【书　名】人工智能教学：探索学习新前沿

【作　者】(美)米歇尔·齐默尔曼 著   

【出版者】华东师范大学出版社

【索书号】G434/0062

【阅览室】赭山校区文科阅览室

作者简介

米歇尔·齐默尔曼（Michelle Zimmerman）是华盛顿大学教育学院学习科学与人类发展专业博士，微软创新教育专家，她曾担任美国伦顿基督教预备学校校长，致力于把学科科学研究成果运用到混合式真实学习环境下的教学实践中，使学生在这种环境中学习成长为有经验的教师和研究者。该校自2015年以来就被微软公司遴选为示范学校，并于2018年9月被评选为全美K-12微软旗舰学校。她积极与教育工作者、管理者和决策者交流与对话，探索人工智能对教育领域的影响，并在实践中利用人工智能作为提升教学的强大工具，开发有效的学习策略，为教育工作者和学生们提供强有力的支持

柴少明，教育技术学博士，教授，华南师范大学阿伯丁数据科学与人工智能学院副院长，加拿大多伦多大学安大略教育研究院访问学者。研究方向为信息化教育、学习科学与技术、知识建构和人工智能教育应用等。主持和参与多项国家级、省部级等研究课题。在国内外核心期刊上发表三十多篇学术论文，在科学出版社出版学术专著两部，在华东师范大学出版社出版译著一部。主持一门国家级和两门省级线上线下混合式一流课程建设。曾获“华南师范大学教学名师” 等荣誉称号。

内容简介

《人工智能教学——探索学习新前沿》关注的是在人工智能时代学校如何培养学生以适应未来的需要，AI给教育带来了哪些挑战，以及作为教育工作者如何应对这些问题。作者以全球化的视角，通过大量翔实的资料、与世界各地人工智能领域的专家以及教育专家的对话和丰富的AI应用案例，向我们展示了AI在教育中应用的场景、内容、方法和策略，并探讨了如何对学习者进行AI教育，如何教会学生应用AI与周围的环境进行互动并从中学习，以及如何运用人工智能进行设计思维的培养和开展STEAM教育等。本书在大中小学开展人工智能教学、促进人工智能与学科教学的融合创新、提高教师的人工智能素养以及培养学生运用人工智能解决问题的能力等方面具有重要的参考价值。

译者序

本书是关于人工智能的发展及其在教育教学中的应用的专著，从英文版问世到中文版即将出版，已经过去四年。其间人工智能技术的发展可谓是日新月异，甚至出现了具有革命性影响的技术产品。美国人工智能公司OpenAI于2022年11月30日发布了一款人工智能技术驱动的自然语言处理工具——全新的聊天机器人模型ChatGPT。该工具一经发布便在互联网上掀起了一场风暴，几乎一夜之间引起了全世界的关注。ChatGPT的活跃用户在其发布的1个月内便达到了1亿人，这使其成为史上用户增长快的消费者应用程序。而这个记录国际版抖音（TikTok）用了9个月，脸书（Facebook）用了54个月，推特（Twitter）则用了长达60个月。ChatGPT作为一种基于大规模语言模型的人工智能技术驱动的聊天工具，能够模拟人类的语言行为，与用户进行自然的交互。它能够通过理解和学习人类的语言来进行对话，并能根据聊天的上下文进行互动，真正像人类一样来聊天交流。它甚至还可以完成撰写邮件、视频脚本、文案、代码，以及翻译和写论文等任务。比尔·盖茨评价ChatGPT称，这种人工智能技术出现的重大历史意义，不亚于互联网和个人电脑的诞生，它是人工智能技术领域的一次真正革命。相关研究显示，ChatGPT具有人类心智，这也标志着人类将进入到认知智能阶段。因此，以ChatGPT为代表的人工智能技术将会给社会各领域带来巨大的变化，引领新一轮的互联网革命。OpenAI公司首席执行官山姆·奥特曼(Sam Altman)则声称，未来几十年里所有重复性的工作，只要是不需要两人之间有深度情感交流的工作，都会被AI做得更好、更快，并且成本更低，因此他相信AI将有可能取代所有的白领工作。AI也是变革教育的重要力量，人工智能与教育教学的深度融合，是新时代教育信息化重要的特征之一。未来的教育形态一定是“人工智能 教育”，这已经被广泛认可。自ChatGPT推出之后，连续有人在《大西洋月刊》（The Atlantic）上撰文指出这种人工智能给学校教育工作者带来了巨大的挑战，而“人们还没有为人工智能将如何改变学术界做好准备”。那么，AI将会给教育带来怎样的挑战和机遇呢？教师将如何应对AI时代的教育？教师如何将AI技术应用于教学中，以培养学生适应未来社会的能力？这都是每一个教育工作者应该关注的问题。本书着眼于探讨这些问题，重点阐述了什么是人工智能，它是如何工作的，对未来的教育有哪些影响，并通过案例和故事等生动而立体地展示了教育工作者如何运用人工智能来帮助学生更好地为适应与日俱增的人机互动世界做好准备。

作者米歇尔·齐默尔曼（Michelle Zimmerman）是美国华盛顿大学学习科学与人类发展博士，伦顿基督教预备学校的校长。她长期关注信息技术，特别是人工智能在教育教学中的运用，并把自己的研究应用于混合式真实学习环境下的教学实践中，引导学生在这种环境中学习，进而成长为有经验的教师和研究者。自2015年起，她领导的学校就被微软公司遴选为信息技术教育创新应用示范学校，并于2018年9月被评选为全美首家K12微软旗舰学校。同时，她本人也是是微软创新教育专家，曾获得微软有价值专家称号。在本书中，作者以全球化的视角，通过大量翔实的资料、与世界各地人工智能领域专家以及教育专家的对话，以及丰富的AI教育应用案例，向我们展示了AI在教育中应用的场景、内容、方法和策略，并探讨了如何对学生进行AI教育以及如何教会学生应用AI与周围环境进行互动和学习。同时，本书还帮助教育工作者深入理解如何使用人工智能来增强人类的能力。

本书作者首先关注的一个重要问题是，在AI时代我们应该如何培养学生才能使他们适应未来，AI给教育带来了哪些挑战以及作为教育工作者要如何应对这些问题。作者以国际教育技术协会所制定的学生标准为依据，提出AI时代应该培养学生成为赋能学习者、数字公民、知识建构者、创新设计者、计算思维者、创意传播者和全球合作者。这些标准旨在为学生参与人工智能实践奠定坚实的基础，并为教育教学指明方向。人工智能可能会取代许多重复性的、机械性的工作，具有认知智能的技术还有很大可能取代许多白领工作，但是人工智能在可见的未来不会取代那些需要批判性和创造性的工作。人类所从事的包含思维的灵活性和创意性的工作，如艺术、文学、音乐等工作，是人工智能所无法替代的。同时人性中所具有的善良、同理心和爱心也是人工智能或机器人所不具备的，这是未来教育教学的核心所在。作者列出了支持学生未来职业所需的学习能力，重点包括批判性思维、问题解决能力、沟通与协作能力、创造力、自我认识和管理能力、情绪智能等。美国教育专家、东北大学校长约瑟夫·奥恩(Joseph Aoun)也提出，我们有责任让学生思考如何为即将到来的智能机器时代做好准备，以及如何改变角色以适应未来的工作。为此，他提出了一门新的学科——“Humanics”（人类学），旨在培养学生的数据素养、技术素养和人文素养，以使他们具备在未来劳动力市场中与智能机器协同合作的能力。奥恩认为，当AI世界开启，计算机能够自己编程时，教育工作者要集中精力教授那些机器人永远无法学会的技能，如批判性思维和系统性思维，重要的是创造力。这与本书作者提出的能力有很多相似之处。毫无疑问，人工智能时代，教育工作者需要重新思考教育的目标，重构课程和教学内容，重建教学和评价模式，更需新的教育理念和方法，以培养学生的这些能力与素养，为将来做好充分的准备。

作者探讨的第二个问题是教师如何应用人工智能进行教学。其核心理念是把AI融入到课程教学中，这和我国《教育信息化2.0行动计划》所倡导的信息技术与学科深度融合的理念一致。将人工智能整合到课程教学中，首先要设定额外的、高阶的教学目标，关注学生高阶思维的发展和核心素养的培养。这里的教学目标就是国际教育技术协会提出的学生标准，同时也要考虑奥恩提出的素养和能力。教育 部于2022年4月印发《义务教育课程方案和课程标准(2022年版)》，提出了要培养学生的学科核心素养。人工智能与学科教学融合就是要培养学生的核心素养，包括教师如何引导学生运用AI解决真实的、复杂的问题，发展学生的批判性思维和创造性思维等，帮助学生树立正确的价值观。具体到教学方法，书中提到，有专家建议“将技术融入课堂始于教师使用技术，以有意义和相关的方式准备课程，使用技术来支持课程，而不是主导课程”。作者通过案例探讨了如何运用人工智能进行设计思维的培养、开展STEAM教育和基于项目的学习活动。这为我们教师运用人工智能技术开展创新型教学提供了参考。作者也鼓励教师根据实际情况，运用恰当的人工智能技术开发合适的教学方法。需要注意的是，教师需要转变对AI角色的认识，技术不是用来辅助教师的教学，也不是用来替代教师的教学，而是作为教师协同工作的伙伴，充当教学助手和虚拟导师，发挥其独特的作用，与教师自身独特的优势结合起来，共同指导学生的学习。人工智能技术还可以通过分析大量数据，为教师提供更加有针对性的教学方法，并使得学生更加投入学习。此外，人工智能技术能帮助学生发掘兴趣爱好，并为学生提供有意义的学习体验。教师应该把AI工具交给学生，将其作为学生学习的伙伴，让学生应用智能工具进行自主、合作和探究学习。同时，教师也应该与学生在一起，给予他们指导、鼓励和温暖，鼓励他们接受失败和挫折，并超越机器人。ChatGPT作为智能聊天机器人，能够模拟人类的语言行为，与用户进行自然的交互。教师可以与它合作开展对话教学，也可以将它作为个性化的教学工具，引导学生与它进行对话学习。人工智能使得教学变得更加个性化。因此，有专家建议“学校应该深思熟虑地将ChatGPT作为一种教学辅助工具，一种可以释放学生创造力、提供个性化辅导，并让学生准备好成年后与AI系统一起工作的辅助工具”。这无疑为人工智能在教学中的创新应用提供了新的思路和方法。

作者探讨的第三个问题是人工智能如何支持学生的学习。这个问题的关键之一是要弄清楚要支持什么样的学习，即对学习本质的理解。作者指出学习是一个社会与文化的过程，这是指学习的社会属性，同时学习也是一个心理的认知过程。学习科学方面的研究成果表明，学习是一个发展性的、建构性的过程。因此要运用AI来支持学生进行自主的、协作探究性的学习，让学生在AI所创设的情境中解决问题，建构新知识，并发展思维。教师指导学生运用AI进行创造性的学习，目的是要培养他们的高阶思维和核心素养，而不是像传统教学那样灌输大量的知识，让学生通过死记硬背和刷题等强化训练来提高成绩。有研究指出，大多数所谓的人工智能在教学中的应用都十分关注于内容呈现和理解测试。此类人工智能应用通常采取行为主义的学习模式，即呈现—测试—反馈。这使得人工智能工具只起到强化知识记忆和技能训练的作用，并没有达成高阶思维培养的目标。清华大学钱颖一教授在2018年的一次演讲中指出，“未来的人工智能会让在我们的教育制度下培养的学生的优势荡然无存”。像ChatGPT这样的人工智能技术擅长的就是考试和训练，在ChatGPT发布仅4个月后，即北京时间2023年3月15日，OpenAI发布GPT-4。GPT-4在GRE数学考试中可以考163分（满分170分），超过80%的考生；在GRE英语（阅读与填空）考试中，GPT-4可以考169分（满分170分），超过99%的考生。因此，在传授知识和训练技能方面，AI技术可以完全替代教师，但它却无法代替教师指导学生进行个性化学习，培养学生的高阶思维，以及训练大脑的思考。作者通过案例介绍了AI支持学生的个性化学习、差异化教学和STEAM教育，从而培养学生的设计思维和系统思维等能力。在这一点上，新的具有认知智能的技术可以作为学生的学习伙伴或助手，支持学生的个性化学习、协作探究性学习。同时，学生可以运用AI来评估自己的学习进度，并通过自适应学习来提高自己的学习效率。教师要引导学生创造性、批判性和研究性地使用AI，并确保学生道德性地使用AI，后一点正是本书作者在第六章所讨论的问题。

作者关注的第四个问题是教师和学生在使用AI中的伦理道德以及安全问题，主要包括失控、隐私泄漏、网络欺凌和网络攻击等。这就要求教师不但在使用AI中关注这些问题，还要引导学生注意保护自己的隐私，正确判断并避免网络欺凌和网络攻击等，同时要有道德地、富有同理心地使用AI。苹果公司首席执行官蒂姆·库克(Tim Cook)在麻省理工学院2017年的毕业典礼上发表演讲时曾指出：“我所担心的并不是人工智能能够像人一样思考，我更担心的是人们像计算机一样思考，没有价值观，没有同理心，没有对结果的敬畏之心。”就在GPT-3.5发布两个多月后的2023年2月14日，美国密歇根州立大学发生了3人死亡、5人受伤的严重校园枪击案。而该学校发布的哀悼电子邮件竟然是由机器人代写的，这立刻引起了师生的强烈反感，他们认为本该由人类进行的思考和该由人类表达的悼念，竟然被一篇由AI写成的毫无感情、陈词滥调的文章所代替了，这反映了学校管理者的草率、冷漠和无情。随后该学校的负责人向媒体道歉说，她“对密歇根州立大学的人员伤亡深感悲痛”，并“深感不安，因为我们学校在这个悲痛的时刻并没有表现出同理心”。可见符合道德地使用AI也要成为学校教育的内容。机器人是没有同理心的，只有人类才有。作者也在书中指出，我们不能忽视道德、原因和后果。要关注这些问题，我们就需要教授同情心和换位思考。有意思的是，当人们问ChatGPT“如果你能以一种方式改变世界你会怎么做？”时，它的回答是：“如果我能以一种方式改变世界，我会努力促进更多的人与人之间的理解和同理心。我相信，如果我们能够学会从他人的角度看世界，并以同情和尊重的态度对待彼此，我们今天面临的许多问题，如冲突、不平等和歧视都可以减少甚至消除。”

人工智能在教学中应用的另一个需要关注的问题是作弊和剽窃问题。有调查表明，89%的美国大学生用ChatGPT写作业。纽约大学的教授警告说，使用AI完成作业就是剽窃。为此，纽约大学在其课程教学大纲的“学术诚信”部分已经明确规定把使用AI完成作业视为作弊行为，且明令禁止。有专家指出，ChatGPT已经开始冲击全球教育业，并可能带来法律、安全、伦理风险，甚至滋生犯罪。有的教育工作者甚至认为ChatGPT成为了抄袭和作弊的利器，因此有些国家和地区的大学禁止使用ChatGPT进行写作和考试，如美国一些学校禁止在学校设备和互联网上使用该工具，理由是担心滥用。但有的国家则采取积极的态度，如新加坡政府公开表示支持在其教育系统中使用ChatGPT，并计划将ChatGPT的使用逐步纳入学校和高等教育的教学中。同时，强调教师在新时代引导学生“发掘、提取、判断”信息的重要性。芬兰则将ChatGPT视为“大学教学变化的机会”。作为教师和学生，应该积极拥抱人工智能技术，有效地、创造性地将其运用到教学中，作为助手、导师、探究工具与知识建构工具来支持和促进学生有意义的、面向高阶思维与核心素养的学习。同时，国家也要出台相关的管理和监督制度，教师也应该积极引导学生在使用时形成良好的道德，既要符合伦理道德和学术规范，也要主动保护自己的安全和隐私，让人工智能在教育中限度地发挥其作用。

当我想把这本书翻译成中文介绍给中国读者时，我试着与本书作者联系，我在网上查找到了她的社交媒体联系方式，并多次给她留言，但一直没有得到回复。后来好不容易查到她的邮箱，我立即给她写了邮件，表达了想要把她的书翻译成中文的愿望。经过一段时间的等待，我终于收到了她的回复，才得知她在社交媒体上一直没有回复的原因，原来是在新冠病毒肆虐时，为了预防感染该病毒，她接种了新冠病毒疫苗，但产生了严重的副作用，导致她的视觉受到严重损伤，中枢神经也受损了，影响了语言中枢，因此她讲话比较困难。但她表示很高兴这本书能够在中国出版，并十分愿意为本书写中文版序。在此过程中，她克服了语言障碍，借助人工智能的语音转文本以及计算机视觉工具，终于写完了序言。一方面，我们向齐默尔曼博士表达深深的感谢和敬佩之情，她在身体不便的情况下仍然坚持完成了序言的写作；同时，我们也可以看到人工智能给有特殊需要的人提供了多么重要的帮助。很难想象，如果没有人工智能的支持，她是否能够完成这样的读写任务。AI工具在她的视觉和语音康复中发挥了不可替代的作用，我们祝愿她早日康复。

为了能引起中国读者的共鸣，齐默尔曼博士专门在中文版序中以李白的《静夜思》为引子。同时，她也想借此表达虽然我们进入了人工智能时代，但诗歌中所表达的人类所特有的情感，如思乡、孤独，是人工智能、机器人所没有的。人工智能没有意识，没有温度，更没有同理心，而我们的教育则需要培养学生的爱心和同理心，帮助学生吸收传统文化，引导学生积极向善。作者希望作为教育工作者，我们应该思考教育的目标是什么，希望学生能够做什么，能够成为什么样的人。这些是我们教育工作者在人工智能时代所需要深思的问题，也需要我们在实践中用创新的理念和方法来回答这些问题。

在本书的翻译中，参加我教授的2021级的教育技术专业“博士专业英语”课程的博士生舒文兰、王姝莉、鲍婷婷、陈浩、吴剑南承担了部分章节的翻译和校对。我的博士生李作锟、硕士生陈佳艺和曹冰雪校对了部分章节，在此一并感谢。

要特别感谢华东师范大学出版社教育心理分社彭呈军社长的大力支持，从书的版权取得、翻译指导到排版等，彭社长都给予了专业的指导。出版社责任编辑王丹丹老师非常认真地校对了整个文稿，并提出了许多宝贵的建议和意见。在整个出版流程中，她确保每一个细节都得到了妥善的处理，使得本书得以顺利出版，以飨读者。

限于译者的水平，翻译不尽符合中文习惯，难免有错误和不妥之处，恳请读者批评指正，以便修订和完善。

柴少明

2023年4月20日