AI賦能背景下數(shù)據驅動課堂教學的實踐研究

劉銳娟

摘要：以人工智能為代表的新一代信息技術對教育的發(fā)展具有重要影響，國家高度重視智慧教育的發(fā)展，希望加快人工智能在教育領域的創(chuàng)新應用?！吨泄仓醒??國務院關于全面深化新時代教師隊伍建設改革的意見》明確指出，“教師要主動適應信息化、人工智能等新技術變革，積極有效開展教育教學”。借助AI賦能，可以從繁雜的教學大數(shù)據中發(fā)現(xiàn)相關關系、診斷現(xiàn)存問題、預測發(fā)展趨勢，發(fā)揮教學大數(shù)據在提升教育質量、促進教育公平、實現(xiàn)個性化學習、優(yōu)化教育資源配置和輔助教育科學決策等方面的重要作用。

關鍵詞：AI賦能;數(shù)據驅動;課堂教學

近年來，大數(shù)據、人工智能等技術在教育管理變革、學習模式變革、教育評價體系變革、教育科學研究變革等方面的作用日益凸顯。國家高度重視教育大數(shù)據的發(fā)展，鼓勵教師主動適應信息化時代變革。如何處理好教育數(shù)據，成為擺在教育工作者面前的一個現(xiàn)實問題。

《大數(shù)據主義》這本書中提道：“技術革命將改變人類決策方式。人們將更加依賴于數(shù)據和分析，而不是直覺和經驗?！苯逃坑“l(fā)的《關于實施全國中小學教師信息技術應用能力提升工程2.0的意見》中強調：大數(shù)據、人工智能等新技術的變革對教師信息素養(yǎng)提出了新要求，教師需要主動適應新技術變革。

一、理清思路，界定概念

AI（Artificial Intelligence）即人工智能，是利用數(shù)字計算機或者由數(shù)字計算機控制的機器，模擬、延伸和擴展人類的智能，感知環(huán)境、獲取知識并使用知識獲得最佳結果的理論、方法、技術和應用系統(tǒng)。我校研究的AI賦能是指以物聯(lián)網、虛擬現(xiàn)實、云計算、區(qū)塊鏈、大數(shù)據等智能技術賦能教育，使教育實現(xiàn)網絡化、數(shù)字化、智慧化和信息化發(fā)展。

數(shù)據驅動是以網絡技術或者相關軟件與平臺為手段采集海量的數(shù)據，并將這些數(shù)據進行組織，形成有用的信息，再將這些信息進一步整合與提煉，從而在數(shù)據的基礎上經過訓練和擬合，形成自動化的決策模型。

數(shù)據驅動教學是指運用現(xiàn)代互聯(lián)網技術，對教學對象進行混合式學習數(shù)據的采集與分析，從而研究出數(shù)據載體的行為習慣和發(fā)展趨勢，依照研究結果對教學環(huán)節(jié)、教學對象進行改進與提升。

二、立足校情，確立目標

我校是深圳市福田區(qū)中小學信息技術能力提升工程2.0項目的試點校、福田區(qū)AI賦能教育示范學校、福田區(qū)“智慧校園”的標桿，具備開展信息技術教育研究的軟硬件設施和實踐經驗。因此，我校根據深圳市教育科學“十四五”規(guī)劃要求，結合“雙減”的文件精神，開展了AI賦能背景下數(shù)據驅動課堂教學的實踐研究，力求做到以下幾點。

（1）實現(xiàn)智能化課堂教學，通過局域網與互聯(lián)網技術，將智能終端、教師端和學生端連接在一起，利用各類外設以及平臺交互功能，將課堂發(fā)生的行為接入大數(shù)據平臺中，進行數(shù)據化和模型匹配，對課堂數(shù)據實時反饋，保證數(shù)據的全面采集。

（2）實現(xiàn)學生個性化學習，運用智能監(jiān)測平臺對學生的學習興趣、學習方法、學習習慣、學習結果等方面進行多角度觀察，記錄學生在學習過程中產生的大量數(shù)據，包括學生發(fā)言次數(shù)和時長分布、學生的情感走向、應答內容的完成率及正確率等，對學生的學習行為進行有針對性的干預和指導。

（3）實現(xiàn)教師專業(yè)化發(fā)展，通過智能監(jiān)測平臺，捕捉教師的語言、動作、板書、環(huán)節(jié)用時、學生反饋等內容，幫助教師有意識地發(fā)現(xiàn)、分析和優(yōu)化自己的教學方式和教學過程，促進教師教學理念的革新，提高教師進行教學研究的科學性和精細化水平。

（4）建設校本資源庫平臺，構建多種服務集成式和一站式的附小校園資源平臺，提供學習工具、學習資源、課程管理、協(xié)作功能、教研培訓、教學評估等服務，把師生的學習活動和教學研究都儲存在數(shù)據庫中，提供一個最強有力支持學校教育教學的信息化網絡。

三、深入課堂，創(chuàng)新發(fā)展

課堂教學行為分析是教學過程研究與評價的重要內容，是促進教師專業(yè)發(fā)展、學生個性化學習和教育教學改革的重要途徑。在傳統(tǒng)的教學行為分析中，研究者通常處于單一的課堂情境中，運用行為理論和教學原理，通過觀察、問卷調查和經驗分析等方式，分析教學的主客體行為及其各要素的特征、表現(xiàn)和內部轉化關系，進而揭示教學行為與師生個體的發(fā)展規(guī)律。隨著互聯(lián)網、智能設備、社交媒體等相繼問世，教學情境已從教室課堂拓展至線上空間，使教與學全過程行為的數(shù)據化成為可能。同時，教育大數(shù)據應用為教學研究提供了新的范式，促使教學研究從以往基于觀察、經驗的方式，轉向基于數(shù)據揭示教學規(guī)律的探究。因此，我校從數(shù)據科學視角出發(fā)，基于教與學的全過程數(shù)據進行教學行為分析，實現(xiàn)精準化、個性化的教學服務和學習評價。

（一）建設數(shù)據驅動課堂的平臺

隨著移動互聯(lián)網、數(shù)據分析技術、人工智能技術在教學中的應用，在教與學的過程中，每時每刻都會產生海量的數(shù)據，這些數(shù)據記錄了教師的教學軌跡和學生的學習軌跡，以及課堂中呈現(xiàn)的其他信息軌跡。圍繞AI賦能和數(shù)據驅動課堂教學的指導思想，我校在原有的軟硬件基礎和試驗成效的基礎上，把各項智能化、信息化的教學應用體系相融合，建成以學校命名的“掌上附小”校園網絡系統(tǒng)，服務于AI賦能背景下數(shù)據驅動課堂教學的實踐研究（如圖1所示）。

（二）課堂診斷促進教師的發(fā)展

課堂教學是實現(xiàn)教師的專業(yè)化發(fā)展和培養(yǎng)學生形成良好學習習慣的主陣地，也是學校管理部門提高教育教學質量的重要平臺。在研究試驗中，我校建設了課堂觀察數(shù)字化平臺，通過嵌入各類教學觀察工具量表，采用行為編碼的方式，在課堂上實時采集和記錄教與學的相關數(shù)據，利用平臺對這些數(shù)據進行分析和處理，形成客觀的、可視化的課堂教學大數(shù)據匯總報告。通過這樣的課堂觀察診斷，發(fā)現(xiàn)教師的“教”和學生的“學”存在的問題，并進行對應的策略推送，從而建立起科學、全面的課堂觀察體系。

良好的課堂通常具備以下特征：學生的知識關注點達到預期、課堂互動中學生發(fā)言的時間集中在5～30秒、各種類型學生得到較好的兼顧、學生的課堂情緒按照預設發(fā)展等。在以往的教學研討過程中，無論是授課教師反思自己的教學行為，還是聽課者與授課教師進行教學交流，一般依靠的是定性的課堂觀察方法，主要基于教師或聽課者的知識經驗和回憶記錄來找亮點和提建議，不可避免地存在主觀性和片面性。

相對于傳統(tǒng)的教師自主思考和科組聽評課活動，AI賦能下的課堂診斷則是借助課堂觀察平臺，運用相關的工具和技術記錄教師的課堂教學行為、學生的課堂表現(xiàn)，并結合教師課前的教學設計方案，使用分析工具分析課堂觀察數(shù)據，結合學科培養(yǎng)目標和課堂教學規(guī)律，合理地推理、計算、得出結論，既能定性，也能定量地對教師的教學過程進行全面、規(guī)范、科學的評價，同時還能提出針對性的改進建議，促進教學質量的提高。

借助課堂觀察平臺，作為一線教師，我們不需要對采集的原始數(shù)據進行操作，這些分析可以由計算機和數(shù)據分析平臺來完成，教師只需讀懂數(shù)據的意義，就能夠根據數(shù)據的反饋開展更加有效的教學工作。

（三）以學定教發(fā)展學生的個性

學生是教育對象，讓學生更好地學習是教育的發(fā)展目標。傳統(tǒng)教學由于技術的限制，一般依靠教師根據自身經驗或學生的測試結果判斷學生的學習情況，前者缺乏科學的數(shù)據支持，準確性會有波動;后者整理速度較慢、信息量龐大且雜亂，工作效率低。在研究中，我校運用智能數(shù)據技術系統(tǒng)，自動分析學生的學情數(shù)據，反映學生學習過程的全貌，辨識學生的差異化行為，為學生提供個性化的教學服務，實現(xiàn)因材施教。

2020年11月，我校體育科組率先嘗試依托AI技術精準監(jiān)測與評價學生的體能訓練，利用運動數(shù)據采集裝備+綜合管理平臺，通過學生佩戴的傳感器設備，實時采集每位學生運動過程中的心率及運動負荷情況等數(shù)據，對潛在的運動風險進行實時的評估與預警;從學生的各項體能狀態(tài)，包括耐力、爆發(fā)力、協(xié)調力、靈敏性等，分析不同時間段的運動強度與訓練設計是否合理，為學生的體能訓練提供科學的依據。通過這一智能測試系統(tǒng)，還可以把學生的體質數(shù)據形成電子成長檔案，為教師設計合理的體育課程提供參考，為學生的身體健康保駕護航。

今年，教育部等六部門共同印發(fā)《義務教育質量評價指南》，這對于教師全面優(yōu)化教學評價方式有著重要的指導意義。教師要積極推動教學評價方式從結果性評價向過程性評價轉變，重點關注對學生學習過程和學習行為的評價，將總結性評價與形成性評價相結合，了解學生怎樣思考問題、怎樣解決問題，而不是僅僅關注學生是否得出了正確答案。的確，傳統(tǒng)的評價方式難以全面測評學生的其他學習指標，如解決問題、合作探究、創(chuàng)新發(fā)展等能力指標，好奇心、自信心、堅持力等情感態(tài)度指標。對此，我們也會經過大數(shù)據技術量化后，納入學生評價的范疇中，使教師對學生的評價更全面、更具體且更精確。

（四）整合優(yōu)質資源服務教與學

教育數(shù)據資源作為教育領域系統(tǒng)變革的工具，將會成為學校最寶貴的資產。教學中的教育資源，是師生之間進行教與學活動的基礎，是以數(shù)據驅動課堂中教師在課前、課中、課后的不同教學場景所需要的資源，是教師自我研修成長的平臺，也是學生實現(xiàn)自主學習的有力支持。

在數(shù)據驅動課堂教學的實驗研究過程中，會涉及包括工具、軟件、系統(tǒng)等在內的應用類資源，以及教學素材、教學課件、網絡課程、數(shù)字圖書、學習網站等海量的內容資源。目前，教育者和學習者在教育資源方面面臨的主要問題已經不再是沒有資源可用，而是該如何篩選精品資源和適用性資源，以及如何實現(xiàn)資源的可進化、可共建、可共享，以滿足師生隨時隨地學習的需要。

因此，我校在實踐研究的過程中，除了融合國家教育資源的公共服務平臺，省、市、區(qū)教育主管部門已搭建的區(qū)域性教育資源平臺，如深圳教育云平臺、福田教育頻道等，還會由師生共同建設滿足適合本校的教學資源，如教師的課程設計撰寫、教學經驗與感悟、經典案例的引用與借鑒，以及師生錄制的微課、制作的課件等，這些來自教育一線的教學研究內容，就是優(yōu)質的教學資源。我們將通過附小資源平臺的后臺數(shù)據算出共享率、點贊率、下載率、播放率等，為教師、學生甚至家長進行精準的資源推送，形成具有學校特色、助力學校教學發(fā)展的校本教學資源庫。

互聯(lián)網、大數(shù)據、人工智能等信息技術正整體改變著21世紀的教育模式和學習方式，國家“十四五”教育規(guī)劃更加關注技術改變現(xiàn)狀、創(chuàng)造未來：“要更加充分地發(fā)揮技術對于教育的革命性作用，對接教育整體現(xiàn)代化目標要求，主動適應新一代信息技術與學習變革深度融合的趨勢，實現(xiàn)教育資源的數(shù)字化、網絡化、智能化，推進各級各類教育的課程數(shù)字化、資源數(shù)字化、教學數(shù)字化、評估數(shù)字化，打造教育信息技術升級版，以新技術完善育人體系，以新資源支撐人的全面發(fā)展?！?/p>

面對未來的教育，我校借助AI賦能下的信息技術，積極推進“互聯(lián)網+教育”發(fā)展，繼續(xù)探索“用數(shù)據說話、用數(shù)據決策、用數(shù)據管理、用數(shù)據創(chuàng)新”的方法，改變傳統(tǒng)的課堂教學和學習模式，優(yōu)化資源平臺，培養(yǎng)智慧教師，打造智慧課堂，建設智慧校園。

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（責任編輯：奚春皓）