智能技術支持的“因材施教”教學模式構建與應用

摘要：智能時代多樣化創新人才培養，亟需加快發展個性化、適合每個人的教育。人工智能、大數據等智能技術在教育教學中的深化應用，為“因材施教”的實施提供了重要的契機。智能時代背景下“因材施教”具有豐富的新內涵，建立“因材施教”教學模式具有理論與實踐雙重價值，同時也具有科學性和可行性。因材施教教學模式的組成要素包括學習者、施教活動（包含內容、過程和環境三個組件）、教育結果三大要素，與“因材施教”模式的三個層級“識材”“施教”“發展”分別對應。智能技術為“因材施教”的實施提供了技術支持，智慧課堂是當前重要的實現路徑。基于智慧課堂的“因材施教”教學模式結構框架由平臺層、數據層、組織層、操作層、目標層組成，其操作程序為智能技術支持的“新三段十步”教學流程。

關鍵詞：智能技術;因材施教;智慧課堂;教學模式

中圖分類號：G434

文獻標識碼：A

一、引言

習近平總書記在致首屆國際人工智能與教育大會的賀信中指出：“充分發揮人工智能優勢，加快發展伴隨每個人一生的教育、平等面向每個人的教育、適合每個人的教育、更加開放靈活的教育”。智能時代亟需培養大批創新性人才，需要借助智能科技的力量，推進標準化、規模化的工業化教育向個性化、多樣化的智能化教育全面轉型，促進“因材施教”的落實，加快發展適合每個人的教育。

一方面，世界各國早已意識到個性化學習、因材施教的重要性。美國等發達國家政府在教育政策中十分重視個性化教學在教育改革中的作用2，我國在《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》中明確提出，“注重因材施教，關注學生不同特點和個性差異，發展每一個學生的優勢潛能”。在推進義務教育教學改革工作中強調要“精準分析學情，重視差異化教學和個別化指導”4。因此，目前普遍的共識是，強調學習者之間的差異，高度重視個性化學習和因材施教。但是，由于“因材施教”概念本身內涵復雜多樣，缺乏可操作性，在實踐中往往難以把握。同時，現代學校教育和班級授課制作為工業化的產物，意在批量培養各種各樣的產業工人，由于應試升學要求高、班級人數規模大、學生課業負擔重等原因，“因材施教”一直停留在學校和教師夢寐以求的理想中，難以真正展開。

另一方面，隨著新一代智能技術的快速發展及其在教育教學中的應用，為“因材施教”的規模化實施帶來了新的機遇。人工智能、大數據、5G、區塊鏈、邊緣計算等新興智能科技，為創設新型智能化教學環境，促進教學方式變革提供了技術支撐。聯合國教科文組織曾指出，人工智能技術能夠促進個性化學習響。教育部陳寶生部長提出“要推動教育改革開放實現新突破，促進教育信息化與因材施教深度融合”。我國在“十三五”期間鼓勵學校利用大數據技術“為推動個性化學習和針對性教學提供支持”。教育部在2020年教育信息化工作部署中進一步提出，利用人工智能加快發展面向每個人、適合每個人、更加開放靈活的教育體系四。因此，用智能技術助力因材施教，促進學習者全面個性發展，有望破解“可因材施教”的難題，使夢想變成現實。

二、智能時代對“因材施教”的重新審視

“因材施教”是一個源自古代而又長久不衰的話題，其內涵隨著時代的發展不斷被修正和拓展。2500年前孔子提出的因材施教思想，因符合教育工作規律，長期以來得到人們的推崇和膜拜。但在現代學校教育實踐中，由于教學的組織形式、內容、方式、環境及教育目的不斷發展變化，人們對因材施教內涵的理解也在不斷深化。

（一）過程觀本源含義：根據學習者的差異實施不同的教育

孔子最早實踐的“因材施教”含義其實并不復雜。“因材”是指根據學習者的生理、心理活動水平和不同特征，“施教”是指實施教育教學活動及過程。這里學習者差異主要體現在學生的生理、心理和社會差異，其核心是學生的認知方式和已有認知基礎的差異。學校和教師對學生認知方式和已有認知基礎的差異了解的越多，對于教育過程中選擇不同的教學方法越有利，越能有效地幫助學生獲得那些最重要的新知和技能。因此，在本源含義上，因材施教是一種“過程觀”下的教育教學模式，是教師在教學過程中根據不同學生的個性特征和認知差異，提出相適應的發展目標，采取不同的教學方法策略而實施的教育。

（二）主體觀：隱含之義——“誰施教”“教什么”“為何教”

“因材施教”概念在字面上并沒有規定由誰來“因材”和“施教”，也沒有明確“教什么”和“為何教”。因而需要我們對此進行進一步的分析與澄清。一方面，在早期教學活動中，“因材”和“施教”的主體約定俗成是指“先生”一諸如孔子、圣賢等，他們是知識、技藝、思想的掌握者。能夠擔當“先生”的是極少數的知識權威，他們基本上也是唯一的教育者。但在現代教育中，除了學校和教師外，政府、社會、家長等都以不同的方式參與到教育活動中，或對受教育者的成長產生影響。因此，“施教”者的范疇大大拓展。另一方面，“施教”不僅僅只是“怎么教”——即教的方式方法問題，還包括“教什么”和“為何教”——即教的內容、教育目的與意義等，需要在教學過程中弄清和把握。

（三）目的觀：目標結果——促進學習者全面個性發展

早期的“因材施教”概念本身似乎也沒有明確“施教”的目的和宗旨，強調在教育過程中要針對學生的差異施行不同的教育，是一種基于過程的因材施教，關注到了學生起點和教學過程中的差異性，但卻忽略了對教育結果的差異要求。據此，有研究者提出了基于結果的因材施教，對教育結果的差異性予以了確認，對因材施教的目標、結果含義予以修正。但對于結果，一般認為“因材施教”突出對學生的個性化發展和差異化的培養川。這是與人的“全面而自由發展”宗旨相背離的。在21世紀核心素養教育的背景下，因材施教既要關注學生的差異性，又要兼顧全面性，促進學生個體素養全面和諧發展。

（四）價值觀：時代要求一適應多樣化創新人才培養需要

智能時代的人才培養需求發生了重大變化，培養多樣化創新人才是新時代賦予的教育使命，個性化學習和因材施教是必由之路。工業時代的大規模、機械化生產需要的是嚴格服從的標準化專業人才，與之相適應的是計劃統一、標準一致、班級授課的統一化教學模式。智能時代的多元化、個性化智能制造需要的是敢于創新、富有個性的多樣化人才，與之相適應的是個性定制、分層設計、分組合作的新型教學模式。智能時代的教育要面向每一個學生的需要，關注每一個學生的成長。因此，新時代需要借助智能科技的力量，推進標準化、規模化的工業化教育向個性化、多樣化的智能化教育全面轉型，促進個性化學習和“因材施教”的落實。

三、“因材施教”教學模式及其結構框架

（一）“因材施教”概念的多樣化及其統一路徑人們認識和理解“因材施教”的立場、方式等表現出多樣化、豐富化的時代特點。在長期的研究與實踐過程中，“因材施教”概念本身普遍被多樣化地理解和應用，主要理解為教育思想4、教學原則，部分理解為教學方法、策略，還有理解為教育方針、法則"”，近年來也有理解為教學模式），等等。“因材施教”概念的多樣化、差異化內涵，反映了“因材施教”是歷史沉淀的重要教學思想和寶貴財富，但也使得其在實踐中往往難以把握，缺乏可操作的實施方法。因此，有的學者呼吁從“因材施教”走向“可因材施教”，希望在現實條件下探索“因材施教”的可行路徑。為此，我們研究認為，亟需搭建從“因材施教”理念通向實踐的橋梁，而構建與應用“因材施教”教學模式成為必然選擇。

教學模式是在一定教學思想或教學理論指導下建立起來的較為穩定的教學活動結構框架和活動程序，具有三大顯著特征。（1）作為理論與實踐的中介，教學模式是教學理念走向教學實踐的橋梁;（2）作為結構框架，它反映了教學活動要素關系和整體結構;（3）作為活動程序，其針對性強、具體化、可操作。因而，“因材施教”教學模式具有理論與實踐雙重價值，它對于指導學校和教師的教學實踐、增強其應用可操作性是非常必要的。同時，構建“因材施教”教學模式也具有科學性、可行性。首先，“因材施教”作為一種教育思想與原則，是系統化了的一種教育實踐的理性認識，屬于理論的范疇22），因而“因材施教”教學模式的構建具有理論依據。其次，因材施教內在地包含著教育目的、內容、方法和結果，是這些方面有機統一的完整教育過程！23），因而具備了教學模式應包含的基本要素。再者，“因材施教”概念的內涵豐富和復雜，從任何單一的視角來理解都難免帶有片面性，也只有建立“因材施教”教學模式才能夠全面涵蓋和統一它的豐富內涵。

（二）“因材施教”教學模式的構成要素

根據前述對智能時代“因材施教”內涵的分析，可以看出，“因材施教”是指針對學習者不同的生理、心理和社會差異，通過不同的教育方式和教學活動，最終促進學習者全面個性發展的教學模式。“因材施教”教學模式的涵義包括三個層級：一是“識材”，教育者首先要了解和把握學生的生理、心理和社會差異及特征，尤其是要了解和把握與教學實施相關的學生認知方式、已有認知基礎等。二是“施教”，教育者要結合社會需要和教學內容，針對學生的不同情況，采取不同的教育方法，提供適切的教育。三是“發展”，實現“全面個性發展”，在施教過程中教師要面向每一個學生，讓他們既能全面發展，又能學有所長。

目前專門研究“因材施教”教學模式的還很少見，但研究差異化教學模式、智慧課堂教學模式的已經有不少成果。如研究差異化教學的知名學者湯姆林森（Tomlinson）提出4實施差異化教學的四個領域：內容（Content）、過程（Process）、成果（Product）和學習環境（LearmingEnvironment）。國內有學者認為，差異化教學的本質是“以人為本，因材施教”，并分析了差異化教學模式的內容、過程、成果和環境四大組件。我們基于智慧課堂的持續研究，先后提出了智慧課堂教學模式和學科智慧課堂教學模式。借鑒這些探索性成果，結合教師操作實施“因材施教”的現實場景來分析，因材施教教學模式的組成要素主要包括學習者、施教活動、教育結果三大要素，與“因材施教”三個層級的內涵“識材”“施教”“發展”分別對應。其中“施教活動”又包括內容、過程和環境三個組件。“因材施教”教學模式的構成要素和組件的具體含義如下。

1.學習者

學習者要素是“因材施教”中的“材”，與“識材”層級相對應。在“因材施教”教學模式中首先要了解和把握學生的生理、心理和社會差異及特征，尤其是要了解和把握與教學實施相關的學生認知方式、已有認知基礎，包括學生自身的認知水平和知識被理解所對應的認知水平等，這是“因材施教”的前提。

2.施教活動

施教活動要素是“施教”的主體性活動，包括隱含的“施教”主體的教育教學活動，與“施教”層級相對應。“施教活動”又包括內容、過程和環境三個組件。

（1）內容，即教什么。它是施教活動中傳遞的主要信息，包括向學生傳授的知識、技能、思想、觀點和培養的行為、習慣等。根據學生的個性特征和差異，在施教活動中，內容的選擇可以有難易、多少、深廣度等方面的不同和取舍，但這些內容要符合國家課程標準和大綱的要求。

（2）過程，即怎么教。教師要針對教學內容和學生差異設計適切的教學活動，包括教與學活動方式、作業以及學生要練習的策略、程序等，旨在掌握教學內容。通過學生參與一系列活動過程（如學生編組、交流互動、合作探究），以幫助學生理解和掌握所學概念、原理和技能，形成自己的認知結構、思維方式和行為習慣。教師要依據學生的差異和特征，為他們創設不同的學習情境，提供合適的學習支架，促進他們建構知識意義。

（3）環境，即施教活動得以開展的空間和條件。它是教學和學習活動的支撐空間和外部條件，包括物理時空、信息空間、人文環境、學習氛圍等。環境是支撐施教活動的基礎條件，也是實施個性化教與學的重要條件。施教者要針對學生的差異和特征，創建適合每個人的學習環境，讓他們能夠以多種方式靈活地參與學習。比如，可以基于互聯網、物聯網、人工智能、AR/VR等技術創設線上線下一體化的智能學習社區。

3.教育結果

教育結果要素是“因材施教”要達成的目標成果，與“發展”層級相對應。成果是教學系統的“輸出”，通過內容、過程、環境的綜合作用，學習者所獲得的學習結果，即他們已經知道的、理解的或者能做的事情。這里所說的“成果”更側重于“最終成果”，即能反映學習者全面個性發展，并能夠客觀評判、用于學生發展評價的學習成果，學生需要將學習成果以適當的方式展示出來。

（三）“因材施教”教學模式的基本框架

基于以上對“因材施教”教學模式要素和組件的分析，本文構建了“因材施教”教學模式的基本框架，如圖1所示。

上述基本框架體現了“因材施教”教學模式的諸要素及組件之間的基本邏輯關系：（1）三大組成要素：學習者、施教活動（包括內容、過程和環境三個組件）、教育結果之間，遵循“因材施教”從“識材”到“施教”再到“發展”的關鍵邏輯理路，即依據學習者個性化差異，實施個性化教與學，促進學習者全面個性發展。（2）隱含的“施教者”與三大組成要素之間相互作用、相互影響，體現了“因材施教”以不同的教適應不同的學的特殊的教與學關系，本質上是面向每一個人、適應每一個人的教學。（3）基于對學生發展的多元評價與反饋，為進一步的教學改進提供決策依據，形成了“因材施教”持續發展的閉環。由此，系統化構成了“因材施教”教學模式的相對穩定的結構框架。

四、智能技術支持“因材施教”模式可操作化智能時代“因材施教”教學模式的實施離不開智能技術的支持。新一代人工智能技術的發展，對個性化學習進行了重塑和再造。智能技術的引入和使用，為教學活動監測、數據獲取與分析提供了便捷、高效手段，基于數據分析結果進行精準決策，真正實現個性化學習叫。總體上看，智能技術具有前所未有的優勢，對個性化學習和因材施教發揮了重要的支撐作用。在以上研究基礎上，結合“因材施教”實施的現實需要，與“因材施教”教學模式的三個層級相對應，智能技術提供了不同場景的應用技術。

（一）“識材”層級——學情診斷與分析技術相對于“因材施教”的“識材”層級來說，智能技術主要應用于對學習者差異分析的技術支撐，包括學生數字畫像技術、大數據學情分析技術、學習測評診斷技術等，幫助科學“識材”，如表1所示。

（二）“施教”層級——個性化教與學技術

相對于“因材施教”的“施教”層級來說，智能技術主要應用于對施教活動的技術支撐，包括基于學科知識圖譜的個性化學習推薦技術、學習路徑

設計技術、課堂實錄分析技術、大數據精準教學技術等，如表2所示。

（三）“發展”層級——生涯規劃與發展評價技術相對于“因材施教”的“發展”層級來說，智能技術主要應用于對教育結果的規劃與評價，包括學生生涯規劃、學習發展評價、綜合素質評價等技術，如表3所示。

五、基于智慧課堂的“因材施教”教學模式框架構建

智慧課堂是利用智能技術構建的新型課堂形態。它能夠根據學習者的個性特征和差異，提供個性化的學習診斷、學習建議和學習服務。基于智慧課堂使得“因材施教”的實施成為現實。

（一）智慧課堂與因材施教有效聯結的內部機理

筆者帶領研究團隊圍繞智慧課堂進行長期研究，取得了1.0到3.0的系列研究成果。智慧課堂是基于智能技術構建的智能、高效課堂，其目的是推動學科智慧教學創新，真正實現個性化學習和因材施教，促進學習者轉識為智、智慧發展。當源于古代的因材施教思想與基于智能技術的智慧課堂相遇時，出現了一個新的可能。因材施教是智慧課堂的目標愿景，而智慧課堂為因材施教的實現提供了一個重要的平臺。長期以來，因材施教難以實現的一個重要原因是，客觀環境條件無法滿足，傳統課堂難以支撐個性化學習和因材施教。但是隨著智能技術的日新月異，為課堂教學的個性化、差異化發展提供了可能。

智能技術支持的智慧課堂在價值取向上呈現為智能高效、以學定教、轉識為智等重要特征。“智能高效”是利用智能技術來提升課堂教學的智能化水平、增強教育教學的針對性、有效性。“以學定教”即根據學生的基本信息了解其個性特點、認知差異，通過課前預習、測評已有認知基礎，進行學生個性差異分析，進而確定教學的目標、內容和方法，從“先學后教”轉變為“以學定教”。“轉識為智”是智慧課堂應用的結果，智慧課堂運用智能技術創設理想的學習環境，基于環境和系統感知或采集教學數據，對數據進行加工、關聯和轉化為有意義的信息，進而通過信息過濾、提煉、挖掘等進行知識建構，最終基于知識的最佳應用促進知識向智慧生成轉變，實現轉識為智。這一轉換過程遵從DIKW模型的原理，體現了智能技術為教學系統賦能的機理和過程36，如下頁圖2所示。因此，智慧課堂與因材施教在價值取向上具有共同的目的與追求，保證二者在理論層面上可以有效聯結。

（二）智慧課堂為因材施教提供智能化技術

支撐智慧課堂利用智能技術構建了智能、交互、一體化的新型學習環境，為“因材施教”的全面實施提供了智能化技術支撐。

1.基于云平臺的教學資源技術支持

智慧課堂基于“云、臺、端”的部署方式，搭建了集成交互、線上線下一體化智能教學服務支撐平臺，支持基于智能教育云的資源整合與集成管理。利用深度學習技術，從復雜的內容數據中分析得出有效的隱性因子特征，并建立資源特征模型;利用協同過濾算法，建立教師與教師之間的相似度關系及其合集，分析教師特征、資源特征之間的對應關系;依據相似教師所使用的資源特征和目標教師歷史記錄中使用的資源特征，為目標教師推薦相關教學資源。同時，教師可根據教學需求，進行資源的個性化定制，基于移動終端設備，隨時隨地獲取所需的資源，實現靈活、方便的個性化教與學應用。

2.基于交互技術的課堂教學應用支持

利用多種交互技術，為師生、生生的立體化溝通交流，多樣化的情境教學，以及分層、分組合作探究等，提供了極為便利的條件。基于教室智能平臺提供的通信、控制、數據傳輸功能，通過教師智能終端、學生智能終端、智能大屏、智能環境終端等的無縫連接，師、生、環境之間可以無障礙地進行信息互通，實現了教與學的立體化溝通交互。交互技術依托筆記本、PAD、智能穿戴設備等移動終端的信息交互，讓每個學生都能自主參與到精心創設的數字化情境中，并可上傳他們自己的文字、圖片、聲音、視頻等信息，讓每個學生真正體現學習主體地位。

七、結語

智能時代多樣化創新人才培養對教學模式和方法改革提出了新的要求，智能技術的發展與應用為“因材施教”的實施提供了新的機遇，亟需加快理論與實踐探索。從進一步的研究與發展趨勢來看，可以從政策與理論、行業與技術、區域與學校實踐等方面展開全面深人的研究。首先，應梳理、辨析智能時代“因材施教”的國內外政策要求和理論觀點，對進一步的實踐提供政策和理論依據。其次，對當前智能教育行業與技術進行研究分析，探索智能技術與產品對“因材施教”教學模式支撐的現狀和發展趨勢。此外，可以在部分區域和學校進行改革與實驗，取得推進“因材施教”教學模式、培養創新性人才的試點研究成果，為進一步的總結推廣奠定基礎。基于以上思路，筆者研究團隊正在進行深入的研究，相信有更多的研究者在進行不同類型的探索，在“互聯網+”“智能+”的時代背景下，用“因材施教”培養更多的創新人才將成為現實。

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作者簡介：

劉邦奇：教授，院長，認知智能國家重點實驗室智能教育研究中心主任，中國教育技術協會人工智能專業委員會常務理事，研究方向為人工智能教育應用、智慧校園、智慧課堂、區域智慧教育規劃（bq-nj@163.com）。

收稿日期：2020年5月28日

責任編輯：李雅碹