工业革命4.0背景下学校教育的时空变革

张弛斌

（沈阳师范大学教育科学学院，辽宁沈阳 110034）

工业革命4.0 正在引领人类社会进入一个崭新的时代。“第四次工业革命无论在发生速度、涉及规模还是冲击力度上，都将远超前三次技术革命。”在加速变革的社会背景下［1］，如何更新学校系统以使学生掌握应对未来社会工作的技能，成为当前社会的迫切需求［2］。基于时空的维度勾勒学校教育的未来情景可以在整体上把握不同新兴技术之间的联系以及它们对教育界的相互作用与共同影响，有利于厘清学校教育未来发展的逻辑路向与实践样态，以期为实现学校教育的根本性变革提供有价值的参考。

一、时空分化

（一）人工智能主导教学时空

从基本教学环节进行分析，学校教育有望实现由人类教师的“教”转向人工智能的“教”。在备课方面，通过将海量的网络信息进行有效整合与转化，人工智能可以突破人师的认知局限，获取定制化的优质教学资源，生成融合多学科智慧的教学策略及方法。在上课方面，基于智能感知，人工智能可实现以线性、多事件的方式，全面掌握学生的学习状态，及时进行教学干预；基于学生画像，人工智能可以呈现不同类型的媒体资源，提供个性化的交互体验；基于“类人”艺术化外形和“类师”教学化表现，AI 教学机器人有助于增强学生学习动力，提升学生学习投入以及行为参与度［3］。在作业布置与评估方面，人工智能可以根据不同学生的认知水平、学习能力，制订个性化的学习方案；同时，人工智能在批改稳定性和批改速度方面较人类教师更胜一筹，可以更加高质高效地完成作业批阅任务，提供具有针对性的个性化评价。在课外辅导方面，人工智能以其虚拟化、轻量化的时空优越性可以为学生追踪、记录学习全过程，提供全时空的个性化教学辅导。

随着科技的指数级变革，智能产品将广泛应用于教学时空的各个环节，极大地推动了人类教师的时空解放，促使其由台上转至台下、台前转向幕后，开始承担诸如教学设计、资源开发等更具创造性的教学工作，不断为教学时空注入新的活力。未来，教学时空将愈发呈现出综合性、复杂性特征，朝着更具专业化、多元化的方向迈进。

（二）人类教师引领育人时空

人工智能的出现有望解放传统学校教育的“时空领土”，实现育人时空的生命回归。在时间之维上，人工智能将促进教育者“生物钟”的去机械化，使人类教师摆脱钟表时间的掌控，教育者不再以线性、单事项事件的方式来处理教学任务，而是以非线性、多事项事件的方式全面关注学生的情感体验、德行培养以及高阶思维与能力的提升；不再埋头于以往单调、重复、烦琐的日常工作，而是面向于终身学习，紧跟时代发展的步伐，把握学生的时代特征，深入学生的生命成长。在空间之维上，人工智能将推动“教育舞台”的去中心化，教师不再以单调的黑板为背景，束缚于有限的三尺讲台之上，而是走下“高阁”，拉近与学生之间的距离，走进学生的内心，实现育人时空的生命关照；不再是讲台中心的权威，而是成为教育活动的组织者、引导者、服务者，在课堂与户外、自然与社会、现实与虚拟等多元情境中开展丰富的学习活动，与学生一道共同探寻生命的价值与意义。育人时空的构建将使教育回归人与人之间的交往与对话之中，实现师生之间思想观念与情感体验的充分触碰与交融，致力于破解育人难题，彰显人之所以为人的生命特征，弘扬人的内在价值。

此外，基于教育大数据与学生的过去、当下深度联结，育人时空将得以全面了解、掌握学生的个性特征，识别、表征学习者的情感状态，及时获取学生潜在的情感问题。同时，智能体可帮助教育者获得更有效的育人方法和策略，更好地化解学生成长过程中的烦恼与阻碍。未来的教育者将实现人类智能与人工智能的感知觉与经验的有机融合，以更加完善的信息素养突破生命时空的局限性，达成育人时空的赋能与再造。

二、时空迁移

（一）自主学习时空

建立以学生为中心的教与学模式，是成为未来教育所关注的重点之一。基于自适应系统所构建的智慧学习环境可有效增强学生对过去的关注力、未来的规划力以及当下的行动力，有助于提升学生的元认知水平，激发学生的学习动机，不断优化自身学习行为。技术之力将从过去、当下与未来的三维时间中帮助学习者掌握学习的主动权，推动形成以个性化为基础的不受时空限制的自主学习时空。

“过去之维”以大数据为基础，聚焦于学生最近发展区的现有学习水平。通过记录学习者的既往学习行为及其结果，深度挖掘、分析学习者历史数据的深层意义，“过去之维”将生成学习者现有的知识基础、认知风格、兴趣偏好、学习需求等一系列个性化特征，为学习者在原有知识基础上进行自我建构提供起点支持，有利于提高学习者的元认知能力，解决“我在哪”的问题。“未来之维”以知识图谱为基础，聚焦于学生可能的发展水平。通过重构知识之间的联接，“未来之维”可将海量无序的信息资源有效组织为各学科的知识体系，并且以可视化的形式呈现学习者的学习进展与知识的掌握程度，通过在后续知识与先前知识之间建立关联以发挥脚手架的作用，帮助其自主设计学习内容，细致规划学习路径，明确学习目标，解决“去哪里”的问题。“当下之维”以智能交互为基础，帮助学习者达成对其最近发展区的超越。一方面，为学习者动态生成个性化知识序列，自动匹配不同风格的媒体资源，实现投其所好、供其所需，有效增强和维持学生的学习动力。另一方面，及时调节和修正学习进程，提供个性化的学习指导与评价，做到取其所长、补其所短，促进学习者不断总结、反思与进步。作为过去与未来的中心，“当下之维”为学习者实时呈现量身定制的学习服务，解决“怎么去”的问题。

值得注意的是，尽管智能技术为自主学习时空的构建提供了强大的外在条件，但如何提升学生自主学习的能力更为关键。随着教师角色的转变，教师要学会设计营造自主学习的氛围，积极培养学生自主学习的意识、态度、方法等，使学生掌握终身学习必备的核心素养。只有通过内在与外在的双重驱动，达成人与科技的有机融合，才能有望建立以学生为中心的学校教育体系，助力打造“学在生府”的新格局。

（二）社群学习时空

与传统课堂教学的单向传递不同，社群学习可促进所有成员调整状态、共享情绪、形成共鸣，并且在学习过程中形成一个个焦点事件，吸引每个成员全身心投入其中，有助于学生的深度参与［4］。基于对学生行动权和话语权的充分保障，社群学习可帮助学生回归到人与人之间的交往与对话之中，使其在共同体的实践活动中参与知识建构。社群学习时空以共同体的共时性为主要特征，强调学习者在一定社会关系之中的交互作用，新一轮工业革命所打造的智能学习环境通过建立高效协作的学习网络以面对面学习、远程学习以及同步和异步互动等多种方式弥补学生在学习过程中的伙伴缺失，实现人际网络的共建、知识网络的共创以及知识的创生与流动，极大助力社群学习时空的智能构建。

在人工智能技术的支持下，师生与学习空间各要素共同参与构建智能化的协作学习环境，学生可以共同的需求、兴趣为纽带，以共同参与的问题、活动、课题为中心，自主选择或基于学生模型匹配与其学习特征相近或互补的人际资源，获取智能推送的社群学习内容，从而实现人际交互与资源分享。

在协同共建的社群人际网络中，学生围绕共同目标展开充分交流与讨论，深度参与学习进程，共创动态、开放的知识建构网络，营造出多层次（一对一、一对多、多对多）、全方位（人与人、人与物、物与物）的交互过程。同时，社群学习网络可以动态感知社会性互动的认知困境与情感分歧，为学生生成丰富多样的视点，提供有针对性的指导建议，确保高质量的交互体验。

社群学习时空中“人—机—学习资源”的深度交融将使学习内容渗透、绵延于个体内部的认知神经网络、概念网络以及外部/社会网络之中，促进学生完成知识的创新与生成。同时，知识创生的成果又融于学习网络之中，实现生成性资源的共建共享，达成群体智慧的交融共生。学生与社群学习网络之间进行双向动态建构，最终将推动“网络扩展与优化以及持续的知识创新”［5］。

三、时空融合

工业革命4.0 正在推动学校教育时空从封闭走向开放，突破由班级、年级、课时、课表所构成的时空边界，构建出更具个性化、人性化的物理时空，营造出更加自由、舒适的学习环境；打破学校教育的围墙，以开放的样态存在，与社会建立起广泛链接，提供面向全时空的教育服务，实现无边界学习。同时，学校教育还将从虚实分离走向虚实融合，有效解决信息过载所导致学生的认知负荷，融通因电子屏幕所切断的虚拟与现实之间的联系，促进学生学习体验与现实生活的“接轨”，改善学生学习能力与虚拟时空体系的失衡现象，使学校教育呈现出无限可能之样态，实现学习无边界。学校教育将为学生创造更多探索、创造、交流、协作的机会。

（一）无边界学习

第一，人工智能的出现将促使学校教育由以往教师的单核主构转向为人工智能的分布式建构，这将打破学校内部的时空边界，推动形成多样化、灵活的学习方式，凸显学校教育的时空灵活性。在时间之维上，工厂模式的衰败将迫使学校教育以农业的方式培养人，学生可以根据自身认知水平、学习能力，获取按需推送的学习内容，进行自定步调的个性化学习，拥有更多的“个人时间”；同时，关于高阶思维和综合能力的培养也意味着更多社会交互、协作学习的发生，进而推动“群体时间”的多元发展。在空间之维上，考虑到物理空间的有限性，必须加强空间资源的流动以达成学习空间的优化，使得学校教育既为个人而建，又为群体而建。为此，学校的教学设施将以自由组合的样态呈现，实现开放与区隔相统一，支持不同功能区的相互转化。同时，因个性化的学习方式所导致的学习进度的差异意味着学生年龄结构的多样化，这将催生出混龄教育，打破以往年级和班级所构成的时空边界，使得不同生活背景的人聚集在一起，推动雏形社会的构建，深入贯彻“学校即社会”的教育理念。

第二，学校教育将进一步突破时空边界，通过融合线上教学与线下教育，提供全时空的教学服务，满足学习者终身学习的需要。云端一体化的构想将提供丰富的时空接口，打造无边界的教育网络，为学生按需推送个性化学习内容、认知工具、人际资源、活动建议等，使学生可以在任何时间任何地点利用多设备进行无边界学习。这将有效支持社会实践、参观考察、自然体验、研学旅行等多种学习活动的开展，促使教育场域进一步开放。技术赋能学校教育将打造融合横纵贯通的泛在教育体系，面向生命成长的各个阶段，面向职业发展的各个方向，极大推动终身学习体系以及学习型社会的构建。学校教育作为未来教育的主阵地将扮演重塑社会结构的重要角色。

（二）学习无边界

以XR、数字孪生、全息投影为代表的视觉技术正在接续第三次工业革命的未竟之业，通过营造多感官、沉浸式的时空体验，新兴技术可打通虚拟与现实的界限，以现实又超越现实的时空接口创生出无限可能的教育世界，促使学校教育从虚实分离走向虚实融合，达成“学习无边界”。基于波普尔“三个世界”理论的启示，这种全新的时空体验主要表现在三个方面。

一是复原物理世界。虚实融合的育人场域可以实现对物理世界的高度仿造，为学生营造出身临其境的逼真体验，诸如再现宏大震撼的历史场景，复原远古的生态系统。除此之外，在虚拟场景中还能动态再现物理时空的人与物，达成现实世界与虚拟世界的精准映射，这意味着优质的教育资源能以虚拟的形式在现实课堂中清晰呈现，分布式虚拟现实在线教学也将得以广泛开展。二是创生精神世界。虚拟场景为学生创生个性化的精神世界提供了无限可能。学生既可以在虚拟场景中创建自己的虚拟化身，自由表达主观意义上的知识与思想，细腻表现内心世界的情感与态度；也可以主动参与叙事，创设高度自由的教育情境。学生在虚拟场景中深度体验创造与生成的自由，这将帮助其探索自身精神世界，增强他人对自身的感知与理解。三是表征观念世界。新兴技术颠覆了以往观念世界的打开方式，营造出立体化、具象化、可具身操控的动态体验。置身于虚拟场景中，学生可以实现对具体知识点的多样操控、抽象概念的立体展示以及学科原理的动态呈现等。这将有助于实现学生身心与观念世界的充分交融，极大激发学生的求知欲，促进学生对于知识文化的理解、掌握与创新。

四、结语

我国正处于工业社会的转型期，随着人口红利逐渐消失，自动化革命不断加快，我国制造业正面临着重回西方的挑战。而目前我国教育仍处在追求效率至上的应试教育窠臼之中，功利主义凸显，创新人才匮乏，教育亟待变革。而变革，不能仅仅依赖技术与教育的有机结合，更需要教育系统内外的通力合作，只有集结多方智慧，进行大刀阔斧的合理改革，方能破解当前中国教育所处的困局。