元宇宙中国教育范式研究视角下

虚拟数字人辅助的双师课堂教学范式实践探索

作者：覃祖军 杨静

【摘要】从元宇宙中国教育范式研究视角积极开展北京市“三个课堂”中的双师课堂教学范式实践探索，在北京某校进行了课程实验，通过“引入－探究－示范－实操－分享－评价－小结－延伸”等环节，采用教师自制的虚拟数字人辅助双师教学，双师配合默契，远程互动协同高效；运用人工智能等现代化教学手段，激发了学生的好奇心和兴趣点，提高了课堂教学效率，并结合课堂教学实际，进行了总结和反思。

【关键词】人工智能；教学模式；“三个课堂”；双师课堂；元宇宙教育范式

一、实践探索的背景

1.教育数字化转型创新探索的背景

新一代信息技术，特别是人工智能技术正深刻影响着“互联网+教育”场景。在线教育是数字教育的一种新形式和新途径，目前正处于对其教学和学习方式进行全方位创新探索的阶段。教育应该以人才培养为核心、以社会需求为导向、以全面推进数字化转型为路径、以服务师生能力提升的创新探索为目标。新一代人工智能技术不仅能够辅助师生进行教学方法和学习方式的变革，更是重塑并赋能教育形态与理念，从而实现以学生为中心、以教师为核心、以学习服务社会。开展数字化转型是推动教育高质量发展、办好人民满意的教育的必然选择。

在新型冠状病毒肺炎疫情(简称疫情)防控常态化的背景下，北京迅速搭建了线上教育教学平台，以确保“停课不停学”。在变革教育教学模式上，北京市教育委员会不断推动空中课堂、双师课堂、融合课堂“三个课堂”建设，并积极响应教育部专递课堂、名师课堂、名校网络课堂“三个课堂”建设。

疫情防控背景下选择双师教学模式，可以有效分解教师职能，实现“1+1>2”的效能；通过技术赋能，更关注学生个性化成长和小组协同工作，提升教学效果；线上校外名师参与课堂教学、线下现场教师进行针对性辅导，适合学生的学习习惯，再加上高科技设备的赋能，能够激起学生的学习兴趣，提升学习效率。

在高等教育中，新一代人工智能已经独立发展成为一门一级学科。《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》(简称新课标)明确了人工智能与智慧社会教学模块的新要求。智慧社会是在智慧城市普遍发展基础上形成的一种新型社会形态，随着人工智能技术的广泛应用，智能化将全面渗透到社会的各个领域，特别是教育元宇宙的提出和发展，让教育过程更加具有真实体验感知高沉浸感。

2.教育思想和理论基础

依据辩证唯物主义世界观，基于现实世界物质、能量、数据三种基本元素的存在、运动、变化，元宇宙世界应该是对物理世界、生物世界、数字世界这三个世界的深度融合与映射。从元宇宙世界角度重新审视人的心智、能力、生理、心理、行为、知识和智慧，亦即通过数据进行系统性分析并不断迭代、衍生、发展。

人工智能指一种由数学模型、计算程序、软硬件构成的执行系统。如果学生以人工智能作为课堂教学支架，经历心理磨砺过程、认知过程、生物机理成长过程，并与人工智能环境相互作用，那么，学生本能中的基础认知能力、知觉、记忆、运算速度、推理能力等就会因为全新的学习环境与体验而得到前所未有的潜能挖掘。

在此过程中，教师主要聚焦于学习和教学实践来刺激自身神经系统与大脑内部循环往复，以此建构教书育人的创新思维和经验，从而提升利用知识解决问题的能力；而学生则通过与教师的课堂(课外活动)互动、对教师言行潜移默化的模仿，以及感官体验获得来自教师综合素养的影响。总之，学生的创新素养培养，既是学生独立自主的培养过程，又与教师的创新引导密切关联，烙印着教师的综合素养。

3.现状问题

社会进步和科技高速发展，以人工智能为核心的互操作技术为教育数字化转型提供了助力，元宇宙统摄虚实世界的各种教育元素，在疫情防控“动态清零”、教育“五项管理”和“双减”背景下，要更好地实现教育数字化转型，需要在前沿课堂教学方面探索创新数字化教学模式，以应对时代变化和技术高速发展对人才培养模式的新挑战。

4.预期目标

教育部2020年印发《关于加强“三个课堂”应用的指导意见》指出：到2022年，全面实现“三个课堂”(专递课堂、名师课堂和名校网络课堂)在广大中小学校的常态化按需应用，建立健全利用信息化手段扩大优质教育资源覆盖面的有效机制，推动实现教育优质均衡发展。北京市教育委员会2021年印发《关于推进“互联网+基础教育”的工作方案》，提出发展北京市特色的“三个课堂”(空中课堂、双师课堂和融合课堂)目标。

在疫情防控常态化背景下，为了更好地落实新课程改革理念及新课标要求，基于元宇宙中国教育范式研究视角打造虚拟数字人辅助的双师课《初探人工智能与智慧社会》，于2022年7月1日在北京某校初二年级的两个班进行了有益的尝试，旨在积极探索北京市“三个课堂”中的双师课堂教学范式。

二、实践过程

课例内容选自新课标《人工智能与智慧社会》模块教学的第一课，目前统编教材还没有出版，所以内容以自选为主。教学主要目标是提升学生的信息科技核心素养，主要包括：信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。教学实施过程包括课题技术准备、教学引入、新知探究、虚拟数字人技术体验应用、作品展示和评价、课堂小结和知识延伸等环节。

1.双师课堂实施的技术框架

本节双师课中，覃祖军是线上主讲教师，杨静是线下合作教师；线上教师同步直播教学、同步在线答疑，线下教师组织课堂，并与学生互动答疑，指导学生分组实验。在分组协作学习的环节中，学生在智影云端智能视频创作平台上学习虚拟数字人制作过程、查阅课程有关资源。本课教学目标是以人工智能为支架，提升学生自我组织、沟通、动手操作能力，在师生、生生、生机互动交流和协同工作过程中培养学生的信息科技核心素养(见图1)。

图1双师课中线下教师介绍线上教师

现场采用多媒体教室(极域多媒体系统)进行网络和教学过程管理，线上教师、评课专家、网络观摩人员采用腾讯会议参与教学教研，全程录像，支持回看。

2.双师课堂实施的教学过程

(1)人工智能新技术典型应用场景视频探索

线下教师发放探索任务单(见表1)和技术词汇一览表(见表2)，为学生学习提供支架。

表1《人工智能与智慧社会》的探索任务单

表2技术词汇一览表

线上教师引入教学：智慧社会的技术应用丰富多彩，新技术不断出现，而人工智能是其中的核心技术。接下来观看视频，探究智慧社会的技术应用。请学生快速浏览探索任务单中本次课用到的一些技术词汇的简单解释，完成第一个任务。

线下教师播放智慧社会中人工智能应用场景的视频，让学生判断具体应用的是哪种技术。

播放6个视频片段，涉及智慧社会的多个方面，视频标题会出示关键词，指导学生填好任务单。

(2)新一代人工智能概念要素及图灵测试讲解

两位教师课前各设计了一个虚拟数字人主播，用作不同内容的辅助教学。

线上教师利用虚拟数字人主播远程讲解了新一代人工智能概念及要素(“数据+算法+算力”)，对照图示，线上教师远程讲解了图灵测试(见图2)。

图2线上制作利用虚拟数字人主播远程讲解图灵测试

(3)学生体验和创意制作虚拟数字人主播

让学生体验虚拟数字人技术应用，小组合作学习，创意制作自己的虚拟数字人主播，并进行成果展示交流。线上教师介绍虚拟数字人技术及其用途。线下教师讲解虚拟数字人主播制作要领，学生在教师的指导下分小组协作完成个性化的虚拟数字人主播制作项目(见图3)。

图3学生在教师的指导下完成虚拟数字人体验

最后进行成果展示，学生分组交流作品，教师进行点评。线下教师选取四个小组作品(两个较好、两个存在普遍问题)进行分享。

提示学生在分享作品时需说明：设计过程主要考虑了哪些因素；整个设计亮点是什么；还有哪些地方需要进一步改进。提醒学生认真聆听其他分享，相互学习，取长补短(见图4)。

图4学生作品演示交流

线上教师点评学生作品，指出每个作品的优点和不足，线下教师针对性提问，引导学生回答出制作过程中的亮点，便于其他学生学习，并鼓励其他学生提问。

(4)课堂小结和延伸思考

线上教师做课堂小结：本节课学习了新一代人工智能技术概念及其要素，学习了经典实验——图灵测试。实践中，大家透过视频探索了智慧社会中各种新技术的应用，结合小组商议，制作了自己的虚拟数字人主播，并进行了成果分享。线下教师做延伸思考：元宇宙是一个很有意思的概念，感兴趣的学生课后可以阅读覃老师发表的相关文章，这是人工智能与虚拟数字人结合的应用案例，还获得了国家版权局软件著作权，相关资料会分享到群里供大家自学(见图5)。

图5双师做课堂小结和延伸思考

整堂课将所教内容与动手实践紧密结合，通过“引入—探究—示范—实操—分享—评价—小结—延伸”等环节，发挥教师引导作用，以学生为中心，使学生真正成为课堂教学活动的主体，并拓展了学习空间，同时注意培养了学生的科学精神和创新能力。

三、实施成效

总体而言，实施成效包括几个方面：一是注意调动学生的积极性，发挥了学生的主体作用；二是运用现代化教学手段，提高了课堂的教学效率；三是虚拟数字人项目的选取符合学生的年龄特点，强调了“理论联系实际、动手探索感悟”的教学特色；四是教师过程性评价、作品效果评价与学生自我评价相结合，真正发挥了评价激励学生学习、促进学生发展的作用。

教学内容的设计组合、衔接过渡、详略安排符合新课标要求和学生实际，达成了教学目标；教学过程引导学生积极参与课堂教学活动，使学生思维活跃、乐于探究、敢于质疑、交流合作、主动学习；课堂教学中重视学生思维品质的培养，充分体现了学生自主学习的过程；面向全体学生，分层教学，体现差异，实现了因材施教，使每个学生都有收获，都能制作出合格的作品。

教学中充分利用现代媒体，观看了人工智能与智慧社会的视频，形象直观，加深了学生对所学内容的了解与领悟，深化了教学实践效果。通过虚拟数字人主播的应用展示及动手制作演示，学生对虚拟数字人等新技术的应用形成了直观认识，提前录制好的制作虚拟主播的导学视频帮助计算机应用能力不足的学生自主学习，实现了分层教学，提高了课堂效率。

这一过程中有特色的原创性做法和可复制的经验包括：主讲教师同步直播教学、同步在线答疑，现场合作教师与学生互动答疑、学生分组协作学习，锻炼了学生的组织和沟通能力，实现了师生、生生、生机互动交流和协同工作，提供了辅助学生理解智慧社会新技术的名词一览表和探索任务单，助力学生对照视频应用场景把握人工智能新技术的应用特点；提供了虚拟数字人制作的教学实验和电子导学案，指导学生一步步地掌握虚拟数字人的制作步骤。

研究团队从元宇宙中国教育范式研究视角将线上线下双师课堂教学模式通过知识延伸环节衍生到元宇宙AI数字人云课堂中，为学生在虚实世界的学习迁移提供了探究空间。

四、总结与反思

本次双师课目标明确，与时俱进，模式新颖，效果显著，突出了人工智能是信息科技课程中崭新且重要的内容，也是智慧社会的核心技术，其在融合教学中的赋能作用凸显，对学科发展有一定的引领作用。从学生提交的探索任务单、小组创意制作的虚拟数字人作品和交流展示效果看，学生很好地掌握了教学目标要求的教学内容，课程的学习激发了他们对人工智能新技术应用的浓厚兴趣。双师配合默契，远程互动协同高效，有效激发了学生的好奇心和兴趣点。

此后的人工智能课堂教学中应注意：选题要新颖；疫情防控常态化背景下实施双师课堂教学模式要符合实际要求；项目活动设计要符合学生年龄特点；要选取合适的学习平台，协调好网络资源开展教学。

选择的项目要主题新颖，从而调动学生的学习积极性。教学设计对主题设计的各个方面要分析透彻。教师在教学设计中应从教学内容、学习者情况、学习方式、教学手段、技术准备等多角度进行分析，准确把握新课标中关于信息素养的内涵与外延，为教学的实施奠定基础。要充分考虑疫情防控期间线上线下的学习特点，实施线上线下相结合的双师教学模式，合理安排教学过程，让学生在动手活动中加深对所学知识的理解和应用，注意激发学生的好奇心和兴趣，注重培养学生的观察力、探究力、协同力。

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出处：《中国现代教育装备》2023年第1期