AI賦能驅(qū)動課堂教學(xué)智慧化的研究

廣東省深圳市福田區(qū)教育科學(xué)研究院附屬小學(xué) 劉銳娟

近年來，大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)在教育管理變革、學(xué)習(xí)模式變革、教育評價體系變革、教育科學(xué)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(yīng)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(shù)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(guān)于實施全國中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)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(shù)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(yīng)新技術(shù)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(jié)果的理論、方法、技術(shù)和應(yīng)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(shù)賦能教育，使教育實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)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(luò)技術(shù)或者相關(guān)軟件與平臺為手段采集海量數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，形成有用的信息，再將這些信息進(jìn)一步整合與提煉，從而在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上經(jīng)過訓(xùn)練和擬合，形成自動化的決策模型。

數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)是指運用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對教學(xué)對象進(jìn)行混合式學(xué)習(xí)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(xí)慣和發(fā)展趨勢，依照研究結(jié)果對教學(xué)環(huán)

節(jié)、教學(xué)對象進(jìn)行改進(jìn)與提升。

二、立足校情，確立目標(biāo)

我校是深圳市福田區(qū)中小學(xué)信息技術(shù)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(xué)校、福田區(qū)“智慧校園”的標(biāo)桿，具備開展“信息技術(shù)教育”研究的軟硬件設(shè)施和實踐經(jīng)驗。因此，學(xué)校根據(jù)深圳市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃要求，結(jié)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(xué)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(xué)，通過局域網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將智能終端、教師端和學(xué)生端連接在一起，利用各類外設(shè)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(jìn)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(xué)生個性化學(xué)習(xí)，運用智能監(jiān)測平臺對學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)結(jié)果等方面進(jìn)行多角度觀察，記錄學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，包括學(xué)生的發(fā)言次數(shù)和時長分布、學(xué)生的情感走向、應(yīng)答內(nèi)容的完成率及正確率等，從而對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行有針對性的干預(yù)和指導(dǎo)。

（ 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(xué)環(huán)節(jié)用時、學(xué)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(xué)方式和教學(xué)過程，促進(jìn)教師教學(xué)理念的革新，提高教師進(jìn)行教學(xué)研究的科學(xué)性和精細(xì)化。

（4）建設(shè)校本資源庫平臺，構(gòu)建多種服務(wù)集成式和一站式的附小校園資源平臺，提供學(xué)習(xí)工具、學(xué)習(xí)資源、課程管理、協(xié)作功能、教研培訓(xùn)、評估機制等服務(wù)，把師生的學(xué)習(xí)活動和教學(xué)研究都儲存在數(shù)據(jù)庫中，構(gòu)建一個能強有力支持學(xué)校教育教學(xué)的信息化網(wǎng)絡(luò)。

三、深入課堂，創(chuàng)新發(fā)展

課堂教學(xué)行為分析是教學(xué)過程中進(jìn)行研究與評價的重要內(nèi)容，是促進(jìn)教師專業(yè)發(fā)展、學(xué)生個性化學(xué)習(xí)和教育教學(xué)改革的重要途徑。在傳統(tǒng)的教學(xué)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(xué)原理，通過觀察、問卷調(diào)查和經(jīng)驗分析等方式，分析教學(xué)的主客體行為及其各要素之間的特征、表現(xiàn)和內(nèi)部轉(zhuǎn)化關(guān)系，進(jìn)而揭示教學(xué)行為與師生個體的發(fā)展規(guī)律。隨著互聯(lián)網(wǎng)、智能設(shè)備、社交媒體等相繼問世，教學(xué)情境已從教室拓展至線上空間，教與學(xué)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(yīng)用為教學(xué)研究提供了新的范式，促使教學(xué)研究從以往基于觀察、經(jīng)驗的方式，轉(zhuǎn)向基于數(shù)據(jù)揭示教學(xué)規(guī)律的探究。因此，我校從數(shù)據(jù)科學(xué)視角出發(fā)，基于教與學(xué)的全過程數(shù)據(jù)進(jìn)行教學(xué)行為計算，實現(xiàn)精準(zhǔn)化、個性化的教學(xué)服務(wù)和學(xué)習(xí)評價。

（一）建設(shè)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(shù)、人工智能技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，在教與學(xué)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(xué)軌跡和學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xué)的指導(dǎo)思想，我校在原有的軟硬件基礎(chǔ)和實驗成效的基礎(chǔ)上，將各項智能化、信息化的教學(xué)應(yīng)用體系相融合，建立了以學(xué)校命名的“掌上附小”校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，服務(wù)于AI賦能背景下數(shù)據(jù)驅(qū)動課堂教學(xué)的實踐研究。

（二）課堂診斷促進(jìn)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(xué)生形成良好學(xué)習(xí)習(xí)慣的主陣地，也是學(xué)校管理部門掌握教育教學(xué)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(xué)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(xué)的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用平臺對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，形成客觀的、可視化的課堂教學(xué)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(xué)生的學(xué)中存在的優(yōu)劣，并進(jìn)行對應(yīng)的策略推送，從而建立起科學(xué)、全面的課堂觀察體系。

良好的課堂通常具備以下特征：學(xué)生的知識關(guān)注點達(dá)到預(yù)期、課堂互動中學(xué)生發(fā)言的時間集中在5~30秒、較好地兼顧了各種類型學(xué)生的發(fā)展、學(xué)生的課堂情緒按照預(yù)設(shè)發(fā)展等。在以往的教學(xué)研討過程中，無論是授課教師反思自己的教學(xué)行為，還是聽課者與授課教師進(jìn)行教學(xué)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。

相對于傳統(tǒng)的教師自主思考和學(xué)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(guān)的工具和技術(shù)記錄教師的課堂教學(xué)行為、學(xué)生的課堂表現(xiàn)，并結(jié)合教師課前的教學(xué)設(shè)計方案，使用分析工具分析課堂觀察數(shù)據(jù)。結(jié)合學(xué)科培養(yǎng)目標(biāo)和課堂教學(xué)的規(guī)律，合理地推理、計算、得出結(jié)論，既能定性也能定量地對教師的教學(xué)過程進(jìn)行全面、規(guī)范、科學(xué)的評價，同時還能提出有針對性的改進(jìn)建議，促進(jìn)教學(xué)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(jìn)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?dāng)?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(xué)工作。

（三）以學(xué)定教發(fā)展學(xué)生的個性

學(xué)生是受教育的對象，讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)是教育的發(fā)展目標(biāo)。傳統(tǒng)教學(xué)由于技術(shù)的限制，一般是教師根據(jù)自身經(jīng)驗或?qū)W生的測試結(jié)果判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，前者缺乏科學(xué)的數(shù)據(jù)支持，準(zhǔn)確性會有波動；后者結(jié)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(shù)系統(tǒng)，自動分析學(xué)生的學(xué)情數(shù)據(jù)，反映學(xué)生學(xué)習(xí)過程的全貌，辨識學(xué)生的差異化行為，為學(xué)生提供個性化的教學(xué)服務(wù)，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(shù)精準(zhǔn)監(jiān)測與評價學(xué)生的體能訓(xùn)練，利用“運動數(shù)據(jù)采集裝備+綜合管理”平臺，通過學(xué)生佩戴的傳感器設(shè)備，實時采集每個學(xué)生運動過程中的心率及運動負(fù)荷情況等數(shù)據(jù)，對潛在的運動風(fēng)險進(jìn)行實時的評估與預(yù)警；從學(xué)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(xùn)練設(shè)計是否合理，為學(xué)生的體能訓(xùn)練效果提供科學(xué)的依據(jù)。通過這一智能測試系統(tǒng)，還可以把學(xué)生的體質(zhì)數(shù)據(jù)形成電子成長檔案，為教師設(shè)計合理的體育課程提供參考，為學(xué)生的體質(zhì)健康保駕護(hù)航。

2021年，教育部等六部門共同印發(fā)了《義務(wù)教育質(zhì)量評價指南》，這對我校全面優(yōu)化教學(xué)評價方式有著重要的指導(dǎo)意義：要積極推動教學(xué)評價方式從結(jié)果性評價向過程性評價轉(zhuǎn)變，重點關(guān)注對學(xué)生學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)行為的評價；將總結(jié)性評價與形成性評價相結(jié)合，了解學(xué)生怎樣思考問題、怎樣解決問題，而不是僅僅關(guān)注學(xué)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(xué)生的其他學(xué)習(xí)指標(biāo)，如解決問題、合作探究、創(chuàng)新發(fā)展等能力指標(biāo)，好奇心、自信心、堅持力等情感態(tài)度指標(biāo)，我們也會經(jīng)過大數(shù)據(jù)技術(shù)量化后，將其納入學(xué)生評價的范疇中，使教師對學(xué)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(wù)教與學(xué)

教育數(shù)據(jù)資源作為教育領(lǐng)域系統(tǒng)變革的工具，將會成為學(xué)校最寶貴的資產(chǎn)。教學(xué)中的教育資源，是師生之間進(jìn)行教與學(xué)活動的基礎(chǔ)，是支持?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動課堂中教師課前、課中、課后不同教學(xué)場景所需要的資源，是教師自我研修成長的平臺，也是學(xué)生實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)的有力支持。

在數(shù)據(jù)驅(qū)動課堂教學(xué)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(yīng)用類資源，包括教學(xué)素材、教學(xué)課件、網(wǎng)絡(luò)課程、數(shù)字圖書、學(xué)習(xí)網(wǎng)站等海量的內(nèi)容資源。目前，教育者和學(xué)習(xí)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(gòu)建資源的可進(jìn)化、可共建、可共享，以滿足師生隨時隨地的學(xué)習(xí)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(wù)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(shè)滿足適合本校的教學(xué)資源，如教師的課程設(shè)計撰寫、教學(xué)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(xué)研究內(nèi)容，就是優(yōu)質(zhì)的教學(xué)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(xué)生，甚至是家長進(jìn)行精準(zhǔn)資源推送，形成具有學(xué)校特色、助力學(xué)校教學(xué)發(fā)展的校本教學(xué)資源庫。

互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)正整體改變著21世紀(jì)的教育模式和學(xué)習(xí)方式，國家“十四五”教育規(guī)劃更加關(guān)注技術(shù)改變現(xiàn)狀，創(chuàng)造未來：“要更加充分地發(fā)揮技術(shù)對于教育的革命性作用，對接教育整體現(xiàn)代化目標(biāo)要求，主動適應(yīng)新一代信息技術(shù)與學(xué)習(xí)變革深度融合的趨勢，實現(xiàn)教育資源的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，推進(jìn)各級各類教育的課程數(shù)字化、資源數(shù)字化、教學(xué)數(shù)字化、評估數(shù)字化，打造教育信息技術(shù)升級版，以新技術(shù)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(shù)，積極推進(jìn)“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(xué)和學(xué)習(xí)模式，優(yōu)化資源平臺，培養(yǎng)智慧教師，打造智慧課堂，建設(shè)智慧校園。