人机结合教学模式初探.docx
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人机结合教学模式初探
“人-机结合”教学模式初探
许泊翔
【摘要】大成智慧教育的切入点是“人-机结合”的思维方式和学习方式。
“人-机结合”的教学模式，是综合集成方法在教育实践中的具体运用，它采用“人助机器，机器帮人”的合作方式，充分发挥人和机器各自的优势，通过逻辑思维和形象思维相结合，“性智”和“量智”相结合，创造性地实现信息、知识和智慧的综合集成，达到教学目标。
实践证明，“人-机结合”的教学模式是操作性强、行之有效的教学模式之一。
但在实施时要防止过份依赖机器，以致成为机器的奴隶，阻碍人的自主性和创造性的发挥。
【作者单位】山东省梁山现代高级中学
【关键词】大成智慧教育综合集成方法人-机结合性智量智
一、引言
我国已故著名人民科学家钱学森提出“大成智慧教育设想”以来，尤其遗留“钱学森之问”后，引起我国教育界、科学界的不同凡响。
从小学到大学，从教师到科学家，从科学到哲学，从教育改革到科技创新，人们从不同层次、不同角度对我国教育和科研的历史和现状进行研究和反思，甚至教科界成立了“钱学森大成智慧教育思想研究学会”，有些中小学和大学还开设了“钱学森大成智慧教育实验班”。
这些讨论和实验研究成果对当前新课程的实验和教育教学改革将起推动作用。
到底大成智慧教育的切入点在和着力点那里？
是课程体系、还是教育技术、还是教学方法、还是大脑开发……，一些有志之士正在探索实验着。
积跟踪钱老“思维科学”多年之研究，笔者在大成智慧学指导下，通过高中信息技术教学实践，逐步对“人-机结合”的教学模式进行了实验和研究，取得了一些不成熟经验。
现抛砖引玉，以求赐教。
二、思想的领悟
要准确把握“人-机结合”的理念，还须从钱老对“人-机结合”的有关谈话和书信中，听谆谆教诲，悟真知卓见。
1．关于人-机结合智能系统的谈话
1991年4月18日与戴汝为、汪成为、于景元、王寿云谈话[1]中，对我国人-机结合智能系统的研制作了论述（摘要，下同）：
我们要研究的问题不是智能机，而是人与机器相结合的智能系统。
不能把人排除在外，是一个人-机智能系统。
机器是帮助人、使人的作用发挥得更加充分。
人脑是开放的巨系统，计算机也是一个巨系统，再加上情报、资料、信息库……，而成为一个人-机智能系统。
我们的目的就是构造这样一个系统，它就成为“总体设计部”的不可缺少的支撑了。
目前机器还没法解决的事，先让人来干。
等机器能做的事慢慢多起来时，人也就被解放得多一些了，人就能发挥更大的作用了。
归纳而言：
（1）人的意识活动是很丰富的，包括自觉的意识、潜意识、下意识，人是靠这些来认识世界的。
（2）为了认识世界和改造世界，人始终发挥着主导的作用，我们要研究的是人和机器相结合的智能系统。
（3）现在还不可能很快实现这种人-机智能系统，目前只能做些“妥协”，实事求是，尽量开拓当前计算机的科学技术，使计算机尽可能地多帮助人来做些工作，最终实现人-机智能系统
这一从系统角度的论述，使我们明确：
人机结合时，人处于主导的地位，而机器起着帮助的作用，简言之就是“人助机器，机器帮人”。
随着科技的进步，机器对人的帮助越来越多，而人也随之进入越来越自由地思维创造的境地。
钱老所倡导系统思想就是从事物的整体与部分、全局与局部以及层次关系的角度来研究客观世界。
所谓系统是指由相互作用、相互依赖的若干组成部分结合所成的具有特定功能的有机整体。
而系统有一个共同特点，就是系统在整体上具有其组成部分所没有的性质。
这就是系统的整体性。
系统整体性并不是其组成部分的简单“拼盘”。
由此可知，“人-机结合”系统能实现1+1>2的效果，它的智慧和创造力比人要高，比机器更高。
该谈话中提到的“总体设计部”，是运用综合集成方法的集体称为总体设计部。
而综合集成方法就是钱老所倡导的“从定性到定量综合集成方法”及其实践方式——“从定性到定量综合集成研讨厅体系”的合称。
对这一综合集成思想，钱老后来又有了新的见解。
2．关于大成智慧的谈话
1993年11月13日与王寿云、于景元、戴汝为、汪成为、钱学敏、涂元季的谈话[2]中，对大成智慧作了阐述：
（1）关于建设从定性到定量的综合集成研讨厅体系
当今世界，信息量之大，是十分惊人的。
如果不使信息网络高效化，那就会成为泰山压顶，非把人压垮不可。
因此，建设高效能的信息网络，让人能够很方便地提取和使用信息。
这是我们搞综合集成研讨厅要解决的第一个问题。
综合集成技术的第二个方面是怎么样把参加研讨厅的专家意见综合起来。
（2）关于大成智慧工程
我们现在搞的从定性到定量综合集成技术，名称太长，也不好译成英文，按照中国文化的习惯，我给它取了个名字，叫大成智慧工程。
中国有“集大成”之说，就是说，把一个非常复杂的事物的各个方面综合起来，集其大成嘛！
而且，我们是要把人的思维，思维的成果，人的知识、智慧以及各种情报、资料、信息统统集成起来，我看可以叫大成智慧工程。
这个方法，实际上是系统工程的一个发展，目的是为了解决开放的复杂巨系统的问题。
我们今天搞的综合集成研讨厅体系，是要把今天世界上千百万人思想上的聪明智慧和已经不在世的古人的智慧都综合起来，所以叫大成智慧工程。
实际上，我们是把马克思主义的认识论与现代系统工程的方法结合起来了。
（2）大成智慧学
大成智慧工程进一步发展，在理论上提炼成一门学问，就是“大成智慧学”。
它实际上是马克思主义哲学的发展与深化，或者说，是马克思主义哲学发展到一个新的阶段，我们为它取一个朴素名字，叫大成智慧学。
科学技术体系到现在发展成十一大部门。
每个部门分三个层次，只有文艺是两个层次；每个部门又有一座桥梁，是这个部门的哲学概括；最后都归于马克思主义哲学。
在这个体系的外围还有许多不成其为科学的点点滴滴的经验等，这就是我提出的科学技术体系。
中国哲学家熊十力认为：
人的智慧有两个方面：
文化、艺术方面的智慧叫“性智”；科学方面的智慧叫“量智”。
这样看来，科学技术体系属“量智”；而文化体系属“性智”。
由此使我想到，过去我说，要发展、深化马克思主义哲学，需要引人中国古代哲学的精华。
现在看，这个精华就是人类的“性智”，即人根据自己的实践经验，从整体上来看世界。
这也是综合集成嘛！
从前我只从科学技术方面来讲人的智慧是不够的，还要看到智慧的另一个来源，即传统文化艺术。
所以，我过去讲的科学技术体系的概念还要再扩大，变成智慧的体系，由此看来人一方面要有文化艺术修养，另一方面又要有科学技术知识，按熊十力的说法，既要有“性智”，又要有“量智”。
这就是大成智慧学，是马克思主义哲学的发展与深化。
这一通俗的谈话，使我们明白：
大成智慧工程就是从定性到定量综合集成技术；大成智慧学是马克思主义哲学的发展与深化，是由“性智”和“量智”构成的智慧的体系。
其中钱老提到的现代科学技术体系（见图1）对当前新课标课程体系的建设有着重要的指导意义；而他所阐明的智慧的体系思想对高中教育应文理不分科给出了理论上的支持，也为我们山东省的基本能力测试给出了理论性的指导。
图1钱学森的现代科学技术体系（人类知识体系）
大成智慧工程能把古今中外的人的思维、思维的成果、人的经验、知识、智慧以及各种情报资料和信息统统集大成，其方法就是把专家体系、信息与知识体系以及计算机系统有机结合起来，构成一个高度智能化的人-机结合体系，这个体系具有综合优势、整体优势和智能优势。
这种人-机结合以人为主的信息、知识与智慧综合集成的方法与技术，实质上就是一种新的思维方式。
随着大成智慧思想的成熟，钱老自然联想到祖国的教育事业的发展问题了。
3．关于大成智慧教育设想的书信
1993年10月7日钱学森给她堂妹钱学敏的一封信[3]中，对未来教育方案作了大致设想，并希望办好大成智慧教育：
我在这几天又在想中国21世纪的教育，我1989年的那篇东西不够了；是要人人大学毕业成硕士，18岁的硕士，但什么样的硕士？
现在我想是大成智慧学的硕士。
具体讲：
①熟悉科学技术的体系，熟悉马克思主义哲学；②理、工、文、艺结合，有智慧；③熟悉信息网络，善于用电子计算机处理知识。
这样的人是全才。
我们从西方文艺复兴时期的全才伟人，走到19世纪中叶的理、工、文、艺分家的专家教育；再走到20世纪40年代的理工结合加文、艺的教育体制；再走到今天的理工文（理、工加社科）结合的萌芽。
到21世纪我们又回到像西方文艺复兴时期的全才了；但有一个不同：
21世纪的全才并不否定专家，只是他，这位全才，大约只需一个星期的学习和锻炼就可以从一个专业转入另一个不同的专业。
这是全与专的辩证统一。
大致可以作为下面这几段教育：
①8年一贯制的初级教育，4岁到12岁，是打基础。
②接着的5年（高中加大学），12岁到17岁，是完成大成智慧的学习。
③后1年是“实习”，学成一个行业的专家，写出毕业论文。
这样的大成智慧硕士，可以进入任何一项工作，如不在行，弄一个星期就可以成为行家。
以后如工作需要，改行也毫无困难。
当然，他也可以再深造为博士，那主要是搞科学技术研究，开拓知识领域。
这个大胆设想，您看如何？
新一次的“文艺复兴”呵！
从这封殷切希望的信中，我们看到了钱老的真诚炙热的爱国心和严谨细致的科学精神，明确了我国教育教学改革的方向和方法。
钱老信中所提到的“信息网络”和“用电子计算机处理知识”，就是指的人-机结合的思维方式和学习方式。
这实际上给我们指明了大成智慧教育实施的方式——人-机结合。
而人-机结合的发展前景如何呢？
4．关于人-机结合的谈话
1995年12月9日与王寿云、于景元、戴汝为、汪成为、钱学敏、涂元季的谈话[4]中，对人-机结合的发展作了展望：
第五次产业革命的核心问题就是让计算机伺候人，这样人才能够跟机器更好地结合起来。
如果真正做到了这一点，那人就不是现在的人了，人类进化了，人与机器结合在一起，就是进步。
从前人与机器结合，是搞机械加工，那是人力的扩展和延伸；今天人和计算机结合，是人脑的扩展和延伸。
第五次产业革命给我们带来的，必将是人-机结合，即人必须和信息网络结合在一起工作，人离开了信息网络的终端机将无法工作，这－天很快就要到来了。
原始人怎么工作？
全靠自己的四肢，那时没有什么工具，后来有了工具，人学会使用工具，这是一个进步。
到了发明机器，使用动力驱动机器工作，那是一个更大的进步。
当然，这已经是人-机结合了，不过人占据很重要的位置。
现在人又进入了一个新时代，即人要工作，必须使用计算机网络，终端机就像我们使用的笔一样。
教育要大大地改革，小孩子一入学就要学会使用终端机，就像现在小孩子入学学会用笔写字一样，从小孩就是人-机结合的。
这就是说，信息时代改造了人，人将会有一个飞跃，并进化到一个新的层次。
这一异想天开、继往开来的谈话，使我们看到了人-机结合的魅力，认识到人-机结合将成为我们学习、工作、生活的重要方式。
这实际上告诉我们，大成智慧教育的切入点就是人-机结合。
随着信息技术的发展，人-机结合已由读、写、算的层次发展到综合集的成层次。
其实，“人-机结合”这一概念是我国学者马希文教授首先提出来的。
钱老多次肯定这一观点，并作了上述一系列的应用阐述。
这一实事求是的科学态度和不断探索的科学精神，是遗留给我们的珍贵的精神财富，将使我们受益匪浅。
面对当前的新课程实验，如何利用现有的信息技术条件进行人-机结合式的教学，并进行大成智慧教育的试验呢？
三、模式的建构
由于传统教学的影响，学生在学习信息技术时，往往只重视技术的学习，而轻视技术的应用，更忽视人和机器的相辅相成。
“人-机结合”的教学模式，不仅强调学生为主体，教师为主导，还注重机器的辅助作用，使学生不仅体验到人和机器各自的优势，还会感到人和机器的各自的不足。
人的不足是他继续学习发展的动力，机器的不足也许是激发他发明创造的灵感。
所谓“人-机结合”的教学就是综合集成方法在教育实践中的具体运用，其模式的建构可借鉴钱老的学生和合作者戴汝为院士设计的综合集成研讨厅模式[5]（如图2所示）。
图2综合集成研讨厅体系
我们可以把教师、学生构成专家体系，计算机和相关设备构成机器体系，教科书、资源库中的经验、知识和智慧构成知识体系，这三者在网络教室课堂上有机地构成一个高度智能化的“人-机结合”的教学体系（如图3所示）。
这是简化的综合集成研讨厅体系，它同样不仅具有知识信息的采集、存储、传递、调用、分析与综合的功能，更重要的是具有产生新知识的功能。
在教学过程中，采用“人助机器，机器帮人”的合作方式，充分发挥人和机器各自的优势，通过逻辑思维和形象思维相结合，“性智”量智”相结合，创造性地实现信息、知识和智慧的综合集成，达到教学目标。
。
图3“人-机结合”的教学体系
尽管“人-机结合”的教学模式的教学过程中也有问题解决、任务驱动、课程整合，但“人-机结合”的教学模式，与以往的问题解决、任务驱动、课程整合等教学模式还是区别的。
它们的共同点尽管都有信息技术的参与，但“人-机结合”不仅要“机器帮人”，（这里的机器除计算机和信息网络外，还包括照相机、手机等参与信息活动的工具），更强调“人助机器”，充分调动人的主动性和创造性。
下面的案例就说明了这一点。
四、教学的试验
在2009年山东省高中教师远程研讨培训期间，我将以下案例作为教学设计的作业，受到专家的肯定和老师们的好评，并提出了宝贵的意见。
现把其主要部分进行整理修改以共享，不足之处请读者批评指正：
1．课题：
我的大头贴制作——图像信息的采集加工[6]
2．课堂教学流程图（如图4所示）
图4课堂教学流程图
3.教学过程设计
步骤
教师活动
学生活动
机器作用
设计意图
时间
控制
设置
情境
教师通过大屏幕展示几幅精美大头贴。
师问1：
图像媒体有什么特点？
师问2：
这是几幅大头贴，你喜欢吗?
师讲l：
所谓大头贴就是将照片嵌入各式各样的边框、背景后，使原本简单的照片变得更加生机盎然，活泼可爱!
你想亲自作动手制作吗?
学习了“数字化图像的设计、采集、加工和合成”，你也行!
布置制作总任务：
1．下面请你用网络教室里的电脑来制作你的大头贴。
注视大屏幕，欣赏大头贴。
学生回忆图像媒体的概念，并勇跃回答。
大部分回答喜欢。
认真听讲，沉思。
激起兴趣。
学生跃跃欲试。
投影仪展示图像
创设情景，体验图像表达信息的魅力。
激发学生图像处理的兴趣。
激发需求，产生动机。
2分钟
立意
构思
师讲2：
制作好的大头贴首先要有别具—格的创意。
布置规划任务：
2．你想制作怎样的大头贴来张扬你的个性，请你进行构思规划，并设计草图。
学生深思、讨论。
学生联想绘画经验，构思创意，设想主题，规划图文等元素的布局。
画出草图，组内相互点评修改。
激发创造性思考。
体现人的形象思维的创造性优势
4分钟
素材
准备
师讲3：
精美的大头贴还需要好的素材。
布置准备任务：
3．你准备好素材了吗，若没有，你将怎么办?
布置采集任务（视个人情况有选择地完成）：
4．把你手头现成的照片用扫描仪导入计算机。
5．用数码相机采集你的照片。
6．通过网络或服务器图像素材库获取背景图片。
教师对扫描仪和数码相机的操作，作必要的示范和讲解。
学生分类分组准备照片：
手头有现成的照片的学生直接用扫描仪导入电脑（数量速度受限）。
没有照片的学生用数码相机（或手机）拍照，导入若干张？
学生上网搜索下载，或利用图片素材库获取喜爱的背景图片。
这时学生看示范，听讲解，然后“自己动手、丰衣足食”。
扫描仪扫描采集图像素材
数码相机（多功能手机）拍照采集图像素材
从网络或数据库获取图像素材
提醒“巧妇难做无米之炊”。
体现信息技术的图像采集优势。
14分钟
讲解。
布置思考任务：
7．你知道在计算机中以什么格式保存图像的吗?
与其他格式相比，有什么特点。
教师对图像格式的知识作必要的讲解。
学生思考，联想到汉字的储存格式。
学生听讲、思考。
计算机储存图像
领悟计算机的原理。
图像
加工
布置评价任务：
8．你所获得的图像，它们有没有缺陷，符合你的要求吗?
你该怎么办。
教师引导学生用专业图像处理软件Photoshop打开所需图片，鉴定不足，确定调整图像措施，并让学生自学课本上的图像处理技术操作流程图解。
布置加工任务（视个人的图片质量和需要有选择地完成）：
9．请用旋转技术旋转图像符合要求。
10．请用剪切技术剪切图像符合要求。
11．请用调整图像色彩技术调整图像符合要求。
12．请用滤镜技术调整图像符合要求。
教师对有关操作必要的巡回指导。
学生辨别缺陷，探寻修补途径。
学生阅读教科书。
学生对照教科书，“看图说话”、“按图索骥”、“鹦鹉学舌”般地处理图像。
计算机软件PS处理图像
体现学生的直觉思维优势和审美意识。
培养学生的自主学习和迁移能力。
体现机器的逻辑思维的高速性优势。
10分钟
信息
集成
布置合成任务：
13．请用图像合成技术把你的头像和背景合成在一起，并把头像设置成发光样式突显出来。
14．请你在刚合成的图像中添加你设想的文字，并设置成你喜爱的格式，并协调好图文布局。
学生合成头像与背景于一体。
输入文字、设置其艺术样式，调整图文布局。
体现学生的创造思维优势，实现突出主题，增强图像的表达效果。
5分钟
布置发布任务：
15．请你把制作好的大头贴作品以你的姓名为文件名保存起来，并传到教师机“作业”文件夹中。
学生保存并上交作业。
计算机保存图像
网络共享图像
享受劳动成果的快乐。
展示
作品
布置观摩任务：
16．请同学们观看其他同学的大头贴作品，试互相讨论，进行评比一下。
你从中受到什幺启发和感受?
学生鉴赏作品，相互评价、讨论，填写课堂学习评价表中的作品评价部分（见附录1，略），交流图像制品的制作经验。
投影仪展示推荐作品
促使个体经验上升为群体经验，提升艺术素养。
5分钟
反思
总结
布置反思任务：
17．请同学们总结一下，这节课你接触到那些图像处理的知识和有关工具的操作技能，并且你的人文素养和技术能力有那些提高。
师讲4：
通过这节课的学习，我们看到：
机器扩展了人的器官功能能，做出了人想做而做不到、做了而做不好，有时比人手工做得还好的事情，象大头贴。
布置测试任务：
18．课堂测试：
见附录2，略。
师讲5：
我们学习信息技术的根本目的在于为我服务，增强自我。
但何事何时“人助机器”，何事何时“机器帮人”，这是“人-机结合”进行学习和工作时的关键所在。
学生反思制作流程，联想相关工具，总结操作要领，再现思维过程。
学生联想、思考。
学生思考，作答。
学生深思。
投影仪展示小结内容
投影仪展示课堂测试题
促进知识的理解和技能的掌握。
强化知识的理解。
领悟“人-机结合”的真谛，提升信息素养。
5分钟
五、实验的反思
上述教学设计在高一实际的教学中取得了理想的效果，学生反映对“人-机结合”有了较深的认识。
该实验案例的成功之处主要在于：
1．从教学过程的纵向上看，“人-机结合”的教学模式在宏观上是完成任务、解决问题、形成作品，能使学生能体验完整的创造过程，制作大头贴的选题立意、规划设计、收集素材、加工制作、发布评价，就是一个从无到有的创造性过程；在微观上则是从获取信息到提炼成知识，再上升为智慧的过程。
2．从教学过程的横向上看，“人-机结合”的教学活动能实现教师活动、学生活动和机器辅助三条主线有机协同：
（1）学生的主体线：
方案的规划设计、器材的选定操作、图像的评价鉴赏、软件的学习使用、作品的评价，这些都是学生的自主实践活动，体现了学生是思维活动、操控活动的主体。
（2）教师的主导线：
任务的设置、分组的安排、操作的指导、疑惑的解答、作品的展示、学习的评价，这些体现了教师是教学的设计者、组织实施者和引导者。
（3）机器的辅助线：
投影仪扩展黑板的展示功能，扫描仪、数码相机（多媒体手机）扩展人眼图像采集的功能，计算机存储器扩展人脑的记忆功能，计算机图像处理软件扩展人的绘图功能，这些体现了机器是教学的辅助工具。
这一协同过程是以任务的驱动为调控、问题的解决为核心、通过“人助机器、机器帮人”的方式有序展开的。
其中任务引导行为，问题诱发思维，人机合作激活信息。
3．从教学效果上看，“人-机结合”的教学方式能实现人和机器的相辅相成、相得益彰：
在大头贴的制作中，图像的采集、加工和合成时，就发挥了机器的信息处理速度快、存储量大的技术优势，展现人的技术素养；而图像的规划设计，素材采集的途径和工具的选择，图像处理措施的制定与实施，以及图像元素的布局安排，则发挥人审美的形象思维、创造性思维的人文优势，展现人的人文素养，从而实现抽象思维和形象思维的相结合、“量智”和“性智”的相结合。
实践证明，“人-机结合”的教学模式是具有操作性强、行之有效的教学模式之一，不仅适用于现实网络化教室，对于虚拟的网络化教室（如网校）也同样适用。
随着无线网络技术的发展，“人-机结合”越来越具有移动性、随时性、随处性，教学的效率更高、效果更好。
由于知识技能的差异、思维学习习惯的不同，并不是每个学生都适合“人-机结合”的教学模式，尤其是那些自我控制能力差的学生容易注意力分散，完不成学习任务。
所以“人-机结合”教学实施时，要求学生形成科学的技术观，防止过份依赖机器，或仅仅仅把机器作为娱乐、游戏的工具，以致成为机器的奴隶，阻碍其自主性和创造性的发挥。
五、结束语
当然，上述实验还仅仅是大成智慧教育的初步探索。
“人-机结合”教学模式在宏观上的教学结构怎样组织的更加合理，微观上的学生学习思维活动怎样有效地调控，以及人机结合的潜力的深入开发和学习资源如何有效完善与合理共享，还需要共同进一步的探究。
总之，随着我国经济的发展，教育经费的投入将逐步加大，教育信息化水平也将越来越高，更有数字图书馆、数字地球、虚拟现实技术的逐渐应用，大成智慧教育的环境必将会越来越完善，参与实验的教师和学生必会越来越多。
如此，钱老设想的大成智慧教育事业后继有人，德才兼备具有大智大德和开拓创新的复合型的人才必将不断涌现！
【参考文献】
1．戴汝为著：
《社会智能科学》，上海交通大学出版社，2007年版，第210~211页。
2．钱学森著：
《创建系统学》（新世纪版），上海交通大学出版社，2007年版，第110~111页。
3．钱学敏：
《钱学森大成智慧教育的设想》，
4．钱学森著：
《创建系统学》（新世纪版），上海交通大学出版社，2007年版，第210~211页。
5．戴汝为著：
《社会智能科学》，上海交通大学出版社，2007年版，第184页。
6．普通高中课程标准实验教科书：
《信息技术》（必修），科学教育出版社，2009年版，第86~94页。
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