為0.75，與目標(biāo)預(yù)期值基本一致，略高于預(yù)期值。

在課程項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)部分同學(xué)采用AI完成的項(xiàng)目邏輯漏洞很多，前后內(nèi)容不一致，與課程預(yù)設(shè)目標(biāo)具有非常大的偏離。

課程教學(xué)過(guò)程中，前六周的課程，詳細(xì)編寫(xiě)了字幕，相當(dāng)于采用教材中的較多內(nèi)容對(duì)大模型進(jìn)行了訓(xùn)練。后六周的課程中，由于同學(xué)們較少使用字幕，就只寫(xiě)了內(nèi)容簡(jiǎn)介，此時(shí)相當(dāng)于課程訓(xùn)練的語(yǔ)料庫(kù)大幅度減少。后期對(duì)比之后，發(fā)現(xiàn)前六周精心訓(xùn)練過(guò)的AI學(xué)伴，其回答問(wèn)題的質(zhì)量高，正確率基本可以達(dá)到100%。而后六周沒(méi)有精心撰寫(xiě)字幕的課程，AI學(xué)伴相當(dāng)于完全采用Deepseek大模型，錯(cuò)誤率達(dá)到了約20%～30%。

HI導(dǎo)師環(huán)節(jié)，所指導(dǎo)的學(xué)生入選學(xué)校伯樂(lè)計(jì)劃，同時(shí)協(xié)助班級(jí)約1/3的同學(xué)落實(shí)了科研導(dǎo)師，為后期的學(xué)習(xí)與科研奠定了基礎(chǔ)。 

有關(guān)未來(lái)教學(xué)的相關(guān)思考

“HI導(dǎo)師+AI教師”的教學(xué)模式具有強(qiáng)大的自適應(yīng)學(xué)習(xí)的特性。在AI課堂中，一些學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生，可以提前完成學(xué)習(xí)，其他時(shí)間可以做科研或者學(xué)習(xí)個(gè)人感興趣的知識(shí)。課堂上沒(méi)有出現(xiàn)學(xué)生打游戲、睡覺(jué)等“摸魚(yú)”情況。

在HI導(dǎo)師側(cè)，教師的課堂組織能力、專業(yè)化發(fā)展路徑的指導(dǎo)能力非常重要，與此同時(shí)，教師需要時(shí)刻關(guān)注AI技術(shù)的發(fā)展，與AI平臺(tái)的深度討論與對(duì)話是了解AI的重要路徑，也是了解學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中AI賦能極限的重要措施。未來(lái)能夠運(yùn)用好AI、極大挖掘不同學(xué)生最大潛力，并提供更多、更高階學(xué)習(xí)資源的老師，將成為助力學(xué)生飛翔的重要力量。

教師需要有與AI互補(bǔ)的能力，因此情緒穩(wěn)定、優(yōu)秀的情感陪伴能力、傳承友愛(ài)與耐心的能力（去除焦慮）將會(huì)越來(lái)越重要。

在教學(xué)理念方面，“學(xué)生中心”的理念依然會(huì)非常重要。 “學(xué)生中心”與“以人為本”是異曲同工的，都說(shuō)明了教學(xué)需要關(guān)注人的差異性。所以過(guò)去的“學(xué)生中心”（或者說(shuō)“以人為本”）是大學(xué)的目標(biāo)，而未來(lái)通過(guò)“自適應(yīng)學(xué)習(xí)”來(lái)構(gòu)建教學(xué)過(guò)程，則可以使得“學(xué)生中心”成為現(xiàn)實(shí)。

在AI技術(shù)促進(jìn)了個(gè)性化學(xué)習(xí)的背景下，對(duì)于一些學(xué)生，知識(shí)不是越多越好，考核也不是難度高就好，如果按照知識(shí)難度考核學(xué)生，培養(yǎng)的學(xué)生將輸給AI，因?yàn)锳I最為博學(xué)。學(xué)生是多元的，需要結(jié)合AI課堂，給予學(xué)有余力的學(xué)生一定的留白時(shí)間，需要讓同學(xué)們有時(shí)間在他們感興趣的方向有更好的發(fā)展，這樣學(xué)生才會(huì)在AI時(shí)代彰顯個(gè)性，更好地適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展。

【原文鏈接】：[AI+教育教學(xué)]HI導(dǎo)師+AI教師：面向自適應(yīng)學(xué)習(xí)的“工程熱力學(xué)”課堂變革

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