基于人机协同的中学信息技术课程教学模式设计与应用

基于人机协同的中学信息技术课程教学模式设计与应用摘要：随着人工智能技术的不断发展，人机协同这一概念成为人工智能领域研究人员的工作重点并不断与其他专业领域相融合。人机协同在教育领域的应用是其研究的重点方向之一。目前，人机协同教育模式的探索在国内已经有了一些研究成果，但该类研究侧重理论分析，在实践领域仍处于初步探索阶段。本研究将以西大版中学信息技术七年级下册课程为例，采用文献分析法等方法建立一个以智慧课堂模式为框架，以人机协同为核心的教学模式。研究发现，采用该教学模式的学习者信息素养、课堂参与度和自学能力得到显著提高。本研究为中学信息技术课堂构建新型教学模式的实践提供了参考方案，具有一定的理论与实践价值。关键词：人机协同智慧课堂中学信息技术教学模式DesignandApplicationofTeachingModeofInformationTechnologyCourseinMiddleSchoolBasedonHuman-ComputerCollaborationAbstract:Withthecontinuousdevelopmentofartificialintelligencetechnology,theconceptofhuman-machinecollaborationhasbecomethefocusofresearchersinthefieldofartificialintelligenceandisconstantlyintegratedwithotherprofessionalfields.Theapplicationofhuman-machinecollaborationinthefieldofeducationisoneofthekeydirectionsofhisresearch.Atpresent,therehavebeensomeresearchresultsintheexplorationofhuman-computercollaborativeeducationmodelinChina,butthiskindofresearchfocusesontheoreticalanalysisandisstillinthepreliminaryexplorationstageinthepracticalfield.ThisstudywilltakethesecondvolumeoftheseventhgradeinformationtechnologycourseoftheSouthwestUniversityEducationEditionofmiddleschoolasanexample,anduseliteratureanalysisandothermethodstoestablishateachingmodelwiththesmartclassroommodelastheframeworkandhuman-computercollaborationasthecore.Thestudyfoundthattheinformationliteracy,classroomparticipationandself-learningabilityoflearnerswhoadoptedthisteachingmodelweresignificantlyimproved.Thisstudyprovidesareferenceschemeforthepracticeofconstructinganewteachingmodeinmiddleschoolinformationtechnologyclassrooms,andhascertaintheoreticalandpracticalvalue.Keywords:human-computercollaboration；smartclassroom；middleschoolinformationtechnology；teachingmode1绪论研究背景人工智能技术的发展新趋势与人机协同人工智能最早出现在1956年的德特茅斯会议上，其发展经历了计算智能、感知智能和认知智能三个阶段。进入二十一世纪以来，随着计算机和互联网技术的发展，人工智能技术迎来了第三次发展浪潮。人工智能技术的飞速发展延伸了人类能力的边界，给各行各业的发展造成了重大的影响。早在2016年，《“互联网+”人工智能三年行动实施方案》中就提到，到2018年，要打造人工智能基础资源与创新平台，基本建立人工智能产业、创新服务、标准化体系。同年十月，美国政府发布的《美国国家人工智能研究和发展战略计划》将人工智能的研究与开发提升为国家战略。近两年来，生成式人工智能技术的发展得到跨越式突破，随着技术的不断成熟和算法的发展，联合学习和机器学习等新的人工智能模型得到不断开发，并在工业、教育、医疗、传媒等产业行业场景中被广泛应用。目前，人工智能的持续性学习成为常态，其解释性模型对现实环境和已有数据进行分析。人机协同这一概念成为人工智能领域研究人员的工作重点。人机协同是一种人类与机器的互动和协作，旨在通过人类的智慧和机器的计算能力相结合,实现更高效的工作和创造力的提升。目前，人机协同的观念和方法已经被广泛的应用在计算机工程领域，机械工程领域和军工设计领域。2017年国家发布的《新一代人工智能发展规划》中提到，具有深度学习、跨界混合、人机协同等新特征的人工智能技术将加快人类社会的发展速度，通过大数据进行知识学习、利用人机协同提高智能成效将会是目前人工智能发展的重点。在教育领域中，人机协同教学是我国未来教育的一种重要实践形式，其研究重点是人类和人工智能在教育活动中如何相互作用，揭示人机协同促进教育发展的规律，并通过人机双向赋能，促进人与人工智能的共用进步。当下，随着AIGC的出现和不断成熟，各类数据大模型产品日新月异，如雨后春笋般涌出。教育领域的人机协同从过去“机器负责单调性、重复性工作，教师负责创造性、情感性和启发性工作”的状况中转型，逐渐步入“人机双师”与“教育自动化”的新形态。新课标对信息技术课程核心素养的新要求随着教育改革的深入，教育信息化已经逐渐步入了教育数字化转型的特殊阶段，不断涌现的新兴技术越来越多的被整合进课堂教学中。在这股变革的浪潮中，我国在信息技术课程的教育与教学研究和实践领域取得了很多重大的成果，而新技术的发展拓展与信息化社会的到来也对中小学信息技术课程的开展提出了新的要求。《2022年版义务教育阶段新课标》将信息技术课程改称为信息科技课程，并对信息科技课程的课程定位、课程结构、课程评价机制和课程实施等方面做了新的限定和阐述，目的是让信息科技课程的实施与开展更加完善。新课程标准突出了培养学生信息科技核心素养的课程目标，对培养中小学生树立信息意识、拥有计算思维、具备数字化学习与创新能力和信息社会责任提出了新要求，以让学生适应即将到来的深度信息化社会并具备不断发展信息化社会的基本能力。信息技术课程作为帮助学习者与日益繁荣的信息化社会沟通的重要桥梁和路标，其开展必须与现代高新技术与科学理论相互融合才能最大效能的发挥其对学生的引导作用，学生核心素养的培养与信息技术课程本身的开展情况是密不可分的。近年来，人工智能等新兴技术与中小学信息科技课程教学活动的融合已经有了很多相关研究和实践案例。其中，人机协同也是促进信息科技课程教学活动中人机相互作用和教师与学生更有效地“教”和“学”的重要研究方向。人机协同与中学信息科技课程相结合的趋势随着生成式人工智能技术取得重大发展和我国教育基础设施的逐渐完善，人工智能等新兴技术与中小学信息科技课堂相互融合已经有了丰富的研究和实践案例。教师与人工智能协作完成教学活动的人机协同式的概念和方法成为了促进信息科技课程教学活动中教师和学习者如何更有效地“教”和“学”的重要研究方向。生成式人工智能赋能信息技术教育，使教师，学习者和智能机器三者在教育活动中的角色发生重大转变。机器从曾经的作为重复性、单调性任务的辅助工具转变为身兼教学项目规划者、教学内容编织者、教学进程监控者和多功能学习助手等富有统筹性与创造性的角色。AIGC技术的助力使实现教育领域高效的人机协同和构建“人机双师”的教学框架成为触手可及的现实。研究目的和研究意义研究目的针对信息化社会发展和教育数字化转型的需要，综合已有的智能教育案例，运用文献综述法等研究方法，基于文献分析和调查所得的数据与资料，在建构主义和联通主义理论的指导下，结合在线学习平台“UMU”构建一个以PBL教学模型为框架，运用“翻转课堂”的基本思想，使用AIGC技术，以人机协同为核心的教学模式。基于西大版中学七年级下册信息技术课程，为中小学信息科技课程教学活动的开展提供一种新思路和新方法。研究意义在文献分析的层面，此文章丰富了人机协同在中小学信息科技课程教学领域的研究文献。为后续研究提够了一些思路指导。在教育实践层面，本文对人工智能技术在中小学信息科技课程教学活动中的运用有一定的启示作用，为一线教育工作者和学习者提供了指导。研究现状1.3.1国内研究现状以“人工智能”、“人机协同”、“教育”作为“中国知网”的检索关键词，共找到259个检索结果。若加入“课程”或“教学”等次要主题，可查找到包括北大核心、SCI等核心期刊杂志81篇。自2018年以来，我国国内发表的有关人机协同教育领域的文章呈现明显的上升趋势，近两年来随着AIGC技术的发展和各类GAI产品的问世，国内关于人机协同教育的研究走向专门化和精细化。这表明人机协同概念在我国教育界引起了广泛关注，并持续占据热点话题。图1国内人机协同相关文章发布年份分布图我国人机协同教育的理论研究的重点是人机协同教育模式的概念和趋势发展，而实践运用领域则聚焦于AI辅助教学。大量的国内教育界学者投入到“人机协同+教育”这一方向的研究中。首都师范大学的汪时冲教授研究了人工智能教育机器人如何支持新型的“教师-智能机器”双师课堂，对未来的人机协同的教学进行了展望，对人机协同教育的概念进行了界定，明确提出人机协同的教育不仅是计算机辅助教师教学，而是智慧教育产品参与的教育。中国海洋大学的陈凯泉教授从STEM教育、创客教育的开展等层面出发，探讨了人工智能技术如何构建信息时代人机协同的AI教育。池静和郭江珊等学者则聚焦教育实践层面，设计了针对大学计算机教育混合式教学和小学英语教学的人机协同式的教学模式。在人工智能辅助教学方面，国内研究针对教学活动的各个方面比较全面的具有一定序列性和操作性的教学流程设计。也有部分研究对人机协同的教育模式进行了研究和设计，并取得了较为理想的数据结果。这些国内的相关研究对该领域后续研究起到了重要的奠基作用。在AIGC技术拓展到教育行业后，国内教育研究领域掀起了一股研究如何将生成式人工智能技术运用到教学活动中的热潮。在这类研究中，人机协同教育的概念得以进一步完善和实现。在一些有关教育提示词和高意识学习的文章中，人机协同被放到了指导思想和主体框架结构的地位上。总体来看，国内的相关研究主要聚焦于理论的完善和验证以及教学设计方面。1.3.2国外研究现状国外的人机协同教育相关研究的文章数量在2018至2019年间激增，并呈现明显上升趋势。国外人机协同教育的研究主要分为两个层面，分别是人机协同教学理论层面和实践层面。图2国外人机协同相关文章发布年份分布图在理论研究方面，许多国家建立了相关的研究机构。在实践方面，国外侧重于系统建模和设计资源平台等人机协同应用研究。如挪威奥斯陆大学的RenateAndersen教授设计了以线上学习平台为基础、以学生为中心、利用人工智能技术辅助学习的基于模块化学习的人机协同教学模式。在实践方面，国外侧重于系统建模和设计资源平台等人机协同应用研究。在数据大模型助力教育教学的领域中，显然是国外的研究走的更远。美国的一些大学与企业相互合作，已经构建了“人机协同+教育”领域的实验室，并进行了一系列实验性教学项目。在美国基础教育领域，一些教育发达地区的学校在部分课程的开展过程中进行了“人工智能赋能课堂教学”的试点，取得了较好的成果。在“AI+教育”领域，尤其是关于生成式人工智能的运用，美国、芬兰、英国等西方国家进行了更加深入和广泛的研究。目前，一些国外的大学，乃至中小学已经开始采用生成式人工智能辅助教学活动，在人机协同实践方面迈开脚步。研究思路和方法研究思路首先要确定研究方向，明确研究问题。智能教育和人机协同教育是一个广泛的，多维度的话题。本研究主要集中探讨如何构建一个可操作性较强，具有实践价值的人机协同教育模式。使用怎样的手段搭建这样的教育框架和教学模式是本研究要解决的主要问题。其次要分析需求，进行前期的理论准备和概念界定。根据研究的逻辑框架逐步进行，先进行资料和文献的查找搜集，再对已有的资源进行对比和分析。再使用文献综述法等研究方法进行数据的搜集。在分析数据进行研究的过程中，活用AIGC平台进行辅助，在保障精准性和科学性的同时提高效率。最后运用教学系统设计的原理和方法，利用AIGC技术平台，在PBL教学模式的基础上，以翻转课堂为框架形式，结合在线学习平台（如OpenInnoLab人工智能学习平台），设计搭建一个以教学部分自动化（Partial-Automation）的，以“虚拟学习助手”对学生情况进行分析为主要教学辅助手段的人机协同教学模式。下图为具体框架：图3人机协同的项目式教学模式设计流程研究方法本文主要使用了文献研究法、个案研究法和经验法。文献研究法文献研究法即对国内外的相关文献进行收集、阅读、分析和总结，归纳出其包含的理论精华和研究成果。本研究通过分析智能教育，人机协同教育和教育信息化等相关的资料和文献，理清人机协同教育在国内的发展与研究状况，精确聚焦存在的问题，并为问题的最终解决提供解决路径，为构建人机协同的教学模式奠定基础。案例研究法个案研究法是指针对某个案例（通常是企业单位或教育机构的实践）进行研究，即介绍案例，阐述其基本特征，对案例的某个层面进行分析，从而概括案例所包含的理论和实践成果。本文主要针对国内外一些采用智能教育的信息技术课堂教学案例进行分析和研究，以求找到其共同之处，总结各个实践案例的优点，助力人机协同教育教学活动模式的构建与完善。经验法经验法即根据研究人员的实习工作经历或相关实践经验得出比较直观的研究结论，对研究进行一些富有个人特色的补充。在本文中，我根据我担任信息技术教师的教育实习经验对构建人机协同的信息技术课程教学模式进行补充完善。2相关的概念与理论2.1相关概念2.1.1人机协同教学人机协同是一种人类与机器的互动和协作，旨在通过人类的智慧和机器的计算能力相结合,实现更高效的工作和创造力的提升。通俗来讲，人机协同即人与机器配合从而达成预期的目标，甚至取得更好的成果。这里所说的“配合”或“结合”不仅仅是两者的简单相加或一方辅助另一方，而是要达到两者相辅相成，相互提升的境界，使人类和机器的智能都能在协同中达到最大化的效率。在教育领域中，人机协同一方面指人和计算机的协同工作，另一方面则指的是人类和教育智能产品的合作。随着生成式人工智能技术的不断拓展和各种新兴技术在教育行业的应用，人类与智能教育产品的合作这一人机协同观念逐渐取得优势地位。本研究所提到的人机协同教学就可以理解为教师与融合了AIGC技术、物联网、大数据、云计算和5G等智能技术优势的智能教育产品的合作，更好的实现教育教学的个性化和教学情境的广泛化等智慧教学。如下图所示。图4人机协同教育的两种观点2.1.2PBL教学法PBL教学法也叫项目式教学法，PBL是projectbasedlearning的简称，是一种基于问题或学习项目的教学法。这种教学法不同于传统的以教师为中心的教学模式，其教学模式是以学生为主体的。PBL教学法通过让学生开展一段时期的调查和探究，致力于让学生用创新的方法或方案解决一个具有真实性的，特定教学情境下的，带有一定复杂性的问题，从而让学习者在这些真实的经历和体验中获得新的知识和技能。PBL教学法重视培养学生的创新思维、创新能力、自主学习能力和批判思维。PBL教学法有以下几个特征：（1）以问题或为学习的起点，所有学习活动围绕问题展开；（2）问题必须带有真实性；（3）以学生为中心，一般以小组为单位开展自主、合作、探究式学习；（4）学习成果是一套能解决问题的产品或方案；（5）在每一个问题完成和每个课程单元结束时要进行自我评价和小组评价。在教学的最后教师要对产出的成果进行点评，对知识进行总结，对学生学习过程中产生的问题进行反馈。图5PBL教学法的基本流程PBL教学法是一种建构主义思想引导下的学习与教学方式。学生和教师在这种教学模式下的角色发生了转变。PBL教学法取得良好成果的关键不仅在于学生是否能够积极参与到探究式学习的过程中，更在于教师是否有专业的教学素养，是否能充当好教学的引导者和辅助者的角色。2.1.3K12数字素养教育2018年5月，美国人工智能促进协会联合美国计算机科学教师协会和卡耐基梅隆大学计算机科学学院组成了联合工作组，启动了美国K-12人工智能教育行动（AIforK-12Initiative，简称AI4K12）。作为美国在基础教育阶段开展人工智能教学的第一个专业行动，K-12为开展人工智能教学制定了国家指南，设定了感知、表示和推理、机器学习、人机交互和社会影响作为框架和核心思想，开发了一套精心策划的人工智能目录，推动形成了K-12AI资源的开发社区，基本解决了学什么、怎么教、在哪里学等问题，成效显著。图6K-12人工智能教育的五大核心思想美国K-12人工智能教育为人机协同教育的发展指明了一条比较明朗的道路。即确定人机协同教育要达到的目标，要遵循的标准，为人机协同教育的开展提供全面的学习资源支持和智能工具的引导，并为学习者提供交流的平台，促进学习共同体的形成和维持其存在。K-12的实践为后来的人机协同教育开展带来启示。2.2相关理论2.2.1建构主义理论建构主义由心理学家皮亚杰提出，由布鲁纳、维果斯基和杜威等人完善。建构主义是认知主义的进一步发展，其基本的理论取向是，学习是积极主动的意义建构和社会交互的过程。教学不是把知识经验从外部装到学生的头脑里，而是要引导学习者从原有的经验出发，建构出新的经验。建构主义本身不是一种学习理论流派，而是一种理论思潮，其发展分为个人建构主义和社会建构主义两种取向。其基本的理论取向产生了与以往不同的知识观，学生观，学习观和教学观。根据建构主义理论，智能机器赋能的，以PBL教学法开展的信息技术课程体现了以学习者为中心的学生自主探究学习，自主建构经验。可以提高学习者的学习效果。2.2.2联通主义理论联通主义理论由乔治·西蒙斯在《Connectivism:ALearningTheoryfortheDigitalAge》一文中提出，指出学习不再是一个人的活动，学习是连接专门节点和信息源的过程。联通主义表述了一种适应当前社会结构变化的学习模式。学习不再是内化的个人活动。当新的学习工具被使用时，人们的学习方式与学习目的也发生了变化。联通主义的起点是个人，个人的知识组成了一个网络，这种网络被编入各种组织与机构，反过来各组织与机构的知识又被回馈给个人网络，提供个人的继续学习。所以建立起高效的学习网络，整合碎片化的非结构化知识，为学习者提供便利的知识获取途径就成为了信息时代学习的关键。图7联通主义学习理论概念图利用AIGC等机器智能作为教学活动的辅助，可以迅速构建符合教育者和学习者需求的知识库，并为教学和学习的开展规划路径。人机协同的教育是联通主义学习理念的深化。3人机协同教学的教学前端分析对教学内容、教学对象和教学环境进行分析是进行课程设计和教学模式设计的前提。3.1教学内容分析3.1.1课程内容我国的初中信息技术课程旨在全面培养学生的信息素养和实用技能，帮助他们适应信息化时代的需求，同时注重学生的团队合作能力、创新思维和伦理意识的培养。各个版本的初中信息技术教材都强调引导学生养成信息技术核心素养。本文采用《西大版中学信息技术七年级下册》第四单元至第五单元内容，两个单元共六节课，分别是网上信息的获取与交流、网上生活、网上学习、认识网络、组件家庭小网络和移动画册。可以发现，该部分课程内容多以操作性技能的教授为主，课程往往围绕一个或几个重点问题展开，课程的结构相对简单，适合PBL教学法的运用和学生自主探究学习的开展。3.1.2教学目标清晰的教学目标可以帮助教师明确教学方向，指导学生学习，同时也为评价学生学习效果提供了标准。依据课程标准与教材、学习者及其成长的特征，由知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观这三个方面确定教学目标。知识与技能目标：会浏览、搜索、下载网络上的信息；能利用网络进行交流；会利用网络购物、购票、缴费和转账；能够建立自己的云笔记，利用线上课堂进行网络学习；认识计算机网络，认识常见的网络设备；会进行简单的网络硬件连接和网络软件的设置；会制作移动画册。过程与方法目标：通过小组合作学习锻炼学生的协作能力；自主探究，提高思考能力；通过体验AIGC产品，运用数字化的线上学习平台进行学习，提高学习者的信息运用能力。情感态度与价值观目标：提高学习者对信息技术学科和人工智能的兴趣形成良好的信息意识与信息伦理道德，建立正确的价值观，人生观与世界观，发展信息素养。3.2教学对象分析七年级的学生处于初中学段，在六三学制中是初一阶段的学生。这个阶段的学生具有好奇心强，自我意识增强，社交需求增加和学习与记忆能力提升的特点。他们通过日常生活的智能产品使用，经过小学阶段的信息技术课程学习，已经具备了相当的信息技术素养，经过一定的练习可以迅速掌握数字产品。在信息技术课堂上开展基于PBL教学法的人机协同的教学十分适合这个学段的学生。可以激发学习者的学习兴趣，满足其好奇心，最大限度的让学生对知识和技能进行自主探究，培养其小组合作学习交流的习惯。3.3教学环境分析基于人机协同的PBL教学法不仅要面对线下的课堂教学环境，还要注意构建线上的学习环境。目前，我国的教育基础设施建设已经去得了极大的发展，广大中小学教学教室基本配备了多媒体设备和智慧教学环境，如电子白板，数字展示台等。绝大多数学校都设立了微机室，有些学校还增设了智慧教室，创客教室和机器人教室等信息化教学环境。这些教育基础设施的完善保障了互联网能够畅通进入到教育教学中，促进了教育信息的交换，使线下的课堂教学环境具备信息化、数字化的特征。线上教学环境是指由线上学习平台支持的教育教学环境，其拓展了传统的课堂授课，为学生学习的全过程提供支持。采用合适的线上教育学习平台可以监控学习者学习的全过程，收集并分析学习者的学习行为，量化每一位学生的综合表现，归纳出学生的特点，使整个教学过程变得清晰直观。线上和线下教学环境的交互与融合可以使全教学和学习活动变得更加完整和立体。在教育的多个不同维度，两种学习环境的结合可以促进知识的深化，帮助学习者参与到学习活动中，提高其学习的内驱力。人机协同的教学环境下，在线学习平台能够对学习者的线上学习行为自动统计，对知识点自动测评，将学习者的在线行为数据可视化，教师借助在线学习平台的可视化数据，了解学习者的学习情况，动态调整教学设计和教学策略。3.4影响人机协同教学模式效果因素的分析经过阅读大量相关文献，并对文献内容进行归纳和分析，结合AIGC等智能机器或智慧教育产品本身的特点，我得出了以下几个要素对人机协同教育的效果有一定影响，其分别是：（1）教师的教学。（2）教学平台选择和教学环境构建。（3）交互活动的开展情况。根据相关研究，教育与学习平台的选取和教学环境因素对人机协同教育效果的影响最大。所以，在教学模式的设计中，应当重视学习平台的选择，注意将教师的教、学生的学和学习情景的构建联系起来，使教师，学生，智能机器紧密结合，充分发挥人机协同教育的效果。4人机协同教学模式的设计4.1选择学习平台和AIGC平台的选取为教学活动提供合适的线上学习平台和生成式人工智能辅助工具室是营造良线上学习环境的前提和构建良好人机协同教学模式的基础。基于课程的特点和基本学情，线上学习平台和AIGC软件的选取应该符合“易获取”、“易上手”、“大众化”、“功能完善齐全”和“低成本”等原则。基于这几个标准，我对网络上流行的一些线上学习平台和AIGC辅助软件进行了筛选，并选取了以下几个参与到教学模式的构建中。UMU互动学习平台UMU互动学习平台是北京优幕科技有限责任公司开发的一款AI驱动的效果学习平台。其以“效果学习”为导向，基于学习科学与AI技术，构建新型智能化学习场景。为学习者和教师提供海量优质课程内容，帮助教师构建“线上”+“线下”的混合式教学。UMU互助学习平台是教育部发布教育信息化2.0计划以来出现的能够有力推动“互联网+教育”的教学信息化产品。UMU互动学习平台为教师和学习者分别提供了促进教学和学习的服务。学生可以通过该平台获取教师和平台提供的学习资源、进行小组互动、开展协作交流和进行团队学习。而教师可以利用UMU创建课程和班级、制作微课、发布考试并呈现数据分析、发布作业、增加课堂互动、设置签到、召开视频会议或直播教学，制作调查问卷呈现数据分析等。总体来看，UMU学习平台是一个功能齐全、覆盖用户广泛、易于学习且可塑性强适宜个性化教学的线上学习平台。在构建人机协同的教学模式过程中，可以利用UMU学习互助平台的特点和优势助力线上学习环境的建构，以拓展教和学的范围，让学习行为在网络这一虚拟空间中有效发生。通义千问通义千问事由阿里云推出的一个超大规模的语言模型，属于AIGC领域，是“大模型标准符合性评测”中首批通过评测的四款国产大模型之一，在通用性、智能性等维度均达到国家相关标准要求。该模型支持多模态表达，不仅可以分析用户提供的文字和数据生成新的、精确的、有造性的文本内容，还提供文生图、图生文、图片理解和文档解析等服务。目前，OpenAI公司旗下的ChatGPT是最有影响力，最具代表性的AIGC产品，其最新的GPT-4.0在GAI的各领域应用中都展现出了强大的实力，是当前世界上最强大的生成式人工智能产品。但是由于ChatGPT对中国不开放，中国的用户很难获取GPT官方稳定的AIGC服务。所以虽然其功能强大，但将其大规模应用到我国中小学课堂教学中是不现实的。近几个月来，我国的大语言模型也有了较大的进步。在AIGC领域，我国涌现出文心一言、腾讯混元大模型和通义千问等生成式人工智能产品。文心4.0是目前国内大语言模型中性能最出色的产品之一。图8通义千问与其他主流大语言模型的性能比较通义千问相较于其他国产AIGC产品，有较好的性能，支持稳定的多模态输出，能理解一些复杂的问题情境，且完全免费。该产品的特点和优势符合了参与到人机协同教学模式构建的低成本、易学习、支持个性化和适合大众化推广的原则。所以使用通义千问作为教学过程中的AIGC支持平台是合适的选择。4.2教学模式的建构4.2.1基于PBL教学法的教学设计（1）教学的前期准备工作依据建构主义学习理论和联通主义学习理论，当下信息化社会对学习者掌握知识的要求在逐渐降低，而对其发现和获取知识、利用知识解决问题的能力和信息意识与协作意识等要求在逐渐提高。知识早已不作为一个恒定不变的概念，而作为需要学习者利用先前经验进行建构的存在。教学应该以学习者为中心，教师应该为学习者构造一个鼓励其独立思考和探究式学习的学习情境，并且该情境能激发学生的学习内驱力，促进其团队协作解决问题的意识。所以在进行教学活动之前，首先应该对学习者进行分组，让全班学生分成几个小组，为保障组内交流的充分和通畅，每个组人数应控制在6-7人左右。进行分组后，教师要让学生在自己的智能设备，或学校智慧教室下发的平板上安装统一的线上学习互动软件UMU和通义千问AIGC支持平台。并在UMU中创建班级并按照之前的分组让学生组成学习小组。学习小组之间的交流和组内成员的交流可以通过各类同步或异步线上交流软件实现（如QQ、微信）。（2）确定项目确定一个问题或学习项目是PBL教学法的开端和基础，教师的“教”和学生的“学”都是以生成一个最终的项目产品为轴线前进的。以上文提到的《西大版中学信息技术七年级下册》第五单元第三节《制作移动画册》为例，教师根据本节课的教学目标和课程内容，为学生发布“制作一本小组移动画册”的学习项目。确定学习项目的环节是在课前进行的。教师应充分利用线上通讯工具和线上学习互动工具的功能优势，在UMU平台上发布公告，为学生明确本节课的问题和学习目标，要求各小组完成项目产品。此外，教师要同时发布明确的项目要求，设置合理的进度安排，并制定一个有效的项目评价体系。图9确定学习项目的各要素在此阶段，AIGC平台可以帮助教师诊断所设立项目的合理性，为教师制定的项目提供改进意见。图10利用AIGC平台鉴定学习项目的合理性为各小组制定学习方案和计划即针对所发布的学习项目，根据课程目标，为各学习小组提供推进项目所必须的学习资源和工具环境，为小组协作的开展指明方向。让学习者有的放矢地对新知识进行意义建构，从而形成个体和学习共同体的新知识体系。在案例课程中表现在，教师在UMU在线学习平台上发布一系列与项目相关的学习资源和工具软件，并放置一些有益于学生思考或组内交流协作的拓展资源。在此阶段，依旧要重视线上学习平台的作用。此时，UMU平台不仅可以作为学习小组的社会网络交流工具，更是学生获取项目相关知识的数据库，这体现了联通主义学习理论的思想。此外，应该鼓励学习者在沿着学习方案的路径前进的基础上运用AIGC工具，拓展自己的视野，激发学习者的创造力。小组探究和实践本阶段是PBL教学法中最能体现探究式学习模式和以学生为中心的环节，也是各学习小组产出最终学习项目的关键环节。各学习小组根据前两个阶段中教师在线上学习平台上发布的项目目标、产品标准、学习方案和学习资源等，对学习项目进行探究式学习，形成产品。此环节要求小组内部各成员要积极参加学习项目，进行充分的交流协作和经验分享，依据个人的特点进行组内分工，使最终产品融入个人特色和小组整体的智慧。在本环节中，通义千问AIGC平台可以充当“虚拟导师”的角色，为学习小组成员解答学习过程中遇到的问题，为项目设计提供建议，订正或改善其产品，为组员形成自适应的个性化学习路径，或仅仅为学习小组提供一些创新性的观点。交流分享此阶段包括线上和线下的交流，包括小组内部、组间和学习者与教师的交流。不同个体或多个学习共同体通过交流和共享经验与资源使协作学习的效率提升，学习效果显著改善。其中教师与学习者的交流是让学习者产生和巩固对新知识的新观点的关键。在形式上既有线上通过通讯工具和学习互动平台的交流，也有线下的直接交流。反馈和评价在此阶段，教师对各学习小组提交的项目作品进行分析和点评，对知识点进行深入的精讲，最后综合全班各学习小组的表现，对学习者的学习过程和结果分别进行形成性和总结性的评价，反馈其在过程中遇到的一些问题和最终产品的不足之处，并给出相应的改进意见和新的学习路径规划。这些改进措施通常在课后以线上作业的形式发布。教师可以利用AIGC产品强大的分析能力对每个小组的项目产品乃至每个学习者在学习中的过程性表现进行分析，充分利用机器智能快速精确地评价各小组和每一位学生的表现。这不仅减轻了教师的认知压力，提高了教学效率，更加强了教师评价的一致性。基于PBL教学法的人机协同教学设计总流程将以上的六个环节综合到一套流程上，即可获得一种以PBL教学法开展的人机协同教学模式。如图所示：图11基于PBL教学法的人机协同教学流程图4.2.2基于翻转课堂的教学设计翻转课堂（FlippedClassroom）是一种创新的教学模式，它颠覆了传统课堂教学的顺序和角色。在翻转课堂中，教师不再将课堂时间主要用于讲授新知识，而是将这部分内容移到课前，通常通过录制视频讲座、准备在线阅读材料或其他数字化资源，供学生在课前自主学习。学生在家中或课外时间利用线上学习互动平台观看学习视频、阅读资料，初步吸收新知识。课堂时间则被重新定位为深度学习和互动的场所。学生带着课前学习中产生的疑问和需要解决的问题来到课堂，教师和学生、学生和学生之间进行面对面的交流、讨论、合作探究、解决问题、深化理解，并进行实践应用、项目协作等活动。这种模式强调主动学习、个性化指导以及高阶思维技能的培养，旨在提高学生的学习参与度、自主学习能力和批判性思维能力，同时也让教师能够更好地针对个体差异进行指导，实现教学的个性化。这种教学模式对于教育信息化的要求较高。一般来说，教师和学生对智慧教育产品的运用深度和广度越高，翻转课堂教学模式的实施效果就越好。所以该模式与人机协同的教学模式是相容的，两者相辅相成可以达到更好的教学效果。若要将翻转课堂的概念和思想引入到基于PBL教学法的人机协同教学模式的构建中，就要将教学过程进一步细分为“课前”、“课中”、“课后”三个阶段。课前阶段是翻转课堂中最为关键和重要的阶段，是学习者个体学习行为发生的主要环节。在PBL教学法中主要涵盖了确定项目和制定方案两个阶段。学习者通过教师在UMU学习互助平台上发布的项目任务确定本组主要需要解决的问题，并通过教师在UMU平台上提供的学习资料进行自学，同小组成员相互交流，加深对学习资源的印象，汇总成自己的想法，最终综合组员的智慧形成产品。课中阶段是各小组进行成果展示和师生交流的阶段。教师组织各小组展示其项目成果，对各组成果进行简单点评，对涉及的知识点进行精讲，并对其出现的问题进行讲解。课后阶段回到线上平台，教师对每一个组乃至每一个学习者进行评价反馈，利用AIGC平台生成学生的表现情况和个性化的自适应学习路径，布置针对学习者薄弱之处的作业，并总结此次教学中出现的问题，为下一次教学做准备。4.2.3基于生成式人工智能“虚拟教学助手”的教学设计将PBL教学法为基础的教学模式和翻转课堂的思想相融合，即可得到一套涵盖了课前、课中、课后时段间，覆盖教师、学生和人工智能三个维度的教学模式流程。图12基于PBL教学法和翻转课堂思想的人机协同教学模式由此我们可以看出，生成式人工智能产品在人机协同的教学模式中担任了重要的“虚拟教学助手”角色。AIGC平台为教师提供教学方案，诊断PBL教学法的学习项目合理性，帮助教师分析每一位同学的学习过程表现和全班各组的成果和产品，并生成具有一定针对性的反馈评价和改进方案。也为学生的学习提供了便利，为学习者提供知识性的学习支持，规划个性化的学习路径，充当虚拟导师给予指导和建议等。AIGC平台深度参与到教学过程的各个层面中，贯彻了人机协同教育的理念和思想，促进教学效率的提升，并为教学成果的进一步提高创设了信息化与智能化的环境和条件。5人机协同教学模式案例5.1教案设计根据上文得出人机协同教学模式，我们可以针对具体的课程进行教学活动设计，让理论得以实践。以上文提到的西大版七年级下册信息技术课程第五单元的移动画册设计为例，以下是我进行的教案设计。5.1.1前期准备为了保障人机协同教学的有效实施，首先要对教学环境进行搭建。人机协同教学模式所需的环境包括线上环境和线下环境。线上学习环境由UMU线上学习辅助平台和通义千问AIGC平台构成，而线下教学环境需要包括无线局域网，信号接收器，智慧白板，教师和学生的移动设备终端等智慧教室设施。以确保师生之间，人机之间沟通通畅。5.1.2教学活动设计（1）课前：确定项目、制定方案第五单元的主要内容是网页移动画册的制作。课程的核心内容让学生利用网页制作工具制作移动画册。故教师要围绕这一核心目标向学生发布任务项目。教师从UMU平台上发布“制作一部小组移动相册”的项目，并为学生提供学习资料和相应的网页制作平台。此处的学习资料应该与网页设计知识和技能、移动相册设计原则相关，如H5的定义等等。学习者需要学习教师发布的各类资料和提供的平台工具，并开展小组交流和协作，努力解决教师提出的项目与问题，最终汇总成产品或报告。在本课中，最终产品表现为小组移动相册。教师和学习者在课前阶段都可以借助通义千问的辅助作用助力教和学的进行。教师可以利用通义千问平台诊断学习项目的合理性，帮助规划学习方案等。学生可以利用通义千问平台获取知识性内容。图13课前设计（2）课中：知识讲授、小组交流和实践上课时，各小组已经完成了教师课前布置的项目。教师利用智慧白板，多媒体设备或者教学移动终端将各小组的作品同步传输到公屏和学生端移动设备上进行展示。同时邀请各小组代表依次对其小组完成项目的方法、过程、原则和移动画册的设计理念向同学们介绍。每一组完成分享后进行一段时间的组间交流和点评，再由教师对其进行点评和鼓励，直到所有小组完成汇报。小组汇报结束后，教师要结合课本内容，对本节课所涉及到的定义、原理和具体操作技能等进行精讲。此处的知识讲授要在传统讲授法的基础上加入更多演示法和案例分析的要素，要注意教学活动与信息技术环境相结合。最后，教师要根据各学习小组移动相册的问题对本次教学进行一个总结性的点评，指出学生们还需要完善的地方。课后：反馈评价教师根据学生提交的移动相册，结合小组在课上的表现和通义千问对每位学习者在学习过程中的表现分析，为每个学生提供个性化的发展路径和布置处于其最近发展区上的作业。小结在本教案设计中，体现了以学习者为中心，教师与学生进行交互，人类与机器进行交互的人机协同教学模式。人工智能技术赋能教学活动的各个环节，使学生的学习和教师的教学变得更加高效和高质。下图体现了该教学模式中个各交互关系。表1教学活动中的交互行为5.2教学案例随着AIGC技术的成熟和人机协同概念的普及，生成式人工智能技术在全球教育领域的应用越来越广泛。它不仅可以为教师教学提供诸如生成个性化教学方案、充当课堂教学助手等多种帮助，还能为学生提供交互性、协同性、情境性、启发性和即时性的学习体验。随着技术更迭和改进，全球的一线教育工作人员秉持技术向善理念，不断深入探索生成式人工智能应用于课堂教学的各种可能性。（1）AIGC助力语言学习希腊派特雷大学的斯塔夫洛斯教授将ChatGPT引入高中英语课堂，通过AIGC技术辅助学生进行英语写作的学习。他将学习分为三个阶段。第一阶段，学生会用英语撰写一篇主题作文，例如给朋友写一封邮件介绍自己最喜欢的运动。这一阶段教师会利用ChatGPT订正学生的词汇和语法错误。第二阶段，学生需要对比、分析和学习ChatGPT