未來課堂暢想

李恩艷 閆晨紅

【摘 要】隨著技術的發展，未來的課堂將會被賦予智能性、創新性、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、教學環節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年印發的《新一代人工智能發展規劃》強調，要利用智能技術加快推動人才培養模式、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？未來教育培養出來的人才將具有什么樣的素養呢？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，未來教育培養出來的人才也會具備科學素養、人文底蘊和探索學習、創意革新、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

具有協助教師進行智能備課、生成教學設計、智能輔導、個性化作業布置、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”會實時識別學習者的表情、狀態、回答問題的次數、答案關鍵詞的契合度等。智能手表可監測課堂行為，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，便于后續分析。

1.2? STEAM教育

STEAM教育作為全球性教育戰略，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創新意識培養的學習目標[2]。

基于STEAM教育的特點，將人工智能技術嵌入STEAM課程中，以實現智能性、創新性、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

能夠使用智能系統進行橋梁的設計展示。

2.1.3? 情感態度價值觀目標

形成嚴謹的思維，提高探究和創新能力。

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

智能環境下跨國橋梁設計方案的確定及智能模擬。

2.4? 教學環節

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，以震撼的場面激發學生的憧憬，引發學生的想象。同時智能助教會根據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模最大的跨海大橋之一，它實現了一個國家不同地區之間的聯通。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

現呢？

生：各種回答，并開始思考……

（此時，學生桌上的電腦已根據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，只需發送語音命令即可。此過程中，每個學生的智能系統會根據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、水域環境等

情況。）

最終，大多數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，包括造型優美、經濟效率好、水陸空立體交通線互不干擾、環保、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，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（人工島）、供電（充電樁）、監控、照明、消防、排水。

藝術A（語言、音樂、美術）：橋景、島景、語言的融合。

數學M：數據處理、建模。

政治P：跨國洽談、項目融資、監管、旅檢。

經濟E：成本、效益、旅游收入、電子不停車收費系統（ETC）。

文化C：文化交流、歷史淵源。

生態E：動物保護、生態、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、數學家、外交家、經濟學家、文化研究者、生態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，洽談你們的合作業務吧！

（洽談工作和合作設計同時進行，智能系統會及時根據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？請同學們根據自己設計的方案將各種數據（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、生態保護等）傳入仿真系統，由系統來畫圖。

學生將數據傳入仿真系統。

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？

（學生戴上虛擬現實和增強現實的設備后，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會發出提示或報警，協助學生改進。）

2.4.5? 作業布置

師：接下來請同學們在課后將本節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并根據反饋改進。

（智能測評強調通過一種自動化的方式來評價學生的發展。整個過程由系統自動進行檢測識別、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、生成研究報告等環節，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，研究報告的生成環節又將學生的探究能力進行了總結和升華。

3? ?課后反思

（1）有了人工智能的協助，數學、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、創新型課堂。未來課堂不僅是傳統教與學系統的延續與擴展，還應該強調在技術的深度介入下，通過學習環境促進人與人之間的知識流動，從而實現教學活動與學習環境的統一[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。