人工智能 教育(人工智能教育教学案例)

 

[摘 要]在新时代，中国高等教育发展迎来历史性变革，正向着智能化、智慧化方向发展。本文系统分析发展智慧教育的主要驱动力，在深入探讨智慧教育的内涵与外延、目标与理念、特征与定位的基础上，提出智慧教育实施的五维教育方案，并结合北京理工大学智慧教育实践情况进行案例分析。

[关键词]智慧教育；人工智能；以人为本；五维教育

在新一轮科技革命和产业变革中，人工智能及相关技术的突破，正给全行业带来颠覆性影响。高等教育在人工智能时代扮演着双重角色：一方面，高等教育肩负着培养人工智能时代各类人才的历史使命，高等学校及相关机构需要转变教育教学理念、技术、方法，以适应人工智能时代的人才培养目标、需求和规律；另一方面，高等学校本身也是人工智能的主要应用场域，教育教学活动深受人工智能技术革命的影响，传统高等教育人才培养模式需要转型、升级和创新发展。本文聚焦高等教育中的智慧教育，围绕智慧教育变革的驱动因素、内涵外延、实施方案等展开理论探讨，并以北京理工大学为案例，对高校开展智慧教育的有关规律展开深入分析。

智慧教育：新时代高等教育变革的主要方向

高等教育改革与时代发展息息相关。在新时代，中国高等教育迎来历史性变革，主要趋势是朝着智能化、智慧化方向发展，其驱动因素主要为以下三个方面。

1.高等教育变革的时代新要求

建设教育强国是中华民族伟大复兴的基础工程，必须把教育事业放在优先位置，深化教育改革，加快教育现代化，办好人民满意的教育。高等教育办学活动应从教育现代化建设需求和让人民满意的角度出发，人才培养的核心地位应体现为四个凸显，即教育是国之大计、党之大计的地位更加凸显，教育改革开放趋势更加凸显，教育对建设现代化强国的支撑作用更加凸显，教育为人民服务的价值取向更加凸显。

在建设世界一流大学的进程中，高等教育人才培养模式变革应与时俱进，应面向教育现代化的全球发展趋势作出积极调整，关键就是引入教育现代化的核心理念、标准、方法、技术，将智能教育、智慧教育概念融入高等学校办学全过程，更高质量、更科学化地开展人才培养活动。

进入人工智能时代，高等教育治理目标和治理体系正发生深刻变革。一方面，对于学生而言，要实现以学生为本的有价值的成长。智慧教育时代，精准化、科学化地进行人才培养成为可能，这为高校贯彻以人为本的教育理念带来历史性机遇，高校应更多尊重学生成长规律，更多关注学生外在和内在潜能，精细化制定人才培养方案，尤其是科学评价人才培养成效，以人才培养的知识、能力、思维等增值来评价教育教学的有效性。另一方面，对于教师而言，要实现以教师为本的有价值的成长。进入智慧教育时代，对于教师成长的观测和服务应成为大学治理的关键内容。高校应充分运用大数据和人工智能方法，科学化、精准化、个性化制定教师成长的服务和支持方案，为各类创新型学术人才真正冒出来营造良好环境。

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2.国内外环境深刻变化的历史新选择

当前世界正面临着百年未有之大变局，新一轮科技革命和产业变革深刻影响并不断调整着世界格局。此种背景下，各国高等学校、研发机构、科技企业等竞争加剧，高校必须及时调整办学理念、目标、内容、方式、方法、技术等，并通过智能化、智慧化的人才培养模式改革，深度赋能技术创新，有效培养适应未来经济社会发展、能够参与全球竞争的高素质人才。这就要求我国高校人才培养活动必须与本轮新技术革命紧密衔接，尤其是要率先面向智能化、智慧化方向转型。

3.智慧社会发展推动智慧教育变革

进入人工智能时代，海量数据的教育资源出现，教育不再是工业标准化的产物，而是朝着交互式、自主性和定制式发展，以智慧赋能教育成为重要发展方向。同时，知识网络化、教育信息化不断催生变革，智慧教育成为了社会进步和教育资源高效利用的重要一环，其社会关注度日益增强。高校借助大数据和人工智能方法，将可以实现人才培养活动从精准招生到精准培养的全过程科学化监控和管理。通过大数据和人工智能方法形成有关人才培养规律的（准）因果式关系，可以直接指导教育教学改革。高等学校也可以借助智能化手段，真正做到因材施教，形成以人为本、多元成长的新的教育理念。

智慧社会背景下，高校人才培养活动将从工业化走向个性化、从标准化走向定制式。在此阶段，智慧将赋能教育，教育活动内容将更为精准，高等学校人才培养活动进入可调整、可定义、可自主、可交互的自主个性、研讨探究阶段。

与此同时，全球教育教学也在向智慧化、智能化发展转变。当前国际高等教育变革发展的总体趋势是融合、转型、开放，这进一步要求高校面向智能化方向转型发展。我国高等教育也应准确思变、科学应变、主动求变，借助智慧教育理念、方法和技术实现高等教育跨越式发展。智慧教育是教育发展到信息时代的产物，是对移动互联网、云计算、大数据、智能终端等新一代信息技术与产品的综合运用。目前，智慧教育已成为各国教育信息化的重要组成部分，是全球各国顺应互联网+时代全球教育转型的必然选择。

智慧教育的时代内涵

结合以上对于智慧教育背景的分析，可以认为，智慧教育是以先进信息技术、脑智(类脑智能、人工智能)技术、教与学技术为依托，通过学习心理、心理科学等赋能教育教学创新，通过人机互动、数据共享、知识互联，满足学生个性化、精准化、智慧化学习需求，以知识的融合交叉实现知识衍新，通过智教智学释放教育生产力，重塑教育生态，构建以人为本的精细化教育治理体系，为师生提供有价值成长的教育新模式。

1.智慧教育的内涵与外延

从智慧教育概念的内涵来看，智慧教育本质上是一种全新的教育模式，是信息化教育的拓展与延伸，是破解传统各类教育难题的重要手段，是教育理念、教学模式、管理体制等在新技术支撑下的革命性创新。智慧教育的内涵根植于新技术，旨在全方位服务于人才培养活动，可以最大限度发挥育人效应，打破专业课程壁垒，通过赋能使课程承载起信念教育、专业训练、素质提升等多重教育目标。致力于培育人的德性与才智的智慧教育，则需立足学生人文底蕴、科学精神的形成，并将人文底蕴、科学精神外化为学生的自主发展与社会参与，从而涵养、生成人的智慧。

从概念外延来看，智慧教育体系引领下的教育发展，需要在教育理念、教育模式、教学体系、教育管理等方面进行系统改革。一是理念改革。智慧教育的核心理念是促进师生有价值的成长。智慧教育时代，高等教育办学理念应真正做到以学生为中心，教育教学活动的本质不再是知识传输，而变成激发学生自身潜能，高校要成为具有挑战性、创新性、个性化、贯通性的学生成长基地。在智慧教育时代，教师的角色和身份也相应改变，要改革并完善教师的激励体系，打造教师智慧成长的阶梯，最终实现师生共同成长、双向激励。二是体制改革。智慧教育的核心，是打造无壁垒的跨学院、跨学科的教学组织。智慧教育时代的核心课程，应由学校统筹评估，教务部门跨学院组织，以此打破专业学科壁垒。智慧教育的体制改革还需要深化课堂革命，探索线上线下融合、项目牵引驱动的新课堂模式，将新技术广泛融入新课堂。三是技术变革。智联网的发展为智慧教育开展提供了技术基础。教育技术是帮助人得到发展的主体技术。感知层实现多元全面持续的协同感知，网络层建立泛在多尺度的教育信息网络，计算层着眼于教育数据挖掘和知识拓展，最终服务层提供多元个性化的教育定制服务，有望真正实现数据共享、知识互联、群智协同、教育智学。

2.智慧教育的目标和理念

智慧教育的核心是以人为本，最大化激发教育参与者潜能，提高教育效能。智慧教育的最终目的是培养智慧型人才，而智慧型人才是指高阶知识、专业能力、良好技术素养与高尚品德高度耦合的人才。

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一方面，智慧教育坚持以学生为中心，既面向未来智能社会需要展开人才培养活动，又彻底激发学生潜质，实现学习者角色从被动到主动的转换。一是促进学生博专相济。智慧教育将全面释放各类线上线下教学资源，为学生通识教育提供更多渠道、更多内容、更多方法，为学生成长为博专相济的复合型人才提供新的教育路径。二是深挖学生自主潜质。智慧教育时代将实现知识内容或获取渠道的极大丰富，将打破学生主要从高校获取知识的传统路径依赖，高校教育教学活动的主要目标由知识传授逐步转变为方法指导，学生学习从被动接受逐步转变为主动参与。在此过程中，借助大数据和人工智能技术，还可以精准定位学生特质，因材施教深挖学生潜质，改变知识传输路径，凸显学生学习的自主性。三是激活学生好奇追求。进入智慧教育时代，尤其要注重对于学生好奇心的发掘和保护，学生不应是课程、知识、教学活动的被动参与者，而应该拥有基于自身喜好教育选择权。四是促进学生个性激发。智慧教育应借助各类新的理念和技术手段，充分激发学生的个性，让优势更优、特长更长，让高等教育活动从标准化逐步过渡到个性化教育。

另一方面，智慧教育应坚持以教师为中心，助力教师成长，促进高等教育内涵式发展。一是学术赋能。人工智能时代将改变学术职业的成长规律，借助大数据和人工智能等技术，学术创新渠道、方法和技术增多，新信息和新知识获取的时效性增强，学科交叉融合与国际化合作等可能性增大，基础创新、底部创新、颠覆性创新成果可能不断涌现，这为高校教师学术发展带来新的机遇。二是因材施教。在智能教育时代，由于智能载体或设备代替了教师的绝大部分知识传播的任务，使得他们能够有时间和精力进行有针对性的点拨，实施精准教学，可以基于对学生精准的大数据画像，细致区分学生特质，实现因材施教，实施个性化教育。三是导学精育。智慧教育时代有望全过程全方位追踪式开展学情教情等分析，实现对人才培养的导学精育。四是深度浸润。智慧教育时代有望形成全校园立体式智慧教育环境，形成以智慧智能为核心的教育体系，实现学生在校期间面向智能化教育的深度浸润。

3.智慧教育的定位与特征

智慧教育的关键定位在于三个方面，即智慧化、个性化、精准化。

一是智慧化。进入智慧教育时代，教育资源的多样开放带来了海量的在线优质内容，信息手段充分应用形成各类信息化教学空间，新基建则完善了端边基础设施等，促进了信息化发展的质变。在此背景下，高校教育教学活动进入智慧化时代，对于学生而言，从招生、培养到就业，全过程纳入智慧监控平台；对于教师而言，从教学、科研、社会服务到国际化，全内容纳入智慧教育平台。智慧性的本质是提高高校办学效率，动态化调整高校办学策略，为学生和教师的有价值成长助力。

二是个性化。智慧教育尊重每一个教育参与者，凸显多元智能理论和多元成才观，尊重个性、承认个体差异、深挖个性并激发个人潜能，知识和能力并重开展人才培养活动。与此同时，智慧化时代也可以做到真正的教学相长，教师在开展个性化学生培养活动中，也能促进个人价值提升。

三是精准化。智慧教育时代将大幅提高教育教学活动的精度，精准化办学将大幅提高人才培养效率，提高学习成功可能性，各类智能辅助设备和机器人也将大幅提高科研成功率，降低研发成本。除此之外，还可能为学生学习和教师发展提供更为科学化的评价模型，优化教育评价体系。

五维一体打造智慧教育体系

北京理工大学以智慧和互联为理念，构建集三维空间、时间维度和知识维度于一体的五维教育，并通过五维教育具体实施，体现智慧教育内涵。五维教育的核心目标是突破时间和空间的限制，为学生的知识获取、知识内化、知识增值提供全方位服务。基于五维教育这一新型教育模式，近年来北京理工大学不断尝试和探索，从开发沉浸式体验思政课程学习模式、构建延河课堂等方面入手，积极打造具有北理工特色的智慧教育体系。

1.打造智能交互与沉浸式体验于一体的立德树人教育平台，提升学生知识衍新和知识增值的效率

全面贯彻党的教育方针，改革创新教学模式，构建虚拟仿真思政课程空间。为推进高校思想政治工作改革创新，运用大学生喜欢的表达方式开展思想政治教育，北京理工大学成立了虚拟仿真思政课体验教学中心，并专项划拨200平米专用场地，将虚拟现实技术（VR）应用于思政课堂，满足了大规模教学的需求。目前，这种全新的思政课程可以实现本、硕、博思政课程的全面覆盖，能够满足目前30至60人思政课教学班的授课需要。

利用前沿数字化虚拟仿真技术，贯通空间维与时间维，升级知识共享与传播途径。北京理工大学运用丰富的教学资源，利用前沿数字化虚拟仿真技术，推动现代信息技术与思政课深度融合，把学生带入红军长征、延安烽火、新文化运动等历史场景中，让学生在沉浸体验中更加深刻地理解史实。此外，北京理工大学的虚拟技术体验课也尝试融入中华五千年文明、世界经济发展、环境保护、文化交融以及战争与和平等主题的内容，不断探索更加丰富充实的思政课程，构建立德树人综合教育平台。

成功打造视、听、触、学相结合的思政教学体验，通过更震撼、更丰富、更直观、更形象的视听盛宴，提高学生的积极性和参与度，加速知识获取与知识内化。北京理工大学沉浸式智慧教育的探索，将虚拟仿真、影音视听和在线学习集成在一起，给学生提供身临其境的生动思政场景，打造出视、听、触、学相结合的思政教学模式，增强教学过程的吸引力和感染力，提高学生在思政课堂中的积极性和参与度。

2.以延河课堂为载体，促进知识维度的全方位延伸

北京理工大学多年来以学本名师、智联融动、育教衍新、明德精工为理念，形成了集课程资源、线上教学、运行监控、多维评价、开放共享、国际一流六位一体的综合教学体系，共分为直播课堂、录播课堂、精品课程、课程思政、百家大讲堂和专题课堂六个模块，成功打造常态化教与学的资源汇聚平台，即延河课堂。延河课堂主要包括三个共享平台，分别是云录播乐学云课堂。三种形式平台各有侧重，汇聚整合了北京理工大学海量的优质教学资源，完整覆盖教学的各个场景，促进师生间知识转移和交流互动。

通过云录播突破空间限制，达到身临其境的远程教学效果，提高知识获取的灵活性。云录播通过连接教室内的摄像头等硬件设施，自动对课堂内容进行实时直播或录制，让远在千里之外的学生也能体验到现场氛围。这种授课方式巧用信息化技术扩展教学空间维度，为各类学生打造质量一流、面向国际的线上精品课程，尤其是在疫情防控期间，为海内外留学生提供身临其境的在线课堂学习机会。云录播突破空间限制，拥有无障碍、无限制的线上学习模式，为各类学生提供了自由、自主选择课程学习的机会，学生不再局限于自己的专业领域，而是可以根据兴趣和喜好丰富自己的知识储备。

通过乐学协同时间和空间维度，整合各种教学资源进行教学全过程的精细化管理，提升实践环节和复杂知识的内化效果。乐学侧重教学过程管理，是将课堂教学内容与网络资源及信息技术相结合的线上教学互动平台，覆盖各类网络终端。教师通过乐学平台可分享课程讲义、测验、作业、题库等资源，同时可以设置教学进度跟踪、教学进度管理、日常成绩管理等，完成线上教学全过程的管理。乐学平台还置入了自动评判功能，能对学生提交的作业等内容自动批改，提高教师教学管理效率。同时，针对更多实践操作环节的课程，乐学平台为学生提供了优质的实践环境，帮助学生将所学的理论知识转化为实际操作，有效提升了学生实践能力。乐学也为学生群体提供了自行学习进度设置和疑难问题解答渠道。

通过云课堂实现教与学的实时互动，加速知识共享与传递。云课堂是借助i北理实现师生间的即时沟通工具，其采用社交网络中的扁平化沟通方式，形成以交流讨论为核心的全新教学形态。通过云课堂，可以充分利用信息化技术丰富教学资源，通畅跨校区办学的交流渠道。云课堂通过时间维和知识维的协同配合，提升知识传递的效率，使知识在教与学中实时共享、实时传播、实时转化。

【作者张军：中国工程院院士，北京理工大学党委书记】

原载2022年第13/14期《中国高等教育》

作者：张军

互联网小常识：HiperLAN中一个AP所覆盖的区域称为一个小区，一个小区的覆盖范围在室内一般为30m，在室外一般为150m。采用5G射频频率，HiperLan/1上行速度20Mbps,HiperLAN/2上行速度可达54Mbps，它与3G兼容。

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