用AI+大數(shù)據(jù)評估班課教學(xué)效果的研究與應(yīng)用

王磊

【摘要】通過數(shù)據(jù)化解構(gòu)智慧課堂環(huán)境中的實際教學(xué)過程，結(jié)合AI技術(shù)手段對學(xué)生學(xué)習(xí)的結(jié)果數(shù)據(jù)、授課教學(xué)的行為數(shù)據(jù)和教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)成數(shù)據(jù)進行采集、統(tǒng)計和分析，再通過大數(shù)據(jù)分析方法，構(gòu)建出班課效果模型，和對教學(xué)過程及教學(xué)內(nèi)容評估的歸因模型。為教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的改良進化提供數(shù)字化、科學(xué)化的依據(jù)

【關(guān)鍵詞】教學(xué)效果;學(xué)習(xí)效果;智慧課堂;AI;大數(shù)據(jù);教學(xué)內(nèi)容;效果評測

長久以來，我們習(xí)慣于以結(jié)果論，在部分公立學(xué)校，通過教學(xué)評估活動乃至升學(xué)率去考核課堂的好壞;在一些教育機構(gòu)，通過業(yè)務(wù)運營指標(biāo)甚至經(jīng)營數(shù)據(jù)，結(jié)合購買者即用戶的反饋，去判斷課堂效果的好壞;個體教育從業(yè)者，則有通過上完一堂課的觀感和學(xué)生的反應(yīng)來感受課堂效果好壞的情況。但是對于課堂過程中的行為如何、多大程度地影響孩子的學(xué)習(xí)，對上述個體和組織來說，往往是經(jīng)驗黑盒。如何去打破這樣的經(jīng)驗黑盒，是很多教育從業(yè)人員想要探索的課題。我們秉承著“數(shù)據(jù)比經(jīng)驗重要”的理念，運用AI和大數(shù)據(jù)的力量，去建立課堂和效果的聯(lián)系，對課堂效果進行評測。

1. 為什么要進行班課效果評測

如上所述，通過效果的評測，把原有的經(jīng)驗黑盒能夠剖析拆解成具體的動作、行為。這一方面能夠讓授課老師了解、復(fù)盤自己這節(jié)課上的怎么樣，進而去優(yōu)化教學(xué)設(shè)計和教學(xué)動作，提高孩子的學(xué)習(xí)效果;另一方面，能夠定位一些和學(xué)習(xí)效果有較強關(guān)聯(lián)的內(nèi)容和動作，建立“好”的標(biāo)桿，指導(dǎo)更多的老師的課堂教學(xué)，提高整體教學(xué)水準(zhǔn)。

2. 如何定義班課效果

我們用“班課”的概念來指代以班集體為單位進行的授課。在定義“班課效果”時，學(xué)生在課堂上的狀態(tài)是我們定義的主要落腳點。原因有二：學(xué)生是學(xué)習(xí)課程與評價課程的主體;學(xué)生的課堂感知是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的最直接影響者。我們對學(xué)生的課堂狀態(tài)進行了解構(gòu)，結(jié)合教育理念常用的三個分析維度（學(xué)習(xí)動力、學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)環(huán)境），可以將對學(xué)生學(xué)習(xí)的預(yù)期歸納為三個方面：①學(xué)得會：學(xué)生學(xué)習(xí)知識的效果，體現(xiàn)的是學(xué)習(xí)能力。學(xué)生來上課的首要目的是學(xué)習(xí)知識，學(xué)生能學(xué)會是體現(xiàn)/證明課堂效果的核心和基礎(chǔ)。②喜歡學(xué)：學(xué)生學(xué)習(xí)意愿呈現(xiàn)出的狀態(tài)和效果，體現(xiàn)的是學(xué)習(xí)動力。教育的價值不僅在“教”，更體現(xiàn)在“育”。對好的課堂的定義，不只是能讓孩子學(xué)會知識，更要關(guān)注學(xué)生在課堂上的情感體驗、動力意愿。因此孩子是否喜歡學(xué)習(xí)、喜歡課堂、喜歡老師，從而達到愿意學(xué)習(xí)的效果，是第二大關(guān)注點③受關(guān)注：個體學(xué)生在課堂上受到關(guān)注的程度，即學(xué)習(xí)環(huán)境對學(xué)生產(chǎn)生的效果。班級是由個體組成的，老師對個體學(xué)生的關(guān)注，對于學(xué)生最終收獲的學(xué)習(xí)效果有非常大的影響。也會直接影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)意愿。這三重維度的聚合，就構(gòu)建出我們對班課效果評估的頂層框架。

3. 如何評估班課效果

目前，人工智能NLP（natural language processing）技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了對課堂錄音的解構(gòu)：我們既能夠得出學(xué)生話語的數(shù)量、密度、分布，進而推敲學(xué)生在課堂上的活躍度和現(xiàn)場氛圍效果;又能對于學(xué)生話語內(nèi)容進行詳細(xì)分析，根據(jù)話語內(nèi)容進行歸類，建立學(xué)生話語與班課效果“學(xué)得會“”喜歡學(xué)“”受關(guān)注“之間的關(guān)聯(lián)。不僅僅是話語，學(xué)生上課的每一個動作、每一個行為都被記錄和沉淀成了數(shù)據(jù)。借助大數(shù)據(jù)的力量，這些行為被拆解成更細(xì)粒度的指標(biāo)，按照班課效果三維度歸類聚攏。因此，在上述每一個效果維度上，我們都需要能獲取到能夠描述這些維度的具體量化指標(biāo)。這依賴于一個具備信息化和數(shù)字化能力的智慧課堂。為了研究測算需要，我們通過搭建這樣一個智慧教室的環(huán)境，充分獲取了老師、學(xué)生及教學(xué)內(nèi)容的數(shù)字化信息，并進行了大量數(shù)據(jù)處理與分析。從而篩選出對上述三個效果維度的描述性指標(biāo)：①學(xué)得會指標(biāo)：由學(xué)生在做題上的數(shù)據(jù)表現(xiàn)構(gòu)成。具體表現(xiàn)為做題正確率、做題完成率、知識點掌握率、課后作業(yè)正確率和完成率等指標(biāo)。并觀察這些指標(biāo)在班級范圍內(nèi)的方差。②喜歡學(xué)指標(biāo)：由學(xué)生在教學(xué)互動上的參與指標(biāo)構(gòu)成。包括學(xué)生在課堂中的語音信息，學(xué)生在課堂上所獲得得獎勵信息，被表揚的信息，以及學(xué)生課后對課堂的喜愛度投票數(shù)據(jù)。③受關(guān)注指標(biāo)：由學(xué)生作為個體被老師關(guān)注的頻次及深度指標(biāo)構(gòu)成。如學(xué)生作為個體被表揚的次數(shù)，學(xué)生課后收到老師的個性化反饋的內(nèi)容詳細(xì)程度，學(xué)生課后是否被老師進一步關(guān)心和溝通，以及老師是否對學(xué)生做了學(xué)習(xí)情況的記錄等信息。

這些具體的描述性指標(biāo)，都能取到可量化的數(shù)值。我們可以一方面直接通過數(shù)值的高低，構(gòu)建具備教學(xué)理論和實踐說服力的打分模型，對班課的學(xué)得會、喜歡學(xué)和受關(guān)注指標(biāo)直接進行打分;也可以通過機器學(xué)習(xí)模型，挖掘這些指標(biāo)與業(yè)務(wù)運營數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，交給機器進行對這三個維度的模型構(gòu)建和實施打分。

我們可以使用雷達圖（如圖1）的形式來表征學(xué)生學(xué)習(xí)效果的班課得分：

4. 通過班課效果對影響因素進行歸因

有了上述頂層框架去做支撐，接下來我們探究兩個方面的問題：①在一節(jié)課上，哪些因素能夠影響“學(xué)得會”“喜歡學(xué)”“受關(guān)注”這三個班課效果維度。②如何評估影響因素在“學(xué)得會”“喜歡學(xué)”“受關(guān)注”這三個維度施加的影響。

通過AI和大數(shù)據(jù)賦能，我們得以分析每一個主體如何影響了班課效果，進而回答第二個問題。由于學(xué)生這個主體，其行為表現(xiàn)已經(jīng)作為班課效果的指標(biāo)構(gòu)建依據(jù)，因此學(xué)生主體的指標(biāo)已經(jīng)是班課效果的“果”。顯然，我們更需要在“教師”和“教學(xué)內(nèi)容”這兩大主體上去找到班課效果的歸因。事實上，對于教育機構(gòu)、公立學(xué)校和教育從業(yè)者而言，他們也最需要知道，老師的教學(xué)行為和授課方式，以及課堂傳授的教學(xué)內(nèi)容，分表存在著怎樣的問題，如何改善并且迭代他們，是課堂進化的動力。因此，我們需要探究的是：教師的教學(xué)行為對班課效果能施加怎樣的影響，和教學(xué)內(nèi)容對班課效果能施加怎樣的影響，如何數(shù)據(jù)化呈現(xiàn)這些影響。

4.1 老師教學(xué)行為在班課效果中呈現(xiàn)出的影響：

①在對老師主體進行評估時，原有的三維指標(biāo)按照老師從課前、課中、課后的教學(xué)行為，拆解成了八個二級指標(biāo)：②在“學(xué)得會”這一維度下，我們關(guān)注老師的“課前備課”“課堂教學(xué)”“課后作業(yè)”這3個指標(biāo);③在“喜歡學(xué)”層面，我們關(guān)注“老師對課堂氛圍的調(diào)動”和“對班級的激勵鼓舞”這2個指標(biāo)④在“受關(guān)注”這一維度下，我們關(guān)注“老師在課上對個體學(xué)生的關(guān)注”，“課后學(xué)情反饋”和“課后對學(xué)生的關(guān)注度”這3個指標(biāo)。

我們可以將教室行為細(xì)化成為更具實際教學(xué)指導(dǎo)意義的“教學(xué)八維雷達圖”（圖2左）。雷達圖中的每一項，都可以獲得更細(xì)粒度的指標(biāo)和數(shù)據(jù)做支撐。

而我們可以通過“教學(xué)八維雷達圖”和“班課三維效果模型”在分值上的相關(guān)性分析，對八個教學(xué)維度實施打分。就可以幫助老師復(fù)盤每一節(jié)課的課堂教學(xué)表現(xiàn)，讓老師知道自己這節(jié)課上的怎么樣，對于孩子的學(xué)習(xí)效果影響如何，在班課效果掌握層面，每個授課老師都有更清晰的認(rèn)知;同時，大數(shù)據(jù)會在每一個維度上，為老師提供“推薦值”。把原始的經(jīng)驗黑盒轉(zhuǎn)變成可以量化的具體行為引導(dǎo)，讓老師在“認(rèn)知”的基礎(chǔ)上有所“提升”。在教學(xué)管理的層面，這樣一個評估模型，也能夠幫助各個教學(xué)管理監(jiān)測授課老師的教學(xué)質(zhì)量。

4.2 教學(xué)內(nèi)容在班課效果中呈現(xiàn)出的影響：

在教學(xué)內(nèi)容方面，課程的研發(fā)和編排，如一節(jié)課有多少題目、題目難度如何等，都會影響到孩子的學(xué)習(xí)能力（“學(xué)得會”）和學(xué)習(xí)情感（“喜歡學(xué)”）。我們把一個教學(xué)內(nèi)容中的種種元素進行剖析，可以歸為六個大的指標(biāo)“難度”、“容量”、“節(jié)奏”、“趣味性”、“調(diào)動性”、“喜歡度”，每一個指標(biāo)下，都可以獲得具體的數(shù)據(jù)支撐，從而形成“教學(xué)內(nèi)容六維雷達圖”。

我們可以通過尋找“教學(xué)內(nèi)容六維雷達圖”和“班課三位效果模型”之間的相關(guān)性，對這六個教學(xué)內(nèi)容的影響維度進行打分。從而幫助我們建立針對于教學(xué)內(nèi)容層面的打分模型，評估每一份教學(xué)內(nèi)容的質(zhì)量和對學(xué)習(xí)效果的影響。

5. 結(jié)語

通過智慧課堂環(huán)境中的班課授課實踐，我們探索出一種針對小班課進行班課效果評估的研究方法，它利用AI+大數(shù)據(jù)的技術(shù)，對班課中的每一個主體和環(huán)節(jié)進行數(shù)據(jù)采樣、統(tǒng)計、分析。既簡歷班課效果的“結(jié)果模型”，也通過進一步拆解老師行為、教學(xué)內(nèi)容中的影響因素并量化分析，構(gòu)建出在教學(xué)行為和教學(xué)內(nèi)容上的“歸因模型”。課堂教學(xué)黑盒由此可被打開，教學(xué)和內(nèi)容的迭代和改良也因此有據(jù)可依。

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