以人为本的HI+AI教学与自适应学习

基于以人为本的AI教学理念，上海交通大学启动了“HI导师+AI教师课堂变革计划”（图1），该类课程从理念层面来讲，是以人为本（H，human）的启发式（I，inspiration）AI课程建设，其中H代表Human，I代表Inspiration。从形式方面来讲，是HI导学+AI伴学，其中HI代表Human intelligence，也就是人类智能，体现了人类教师的引导作用。

图1 HI导师+AI教师课堂变革计划 

上海交通大学的工程热力学，是实施HI+AI改革课程之一。这门课程在60年代初由沈维道、蒋淡安、郑培芝等老一辈学者完成建设，后期童均耕教授与王丽伟、叶强教授对该教材进行多次改版，至今该系列教材已出版百万余册，在全国两百余所高校中得到应用。为“十一五”与“十二五”国家级规划教材，并获全国教材建设奖二等奖。课程后期在王丽伟教授所带领的团队努力下不断优化，获得了国家级精品在线课程及国家级（线上）一流本科课程等荣誉。

基于工程热力学课程强大的教学基础，王丽伟教授针对该课程提出了“HI导师+AI教师”的教学方法，并在面向储能专业的“工程热力学”课程中开始实施。该课程入选首批国家智慧教育公共服务平台“人工智能试验场”。课程改革的主要目的是实现“以人为本的HI+AI教学与自适应学习”。

虽然在“学生中心”的理念下，近年来各大高校都对“以人为本”的教学形成了普遍共识，但是AI时代“以人为本”的这个概念还是需要进一步强化。因此上海交通大学丁奎岭校长在2024年的人工智能大会上，提出“越是AI无处不在的时代，越需要以HI为中心，越要关注人之所以为人的价值”。这说明未来的教育将基于“以人为本”的基础，开启AI教学发展的新纪元。

1996年，美国的布鲁斯洛夫斯基首次定义自适应学习的概念，他提出：自适应学习是尊重每一名学习者的个体差异，为学习者提供最合适、最需要的教育。既然是“最合适、最需要”，则说明一定要强调个体差异，这就需要提供不同的教育可能性，这样的教学非人力所能达到。因此这个概念在很长一段时间，并没有引起人们的关注。但是AI时代的到来，使得“自适应学习”成为了可能。

“工程热力学”课程建设过程中，真实教师主要是以进阶研讨式的方式对知识点进行深度研讨，同时指导学生做科研、帮助同学遴选科研导师，重点强调情感陪伴与高阶能力培养。真实学伴除了班级同学以外，还包括博士生、“伯乐计划”本科生。课堂中的AI教学，包括数字教师和数字学伴，重点强调的是高质量的自适应学习。 

课堂实施过程

在课程的建设过程中，上海交通大学教育技术中心特别打造了智慧教室、讨论教室以及供教师研讨的大阳台，网络信息中心搭建了“HI+AI课程中心”。

课程建设包括了AI课程以及HI课程。AI课程建设了两种形式，其中一种是视频模式，另外一种是PPT模式。

视频模式中，慕课在智慧教室拍摄完成，这类慕课由于完整再现了课堂讲解过程，相对于传统的慕课，更易于被学生接受。课程界面如图2所示，其中左侧是学生听课的区域，右侧则是AI问答区域。AI问答区域中，除了学生提问的问题以外，网络信息中心的技术人员特别开发了自问自答环节，可以根据课程内容，通过自问自答，推荐更多的学习资料。

图2 AI课程的视频模式 

AI课程的PPT模式如图3所示。同样左侧是AI教师的授课区，右侧是问答区。问答区设置了AI学伴，之所以叫作“学伴”而不是“助教”或者“教师”，主要考虑的是AI回答的问题有时候会出错，难以达到助教或者教师的水平。PPT区域同样制作了字幕，同学可以阅读字幕，也可以采用语音播放的形式播放字幕。

图3 AI课程的PPT模式 

课程在上海交通大学的智慧教室实施授课。教室如图4所示。整个教室学生分为4组，每一组都有独立的电视屏幕，桌子为讨论式的多边形桌子，即可以拼接在一起，也可以独立分开。教师也有一个单独的讲课用的屏幕。

图4 上海交通大学的智慧教室 

AI授课过程中，每位同学需要带电脑以及耳机到智慧教室，然后进入到学校的“HI+AI课程中心”学习。整个课堂完全颠覆了传统的教学模式。上课过程中，课堂是鸦雀无声的，教师在教室中走路需要特别小心，否则会有声音打扰到学生。每一位学生都在认真学习，没有出现打游戏、溜号等问题。课堂上每一位同学的学习进度都不一样的。课堂中学习得最快的学生，45分钟的课程会在20～25分钟左右完成。

整个学期的课程全部是按照HI导师+AI教师的教学方式来开展。AI课堂最大的特点，是实现了自适应学习，也就是按照学生各自的学习节奏完成课程内容。如果学习进展快，则剩余的时间则完全由学生自由支配。为了达到优良的自适应学习效果，课程中安排了一名博士生以及一名“伯乐计划”本科生，两名学生在讨论教室工作，授课过程中，提前在智慧教室学习完AI课程的同学，可以到讨论教室与学长们研讨，在AI课程中，教师也会提前15分钟左右，从智慧教室转到讨论教室，以便于同学们有问题前来咨询。天气好的时候，提前学习完课程的同学也可以到阳台，约教师及学长们讨论未来发展规划，也可以讨论学习、科研与生活中遇到的问题。

所有的知识点都由AI课程（45分钟）讲解，学习完成之后，在智慧教室会进行HI课程的研讨。HI课程的组织模式，主要是通过进阶的讨论题完成。如图5所示，讨论题会从较为基础的题目出发，逐渐深入，例如1-1-4讨论题，会请同学们叙述燃气轮机的工作过程，对于还没有学习专业课程的同学们来讲，这个问题是有一定挑战度的。对于此类问题，一般会安排学生的自主讨论环节，也就是先展开小组讨论，并允许同学们借助AI得到答案。

图5 HI课堂的进阶讨论题

 HI环节也设置了“卡诺电池发电耦合液流电池储电的性能分析”课程项目，这个项目中所涉及的卡诺电池是近年来的研究热点，项目研究采用逐步深入的模式，先是同学们自行调研，允许同学们采用AI，了解卡诺电池技术，完成项目书的前言部分的撰写。然后是通过朗肯循环的学习，搭建卡诺电池循环，接着研究生以及教师会指导同学编程分析循环。这个环节鼓励学生采用AI技术进行编程。在整个项目书撰写的过程中，制定了详细的考核规范。 

中期学生反馈及学习成效分析

中期学生反馈是提升教学特别有效的一种方式。这种调研方式可以确认哪些问题是大多数同学的共性问题，在教学过程中，通过中期反馈调研发现，经常100%的同学都认为有问题的地方，老师却是没有意识到的。

在上海交通大学，中期学生反馈由教学发展中心组织咨询师开展与实施。具体流程如图6所示。首先教师在网络平台申请“中期学生反馈”服务，然后咨询师会跟进，并和教师进行前期会谈。接着咨询师会进入课堂听课，同时收集学生们对课堂意见和建议，最后会对课程进行后期的跟踪与反馈。

图6 中期学生反馈服务 

HI+AI的工程热力学教学过程中，申请了两次中期学生反馈服务。这里也和大家分享一下同学们反馈的结果，以便于大家了解课程情况。

第一次中期学生反馈在第四周进行，调查显示，在优势方面，100%的同学认为“网课非常灵活”“相关拓展知识可以询问AI，更加多元化”“上课节奏自由决定，课程内容可以反复观看”，在涉及科研的评价中，95%的同学认为课程“涉及科研前沿，拓宽视野”。在问题方面，100%的同学希望延长作业时间，85%的同学认为HI的研讨题难度大，希望精讲。

按照第一次中期学生反馈的结论，对课程进行了整改，在第九周进行了第二次中期学生反馈，在优点方面，依然是100%的学生认为课程灵活，同时科研评价方面，100%的同学认为“可以与老师以及师兄自由讨论，提升科研水平”“获得选择科研导师的建议”“帮助论文撰写规范化，有利于以后的科研工作”“老师和蔼，提供科研方面的帮助”等。

在存在问题方面，90%左右的同学认为课程项目的难度大。实际上学生们反馈的问题，恰好是教学设计中一个重要的点，所涉及的教学理念，就是“不愤不启，不悱不发”，也就是需要让同学们感觉到很有挑战的时候，再给出恰到好处的指导。后期针对同学们的问题，特别安排了编程辅导与项目研究辅导相关课程。

在课程考核方面，课程达成度预期为0.72，最终的达成度为0.75，与目标预期值基本一致，略高于预期值。

在课程项目执行过程中，发现部分同学采用AI完成的项目逻辑漏洞很多，前后内容不一致，与课程预设目标具有非常大的偏离。

课程教学过程中，前六周的课程，详细编写了字幕，相当于采用教材中的较多内容对大模型进行了训练。后六周的课程中，由于同学们较少使用字幕，就只写了内容简介，此时相当于课程训练的语料库大幅度减少。后期对比之后，发现前六周精心训练过的AI学伴，其回答问题的质量高，正确率基本可以达到100%。而后六周没有精心撰写字幕的课程，AI学伴相当于完全采用Deepseek大模型，错误率达到了约20%～30%。

HI导师环节，所指导的学生入选学校伯乐计划，同时协助班级约1/3的同学落实了科研导师，为后期的学习与科研奠定了基础。 

有关未来教学的相关思考

“HI导师+AI教师”的教学模式具有强大的自适应学习的特性。在AI课堂中，一些学习能力强的学生，可以提前完成学习，其他时间可以做科研或者学习个人感兴趣的知识。课堂上没有出现学生打游戏、睡觉等“摸鱼”情况。

在HI导师侧，教师的课堂组织能力、专业化发展路径的指导能力非常重要，与此同时，教师需要时刻关注AI技术的发展，与AI平台的深度讨论与对话是了解AI的重要路径，也是了解学生学习过程中AI赋能极限的重要措施。未来能够运用好AI、极大挖掘不同学生最大潜力，并提供更多、更高阶学习资源的老师，将成为助力学生飞翔的重要力量。

教师需要有与AI互补的能力，因此情绪稳定、优秀的情感陪伴能力、传承友爱与耐心的能力（去除焦虑）将会越来越重要。

在教学理念方面，“学生中心”的理念依然会非常重要。 “学生中心”与“以人为本”是异曲同工的，都说明了教学需要关注人的差异性。所以过去的“学生中心”（或者说“以人为本”）是大学的目标，而未来通过“自适应学习”来构建教学过程，则可以使得“学生中心”成为现实。

在AI技术促进了个性化学习的背景下，对于一些学生，知识不是越多越好，考核也不是难度高就好，如果按照知识难度考核学生，培养的学生将输给AI，因为AI最为博学。学生是多元的，需要结合AI课堂，给予学有余力的学生一定的留白时间，需要让同学们有时间在他们感兴趣的方向有更好的发展，这样学生才会在AI时代彰显个性，更好地适应社会的发展。