基于人工智能的課堂評價輔助系統(tǒng)研究

金慶

摘 要 課堂教學(xué)評價具有評估教學(xué)、指引教學(xué)改革的重要作用。本文針對目前課堂教學(xué)評估中，由于全面評估標(biāo)準(zhǔn)多、流程復(fù)雜、耗費精力等原因?qū)е略u估不充分或流于形式等現(xiàn)狀，提出基于人工智能的課堂評價輔助系統(tǒng)，通過采集課堂行為、課堂考核、課堂反饋等多維度數(shù)據(jù)，進(jìn)過機(jī)器學(xué)習(xí)和模型訓(xùn)練，生成課堂教學(xué)評價的各項指標(biāo)，以輔助課堂評價。

關(guān)鍵詞 課堂評價 人工智能

中圖分類號：G712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.02.022

Research on the Assistant System of Classroom Evaluation

Based on Artificial Intelligence

JIN Qing

（Shanghai Donghai Vocational & Technical College， Shanghai 200241）

Abstract Classroom teaching evaluation plays an important role in evaluating teaching and guiding teaching reform. In view of the current situation of inadequate or formality assessment in classroom teaching assessment due to many comprehensive assessment standards， complex process and energy consumption， this paper proposes an artificial intelligence based classroom assessment assistant system， which generates classroom teaching assessment by collecting multi-dimensional data such as classroom behavior， classroom assessment and classroom feedback， through machine learning and model training Various indicators to assist in classroom evaluation.

Keywords classroom evaluation; artificial intelligence

1背景與動機(jī)

課堂評價是教師為了判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、了解自己的教學(xué)效果、促進(jìn)學(xué)生的有效學(xué)習(xí)而開展的對學(xué)生學(xué)習(xí)信息的采集、分析和利用活動。課堂評價作為教學(xué)過程中持續(xù)進(jìn)行的、不可分割的組成部分，構(gòu)成了教師日常教學(xué)實踐的重要內(nèi)容。有關(guān)課堂評價的知識和技能，是所有教師為了有效履行教學(xué)職責(zé)所必須掌握的核心知識和技能。①

課堂評價的目的不僅只是對教師的課堂教學(xué)進(jìn)行簡單評價，相反，它更是激勵教師有目的性、有針對性地不斷學(xué)習(xí)、改進(jìn)、提高教學(xué)方法的過程。課堂教學(xué)評價具有如下幾點重要作用：（1）課堂教學(xué)評價具有指引課堂教學(xué)改革功能;（2）課堂教學(xué)評價具有激勵教師不斷學(xué)習(xí)，改進(jìn)教學(xué)方法的功能;（3）課堂教學(xué)評價是促進(jìn)教師加強(qiáng)相互交流、相互交流的功能;（4）課堂教學(xué)評價具有決策、鑒定功能，是學(xué)校管理工作的重要組成部分。

正由于課堂評價如有此大的重要性，因此如何保證準(zhǔn)確的、客觀的、全面的教學(xué)評價，是關(guān)系教師、學(xué)生、乃至學(xué)校課堂教學(xué)改革的大事。

目前國內(nèi)外學(xué)者針對如何合理的進(jìn)行課堂評價進(jìn)行了大量的研究，關(guān)注點也從最初的只關(guān)注課堂上教師的授課，逐漸形成涵蓋課堂觀察（學(xué)生、教師兩方面）、學(xué)習(xí)效果、學(xué)生反饋等全面的關(guān)注。根據(jù) Rick Stiggins的《Defensible Teacher Evaluation》（中文譯為《合理有據(jù)的教師評價》）一書中所述全面的教師課堂評價包括課堂觀察、學(xué)生成績、學(xué)生影響、學(xué)生打分、采訪、同行評價、自我評價、學(xué)生成長檔案、家長打分、課外專業(yè)意見這十個評價指標(biāo)。

學(xué)者們的研究為我們提供了理論基礎(chǔ)，然后再現(xiàn)實的操作中，卻往往流于形式，并不能起到真正的課堂評價的效果。究其原因，主要有以下幾個方面問題：

（1）理論雖好，卻不易實行，缺乏有效的工具來輔助課堂評價。在沒有此類工具的情況下，目前主要還是依靠傳統(tǒng)課堂評價方式，即授課教師、聽課教師以及學(xué)生個人的主觀意識給與評分，而人的主觀意識因為每個人的經(jīng)歷不同、知識構(gòu)成不同、經(jīng)驗不同，當(dāng)然會產(chǎn)生不同的課堂評價結(jié)果。

（2）課堂觀察以及課堂信息的采集，受限于技術(shù)手段，往往采集的信息不夠全面，且觀察過程帶有濃厚的主觀色彩，從而導(dǎo)致課堂評價的不夠全面、不夠精細(xì)。

（3）國內(nèi)外對于課堂評價的研究往往是從“上好一堂課”出發(fā)，而非“上好每一堂課”。究其原因，做好一次課堂評價需要耗費極大的各種包括教師、學(xué)生在內(nèi)的資源，因此大部分學(xué)校每學(xué)期可能僅僅組織2～3次以聽課為主的課堂評價，從而導(dǎo)致部分教師只精心準(zhǔn)備這幾次課，而對大部分課卻并不上心。

（4）傳統(tǒng)課堂評價關(guān)注點聚焦于基本面，而無法兼顧到小部分、乃至個體。

2 基于人工智能的課堂評價輔助系統(tǒng)體系架構(gòu)

基于人工智能的課堂教學(xué)評價輔助體系是基于人工智能技術(shù)，以課堂為載體，聚焦人臉識別、行為分析、視頻結(jié)構(gòu)化、語音識別、量化數(shù)據(jù)與教學(xué)深度融合，構(gòu)成學(xué)生考勤、學(xué)生課堂行為分析、教師教學(xué)過程分析、教學(xué)效果檢驗、學(xué)生反饋問卷貫通一體的課堂教學(xué)評價輔助體系，該輔助系統(tǒng)將用來輔助評價課堂教學(xué)。

該系統(tǒng)涵蓋了Rick Stiggins提到的10個評價標(biāo)準(zhǔn)里的5個（如表1）。系統(tǒng)使用人工智能技術(shù)極大的簡化了復(fù)雜的課堂評價，使“評估好每一堂課”成為可能，也使“評估好每一個學(xué)生”成為可能。

該系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1 輔助系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計

3基于人工智能的課堂評價輔助系統(tǒng)功能設(shè)計

（1）考勤模塊。課堂考勤是學(xué)校教務(wù)管理中的重要的行政內(nèi)容，也是在校園管理中必不可少的元素之一，目前學(xué)校普遍采用傳統(tǒng)的課堂考勤制度，如人工點名、刷卡點名、門禁刷臉簽到，APP簽到等，存在走班考勤管理難、巡課督導(dǎo)實施難、代簽現(xiàn)象嚴(yán)重等問題，基于人臉識別考勤技術(shù)采用視覺分析無感考勤的方式，學(xué)生只需專注上課，即可輸出課堂考勤結(jié)果，以人臉特征為識別對象，杜絕作弊行為。目前該技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，基本上正確識別率可以達(dá)到99.8%以上。

（2）課堂行為分析。課堂行為分析是在人臉識別的基礎(chǔ)上，采集分析學(xué)生課堂行為，例如學(xué)生聽課的表情、抬頭率、趴桌子、舉手、站立、玩手機(jī)等行為，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)增強(qiáng)判斷的正確率。通過提供無感知、過程性的課堂質(zhì)量評價和人工智能學(xué)情分析報告，可精準(zhǔn)的進(jìn)行課堂質(zhì)量評估。

（3）教師教學(xué)過程分析。教師教學(xué)過程分析通過采集教學(xué)過程中教師的視頻、音頻等信息，分析教師課堂行為和教師授課內(nèi)容，并通過與授課教師課前上傳的教案進(jìn)行內(nèi)容匹配，從而評判教師教學(xué)內(nèi)容的準(zhǔn)確性。

（4）教學(xué)效果檢驗?zāi)K。課堂教學(xué)的好壞歸根到底需要通過學(xué)生學(xué)習(xí)的效果來檢驗，在課程結(jié)束時，學(xué)生完成線上關(guān)于該部分教學(xué)內(nèi)容的習(xí)題，以驗證本堂課程學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

（5）學(xué)生教學(xué)體驗反饋模塊。課程結(jié)束后，由學(xué)生根據(jù)上課情況，在 “講課過程”“教學(xué)方法”“教學(xué)互動”“教學(xué)內(nèi)容”“師德師風(fēng)”“授課風(fēng)格”“執(zhí)教態(tài)度”“專業(yè)能力”等方面填寫反饋問卷，用于反饋學(xué)生教學(xué)體驗。

（6）數(shù)據(jù)清洗轉(zhuǎn)換存儲模塊。數(shù)據(jù)清洗轉(zhuǎn)換存儲模塊將采集到的各種數(shù)據(jù)，進(jìn)行清洗已得到有效數(shù)據(jù)，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換以轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏脭?shù)據(jù)，最后將數(shù)據(jù)存儲于分布式存儲系統(tǒng)（HDFS）里，以供下個階段使用。

（7）機(jī)器學(xué)習(xí)和模型訓(xùn)練模塊。經(jīng)歷上階段清洗轉(zhuǎn)換存儲后的數(shù)據(jù)輸入到本模塊進(jìn)行模型訓(xùn)練，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)逐步完善準(zhǔn)確率，最終將提供學(xué)生考勤信息、學(xué)生聽課專注度、學(xué)生課間參與度、教師上課狀態(tài)、教師教授內(nèi)容與教案匹配度、學(xué)生學(xué)習(xí)效果檢驗結(jié)果和學(xué)生課間體驗反饋等指標(biāo)，以供教師全面了解本次課堂教學(xué)質(zhì)量。

4展望

當(dāng)下我們正處于一個變革的時代、一個創(chuàng)新與超越的時代，人工智能、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實、5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新技術(shù)迅猛發(fā)展正在改變著我們的生活、改變著我們的社會、也改變著我們的教育，尤其是人工智能、大數(shù)據(jù)不斷挑戰(zhàn)者我們熟悉的教育方法，為提供教學(xué)效能展示了巨大的想象空間，當(dāng)然也給我們課堂評價體系的完善提供了思路。

本文結(jié)合課堂評價的特點和當(dāng)下存在的問題，提出基于人工智能的課堂教學(xué)評價輔助系統(tǒng)，以解決當(dāng)下課堂評價中存在的問題，從而為推廣準(zhǔn)確、全面、客觀的課堂評價提供參考。

未來，我們將繼續(xù)完善本輔助系統(tǒng)，盡可能的采集更多課堂數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高評判的準(zhǔn)確率，以期待本系統(tǒng)能夠?qū)φn堂評估起到更好的輔助作用。

【基金項目】上海市東海職業(yè)技術(shù)學(xué)院“教育教學(xué)改革與研究”課題

注釋

① 沈玉順.新課程課堂教學(xué)改革叢書——課堂評價.北京師范大學(xué)出版社，2006：1.

參考文獻(xiàn)

[1] 沈玉順.新課程課堂教學(xué)改革叢書——課堂評價.北京師范大學(xué)出版社，2006.

[2] 陳多仁.課堂教學(xué)評價.高等教育出版社，2017.

[3] 王少非.課堂評價.華東師范大學(xué)出版社，2013.

[4] Grant Wiggins.教育性評價.國家基礎(chǔ)教育課程改革“促進(jìn)教師發(fā)展與學(xué)生成長的評價研究”項目組翻譯.中國輕工業(yè)出版，2005.