基于智能體的中小學人機協同教學

摘要：生成式人工智能的迅猛演進催生了人機協同教學新樣態。智能體具備自主學習、感知、觀測、決策和執行能力，能夠通過不斷迭代學習來適應環境變化以實現特定目標，逐漸成為人機協同教學的重要類型。智能體支持教師自主創建知識庫、調用外部工具，具備記憶存儲、多模型工具協同等能力，可以作為教師的備課助手、授課助手、研課助手，與教師、學生共同參與素養導向的教學設計與實施。人機協同教學場景中，教師需要面向學生核心素養發展確定待解決的教學問題，找準人機協同的整合點進而分析教師、學生、機器的相互關系，圍繞智能體能做什么及怎樣做進行具體能力規劃，選用恰當工具創建智能體并反復調試優化，不斷探索人機協同教學路徑，從而實現育人目標。

關鍵詞：智能體；人機協同教學；大模型

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094（2025）01-0039-07

人機協同是指人類與機器各自發揮所長，共同完成超越人類智慧和機器智能的復雜任務和工作。其在教育領域的具體應用形式——人機協同教學，旨在通過教師與機器的能力互補，人機共同參與教學活動并完成特定的共同教學目標[1]。隨著技術的持續發展及其在教育領域的深入實踐，涌現出多樣化的人機協同教學表征樣態，如智能導師系統、教育機器人、自適應學習系統等。然而，這些人機協同教學形式往往需要依賴特定的硬件或軟件，無法大規模普及。

生成式人工智能具有理解復雜指令和上下文信息、流暢開展多輪人機對話、實現情感交互的高級能力，其在教育領域的應用，推動傳統的“師-生”二元結構向“師-生-機”三元結構演進。生成式人工智能顛覆了傳統的人機交互模式，使得人機協同教學邁入新的發展階段。其中，基于通用大模型定制的智能體具備自主學習、感知、觀測、決策和執行能力，且技術開發門檻低，教師人人都可以創建個性化的人工智能助教并分發使用，使得真正可以普及實施的人機協同教學成為可能。本研究旨在探討基于智能體開展人機協同教學的潛力、人機協同教學場景中智能體的構建流程和人機協同教學實踐，以期為教師創建智能體、探索合理有效的人機協同教學路徑提供參考和借鑒。

一、技術演變視角下人機協同教學的發展歷程

人機協同教學中的教師與機器之間的關系隨著技術進步而不斷演變。從技術發展的視角審視，人機協同教學的發展歷程大體可以劃分為三個階段。

（一）機器作為輔助工具，促進教育教學管理

20世紀90年代，計算機技術蓬勃發展。鑒于其具有高效執行自動化和機械化任務的能力，教育領域開始積極探索如何將其應用于教育教學實踐。這一時期，機器作為教師的重要輔助工具，能夠幫助教師完成煩瑣但并不復雜的替代性工作，從而極大地減輕教師負擔，使其能夠專注于更具創造性的教學活動。計算機輔助教學作為該階段人機協同教學的典型代表，通過各類計算機輔助教學軟件，促進教師對教學內容的精準呈現與教學過程的科學管理。例如，教師利用文字、表格處理工具，高效編寫和整理教學資料、處理教學數據；借助專業的多媒體課件制作軟件，創造圖文并茂的課程內容，優化學生學習體驗，提高教學準備效率和教學成效。

（二）機器作為能力延伸，參與教學決策過程

隨著人工智能、大數據等技術的快速發展，機器逐步進化為人類感官與思維能力的延伸與強化體。其不僅能夠表征專家知識，還能延展人類認知，通過模擬人的推理過程和感官系統，動態生成問題與求解方案，從而增強教師能力[2]。在這一階段，人機協同教學模式實現了質的飛躍，不再局限于機器對教師教學的輔助作用，而是更加注重教師和機器之間的深度交互和高效協作。機器的角色發生變化，從簡單教學任務的被動執行者轉變為具體教學決策流程的核心參與者。例如，智能教學系統模仿教師經驗，監控學生的知識掌握情況，并根據學生需求與過程性數據，動態地調整提問與教學內容。此外，自適應學習平臺和教育機器人等產品能夠精準捕捉和實時識別學生的學習狀態，量身定制個性化的學習路徑與支持策略，提升教師教學的針對性和有效性。

（三）機器作為教學伙伴，協同教師共創內容

近年來，生成式人工智能迅猛演進，催生了人機協同教學新樣態[3]。生成式人工智能以其卓越的自然語言理解能力、與人類媲美的圖像（音視頻）處理技能和超越人類的復雜問題解決效率，極大地提高了機器在人機協同教學過程中的參與度，使其在信息解讀、對話參與以及內容創造等方面，享有與教師更加對等的機會。在這一階段，傳統的人機協同教學模式發生根本性變革，機器的角色不再純粹是外部的輔助工具或技術延伸，而是與教師緊密融合的教學共同體。例如，將具有智能群體多維度感知能力的會話機器人應用于課堂教學，通過智能生成學習內容、持續追問、學生會話內容智能評價等方式，促進學生高階思維和問題解決能力的培養[4-5]。

二、智能體成為人機協同教學的重要類型

生成式人工智能技術引領下的新一輪科技革命正引發教育組織和服務模式的深刻變革，推動教育教學從傳統的“師-生”二元結構向“師-生-機”三元結構過渡?？萍寂c教育深度融合的發展趨勢使得人機協同教學表現出高度的創新性、生成性和自適應性。為了滿足教育對智能化、個性化和高效率的需求，人類教師積極嘗試使用各種基于大模型的生成式人工智能工具創新優化教學，提升教學效率和質量。其中，具備自主學習、感知、觀測、決策和執行能力，能夠通過不斷迭代學習來適應環境變化、實現特定目標的智能體成為與人類教師協同教學的重要機器類型。

（一）大語言模型加持的智能體的概念

智能體是指能夠感知環境并自主采取行動以實現特定目標的實體或系統[6]。感知環境是指智能體能夠接收來自環境的信息，自主采取行動是指智能體能夠根據感知的信息制定下一步的行動計劃并執行相應的行動，實現特定目標是指智能體可以在特定的領域執行特定的任務。早期的智能體主要是按照設定的規則和程序來執行任務，不具備復雜決策和學習能力。大語言模型泛指那些具有超大規模參數（通常在數億到數千億之間）的機器學習模型，這些模型通過深度學習技術構建，能夠處理海量數據，并完成各種復雜任務，如自然語言處理、圖像識別等。大語言模型的出現推動智能體進入自主智能和群體智能階段。

大語言模型加持的智能體是利用大語言模型作為核心組件構建的人工智能系統，能夠獨立自主地完成更具挑戰性和復雜性的特定任務。其中，大語言模型作為智能體的大腦為其提供核心驅動力。此外，智能體還有四個關鍵組成部分：一是規劃，智能體需要具備規劃能力，可以將大任務分解為更小的、可管理的子目標，從而能夠高效處理復雜任務；可以對過去的行為進行自我批評和自我反省，從錯誤中吸取教訓，并改進未來的步驟規劃，從而提高最終結果的質量。二是記憶，包含長期記憶和短期記憶兩部分。智能體通過短期記憶來進行上下文情境學習，同時具備在較長時間內保留和調用信息的長期記憶能力，可以利用外部向量進行存儲和快速檢索。三是工具，由于大語言模型一旦完成預訓練，其內部能力和知識邊界就基本固定，因此智能體需要通過調用各種工具來實現功能拓展，如日歷、計算器、代碼解釋器和搜索功能等。四是行動，智能體基于規劃和記憶來執行具體的行動，如與人類交互，或者通過調用工具來完成一個任務等。

（二）使用智能體開展協同教學的優勢

第一，智能體支持教師自主創建多主題的知識庫，聚合多種形式的文檔，例如文本、表格、圖像等。通過使用教育教學領域的特定知識來訓練智能體的內容生成，智能體的回答更加專業和精確，能更好地滿足教學需求。第二，智能體可以根據教育教學不同場景的應用需求，調用外部的工具和服務來拓展其能力邊界，從而完成特定的任務。例如，在需要進行代碼執行或圖片繪制時，智能體可以利用具備代碼執行能力或支持文生圖的工具和服務來實現這些功能。第三，智能體能夠存儲師生與智能體進行人機交互的過程，并基于這些個體記憶分析使用者的需求、交互風格、使用習慣等，輔助決策生成，從而為師生提供更加個性化的服務。第四，智能體能夠整合多個大模型、多種工具來實現復雜任務的自動化完成。例如，它可以同時使用自然語言處理模型和圖像識別模型來完成一個需要同時處理文本和圖像的任務。第五，技術開發門檻低，人人都可以創建和分發使用。這意味著即使那些沒有專業軟件開發技能的普通學科教師，也能夠通過創建智能體來輔助教學工作。

（三）智能體在協同教學中扮演的角色

基于課前、課中、課后教學全過程的視角審視智能體在人機協同教學中被賦予的角色，可以將其歸納為備課助手、授課助手、研課助手三類。

作為備課助手，智能體在課前與教師協同開展素養導向的教學設計，充分發揮在提供創造性的課堂創意、課程規劃、建立背景知識等方面的智能，通過提供豐富的教學資源、創新的教學方法和個性化的學習方案，幫助教師更好地設計教學目標、學習活動及教學評價，清晰指向學生學科核心素養的培養。

作為授課助手，智能體在課中與教師協同引導學生進行深度學習，充分發揮在存儲和回憶使用者信息方面的智能，通過感知和理解學生的學習需求和學習風格，為其提供個性化的反饋和指導。例如，語文課中，智能體可以輔助學生進行文本分析，引導學生深入理解文學作品的內涵；數學課中，智能體可以引導學生逐步分析解題思路，指出錯誤并提供改進建議。智能體通過模擬師生對話，激發學生的批判性思維、創造性思維等高階思維，促進學生在認知、思維、情感層面的全面發展。

作為研課助手，智能體在課后與教師協同開展作業批改與教學反思。智能體可以自動識別學生的常見錯誤類型，并提供針對性的改進建議。教師可以基于智能體的分析反饋做調整，提高作業批改效率，提升作業批改效果，指導學生在后續學習中避免重復犯錯。同時，智能體還能協助教師進行教學反思，通過數據分析揭示教學過程中的優勢和不足，為教師提供改進教學方法和策略的依據。當然，這也要求教師提升自身的數字素養與技能，以便能準確解讀智能體的數據分析反饋。

三、人機協同教學場景中智能體的構建流程

人機協同教學的核心價值是通過智能技術的應用改善、優化和重構傳統教學的組織模式和表征樣態，激發課堂教學活力，實現教師智慧和機器智能的有機融合，推動課堂教學的創新發展[7]。為促進人機協同教學核心價值的實踐轉化，需要梳理人機協同教學場景中智能體的構建流程。

（一）面向學生核心素養培養，確定要解決的具體問題

在著手構建智能體之前，教師要想清楚為什么構建智能體，智能體的構建是為了解決什么問題。教育部2022年發布的義務教育課程方案及各學科課程標準中強調培育學生核心素養[8]，學生通過學科學習逐步形成正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。學科核心素養是學科育人價值的集中體現，發展學生的核心素養是人機協同教學的根本目的。

學科素養的培育在很大程度上需要通過深度學習來實現[9]。深度學習強調創造性地遷移運用知識解決復雜問題，應用、分析、評價、創造等高階思維活動是深度學習的顯著特征。如何將外在于學生的客觀知識轉化為學生的學習活動對象，從而促進學生高階思維的發展，是許多教師在設計素養導向的教學時遇到的瓶頸。例如，如何創設符合學情的真實問題情境，如何設計融合學科知識與情境問題解決的問題鏈，如何設計促進學生探究和實踐參與的學習任務和學習活動，如何兼顧課堂教學進度與學生個性化輔導，等等。教師首先需要反思自己在設計與實施素養導向的教學中面臨什么樣的困難、存在哪些短板，確定需要用智能體來協同解決的教學問題。

（二）找準人機協同的整合點，分析“師-生-機”的相互關系

開展人機協同教學時，智能體不是教學實施和教學決策的簡單輔助，而是作為教學伙伴提供課堂教學的全方位支撐，以教師、學生和智能體三者共同參與的方式完成相應的教與學任務。因此，教師需要根據擬解決的具體教學問題及可能的應用場景，分析智能體可以從哪些方面助力問題解決，找準人機協同的整合點，明確教師、學生、智能體在該教學問題解決中的角色定位。

例如，用智能體開展教學互動，重構了以學生為中心的師生交互、生生交互、學生與內容交互的三種教學交互關系。智能體既可以作為另一教師角色與學生進行互動，又可以作為同伴角色參與學生的學習活動進行生生互動，還可以作為學習內容的提供者，根據學生學習需求動態提供多模態的學習資源。

（三）規劃智能體的具體能力，指向能做什么及怎樣做

明確了智能體的用途后，教師需要對智能體的具體能力進行規劃，讓智能體清楚地知道自己可以做什么以及怎樣去做。首先，基于智能體的角色定位對其應該具備的技能進行拆解，細化為一個個更小的、可管理的技能點，幫助智能體了解自己可以應對哪些任務。其次，將實現這些技能所需的教學知識整理為主題化的知識庫文檔，以確保智能體可以優先在知識庫中檢索問題的答案，使得生成的答案更加準確和專業。再次，教師要根據智能體具備的技能思考可能會用到哪些插件。例如，為了讓智能體能夠檢索互聯網中已有的信息，教師要為智能體增加具備信息搜索能力的插件。最后，為了讓智能體專注于教學場景中的問題解決，需要對智能體的回復范圍進行限制，告訴智能體什么應該回答、什么不應該回答。

當然，除了上述內容外，具備一定技術基礎的教師還可以通過設計工作流、數據庫、觸發器等組件來規劃能夠處理復雜任務的智能體。

（四）選用恰當工具進行創建，反復調試優化各項配置

完成智能體具體能力規劃后，需要選擇合適的工具創建智能體。不同工具能夠提供的智能體創建能力有所差異。例如，“豆包”主要通過設定描述來創建智能體，“文小言”支持教師訓練生成自己的數字形象，“扣子”支持知識庫、插件、工作流、數據庫等組件設置，并且支持多模型訓練智能體。工具的選擇需要綜合考慮智能體將要承擔的具體任務及使用者的習慣。

教師在創建智能體時，首先，需要為智能體起一個通俗易懂的名稱，名稱應盡可能清晰指向智能體用途。然后，設定關于智能體角色、分項技能、限制邊界等方面的信息描述。接著，上傳知識庫文檔、按需調用插件。完成這些配置后，教師還需要進行一系列的調試和優化工作，確保智能體能夠準確地理解師生的需求，并提供恰當的反饋。這包括對智能體的對話系統進行微調，使其能夠更好地適應特定的教學場景和語言環境。最后，對智能體的開場白、預設問題、背景圖片等內容進行個性化設計，并將智能體發布到相應的平臺。

智能體的創建和應用是一個持續迭代的過程，教師要根據智能體的實踐使用反饋再次調整已發布的智能體，循環迭代發布，通過不斷的“應用—反思—優化”提升人機協同教學的成效。同時，教師需要持續更新智能體的知識庫，確保其提供的信息對智能體具有持續的參考價值。

四、基于智能體的人機協同教學案例

基于智能體的人機協同教學中，智能體專注解決“該做什么”的問題，教師專注解決“如何做得更好”的問題，二者通過優勢互補來共同設計與實施指向學生核心素養培養的教學。以下三個案例分別立足課前、課中、課后教學場景，介紹如何使用智能體開展人機協同教學。

（一）課前：使用智能體設計素養導向的學習任務

《義務教育課程方案（2022年版）》強調加強課程內容與學生經驗、社會生活的聯系，培養學生在真實情境中綜合運用知識解決問題的能力。為了設計更有效的跨學科主題學習活動，教師創建了“初中數學學科素養導向的學習任務設計”智能體，幫助教師設計與學生的實際生活緊密結合的教學情境，在特定教學情境中構建有效的核心問題及問題鏈，基于問題設計有針對性的具體學習任務。

以“生活中的幾何圖形”為例，智能體設計以下問題情境：小明家最近在裝修，他的父母在討論如何布置家具和裝飾品。小明注意到，家里的一些設計和布置似乎與幾何圖形有關。他決定利用自己學到的幾何知識，幫助父母更好地規劃家庭空間。智能體提出“如何利用幾何圖形知識優化家庭空間布局”的核心問題和一系列問題鏈：家里哪些地方（如墻面、地板、家具等）使用了幾何圖形的設計？這些幾何圖形是如何影響空間感和美觀度的？如何通過改變幾何圖形的大小、位置或形狀來改善家庭空間的功能性和美觀性？智能體還設計了與解決問題相對應的觀察與記錄、分析與討論、設計與改進、展示與反饋等學習任務。

情境設置在學生熟悉的家庭環境中，能夠引起學生的共鳴和興趣。情境中涵蓋了多種幾何圖形的應用，如墻面、地板、家具等，為學生提供了豐富的觀察和思考材料，學生能夠感受到所學知識的實際應用價值。問題鏈設計緊密圍繞核心問題展開，從觀察到分析再到設計和改進，層層遞進，有助于引導學生逐步深入思考和討論。同時，問題具有一定的開放性，鼓勵學生提出自己的觀點和解決方案。設計的學習任務都有明確的目的和操作步驟，便于學生理解和執行，合作性強、實踐性高。智能體還設計了展示交流環節，完成實踐閉環。

（二）課中：組織學生與智能體進行沉浸式對話

在小學語文古詩教學中，古詩的內容和形式與學生日常生活經驗相距較遠，學生很難產生興趣；古詩中包含豐富的文化內涵和歷史背景，超出了學生的背景知識；古詩中表達的情感和意境也可能超出了低年級學生的生活經驗和情感體驗。為了激發學生對古詩的學習興趣，提高學生學習古詩的主動性，幫助學生理解古詩創作的背景和情感傳達，教師設計并創建了多個詩人的虛擬分身智能體，如“李白”智能體、“王維”智能體等。這些智能體高度還原了詩人形象，能夠用生動的語言和形象的描述，將古詩中的意境和情感傳達給學生。

例如，在學習《望廬山瀑布》時，學生與“李白”智能體打了一通電話，部分對話內容如下。

學生：詩中有一句是“日照香爐生紫煙”，我很好奇，為什么是“紫煙”而不是其他顏色的煙呢？

“李白”智能體：這里的“紫煙”實際上是我對廬山瀑布周圍景色的一種藝術夸張。在陽光的照射下，香爐峰的水汽蒸騰，與陽光交織，形成了一種朦朧而神秘的紫色。這種顏色給人一種夢幻般的感覺，也增添了廬山瀑布的神秘和壯麗。通過這種描述，我想讓讀者感受廬山瀑布的非凡和美麗。

這種強互動性能夠引導學生更積極主動地參與學習過程，提出自己想要了解的關于詩人和古詩創作相關的問題，促進學生的深度沉浸，讓學生仿佛置身于詩人的時代和環境，感受詩人的創作靈感和情感波動，增強對古詩情境和內涵的理解。

（三）課后：使用智能體初步批改學生作文

批改學生作文是作文教學中的一個重要環節，它不僅為學生提供了寫作輔導，而且展現了較強的個性化特點。當學生數量較多時，不同批次批改的作文評價標準難免會有差異。為了幫助教師快速完成作文的初步批改，統一作文的批改標準，教師設計并創建“小學語文作文智能批改助手”智能體。智能體根據作文體裁，從整體評價、具體問題及改進建議、優秀段落或句子表揚等方面進行初步點評，輔助教師生成每位學生的作文批改反饋。

在整體評價方面，智能體可以分析學生的作文結構、語言運用、內容豐富度等多個維度，給出綜合評價，并指出作文中的亮點和需要改進的地方。例如，智能體在批改一篇主題為“我的夢想”的作文時，可能會給出如下反饋：“你的作文主題明確，圍繞‘我的夢想’進行了詳細的描述，展現了你對未來的憧憬和規劃。文章結構合理，開頭引入、中間論述、結尾總結的寫作模式清晰可見。不過，在內容的深度上還有提升空間，建議你可以進一步闡述實現夢想可能遇到的挑戰和你打算如何克服這些挑戰。此外，注意在描述夢想時，可以加入更多細節和情感表達，使文章更加生動和感人。”

智能體還可以識別作文中的常見錯誤，如語法錯誤、拼寫錯誤、標點符號使用不當等，并給出修改建議；也可以模擬教師對作文中優秀的句子或段落進行表揚。智能體能夠根據學生的寫作習慣和風格，提供個性化的寫作指導，幫助學生在未來的寫作中避免同樣的錯誤，提升寫作水平。教師可以基于智能體的初步批改報告進行修正和補充，形成每位學生的作文批改反饋。通過與智能體的協同，教師可以節省大量批改作文的時間，將更多精力投入教學內容的創新和教學方法的改進。

基于大模型的智能體能夠在各種教與學場景中自主地感知信息、做出決策并采取相應的行動，可以有針對性地為師生的教與學提供更加智能化、個性化的服務。智能體還具備技術開發門檻低、人人都能搭建與分發使用的優勢，從而逐漸成為人機協同教學的重要類型。教師要積極開展面向教與學問題解決的智能體設計與創建，并在具體教與學場景中充分發揮智能體與人類教師的智慧優勢，探索更為合理有效的人機協同教學路徑，實現育人目標。當然，教育領域中智能體的設計、創建與應用面臨著倫理和隱私保護的挑戰，需要通過制定相關的倫理規范、提升使用者的智能素養與倫理意識、明確使用限度等多元化方式使風險最小化，實現智能體在教育領域的適度合理使用。

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責任編輯：殷偉