AI賦能驅(qū)動課堂教學智慧化的研究

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?！吨泄仓醒雵鴦赵宏P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。本研究借助AI賦能，從繁雜的教學大數(shù)據(jù)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(jù)在提升教育質(zhì)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(jù)驅(qū)動 課堂教學

近年來，大數(shù)據(jù)、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(jù)的發(fā)展，鼓勵教師主動適應信息化時代。如何處理好教育數(shù)據(jù)，成為擺在教育工作者面前的一個現(xiàn)實問題。

《大數(shù)據(jù)主義》一書指出：技術革命將改變?nèi)祟悰Q策方式。人們將更加依賴于數(shù)據(jù)和分析，而不是直覺和經(jīng)驗。2019年，教育部在《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(diào)：大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術的變革對教師的信息素養(yǎng)提出了新要求，教師需要主動適應新技術的變革。

一、厘清思路，界定概念

AI（英文名：Artificial Intelligence）即人工智能，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(wǎng)、虛擬現(xiàn)實、云計算、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)等智能技術賦能教育，使教育實現(xiàn)網(wǎng)絡化、數(shù)字化、智慧化和信息化發(fā)展。

數(shù)據(jù)驅(qū)動是以網(wǎng)絡技術或者相關軟件與平臺為手段采集海量數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)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(jù)的基礎上經(jīng)過訓練和擬合，形成自動化的決策模型。

數(shù)據(jù)驅(qū)動教學是指運用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術，對教學對象進行混合式學習數(shù)據(jù)的采集與分析，從而研究出數(shù)據(jù)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(jīng)驗。因此，學校根據(jù)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(jù)驅(qū)動課堂教學的實踐研究，力求做到以下幾個方面。

（1）實現(xiàn)智能化課堂教學，通過局域網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)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(jù)平臺中，進行數(shù)據(jù)化和模型匹配，對課堂數(shù)據(jù)實時反饋，保證數(shù)據(jù)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(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，包括學生的發(fā)言次數(shù)和時長分布、學生的情感走向、應答內(nèi)容的完成率及正確率等，從而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、教學環(huán)節(jié)用時、學生反饋等內(nèi)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。

（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、評估機制等服務，把師生的學習活動和教學研究都儲存在數(shù)據(jù)庫中，構建一個能強有力支持學校教育教學的信息化網(wǎng)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中進行研究與評價的重要內(nèi)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(diào)查和經(jīng)驗分析等方式，分析教學的主客體行為及其各要素之間的特征、表現(xiàn)和內(nèi)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(wǎng)、智能設備、社交媒體等相繼問世，教學情境已從教室拓展至線上空間，教與學全過程行為的數(shù)據(jù)化成為可能。同時，教育大數(shù)據(jù)的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(jīng)驗的方式，轉向基于數(shù)據(jù)揭示教學規(guī)律的探究。因此，我校從數(shù)據(jù)科學視角出發(fā)，基于教與學的全過程數(shù)據(jù)進行教學行為計算，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(jù)驅(qū)動課堂的平臺

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)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(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)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(jù)驅(qū)動”課堂教學的指導思想，我校在原有的軟硬件基礎和實驗成效的基礎上，將各項智能化、信息化的教學應用體系相融合，建立了以學校命名的“掌上附小”校園網(wǎng)絡系統(tǒng)，服務于AI賦能背景下數(shù)據(jù)驅(qū)動課堂教學的實踐研究。

（二）課堂診斷促進教師的發(fā)展

課堂是實現(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，也是學校管理部門掌握教育教學質(zhì)量的重要平臺。在研究過程中，我校建立了課堂觀察數(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(jù)，利用平臺對這些數(shù)據(jù)進行分析和處理，形成客觀的、可視化的課堂教學大數(shù)據(jù)匯總報告。通過這樣的課堂觀察診斷方式，發(fā)現(xiàn)教師的教和學生的學中存在的優(yōu)劣，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、較好地兼顧了各種類型學生的發(fā)展、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(jīng)驗和回憶記錄來找亮點和提建議，這樣就不可避免會存在主觀性和片面性。69DDB524-23D5-4E00-AADA-28334FD6324F

相對于傳統(tǒng)的教師自主思考和學科組聽評課活動，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(jù)。結合學科培養(yǎng)目標和課堂教學的規(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，同時還能提出有針對性的改進建議，促進教學質(zhì)量的提高。

借助課堂觀察平臺，一線教師不需要對采集的原始數(shù)據(jù)進行操作，這些分析可以由計算機和數(shù)據(jù)分析平臺來完成，教師只需讀懂數(shù)據(jù)的意義，就能夠根據(jù)數(shù)據(jù)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

學生是受教育的對象，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，一般是教師根據(jù)自身經(jīng)驗或?qū)W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(jù)支持，準確性會有波動;后者結果整理速度較慢、信息量大且雜亂，工作效率低。在研究中，我校運用智能數(shù)據(jù)技術系統(tǒng)，自動分析學生的學情數(shù)據(jù)，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(jù)采集裝備+綜合管理”平臺，通過學生佩戴的傳感器設備，實時采集每個學生運動過程中的心率及運動負荷情況等數(shù)據(jù)，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(diào)性、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，為學生的體能訓練效果提供科學的依據(jù)。通過這一智能測試系統(tǒng)，還可以把學生的體質(zhì)數(shù)據(jù)形成電子成長檔案，為教師設計合理的體育課程提供參考，為學生的體質(zhì)健康保駕護航。

2021年，教育部等六部門共同印發(fā)了《義務教育質(zhì)量評價指南》，這對我校全面優(yōu)化教學評價方式有著重要的指導意義：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，我們也會經(jīng)過大數(shù)據(jù)技術量化后，將其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(zhì)資源服務教與學

教育數(shù)據(jù)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(chǎn)。教學中的教育資源，是師生之間進行教與學活動的基礎，是支持數(shù)據(jù)驅(qū)動課堂中教師課前、課中、課后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(jù)驅(qū)動課堂教學的實驗研究過程中，會涉及包括以工具、軟件、系統(tǒng)為主的應用類資源，包括教學素材、教學課件、網(wǎng)絡課程、數(shù)字圖書、學習網(wǎng)站等海量的內(nèi)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(jīng)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，以及如何構建資源的可進化、可共建、可共享，以滿足師生隨時隨地的學習需要。

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)教育主管部門已有的區(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(jīng)驗與感悟、經(jīng)典案例的引用與借鑒，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(nèi)容，就是優(yōu)質(zhì)的教學資源。我們將通過我校資源平臺的后臺數(shù)據(jù)算出的共享率、點贊率、下載率、播放率等數(shù)據(jù)篩選，為教師、學生，甚至是家長進行精準資源推送，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(wǎng)、大數(shù)據(jù)、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(wǎng)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(wǎng)+教育”發(fā)展，繼續(xù)探索“用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)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。69DDB524-23D5-4E00-AADA-28334FD6324F