新型智能系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用的校本教研工作模式與實(shí)踐
——以基于知識(shí)圖譜的高中生物學(xué)智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用為例

閆白洋

(上海市行知中學(xué)， 上海 201999)

2022年1月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，提出深入推進(jìn)智慧教育，構(gòu)建高質(zhì)量教育支持體系；同月，全國(guó)教育工作會(huì)議提出實(shí)施國(guó)家教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動(dòng)，教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型開啟新征程。隨著人工智能的發(fā)展，新型智能系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用成為當(dāng)前教育數(shù)字化改革的熱點(diǎn)，僅僅通過(guò)教育專家和技術(shù)公司開發(fā)新型智能系統(tǒng)多會(huì)出現(xiàn)“愿景和邏輯很美好，但是無(wú)法常態(tài)化地進(jìn)入課堂”“為了使用智能系統(tǒng)而使用”等問(wèn)題。學(xué)校一線教師最了解課堂的邏輯和需求，通過(guò)學(xué)校教研工作開發(fā)新型智能系統(tǒng)將成為重要路徑。

現(xiàn)有的教研工作模式多是對(duì)已有教學(xué)過(guò)程的優(yōu)化或課程資源的開發(fā)，局限于學(xué)校內(nèi)部教師的教研。而新型智能系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用是一個(gè)“從無(wú)到有”的工作，也是一個(gè)涉及學(xué)科教育專家、教育信息化技術(shù)專家和技術(shù)公司等很復(fù)雜的工程，通過(guò)現(xiàn)有的教研工作模式是很難實(shí)現(xiàn)的?；诖耍倚?018年開始，在上海市“雙名工程”高峰計(jì)劃引領(lǐng)下，通過(guò)校本教研工作進(jìn)行了“基于知識(shí)圖譜的高中生物學(xué)智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)踐”，在此過(guò)程中，逐漸形成了多維度跨部門聯(lián)合的新型智能系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用的教研工作模式，為教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的校本教研工作提供參考。

一、設(shè)計(jì)與推展

“基于知識(shí)圖譜的高中生物學(xué)智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)踐”主要包括知識(shí)圖譜的構(gòu)建、資源圖譜的開發(fā)、智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)(APP)開發(fā)、人機(jī)協(xié)同教學(xué)新范式的實(shí)踐等重要組成(如圖1)。整個(gè)工程很復(fù)雜，既涉及學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)、學(xué)科核心素養(yǎng)、課程資源建設(shè)、測(cè)評(píng)核心素養(yǎng)試題開發(fā)技術(shù)、系統(tǒng)的課堂教學(xué)模式等學(xué)科類教學(xué)內(nèi)容，也涉及個(gè)性化學(xué)習(xí)模型、學(xué)習(xí)畫像模型、教學(xué)策略模型等大教育理念，還涉及系統(tǒng)的開發(fā)、系統(tǒng)的迭代等教育信息化技術(shù)。整個(gè)建設(shè)過(guò)程均主要由教師教研工作完成，在智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)(APP)開發(fā)中，還需要教育信息技術(shù)專家和技術(shù)公司系統(tǒng)協(xié)助完成?；诖?，我們?cè)谶M(jìn)行研發(fā)和實(shí)踐中設(shè)計(jì)了“知行融合，多維并進(jìn)”的教研工作模式(如圖2)。包括機(jī)制建設(shè)、工作組群、理論研究、調(diào)研教師需求、合作研討、技術(shù)對(duì)接、資源開發(fā)、資源審核、系統(tǒng)場(chǎng)景設(shè)計(jì)、資源上傳、系統(tǒng)試用、教學(xué)范式、成果輻射等。

(一)教研機(jī)制與制度為新型智能系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)踐提供保障

基于知識(shí)圖譜的生物學(xué)智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的校本開發(fā)與實(shí)踐比較復(fù)雜，為促進(jìn)項(xiàng)目的推進(jìn)從學(xué)校教研層面建設(shè)了一系列的機(jī)制和制度。在基于知識(shí)圖譜的高中生物學(xué)智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)校本開發(fā)與應(yīng)用中，組建了校長(zhǎng)為組長(zhǎng)，教導(dǎo)處、教科室、信息處、年級(jí)組和生物學(xué)教研組為核心成員的隊(duì)伍，并制定了部門在項(xiàng)目實(shí)施中的職能，保障校本教研順利開展，形成教學(xué)、教研一體化的組織格局[1]。教科室主要參與理論研究和調(diào)查需求，生物學(xué)教研組主要負(fù)責(zé)資源開發(fā)和課堂實(shí)踐，教導(dǎo)處和年級(jí)組主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)實(shí)踐的具體安排，信息處主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)教學(xué)的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的保障。除此之外，學(xué)校還建立了和上海市電化教育館、上海市師資培訓(xùn)中心、華東師范大學(xué)、上海市教育考試院“請(qǐng)進(jìn)來(lái)，走出去”的校本培訓(xùn)機(jī)制，確保知識(shí)圖譜和智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開發(fā)有專家指導(dǎo)。因?yàn)橄到y(tǒng)的開發(fā)需要和技術(shù)公司合作，還需要和技術(shù)公司建立工作機(jī)制，每2周的項(xiàng)目例會(huì)制度，學(xué)校將智慧校園的部分經(jīng)費(fèi)?？钣糜诨谥R(shí)圖譜的智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)踐。這些機(jī)制和制度為項(xiàng)目的實(shí)施提供了堅(jiān)強(qiáng)的保障。

圖1 基于知識(shí)圖譜的高中生物學(xué)智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的研究框架

圖2 新型智能系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)踐的教研工作模式

(二)課題引領(lǐng)、全員培訓(xùn)等教研方式促進(jìn)理論研究與師生需求的調(diào)研

基于知識(shí)圖譜的智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開發(fā)和實(shí)踐是創(chuàng)新性的項(xiàng)目，可供參考的范例基本沒(méi)有，“無(wú)中生有”的教研工作比“有中生優(yōu)”的教研工作更有難度，需要教師的創(chuàng)新和研究?；诖?，基于課題引領(lǐng)的教研工作方式顯得更加重要[2]。學(xué)校聯(lián)合外校教師組建了多個(gè)課題研究團(tuán)隊(duì)，例如，教師和學(xué)生學(xué)習(xí)需求調(diào)研團(tuán)隊(duì)、生物學(xué)核心素養(yǎng)測(cè)評(píng)技術(shù)課題研究團(tuán)隊(duì)、教學(xué)策略和學(xué)習(xí)策略模型課題研究團(tuán)隊(duì)、知識(shí)圖譜建立課題研究團(tuán)隊(duì)、資源建設(shè)課題研究團(tuán)隊(duì)、智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用研究團(tuán)隊(duì)等，通過(guò)課題研究引領(lǐng)項(xiàng)目的推進(jìn)。各團(tuán)隊(duì)相互獨(dú)立又相互協(xié)作，并將研究成果及時(shí)向其他組教師進(jìn)行講座和交流，促進(jìn)教研組成員共同成長(zhǎng)。除此之外，學(xué)校還邀請(qǐng)上海市學(xué)科名師，上海市電化教育館、華東師范大學(xué)、上海師范大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等學(xué)科專家、技術(shù)專家、課標(biāo)專家對(duì)團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行全員培訓(xùn)。例如，在針對(duì)“生物學(xué)核心素養(yǎng)如何融入知識(shí)圖譜中”的問(wèn)題，通過(guò)多個(gè)團(tuán)隊(duì)成員的頭腦風(fēng)暴，以及專家的指導(dǎo)，最后形成共識(shí)，將生物學(xué)核心素養(yǎng)作為知識(shí)圖譜的一個(gè)“實(shí)體”，并在資源建設(shè)中引導(dǎo)學(xué)生的主動(dòng)建構(gòu)，形成融入生物學(xué)核心素養(yǎng)的資源建設(shè)模式。

(三)協(xié)同教研、骨干示范等教研方式促進(jìn)知識(shí)圖譜與資源建設(shè)

知識(shí)圖譜對(duì)于一線教師比較陌生，為促進(jìn)教研團(tuán)隊(duì)對(duì)知識(shí)圖譜的學(xué)習(xí)，學(xué)校購(gòu)買了關(guān)于知識(shí)圖譜的書籍，例如復(fù)旦大學(xué)肖仰華教授編著的《知識(shí)圖譜概念與技術(shù)》、王昊奮等所著作的《知識(shí)圖譜方法、實(shí)踐與應(yīng)用》，并邀請(qǐng)復(fù)旦大學(xué)肖仰華教授、清華大學(xué)許斌教授對(duì)研究團(tuán)隊(duì)成員講座和指導(dǎo)。并要求骨干教師以“光合作用”章節(jié)進(jìn)行基于“知識(shí)樹”—“知識(shí)圖譜”的方式構(gòu)建知識(shí)圖譜，上交給專家進(jìn)行審核和修改，不斷完善形成“光合作用”章節(jié)的知識(shí)圖譜，然后通過(guò)骨干示范的形式展示知識(shí)圖譜的建設(shè)過(guò)程和技巧，進(jìn)行全員培訓(xùn)，引領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員建立其他章節(jié)的知識(shí)圖譜。知識(shí)圖譜完成后，需要對(duì)知識(shí)圖譜中每一個(gè)末級(jí)“實(shí)體”配制文字、微課、試題、動(dòng)畫、圖片等資源。因?yàn)樯婕暗谋匦弈K末級(jí)“實(shí)體”數(shù)量多達(dá)300多個(gè)，需要對(duì)每個(gè)末級(jí)“實(shí)體”建設(shè)資源，僅僅依靠學(xué)校教研組是很難實(shí)現(xiàn)的，基于此，學(xué)校教研工作從學(xué)校擴(kuò)展到其他學(xué)校的協(xié)同教研方式。通過(guò)“雙名工程”高峰計(jì)劃、攻關(guān)計(jì)劃和種子計(jì)劃建立了200多名的教師團(tuán)隊(duì)。整個(gè)實(shí)施過(guò)程是，學(xué)校教科室和教研組共同開發(fā)了資源的開發(fā)模式，并經(jīng)過(guò)多次研討和修改，制作一個(gè)“小樣”，尤其是微課的設(shè)計(jì)模式是“情境任務(wù)”—“概念建構(gòu)”—“問(wèn)題解決”，然后對(duì)200多名教師進(jìn)行培訓(xùn)，并分配任務(wù)進(jìn)行資源建設(shè)。在此過(guò)程中，會(huì)進(jìn)行資源案例的分享和交流，通過(guò)資源的建設(shè)提高教師對(duì)新課程理念、學(xué)科概念和學(xué)科核心素養(yǎng)的理解，尤其是測(cè)評(píng)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的試題開發(fā)對(duì)教師的專業(yè)能力和教學(xué)能力有了很大的提高。

(四)多元合作、網(wǎng)絡(luò)教研提升系統(tǒng)開發(fā)的效率

基于知識(shí)圖譜的智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)(APP)的開發(fā)僅僅依靠學(xué)校教研是很難實(shí)現(xiàn)的，只能學(xué)校教研團(tuán)隊(duì)、技術(shù)公司、信息技術(shù)專家等進(jìn)行多元合作。學(xué)校教研團(tuán)隊(duì)提供知識(shí)圖譜、資源、教師和學(xué)生所需的教學(xué)場(chǎng)景等，技術(shù)公司負(fù)責(zé)系統(tǒng)(APP)的開發(fā)、測(cè)試、迭代等。信息技術(shù)專家負(fù)責(zé)理論支撐、知識(shí)路徑推送邏輯開發(fā)、技術(shù)指導(dǎo)等。學(xué)校教研建立了三方合作的機(jī)制和方式，以及例會(huì)制度、評(píng)價(jià)制度等。同時(shí)發(fā)揮協(xié)同教研的優(yōu)勢(shì)，將團(tuán)隊(duì)成員分為“綜合組”“資源審核組”“資源打標(biāo)組”“應(yīng)用試點(diǎn)實(shí)踐組”等，技術(shù)公司按照教研團(tuán)隊(duì)的建議建立了基于知識(shí)圖譜的智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，并上傳相關(guān)的資源，教研團(tuán)隊(duì)對(duì)資源進(jìn)行打標(biāo)和修正，并進(jìn)行系統(tǒng)的試運(yùn)營(yíng)，不斷地完善系統(tǒng)的功能。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)場(chǎng)景包括：一是課堂教學(xué)場(chǎng)景，基本邏輯是教師備課—智能分組—推送個(gè)性化資源—學(xué)生課堂自主學(xué)習(xí)—教師課堂精準(zhǔn)提問(wèn)和教學(xué)—解決問(wèn)題—推送個(gè)性化作業(yè)，主要探索課堂教學(xué)“1加1”的路徑。二是新課教學(xué)場(chǎng)景，基本邏輯是選擇章節(jié)—推送學(xué)習(xí)資源—試題推送—學(xué)習(xí)結(jié)果診斷—推送個(gè)性化學(xué)習(xí)資源—……。產(chǎn)生數(shù)據(jù)可以利于教師精準(zhǔn)備課，主要探索課前備課“1幫1”的路徑。三是自主復(fù)習(xí)場(chǎng)景，基本邏輯是選擇章節(jié)—設(shè)計(jì)目標(biāo)—試題推送—學(xué)習(xí)結(jié)果診斷—個(gè)性化推送學(xué)習(xí)資源—個(gè)性化試題推送—學(xué)習(xí)結(jié)果診斷—……，主要探索課后輔導(dǎo)“1對(duì)1”的路徑。

(五)課堂聯(lián)動(dòng)、實(shí)證教研等教研方式探索新型智能系統(tǒng)的應(yīng)用

在學(xué)校教導(dǎo)處、信息處和年級(jí)組的安排下，智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行了多輪的試點(diǎn)實(shí)踐，在試點(diǎn)實(shí)踐中進(jìn)行骨干示范、課堂聯(lián)動(dòng)的教研方式，進(jìn)行同課同構(gòu)、同課異構(gòu)、異課同構(gòu)等，并進(jìn)行案例分享[3]。建立了智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)嵌入課堂教學(xué)的四種教學(xué)形態(tài)，以及每個(gè)教學(xué)形態(tài)的流程(如圖3)。開設(shè)了多次市區(qū)級(jí)公開課進(jìn)行研討。利用實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班進(jìn)行實(shí)證教研，論證基于知識(shí)圖譜的智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)在發(fā)展學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)中的價(jià)值。提煉總結(jié)了智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)嵌入課堂的優(yōu)勢(shì)，包括：實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)路徑的可視化，為精準(zhǔn)教學(xué)提供依據(jù)；實(shí)現(xiàn)了學(xué)生診斷精準(zhǔn)化，提高課堂教學(xué)效率；首次通過(guò)KPM算法為學(xué)生課外自主而個(gè)性化學(xué)習(xí)進(jìn)行智能推送。

圖3 指向素養(yǎng)提升的智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)教學(xué)模式

(六)案例分享、宣傳講座等教研方式探索新型智能系統(tǒng)的推廣

基于知識(shí)圖譜的智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)在上海市和全國(guó)進(jìn)行了有效推廣。推廣的教研方式包括，將基于智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的課例和案例以共享資源包的形式進(jìn)行推廣，在上海市師資培訓(xùn)中心的要求下錄制了培訓(xùn)視頻課程，正在出版《基于高中生物學(xué)知識(shí)圖譜的智適應(yīng)學(xué)習(xí)試驗(yàn)與推廣》專著。2020年，智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的講座入選暑期中小幼校(園)長(zhǎng)、書記的培訓(xùn)微課程，并在上海市、江蘇省、湖南省、黑龍江省、安徽省、江西省等地50多所學(xué)校進(jìn)行宣傳和推廣。

二、結(jié)論與啟示

通過(guò)構(gòu)建基于知識(shí)圖譜的智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，形成了新型智能系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用的教研工作模式，在新型智能系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用的不同階段分別實(shí)施了課題引領(lǐng)、全員培訓(xùn)、成果分享、骨干示范、案例分享、協(xié)同教研、多元合作、網(wǎng)絡(luò)教研、分層聯(lián)動(dòng)、實(shí)證教研等。不僅為新型智能系統(tǒng)開發(fā)提供教研模式參考，新的項(xiàng)目的研究也可以借鑒此教研模式，在教研實(shí)踐中提煉了學(xué)校教研工作的八個(gè)啟示。

一是要充分發(fā)揮專業(yè)引領(lǐng)作用。新型智能系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)踐對(duì)于一線教師來(lái)說(shuō)比較陌生，因此，專業(yè)引領(lǐng)是教研工作得以深化發(fā)展的重要支撐，要重視技術(shù)專家、教育專家、骨干教師的參與，要在提供解決問(wèn)題的思路、指引完成任務(wù)的途徑和方法等方面使他們發(fā)揮必要的引領(lǐng)和指導(dǎo)作用。他們的參與能夠拓寬討論的廣度和深度，帶給老師全新的視角。

二是要堅(jiān)持教育科研介入的原則。新型智能系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)踐中充滿著挑戰(zhàn)，需要教研工作以課題或項(xiàng)目的形式進(jìn)行長(zhǎng)期、深入的研究，通過(guò)課題或項(xiàng)目引領(lǐng)，圍繞具體主題持續(xù)開展教研工作，解決新型智能系統(tǒng)開發(fā)中的一系列問(wèn)題。每一階段的研究成果都要進(jìn)行展示，進(jìn)行總結(jié)提煉，形成經(jīng)驗(yàn)或者發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題。

三是要立足教師和學(xué)生的現(xiàn)實(shí)需求。新型智能系統(tǒng)要真正能夠具有生命力，在教師的教和學(xué)生的學(xué)中長(zhǎng)期常態(tài)化發(fā)揮作用，教研工作必須立足教師和學(xué)生的真需求，要激發(fā)教師的參與熱情，重視教師全員深入?yún)⑴c，依托學(xué)科骨干教師隊(duì)伍，充分發(fā)揮優(yōu)秀教師在教研工作中的示范引領(lǐng)作用。

四是要關(guān)注新時(shí)期教育改革的方向。新型智能系統(tǒng)要緊跟新時(shí)期教育改革的方向，教研工作也追求學(xué)科育人價(jià)值，關(guān)注課程整合和學(xué)生核心素養(yǎng)，將全面育人、全程意識(shí)作為教研工作和新型智能系統(tǒng)開發(fā)的指導(dǎo)思想。同時(shí)，也要重視學(xué)生主體的建構(gòu)、實(shí)踐，學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)等[4]。

五是廣泛使用協(xié)同教研的方式。新型智能系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)踐僅僅依靠一所學(xué)校的教研工作難以實(shí)現(xiàn)，不僅需要學(xué)校與學(xué)校之間跨區(qū)域的協(xié)同、學(xué)校與名師團(tuán)隊(duì)的協(xié)同，還需要學(xué)校與電化教育館、考試院、技術(shù)公司之間的協(xié)同。協(xié)同教研的優(yōu)勢(shì)在于拓展了智能系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)踐有關(guān)問(wèn)題的研討空間和優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)的分享空間[5]。也能使得智能系統(tǒng)在更大范圍內(nèi)得以分享和傳播。

六是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教研打破時(shí)空局限。在新型智能系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)踐的教研工作中，要充分利用互聯(lián)網(wǎng)的巨大優(yōu)勢(shì)，積極探索更為方便、快捷的網(wǎng)絡(luò)化教研方式，尤其是新冠疫情的影響下，更要拓展網(wǎng)絡(luò)教研的寬度和深度。不僅要探索純粹的網(wǎng)絡(luò)教研，更要探索線上線下混合式教研。

七是嘗試基于教學(xué)診斷的“實(shí)證教研”。新型智能系統(tǒng)使用的效果，必須要有證據(jù)的支持。而數(shù)據(jù)作為診斷的依據(jù)，利用大數(shù)據(jù)為教研工作提供清晰、明確的依據(jù)。一方面，新型智能系統(tǒng)也要建立基于學(xué)生個(gè)性特征、學(xué)業(yè)水平分析、學(xué)習(xí)過(guò)程記錄、學(xué)科能力的數(shù)據(jù)庫(kù)以及學(xué)習(xí)路徑數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)也因此成為教學(xué)設(shè)計(jì)及教學(xué)評(píng)估的重要依據(jù)。另一方面在新型智能系統(tǒng)效果評(píng)價(jià)時(shí)，要使用實(shí)證研究方法，用規(guī)范的研究方法在教育教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)開展研究，在真實(shí)的教學(xué)情境中收集數(shù)據(jù)，得出翔實(shí)可靠的研究結(jié)論，以便為教研工作提供確切的依據(jù)[6]。

八是加強(qiáng)學(xué)校教研工作的制度保障。新型智能系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)踐涉及學(xué)校的教研實(shí)踐、網(wǎng)絡(luò)終端的保障、不同學(xué)校的協(xié)同教研、學(xué)校與其他部門的協(xié)同等，比其他教研工作更為復(fù)雜，因此，建立完善的教研制度和機(jī)制有著重要價(jià)值。需要健全學(xué)校教研工作組織制度、激勵(lì)制度、與他校協(xié)同制度、與公司合作機(jī)制、健全教研系統(tǒng)內(nèi)部交流學(xué)習(xí)與成果推廣機(jī)制等。

新型智能系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用的教研工作模式及啟示進(jìn)行了輻射和推廣，上海市寶山區(qū)由教育學(xué)院牽頭，利用此教研工作模式進(jìn)行數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理等初高中各門學(xué)科知識(shí)圖譜的建設(shè)和智適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開發(fā)，取得了很好的成效?！?/p>