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翻转课堂助力人机协同的研究

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段亚青

摘要：为使人机协同更好融入课堂，探索了翻转课堂如何助力人机协同。文章首先对翻转课堂和人机协同进行了概述，然后提出翻转课堂助力人机协同需要遵循的原则和策略：取长补短、优势互补原则，以人为本原则，比较优势原则，注重跨学科、跨领域研究策略，科学管理策略，低“成本”高“回报”策略，最后指出人机协同应该做到技术、师资、管理的协同，机器与人的协同，做到学生整个学习过程的协同。

关键词：翻转课堂;人机协同;人工智能;协同;人类智能

中图分类号：G642 ? ? ? ?文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）31-0211-02

Abstract： Throughout the teaching methods of the existing reverse classroom teaching， online teaching， mix， MOOC is conducive to the man-machine coordinated development application in teaching， through the analysis found that power man-machine coordinated turn class needs to follow the principle of complement each other， complementary advantages， people-oriented principle， the principle of comparative advantage， pay attention to interdisciplinary， interdisciplinary research strategy， scientific management strategy， low "cost" high "returns" strategy， at the same time， teacher should do technology， management synergy， machine on the synergy with people， do students throughout the learning process together.

Key words： flipped classroom; man-machine collaboration; artificial intelligence; synergy;human intelligence

習近平在国际人工智能与教育大会上指出“人工智能是引领新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力，正深刻改变着人们的生产、生活、学习方式，推动人类社会迎来人机协同、跨界融合、共创分享的智能时代[1]。”人机协同是大势所趋。当今哪些教学方式对人机协同有促进作用呢？翻转课堂，在线教学、混合教学，MOOC都有助于人机协同的实现，下面将探讨翻转课堂如何助力人机协同的教学。

1 人机协同和翻转课堂概述

人机协同中人主要指参与教学活动的一切教育主体包括教师、学生、教育管理者，机指工具、技术、计算机、教育机器等参与教学活动的一切无形和有形的软硬件设备。人机协同的思想是：从人的角度出发，机器擅长的事让机器干，人擅长的事让人干，这与智能时代人类生存的五大策略之一避让策略：让人去做人做的事，机器做机器的事不谋而合[2]。人机协同的教学，需要为师生创造良好的学习和教学环境，师生充分挖掘、发挥“人”的潜力，使学生成为自己学习的主人，最终实现学生的个性发展，使学生拥有良好的思维习惯，积极的人生态度，基本的沟通与合作能力，培养学生的诚信意识，规则意识，创新意识[3]。

传统课堂将知识讲授放在课上，课下进行知识内化。翻转课堂正好颠倒过来，课前观看教学视频，进行针对性的预习，课上通过少量测评，交流讨论，思想碰撞，协作互助，适时引导，解决问题，总结反馈，促进知识内化。这种形式的学习可以培养学生的交流协作、创造力、实践能力、对学科的兴趣、审美能力，教师节省的时间和精力将从教学科内容向学科素养、道德素养、情感素养以及基于批判性思维的创新素养、哲学与审美素养转变[4]。学习好的学生将有机会实现其他方面的自由发展，完善自我，学习一般的学生将有可能通过视频回放、资料扩展学习、求助他人或自己查资料等手段为上课做充分的准备，两类学生的自信心都会得到极大的加强。

2 翻转课堂助力人机协同

2.1翻转课堂助力人机协同的原则

2.1.1 取长补短、优势互补原则

深入剖析人机协同，要从人工智能和人类智能入手。人类智能的划分有低级和高级之分，从低到高依次为：神经、心理、语言、思维、文化认知五个层级。其中神经和心理处于较低层级，语言、思维、文化处于较高层级。各层级中人工智能和人类智能的比较如表1所示。从下表可以看出，人工智能在低层级认知的某些方面表现良好甚至超过人类，其他方面的表现则不尽如人意，在高级认知方面整体表现较差，尤其在文化认知方面人工智能的发展为空白。人机协同在教学中应该发挥人工智能在认知的某些方面的“特长”，尤其是低级认知方面，对于人工智能的“薄弱点”应结合人类智能的特殊优势，尤其是高级认知方面的优势。同时，为防止人的技能退化，应该从人的角度出发，以机器帮人为方向，以保存人的能力为基础，以提高人的能力为根本，以适应人的能力为目标。

2.1.2以人为本原则

正如丰田公司所言：“先进的设备只是起点，人才是品质的最终保障。”为避免非显著差异现象的发生，翻转课堂助力人机协同必须摒弃唯成绩论，唯技术论的表面化、工具化思想，真正把学生当作自由发展的人，建立科学合理的育人机制，为国家培育能够进行创造性研究的人才和创意精英。本末不能倒置，机器应该永远服务于人，教育教学中，不能仅仅着眼于让技术代替人的工作，而是考虑如何做到机器帮人，让机器更好地服务于人，充分发挥人的主观能动性，让人的智能以软件的形式进入机器并转换为机器智能，帮助教师、学生在教和学中主动、快乐、高效地从事更有创造性和更有价值的工作，做到提质增效[6]。

2.1.3 比较优势原则

为什么经过无数次技术革新之后，教育中的黑板仍存在？原因就在这里，新兴技术虽然功能强大，具有绝对优势，但黑板的笔记保留功能、即时显示功能等的相对优势尤其在理科推理逻辑性强的科目中必不可少。翻转课堂中学生课前学习的视频由人和机器协同完成，机器和技术等属于零边际成本，一旦购买不会产生额外的消费。视频授课的形式大火，原因在于低成本的视频制作使学生不仅可以享受名师授课，还可以按自己的喜好选择，教师面授与视频授课相比显然逊色，教师在教学中的出路在哪儿？根据知识掌握规律来看，知识内化是视频授课很难做到的，它是非结构化的、复杂的、依赖情境性的，需要及时反馈的。教师恰好在这方面可以发挥作用。那么比较优势原则如何渗透到人机协同的翻转课堂中呢？首先，如果某项任务或子任务适合机器完成，采用机器参与的方式，用机器与机器、机器与人的协同方式。其次，假设机器不能全部完成或其效果需要评估检验，采用人和机器协同的方式，比如机器通过协同工作完成课前学生学习数据的收集、整理、分析，教师拿到数据之后还要进行重新评估，分析背后的原因，给出教学方案。最后，机器不能完成的任务，比如创造性、实践性、操作性强、非结构化的问题，利用人与人的协同方式达到最佳效果。

2.2翻转课堂助力人机协同的策略

2.2.1 注重跨学科、跨领域研究策略

由于人机协同需要机器和人共同参与，那就少不了对人工智能和人类智能的研究，而人工智能涉及多个学科，包括数学、计算机科学、认知科学等基础理论学科，还包括神经和认知科学、量子智能计算等前沿理论学科，同时涉及伦理、法律、经济、情感、道德等社会人文学科[7]。人类智能的研究同样如此，涉及哲学、认知科学、心理学等多个学科种类。实践层面应该积极借鉴人机协同在政治、企业、军事中的发展。比如：来也科技在致力于政企实现人机协同方面的出色表现和商业中如何使员工达到自组织、自激励的状态成为有激情有创造性的“创意精英”都值得借鉴和学习。

2.2.2 科学管理

人机协同的翻转课堂不同于以往的传统课堂，如果我们还按原来的模式管理课堂，启发学生，要求教师，恐怕效果甚微甚至大不如前。除关注技术设备的引进，人才的吸收之外，还要注重管理，在住宿、吃饭、考勤、门禁、学习方面通过采集学生数据优化流程实现自动化管理进而提升效率。从而使教师专注于解决：教什么的领域知识、关于学生认知水平和认知风格的学习者知识、提供个性化学习的教学策略知识[8]。此外，还应重视校园文化、班风、教师培训、各部门的沟通协作等的建设提高管理水平。

2.2.3低“成本”高“回报”

翻转课堂的课前视频讲授仅需很少的人力、财力就能让不同地区不同教学条件的学生享受远超当前环境下的教育，实现低成本高回报。翻转课堂课上相当于为学生创建了一个定时开放的社会共享空间，让相互了解、具有相同兴趣和问题的学生聚在一起交流协作，教师转变为导师，传授知识转变为培养技能，记忆知识转变为探索知识[9]。最终，师生在教和学的时间减少，成效加倍，学生轻松地使以前类似的难题得以解决，使知识的识记和理解向布鲁姆认知目标中的高级能力——运用、分析、评价、创造上转化，将知识转化为技能，将技能融入实践，在实践中不断创新。真正促进学生的个人发展实现低“成本”高“回报”。

2.3翻转课堂助力人机协同需要做到的几个协同

首先，做到管理、技术、师资的协同;翻转课堂助力人机协同，既不能只关注翻转课堂，也不能只看人机协同，既要有合适的技术设备的支撑，又要引进前沿的高水平的师资队伍，同时，二者的结合必然需要改进传统的管理模式，优化教学效果;其次，做好机器与人的协同。不能因为有了机器就忽略人与人的协同和人与机器的协同，不能因为有了学习过程数据就不备课，有了学习分析就忽略教师的课堂评价，有了机器就不重视小组协作。最后，做到学生整个学习过程的前后衔接。从分析学生的认知水平和认知风格开始，到采集学习过程数据，学习分析、教学评价、布置个性化作业，整个学习流程之间应该是相互联系，互为依据的统一体。认知水平和认知风格应该为后续环节提供依据，教学评价应该考虑学习分析的结果和学生的认知水平。

3 总结

作为成功颠覆传统课堂的教学模式，翻转课堂无疑具有紧跟时代步伐、适应教与学要求等诸多优势，翻转课堂助力人机协同是一个值得教育者和研究者关注的新的研究方向，本文只是对翻转课堂助力人机协同的研究这一主题进行了浅层次的研究，希望后续的研究者能够进行更深入的研究，使人机协同早日融入课堂教学。

参考文献：

[1]国际人工智能与教育大会在京开幕——人工智能教育引领未来[EB/OL]. [2019-05-17]. https：//www.sohu.com/a/314575910_120099252.

[2] 托马斯·达文波特（Thomas H·Davenport），茱莉娅·柯尔比（Julia Kirby）.人机共生：智能时代人类胜出的5大策略 winners and losers in the age of smart machines[M].杭州：浙江人民出版社，2018.

[3] 黄荣怀，汪燕，王欢欢，等.未来教育之教学新形态：弹性教学与主动学习[J].现代远程教育研究，2020（3）：3-14.

[4] 张学军，董晓辉.人机共生：人工智能时代及其教育的发展趋势[J].电化教育研究，2020，41（4）：35-41.

[5] 蔡曙山，薛小迪.人工智能与人类智能——從认知科学五个层级的理论看人机大战[J].北京大学学报（哲学社会科学版），2016，53（4）：145-154.

[6] 朱铎先，赵敏.机·智：从数字化车间走向智能制造[M].北京：机械工业出版社，2018.

[7] 刘永，胡钦晓.论人工智能教育的未来发展：基于学科建设的视角[J].中国电化教育，2020（2）：37-42.

[8] 陈仕品，张剑平.智能教学系统的研究热点与发展趋势[J].电化教育研究，2007，28（10）：41-46，50.

[9]杰里米·里夫金.零边界成本社会[M].赛迪研究院专家组，译. 北京：中信出版社，2014.

【通联编辑：王力】

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