方海光 孔新梅 劉慧薇 王顯闖

[摘?要]?隨著 ChaGPT 和大模型所代表的強(qiáng)人工智能技術(shù)驅(qū)動力的增強(qiáng)，中小學(xué)數(shù)字化課堂邁入人機(jī)協(xié)同教育智能觀的里程碑階段，教師可以把部分課堂活動交給機(jī)器教師獨(dú)立完成，而人類教師處于監(jiān)督活動過程的狀態(tài)，從而形成了人機(jī)協(xié)同教育的復(fù)雜系統(tǒng)。如何厘清人和機(jī)主體之間背后的協(xié)同邏輯是人機(jī)協(xié)同教育中面臨的新問題。首先，本研究基于共生理論的三要素，分析了人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)的共生單元、共生模式和共生環(huán)境，然后根據(jù)協(xié)同任務(wù)的難易程度構(gòu)建了人類教師與機(jī)器教師主體的合作博弈模型;其次，基于四個(gè)代表性變量值的變化，從合作博弈的角度探討了六種人類教師和機(jī)器教師協(xié)同共生模式，從而為人機(jī)協(xié)同課堂教學(xué)設(shè)計(jì)提供了優(yōu)化策略選擇。最后，本研究選取某市基地學(xué)校小學(xué)三年級人機(jī)協(xié)同英語課中的一段場景，來分析人類教師和機(jī)器教師的博弈過程和結(jié)果，實(shí)踐案例表明該合作博弈模型可優(yōu)化教學(xué)策略，從而為人類教師和機(jī)器教師協(xié)同開展教學(xué)提供理論和實(shí)踐參考。

[關(guān)鍵詞]?人機(jī)協(xié)同教育; 共生理論; 合作博弈; 人類教師; 機(jī)器教師

[中圖分類號] G434?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡介]?方海光（1975—），男，遼寧沈陽人。教授，博士，主要從事人工智能教育、教育大數(shù)據(jù)研究。E-mail：fanghg2013@163.com。

一、引??言

人工智能教育發(fā)展進(jìn)入人機(jī)協(xié)同教育新階段，這將成為未來教育教學(xué)的新常態(tài)，人工智能與人類共生的學(xué)習(xí)環(huán)境充滿了賦能的可能性。聯(lián)合國教科文組織發(fā)布的報(bào)告《教育中的人工智能：可持續(xù)發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)》中提到的“開展人機(jī)協(xié)同教學(xué)，支持人機(jī)協(xié)作學(xué)習(xí)”引起很大關(guān)注。已有研究主要從人機(jī)分工和人機(jī)關(guān)系的理論層面來分析人機(jī)之間的協(xié)同合作，但是存在諸多影響因素的具體實(shí)際場景中人類和機(jī)器到底如何協(xié)同合作成為核心問題。而共生是指在一定條件的共生環(huán)境中共生單元的主體間按照某種共生模式聯(lián)系在一起，形成相互聯(lián)系、協(xié)同生存的關(guān)系。為此，本研究基于共生理論來分析復(fù)雜的人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，從合作博弈的視角來探討人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)中共生環(huán)境對共生主體產(chǎn)生的影響，從而形成不同的共生模式，即人和機(jī)兩個(gè)主體之間如何協(xié)同分工完成教學(xué)任務(wù)。

二、文獻(xiàn)綜述

人工智能時(shí)代的人機(jī)協(xié)同融合了人工智能機(jī)器的邏輯和人類的意識，二者的融合影響著教育的過程和結(jié)果，許多國家正在大力投資教學(xué)技術(shù)來影響教學(xué)過程。最近幾年來，人機(jī)協(xié)同教育的研究逐漸開展，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，人機(jī)協(xié)同成為人工智能時(shí)代促進(jìn)教與學(xué)方式變革和探索學(xué)習(xí)發(fā)生機(jī)制的理念基礎(chǔ)。有研究者認(rèn)為，人機(jī)協(xié)同教育理論基礎(chǔ)主要包含協(xié)同理論、分布式認(rèn)知理論、信息加工理論和具身認(rèn)知理論，人機(jī)協(xié)同教育是一個(gè)系統(tǒng)化、知識分布加工及共享和自組織有序發(fā)展的協(xié)同過程。也有諸多研究者探索了人機(jī)協(xié)同變革的教學(xué)模式，如“人機(jī)協(xié)同+雙師課堂”教學(xué)模式、“人機(jī)協(xié)同+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式、“人機(jī)協(xié)同+混合式”教學(xué)模式、“人機(jī)協(xié)同+精準(zhǔn)”教學(xué)模式、“多模態(tài)+人機(jī)協(xié)同”教學(xué)模式等。第二，智能技術(shù)支持的人機(jī)協(xié)同教育重塑師生教與學(xué)樣態(tài)。根據(jù)不同角色分工來看，在教師和機(jī)器共同主導(dǎo)的課堂教學(xué)中，機(jī)器解決程序化的問題，教師解決非結(jié)構(gòu)化、非程序化的問題，學(xué)生和機(jī)器結(jié)合成學(xué)習(xí)共同體，協(xié)同完成學(xué)習(xí)任務(wù)，達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)，教育管理者和人工智能相互協(xié)同和相互補(bǔ)充，并且教育管理者離不開人工智能的支持和配合。在人機(jī)協(xié)同教育背景下，人類發(fā)展需求的智能結(jié)構(gòu)也隨之提出新的挑戰(zhàn)，如有研究提出人機(jī)協(xié)同智能層級結(jié)構(gòu)模型，也有學(xué)者認(rèn)為教育人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)存在三類教育智能，還有研究提出三角動態(tài)的認(rèn)知智能、情感智能和志趣智能。第三，技術(shù)賦能智慧教育促進(jìn)人機(jī)協(xié)同的設(shè)計(jì)實(shí)踐。從應(yīng)用場景來看，教師端人機(jī)協(xié)同應(yīng)支持整體化的教學(xué)設(shè)計(jì)、智能測評等以及學(xué)生端的人機(jī)協(xié)同來輔助學(xué)生語言、閱讀、編程、寫作學(xué)習(xí)等;在實(shí)踐路徑方面，有研究提出人機(jī)共管、人機(jī)共教、人機(jī)共學(xué)和人機(jī)共評的人機(jī)協(xié)同為學(xué)生的獲得感實(shí)現(xiàn)全方位路徑，實(shí)現(xiàn)主體行為協(xié)同化，協(xié)同成為智慧教育需要的學(xué)習(xí)策略。

人機(jī)協(xié)同教育教學(xué)中強(qiáng)調(diào)教師與人工智能機(jī)器主體之間的關(guān)系和合作模式，教師可以把部分課堂活動交給機(jī)器教師獨(dú)立完成，而教師處于監(jiān)督活動過程的狀態(tài)。從人機(jī)協(xié)同實(shí)踐路徑來看，有研究從人與機(jī)之間的關(guān)系角度提出人機(jī)協(xié)同的實(shí)踐主要包括兩條路徑：一是模仿人與人之間的協(xié)同，即機(jī)器有同人類一般的認(rèn)知和思考;二是人類和機(jī)器二者的能力是不對稱的，各自分工、互為補(bǔ)充。進(jìn)一步講，在人機(jī)協(xié)同的人機(jī)關(guān)系方面，有研究提出人工智能與教師聯(lián)袂執(zhí)教形成新型雙師課堂模式，促進(jìn)課堂主體的提升;同樣也有研究提出人機(jī)“新主體教師”包含機(jī)器導(dǎo)師、人類教師兩個(gè)子系統(tǒng)，具有一定結(jié)構(gòu)形態(tài)和功能組合機(jī)制的有機(jī)集合體;根據(jù)智能性和自主性遞增，“AI+教師”實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同的教學(xué)分析框架，分別為AI代理、AI助手、AI教師和AI伙伴;有研究認(rèn)為人工智能工具對教師教學(xué)的支持可以分為拓展、減負(fù)、增援、替代四類。具體來看，人類教師從機(jī)器教師獲得實(shí)時(shí)支持，比如學(xué)生何時(shí)需要教師幫助以及評估自身提供幫助，機(jī)器教師分析學(xué)生的情況，是一種有效的人類和機(jī)器伙伴關(guān)系，使得人工智能增強(qiáng)課堂教學(xué)。除此之外，還有多人與人工智能之間的合作，如PRINTEPS應(yīng)用于多人和機(jī)器人合作的人工智能課堂。

綜上所述，已有的研究主要是從人機(jī)協(xié)同教育教學(xué)的理念出發(fā)，強(qiáng)調(diào)機(jī)器對教師教學(xué)的影響以及二者協(xié)同教學(xué)的必要性，但是人類和機(jī)器之間的合作分工以及二者之間到底是如何協(xié)同合作的，相關(guān)實(shí)操層面的研究較少。人機(jī)命運(yùn)共同體的底層邏輯是和諧，人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的共生系統(tǒng)，而人機(jī)共生單元協(xié)同合作的底層邏輯是博弈。因此，本研究從合作博弈的視角探討人類教師和機(jī)器教師主體之間底層協(xié)同邏輯的問題。

三、基于共生理論的人機(jī)協(xié)同

教育系統(tǒng)分析

（一）理論基礎(chǔ)

“共生”來自于自然科學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域，具有“一道生存、一同生活”等含義，在1873年由德國的安東·德巴里（Anton de Bary）最先提出，是指不同名的生物共同生活在一起。從學(xué)術(shù)界研究來看，“共生”是一個(gè)寬泛的概念，泛指事物之間或單元之間形成的一種相互促進(jìn)、共生共榮、和諧統(tǒng)一的命運(yùn)關(guān)系，這種共同存在是動態(tài)的、相互需要的。共生理論有三個(gè)要素，分別是共生單元、共生模式和共生環(huán)境，其中，共生單元是基礎(chǔ)，共生模式是關(guān)鍵，共生環(huán)境是條件。

（二）基于共生理論的人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)分析

事物之間離不開共生，共生是事物的普遍存在狀態(tài)或存在方式，具有規(guī)律性、協(xié)調(diào)性等特征。根據(jù)共生理論來看，人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)就是一個(gè)典型的共生系統(tǒng)，人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)的共生使得共生單元在共生環(huán)境下發(fā)生的共生模式來促進(jìn)整個(gè)人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)程，這個(gè)共生過程是復(fù)雜的、開放的、多層次的。人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)中的人類教師和機(jī)器教師就是兩個(gè)不同種類的共生單元，人類教師和機(jī)器教師主體之間的合作競爭關(guān)系是共生模式，技術(shù)、成本、政策等內(nèi)外部環(huán)境構(gòu)成了保障共生單元作用于共生模式的基礎(chǔ)?；诖?，本研究構(gòu)建了基于共生理論的人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)，如圖1所示。

1. 共生單元

共生單元是構(gòu)成共生系統(tǒng)的基本能量生產(chǎn)和交換的單位，是形成共生體的基礎(chǔ)物質(zhì)條件，人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)中的主體是共生系統(tǒng)中的共生單元，即人類教師和機(jī)器教師，二者進(jìn)行物質(zhì)交流和共生能量傳遞。在環(huán)境和外界的影響下，共生單元在發(fā)展過程中存在協(xié)同、競爭、并存、同一、斗爭等復(fù)雜性動態(tài)互動。其中，共生單元中的質(zhì)參量是教師的數(shù)字素養(yǎng)和教學(xué)能力以及機(jī)器教師的技術(shù)成熟度和教學(xué)的適切度。共生單元之間互動的廣度越廣、深度越深、復(fù)雜度越大，共生單元創(chuàng)生的概率越大。在不斷互動和交融的基礎(chǔ)上，共生單元通過調(diào)整相互競爭和合作形成更加密切的共生。

2. 共生模式

共生模式是共生單元相互作用的方式或者相互結(jié)合的形式，不僅可以反映單元之間作用的方式，也可以反映作用的強(qiáng)度。共生模式不是一成不變的，而是隨著共生單元和共生環(huán)境的變化而變化，是不同的共生單元在不同的共生環(huán)境下不斷競爭合作重新組合與建構(gòu)形成的模式。換句話說，共生模式在共生環(huán)境的影響下，共生單元作用的共生模式在演化方式、演化模式和演化速度方面不斷更新迭代，使得共生模式具有了整體的復(fù)雜演化趨勢，促進(jìn)人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)發(fā)展和前進(jìn)。人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)中，兩個(gè)共生單元發(fā)揮各自優(yōu)勢，利益耦合，打造全開放、相互依賴的共生系統(tǒng)，其本質(zhì)是二者之間的合作博弈。共生模式之所以關(guān)鍵，是因?yàn)槠洳粌H反映和確定人類教師和機(jī)器教師之間的生產(chǎn)和交換關(guān)系，還反映和決定人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)環(huán)境對共生單元的影響。

3. 共生環(huán)境

共生環(huán)境是在特定時(shí)間和空間下，支持共生單元和共生模式的其他因素的總和，包括直接環(huán)境和間接環(huán)境，如政策、成本、技術(shù)等。共生環(huán)境的不斷變換和更新，影響著共生單元的方向和走向生成。相對于共生單元和共生模式，共生環(huán)境是外在的，具有波動性和不確定性。理想的共生環(huán)境能夠積極促進(jìn)共生單元進(jìn)行能量交換和物質(zhì)轉(zhuǎn)換，以及促進(jìn)有效共生模式發(fā)生。人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)中，面臨著經(jīng)費(fèi)支持、政策導(dǎo)向、人文環(huán)境等共生環(huán)境的影響。

四、人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)中主體合作博弈

模型及其優(yōu)化策略

（一）人類教師與機(jī)器教師主體的合作博弈模型

博弈論是在1944年由經(jīng)濟(jì)學(xué)家奧斯卡·摩根斯特恩（Oskar Morgenstern）和數(shù)學(xué)家約翰·馮·諾伊曼（John von Neumann）所創(chuàng)立。博弈論是研究主體行為發(fā)生直接相互作用時(shí)的決策以及決策的均衡問題。博弈論的基本假設(shè)是理性的，個(gè)體能夠充分認(rèn)識到人們之間行為的相互作用及其可能的影響，做出合乎理性的選擇，可以把博弈論描述為分析個(gè)體在一定情形中策略選擇的方法。博弈論分為合作博弈和非合作博弈兩種類型，合作博弈是雙方或多方合作，利益都有所增加的情況下，實(shí)現(xiàn)雙贏的效果。本研究探討人類教師和機(jī)器教師在協(xié)同教學(xué)過程中雙方通過合作博弈，來解決人機(jī)如何協(xié)同分配合作利益的問題。

人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)中按照教學(xué)主體可以劃分為人類教師和機(jī)器教師，按照協(xié)同任務(wù)的難易程度可以簡單劃分為一般協(xié)同任務(wù)和高端協(xié)同任務(wù)。一般協(xié)同任務(wù)是指在人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)中，人機(jī)共生環(huán)境可以支持協(xié)同任務(wù)開展的條件和人類教師具備開展協(xié)同任務(wù)的教學(xué)能力和素養(yǎng)，為便于描述，記為G合作模式;高端協(xié)同任務(wù)是指在人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)中，為支持協(xié)同任務(wù)的開展，人機(jī)共生環(huán)境需要做出一定的改變，以及對人類教師的相關(guān)教學(xué)能力和素養(yǎng)提出的挑戰(zhàn)，記為H合作模式。在G合作模式下，假設(shè)人類教師和機(jī)器教師在人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)中協(xié)同教學(xué)的收益值分別為A和B，雙方在協(xié)同教學(xué)中由于共生環(huán)境和共生單元都具備相應(yīng)的條件和能力，協(xié)同目標(biāo)較低，其損失值簡單記為零。根據(jù)人類教師和機(jī)器教師協(xié)同的任務(wù)類型，人機(jī)兩主體協(xié)同情境可以分為以下三種：

情境一：當(dāng)人類教師尋求開展高端協(xié)同任務(wù)時(shí)，所具備的教學(xué)能力或素養(yǎng)不能夠全面配合機(jī)器教師，做出的教學(xué)設(shè)計(jì)或發(fā)出的教學(xué)行為落后。要想合作協(xié)同完成任務(wù)，急需強(qiáng)化人類教師的教學(xué)能力和培養(yǎng)數(shù)字素養(yǎng)，此時(shí)需要有一定的時(shí)間成本、教學(xué)理念更新等，存在損失值，或者由人類教師開展活動會促進(jìn)教學(xué)效果，從而有獲益值，記為人類教師的收益為a，機(jī)器教師的收益值不變。

情境二：當(dāng)機(jī)器教師尋求開展高端協(xié)同任務(wù)時(shí)，所處的共生環(huán)境不能夠全面支持機(jī)器教師做出相應(yīng)的行為。要想合作協(xié)同完成任務(wù)，急需優(yōu)化機(jī)器技術(shù)成熟度，此時(shí)需要有一定的政策支持、經(jīng)費(fèi)支出等，存在損失值，或者因?yàn)槭褂脵C(jī)器教師開展活動會促進(jìn)教學(xué)效果，從而獲益值增加，記為機(jī)器教師的收益為b，人類教師的收益值不變。

情境三：當(dāng)人類教師和機(jī)器教師均有開展高端協(xié)同任務(wù)的意愿并發(fā)出相應(yīng)的行為時(shí)，假設(shè)人類教師和機(jī)器教師的收益為c和d。

綜合上述三種情境分析，本研究構(gòu)建了人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)中人類教師與機(jī)器教師主體合作博弈模型，如圖2所示。

（二）人類教師和機(jī)器教師協(xié)同教育優(yōu)化策略

通過人類教師與機(jī)器教師主體合作博弈模型，可以得出人類教師和機(jī)器教師在建立協(xié)同合作關(guān)系時(shí)，要根據(jù)實(shí)際的教學(xué)場景來博弈教學(xué)效果和需要付出的成本之間的關(guān)系，從而得到人類教師和機(jī)器教師協(xié)同任務(wù)的優(yōu)化策略，根據(jù)收益值a、b、c、d的變化，分析機(jī)器教師和人類教師在博弈過程中存在以下六種優(yōu)化策略：

策略1. 當(dāng)a<0，即人類教師損失;當(dāng)a>0，即人類教師獲益

當(dāng)人類教師自身尋求高端協(xié)同任務(wù)時(shí)，存在兩種情況：（1）當(dāng)人類教師開展高端協(xié)同任務(wù)面臨的挑戰(zhàn)和壓力比較大，需要付出大量的時(shí)間成本、投入精力大于人類教師教學(xué)產(chǎn)生的良好效果時(shí)，人類教師的損失大于獲益值，即a<0;（2）當(dāng)人類教師開展高端協(xié)同任務(wù)不會面臨挑戰(zhàn)，或者是人類教師開展高端協(xié)同任務(wù)所付出的成本小于人類教師教學(xué)產(chǎn)生的良好效果時(shí)，人類教師的損失小于獲益值，即a>0。

策略2. 當(dāng)b<0，即機(jī)器教師損失;當(dāng)b>0，即機(jī)器教師獲益

同上，當(dāng)機(jī)器教師自身尋求高端協(xié)同任務(wù)時(shí)，也存在兩種情況：（1）機(jī)器教師開展高端協(xié)同任務(wù)面臨的挑戰(zhàn)和壓力比較大，需要付出大量成本時(shí)，或者產(chǎn)生一般的教學(xué)效果，即b<0;（2）當(dāng)機(jī)器教師開展高端協(xié)同任務(wù)不會面臨挑戰(zhàn)并可以產(chǎn)生良好的教學(xué)效果時(shí)，即b>0。

策略3. 當(dāng)c<0，即人類教師損失;當(dāng)d<0，即機(jī)器教師損失

在這種情況下，人類教師和機(jī)器教師面臨的挑戰(zhàn)都很大，采取高端協(xié)同任務(wù)的意愿和行動對雙方都會造成一定的損失。如果機(jī)器教師采取高端任務(wù)的行為，優(yōu)化技術(shù)的成本所導(dǎo)致的損失比得到的收益要大，可以考慮適當(dāng)擴(kuò)大在一般協(xié)同層面的合作;同理，對于人類教師而言，與機(jī)器教師的高端協(xié)同任務(wù)會導(dǎo)致人類教師在心理層面、能力層面等多方面的壓力和挑戰(zhàn)，可能使教學(xué)效果本末倒置。在這種情況下，人類教師和機(jī)器教師所處的共生環(huán)境不足以支持雙方開展高端協(xié)同任務(wù)，即c<0，d<0。

策略4. 當(dāng)c>0，即人類教師獲益;當(dāng)d<0，即機(jī)器教師損失

在這種情況下，機(jī)器教師開展高端協(xié)同任務(wù)造成的損失值要比收益值大。在綜合考量下，是否花費(fèi)較大的時(shí)間成本和經(jīng)費(fèi)成本來優(yōu)化機(jī)器教師的技術(shù)成熟度，從而匹配教師的教學(xué)能力是值得考量的問題。如果損失值較大，機(jī)器教師很可能不會選擇高端協(xié)同任務(wù)，開展一般協(xié)同任務(wù)是較為理性的選擇。此時(shí)，人類教師面臨的壓力較小，可以從高端協(xié)同任務(wù)中獲得較為良好的教學(xué)效果，人類教師在這種情況下扮演著積極的角色。如果人類教師想要促成最后的高端協(xié)同合作，需要考慮從其他途徑或方式對機(jī)器教師的損失進(jìn)行彌補(bǔ)。

策略5. 當(dāng)c<0，即人類教師損失;當(dāng)d>0，即機(jī)器教師獲益

高端協(xié)同任務(wù)合作對人類教師的損失比收益大，而對機(jī)器教師來講是獲益的。在綜合考量下，根據(jù)實(shí)際情況判斷是否可以通過教師培訓(xùn)、聽評課等多種方式為人類教師提供幫助和服務(wù)，縮小人類教師面臨的挑戰(zhàn)，盡可能降低人類教師的損失。如果損失值較大，人類教師很可能不會選擇高端協(xié)同任務(wù)。此時(shí)，機(jī)器教師面臨的壓力較小，在這種情況下扮演著活躍的角色。如果機(jī)器教師想要促成最后的高端協(xié)同合作，需要考慮從其他途徑或方式對人類教師的損失進(jìn)行彌補(bǔ)。

策略6. 當(dāng)c>0，即人類教師獲益;當(dāng)d>0，即機(jī)器教師獲益

在這種情況下，人類教師和機(jī)器教師都選擇高端協(xié)同任務(wù)的概率不同。當(dāng)人類教師選擇高端協(xié)同任務(wù)合作的概率和意愿上升時(shí)，存在兩種情況：（1）當(dāng)人類教師希望開展高端協(xié)同任務(wù)而機(jī)器教師不予以配合時(shí)，人類教師會面臨一定的損失，而損失值增加時(shí)，人類教師會傾向于選擇一般協(xié)同任務(wù)的方式來開展教學(xué)，此時(shí)會影響整體教學(xué)效果，機(jī)器教師又不希望該情形發(fā)生。因此，會促使高端協(xié)同任務(wù)合作，來保證人類教師和機(jī)器教師共同教學(xué)獲得更高的教學(xué)效果;（2）當(dāng)人類教師和機(jī)器教師均開展高端協(xié)同帶來收益下降時(shí)，雙方的意愿也會隨之下降，此時(shí)，想要促進(jìn)雙方高端協(xié)同的人類教師會加大高端任務(wù)協(xié)同的力度，選擇更相適應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，提高合作概率。當(dāng)機(jī)器教師選擇高端協(xié)同任務(wù)合作的概率和意愿上升，存在兩種情況：對于想要促成高端協(xié)同任務(wù)的機(jī)器教師而言，一方面對于共生環(huán)境足夠支持高端協(xié)同任務(wù)卻人類教師不合作產(chǎn)生的不利影響;另外一方面是高端協(xié)同任務(wù)對于教學(xué)效果沒有太大幫助時(shí)，需優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)活動。

綜上所述，本研究基于四個(gè)代表性變量值的變化，分類探討了六種人類教師和機(jī)器教師協(xié)同共生模式，從而為人機(jī)協(xié)同課堂教學(xué)設(shè)計(jì)提供優(yōu)化策略選擇。人類教師和機(jī)器教師其中一方的協(xié)同任務(wù)意愿提高，要想實(shí)現(xiàn)目標(biāo)取決于影響雙方的收益變化a、b、c、d。人類教師和機(jī)器教師開展協(xié)同合作不僅僅要考慮自身的基礎(chǔ)和獲益，也要從對方的角度權(quán)衡整個(gè)協(xié)同任務(wù)，是綜合審視人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)之后的結(jié)果。

五、案例應(yīng)用

本研究案例選取某市項(xiàng)目基地學(xué)校的三年級英語課 Unite1 Welcome back to school 中的《Introduce yourself》課堂上的一段場景“自我介紹對話”，人類教師是一位小學(xué)英語老師，機(jī)器教師為實(shí)體教育機(jī)器人。教學(xué)目標(biāo)是學(xué)生學(xué)會使用英語表達(dá)自己的名字、年齡、家鄉(xiāng)等相關(guān)信息，能熟練地進(jìn)行對話交流來介紹自己，人機(jī)協(xié)同支持的課堂共生環(huán)境如圖3所示。

在學(xué)生練習(xí)自我介紹教學(xué)活動中，包括兩個(gè)任務(wù)，為對話“自我介紹”和“糾正對話”過程中出現(xiàn)的問題。根據(jù)本研究案例所在小學(xué)班級的實(shí)際情況，設(shè)對話交互為一般協(xié)同任務(wù)G、對話糾音為高端協(xié)同任務(wù)H，在這里需要說明的是，影響本案例的人類教師和機(jī)器教師收益值的因素有兩個(gè)，一個(gè)是教育效果的獲益，另一個(gè)是共生主體付出成本所產(chǎn)生的損失。人類教師和機(jī)器教師對于開展這兩個(gè)活動的博弈收益矩陣，如圖4所示。

若人類教師和機(jī)器教師均與學(xué)生開展對話交互任務(wù)，人類教師的收益值為6，機(jī)器教師的收益值為6。

若人類教師開展對話糾音任務(wù)、機(jī)器教師開展對話交互任務(wù)，因?yàn)槿祟惤處熞度胍欢ǖ木?，記損失值為2，但學(xué)生的學(xué)習(xí)效果增強(qiáng)，記獲益值為3，人類教師的收益值為7，機(jī)器教師的收益值不變，仍為6。對于人類教師而言，開展對話交互的高端任務(wù)損失小于獲益。

若人類教師開展對話交互任務(wù)、機(jī)器教師開展對話糾音任務(wù)，人類教師的收益值仍為6，由于本研究案例所在學(xué)校的機(jī)器教師對于對話糾音還有待開發(fā)，需要付出一定的成本和政策支持，機(jī)器教師損失值為3，收益值為3。對于機(jī)器教師而言，開展對話交互的高端任務(wù)損失大于獲益。

若人類教師和機(jī)器教師均與學(xué)生開展對話糾音任務(wù)，由于二者都要付出一定的成本投入和精力投入，但可以關(guān)注到更多學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，缺少了對話交互的環(huán)節(jié)，設(shè)獲益值均為2，人類教師的損失值為2，機(jī)器教師的損失值為4，因此，人類教師的收益值為6，機(jī)器教師的收益值為4。在這種情況下，人類教師的收益值不變，機(jī)器教師的獲益小于損失。

因此，在該所小學(xué)的本節(jié)英語課的這段教學(xué)場景中，人類教師和機(jī)器教師博弈的均衡解是（7，6），人類教師開展“對話糾音”高端協(xié)同任務(wù)，機(jī)器教師開展“對話交互”一般協(xié)同任務(wù)，二者協(xié)作分工共同來幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握自我介紹的表達(dá)。

六、結(jié)??論

人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的共生系統(tǒng)，本研究基于共生理論的三要素分析了人機(jī)協(xié)同教育系統(tǒng)的共生單元、共生模式和共生環(huán)境發(fā)展進(jìn)程和關(guān)系，從合作博弈的角度探討了不同共生環(huán)境下共生單元的共生模式，即人類教師和機(jī)器教師二者之間的博弈和合作，構(gòu)建了人類教師與機(jī)器教師主體的合作博弈模型，基于a、b、c、d四個(gè)值的變化，闡述了六種人類教師和機(jī)器教師協(xié)同模式，從而為人類教師和機(jī)器教師協(xié)同開展教學(xué)活動得出均衡解。根據(jù)本研究構(gòu)建的人類教師和機(jī)器教師主體之間的合作博弈模型，二者博弈的結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

第一， 人類教師和機(jī)器教師均開展一般協(xié)同任務(wù)，對于二者的挑戰(zhàn)和壓力比較小，但是不利于學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

第二， 人類教師和機(jī)器教師分別開展一般協(xié)同任務(wù)或高端協(xié)同任務(wù)，二者在實(shí)際的共生環(huán)境支持的程度、人類教師具備的教學(xué)能力以及人機(jī)協(xié)同教育產(chǎn)生的教學(xué)效果等多種因素之間博弈，根據(jù)二者的收益值來得到均衡解。

第三， 人類教師和機(jī)器教師均開展高端協(xié)同任務(wù)，對于二者的挑戰(zhàn)和壓力比較大，產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)對于學(xué)生的學(xué)習(xí)效果存在損失和獲益兩種情況。

總之，人機(jī)協(xié)同教育是以教學(xué)效果為導(dǎo)向，要理性認(rèn)識共生單元協(xié)同的影響因素，合理評估人類教師和機(jī)器教師之間的合作博弈，準(zhǔn)確協(xié)同定位。未來研究可以探討人類教師和機(jī)器教師的不同博弈結(jié)果適用于何種類型的教學(xué)場景或教學(xué)內(nèi)容，為將來人機(jī)協(xié)同教育教學(xué)提供協(xié)同模式的選擇。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 方海光，孔新梅，李海蕓，鄭志宏.人工智能時(shí)代的人機(jī)協(xié)同教育理論研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2022，32（7）：5-13.

[2] 鐘志賢.人工智能背景下的教師教育發(fā)展新樣態(tài)[J].中國教師，2020（11）：33-37.

[3] PEDRO F， SUBOSA M， RIVAS A， PAULA V. Artificial intelligence in education： challenges and opportunities for sustainable development[R]. Paris：UNESCO，2019.

[4] 余勝泉，王琦.“AI+教師”的協(xié)作路徑發(fā)展分析[J].電化教育研究，2019，40（4）：14-22，29.

[5] 陳凱泉，韓小利，鄭湛飛，劉幸利，胡曉松.人機(jī)協(xié)同視閾下智能教育的場景建構(gòu)及應(yīng)用模式分析——國內(nèi)外近十年人機(jī)協(xié)同教育研究綜述[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2022，40（2）：3-14.

[6] 紹云飛，何偉，劉磊，等.高效協(xié)同創(chuàng)新與人才培養(yǎng)模式研究[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015.

[7] SHERIDAN S， MOUZA C， POLLOCK L. Professional development for computer science education： design and outcomes from a case study teacher[C]. USA： Association for the Advancement of Computing in Education， 2019：1115-1123.

[8] 汪時(shí)沖，方海光，張鴿，馬濤.人工智能教育機(jī)器人支持下的新型“雙師課堂”研究——兼論“人機(jī)協(xié)同”教學(xué)設(shè)計(jì)與未來展望[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2019，37（2）：25-32.

[9] 段亞青.翻轉(zhuǎn)課堂助力人機(jī)協(xié)同的研究[J].電腦知識與技術(shù)，2020，16（31）：211-212，218.

[10] 劉洋.混合式教學(xué)的困境與優(yōu)化[J].教學(xué)與管理，2020（18）：104-106.

[11] 梁云真，劉瑞星，任麗玲.面向計(jì)算思維培養(yǎng)的人機(jī)協(xié)同精準(zhǔn)教學(xué)模式研究——以小學(xué)六年級信息技術(shù)課“絲綢之路大闖關(guān)”為例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2022，32（3）：51-60.

[12] 陸吉健，周美美，張霞，何晚晴，張明敏.基于MR實(shí)驗(yàn)的“多模態(tài)+人機(jī)協(xié)同”教學(xué)及應(yīng)用探索[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2021，39（6）：58-66.

[13] 何文濤，張夢麗，路璐.人機(jī)協(xié)同的信息技術(shù)教育應(yīng)用新理路[J].教育發(fā)展研究，2021，41（1）：25-34.

[14] 張學(xué)軍，董曉輝.人機(jī)共生：人工智能時(shí)代及其教育的發(fā)展趨勢[J].電化教育研究，2020（4）：35-41.

[15] 顏佳華，王張華.人工智能與公共管理者角色的重新定位[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會科學(xué)版），2019，56（6）：76-82.

[16] 朱永海，劉慧，李云文，王麗.智能教育時(shí)代下人機(jī)協(xié)同智能層級結(jié)構(gòu)及教師職業(yè)形態(tài)新圖景[J].電化教育研究，2019，40（1）：104-112，120.

[17] 吳茵荷，蔡連玉，周躍良.教育的人機(jī)協(xié)同化與未來教師核心素養(yǎng)——基于智能結(jié)構(gòu)三維模型的分析[J].電化教育研究，2021，42（9）：27-34.

[18] 祝智庭，彭紅超，雷云鶴.智能教育：智慧教育的實(shí)踐路徑[J].開放教育研究，2018，24（4）：13-24，42.

[19] 范建麗，張新平.人機(jī)協(xié)同視域下的學(xué)生獲得感：構(gòu)成與實(shí)現(xiàn)[J].蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)版），2022，10（1）：75-85.

[20] 祝智庭，彭紅超.技術(shù)賦能智慧教育之實(shí)踐路徑[J].中國教育學(xué)刊，2020（10）：1-8.

[21] 武法提，田浩.人機(jī)協(xié)同的精準(zhǔn)學(xué)習(xí)干預(yù)：動力機(jī)制、邏輯理路與實(shí)踐模型[J].開放教育研究，2023，29（2）：81-90.

[22] 孔利華，譚思遠(yuǎn).信息生態(tài)場域中的AI雙師課堂：內(nèi)涵、構(gòu)建與評價(jià)[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2021，39（3）：104-112.

[23] 逯行，沈陽，曾海軍，黃榮懷.人工智能時(shí)代的教師：本體、認(rèn)識與價(jià)值[J].電化教育研究，2020，41（4）：21-27.

[24] 樂惠驍，汪瓊.人機(jī)協(xié)作教學(xué)：沖突、動機(jī)與改進(jìn)[J].開放教育研究，2022，28（6）：20-26.

[25] HOLSTEIN K， MCLAREN B M， ALEVEN V. Designing for complementarity： teacher and student needs for orchestration support in AI-enhanced classrooms[C]. Cham： Springer International Publishing， 2019：157-171.

[26] CHIHIRO N， SHUNSUKE A， TAKESHI M， TAKAHIRA Y. Implementation and evaluation of classroom AI in PRINTEPS[C]. USA： IEEE， 2016：100-103.

[27] 趙雙閣，魏媛媛.作為“人”的算法：智能時(shí)代人機(jī)關(guān)系的技術(shù)哲學(xué)省思[J].傳媒觀察，2023（5）：48-56.

[28] 林恩·馬古利斯.生物共生的行星——進(jìn)化的新景觀[M].易凡，譯.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1999：11.

[29] 李思強(qiáng). 共生構(gòu)建說[M].北京：中國社會科學(xué)出版社，2004.

[30] 翟彬.農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化對農(nóng)戶生計(jì)的影響研究[M].北京：中國經(jīng)濟(jì)出版社，2021.

[31] 張維迎.博弈論與信息經(jīng)濟(jì)學(xué)[M].上海：上海人民出版社，2004.

[32] 焦寶聰，陳蘭平.博弈論[M].北京：首都師范大學(xué)出版社，2013.

Research on Cooperation Game of Human-Machine Collaborative Education Subjects and Its Optimization Strategy Based on Symbiosis Theory

FANG Haiguang，?KONG Xinmei，?LIU Huiwei，?WANG Xianchuang

（College of Education， Capital Normal University， Beijing 100048）

[Abstract]?With the enhancement of the strong AI technology represented by ChaGPT and Big Models，the digital classroom of primary and secondary schools has stepped into the milestone stage of human-machine collaborative education. Teachers can assign part of classroom activities to machine teachers to complete independently， while human teachers are in the state of supervising the activity process， thus forming a complex system of human-machine collaborative education. How to clarify the behind synergistic logic between human and machine subjects is a new problem faced in human-machine cooperative education. Firstly， this study analyzes the symbiotic unit， symbiotic mode and symbiotic environment of the human-machine collaborative education system based on the three elements of the symbiosis theory， and then constructs a cooperative game model of human teacher and machine teacher subject according to the difficulty of the collaborative task. Then， based on the changes of the values of four representative variables， six cooperative symbiotic modes of human teachers and machine teachers are explored from the perspective of cooperative game， thus providing optimization strategy selection for the design of human-machine collaborative classroom teaching. Finally， this study selects a scene from a third-grade human-machine collaborative English class in a city base school to analyze the game process and results of the human teacher and the machine teacher， and the case validates the value of?cooperative game model in optimizing teaching strategies， so as to provide theoretical and practical references for the human teacher and the machine teacher to carry out teaching collaboratively.

[Keywords]?Human-Machine Collaborative Education; Symbiosis Theory; Cooperation Game; Human Teacher; Machine Teacher