0 引 言
人工智能技术的发展和应用对当今的社会发展和经济发展产生了巨大的促进作用，而机器学习是人工智能的核心技术和研究领域，对应的机器学习课程在人工智能的相关专业课程中具有重要地位。对于机器学习课程理论知识的教学，通常的教学模式是在课堂上教师讲授某个机器学习理论（包括理论原理、方法和算法），学生通过听课学习理论知识，以及少量的师生问答。由于课程的理论知识大多比较难，这种传统教学模式的教学效果并不理想。为提高理论课的教学效果，教师们开展了一些教学改革实践，如文献[1—3]中论述在课堂教学过程采用基于案例的教学方法，由应用案例引入要解决的问题，借助案例归纳算法原理；文献[4]中探索以某个理论为专题讲授与之相关所有知识点的专题式教学方法；文献[5]中讨论由简入难和案例分析的教学方法。可以看出，这些教学措施主要是从教师讲授的角度改善教学效果。
从学生学习的角度开展教改实践也是改善学习效果的途径。文献[6]中认为培养学生的主动学习能力，推动教学互动，能有效地促进教学目标的实现；文献[7]中将主动学习策略应用到软件测试课程的教学中，取得了比传统教学方法更好的教学效果；文献[8]中设计了“主动学习”教学模式的“示标助学、自学研讨、目标检测、质疑讨论、强化练习、目标总结”的教学过程，以调动学生的学习主动性和提升教学效果。
纵观历史，新技术并不会成为高等教育教学发展的阻碍，相反地，高等教育教学的进步正是受益于新技术和新工具的运用[9]。自然语言大模型ChatGPT、文心一言等已成为当前最耀眼、最具应用潜力的人工智能新技术，智能知识工具ChatGPT等的出现应成为促进新的教学改革的推动力。文献[10]中认为这种通用大模型在教育行业的快速渗透将引发人才培养目标的转变及教育教学形态更替；文献[11]中提出使用ChatGPT的几种方式包括生成教学材料、回答问题、业务自动化和协助开展科学研究；文献[12]中探讨了ChatGPT支持习题生成、自动解题与辅助批阅3个具体教育应用；文献[13]中认为ChatGPT可以提高学习和研究效率，以及推动教育向提高学术创造力和思辨性思维发展。另一方面，新技术的教育应用存在伦理风险[14]，也可能对教学产生负面影响，如ChatGPT给出不准确信息的风险包括事实性错误、知识盲区、概念误用等，过度依赖ChatGPT寻求答案导致学生批判性思维和解决问题能力培养的缺乏[9]。对待新技术的科学态度是用其所长、避其所短，合理利用智能知识工具提高教学质量，采取措施规避其可能的负面作用。
教育应当与时俱进，我们可以利用人工智能新技术——智能知识工具带来的教学模式改革的契机，探索运用智能知识工具进行主动学习的新教学模式来提升教学效果。为此，结合教师巧教主导、运用智能知识工具和多任务引导的主动学习教学法，引导学生主动学习，培养学生的主动学习和思辨性思维能力，通过教与学的双向合力有效提升教学效果。
1 智能知识工具助力和多任务引导的主动学习教学框架
依据在课程教学的多环节突出学生主角的策略，构建借助智能知识工具的多任务引导的主动学习教学法，其教学框架主要包括3方面：教学模式、教学内容、实施方法。
以教师为主的经典课堂教学方式是在课堂上教师讲授有关知识，学生被动听课；为了解学生的知识吸收情况，提问学生关于刚讲解过的知识，教师对学生的回答进行点评。这种师生互动的经典教学方式，优点是可以提高学生课堂专注度，加深学生对知识的记忆，但对于具有一定难度的机器学习理论，学生需要经过一段时间的思考消化和主动学习过程才能深入理解和掌握，此时简单的师生互动教学效果并不理想。
对此难题，学生更多地参与教学过程，发挥主动学习性是一种解决途径。由于学生的自学水平和投入程度参差不齐，对学习达成目标、知识重点与难点的把控较弱，教师不对学生的主动学习进行管理，完全由学生自主学习，主动学习的效果会比较差。在课堂教学之后，教师给学生布置关于主动学习的课后任务，通过多个具体学习任务引导学生开展深入且有效的主动学习是可行的教学模式。
对于较简单问题的课后任务，学生使用课本、参考书和普通知识工具来完成。对于较难问题或开放性问题的课后任务，学生可以增加使用智能知识工具来完成。为加强对主动学习过程的管理和合理使用智能知识工具，采用由教师筛选后指定或提供具体知识工具、学生使用指定工具完成任务的教学模式。智能知识工具带来的好处是对于作者所在的普通高校，普通学生也可以借助智能知识工具完成有难度的任务，激发自身的学习潜力和学习兴趣。
学生通过主动学习完成布置的任务，所获得的任务解答可能存在知识错误、知识缺失、概念误用等，这源自于学生的学习水平所限或智能知识工具的不准确信息风险。这些信息错误可以通过教师与学生的互动讨论进行辨别和修正，使学生获得准确的知识和思辨性思维的训练，这个环节也形成必要的教学模式。
总之，在教学模式方面，在课堂上由教师主导讲授理论知识；然后，给学生布置多个关于所讲知识的课后任务；课后在多任务的引导下，学生利用课本、智能知识工具和其他知识工具进行主动学习来完成任务；在后续课堂上，师生开展任务汇报、互动讨论、课堂辨识、课堂练习等多项学生主动学习活动，从多方面深化和掌握理论知识。
在教学内容方面，对于某个理论知识，教师讲解其重点内容之后，选出其中关键点和难点，作为学生课后主动学习的内容。这种内容设计的合理性在于：首先，重点教学内容包括理论的基本原理和核心知识，是学生必须理解和掌握的知识；其次，突破重点内容中关键知识和难点的理解障碍，为学生顺利理解和掌握整个理论创造必要条件。
2 新教学法教学设计与实践
新教学法的实践主要从教学目标、多任务内容、知识工具的使用以及教与学的方法4个方面进行设计。示例包括关于支持向量机理论的问题1“设计一个支持向量机分类线或面的原理是什么”和问题2“如何通俗解释核函数”。
在教学目标方面，在课堂教学中，教师讲解理论的重点内容，学生听课进行首次吸收理解；课后学生开展主动学习过程，进一步理解相关知识，并且能使用知识工具完成课后任务；在接续课堂上，学生汇报课后任务，参与讨论和练习相关知识，实现更深入地理解和掌握相关知识；在接续课堂上，教师组织好互动讨论、修正错误内容和提供正确知识。以上目标体现着以主动学习和学习效果为中心的教学模式。
在多任务内容方面，设计多个不同内容的任务以引导学生从不同角度进行主动学习。任务一是关于理论基本原理是什么的问题，可以从课本找到全部或部分解答，也可以使用知识工具寻找解答；例如在课本中可以找到示例问题1的解答，即支持向量机的优化目标是找到一个超平面，使空间中距离超平面最近的点到超平面的几何间隔尽可能大。任务二是关于解释理论关键点或难点含义的问题，在课本里没有解答，需要查资料进行归纳总结；例如，示例问题2需要使用智能知识工具或知乎问答平台查找解答。任务三是设计关于理解知识点的练习题，要求不与课本的练习题雷同并同时提供答案解释，这需要使用知识工具查找资料进行设计；例如设计若干个关于支持向量机知识点的选择题或判断题。
在知识工具（本文将ChatGPT、文心一言、百度搜索、知乎问答平台等统称为知识工具）使用方面，需要考虑不同工具的差异进行筛选和搭配使用。对同一问题，不同知识工具给出的解答或知识细节一般是有差别或不同的。例如对示例问题2，ChatGPT回答的起始部分是核函数是一种用于支持向量机（SVM）算法的数学工具，它能将数据映射到一个高维空间，从而使在低维空间中无法线性可分的数据在高维空间中变得线性可分；文心一言回答的起始部分是核函数是一种映射关系，它将一个空间中的点映射到另一个空间中的点，当核函数是一个多项式函数时，它将低维空间中的点映射到高维空间中的点。因此，由教师挑选2~3个不同的知识工具组成工具组，要求学生使用工具组完成某个任务。例如，选定的知识工具组1包括ChatGPT和百度搜索，知识工具组2包括文心一言、知乎和必应搜索。为合理使用智能知识工具服务课程，由教师筛选出合适的ChatGPT网站或微信公众号供学生使用。
在规避智能知识工具负面影响方面，要求学生使用工具组查找资料，查看课本与参考书，对不同来源资料进行分析、归纳、总结，可很大程度上避免不准确信息的风险，以及避免学生过度依赖智能知识工具的答案。教师也发挥监管作用，当学生在课堂上汇报主动学习的成果时，由教师把关来纠正可能的错误。
在学生课后主动学习的方法方面，对给定的一个任务，学生从课本寻找解答，利用若干个知识工具寻找解答；然后进入学习和整理环节，对不同来源的2~3个有差别的资料进行理解、思考，归纳、组织、总结出自己的解答；最后，将解答按照教师指定格式制作成PPT供上课展示。对于一个任务，组建任务小组，该任务小组自行分工协作完成任务。
在教师对主动学习的管理方法方面，教师给学生布置所讲授知识的多个课后任务，学生以寝室为单位形成任务小组接受任务，包括回答任务小组、找错任务小组和出题任务小组；1~2个任务安排给一个任务小组完成；对于同一个待答问题，要求任务小组的2位成员提供有差别的回答；对于找错任务，安排1~2个找错任务小组，负责在后续课堂上寻找回答任务小组解答内容中的错误并尝试修正；对于出题任务，任务小组应提供2个以上的练习题并给出答案解析。
在课堂上的教与学方法方面，在课堂教学中，教师讲解理论的重点内容，布置主动学习任务。在接续课堂上，首先教师组织学生与学生之间的互动，即回答任务小组多位成员汇报问题解答，同时屏幕展示简洁的解答内容，找错任务小组尝试发现解答内容中的错误；在此期间，教师穿插进行如下的师生互动：邀请非任务小组学生发表观点，教师点评学生回答、纠正错误、补充讲解、重复讲解正确的知识；之后，在屏幕上展示出题任务小组准备好的练习题，全体学生做练习题，稍后教师随机提问学生回答，点评或补充讲解答案解析。这些师生互动、生生互动、做练习题的总活动时间控制在20~25分钟。
综上所述，新教学法中教师新增加的工作主要包括制订学习目标、设计任务内容、布置课后学习任务、筛选知识工具、组织任务小组、组织课堂互动讨论与练习、评述学生回答和讲解正确知识。新教学法中，任务小组学生新增加的工作主要包括小组成员的分工配合、主动学习知识、使用知识工具完成任务、汇报问题解答、辨别回答内容中的错误、参与问题讨论、设计练习题、做练习题；非任务小组学生新增加的工作包括主动学习任务相关知识、学习课堂屏幕上展示的问题与解答、分辨学生回答的正误、参与问题讨论、做练习题、回答所做练习题。
3 教学效果
新教学法突出课程教学中学生的主角作用，能促使学生主动参与教学过程和展开多方面的教学活动，通过多方面教与学的合力提升学习效果。相比于传统教学法中在课堂上学生以听课为主，新教学法大幅增加了学生参与问题讨论的时间和参与深度；相比于课后学生无引导的自主学习，新教学法有任务需求引导学生进行主动学习；相比于学生学习的知识来源于课本，新教学法增加了多种知识来源——（智能）知识工具，促使学生提升查找、思考、归纳、总结知识的能力；相比于普通学生难以解答有难度和开放性的问题，智能知识工具助力他们攻克难题，激发了普通学生的潜力；相比于课堂上学生单向吸收正确知识，新教学法引导学生思考问题、输出知识，通过分辨知识与输出知识的互动交流训练学生的思辨性思维；新教学法增加了课堂知识巩固练习，加强了学生对知识的掌握程度。
机器学习课程的教学过程中，在2021级1个50人的班级开展了新教学法的实践，并对学生进行了问卷调查。由表1的调查结果可见效果显著，96%的学生认为新教学法能帮助其理解和掌握相关知识，80%的学生更愿意使用人工智能新技术——智能知识工具助力课程知识的学习。
4 结 语
新教学法设计了教学中突出学生主角的策略，从多个角度、以多种学习活动引导学生主动学习，提供师生间多元化的学习与反馈机制以及课堂上的及时反馈与指导；特别地，借助智能知识工具这个人工智能新技术，学生可以扩展学习有难度的知识。总之，多角度的学习活动、多任务引导的主动学习、增强的师生多向互动式学习和借助智能知识工具的学习形成了教与学的合力，提高了学生的学习能力、学生理解和掌握知识的效果以及教学质量。
参考文献：
[1] 王变琴, 孙雪冬, 陈薇薇, 等. 机器学习通识课程建设与教学实践探索[J]. 计算机教育, 2019(12): 85-88, 107.
[2] 李大威, 艾欣. 数据分析与机器学习课程的案例式教学改革[J]. 实验室研究与探索, 2021, 40(2): 186-190.
[3] 范彦勤, 覃杨森, 史旭明, 等.“机器学习”案例化教学实践与探讨: 以贝叶斯分类器为例[J]. 教育教学论坛, 2020(43): 109-110.
[4] 杨荣根, 陈维娜, 杨忠. 专题式教学方法在机器学习基础教学中的应用探讨[J]. 物联网技术, 2021, 11(2): 113-115.
[5] 李阳. 机器学习课程的设计与教学模式实践[J]. 电子技术, 2022, 51(8): 170-171.
[6] 雷文艳. 主动学习: 大学课堂教学方式的有效转变及运用策略[J]. 吉林省教育学院学报, 2022(11): 14-17.
[7] 李雯睿, 张鹏程, 杨种学. 基于主动学习策略的软件测试教学方法初探[J]. 计算机教育, 2012(8): 54-57.
[8] 陈长飞.“主动学习”教学模式的实践与思考[J]. 教育探索, 2012(1): 45-47.
[9] 钟秉林, 尚俊杰, 王建华, 等. ChatGPT对教育的挑战(笔谈)[EB/OL]. [2023-04-09]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/50.1028.G4.20230301.1040.002.html.
[10] 吴砥, 李环, 陈旭. 人工智能通用大模型教育应用影响探析[J]. 开放教育研究, 2023, 29(2): 19-25, 45.
[11] 焦建利. ChatGPT: 学校教育的朋友？还是敌人？[J]. 现代教育技术, 2023, 33(4): 5-15
[12] 卢宇, 余京蕾, 陈鹏鹤, 等. 生成式人工智能的教育应用与展望: 以ChatGPT系统为例[J]. 中国远程教育, 2023, 43(4): 24-31, 51.
[13] 李志民. ChatGPT本质分析及其对教育的影响[J]. 中国教育信息化, 2023, 29(3): 12-18.
[14] 王佑镁, 王旦, 梁炜怡, 等. ChatGPT教育应用的伦理风险与规避进路[J]. 开放教育研究, 2023, 29(2): 26-35.
第一作者简介：王开军，男，福建师范大学副教授，研究方向为机器学习、数据挖掘，wkjwang@qq.com。
引文格式：王开军,刘嘉雯,郑子怡,等.智能知识工具助力和多任务引导的主动学习教学法[J].计算机教育,2023(11):65-68.
转自：“计算机教育”微信公众号
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