以人工智能助力“互動(dòng)課堂”：城鄉(xiāng)教育一體化的縣域探索

仇大成

摘要江蘇省鹽城市濱海縣教師發(fā)展中心以基于人工智能的“城鄉(xiāng)結(jié)對(duì)互動(dòng)課堂”建設(shè)實(shí)施為抓手，推動(dòng)城鄉(xiāng)優(yōu)質(zhì)教育資源共建共享。一是借助模態(tài)分解等技術(shù)開展在線集體備課，通過(guò)構(gòu)建學(xué)科知識(shí)圖譜、開發(fā)互動(dòng)式教案學(xué)案、提供組合式課程資源包，為異地同步教學(xué)做好準(zhǔn)備。二是依托云計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)升級(jí)學(xué)習(xí)環(huán)境、優(yōu)化教學(xué)節(jié)奏、促進(jìn)合作學(xué)習(xí)、做好答疑輔導(dǎo)，提升課堂教學(xué)效能。三是全方位智能采集師生教與學(xué)的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，并通過(guò)智能化分析為師生自動(dòng)規(guī)劃后續(xù)學(xué)習(xí)方案。四是開展教師網(wǎng)絡(luò)研修活動(dòng)，促進(jìn)教師間的多向溝通和互動(dòng)合作，助力教師專業(yè)成長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞 互動(dòng)課堂；人工智能；城鄉(xiāng)結(jié)對(duì)；云計(jì)算；機(jī)器學(xué)習(xí)；自適應(yīng)學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)G63

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B

文章編號(hào)1002-2384（2023）02-0034-03

針對(duì)城鄉(xiāng)義務(wù)教育發(fā)展不均衡的突出問(wèn)題，近年來(lái)，江蘇省濱?？h教師發(fā)展中心以信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合為抓手，在全縣著力推進(jìn)基于人工智能的“城鄉(xiāng)結(jié)對(duì)互動(dòng)課堂”（以下簡(jiǎn)稱“互動(dòng)課堂”）的建設(shè)實(shí)施，通過(guò)將城鄉(xiāng)義務(wù)教育學(xué)校結(jié)對(duì)并組織引導(dǎo)其共同備課、上課、評(píng)價(jià)和研修，發(fā)揮優(yōu)質(zhì)學(xué)校和優(yōu)秀教師的輻射帶動(dòng)作用，推動(dòng)城鄉(xiāng)優(yōu)質(zhì)教育資源共建共享，提升鄉(xiāng)村教師教學(xué)水平，從而讓更多學(xué)生享受公平而有質(zhì)量的教育。

“互動(dòng)課堂”采用“云、端、網(wǎng)”的環(huán)境架構(gòu)，包括云平臺(tái)、云課堂（主講教室、聽講教室、終端教室）及教育專網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等。在具體操作上，“互動(dòng)課堂”以“1+N”（N≤3）為主要教學(xué)組織模式，“1”是指一個(gè)主講教室（主講學(xué)校），“N”是指N個(gè)聽講教室和終端教室（聽講學(xué)校）。在主講教室，由主講教師為城鄉(xiāng)兩地學(xué)生進(jìn)行同步授課；在聽講教室，聽講教師輔助主講教師開展教學(xué)活動(dòng)；同時(shí)對(duì)“互動(dòng)課堂”教學(xué)進(jìn)行攝錄并制作成視頻課件，形成聽講學(xué)校的常態(tài)化校本資源供多個(gè)終端教室點(diǎn)播學(xué)習(xí)。本文主要從以下四方面簡(jiǎn)要闡述我們?cè)凇盎?dòng)課堂”運(yùn)行中的思考與探索。

有效的集體備課、充分的教學(xué)準(zhǔn)備是保證雙師課堂教學(xué)質(zhì)量的前提。利用“互動(dòng)課堂”云平臺(tái)的知識(shí)圖譜、模態(tài)分解等技術(shù)，城鄉(xiāng)兩地教師可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同高效的在線集體備課，共同備教材、備學(xué)生、備教法、備課件，為異地同步互動(dòng)教學(xué)做好準(zhǔn)備。

1. 數(shù)據(jù)挖掘，構(gòu)建學(xué)科知識(shí)圖譜

依托“互動(dòng)課堂”云平臺(tái)，兩地教師可以靈活運(yùn)用深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)等功能模塊，對(duì)現(xiàn)有的教材、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)資源等內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，梳理歸納各學(xué)科知識(shí)點(diǎn)、思維點(diǎn)，構(gòu)建學(xué)科知識(shí)圖譜，進(jìn)一步優(yōu)化課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)。在具體實(shí)施中，我們主要從學(xué)科核心素養(yǎng)、學(xué)科學(xué)段目標(biāo)、學(xué)生年齡特點(diǎn)等方面對(duì)中小學(xué)各學(xué)科知識(shí)圖譜進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，利用相關(guān)技術(shù)重組知識(shí)，分析、繪制和顯示學(xué)科知識(shí)點(diǎn)及思維點(diǎn)之間的聯(lián)系，并通過(guò)知識(shí)樹、思維導(dǎo)圖等形式實(shí)現(xiàn)知識(shí)圖譜的可視化表達(dá)。

2. 協(xié)同設(shè)計(jì)，開發(fā)互動(dòng)式教案學(xué)案

在傳統(tǒng)的雙師課堂教學(xué)模式中，往往以主講教師為中心，聽講教師參與度相對(duì)欠缺。針對(duì)這一問(wèn)題，“互動(dòng)課堂”云平臺(tái)基于人工智能模態(tài)分解技術(shù)，在對(duì)前期課堂行為記錄分析的基礎(chǔ)上，對(duì)主講教師和聽講教師進(jìn)行角色動(dòng)作分解，讓兩地教師協(xié)同備課，按照“導(dǎo)入-探究新知-鞏固練習(xí)”的框架共同設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)單。在教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師要兼顧兩地學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和能力水平，突出異地互動(dòng)學(xué)習(xí)的組織和兩地教師的切換，注重學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，關(guān)注教學(xué)實(shí)效。根據(jù)學(xué)習(xí)需要，兩地教師還可以設(shè)計(jì)課前導(dǎo)學(xué)單和課后拓展性練習(xí)，作為常規(guī)教學(xué)的補(bǔ)充。

3. 智能規(guī)劃，提供組合式課程資源包

兩地教師立足學(xué)科知識(shí)圖譜，圍繞具體學(xué)習(xí)主題，以重難點(diǎn)知識(shí)講解、典型問(wèn)題解答、閱讀指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、實(shí)踐活動(dòng)等為主要內(nèi)容，制作多媒體影音課件，形成組合式課程資源包，并融合國(guó)家和省市智慧教育學(xué)習(xí)平臺(tái)，構(gòu)建共享學(xué)科知識(shí)庫(kù)。這是“互動(dòng)課堂”常態(tài)運(yùn)行的重要模塊。組合式課程資源包基于自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)運(yùn)行，可以根據(jù)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度情況、針對(duì)薄弱知識(shí)點(diǎn)，為其智能規(guī)劃適合的學(xué)習(xí)路徑、制定個(gè)性化學(xué)習(xí)方案。此外，根據(jù)聽講學(xué)校師生需求，主講學(xué)校還可以及時(shí)推送分享優(yōu)質(zhì)課件、作業(yè)等學(xué)習(xí)資源。

課堂教學(xué)是“互動(dòng)課堂”實(shí)施的主要渠道和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。依托云計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、智能配對(duì)等人工智能技術(shù)，“互動(dòng)課堂”充分展現(xiàn)了其高速度、強(qiáng)交互的特色與優(yōu)勢(shì)，為兩地師生開展雙向、即時(shí)、互動(dòng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，有效提升了課堂教學(xué)效能。

1. 平臺(tái)升級(jí)，創(chuàng)設(shè)高效學(xué)習(xí)環(huán)境

我們通過(guò)以下手段，著力為“互動(dòng)課堂”教學(xué)創(chuàng)設(shè)高效、交互、立體的學(xué)習(xí)環(huán)境。首先，我縣為區(qū)域內(nèi)學(xué)校教室配備了較完善的視聽設(shè)備，包括攝像機(jī)、自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、全向麥克風(fēng)等，以此打好硬件基礎(chǔ)。其次，我們進(jìn)行“互動(dòng)課堂”云平臺(tái)升級(jí)，一方面優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)傳輸，另一方面運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺、自然語(yǔ)言處理等人工智能技術(shù)對(duì)音視頻運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮采集，有效解決了“互動(dòng)課堂”前期音畫不同步、主講教師動(dòng)態(tài)跟蹤延遲、兩地學(xué)生互動(dòng)不順暢等問(wèn)題。最后，利用智能識(shí)別技術(shù)，通過(guò)嵌入式設(shè)備自動(dòng)采集師生的語(yǔ)音、圖像、視頻等“互動(dòng)課堂”學(xué)習(xí)生成信息，豐富、整合課堂行為數(shù)據(jù)。

2. 教師合作，把握互動(dòng)教學(xué)節(jié)奏

一方面，“互動(dòng)課堂”教學(xué)是基于個(gè)性化的學(xué)習(xí)，兩地教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和自身需要從“互動(dòng)課堂”云平臺(tái)上自主選擇課程資源包，基于學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和程度制訂不同的學(xué)習(xí)計(jì)劃，以幫助學(xué)生更有針對(duì)性地開展學(xué)習(xí)。另一方面，依托云平臺(tái)的全場(chǎng)景動(dòng)態(tài)過(guò)程性數(shù)據(jù)采集，兩地教師互相配合、合理規(guī)劃和安排互動(dòng)教學(xué)環(huán)節(jié)及節(jié)奏，主講教師要兼顧本班學(xué)生和異地師生，協(xié)調(diào)兩地學(xué)生發(fā)言展示的比例和順序，與在聽講教室的師生保持持續(xù)的交流與互動(dòng)；聽講教師則要積極引導(dǎo)本班學(xué)生緊跟主講教師教學(xué)、專注于學(xué)習(xí)重難點(diǎn)和互動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)。此外，兩地學(xué)校還盡可能創(chuàng)造條件，讓主講學(xué)校教師到聽講學(xué)校與學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)互動(dòng)，以降低兩地師生之間的疏離感。

3. 學(xué)伴配對(duì)，促進(jìn)城鄉(xiāng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)

“互動(dòng)課堂”建設(shè)實(shí)施的重點(diǎn)目標(biāo)在于加強(qiáng)城鄉(xiāng)學(xué)生互動(dòng)交流，縮短兩地學(xué)生在學(xué)習(xí)文化、方式、能力等方面的差距。因此，在教學(xué)過(guò)程中，我們注重推進(jìn)小組合作學(xué)習(xí)，兩地教師可以通過(guò)“互動(dòng)課堂”云平臺(tái)，采用智能化學(xué)伴配對(duì)的方式將兩地學(xué)生打通組合、異質(zhì)分組，使不同學(xué)校的學(xué)生在交流合作的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、相互促進(jìn)，激發(fā)出更多的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)興趣，并利用云平臺(tái)和多種其他應(yīng)用，實(shí)時(shí)記錄分享小組合作學(xué)習(xí)的過(guò)程與成果。在具體合作學(xué)習(xí)的方式上，兩地教師根據(jù)學(xué)習(xí)主題，組織學(xué)生在線參與漢字書寫、分角色朗讀、互動(dòng)配音、數(shù)學(xué)博弈等游戲，運(yùn)用智能識(shí)別技術(shù)獲取學(xué)生的圖像、語(yǔ)音、動(dòng)作、表情等信息，增強(qiáng)兩地學(xué)生在小組合作中的深層次互動(dòng)，凸顯人工智能支持下交互式合作學(xué)習(xí)的效率與優(yōu)勢(shì)。

4. 精準(zhǔn)指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)答疑效果最優(yōu)化

為聽講學(xué)校學(xué)生進(jìn)行答疑輔導(dǎo)是“互動(dòng)課堂”教學(xué)的重要組成部分。當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到困難或問(wèn)題時(shí)，可以通過(guò)拍照上傳的方式向兩地教師提問(wèn)。在答疑過(guò)程中，一方面，主講教師利用組合式課程資源包，引導(dǎo)學(xué)生梳理問(wèn)題、分析問(wèn)題、探尋解決問(wèn)題的路徑；另一方面，聽講教師針對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)關(guān)鍵點(diǎn)、疑難處進(jìn)行個(gè)別具體輔導(dǎo)，指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察、操作、思考等將抽象的問(wèn)題具體化，并適時(shí)與主講教師互動(dòng)。此外，基于部分學(xué)生提出的學(xué)習(xí)問(wèn)題，“互動(dòng)課堂”云平臺(tái)可借助機(jī)器學(xué)習(xí)模型預(yù)測(cè)學(xué)生普遍的學(xué)習(xí)難點(diǎn)、疑點(diǎn)和漏點(diǎn)，兩地教師對(duì)此共同研討，每周安排答疑課對(duì)共性疑難問(wèn)題進(jìn)行專題指導(dǎo)，并在課堂教學(xué)中著重講解、演練疑難知識(shí)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)答疑輔導(dǎo)效率最大化。

我們以新時(shí)期的教育評(píng)價(jià)改革理念為指導(dǎo)，在推進(jìn)“互動(dòng)課堂”的過(guò)程中借助信息技術(shù)全方位智能采集師生教與學(xué)的數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，并通過(guò)智能化分析為師生自動(dòng)規(guī)劃后續(xù)學(xué)習(xí)方案，以大數(shù)據(jù)支撐教與學(xué)的過(guò)程優(yōu)化。

1. 智能采集學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)

依托“互動(dòng)課堂”云平臺(tái)的智能采集技術(shù)，學(xué)生可以實(shí)時(shí)在線提交文字、語(yǔ)音、圖像、視頻等多種形式的學(xué)習(xí)反饋，教師在教學(xué)過(guò)程中則可以便捷地匯總兩地學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、結(jié)果和成果，包括朗讀、書寫、實(shí)驗(yàn)操作、作品創(chuàng)作等。基于采集到的數(shù)據(jù)，我們一方面強(qiáng)化過(guò)程評(píng)價(jià)和增值評(píng)價(jià)，即兩地教師利用云平臺(tái)的個(gè)人（小組）網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間，動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)展示學(xué)生在近一周或一個(gè)月內(nèi)的學(xué)習(xí)過(guò)程、進(jìn)步及成果，讓學(xué)生直觀地感受到自己的成長(zhǎng)和變化，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力[1]；另一方面引導(dǎo)學(xué)生互評(píng)，即教師在云平臺(tái)展示優(yōu)秀學(xué)生作品并組織評(píng)星等活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生積極向他人學(xué)習(xí)、不斷完善自我。

2. 智能分析學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)決策

“互動(dòng)課堂”云平臺(tái)可以根據(jù)師生教與學(xué)的現(xiàn)狀，智能規(guī)劃后續(xù)學(xué)習(xí)方案。一方面，兩地教師組織學(xué)生利用課后服務(wù)時(shí)間自主學(xué)習(xí)，在此過(guò)程中，云平臺(tái)的自動(dòng)化分析程序可以對(duì)學(xué)生提交的作業(yè)或練習(xí)進(jìn)行智能化分析，基于組合式課程資源包推薦適合學(xué)生的拓展練習(xí)和后續(xù)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)及內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)學(xué)習(xí)；同時(shí)，兩地教師共同關(guān)注、監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，從思維、方法、技巧等方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，并利用思維導(dǎo)圖、交互課件等指導(dǎo)學(xué)生鞏固薄弱知識(shí)點(diǎn)、提升思維品質(zhì)。另一方面，通過(guò)智能教學(xué)系統(tǒng)，云平臺(tái)可以全面獲取師生教與學(xué)的狀態(tài)及行為數(shù)據(jù)，包括教學(xué)環(huán)境物理狀態(tài)信息、教師教學(xué)狀態(tài)信息、學(xué)生生理與心理狀態(tài)信息等，并通過(guò)智能化分析自動(dòng)規(guī)劃后續(xù)行動(dòng)方案，輔助教師科學(xué)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程的整體優(yōu)化。

除了常規(guī)的教學(xué)活動(dòng)外，我們還通過(guò)開展基于“互動(dòng)課堂”的教師網(wǎng)絡(luò)研修活動(dòng)，以智慧教研助力教師的專業(yè)成長(zhǎng)。

1. 多角色網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程互動(dòng)，彰顯智慧教研效能

我們結(jié)合利用“互動(dòng)課堂”云平臺(tái)和江蘇省網(wǎng)絡(luò)名師工作室平臺(tái)，開展網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程研修活動(dòng)，組織兩地教師、縣教研員和有關(guān)專家開展在線觀摩評(píng)課及交流研討活動(dòng)。在“互動(dòng)課堂”觀摩課上，聽課教師可以通過(guò)云平臺(tái)對(duì)教學(xué)進(jìn)行實(shí)時(shí)點(diǎn)評(píng)，給予定量評(píng)價(jià)或定性評(píng)價(jià)，還可以發(fā)起討論。課后，教研員和評(píng)課專家從信息技術(shù)應(yīng)用、教法運(yùn)用、教材實(shí)踐等方面對(duì)“互動(dòng)課堂”教學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)評(píng)分。在此過(guò)程中，不同地域、背景的教師就同一教研專題進(jìn)行交流探討，相互聆聽學(xué)習(xí)、取長(zhǎng)補(bǔ)短，參與“互動(dòng)課堂”教學(xué)的教師也可以根據(jù)同行和專家的討論點(diǎn)評(píng)不斷完善教學(xué)內(nèi)容及課堂組織。網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程研修較好地發(fā)揮了“互動(dòng)課堂”作為教師“研究的平臺(tái)、成長(zhǎng)的階梯、輻射的中心”的智慧教研效能。

2. 開展翻轉(zhuǎn)教研活動(dòng)，創(chuàng)新教師研修模式

借助“互動(dòng)課堂”混合研修移動(dòng)應(yīng)用工具，各參與學(xué)校通過(guò)準(zhǔn)備階段向前“翻轉(zhuǎn)”、備課階段深度“翻轉(zhuǎn)”、活動(dòng)后持續(xù)“翻轉(zhuǎn)”三個(gè)階段開展翻轉(zhuǎn)教研活動(dòng)，強(qiáng)化教師間的多向溝通和互動(dòng)合作，實(shí)現(xiàn)了教師研修模式的有效創(chuàng)新。在研修活動(dòng)準(zhǔn)備階段，參與教學(xué)展示的教師通過(guò)“互動(dòng)課堂”云平臺(tái)向前“翻轉(zhuǎn)”，就教學(xué)內(nèi)容、研修主題等與參與觀摩聽課的教師進(jìn)行交流分享。在“互動(dòng)課堂”備課階段，兩地教師利用混合研修移動(dòng)應(yīng)用工具的問(wèn)卷、討論等功能模塊，開展小組討論、案例分享、主題辯論等多種形式的研修活動(dòng)，共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)單設(shè)計(jì)、微課制作等課前準(zhǔn)備工作。研修活動(dòng)結(jié)束后，評(píng)課專家對(duì)“互動(dòng)課堂”教學(xué)及教師研修情況進(jìn)行多角度反饋點(diǎn)評(píng)指導(dǎo)，進(jìn)一步強(qiáng)化參與教師對(duì)專題學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解和掌握。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳明珠.核心素養(yǎng)理念下網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)在高中信息技術(shù)課程中的應(yīng)用[J].信息系統(tǒng)工程，2021（12）：165-168.

（編輯 黃子珂）