美国密涅瓦大学人工智能课堂的特点及启示

王 薇，张世涛

(1.保定学院 教师教育学院；2.河北大学 教育学院，河北 保定 071000)

目前，教育信息化的时代已全面到来，大数据、并行计算和深度学习驱动人工智能技术飞速发展。教育部部长陈宝生在2019年的国际人工智能与教育大会上指出，“要发挥好、利用好人工智能技术在推动学校教育教学变革、推动学校治理方式变革、推动终身在线学习中的作用”。[1]美国密涅瓦大学的人工智能课堂取得了很好的教学效果，该校全部课程均在密涅瓦大学团队研发的主动式学习论坛平台ALF上进行，这个高级人工智能平台改变了传统的教学环境、教学方式以及教学方法，让学生在高效的课堂中主动学习。这必将引起高校的人工智能改革，也必将重新定义大学的发展。

一、密涅瓦大学人工智能课堂的研发及运作

2013年，密涅瓦大学正式成立，隶属于凯克研究所，并于2014年获得美国西部院校联盟WASC本科学位授予认证。[2]这所大学的办学理念为“以人才培养为中心，以学生为本，学生的成功是衡量密涅瓦是否成功的唯一标准”。大学以网络为基础，没有固定校园、没有入门课程、没有讲授式教学，全部课程实现小班在线研讨，学生四年在全球七座城市游学。该大学首任校长斯蒂芬·柯斯林从学习科学原理出发，实施主动式学习的教学理念，带领教学和科研团队研发智能教学平台。2014年3月，通过测试的ALF平台正式投入使用。ALF的一个基本设计就是小型研讨会，这并不是教师提前录制好视频，而是一种智能化教学工具，只需一台电脑连接网络就可实现师生的面对面交流，师生的一举一动都可呈现在电脑屏幕上。每个“小型探讨会”都不超过20人，教师和班上的每一名学生都可以清晰地看到对方，发言的学生会自动占据屏幕中央的位置。他们的各项智能技术做到了让教师和学生无干扰的在平台进行教学活动，密涅瓦大学的首届学生苏塔娜·克里斯皮尔曾这样说：“在普通教室里，有人在你身后或身边，但在ALF平台上能够看到每个人，以及他们在课堂上谈论话题的反应，学习体验很真实。”[3]ALF平台为学生和教师提供了一种充分参与的沉浸式环境，保证了学生可以积极主动地学习。每一堂课都在充分地讨论中完成，每名学生都充分参与其中，保持一种高度集中的精神状态。

(一)课前活动

密涅瓦大学的课堂完全不同于传统大学的“讲座式”授课，这是一种新式的翻转课堂。为了保证课堂活动的顺利进行，让学生深度参与到课堂教学中，在上课前，教师会把上课的相关资料上传到ALF平台，学生进行有重点的自主学习。当课程教学开始时，学生就已经完成了关于特定课程主题的阅读，并对教学内容有了一定程度的了解。这种课前准备是保证课堂高效进行的前提。

(二)课堂教学

第一，教师可以在课堂上进行分组讨论。教师会让学生就课前准备的课题进行发言，先就个人的准备情况进行简单提问，然后再让学生进行讨论。这并非如传统课堂上的讨论，在ALF平台上，班级会被很快分成几个小组，小组与小组之间不会相互干扰。每个小组会收到来自教师的任务安排，小组内可以讨论、协作解决问题，也可以咨询教师并可以随便访问系统桌面上任何有助于解决问题的软件。同时，教师也可以加入或听取任何小组的讨论。在分组讨论结束后，小组内成员要将讨论成果展示给班级其他成员，并由他们进行评价并给出建议。这促进了学生之间的交流协作，使课堂变得有趣且高效。

第二，教师利用“投票选择”机制检查学生对课程的理解程度。教师每节课都会用“投票选择”机制评估学生对某一主题的理解，教师会设置不同的选项供学生选择，这种快速的选择反馈是学生深入参与课堂的一部分，一旦学生选择完成，其结果就会呈现在电脑系统屏幕中央。这种投票选择可以重新运行，那些改变主意重新选择的学生会被识别出来，教师会要求他们解释重新选择的原因。这种投票选择和课堂活动穿插在一起，增强了课堂教学的互动性。同时，ALF智能平台还支持学生在一段时间内进行实时连续投票选择，以衡量学生不断发生变化的反应。例如，学生可以在其他同学正在辩论时发出信号表示同意与否，或者学生可以使用这种信号来暂缓辩论，以确定辩论者何时不遵守规则。这种实时投票有多种作用，在复习课程时不仅可以了解学生在辩论表现上发生的分歧，还可以了解同一概念的不同表现形式对学生的影响。

第三，师生可以通过“屏幕协作”来实现课堂合作。教师和学生可以在电脑屏幕上展示科学图表或艺术作品，同时，师生也可以在电脑桌面上共享任何有利于课堂的程序。这种功能可以使教师和学生能够快速、轻松地将来自世界各地的教学材料带入课堂，有效地增加了课堂内容的容量。同时，ALF平台上还具有“合作文档”功能，此功能促进了主动的交互式实时学习，教师和学生可以共同在系统上进行演示和书写并展示照片和播放视频，学生可以做笔记、编辑文档，并在课后收到电子笔记存档。[4]在临近课堂尾声时，教师会有一个总结部分，这要求每位学生回顾整个课堂教学过程，教师也会查漏补缺，检查学生是否达到了预期的教学目标，以此来训练学生的思维能力。

(三)课后反馈

在ALF平台上，每位学生都可查看自己的学习成果以及教师对其在课堂表现的反馈，教师可实时追踪学生的课堂表现，查看发言情况、投票选择以及课后作业等，这些都是教师为学生打分的参考。[5]学生的成绩与课堂表现紧密相连，密涅瓦团队为每个课程创建了视频录制功能，并将每个视频与每位学生在课堂上所讨论而生成的成绩单相互匹配。教师使用专门的课堂讨论评估工具审查这个成绩单以及课后的视频，每项成绩都直接链接到课堂录制的相应片段，这样教师可以轻松地回看每节课，并为学生提供评论和课堂分数。这种准确地评价为学生提供了有效的反馈。

教师给出个性化反馈并不意味着课程的结束，相反，教师会在ALF平台上围绕课堂的主题为每名学生进行一对一辅导，以弥补该学生的不足之处，这是小班化教学的独特之处，也是基于ALF平台个性化反馈的必然结果。一对一的课后教学会实现学生的个性化发展，这也是密涅瓦大学利用人工智能的特别之处。

二、密涅瓦大学人工智能课堂的特点

密涅瓦大学的人工智能课堂是教育领域的改革先锋，它凭借着高效性、精准性、独特性走在了网络智能化教学的前列。

(一)高效性

为了保证课堂的高效性，密涅瓦大学人工智能课堂ALF平台上所有的功能都非常具有实用性，只提供有助于教学的智能功能。ALF平台的设计原则为深入参与、加强关注、消除摩擦、促进合作、支持互连以及富有意义，所有智能化功能都紧紧围绕这些智能化教学的设计原则，都旨在提高课堂效率。[6]

首先，从课堂设计的功能上看， “分组讨论”系统是为了加强交流互动，“投票选择”机制的智能分析是为了增强对教学内容的理解，“屏幕协作”功能是为了方便师生的课堂合作。可以说，每一项教学功能都旨在提高课堂教学的效率。其次，从课前环节到课后环节，ALF平台都有智能化的管理功能，每一个步骤都是课堂高效运转的一部分。高效的课堂必须要科学的把控，教师利用“谈话时间”功能来提高课堂效率，这种工具是为了记录学生在课堂上发言时间的长短，当教师触发“谈话时间”功能时，每名学生的缩略图都会显示不同的颜色，表示该学生的发言时间相对于课堂上其他学生发言时间的长短。红色表示该学生发言时间明显长于其他学生，黄色表示该学生接近全部学生发言的平均时间，绿色表示该学生发言时间明显少于其他学生。教师以此来判断哪些学生还没有积极参与到课堂活动中，并且利用时间轴选出发言相对较少的学生，把他们放到屏幕中央来讨论某一话题，保证每名学生都可以深入地参与课堂教学活动。

(二)精准性

精准性是课堂教学的关键，教师可以利用“时间轴”工具把控课堂。教师的每个课程计划都会被分解成ALF平台可读的一系列活动格式，每一项活动下都有若干步骤。分组讨论、投票选择、屏幕协作等教学步骤都需要在规定时间内完成，教师只需轻松地点一个键就可调出时间轴，课堂教学的每一项活动都清楚地显示标题和时间指示器。如果教师在某一特定步骤上花费过多的时间，计时器就会从绿色变为橙色，然后变为红色，表示应该加快课堂节奏。“时间轴”工具可以轻松地让教师从头到尾看到课堂的情况并保持准时，让课堂教学变得张弛有度。

密涅瓦大学致力于培养学生四类核心能力，即创造性思维、批判性思维、有效交流以及有效互动。[7]因此，学校更加注重形成性评价，重点是评估学生在课堂讨论中的表现。在ALF平台上，教师可以对课堂时间数据、测验分数和其他可测量的信息进行深入了解，并且可以回顾以前课堂的视频，从而对学生个人表现的各个方面给出精准评价。教师针对学生所提供的信息都是形成性反馈，一般设有三种情境：一是在课堂讨论中，教师根据ALF平台自动生成的班级讨论文本记录测评学生的课堂表现；二是在日常学习中，教师对学生的课前准备和课堂表现进行每天两次的即时书面反馈；三是在课后作业中，教师通过对书面作业、视频作业和软件代码作业的批改进行全过程测评反馈。[8]所有的评价全是依据学生的具体表现。教师对每一名学生的评价都不一样，真正达到因材施教的目的。

(三)独特性

网络化的教学以其超越时空的独特性，在教育领域占据了重要位置。密涅瓦大学的ALF平台能够实现课堂教学中教师和学生的独特性。一方面，每一位教师都有自己独特的教学风格，传统的网络教学只能满足教师的讲授以及单一的师生互动，而ALF平台能够帮助教师完全掌控课堂教学，课堂讨论、投票选择、师生合作等功能都可以由教师自由选择，帮助教师充分展现教学才华。另一方面，每一名学生都有自己的独特性，智能化的教学更应该满足学生的个性发展。在ALF平台上，每一名学生的课堂表现可以被有效记录下来，师生可随时查看，这种个性化的反馈展现了ALF平台的独特性，有效帮助了学生自身的独特发展。同时，ALF平台最大程度上降低了智能技术的显著性，防止了技术功能对课堂教学的干扰，让每一位教师和学生都将注意力集中到课堂教学活动中。密涅瓦大学人工智能课堂把技术融入到教学中，真正实现了教育与人工智能的融合，体现了其独特性。

三、启示

美国密涅瓦大学在课堂教学方面很好地实现了教学与人工智能的融合，这种融合为未来教育的发展增添了浓墨重彩的一笔。教育部发布的《教育信息化2.0行动计划》中强调,“发挥技术优势，变革传统模式，推进新技术与教育教学的深度融合，真正实现从融合应用阶段迈入创新发展阶段，不仅实现常态化应用，更要达成全方位创新”。[9]对于我国高校来说，需要在人工智能的运作理念、技术开发、课堂互动、教学评价等方面进行思考，切实把人工智能技术融入到教育教学之中。

(一)树立先进的人工智能运作理念

人工智能技术方便教学的同时也会对教学产生不利影响，所以要建立先进的人工智能运作理念，把不利影响降到最低。在教育教学中，学习者是中心，教学者是关键，课程资源是核心，而平台和环境是基础，这些因素共同构成在线教育系统。[10]密涅瓦大学人工智能课堂技术平台是基于以学生为中心的理念，平台的运用和教师的教学都旨在以学生的发展为目的。高等教育人工智能化的发展都应以学生为中心，围绕教学的需要而构建。课堂教学的技术改革首先要建立在正确的理念之上，技术的引进都应以学生为本，以高效的课堂教学为目的，以此推进我国高等教育事业的发展。

(二)加大对人工智能技术的研究

智能平台的开发是进行网络教学的基础，学生数据的分析和互动更离不开技术的支持。密涅瓦大学的人工智能教学平台并非由第三方公司研发，而是由自己的科研团队针对教学实践需要而独立创制。高校要加大对开发人工智能技术的投入，结合教师和学生实际的课堂需求，研发人工智能教学平台，把课堂教学同智能网络技术结合起来，从而实现高效的教学活动。

(三)构造智能化课堂互动模式

目前，市场上的在线教育平台大都无法实现师生之间真实的互动体验，也无法提供让学生之间相互讨论的课堂环境。密涅瓦大学突破技术局限，不但实现了师生之间面对面的真实互动，而且也通过智能系统实现了学生之间的分组讨论，打造了真实的教学环境。高效的网络课堂教学关键在于真实，而真实的体验关键在于互动。各高校可以借鉴密涅瓦大学的经验，把有效的互动模式嵌入到智能学习平台中，让学生体验到生动活泼而且真实的课堂环境，实现高效课堂的教学目的。

(四)全面精准地评测学生表现

形成性评价注重对学习过程的指导，强调评价信息的及时反馈旨在通过经常性的测评提高学生的学习效果，并改进教师的教学水平。[11]形成性评价在评测学生成绩时应占较大比重，密涅瓦大学的ALF平台给予教师很大的帮助，教师可以看到学生课堂表现的任何细节，并将其作为教师评价学生的参考因素，不依赖于期末成绩就可以对学生进行全面精准地评价。研发智能化教学平台必须把教学评价作为其重要功能之一，学生各项课堂数据，如课堂讨论、课后作业、实践活动等环节的形成与记录都要智能化，以形成有效精准地评价，只有这样才会促进学生全面且个性的发展。