曾海 王竹青 邱崇光

摘要：人工智能在教育理論與實(shí)踐中的應(yīng)用研究成為教育升級(jí)的重要契入點(diǎn)，但它在教學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用多是經(jīng)驗(yàn)性的，缺乏系統(tǒng)性、完備性和擴(kuò)展性，應(yīng)用范例內(nèi)容多是散點(diǎn)狀分布，還沒形成明晰的體系和結(jié)構(gòu)化的應(yīng)用模型。該文基于系統(tǒng)論和“元認(rèn)知”理論，結(jié)合技術(shù)本質(zhì)的理論邏輯體系，提出“元模塊”概念，在此基礎(chǔ)上研究人工智能的五個(gè)元功能、六個(gè)元應(yīng)用及其基礎(chǔ)應(yīng)用體系，并應(yīng)用到教育基礎(chǔ)應(yīng)用和教育高端應(yīng)用模塊中。根據(jù)研究出的教學(xué)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想和路線圖框架下，構(gòu)建了基于元模塊法的人工智能教學(xué)應(yīng)用模型。元模塊方法及其建立的人工智能模塊化教學(xué)應(yīng)用模型具有靈活性、高效性、先進(jìn)性的優(yōu)勢(shì)，借此，展望了這種模型在賦能各教學(xué)環(huán)節(jié)、人工智能技術(shù)與教育的雙向整合、促進(jìn)受教育者全面發(fā)展等方面的理論價(jià)值和良好應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：人工智能；元模塊；元功能；元應(yīng)用；教學(xué)系統(tǒng)；教學(xué)模型

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

本文系廣東教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年粵港澳大灣區(qū)國(guó)際教育示范區(qū)建設(shè)專項(xiàng)“新技術(shù)賦能灣區(qū)鄉(xiāng)村教師協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展智慧生態(tài)的實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2020WQYB011）研究成果。

一、模塊化教學(xué)模型的需求和教學(xué)設(shè)計(jì)理論概覽

目前，人工智能在教育理論與實(shí)踐中應(yīng)用研究呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，成為教育升級(jí)的重要契入點(diǎn)。智能化學(xué)習(xí)環(huán)境助力了智能化教學(xué)策略的實(shí)施，展現(xiàn)了技術(shù)的先進(jìn)性。但人工智能在教學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用多處于經(jīng)驗(yàn)性探索階段，不利于人工智能技術(shù)在教育中的深入應(yīng)用。主要體現(xiàn)為：一是缺乏系統(tǒng)性。目前的應(yīng)用范例內(nèi)容多是專家經(jīng)驗(yàn)和教師應(yīng)用心得，在教學(xué)各領(lǐng)域中的應(yīng)用多是散點(diǎn)狀分布，沒有形成明晰體系，更沒有上升為結(jié)構(gòu)化的應(yīng)用模型。二是缺乏完備性。即不明確現(xiàn)有的應(yīng)用成果是否全面合理，是否有遺漏，是否有重復(fù)，也不知還有多少發(fā)展空間。三是缺乏擴(kuò)展性。具體應(yīng)用如發(fā)生變化或升級(jí)就需要把教學(xué)系統(tǒng)推倒重來，效率低下。總之，缺乏系統(tǒng)性的研究探索是很難實(shí)現(xiàn)有規(guī)模有效率的向深層次發(fā)展的。

本文基于系統(tǒng)論和“元認(rèn)知”概念和方法，結(jié)合技術(shù)本質(zhì)的理論邏輯體系，推導(dǎo)出人工智能的元功能、元應(yīng)用，并向教育領(lǐng)域的基礎(chǔ)應(yīng)用和高端應(yīng)用層面延伸，通過系統(tǒng)性和結(jié)構(gòu)化方法，實(shí)現(xiàn)模塊化方法搭建教學(xué)應(yīng)用模型的目的。作為構(gòu)建先進(jìn)教學(xué)模型的理論出發(fā)點(diǎn)，本文下面將對(duì)現(xiàn)有教學(xué)設(shè)計(jì)理論進(jìn)行全域概覽并條理化。

（一）教學(xué)系統(tǒng)的主要內(nèi)容

教學(xué)設(shè)計(jì)理論和方法都是針對(duì)教學(xué)系統(tǒng)的。為了將教學(xué)設(shè)計(jì)理論條理化，可以將教學(xué)系統(tǒng)主要內(nèi)容進(jìn)行分析，然后按主要內(nèi)容組織教學(xué)設(shè)計(jì)理論體系。我們認(rèn)為教學(xué)系統(tǒng)可抽象分為指導(dǎo)理論、學(xué)習(xí)者、教育技術(shù)、學(xué)習(xí)行為、信息資源、教學(xué)目標(biāo)等主要內(nèi)容，其間存在一定的相互作用，如圖1所示。

（二）現(xiàn)代教學(xué)設(shè)計(jì)理論的主要流派

教學(xué)設(shè)計(jì)是根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求和教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn)，將教學(xué)諸要素有序安排，確定合適的教學(xué)方案的設(shè)想和計(jì)劃。一般包括教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重難點(diǎn)、教學(xué)方法、教學(xué)步驟與時(shí)間分配等環(huán)節(jié)[1]。教學(xué)模式是在一定教學(xué)思想或教學(xué)理論指導(dǎo)下建立起來的較為穩(wěn)定的教學(xué)活動(dòng)結(jié)構(gòu)框架和活動(dòng)程序[2]。它是從宏觀上把握教學(xué)活動(dòng)整體及各要素之間內(nèi)部關(guān)系的一種穩(wěn)定狀態(tài)。以前述教學(xué)系統(tǒng)的主要內(nèi)容為核心，梳理出現(xiàn)代教學(xué)設(shè)計(jì)理論的主要流派。

1.理論本位。即教學(xué)設(shè)計(jì)理論的理論指導(dǎo)，主要包含基本學(xué)習(xí)理論和其他理論。學(xué)習(xí)理論主要有行為主義、認(rèn)知主義、人本主義、建構(gòu)主義、關(guān)聯(lián)主義等理論[3]。其他理論主要有復(fù)雜系統(tǒng)論、教育心理學(xué)理論、組織行為學(xué)理論等。

2.人本位。即教學(xué)設(shè)計(jì)理論的學(xué)習(xí)者，主要是指學(xué)習(xí)要因材施教，注重個(gè)性化，強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為中心，教學(xué)設(shè)計(jì)重視個(gè)性化發(fā)展[4]。

3.技術(shù)本位。即教學(xué)設(shè)計(jì)理論的教育技術(shù)應(yīng)用，主要包含技術(shù)工具化理論和技術(shù)整合理論。前者是由一系列的技術(shù)以各種工具形式的使用來實(shí)現(xiàn)，后者是由技術(shù)和所運(yùn)用系統(tǒng)的相應(yīng)改造和雙向整合來進(jìn)行。

4.知識(shí)本位。即教學(xué)設(shè)計(jì)理論的信息資源運(yùn)用，主要包含知識(shí)組織遷移理論和知識(shí)融合創(chuàng)新理論，是指面向知識(shí)，落實(shí)于資源，由對(duì)一系列包含知識(shí)的資源進(jìn)行遷移、交叉、融合等各種教學(xué)操作。

5.程序本位。即教學(xué)設(shè)立理論的學(xué)習(xí)行為，主要包含面向過程理論和面向?qū)ο罄碚?。前者是指教學(xué)由一系列行為有序組成，后者指教學(xué)是一系列對(duì)象的有序集成。

6.目標(biāo)本位。即教學(xué)設(shè)計(jì)理論的教學(xué)目標(biāo)，主要包含目標(biāo)教學(xué)設(shè)計(jì)理論和綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)理論。前者的核心概念是將教學(xué)目標(biāo)分割化和單元化，后者的核心概念是教學(xué)目標(biāo)整體化推進(jìn)，具有全局性優(yōu)勢(shì)。

綜上，教學(xué)設(shè)計(jì)理論的主要流派概況及關(guān)系表達(dá)如圖2所示。

人工智能技術(shù)的興起，教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段等都會(huì)發(fā)生重要變革，呼喚著教師全面提升教學(xué)設(shè)計(jì)能力和水平。根據(jù)人工智能對(duì)先進(jìn)性和適配性的要求，我們?cè)跇?gòu)建人工智能模塊化教學(xué)應(yīng)用模型時(shí)，可綜合教學(xué)設(shè)計(jì)理論主要流派的各自優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)和適合性進(jìn)行指導(dǎo)：以建構(gòu)主義和關(guān)聯(lián)主義學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，以學(xué)習(xí)者為中心落實(shí)人本位思想，力求實(shí)現(xiàn)教育與技術(shù)的雙向融合，支持知識(shí)的有效遷移、交叉和融合，采取面向?qū)ο蟮姆椒?，在目?biāo)牽引學(xué)習(xí)分析時(shí)實(shí)施綜合學(xué)習(xí)設(shè)立理論，實(shí)現(xiàn)有意義的綜合學(xué)習(xí)。因此，人工智能應(yīng)用于教學(xué)設(shè)計(jì)的模塊化思路就這樣可以確定下來。

二、人工智能技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)設(shè)計(jì)的模塊化思路

（一）教學(xué)設(shè)計(jì)的模塊化思路和原則

開放性、自組織性、復(fù)雜性，整體性、關(guān)聯(lián)性等是所有系統(tǒng)的共同的基本特征。模塊化設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是基于系統(tǒng)論，從整體出發(fā)研究系統(tǒng)整體和組成系統(tǒng)整體各要素的相互關(guān)系，從本質(zhì)上說明其結(jié)構(gòu)、功能、行為和動(dòng)態(tài)，以把握系統(tǒng)整體，達(dá)到最優(yōu)的目標(biāo)[5]。具體方法上，我們借用“元”的概念來實(shí)現(xiàn)模塊化。美國(guó)心理學(xué)家J·H·弗拉維爾（John H.Flavell）提出“元認(rèn)知”概念，認(rèn)為元認(rèn)知是指一個(gè)人所具有的關(guān)于自己思維活動(dòng)和學(xué)習(xí)活動(dòng)的認(rèn)知和監(jiān)控，其實(shí)質(zhì)就是對(duì)認(rèn)知的認(rèn)知，是認(rèn)知活動(dòng)的核心，在認(rèn)知活動(dòng)中起著重要作用[6]。美國(guó)著名技術(shù)思想家布萊恩·阿瑟（Brian Arthur）在《技術(shù)的本質(zhì)：技術(shù)是什么，它是如何進(jìn)化的？》中指出：“我們現(xiàn)在已經(jīng)為技術(shù)建立了一個(gè)共同的結(jié)構(gòu)，即它們是由零部件組成的組件系統(tǒng)或模塊。其中一部分形成了核心集合，其他部分行使支持功能，它們自己可能還有子集合和次級(jí)零部件”[7]。

我們以系統(tǒng)論和元認(rèn)知的主要概念和思想作為理論依據(jù)，結(jié)合技術(shù)本質(zhì)的理論邏輯體系，提出“元模塊”概念。元模塊是一個(gè)體系，包括元功能、元應(yīng)用和一系列逐步升級(jí)的應(yīng)用模塊。人工智能技術(shù)的元功能是技術(shù)中最基礎(chǔ)的技術(shù)，人工智能的元應(yīng)用是它的各種應(yīng)用中最基礎(chǔ)的應(yīng)用。經(jīng)分析研究，我們認(rèn)為這些元模塊具有如下“三性”：基礎(chǔ)性，是不可再分的；可組織性，可疊加、可多層次組合；開放性，是可升級(jí)可變化的。這些也是我們確定元模塊的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)抽象出元模塊的總原則是：模塊數(shù)量最小化，模塊覆蓋最大化。

（二）元模塊的體系構(gòu)建

1.各層次元模塊的確定。本文所指的人工智能技術(shù)主要是指由機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算、“互聯(lián)網(wǎng)+”和先進(jìn)算法等組成的技術(shù)支持和技術(shù)群的概念，它們都是以數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)三大資源為基礎(chǔ)的技術(shù)。

通過對(duì)人工智能技術(shù)的詳細(xì)分析，我們認(rèn)為人工智能技術(shù)的元功能是海量記憶、高速運(yùn)算、深入觀察、精確推理、深度學(xué)習(xí)。在此基礎(chǔ)上上升一個(gè)層次，元應(yīng)用是數(shù)據(jù)挖掘、模式識(shí)別、規(guī)律發(fā)現(xiàn)、最優(yōu)決策、知識(shí)開拓、智能創(chuàng)意[8]。其基礎(chǔ)應(yīng)用包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分類、識(shí)別圖像、聽辨音頻、觀看視頻、理解文字、語(yǔ)言翻譯、構(gòu)建模型、智能推送[9]。通過分析人工智能在教學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用，我們認(rèn)為人工智能在教育系統(tǒng)中的應(yīng)用分為兩個(gè)層次。教育基礎(chǔ)應(yīng)用層：教學(xué)教法、備課答疑、訓(xùn)練練習(xí)、考試考核、測(cè)量評(píng)價(jià)、教務(wù)管理、資源開發(fā)、制度法規(guī)、心理支持等。教育高端應(yīng)用層：教師助教、技能教練、學(xué)習(xí)伴侶、智能學(xué)習(xí)平臺(tái)、智能教學(xué)資源庫(kù)、智能閱卷測(cè)評(píng)、智能出題解題、智能備課、智能創(chuàng)作、心理輔導(dǎo)員、智能班主任、學(xué)習(xí)生態(tài)管理、人生學(xué)習(xí)規(guī)劃、游戲化學(xué)習(xí)陪伴、個(gè)人健康顧問、交流展示平臺(tái)等。它們都是符合以上分析中所說的“三性”檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和元模塊抽象原則的。

2.元模塊的體系構(gòu)建。元模塊體系包括人工智能技術(shù)的三個(gè)元模塊層次，加上對(duì)教育系統(tǒng)的兩個(gè)元模塊教育應(yīng)用層次，共五個(gè)層次，如圖3所示。此圖僅反映各元模塊的分類和五個(gè)層次的分布情況，它們之間不存在位置權(quán)重和隸屬關(guān)系。

3.元模塊體系的特征分析。該體系具有兩個(gè)特點(diǎn)：一是基礎(chǔ)性，它在每一個(gè)層次中都是最基礎(chǔ)的，這是對(duì)人工智能技術(shù)和教育系統(tǒng)細(xì)致分析的結(jié)果。二是時(shí)效性。它是一定時(shí)期下選出的，隨著技術(shù)進(jìn)步，關(guān)于人工智能的三個(gè)層次的模塊可能有變化。隨著對(duì)教育系統(tǒng)在信息化和數(shù)字化道路上的發(fā)展進(jìn)化，其對(duì)應(yīng)的兩個(gè)層次的模塊，也必然有新變化和新發(fā)展。

三、基于元模塊法構(gòu)建人工智能的教學(xué)應(yīng)用模型

（一）人工智能模塊化教學(xué)應(yīng)用模型構(gòu)建的總指導(dǎo)思想

模塊法構(gòu)建教學(xué)應(yīng)用模型的總指導(dǎo)思想是，通過元模塊法建立一套符合教育教學(xué)規(guī)律和融合人工智能技術(shù)的，簡(jiǎn)潔的、標(biāo)準(zhǔn)化的、易組合的人工智能技術(shù)教學(xué)應(yīng)用模型，它們是分層次的、可復(fù)制、可疊加、可升級(jí)的構(gòu)件，然后由它們拼裝起具有廣泛應(yīng)用價(jià)值的人工智能教學(xué)模型，這是模型設(shè)計(jì)的模塊化思路。其教學(xué)設(shè)計(jì)原則是：理論上重視：以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為主，關(guān)聯(lián)主義理論分支補(bǔ)充其中。人性上重視：以學(xué)習(xí)者為中心，實(shí)施個(gè)性化學(xué)習(xí)，追求因材施教。技術(shù)上重視：以技術(shù)整合理論為本，特別關(guān)注教育與技術(shù)雙向深度整合。資源上重視：知識(shí)的本位，注重知識(shí)的有效遷移、交叉融合，特別鼓勵(lì)探索與創(chuàng)新。行為上重視：程序本位，運(yùn)用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ瑢?duì)全過程行為進(jìn)行細(xì)致的學(xué)習(xí)分析。目標(biāo)上重視：以綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)理論為指導(dǎo)，其特點(diǎn)是面向完整任務(wù)，整合不同學(xué)習(xí)領(lǐng)域的目標(biāo)（陳述性或概念性領(lǐng)域，程序性或技能性領(lǐng)域，情感性或態(tài)度性領(lǐng)域），實(shí)現(xiàn)有意義的綜合學(xué)習(xí)過程。

（二）人工智能模塊化教學(xué)應(yīng)用模型構(gòu)建的路線圖

人工智能技術(shù)模塊化教學(xué)應(yīng)用模型的路線圖如下頁(yè)圖4所示，它是我們實(shí)施元模塊法構(gòu)建教育系統(tǒng)的總思路。為了使人工智能深入介入設(shè)計(jì)的教育系統(tǒng)模型，根據(jù)我們對(duì)智慧教育系統(tǒng)已有的研究成果，要求系統(tǒng)具有智慧教育“四自”原則（即自適應(yīng)、自組織、自激勵(lì)、自探索）的機(jī)制[10]，這在總的指導(dǎo)思想中也有體現(xiàn)。我們按照路線圖最終搭建起完整的適合教學(xué)應(yīng)用的系統(tǒng)模型。

（三）基于元模塊法構(gòu)建人工智能的教學(xué)應(yīng)用模型

現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育體系是在數(shù)字技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，數(shù)字流貫穿整個(gè)教育系統(tǒng)，它形成了數(shù)字流框架。這方面的研究成果已經(jīng)很多了，如姜強(qiáng)等詳細(xì)設(shè)計(jì)了支持自適應(yīng)特性的大型教育系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程[11]。人工智能背景下的智慧教育和智慧師訓(xùn)體系如果具有“四自”特性，數(shù)據(jù)流框架會(huì)復(fù)雜一些，但是功能也會(huì)更強(qiáng)加大。

按照前述指導(dǎo)思想，把人工智能的元模塊體系和數(shù)據(jù)流框架組織起來，就得到了基于元模塊法構(gòu)建人工智能技術(shù)下模塊化的教學(xué)應(yīng)用模型，如圖5所示。它符合人工智能技術(shù)模塊化教學(xué)應(yīng)用設(shè)計(jì)的總指導(dǎo)思想，它是多樣的、可變化的、可升級(jí)的、有可操作性，而且是標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)潔性、易組合的，它可支撐強(qiáng)大的系統(tǒng)功能，是可以有效地服務(wù)于智慧教學(xué)目標(biāo)。

四、元模塊法構(gòu)建的人工智能教學(xué)應(yīng)用模型的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（一）模塊化教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)具有靈活性

針對(duì)迅速進(jìn)步的在線教育，業(yè)界提出了“彈性教學(xué)”概念。黃榮懷提出了七個(gè)關(guān)鍵因素：流暢的通信平臺(tái)、適切的數(shù)字資源、便利的學(xué)習(xí)工具、多樣的學(xué)習(xí)方式、靈活的教學(xué)組織、有效的支持服務(wù)、密切的政企校協(xié)同[12]，這些因素可以實(shí)現(xiàn)不同的組合形式，如政府主導(dǎo)型、學(xué)校組織型和社會(huì)服務(wù)型，這些類型將在不同情境下靈活發(fā)揮作用，表現(xiàn)出高度的靈活性。

本文提出的元模塊法構(gòu)建的教學(xué)生態(tài)模式，就是實(shí)現(xiàn)這個(gè)彈性教學(xué)思想的具體途徑。模塊化方法可以方便的組合出各種教學(xué)類型的五個(gè)關(guān)鍵要素：彈性的時(shí)間安排、靈活的學(xué)習(xí)地點(diǎn)、重構(gòu)的學(xué)習(xí)內(nèi)容、多樣的學(xué)習(xí)方法、多維的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。還有相應(yīng)的五個(gè)輔助要素：適合的學(xué)習(xí)資源、便利的學(xué)習(xí)空間、合理的技術(shù)運(yùn)用、有效地學(xué)習(xí)支持、異質(zhì)的學(xué)習(xí)伙伴。這“五主五輔”要素就實(shí)現(xiàn)了教學(xué)系統(tǒng)靈活性。

（二）模塊化教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)具有高效性

我們?yōu)槿斯ぶ悄芗夹g(shù)建立了一個(gè)模塊化的結(jié)構(gòu)，它是由一系列的元功能和元應(yīng)用組成，它可以按照需要被集合和組成一些功能性的集團(tuán)，這些功能集團(tuán)是相對(duì)穩(wěn)定的，可以用來完成既定的教學(xué)任務(wù)。布萊恩·阿瑟（Brian Arthur）認(rèn)為“將技術(shù)的構(gòu)件模塊化可以更好地預(yù)防不可知的變動(dòng)，同時(shí)還簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過程”[13]。由于簡(jiǎn)化了變動(dòng)設(shè)計(jì)后的復(fù)雜重組過程，設(shè)計(jì)者就獲得更大的使用靈活性，就更容易讓它們互相組合，以不同的角色共同服務(wù)于一個(gè)整體目標(biāo)，這體現(xiàn)了高效性。模塊化簡(jiǎn)化了智慧教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，當(dāng)模塊被反復(fù)利用并且使用的次數(shù)足夠多的時(shí)候，更加覺得模塊法的方便、高效和低成本。

（三）模塊化教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)具有先進(jìn)性

根據(jù)科技部新一代人工智能發(fā)展研究中心發(fā)布《智能教育創(chuàng)新應(yīng)用發(fā)展報(bào)告》[14]，我們定性的畫出元功能的技術(shù)成熟度和技術(shù)適配性對(duì)人工智能教學(xué)應(yīng)用影響的定性規(guī)律，以教育基礎(chǔ)應(yīng)用為例，畫出表現(xiàn)其發(fā)生發(fā)展的示意圖，如圖6所示。人工智能技術(shù)是高速進(jìn)步的先進(jìn)技術(shù)，其技術(shù)適配性和技術(shù)成熟度必然迅速提高，由其抽象出的元功能也必然高速進(jìn)步，依托這些快速進(jìn)步的元功能，元模塊構(gòu)建的智能教學(xué)模型和其各種應(yīng)用必然也具有進(jìn)步性。

五、元模塊法應(yīng)用于教學(xué)系統(tǒng)的理論價(jià)值和實(shí)踐探索

（一）元模塊法構(gòu)建人工智能教學(xué)應(yīng)用模型的理論價(jià)值

1.促進(jìn)了結(jié)構(gòu)化教學(xué)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展。用元模塊法進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，由于元模塊的獨(dú)立性和分層次設(shè)計(jì)，使得它形成的教學(xué)系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)化的，只需各種模塊的重新組合和適當(dāng)增減，就可以組成新的系統(tǒng)，系統(tǒng)的適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性肯定上了一個(gè)新的臺(tái)階，結(jié)構(gòu)化教學(xué)設(shè)計(jì)理論在其中必然誕生和發(fā)展。

2.促進(jìn)了模塊化大型教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展。元模塊方法構(gòu)建的智能化的學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)直觀地對(duì)應(yīng)程序設(shè)計(jì)的各種各層的“對(duì)象”，便于大型程序的設(shè)計(jì)、開發(fā)和調(diào)試。這種實(shí)踐必然同時(shí)推動(dòng)了大型程序設(shè)計(jì)理論發(fā)展。

（二）元模塊法構(gòu)建人工智能教學(xué)應(yīng)用模型的技術(shù)價(jià)值

1.直接反映人工智能技術(shù)如何賦能各教學(xué)環(huán)節(jié)。教育技術(shù)發(fā)展到今天，特別強(qiáng)調(diào)技術(shù)向教學(xué)系統(tǒng)賦能。元模塊化方法根據(jù)不同的教學(xué)目的，組裝適應(yīng)各種教學(xué)目的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，直接揭示出如何向教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)賦能，明確了向哪里賦能，賦哪些具體的“能”。促進(jìn)了人工智能向教學(xué)備課、教學(xué)講授、練習(xí)訓(xùn)練、測(cè)試考評(píng)、教學(xué)管理、人文培養(yǎng)等方面的升級(jí)應(yīng)用。

2.有力促進(jìn)了人工智能與教學(xué)系統(tǒng)雙向整合。教育技術(shù)界存在一個(gè)著名的喬布斯之問，它質(zhì)疑信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用效果。元應(yīng)用模塊法可以從根本上促進(jìn)了技術(shù)與教育的雙向整合，不同方式組合的技術(shù)模塊可以隨時(shí)方便地進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用調(diào)整，使技術(shù)與教育從應(yīng)用性整合、工具性整合、單方面的整合，發(fā)展為融合性的整合、交互式的整合、雙向的整合。

（三）元模塊法在智慧教學(xué)中的實(shí)踐探索

根據(jù)《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》部署，廣州市廣播電視大學(xué)參與廣州市的“智慧培訓(xùn)工程”和“協(xié)同創(chuàng)新工程”。智慧培訓(xùn)工程依托廣州市級(jí)教師發(fā)展中心建設(shè)和教師信息技術(shù)提升2.0工程，充分融合新技術(shù)、新媒體和新網(wǎng)絡(luò)，旨在創(chuàng)建了一個(gè)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、具有示范意義的泛在教師智慧研訓(xùn)空間，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育教學(xué)資源共建、共用、共享，形成“互聯(lián)互通”的智慧師訓(xùn)學(xué)習(xí)生態(tài)，打造教師協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展的長(zhǎng)效機(jī)制[15]。

廣州市中小學(xué)教師繼續(xù)教育網(wǎng)服務(wù)于廣州市的教師培訓(xùn)和專業(yè)成長(zhǎng)，為適應(yīng)業(yè)務(wù)高速增長(zhǎng)的實(shí)際情況以及未來發(fā)展規(guī)劃，充分利用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)，將“廣州市中小學(xué)教師繼續(xù)教育網(wǎng)”升級(jí)為“廣州市中小學(xué)教師繼續(xù)教育網(wǎng)云”，打造智慧培訓(xùn)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)[16]。教師通過智慧師訓(xùn)學(xué)習(xí)生態(tài)實(shí)現(xiàn)基于元功能和元應(yīng)用基礎(chǔ)上的教育基礎(chǔ)應(yīng)用的模塊（如教學(xué)教法、備課答疑、訓(xùn)練練習(xí)等），改革教學(xué)模型，創(chuàng)新教法實(shí)踐，例如翻轉(zhuǎn)課堂就是針對(duì)教學(xué)教法的創(chuàng)新性改革模式。通過智能學(xué)習(xí)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)研修社區(qū)、名師工作坊等搭建教學(xué)教法、備課答疑、資源開發(fā)的共享、共建，通過智能備課平臺(tái)、智能交流研修平臺(tái)、名師面對(duì)面平臺(tái)，幫助教師從“教學(xué)新手”成長(zhǎng)為“技術(shù)熟練者”。

基于人工智能在數(shù)據(jù)發(fā)掘、規(guī)律發(fā)現(xiàn)、知識(shí)開拓等方面的元應(yīng)用，可高效實(shí)現(xiàn)師生的訓(xùn)練練習(xí)、考試考核、測(cè)量評(píng)價(jià)等模塊，形成可隨時(shí)提取更新的智能化題庫(kù)，可以完成滿足學(xué)生個(gè)體的有針對(duì)性的考試考核，搭建起智能測(cè)評(píng)評(píng)價(jià)體系?！爸腔壅n室”通過對(duì)課堂教學(xué)活動(dòng)，包括語(yǔ)音、圖像、交互等行為進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)提取和分析，形成教師課堂教學(xué)分析報(bào)告，為教師進(jìn)行教學(xué)反思和教研分析提供數(shù)據(jù)支持，幫助教師成為“教學(xué)反思者”，有利于教師專業(yè)發(fā)展。中小學(xué)學(xué)?？衫迷獞?yīng)用的最優(yōu)決策、智能創(chuàng)意、模式識(shí)別等實(shí)現(xiàn)學(xué)校的教務(wù)管理智能化、制度法規(guī)民主、有效和高效，推進(jìn)了智能化校園的建設(shè)。

理論分析和我們的教學(xué)實(shí)踐都表明；這種結(jié)構(gòu)化應(yīng)用模型在人工智能賦能各教學(xué)環(huán)節(jié)、人工智能技術(shù)與教育的雙向整合、促進(jìn)受教育者全面發(fā)展等方面都有良好的運(yùn)用前景。由于人工智能在教學(xué)中的應(yīng)用正在飛速的發(fā)展，新的運(yùn)用思想，新的運(yùn)用模式，新的運(yùn)用工具層出不窮，要求相應(yīng)的教學(xué)環(huán)境和教學(xué)平臺(tái)必須不斷的調(diào)整和升級(jí)跟進(jìn)。元模塊法構(gòu)建的教學(xué)模型具有靈活的可組裝性，可以用較低的成本實(shí)現(xiàn)不斷地升級(jí)更新，因此它在更新速度十分迅速的人工智能教育應(yīng)用和教師繼續(xù)教育中，都具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1][2] 李朝輝.教學(xué)論[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[3][4] 田陽(yáng)，紀(jì)河.基于教育場(chǎng)域的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境探究[J].中國(guó)電化教育，2019，（4）：36-43.

[5] 蕭浩輝.決策科學(xué)辭典[M].北京：人民出版社，1995.

[6] 陳會(huì)昌，龐麗娟等.中國(guó)學(xué)前教育百科全書（心理發(fā)展卷）[M].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)出版社，1994.

[7][13] 布萊恩·阿瑟.技術(shù)的本質(zhì)：技術(shù)是什么，它是如何變化的？[M].杭州：浙江人民出版社，2017.

[8] 湯曉鷗，陳玉琨.人工智能基礎(chǔ)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2018.

[9] [美] 史蒂芬·盧奇，丹尼·科佩克，人工智能[M].北京：人民郵電出版社，2018.

[10][15] 曾海，李嬌兒等.智慧師訓(xùn)——基于新一代信息技術(shù)的教師專業(yè)發(fā)展新生態(tài)[J].中國(guó)電化教育，2019，（12）：116-122.

[11] 姜強(qiáng)，趙蔚.基于大數(shù)據(jù)的個(gè)性化自適應(yīng)在線學(xué)習(xí)分析模型及實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)電化教育，2015，（1）：11-13.

[12] 黃榮懷，汪燕等.未來教育之教學(xué)新形態(tài)：彈性教學(xué)與主動(dòng)學(xué)習(xí)[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育，2020，（5）：3-14.

[14] 科技部.智能教育創(chuàng)新應(yīng)用發(fā)展報(bào)告[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2019， （10）：7

[16] 曾海，洪亞楠等.由“個(gè)體”到“協(xié)同”探索與建構(gòu)混合式研修“廣州模式”新生態(tài)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2018.

作者簡(jiǎn)介：

曾海：副教授，碩士，研究方向?yàn)檫h(yuǎn)程教育、教育信息化、教師繼續(xù)教育。

王竹青：副教授，碩士，研究方向?yàn)榻處煂I(yè)化發(fā)展、遠(yuǎn)程教育。

邱崇光：教授，研究方向?yàn)榻逃夹g(shù)、教師繼續(xù)教育。

A Study on Building a Model of Artificial Intelligence Teaching Application Based on Metamodule Method

Zeng Hai， Wang Zhuqing， Qiu Chongguang（College of Teacher Education， Guangzhou Open University， Guangzhou 510091， Guangdong）

Abstract： Research on the application of artificial intelligence in education theory and practice has become an important element for education upgrading. However， its application in the teaching system is mostly empirical and lacks systematicity， completeness and extensibility. The content of its application examples is mostly scattered and not yet a clear system and structured application model. This paper proposes the concept of “Meta-module” based on Systematic Theory and “Metacognition” Theory， combined with the theoretical logic system of the nature of technology. On the basis of “Meta-module”， this paper studies five meta-functions and six meta-applications of AI and its basic application system， and apply them to the basic application and the high-end application modules in education. Under the guidance of the teaching design idea derived from the research， an artificial intelligence teaching application model based on Meta-module Method is constructed. The Meta-module Method and its Artificial Intelligence Modular Teaching Application Model have the advantages of flexibility， efficiency and advancement. This paper has looked forward to the theoretical value and good application prospect of this model in the aspects of empowering various teaching links， the two-way integration of AI technology and education， and promoting the all-round development of the educated.

Keywords： Artificial Intelligence； meta-module； meta-function； meta-application； teaching system； teaching model

收稿日期：2021年9月27日

責(zé)任編輯：邢西深