基于學者網的協同教學模式探索與實踐
——以人工智能課程為例

賴韓江，楚寒露

（1.中山大學 計算機學院，廣東 廣州 510006；2.華南師范大學 計算機學院，廣東 廣州 510631）

0 引言

隨著互聯網信息技術的迅猛發展，人工智能已成為眾多行業的關鍵技術和變革力量。2017 年，國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》中提出了“智能教育”的概念，旨在利用智能技術推動人才培養與教學改革。2020 年，國際人工智能與教育會議在北京召開，主題為“培養新能力，迎接智能時代”。在智能時代，培養學生的學習興趣、推動自主學習對于培養創新性人才具有重要意義。

目前，眾多高校開設了人工智能相關課程，但人工智能覆蓋面廣，知識更迭快［1］，對學生的學習與老師的教學都是一個挑戰。大量學者提出采用人工智能技術賦能教育［2］，推動教育走向國際化。人工智能在賦能教育的過程中可以作為輔助學習的工具，如教育大數據平臺、智能學習機器人等中的很多算法都是借鑒了人類的學習方式，其中強化學習算法［3］是智能體通過探索環境，從而最大化獎勵的過程，可類比于學生（智能體）通過與老師、同學等進行交互而學習新知識的過程。學習是一個探索的過程，是學生自我提高的過程，協同交互是學習中的重要步驟。為了解人工智能算法的原理，學生需要查找相關論文（與環境進行交互），也可以與其他學生一起學習（協同學習）。因此，探索新型協同交互式教育體系，提高學生學習人工智能算法的興趣也是提高其應用與創新能力的過程。

Strijbos［4］認為協同學習是個體在社會群體的教育環境中通過交互完成學習目標的過程，在協同學習的過程中，通常由社會團體中的教育者引導互動，以增加受教育者達成學習目標的可能性。熊劍［5］指出協同知識建構是一種在協同學習模式下借助技術形成的學習型組織。武學潤等［6］指出“以學生為中心”是當代大學教育學的重要理念，目的是要調動學生學習的主動性、探索性和積極性，激發其學習熱情和協作精神。隨著教育技術的快速發展，大量在線教育平臺涌現［7］，如學者網、中國大學MOOC、網易云課堂、騰訊云課堂等，其中學者網（www.scholat.com）是一個基于協同理念的教研服務平臺。學者網不同于一般在線課程平臺，其提供了一種無縫連接到學術社區的新型學習方式，可以更好地與學者們交流協作，共享學術與教學資源，提供從學習到科研的一體化創新環境［8-10］。

本文以學者網教學平臺為基礎構建協同交互教學模式，從傳統的線下課堂到線上線下相融合的協同教學模式轉換，從以教師為中心的被動學習向以學生為中心的主動學習轉換，從而激發學生的創新思維，提高其創造能力，實現“人工智能賦能教育、教育服務人工智能”的新型教學模式。該種基于學者網的協同教學模式主要包括教學協同、過程協同、科研協同三大協同方式，為教學提供了便捷的協同交互服務，提高了學生的學習效率與科研創新水平。

1 基于學者網的協同理念架構

學者網是一個面向學者的社交網絡平臺，由廣東省服務計算工程技術研究開發中心研發，目的在于為教師、學生、高校、企業等提供一個高效的協同交互平臺。學者網目前已成為擁有數十萬教師與學生用戶、數千個科研團隊、數億條學術信息的大型社交科研教學網絡。

學者網是典型的基于協同理念的教研服務平臺［10］，通過融合線上線下的協作方式促進學生自學能力的提升，形成以學生為中心的學術型教學平臺。如圖1 所示，本文基于學者網的協同理念實現階梯式實踐教學協同交互體系，主要包括教學協同、過程協同、科研協同3 個過程。

（1）教學協同。由教師提供課件等學習資料，學生在教師的主導和協作下完成基礎知識的學習。學者網提供充分的課程空間，有效整合教學資源，為學生提供一個線下線上交互的云平臺。

（2）過程協同。為進一步深化學生認知，利用學者網上的學生學習行為數據，借助云平臺與大數據分析技術提供個性化、及時性指導。學生通過自主學習掌握相應知識點，從以教師為中心的第一階段過渡到以學生為中心的學習模式，進入深度學習階段。

（3）科研協同。提升學生的科研創新能力是人工智能課程的重要目標。學者網提供了一個高效的科研協同平臺，其可面向科研實體開展科研活動，并記錄科研過程與成果。科研協同可鼓勵學生開展科研活動，提出新問題、新思路，增強其創新能力，提高其科研素養。

Fig.1 Architecture of step-by-step collaborative teaching圖1 階梯式協同教學架構

以上3 種協同方式是階梯式逐步提高的學習過程。第一階段的教學協同主要是要夯實基礎，通過課程設計、實驗操作、教師講解、學生提問等方式提供基礎的課程知識；第二階段的過程協同是深化、提高學生主觀認知的過程，是學生對知識了解、消化并重塑的過程；第三階段的科研協同是對所學知識的創新性應用，通過科研訓練以及相關文獻閱讀，學生提出新方法和新思路，進一步提升其知識應用與創造能力。

2 基于學者網的協同教學模式實踐

人工智能課程內容繁雜、覆蓋面廣，且人工智能領域發展迅速，知識更迭快，兼具前沿性和創新性。在新工科課程建設背景下［11］，人工智能課程的教授主要包括以下幾個方面內容。

（1）突出教師的引領作用。人工智能相關課程、書籍等資源過多，使得學生在學習過程中十分困惑，不知如何入門，此時要突出教師的引領作用。教師必須是一線研究人員，熟悉人工智能領域的發展。

（2）突出學生的主觀能動性。人工智能課程知識更新快，學生要培養主動學習的能力，一方面可在完成作業后主動學習延伸知識，另一方面可與同學或科研人員交流，通過互動討論實現知識的深入理解與認知。

（3）突出創新與科研能力的培養。人工智能領域有大量懸而未決的問題，在學習過程中，教師在教會學生已知內容的基礎上，也要積極鼓勵其創新，嘗試攻克難題，提高科研水平。

為達成以上目標，學者網提供了三大空間，詳見圖2。

（1）課程空間。學者網提供了一個在線課程管理空間，其中有大量課程資源，教師可以很方便地將課件、論文等相關資料推送給學生。此外，學者網不僅可以對當前上課的班級進行管理，還可以保存歷史信息，提供了一種供不同年級學生交互的便捷方式，例如低年級學生可以向高年級請教，實現同行學習，從而加快學習進程。在學者網的答疑互動模塊，學生可以方便快捷地與教師、科研人員等進行交流。學者網的課程空間還提供了過程管理手段，如教師通過作業完成情況及時了解學生的認知程度，及時干預學習進程；通過保存學生與學生、學生與老師的交互行為數據，為進一步改善教學質量提供幫助。

（2）學者空間。學者網為每個用戶建立了個人主頁，即學者空間。學者空間中有學者的個人信息、學術檔案、科研動態、課程、團隊與好友等信息，以上信息詳細刻畫了用戶形象，方便教學資源推送、學習興趣挖掘、好友推薦等，極大提高了協同效率。

（3）科研空間。科研空間是面向科研實體開展科研活動、記錄科研過程和成果需求而提供的服務空間。科研空間中有新聞通知、上傳資源、分享成員動態等功能，還可以應用站內信、在線交流等工具進行成員互動。

Fig.2 Collaborative teaching model based on Scholat platform圖2 基于學者網的協同教學模式

基于以上3 個空間，學者網可以較好地實現教學協同、過程協同和科研協同的過程。具體表現為：

（1）教學協同。利用學者網的課程空間給教師提供大量協同工具，如發布課程資源、布置作業、回答學生問題等。為降低人工智能課程的復雜度，采取層次化學習框架，即由教師根據學生的學習情況提供合適的學習目標，學生完成目標后教師再不斷設立新目標，分解學習任務，引導學生逐步學習，從而建立完善的知識體系。

（2）過程協同。提供課前、課中、課后等多個學習過程的協作方式，幫助學生更好地掌握相關知識點。在這個過程中，從教師主導逐步轉化為以學生為中心，培養學生主動學習的積極性［12］。學生帶著問題，通過學者網的在線交流、站內郵箱、動態分享等功能，與科研團隊和學者們協同交互，達到更為深入的認知過程。

（3）科研協同。學者網為每位科研人員提供了個人主頁，也為科研團隊提供了團隊頁面，學生可在相關頁面學習應用知識、培養科研能力，從而實現從學習到研究的過渡，實現創新水平的提高。

3 協同教學模式實施與教學效果分析

基于學者網的課程平臺已被多所高校采納，其中，中山大學計算機學院的現代人工智能技術課程采用了教學協同、過程協同和科研協同的三重協同教學模式，培養了290 多名學生。該課程的教學目標是使學生熟練掌握人工智能的基礎理論知識，重點培養其應用基礎理論知識創新性解決實際問題的能力。教學過程主要分為課前、課中和課后3 個階段，其中課前和課中以教學協同為主，課后以過程協同和科研協同為主。在課前和課中，教師分別通過發布相關資料和課堂講解引導學生進行協作學習。課后分為兩個階段：首先是理解與鞏固階段，學生采用過程協同對課堂內容進行深入理解與內化；其次是實踐和提高階段，在該階段學生可以聯系科研導師，進行創新性科研實踐。

在實踐過程中，基于學者網的協同教學模式優勢表現為：①易于理解人工智能算法。人工智能算法往往是模仿人的學習過程設計的，可通過教學協同理解人工智能的有監督學習算法。有監督學習是指在標注信息的指導下進行學習，這種學習方式是有教師指導的學習，以教促學，以學促教，并最終達到對人工智能算法的更深理解。②提供了一種便捷的協作學習方式。協同與交互是學習過程的一項基本操作。學生成為學習的主體，以學生—教師、學生—學生協同交互的方式實現知識的深度挖掘與探索，從而最大程度地重構知識的深度學習過程。學者網中有站內信、互動交流、最新動態、資源公告等模塊，提供了一種融合線上線下的交流方式。③提高了學生的學習與科研熱情。通過一個學期的學習，學生基本掌握了人工智能的基礎理論知識，并能將其應用于細粒度分類、基于強化學習方法實現小游戲等實踐當中。學生成績有所提高，學習熱情有所上升，部分學生已經進入實驗室開始人工智能相關研究工作。

學者網提供了高效的協作工具，一方面可大大減少教師的工作負擔，使其著重于學習過程中的引導作用；另一方面可使學生進行自主探索與學習，突出其在學習過程中的主觀能動性，以適應人工智能知識體系的快速更新。

4 結語

人工智能課程的教學是一項極具挑戰性的課題。為了更好地應對于龐雜的知識體系，本文基于學者網的協同理念探索協同交互式教學模式，提出階梯式協作流程：首先利用教學協同打好知識基礎，然后利用過程協同鼓勵學生進行主動學習，最后利用科研協同培養學生的科研創新能力。綜上所述，學者網的海量學術與科研資源為人工智能教學提供了一個良好平臺。