中小學智能精準教研的需求調研與發(fā)展策略

劉清堂， 鄭欣欣， 李 陽， 曾祥翊， 苗恩慧， 吳林靜

(1.華中師范大學 湖北省教育信息化研究中心， 湖北 武漢 430079；2.華中師范大學 人工智能教育學部， 湖北 武漢 430079；3.教育部教育技術與資源發(fā)展中心 專題教育資源部， 北京 100031)

一、引言

人工智能和教育的融合對教師的知識、能力、素質提出了新的要求，也促使著教師研修朝著智能化、精準化、個性化轉變[1]。2018年，教育部發(fā)布《關于開展人工智能助推教師隊伍建設行動試點工作的通知》，指出要開展教師智能研修行動，探索人工智能助推教師教育改革的新路徑。社會各界積極響應，探索人工智能、大數據等智能技術支持下的精準教研，如提出AI支持下的教師教研模式[2]、研究人工智能支持的課堂教學分析方法[3]、設計開發(fā)智能教研系統(tǒng)[4]等。

智能精準教研是利用互聯網、人工智能、大數據等技術，對課堂教學過程中形成的師生行為數據進行自動采集、統(tǒng)計和分析，為教師提供基于課堂行為大數據的診斷和干預的教研。智能技術帶來的教研范式轉型是教師教育變革的必然。要推動各地適應這一變革，必須充分了解各地智能精準教研的需求才能有的放矢。教育部教育技術與資源發(fā)展中心(中央電化教育館)發(fā)布《關于組織開展智能研修平臺應用試點工作的通知》，計劃在全國遴選試點區(qū)縣和學校應用智能研修平臺，探索人工智能與教師教育融合的理念、思路和方法。本研究依托中央電化教育館智能研修平臺應用試點工作，面向26省47個區(qū)縣和179所中小學開展了智能精準教研大規(guī)模需求調研。基于調研結果，從區(qū)域和學校兩個層面，研修目標、研修環(huán)境、研修活動、研修資源和組織機制等五個方面分析我國中小學智能精準教研的需求，并提出發(fā)展策略。

二、研究設計

作為一種新的教研形式，智能精準教研的大規(guī)模發(fā)展需要管理者自上而下的推動。管理者的需求和規(guī)劃極大程度決定了智能精準教研的發(fā)展態(tài)勢。因此，本次調研主要面向區(qū)域教研管理者和學校教研管理者分別設計區(qū)域版問卷和學校版問卷，兩份問卷均包含基本信息、教研現狀、教研計劃和組織機制四個部分，其中研修現狀部分側重于了解技術環(huán)境、現有教研活動的組織開展等，教研計劃部分主要調查管理者對智能精準教研發(fā)展目標、活動組織、培訓及資源建設方面的構想，組織機制部分重點了解智能精準教研活動的組織方式。

兩份問卷均由多名專家學者進行多次修訂，兩份問卷的測試指標和題目設置科學合理，能夠滿足調研和研究的需求，具有良好的效度。通過信度分析，顯示學校版問卷的Cronbach’sα系數為0.827，區(qū)域版問卷的Cronbach’sα系數為0.73，兩份問卷的Cronbach’sα值均大于0.7，表明問卷信度良好。

三、研究結果

本次調研面向全國26個省47個區(qū)縣和179所中小學發(fā)放網絡問卷，共回收區(qū)域版問卷51份(有效問卷47份，有效回收率為92.16%)，學校版問卷229份(有效問卷179份，有效回收率為78.17%)。本研究以區(qū)域和學校兩個角度，從教研目標、教研環(huán)境、教研活動、教研資源、組織機制五個方面對中小學智能精準教研發(fā)展現狀和需求進行分析。

(一)教研目標

教研目標是教研活動的行動指南，教研目標能反映區(qū)域和學校的發(fā)展方向。本研究以開放題的形式分別了解區(qū)域和學校的智能精準教研目標，并利用Python語言中Gensim工具的TF-IDF模型進行文本相似度計算，得出二者的相似度為0.874，說明區(qū)域和學校的智能精準教研目標較為相似。通過文本分析，發(fā)現區(qū)域和學校智能精準教研目標的相同之處在于，他們均希望通過智能精準教研活動“探索人工智能技術與教師教育的融合路徑，實現教師教學能力的精準評估和有效提升”“培養(yǎng)一批善用互聯網、大數據、人工智能等技術開展教研的創(chuàng)新團隊和卓越教師”“建立精品教研資源庫，實現教研資源的融合創(chuàng)新”。不同的是，區(qū)域的智能精準教研目標更強調完善本地智能精準教研基礎設施環(huán)境和構建區(qū)域智能精準教研生態(tài)體系，而學校更關注提升教學效果和打造學校智能精準教研品牌。

(二)教研環(huán)境

中央電化教育館智能研修平臺以智能錄播教室為場景，在網絡技術支持下，通過采集、分析、傳輸課堂實時教學視頻，將虛擬在線教研空間與真實課堂教學進行連接，為教師創(chuàng)設線上線下相結合的教研環(huán)境。在智能錄播教室(指配有可實現OCR識別、人臉識別和行為識別等AI功能的錄播設備的教室)場景下，智能研修平臺能夠運用言語—活動教學行為編碼系統(tǒng)[5]和S-T分析法對教學視頻中的教學行為切片打點，從多個維度評估課堂教學全過程，生成課堂教學分析報告，幫助教師精準找到教學能力薄弱點。依據Solar等對信息技術環(huán)境的定義[6]，本研究的智能精準教研環(huán)境指能容納和支持智能精準教研的基礎設施，即智能錄播教室、中央電教館智能研修平臺及支持平臺正常運行的服務器、網絡等。

本研究重點調查了區(qū)域和學校智能錄播教室和智能研修平臺安裝部署情況。如表1所示，從區(qū)域層面看，東中西部地區(qū)均以常態(tài)錄播教室(指教室內錄播設備不支持OCR識別、人臉識別和行為識別等AI功能)為主，智能錄播教室數量偏少，占比不超過40%，其中東部地區(qū)智能錄播教室占比最高，中部地區(qū)智能錄播教室占比最低。從學校層面看，調查數據顯示僅44.2%的學校配有智能錄播教室，且大部分學校只有1間智能錄播教室?？偟膩碚f，智能錄播教室數量偏低，只有部分地區(qū)和學校能夠有條件開展智能精準教研活動，智能精準教研實現常態(tài)化較難。

表1 區(qū)域錄播教室數量

各地智能研修平臺部署數據顯示，75%以上的區(qū)域和學校已完成智能研修平臺安裝，10.6%的區(qū)域和23.5%的學校在平臺部署方面存在困難。通過調查發(fā)現沒有服務器、服務器配置低、服務器老化等問題是導致平臺無法正常安裝的主要原因。說明部分地區(qū)和學校的信息技術條件相對較為落后，這在一定程度上阻礙了智能精準教研的發(fā)展。

(三)教研活動

如圖1所示，通過了解各地已經開展過的教研活動，發(fā)現無論是區(qū)域教研還是校本教研，排名前三的教研活動均是在線備課/磨課、線上優(yōu)質課評選活動、大規(guī)模在線聽評課活動，而基于課堂教學行為大數據的智能精準教研活動開展較少?？梢钥闯?，各地教研活動目前還是以傳統(tǒng)的基于經驗的聽評課活動為主。另外，當前教研活動的滿意度調查結果顯示34.0%的區(qū)域認為當前區(qū)域教研的效果一般或者不理想，35.8%的學校認為當前校本教研的效果一般或不理想，區(qū)域和學校的滿意度不存在顯著差異(P=0.325>0.05)。

圖1 區(qū)域和學校已經開展的教研活動形式

除了各地已經開展的教研活動，本研究也調查了各地計劃開展的區(qū)域教研和校本教研活動。與已經開展的教研活動相比，可以發(fā)現，計劃開展的各類區(qū)域教研和校本教研活動都有一定程度漲幅，其中計劃開展的基于課堂教學行為大數據的智能精準教研活動的區(qū)域(74.5%)和學校(61.5%)漲幅最高，漲幅數量接近一倍，說明智能精準教研活動越來越受到各區(qū)域和學校的重視。

各類教研活動的順利開展需要培訓支撐。培訓需求調查結果顯示(如圖2所示)，無論區(qū)域還是學校，智能精準教研活動模式、AI智能分析報告解讀、項目式學習、問題化教學、教學設計等各項選擇比例均高于70%，且智能精準教研活動模式和AI智能分析報告解讀兩項選擇的區(qū)域(100%和93.6%)和學校(93.3%和78.8%)最多。說明區(qū)域和學校的培訓需求總體一致，對于區(qū)域和學校來說，他們最希望得到的是智能精準教研活動如何開展及AI智能分析報告如何解讀等應用層面的操作指導。

圖2 區(qū)域和學校的培訓需求

(四)研修資源

如圖3所示，各區(qū)域和學校教研資源需求主要集中在優(yōu)質教學設計、優(yōu)質名師課例、優(yōu)質名校資源、優(yōu)質專遞課堂課例、優(yōu)質教研論文和基于AI智能分析報告的教學反思案例等方面。對于區(qū)域來說，選擇上述資源的比例均超過60%，在一定程度上可以反映出各區(qū)域對于上述資源的需求較為一致，其中優(yōu)質教學設計案例的需求最高(97.90%)，其次是基于AI智能分析報告的教學反思案例(74.5%)、優(yōu)質名師課例(72.30%)、優(yōu)質名校資源(72.30%)、優(yōu)質專遞課堂課例(68.10%)，最后是優(yōu)質教研論文(61.70%)。而對于學校來說，選擇上述資源的比例從95%到44%不等，說明學校對這些資源的需求差異較大，不過學校對優(yōu)質教學設計的需求最集中，選擇比例高達95.5%。

(五)組織機制

1.組織方式

從2011年起，教育部陸續(xù)發(fā)文推動成立縣級教師發(fā)展中心，促進教研、培訓、電教等部門的整合。據調查顯示，66.0%的區(qū)域已經實現了教研、師訓、電教等多部門的整合，各區(qū)域的智能精準教研活動組織主要由這些整合機構負責。在具體實施時，76.5%區(qū)域的智能精準教研活動由教研、師訓、電教等多部門協(xié)作，其中有48.9%是教研部門牽頭，17%是師訓部門牽頭，10.6%是電教部門牽頭?？偟膩碚f，各地基本已經形成了教研、師訓、電教等多部門相互協(xié)作的教研格局。

圖3 研修資源需求

2.外部合作

教研活動的開展不僅需要區(qū)域內多部門協(xié)作，還需要區(qū)域外部教科研機構專家和企業(yè)的支持。據調查顯示，約40%的區(qū)域和50%的學校已和外部教科研機構或企業(yè)建立了穩(wěn)定的合作機制，總的來說，學校比區(qū)域的外部合作相對較多一些?？v向對比來看，學校更重視與外部教科研機構專家的合作(56.42%)，區(qū)域更重視與外部企業(yè)的合作(44.68%)。從反面來看，仍有約60%的區(qū)域和50%的學校缺乏外部教科研機構專家和外部企業(yè)的支持。

工作組還調研了區(qū)域和學校對于外部教科研機構和企業(yè)的合作需求。如圖4所示，可以發(fā)現區(qū)域和學校對外部支持的需求總體一致。其中對技術支持(如研修平臺的技術運維、智能研修環(huán)境建設等)、智能精準教研活動頂層設計支持和研修過程性數據的可持續(xù)采集和解讀等方面需求較高，而在錄制和剪輯教研資源方面所需外部支持較少。

圖4 區(qū)域和學校的外部支持需求

四、發(fā)展策略

根據調研結果分析，針對中小學智能精準教研在教研目標、教研環(huán)境、教研活動、教研資源、組織機制等方面存在的問題，本研究將從完善智能精準教研技術環(huán)境、創(chuàng)新應用智能精準教研模式、建立智能精準教研支持服務體系及形成多方協(xié)同的合作機制四個方面提出中小學智能精準教研發(fā)展策略框架，如圖5所示。

(一)完善智能精準教研技術環(huán)境，建設智能精準教研大數據體系

當前，智能錄播教室配備不足、服務器網絡老舊等問題嚴重影響智能精準教研的發(fā)展。2021年，教育部等六部門發(fā)布《關于推進教育新型基礎設施建設構建高質量教育支撐體系的指導意見》，指出要從信息網絡、平臺體系、數字資源、智慧校園、創(chuàng)新應用、可信安全六大方面加快推進教育新基建。以智能研修平臺和智能錄播教室為核心的智能精準教研技術環(huán)境通過傳輸、存儲、分析、管理課堂教學數據，不僅實現了教學物理空間和教研網絡空間的融合，長時間的數據積累也為區(qū)縣和學校建立了課堂大數據和研修大數據中心。這些數據通過跨區(qū)域、跨地域、跨層級的流通，就能形成國家、省域、地市、區(qū)縣、學校五級教學教研大數據管理體系，為教育教學的動態(tài)監(jiān)測、精準趨勢分析和管理提供強大的數據支撐。建議各地以建設完善智能精準教研技術環(huán)境為著力點推動本地教育新型基礎設施建設，加大經費投入力度，升級改造服務器和網絡寬帶，建設智能錄播教室，部署智能研修平臺。同時，互聯互通各級智能研修平臺數據，建設國家、省、市、縣、校五級教研教學大數據管理平臺，形成智能精準教研大數據體系，為教育高質量發(fā)展提供強有力的數字底座。

圖5 中小學智能精準教研發(fā)展策略框架圖

(二)創(chuàng)新應用智能精準教研模式，探索智能精準教研發(fā)展路徑

人工智能與教師教育的深度融合狀態(tài)應是人工智能技術與教師教研達成一種“共生效應”，即人工智能技術在教師教研的過程中越來越智慧，教師教研在人工智能技術的支撐下越來越高效、便捷、精準、可靠。調研顯示，各地區(qū)域教研和校本教研目前主要停留在基于經驗的傳統(tǒng)聽評課層面，隨著信息技術條件不斷提高，智能精準教研技術環(huán)境越來越完善，各地的智能精準教研需求不斷提升，如何從經驗取向的傳統(tǒng)研修過渡至數據驅動的智能精準教研成為教育管理者和實踐者高度關注的問題。從傳統(tǒng)研修到智能精準教研，直至實現人工智能與教師研修的深度融合，本研究認為應該樹立“賦能、超越、共生”的理念，即通過“賦能”“超越”兩條路徑，達到人工智能技術與教師研修的“共生”。(1)“賦能”路徑，指將本地教研模式的某個環(huán)節(jié)、某個階段通過人工智能技術進行實現，不斷優(yōu)化現有教研的流程和機制。人工智能技術代替煩瑣機械的重復活動，解決本地傳統(tǒng)教研存在的教研活動組織難、教研過程數據收集難等問題，將教研員、教師從大規(guī)模的活動組織、研修檔案管理中解放出來，提高教研效率。如在傳統(tǒng)課例教研模式基礎上，用人工智能代替專家聽評課，基于自動生成的課堂教學行為大數據分析報告實現課例精準教研；利用人工智能技術對教師工作坊的研討數據進行智能分析，統(tǒng)計教師日常教學中存在的各種問題，選擇討論度高的主題開展教師工作坊支持的主題精準教研等。(2)“超越”路徑，指運用智能研修平臺，重組再造教研流程，構建個性化、智能化、精準化的教研生態(tài)，實現教研內容、教研資源、教研風格、教學方式與教師個人特征和需求精準匹配。如基于教師個體畫像的自主研修，利用人工智能技術，匯集教師個人信息、課堂教學信息和教研信息等數據，生成教師個人畫像，系統(tǒng)根據教師精準畫像，為教師推薦相應的教研資源供教師開展個人自主教學設計和教學反思活動等。為推動智能精準教研模式的落地，應開發(fā)智能精準模式操作手冊，推動各地在應用中不斷創(chuàng)新智能精準教研模式，同時匯聚各地生成的智能精準教研模式應用案例，形成優(yōu)質案例集進行推廣應用。

(三)建立智能精準教研支持服務體系，保障智能精準教研常態(tài)化發(fā)展

針對區(qū)域和學校對智能精準教研活動模式、AI智能分析報告解讀、項目式學習、問題化教學、教學設計等方面的培訓需求，對優(yōu)質教學設計、優(yōu)質名師課例、優(yōu)質名校資源、優(yōu)質專遞課堂課例、優(yōu)質教研論文和基于AI智能分析報告的教學反思案例等方面的資源需求，及對研修平臺的技術運維、智能精準教研環(huán)境建設等方面的技術支持需求，應建立智能精準教研培訓體系、資源體系和技術服務體系，為各地開展智能精準教研提供支持服務，充分保障智能精準教研的常態(tài)化發(fā)展。(1)培訓體系。針對教育管理者、教研員、教師和技術人員等不同角色設計相應的培訓課程，從智能精準教研發(fā)展頂層設計、智能精準教研活動模式、AI數據解讀、平臺技術運維等多方面提升區(qū)域和學校的智能精準教研發(fā)展水平。(2)資源體系。各地在應用智能研修平臺過程中將生成海量的課堂實錄、課件、教學設計、教學反思等優(yōu)質資源，應在全國各區(qū)域、各層級智能研修平臺互聯互通的基礎上，建立優(yōu)質資源推薦、流通和共享機制，如成立智能精準教研聯盟，允許區(qū)域與區(qū)域之間、學校與學校之間共享優(yōu)質資源；設計優(yōu)質資源共享積分制度，鼓勵名師、名校的優(yōu)質資源共享至國家級平臺供全國教師使用。(3)技術服務體系。智能精準教研對人工智能和大數據技術依賴程度很高，各地在開展智能精準教研活動中需要隨時隨地的技術支持，建議成立分布全國各省、市、區(qū)的技術服務團隊，建立智能精準教研技術服務中心，通過網絡、電話、郵箱、現場等不同渠道為區(qū)縣和學校提供一站式技術服務，提升用戶體驗。

(四)形成教育行政部門—教研部門—企業(yè)—高?！行W校多方協(xié)同的合作機制，構建智能精準教研新生態(tài)

針對區(qū)域和學校外部高校和企業(yè)合作不足的問題，應積極聯合教育行政管理部門(Government)、教研部門(Education Science Institute)、企業(yè)(Business)、高校(University)、中小學(School)，構建以區(qū)域特色發(fā)展為突破點、以教師專業(yè)發(fā)展為著力點、以實踐課堂教學為主陣地、以專題項目研究為驅動器的GEBUS智能精準教研共同體，用智能環(huán)境提升教學效果，用信息技術傳遞優(yōu)質資源，用教學數據調和生態(tài)平衡。在GEBUS研修共同體中，教育行政部門通過制定相關政策主導教研活動的開展，為研修活動提供經費支持；教研部門引領教師開展智能精準教研活動，創(chuàng)新研修模式，建立本地精品教研資源庫和知識庫，培育一批高水平教研的創(chuàng)新團隊和卓越教師；企業(yè)負責提供技術支持服務，如創(chuàng)設智能精準教研環(huán)境、維護智能研修平臺運行、解決各類技術問題等；高校轉化研究成果，指導區(qū)域和學校智能精準教研活動頂層設計，輔助各地凝練智能精準教研活動成果，形成智能精準教研相關理論和方法；中小學校是實踐基地，組織開展不同形態(tài)智能精準教研活動，應用相關理論成果，形成智能精準教研優(yōu)質案例等。通過線上線下一體化研修，逐步建立分工具體、權責明晰、運行程序明確、保障機制健全的合作機制，形成從封閉走向開放、從單一走向多元協(xié)同的智能精準教研新生態(tài)。

五、結語

智能時代，教師教研將迎來新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。智能精準教研對教育基礎設施、教師信息技術應用能力、教研員的研修創(chuàng)新能力和管理者的數據管理能力提出新的要求。未來，將進一步聚焦智能精準教研，明確智能精準教研的內涵與特征，推進各地完善智能精準教研技術環(huán)境，努力建立國家、省、市、縣、校五級智能精準教研大數據體系。組織開展各種智能精準教研活動，不斷創(chuàng)新智能精準教研模式，探索“賦能”“超越”“共生”的發(fā)展路徑，從培訓、資源、技術等方面構建智能精準教研支持服務體系，支撐區(qū)域和學校的智能精準教研常態(tài)化發(fā)展，形成智能精準教研新生態(tài)。▲