智能認知工具與課堂教學結構變革

摘要：隨著智能時代的來臨，人類本身的認知能力已無法滿足處理海量信息的需求，需借助智能認知工具來拓展人類的認知邊界以順應時代變化。未來課堂教學也將融入智能認知工具，以促進教育發展。智能認知工具的加入，會導致課堂教學結構發生變革，其關鍵要素變革為教師、學生、教學內容、智能認知工具，形成新的課堂教學結構指導教學實踐。在這種教學結構下，由于將智能認知工具所提供的信息轉化為內在認知具有挑戰性，因此應當利用智能認知工具形成一種以素養發展為核心的深度教學模式，從而促進教育教學發展，培養出更多有助于未來社會發展的新型人才。

關鍵詞：智能認知工具；教學結構；教學模式；核心素養導向的深度教學

隨著智能時代的來臨，我們的社會經歷巨變，從宏觀架構到微觀生活都將被重塑。一方面，新型人工智能技術正蓬勃發展，深度學習算法、強化學習模型、自然語言處理系統等技術，在數據處理、策略優化、人機交互等方面已展現出遠超人類認知能力的強大實力，深刻改變著人類的認知邊界與行為模式。另一方面，知識信息正在呈爆炸式增長，然而，人腦受限于自身記憶、注意力與處理速度，僅依靠自身難以很好地甄別、整合和運用海量且復雜的知識信息，以滿足社會需求。而人工智能工具所蘊含的內容能夠作為人類大腦的延伸，因此，面對這些變化，將人工智能工具作為認知工具用于增強人們的認知能力已經成為必然。[1]在未來的教育教學工作中，應當融入智能認知工具，從而促進人機協同學習，[2]以應對時代的變化。伴隨著智能認知工具逐漸納入課堂教學當中，原本的課堂教學結構以及教學理念也將發生變革，只有把握好這些新的改變，才能夠更好地順應時代變化，利用智能技術賦能教育教學。

我們該如何認識智能認知工具

智能認知工具是指能夠支撐人類認知能力拓展的工具。智能認知工具通常包括智能技術、智能裝備及智能設備。[3]其作為個體獲取外部知識信息的中介，將內部的知識信息網絡與外部的知識信息形成新的連接，實現認知能力的延伸。在教育教學中，智能認知工具通過引導學生深度解析知識信息、精準提煉關鍵要點、推動創新性思維轉化，并以科學標準為學生提供客觀的學習評估機制，從而提升其認知能力并促進思維發展，其作用體現在支持學生進行問題建模、提供思維支架、實現思維連接、推動思維整合與延展，全面賦能教育教學。

問題建模：打造真實情境與規律認知。智能認知工具可通過生成貼合實際世界的仿真情境，構建科學化的數據環境，讓學生通過實驗性探索和反饋了解事物間的關系，幫助學生掌握系統性問題解決的方法。通過持續的情境體驗，學生能夠逐步理解并內化真實問題的內在規律，提升自主解決復雜問題的能力。此外，智能認知工具擁有的機器學習與自適應能力，不僅能夠優化與學生的互動體驗，還能自主積累并遷移知識模型。

思維支架：個性化的認知支持。通過實時采集學生在學習過程中的數據，智能認知工具能夠生成動態的學習者畫像，針對學生的認知難點提供多樣化的思維支架，包括問題引導支架、概念強化支架和案例分析支架等，并根據學生的學習進度和反饋，動態調整支架的復雜度與內容形式，確保學習支持始終適應學生的能力水平。

思維連接：跨領域信息整合與意義建構。單一領域的知識掌握已無法滿足未來人才的需求。智能認知工具通過整合多模態資源（如文本、圖像、音頻、視頻等），激發學生跨領域發現、聯系的能力。同時，在面對復雜問題時，為學生提供多維度的解析，從而推動其批判性、綜合性思維的發展。這種基于技術賦能的認知網絡，既強化了學生的外部信息連接能力，也助力其內部認知網絡的組織與優化。

思維整合：構建深度理解與創新思維。智能認知工具的高效反饋與多樣化資源支持能夠通過跨領域知識整合啟發學生從多角度思考，從宏觀與微觀兩個層面洞悉問題，為構建具有實踐價值的創新方案提供支持。同時，智能工具通過自身的學習與演化，能夠輔助學生實現認知框架的迭代更新，幫助其在多維度上重新定義和解決問題。

思維延展：認知增強驅動的內外網絡協同拓展。智能認知工具能夠無縫連接海量的外部知識流，為個體的思維發展提供持續支持。通過智能算法的精準分析和實時響應，工具能夠快速篩選并推送與學生需求高度契合的知識內容，這種以效率為導向的認知增強機制，賦予了學生跨領域知識整合與遷移的能力。此外，智能認知工具可以模擬復雜的真實情境，幫助學生在動態學習環境中培養前瞻性的認知能力，從而實現思維的深度延展。同時，其具備的團隊協作與共享認知功能，還能提升集體智慧在解決復雜問題中的效能。

智能認知工具帶來教學結構變革

當前的課堂教學結構主要為“主導—主體”教學結構，包括4個關鍵要素，分別是教師、學生、教學媒體、教學內容。隨著未來智能認知工具逐漸融入課堂教學之中，課堂的教學結構整體仍要遵循“主導—主體”教學結構的要求，即將教師教學與學生學習進行有機融合，但是課堂教學結構的關鍵要素與要素間的相互作用關系會產生一定的變革。

一方面，是指教學結構要素的作用變革。

教師教學的變革。教師在課堂中仍然要起到一定的主導作用，即組織學生的學習過程，促進學生的知識建構，培育學生的良好情操。在教學設計方面，將知識與真實情境相結合，發展學生的真實情境問題解決能力；在教學活動規劃方面，將智能認知工具嵌入到課堂教學活動中，讓學生開展具身性、創造性的深度認知活動，實現人機協同教學；在教學評價方面，合理利用智能認知工具設計評價任務，并對學生的學習交互數據進行多維度分析，優化與改進教學行為，實現教學評一體化閉環。

學生學習的變革。學生在課堂中仍然處于主體地位，即對知識信息進行主動建構，成為學習活動、信息加工以及情感體驗的主體。智能認知工具能夠使學生獲取到更加豐富的知識信息，但是其僅能為學生承擔檢索、計算以及分析等非思維創造性任務。學生在利用智能認知工具提供的內容進行信息加工時，必須明確自身“主心骨”的角色，以高度的自主意識與能動意識進行引導決策、價值判斷和意義生成等高階認知活動。

教學內容的變革。在智能時代，應以真實問題為核心設計教學內容，構建跨學科問題情境，使學生在多樣化的學習背景中發展系統思維、批判性思維和創造性思維。教學內容的革新需充分依托智能認知工具的支持，幫助學生快速建立對復雜問題的整體理解，培養學生深層次的認知技能、跨文化視野及全球化思維，從而實現思維能力和核心素養的雙重發展。

智能認知工具在課堂中取代教學媒體是必然。智能認知工具不僅具備教學媒體的功能特性，還能夠承擔部分教師的工作。學生利用智能認知工具的強大功能，可以探索發現數據背后的科學規律，建立出解決問題的模型。智能認知工具在與學生協同解決問題的過程中，也會收集與學生的交互數據，并進行分析與評估，促進其反思與提升，最終實現問題的解決。

另一方面，是指教學結構要素間相互作用關系的變革。

隨著智能認知工具融入課堂，課堂教學結構的關鍵要素變為教師、學生、教學內容、智能認知工具。智能認知工具作為新的關鍵要素不僅直接變革了其與其他三個要素之間相互作用的關系，也使教師、學生、教學內容之間的關系發生了一定的變革。

智能認知工具與學生之間相互促進。智能認知工具為學生提供了更加先進的自學以及協作學習的平臺，通過實時的個性化認知支持，使學生實現自身高階思維的發展；協同解決問題時，機器自身的學習算法，也在豐富其內在知識信息網絡，為學生提供更加精準的交互體驗。

教師與智能認知工具協作互補。教師需要結合教學目標將智能認知工具嵌入到合適的教學活動之中；智能認知工具本身具備的強大交互能力，將承擔部分教師的教學工作，實現個性化教學支持。此外，也能夠為教師的教學設計、教學活動規劃以及教學評價提供強有力的幫助。

智能認知工具與教學內容相互依賴。智能認知工具的使用依賴于教學內容；智能認知工具為學生所提供的交互信息需要結合教學內容進行生成；情境化、跨學科、問題化的教學內容需要通過智能認知工具才能得以更好地呈現。

教師與學生仍應保持教學相長。新的教學結構中，教師不僅是學生學習的促進者、指導者，教學活動的組織者與實施者，還應當作為學生使用智能認知工具的規范者。學生通過與教師進行交流獲取反饋，不僅能實現自身學習的進步，也能令教師更加了解學生的學習情況，并思考如何改進教學。

學生與教學內容互動共進。在智能認知工具的支持下，學生所能獲取到的教學內容遠超從前，需要通過更多的內在思考，甄別出可靠的知識信息，并將知識進行連接、整合，在實現深度認知發展的同時促進自身的思維能力發展與核心素養提升。

教師與教學內容相輔相成。教師要為學生篩選、整合各類知識信息，同時挖掘跨學科知識信息間的關聯性，并將這些知識進行情境化、問題化、規范化和結構化處理，形成課堂的教學內容，保障這些教學內容不僅能夠使學生實現思維與核心素養的雙重發展，還能夠為智能認知工具提供一定的有效信息支撐。

在智能認知工具的參與下，課堂的教學結構將發生巨大變革，在未來的課堂教學中，教師應充分利用智能認知工具的作用，尊重每名學生的獨特性，結合智能認知工具獲取學生認知狀態，為學生帶來最佳的學習體驗。

智能認知工具推進核心素養導向的深度教學

智能認知工具本身蘊含著海量的信息，但是如何將這些信息轉換為個體的內在認知具備挑戰性。因此，在智能時代變革后的課堂教學結構的指導下，應當以智能認知工具為載體推進學生進行深度學習，形成核心素養導向的深度教學模式。

借助智能認知工具推進核心素養導向的深度教學。深度教學的核心要求是要在對知識本身進行深刻理解的基礎上，深度參與體驗學習過程，增強學生的實際問題解決能力、協作能力以及信息素養，從而實現更深層次的教學目標。在深度教學中，學生需要一直進行思考，基于自己的經驗，對知識信息進行加工處理，形成屬于自己的假設、推演，甚至獲得部分創新性的思想，并通過某種方式對其進行驗證，實現深度學習。[4]教師個體的精力難以為每名學生進行深度教學，而智能認知工具能夠實時為學生提供思維支架，協助教師實現深度教學。

利用智能認知工具推進核心素養導向的深度教學模式形成。形成核心素養導向的深度教學模式，需要教師進一步優化課堂的教學活動、教學流程設計。教師應當立足于真實存在的宏觀情境，從中拆解項目化問題情境，進行課堂教學活動設計，并借助智能認知工具開展教學活動，使學生在項目學習的過程中，通過教師傳授、同伴協作以及智能認知工具所提供的知識信息，實現該情境知識的自主探索發現與創生，完成從知識到能力到素養的轉化。

利用智能認知工具達成核心素養導向的教學目標。學科能力指標體系包含“學習理解”“應用實踐”與“遷移創新”三個進階的過程，[5]應基于學科能力指標體系，探究具體如何利用智能認知工具優化教學活動設計，形成核心素養導向的教學目標。在智能認知工具的配合下，教師能夠依據該學科能力指標體系分階段設置對應的教學活動，從而在新的課堂教學結構下形成核心素養導向的深度教學模式。在這種教學模式下，學生逐步拓展認知邊界，學會如何將所學知識遷移到真實情境，并且與智能認知工具協同探索發現解決路徑，實現自身高階思維的發展，達成教學目標。

在未來，智能認知工具融入課堂已成為必然。借助智能認知工具，教學過程應實現一系列轉變，教學重點將從關注知識結論轉向重視知識解析，從單純教授具體概念深入到幫助學生構建知識觀念體系，從培養學生的認知能力提升至著重發展學生的綜合素養。教學的側重點也需逐步調整，從碎片化知識傳授向整體化、結構化的知識體系構建轉變，從以知識結論為核心轉向強調學生思維過程的深度參與認知活動以及直觀呈現思維過程，從以習題練習為主轉變為依托真實問題情境開展教學。

參考文獻：

[1][3]余勝泉，汪凡淙.人工智能教育應用的認知外包陷阱及其跨越[J].電化教育研究，2023（12）.

[2]余勝泉，湯筱玙.智能時代的人才培養模式改革與創新[J].開放教育研究，2024（03）.

[4]張建偉，陳琦.簡論建構性學習和教學[J].教育研究，1999（05）.

[5]王磊.學科能力構成及其表現研究——基于學習理解、應用實踐與遷移創新導向的多維整合模型[J].教育研究，2016（09）.

責任編輯：徐楊