發(fā)行編號：HB20240809C    日期：2024年08月09日   作者：吳權(quán)威Power Wu  

計算機輔助教學(xué)(Computer Assisted Instruction，簡稱CAI) 的研究與發(fā)展，已經(jīng)歷經(jīng)一甲子歲月，60多年之后，因為生成式AI的爆炸性發(fā)展，終于迎來契機，實現(xiàn)生成式AI輔助教學(xué)(Generative Artificial Intelligent Assisted Instruction，GAI)，從CAI轉(zhuǎn)型升級為GAI。

?一、從CAI到GAI，一甲子的歲月

世界上第一套CAI系統(tǒng)，是美國伊利諾伊大學(xué)的柏拉圖系統(tǒng)(PLATO)，全球各地經(jīng)歷60多年的研究與發(fā)展，終于開啟實現(xiàn)GAI的新里程。數(shù)十年來，教育主管部門、學(xué)術(shù)研究機構(gòu)、教育企業(yè)爭相投入研發(fā)資源，集合計算機專家、教育學(xué)者、學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜?、第一線教學(xué)專家等，先后研發(fā)各種將整合計算機系統(tǒng)到教學(xué)活動中的產(chǎn)品、方案，以期提高教學(xué)效能和學(xué)習(xí)質(zhì)量。

1999年，我們創(chuàng)立醍摩豆智慧教育，開始投入CAI的研究、發(fā)展與推廣。我們推出「按按按」高互動輔助教學(xué)系統(tǒng)(醍摩豆，1999)，并經(jīng)過嚴謹教育學(xué)術(shù)實驗研究，獲得非常好的效果，也因此推廣應(yīng)用普及到包括大學(xué)、中學(xué)、小學(xué)等各級學(xué)校，如圖1。
 

圖1：「按按按」高互動輔助教學(xué)系統(tǒng)(醍摩豆，1999)

多年來，人工智能(Artificial Intelligent)一直是相關(guān)研究人員最重要的研發(fā)議題，例如IBM的深藍 (超級計算機)計劃，Google的AlphaGo西洋棋計劃...等。直到2022年11月30日，總部位于舊金山的OpenAI推出基于大型語言模型的ChatGPT，在短短2個月內(nèi)，隔年1月ChatGPT的使用者數(shù)就超過1億人，成為增長最快的消費者應(yīng)用程序。ChatGPT的爆炸式應(yīng)用擴散，使得大型語言模型如雨后春筍般出現(xiàn)，也助燃了教育領(lǐng)域的生成式AI輔助教學(xué)「火花」，紛紛投入積極研究發(fā)展能整合生成式AI的軟件、教材和學(xué)習(xí)平臺。

?二、HiTeach AI課堂輔助教學(xué)系統(tǒng)

根據(jù)廣義人工智能定義，除了普遍應(yīng)用的生成式AI和分辨式AI，還有許多不同類型AI。只要經(jīng)過教育研究，符合教學(xué)原理的，就可以嘗試應(yīng)用到課堂教學(xué)中，以提升學(xué)習(xí)效能，或減輕教學(xué)負擔(dān)。以HiTeach AI為例，具有多項AI引擎輔助課堂教學(xué)，包括AI口說練習(xí)、AI文句分析、AI/GPT服務(wù)、AI蘇格拉底小數(shù)據(jù)、AI語音轉(zhuǎn)文字等，如圖2：HiTeach AI課堂輔助教學(xué)功能。

圖2：HiTeach AI課堂輔助教學(xué)功能

1.HiTeach AI口說練習(xí)功能

教師可以隨時派送口說練習(xí)任務(wù)，學(xué)生使用麥克風(fēng)錄音后，由AI自動辨識評分。例如，教師請學(xué)生練習(xí)國語、英語、日語、韓語、粵語等，請學(xué)生自主錄音練習(xí)，每次練習(xí)后AI會自動評分，不滿意可以再錄音練習(xí)一次，直到滿分、滿意為止。HiTeach AI口說練習(xí)，是輔助學(xué)生自主口說練習(xí)的自動化工具，在課堂中應(yīng)用口說練習(xí)功能，可以讓學(xué)生充分練習(xí)口說能力。
 
圖3：HiTeach AI口說練習(xí)畫面

2.HiTeach AI文句分析功能

HiTeach AI文句分析功能，可以協(xié)助教師快速分類和處理詞句、文章，學(xué)生端大量同步傳來各式各樣的字、詞、句，例如填充題(文字題型)、文字飛訊(討論區(qū))，或匯入文字檔等，均可借助AI文句分析功能，加速文句的分類和教學(xué)決策，AI輔助文句分析功能和應(yīng)用特點說明如圖4、圖５。
 
圖4：HiTeach AI文句分析功能與應(yīng)用特點說明圖
 

圖5：HiTeach AI文句分析功能畫面截圖
 

3.HiTeach AI/GPT服務(wù)

HiTeach 整合介接生成式AI服務(wù)，提供課中依學(xué)生反饋數(shù)據(jù)實時應(yīng)用的提示指令集，或備課使用的提示指令集，例如AI自動評分、評語、出題、摘要、總結(jié)、挑選，以及自動繪制心智圖等，并可自定義通用指令集，讓教師可以根據(jù)課程需求，設(shè)計適合的提示指令集重復(fù)使用，如圖6。

圖6：HiTeach AI/GPT功能應(yīng)用畫面截圖
 

4.HiTeach AI蘇格拉底小數(shù)據(jù)服務(wù)

AI蘇格拉底小數(shù)據(jù)是AI小教練，可以用來幫助教師團隊自主學(xué)習(xí)，快速增強科技互動能力。每一次使用HiTeach進行互動課堂，課堂結(jié)束后，系統(tǒng)會自動發(fā)送通知到教師自己的HiTA APP如圖7，提供本次課堂的科技互動(T)指數(shù)和科技互動頻次分析。

圖7：HiTeach AI蘇格拉底小數(shù)據(jù)統(tǒng)計畫面截圖

5.HiTeach AI語音轉(zhuǎn)文字服務(wù)

HiTeach AI語音轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)文字服務(wù)，可以自動記錄課堂師生互動的逐字稿，輸出AI蘇格拉底時間軸，以便更完整呈現(xiàn)課堂歷程。AI蘇格拉底時間軸是以時間序為中軸，根據(jù)時間推移來呈現(xiàn)多種課堂歷程數(shù)據(jù)，包含專家觀課標(biāo)記、課堂逐字稿、師生互動歷程、教學(xué)影片等數(shù)據(jù)。打開時間軸可以更「立體化」重現(xiàn)課堂教學(xué)場景，協(xié)助教學(xué)團隊基于課堂數(shù)據(jù)與證據(jù)，進行更精準(zhǔn)的循證教研活動，如圖8。

圖8：HiTeach AI語音轉(zhuǎn)文字與AI蘇格拉底時間軸

?三、HiTeach AI與AI教科書

AI教科書顧名思義，就是可以整合應(yīng)用AI功能的教科書或課本，包括教師自編教材、出版社電子教科書、各類網(wǎng)絡(luò)資源等。以HiTeach AI作為課堂教學(xué)輔助載體，整合AI教科書(AI課本)的教材資源，以及生成式AI大語言模型資源，組合成為更便利的AI課堂輔助教學(xué)系統(tǒng)，如圖9，教師在課堂中隨時按鍵呼叫AI助教，輔助完成課堂教學(xué)活動，包括出題、評分、評語、挑選、分類、分析、摘要、總結(jié)等AI專長功能。

圖9：HiTeach AI課堂輔助教學(xué)與AI教科書組合應(yīng)用圖

HiTeach AI課堂輔助教學(xué)系統(tǒng)，可應(yīng)用于多種課堂情境，舉例如下：

??1.摘要總結(jié)：在語文課中，巧妙運用AI小幫手，可協(xié)助摘要總結(jié)，例如：請學(xué)生閱讀「春夏秋冬」課文后，教師提問：「春夏秋冬你最喜歡哪一個季節(jié)？請說明喜歡的理由?！?，全班學(xué)生都在平板回答后，老師請出AI小幫手，立即總結(jié)摘要全班回答作品。教師根據(jù)AI小幫手摘要總結(jié)，再進一步采用適當(dāng)?shù)娜簩W(xué)、自學(xué)或分組學(xué)習(xí)等教學(xué)策略。

??2.自動評分：全班學(xué)生提交回答作品后，教師用GPT根據(jù)預(yù)先準(zhǔn)備好的提示指令，給全班作品快速評分、評語。經(jīng)過快速運算，AI小幫手就打好分數(shù)、給出評語，我們來看看，一號同學(xué)9分，評語是：「描寫生動，頗有創(chuàng)意…」，二號同學(xué)7分，評語是「說明完整，可再修飾用詞」。這些評分、評語，會自動累計到每一位學(xué)生的紀錄中，提問、回答、評分、成績紀錄一氣呵成，省力又高效，大大減輕教師教學(xué)負擔(dān)。

??3.自動出題：AI小幫手有超強實時出題功能，幫助教師在課尾快速檢測課堂學(xué)習(xí)成效。教師請出AI小幫手，依照預(yù)先準(zhǔn)備的提示指令，經(jīng)過快速運算，自動生成選擇、填充、問答等各種類型試題卷，教師只要按下測驗鈕，試卷就會自動傳送到學(xué)生平板上，學(xué)生完成試卷后，按下結(jié)束鈕，HiTeach就會自動計算全班評量得分、成績分布、統(tǒng)計等數(shù)據(jù)。AI小幫手很厲害，幫助教師在課中立即檢測學(xué)習(xí)成效。

??4.學(xué)習(xí)幫手：課堂學(xué)習(xí)氛圍很重要，GPT也是課堂學(xué)習(xí)小幫手，教師可以預(yù)先設(shè)計提示指令，隨時提出小幫手觀點。例如，對開性問題，請小教師先請AI學(xué)伴回應(yīng)關(guān)于：「關(guān)于春夏秋冬的四字成語」，然后再以分組協(xié)作方式，請各小組接著進行創(chuàng)作。利用AI小幫手，不但活絡(luò)課堂學(xué)習(xí)氣氛、更增添課堂學(xué)習(xí)樂趣。

?四、提煉AIPACK智慧模式 

醍摩豆(TEAM Model)系統(tǒng)，是基于TPACK教學(xué)理論與教學(xué)科技，累積二十多年教育經(jīng)驗所研發(fā)的智慧教學(xué)系統(tǒng)，以協(xié)助智慧學(xué)校、教師團隊系統(tǒng)性、大規(guī)模、常態(tài)化實施TPCK智慧教學(xué)模式，同時輔以大數(shù)據(jù)和AI教練，以促進教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)，如圖10。

圖10：醍摩豆(TEAM Model)之教學(xué)理論與教學(xué)科技

隨著GAI的急速發(fā)展，助燃了教育領(lǐng)域的GAI輔助教學(xué)「圣火」。AI(Artificial Intelligent)可以說是T(Technology)的極致應(yīng)用，GAI的發(fā)展，讓教育界燃起對科技融入教學(xué)的全新想象空間，進一步推進基于生成式AI的TPACK模式，AIPACK也就應(yīng)運而生了。
GAI進課堂，TPACK架構(gòu)升級為AIPACK，教學(xué)團隊需要重新提煉新技術(shù)(AI)、新教法(P)、新教材(C)三者深度融合的智慧模式如圖11，也是當(dāng)代教育界最重要的教學(xué)研究課題之一。

圖11：AIPACK智慧模式

?五、結(jié)論 
隨著生成式AI的爆炸性發(fā)展，數(shù)字化學(xué)習(xí)邁入新里程，計算機輔助教學(xué)逐步轉(zhuǎn)型為生成式AI輔助教學(xué)，從CAI轉(zhuǎn)型升級為GAI。
我們欣逢這個實現(xiàn)生成式AI輔助教學(xué)的契機，需要為更好的教育作好準(zhǔn)備工作，包括師資、教材、教法、環(huán)境與設(shè)備。當(dāng)然，這也將會給教育領(lǐng)域帶來巨大變化和沖擊，教與學(xué)的型態(tài)都將改變，課堂、教室、學(xué)校的運作型態(tài)也將隨之調(diào)整。
 

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??醍摩豆智慧教育發(fā)展歷史沿革
??教師增能與專業(yè)發(fā)展系列之四：HiTeach GAI教學(xué)活動設(shè)計舉例