对话 | 方海光-魏宁 人机协同教育：未来教育发展的必由之路

方海光

首都师范大学教育学院教授、博士生导师，北京师范大学兼职教授。北京市教育大数据协同创新研究基地主任，教育部数学教育技术应用与创新研究中心主任，中国电子教育学会青少年教育专委会主任。研究方向为人工智能教育、教育大数据、教育机器人、数学教育技术等。

魏 宁

北京市东城区教育科学研究院研修员，《中国信息技术教育》杂志特约撰稿人/专栏作者。

人机协同教育：

基本理念与分类框架

魏宁：方教授您好，近年来，数字技术的发展进入了“快车道”。特别是随着生成式人工智能的爆发，人与机器之间未来将呈现怎样的关系成为大众津津乐道的话题，折射在教育领域，就演变成了“教师与机器之间的关系”的讨论。但就我的理解，自从技术进入教育领域以来，人机关系就被不断讨论着。您如何看待教育领域人机关系的发展脉络？

方海光：是的，近年来人工智能的快速发展，让人机关系成为一个热门话题。但其实这并不是一个新鲜的话题，即使在教育领域，对人机关系的讨论也由来已久。随着技术自身的发展，“人机关系”里面的“机”至少经历了四个发展阶段：

第一个阶段是“工具”阶段。工具相对于教师的关系，反映在教学中就是教师使用的教具，如黑板、粉笔以及幻灯、投影、电影、电视等电化教学工具，反映在学生的学习中就成了学生使用的学具，如钢笔、直尺等。这时，人是工具的制造者和使用者，占据绝对主导地位，而工具只处于辅助的地位。

第二个阶段是“计算机”阶段。计算机就不是一般意义上的工具了，它具有高速的运算功能和强大的记忆功能，可以帮助教师完成那些重复性、机械性的工作，减轻教师的负担。在这时的人机关系中，机器已经成为教师的好帮手。

第三个阶段是“人工智能”阶段。处于“机”的位置的人工智能，拥有更加强大的功能，能够完成更多复杂的任务，并且能够更好地与人类教师进行交互。这时的人机关系强调的是在保证教师主体地位的前提下，充分发挥人工智能的优势。

第四个阶段是“超级智能”阶段。随着人工智能的快速发展，可以预见，在不久的未来，“机”将拥有更强大的学习、推理、解决问题、创新乃至自主决策的能力，其智能也将超越人类，成为名副其实的“超级智能”。彼时的人机关系必将出现颠覆式的改变，人类教师不得不更多地考虑超级智能带来的伦理、法律等问题，并做好风险预防。

魏宁：今天，我们无疑已经处在从“人工智能”到“超级智能”的发展阶段，人机关系也必将被赋予全新的意义。对于教育而言，您如何看待未来的人机关系？

方海光：刚才我们谈到了教育领域中人机关系的历史脉络，不难发现，随着机器也就是技术的不断发展进步，随着人类与机器在教育领域交互的日益深入，人类智能和机器智能之间的界限也将逐渐被打破，更多的双向赋能和深度协同将重塑人机关系，推动人类与机器之间形成高度融合和动态互动的协同关系。

具体到人机协同的过程，一方面人类将自身的行为、偏好、意见、情感转化为数据流，反馈给机器系统，另一方面机器也会将自身的行为、性能、倾向、决策转化为数据流，反馈给人类系统。通过控制、传输、交互、行动等环节，使得人类和机器能够实时了解彼此的状态，设定共同的教育目标，执行各自的任务，并且协调彼此的意图、行动和认识。

这是一个不断循环的过程，人类和机器通过观察和学习对方的智能强化自身的能力，同时也调整自身的行为和策略，以便更有效地配合对方，从而在更广泛、更复杂的任务中实现高效协同。

魏宁：确实，人机协同教育是一个值得期待的美好前景。具体到当前的教育环境中，有哪些可以应用的主要场景呢？

方海光：人机协同教育能够广泛应用于多元的教育教学场景中，我们可以简要列举如下：

人机协同可以赋能教学场景，综合教师智慧和机器智能的核心优势，优化、创新教学目标、教学设计、教学实施、教学评价等教学全过程。例如，在教学目标的制订上，借助大数据与人工智能技术获取、分析学生的学习数据，辅助教师熟悉学生的学习起点，从而设计出更符合学生实际、能够促进学生发展的教学目标。在教学活动的设计上，教师可以借助大模型，设计并优化教学内容、教学方法、教学案例以及各种学习单。在教学实施过程中，各种教学智能体已经得到了广泛的应用，而智能教学机器人可以扮演智能导师、智能助教、智能学伴等多种身份。在教学评价上，人工智能在数据分析、实时反馈、预测评估等方面同样不可或缺。

除了教学场景外，人机协同在学校管理、教科研、德育、心理健康咨询等方面也有着广阔的应用前景，为提升学校教育质量、推进个性化教育、培养学生综合素质带来了新的可能性，必将推动学校整体变革和进步。

魏宁：今天，以人工智能为代表的数字化技术的迅猛发展，正在快速改变着技术赋能教育的格局，新技术的不断涌现，让人机协同教育的美好场景加速落地。从您的观察来看，人机协同教育有哪些值得期待的新样态？

方海光：上面我们谈到了人机协同教育拥有广泛、多元的应用场景，面向未来，技术会不断更新，但如果从人机协同的组织形式和实践样态来观察，大致可以按如下的视角分类：

我们分别从“人”“机”两个维度进行考察，从“人”的维度可以划分为教师和学生两类角色，从“机”的维度可以划分为数字孪生、虚拟化身、智能机器人三类形态。两个维度通过两两组合，形成六种人机协同教育的类型——教师与数字孪生协同、教师与虚拟化身协同、教师与智能机器人协同；学生与数字孪生协同、学生与虚拟化身协同、学生与智能机器人协同。

魏宁：您能举例说明一下每种人机协同教育类型的具体情形吗？

方海光：好的，我们从“机”的角度来逐一说明。

首先是数字孪生，数字孪生是物理世界与虚拟世界之间的镜像映射，由物理系统和虚拟系统构成，数据在两个系统间流动，实现双向集成。师生与数字孪生的协同指的是与数字孪生紧密协作，共同完成教学或学习任务，这时数字孪生与师生本人在物理空间上是完全分离的。例如，教师利用基于数字孪生的机器人远程操作平台，进行远程编程指导。学生借助数字孪生在虚拟实验室中模拟真实实验过程，通过交互操作，理解实验原理，提高问题解决能力。

虚拟化身指的是一种可感知的数字表示，是特定的人实时执行行为的某种反映，从某种意义上来说，基于生成式人工智能形成的智能体就可以看作我们的虚拟化身。例如，在视频教学中，教师可以通过虚拟化身与学生展开对话和互动。而虚拟化身在与学生协同时，更多扮演的是导师角色，即通过对学生学习状况的诊断，为学生定制个性化的学习方案。虚拟化身还具备情感交互功能，可以通过语音、表情等方式传递积极情绪，缓解学习压力。

智能机器人比较好理解，就是外观和形态与人类相似，能够与师生进行互动，并且可以扮演导师、同伴等角色的实体机器人。教师可以和智能机器人配合开展教学，提高学生的学习兴趣，增强互动性，在某些学习任务中，智能机器人还可以担任教师的角色。学生可以把智能机器人当作“智慧学伴”，实现答疑解惑、学习陪伴等多种效果。

上述六种人机协同教育的类型在教学中会因教学需求、场景的变化而变化，形成一个多元、复杂的人机协同教育系统。在实践中，需要从系统视角出发，促进系统中各要素之间的和谐共生，让人机协同教育取得最优效果。

人机协同教育：

实践案例与效果反馈

魏宁：上述六种人机协同教育的类型，有些已经进入教育实践中，并且有着不错的发展势头，如虚拟化身在基于生成式人工智能的教学智能体中的体现、数字孪生在一些理科虚拟仿真实验室中的应用等等。但总的来说，这些人机协同教育的实践应用还处于起步阶段，特别是智能机器人进入课堂的案例尚不多见。从技术角度，打造一个“机器人教师”需要做好哪些方面的准备工作？

方海光：是这样的，随着以人工智能为代表的新技术的快速发展，人机协同教育正逐步显现出独有的优势，实践应用不断推陈出新，重塑了传统的教学模式。

近年来，在上述六种人机协同教育类型中中，我们也进行了若干实践探索。具体到智能机器人的教学实践中，确实需要一定的实施条件。

因为一个可用于教学的智能机器人，除了要有一个机器人的实体，还要有大量的教育专业的内容支撑。从技术角度，它涵盖了机器人制造、知识图谱、教育领域垂直大模型等关键技术，同时，在教育内容开发、教学策略设计、教育心理应用等专业化方面的支持也尤为重要。只有把技术和教育专业内容进行有效整合，才能让智能机器人在教学活动中发挥出应有的作用。此外，在实施中还需考虑到智能交互、情景感知等技术的运用，以及社会接受度、伦理道德与法律等方面的影响因素。

总的来说，要想让智能机器人进课堂，需要从机器人硬件制造、教育软件开发、教育内容提供到教育系统集成，形成一个完整、成熟的产业链。虽然，目前还只有小范围实验性质的探索，但我相信，以中国现阶段的机器人技术、大模型技术的发展势头，加上从国家到各地区对教育数字化、人工智能教育的重视，“机器人教师”出现在课堂上已经不是一件遥远的事情了。

魏宁：您能否为老师们呈现一个完整的智能机器人的教学案例，供大家参考？

方海光：好的，我和大家分享一个人机协同的“双师课堂”案例，它属于基于智能机器人的人机协同教育，其中出场的机器人教师“小娜”是我们团队研发的智能机器人。

该教学案例是某校六年级的一节语文课，题目是《六月二十七日望湖楼醉书》。值得一提的是，本节课的教学设计，包括教学流程的规划、教学内容的整合、教学资源的推荐，都是在小娜帮助下完成的，大大提高了课前准备的效率和质量。

本节课一开始，授课教师就向全班同学介绍了智能机器人“小娜”，小娜向同学们自我介绍：“同学们好！我是小娜，在上课的过程中，我会尽力帮助大家，希望和大家一起度过愉快的40分钟，现在让我们一起来探索知识的奥秘吧。”

接下来，小娜出示画面，请学生猜测对应的古诗句和诗人，在同学们争相回答后，小娜根据大家的回答进行总结，并对学生的表现做出评价。通过机器人教师与学生之间的互动游戏，在增加课堂趣味性的同时，帮助学生了解诗人和诗句，渐渐进入古诗的意境。

下一环节是详细解析《六月二十七日望湖楼醉书》以及诗人苏轼，在此过程中，机器人教师小娜向学生出示苏轼的生平、时代背景及其政治遭遇，并生成苏轼生平的时间线，帮助学生理解诗歌内容与苏轼个人经历之间的紧密联系。在学生回答问题后，小娜对学生的评价再次进行总结。

本诗写的是雨，很多诗人都曾以雨为题材进行创作，为了拓展学生的视野，同时为了将不同诗歌中的“雨意”进行对比，课堂中进行了一场以“雨”为主题的飞花令游戏。游戏的方式是由小娜随机生成一个数字，对应学生的学号，选中的学生与小娜进行飞花令游戏，看谁说得又快又准，这也是本节课的高潮，让学生兴味盎然。

以上我重点呈现了本节课中智能机器人的表现，就整节课来说，围绕教学目标，人类教师与机器人教师展开紧密配合，顺利完成各项学习任务，智能机器人的引入，也给课堂教学增添了新的活力。

魏宁：课后老师和同学们的反映如何？

方海光：在本节课后，我们第一时间对教师和学生进行了访谈。授课教师表示，智能机器人的加入，让课堂的对话深度明显加强了，也有助于学生更好地理解古诗的背景、意境，诗人的经历、情感，对教学目标的实现提供了很好的助力。学生们则普遍认为对这种新颖的教学方式有浓厚的兴趣。

本节课的听课专家也对人机协同的“双师课堂”给予了高度评价，认为智能机器人在动态化资源生成、现场互动答疑等方面表现出色，这一创新的教学形式极大地激发了学生的学习兴趣，改变了传统的教学方式和师生关系。

同时，大家也都表示，期望未来智能机器人能具备更强大的情感支持功能。

人机协同教育：

教师准备与未来展望

魏宁：您向我们介绍了人机协同教育在组织形式和样态上的分类，也分享了智能机器人的教学案例。人机协同教育突破了传统教学的模式，也给教师带来了全新的挑战。通过您的研究和实践经历，您觉得在人机协同教育的过程中，教师应做好哪些准备，才能保障人机协同教育的成功实施？

方海光：人机协同教育绝不仅仅是简单地在课堂上增加了“机”这样一个角色，不论是教学智能体，还是智能机器人，它们的引入，都突破了原有的教学空间，重塑了课堂中师生的认知方式、行为模式，推动课堂教学向更加智能化、个性化、高效化的方向迈进，进而变革课堂教学。

因此，以智能机器人为代表的人机协同教育对教师提出了更高的要求，教师要想驾驭人机协同教育、取得理想的教学效果，就必须超越单一的技术层面，深入探索、构建以教学目标、需求为导向，以教学效果为核心的人机协同教学设计，真正实现人机在课堂中的深层次融合。

以智能机器人为例，教师首先要做的是明确教学内容，确定本节课的教学主题和任务。不同的教学任务会指向不同的应用场景，如新授课注重知识传授、作业课侧重学生独立完成作业、复习课侧重帮助学生巩固所学知识、实验课侧重科学探究和实践操作，这将为智能机器人应用场景的选择提供依据。

其次，要选定教学方法，需综合考虑教学目标、教学内容、学生情况、资源状况等因素。在明确教学内容、方法的基础上，厘清教学需求，依据需求选择适配的智能机器人应用场景。例如，智能机器人可以胜任陈述性知识的讲解，那么在新授课中，可以在情境导入时扮演教师角色等。

总之，智能机器人自身的功能决定了它能够胜任的场景，而教师将决定这些场景匹配哪些教学内容与教学方法。数字孪生、虚拟化身的应用也应遵循同样的思考模式。

魏宁：当人机协同越来越多地出现在教育教学场景中时，教师还是非常需要一个能够帮助自己进行人机协同教学设计的思考框架，这方面您有什么好的建议？

方海光：是的，教师在开始尝试进行人机协同教育的时候，非常需要一个好的支架来帮助自己构建一个有效的人机协同教学设计方案。著名教育心理学家和教育技术学家罗伯特·加涅曾提出过“九大教学事件”理论，该理论为传统教学提供了清晰的结构框架，提升了教学活动的连贯性和有效性。我认为，在人机协同教育中，加涅的“九大教学事件”理论依然可以为教师提供适用的、有效的指导，帮助教师建立起人机协同教育的应用框架。在这“九大教学事件”中，数字孪生、虚拟化身、智能机器人都能不同程度地实现相关目标，为了便于叙述，我就把它们统称为“智能机器”，下面具体予以说明。

1.引起注意。在人机协同教育中，“引起注意”包含两个层次的含义：第一，引起学生的注意，智能机器可以吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，从而营造出更积极的学习氛围，让学生沉浸其中，进入深度学习状态；第二，引起教师的注意，为教师实时提供学生的学习数据，以便教师及时介入，并对学生进行个性化指导。

2.定制学习目标。在人机协同教育中，学生的学习目标会随着学习进程的推进和学生能力的提升不断调整，智能机器将为教师提供学生的表现数据，教师保障学习目标始终位于学生的“最近发展区”。

3.规划建桥路径。教师在智能机器辅助下，深入了解学生的原有知识基础，策划多样化的学习活动，以保障学生顺利将新知识融入已有知识中。在这一过程中，智能机器可以提供关键的个性化习题、互动思维导图以及其他创新性学习工具，更好地激活学生的记忆，为新知识的学习搭建“稳固的桥梁”。

4.呈现学习内容。智能机器将遵循学生的认知规律，依据学生的不同学习风格和需求，以多样化的方式呈现学习内容，保障学生的学习体验。

5.提供学习指导。智能机器可通过数据分析和推荐算法，为学生提供定制化的学习材料和个性化指导，并根据学生的实时反馈，动态调整学习材料的难度和范围，确保学习活动位于学生的“最近发展区”。

6.引发行为表现。智能机器可以通过练习、体验、探究等不同的活动方式评估学生的认知水平，从而为教师提供反馈，教师基于反馈结论，设计更具针对性的教学活动，回应学生的学习行为表现，促进学生认知进阶。

7.适时给予反馈。在人机协同教育过程中，反馈连接了智能机器、教师和学生三者。其中，智能机器对学生的反馈能够为学生提供及时的指导和建议，而智能机器和教师之间的相互反馈则是人机协同教育中反馈机制的核心。

8.评估学习结果。智能机器可以通过在线测试或作业自动评分系统，对学习结果进行评估，不但减轻了教师的工作负担，还提高了评估的效率和准确性。

9.巩固迁移。智能机器通过高度仿真的模拟环境，为学生提供接近真实世界的实践环境，引导学生将所学知识应用到新的情境中，达到巩固知识和迁移的目的。

一次完整的人机协同教育教学的实施，是以构建框架为基础，逐步厘清教师、学生、智能机器三者在上述“九大教学事件”中的协同形式，从而得以顺利开展的。

魏宁：我们相信，随着技术的不断进步，人机协同教育将呈现出更加广阔的前景。但与此同时，人机协同教育也会给教师带来更大的挑战，您认为，人机协同教育对教师提出了哪些新要求？

方海光：任何时代的课堂，教师都是核心角色，人机协同时代也不例外。在人机协同时代，教师的协同素养和能力至关重要，提升教师的协同素养也是应对人机协同教育的必然要求。

具体来说，教师需要具备熟练的技术应用能力，知道如何开展人机协同教育的教学设计、实施与评价。其核心是，要充分理解人机协同教育对传统教育教学方式带来的变革，人机协同强调的是人类与智能机器间的紧密合作，利用技术构建一个更具互动性、个性化的学习环境，提升学生的学习参与度和深度，实现教学过程的优化、创新，这是教师协同素养的重要表现。

为了有效应对人机协同教育，有必要对教师开展相关的专业培训，培训内容包括人机协同教育的基本概念、原理，人机协同教育的相关技术、方法等。学校要加强基于人机协同“双师课堂”的教研活动。我们还建议各地区、学校在准备实施人机协同教育时，出台相应的“人机协同教育应用指南”，以帮助教师更好地开展人机协同教学设计。

魏宁：人机协同教育的逐步开展，无疑将对未来的课堂教学乃至学校教育产生冲击和影响。您如何看待人机协同教育给未来教育带来的变革？

方海光：在即将到来的人机协同时代，人与智能机器“双师”课堂的出现，将推动传统教学模式的变革与重构，这无疑将给课堂教学带来深刻的变革。

首先，教师角色将发生深刻转变。在人机协同教育中，教师不再仅仅是知识的传递者，智能机器可以在一定程度上分担教师的教学工作。但是，我们必须看到，当前的智能机器还无法真正理解学生的内在需求，也无法感知学生的实时情感变化，这些还只能通过教师的观察来把握。更为重要的是，教师要成为学生价值观念的引领者、正向情感塑造的导师和创新思维的启发者。例如，针对某历史事件的讨论，教师能够引导学生多角度地审视问题，培养学生的批判性思维和多元文化理解能力，这样的深度思考、价值引领，目前的智能机器还难以胜任。这也告诉我们，在人机协同时代，教师的作用依然是不可替代的，智能机器释放了教师的潜能，教师应更加专注于学生核心素养的培养、价值观的塑造、情感态度的引导以及创新能力的激发。

其次，学习方式将发生深刻转变。不论是数字孪生、虚拟化身还是智能机器人，它们的引入，都将打破传统课堂的时空限制，重塑学生的学习模式与路径，给学生营造出全新的、更具沉浸式的学习环境。这样的学习环境更有利于基于真实情境的项目式学习的开展，更有助于团队合作以及人机共研解决问题，从而培养学生的创新意识和实践能力。

魏宁：最后，您对人机协同教育的前景有何展望？对人机协同时代的教师有何期待？

方海光：展望未来，人类与智能机器深度融合的人机协同教育将成为教育发展的必由之路。在人机协同时代，学生、教师、智能机器之间将构建起一个新型的学习共同体，即新型的人机协同“三元课堂”。三者通过不断地交流、研讨以及彼此的分享，实现共同进步与成长，这将是一个“人机共生”的时代，也必将是一个创造力勃发的时代。

但需要我们牢记的是，人机协同的本质不是智能机器替代人，而是让智能机器成为教学中师生最靠谱的“队友”和伙伴。

魏宁：感谢方教授和大家分享关于人机协同教育的思考，希望对老师们有所启发，也期望更多的老师勇于尝试、探索人机协同教育这一全新的教育教学方式，不断创新教育教学新样态。

方海光：感谢《中国信息技术教育》杂志对人机协同教育的关注，期待更多的中小学教师成为未来人机协同时代的领跑者和引路人。

文章刊登于《中国信息技术教育》

2025年第14期

引用请注明参考文献：

方海光 魏宁 .人机协同教育：未来教育发展的必由之路 [J].中国信息技术教育，2025（14）：4-10 .

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