智能教育背景下提升課堂教學有效性研究

胡建雄

（銅陵學院經濟學院，安徽 銅陵 244061）

人工智能幫助學生和教師實現一對一的教學模式，綜合分析受教育者的經驗知識積累和智力開發狀況，為其制定獨一無二的個性化學習方案，調整適合于學生的學習進度，學生也可根據自身情況提出疑問，與智能軟件進行互動，從而提高學習效率。當代社會，智能化教學已成為未來教育的發展趨勢。

一、人工智能引領課程教學變革

人工智能不僅是服務教育的工具，也是一種研究復雜教育體系的方法。人工智能利用大數據和互聯網技術收集完整、全面的系統數據，利用超級計算機對數據進行全景分析，提高了分析復雜體系的綜合能力，改變了以往研究教育體系等問題時必須將復雜系統抽象為簡單系統的慣性思維模式，使理論與實踐達到更高的一致性。教師引導學生解決問題時，不再單一依靠教師腦海中模糊的經驗，而是依靠智能系統對海量的教學問題和解決方案系統分析，找到解決問題的最佳方案，提高教學效率。

（一）智能與教育的融合

國務院印發的新一代人工智能發展規劃中提到，要利用先進的人工智能技術推動高校人才培養模式的發展，構建包含交互式學習、智能化學習的新型教育體系。從機器人出現開始，人們對人工智能在教育領域的應用進行了更深層次的思考。智能機器人可代替受教育者參與考試，則證明了智能機器人能夠模擬、分析人對知識的識別、認知和理解等解決問題的能力。因此，將智能技術與教育融合在一起，可促進教育體系的進步與改革。微型智能機器人能夠代替教師與學生互動，解答學生學習中的疑惑，輔導學生家庭作業，還可幫助教師批改作業、閱卷或進行知識測評等。已有許多教育型機器人可進行文字識別、語音識別和人臉識別，這種機器人通過與學生溝通和交流進行深度學習，從而實現人工智能體系下多學科、多層次的交流互動和發展。人工智能源于人類智能，而人類智能依靠教育得到發展，人類智能將隨著科技的進步不斷推動人工智能發展，而人工智能也將不斷補充人類智能欠缺的方面。

（二）智能在教育中的地位

利用人工智能構建完整的知識體系和大數據應用能力，可幫助教師實現個性化的教育服務。自古以來，我國倡導因材施教的教育方針，但目前為止教育體制仍舊是應試教育居多。利用互聯網大數據平臺將個人的學習行為數據、興趣、愛好、學習狀況等儲存到云盤中，系統可根據不同學習者制定適合的學習方法、內容、計劃，真正實現教育個性化服務。人工智能融合到教育中，是指將先進的智能技術與教育科學理論、信息技術、教育技術等高度交叉并形成新的智能教育領域，便于促進教育管理體系的智能化。隨著智能技術在教育體系中的不斷深入，教育智能水平隨之不斷提升。應用于教育的智能產品具有極強的溝通和互動能力，可在部分場合扮演教師角色，還可與受教育者進行溝通、協調，充分調動學生的學習積極性，培養學生對知識的實踐應用能力及分析、解決問題的能力、對未來的創造能力等，同時還可緩解教師的教學壓力，激發教師對于教學的創造能力，更迅速、便捷地達到教育均衡化發展，使偏遠地區的學生也可聽到名師講解，得到良好教育。

二、人工智能引領課堂教學變革的現實關系考慮

利用人工智能引領課堂教學變革，提高人工智能與教育體系的融合程度，不僅是整個社會經濟、政治形勢對未來教育發展提出的要求，更是人們對新時代教育現代化發展的熱切期盼。教育體系只有在人工智能引領下進行深刻的自我變革，才能滿足時代發展的需求。

（一）人工智能優化學習范式

教育體系可利用人工智能促進學習范式的變革和完善，使其逐漸演變成適合個性化發展的學習模式。人類對“如何學習”這一主題的探索從未停止過，對于不同的人來說，選擇與之相適應的學習模式對其發展和進步影響深遠，會改變學習者的學習習慣、態度、行為及理念。因此，選擇具有個性化、合理化的學習范式，能夠對受教育者產生積極正面的引導，促進學生學習活動的發展和完善，產生自適應學習模式。系統可利用這種模式，針對不同學生的學習需求與個人情況，最大程度地結合個體差異并設計與之相適應的學習環境，為不同特征的學生提供適合的學習方案和環境。在線模式為學生提供相應的學習環境，學生可根據自身對知識掌握的程度，隨時隨地選擇合適的學習環境展開學習。學習方案也屬于智能匹配，針對不同學生的學習能力和水平，為其推送適合的學習視頻和練習題目。

現如今，流行的微課和翻轉課堂教學模式即智能化教育發展的典型案例。這些新型的信息化教學模式不僅能提升教師自身的專業素養，還可實現教育公平，提升教育質量。傳統的教學模式一般是教師在課堂授課、安排家庭作業，學生回家后鞏固練習。而新型的教學模式中，教師可利用先進的技術手段，創建教學微視頻、設計教學任務清單等方式，引導學生利用課余時間觀看、學習教學視頻，使學生在課堂教學中更流暢地與教師進行交流，緊緊跟隨教師授課的步伐，大大提高教學效率和學生學習效果。在智能化教學模式下，學生可觀看各科教師提前錄制或篩選出的優秀教學視頻，可在課堂以外的任何時間、地點完成各種知識的積累。在教學中，師生間、生生間擁有了更多相互溝通、交流的機會和方式，教師也可利用這些先進手段幫助學生解答疑惑、引導學生綜合利用各學科知識解答問題。此外，智能學習模式能夠轉變學生學習方式，將“先教后學”轉變為“先學后教”，為學生提供自主學習的機會。在進行課堂教學之前，教師可引導學生對該部分知識進行自主學習，并通過在線測試等模式檢測自學情況。學生在學習過程中可將自己解決不了的問題通過在線留言的方式反饋給各科教師，教師則可根據學生在線測試的結果和留言反饋等信息掌握學生預習的情況。

（二）人工智能優化教學方式

將人工智能技術應用于教師備課或批改作業中，可有效降低教師的重復性勞動，最大化減少教師工作量，提高教學效率和工作效率，讓教師從重復的機械勞動中解脫出來。人工智能在教育領域的應用不僅包括AI為學生提供個性化學習方案和語音文字識別測評，還包括對整個教學體系中教學成果的評價和對教學中存在問題的反饋等。教師的精力有限，以往其需要將大量時間投入到備課、授課、編寫試卷、批改作業等重復勞動中，沒有多余的精力關注學生的心理、人格及綜合素質的發展狀況。對于教師來說，授課前的備課工作十分重要。傳統的備課方式效率較低，而通過使用智能備課機器人，教師可快速整合與學科相關的知識點，形成完整的電子教案，提高備課的效率和完整性。同時，教師可結合將要講授的教學內容，利用人工智能技術進行快速搜索，篩選、整理出與課堂知識相關聯的經典課后練習題等。將人工智能技術與教育融合之后，教師運用人工智能強大的學習能力和大數據的數據收集能力，可實現自動批閱試卷、對學生綜合評價等功能，其教學效率得到顯著提升，工作量大大減少。

在課堂教學中，利用人工智能輔助教師進行課堂管理，可有效緩解教師的教學壓力。目前，教育領域的人工智能服務技術主要有語音識別、圖像識別、人機交互等，正在發展中的有智能學習反饋、個性化教學、利用智能機器人遠程支教等先進技術教育手段。將智能技術運用在課堂管理當中，教師可利用教育輔助機器人迅速采集學生的身份信息、完成學生身份識別工作，幫助教師在有限的時間內掌握不同學生的學習狀況，為教師制定個性化教學方案、個性化教育指導奠定基礎。此外，在師生互動環節中，教師可利用人工智能機器人，通過語音、圖像識別功能收集學生回答問題的語言、動作、表情等；課后，將收集的信息進行集中處理，判斷、記錄不同學生對知識點的掌握情況。將智能機器人運用到課堂管理中，對學生的面部信息進行采集和綜合分析，例如，放大網絡攝像頭捕捉到的學生面部表情和眼球運動狀態，聯網分析、評估學生上課時注意力的集中情況和課堂參與度，及時掌握學生在不同階段的情緒態度，并結合同時段學生的行為數據信息，對不同學生的綜合學習態度、知識點掌握情況做出科學、客觀的智能評估，幫助教師掌握學生學習狀況的同時了解其內心活動。此外，教師可把智能機器人收集到的學生信息進行綜合分析整理篩選之后，上傳到學校的管理系統中，為學校制定合理的整體教學計劃提供重要參考依據。

（三）人工智能不能取代教師

自人工智能出現開始，有人提出人工智能威脅論，認為擁有超強學習能力和大數據分析能力的人工智能最終會取代人類，甚至將人類消滅。例如，英國著名物理學家史蒂芬·霍金曾先后在采訪中提到人工智能威脅論，表達了對人工智能超越甚至代替人類智能的擔憂。同樣，倘若未來人工智能不僅在教育領域的技術層面應用，而且廣泛應用到知識層面后，人工智能是否會取代教師？

針對這種擔心，可從人與機器的本質區別和教育的本質等角度進行分析和審視。人類開展教育的主要目的是教書育人，教師在教學中的作用不僅僅是為學生傳授知識，而是需要思想引導并投入感情教導學生做人，幫助學生塑造優秀的品質。對于教育的內涵，德國著名哲學家曾這樣描述，用一棵樹去撼動另一顆樹，用一朵云去推動另一朵云，用一顆心靈喚醒另一顆心靈。從本質上講，教育是一項心靈引導性工程，工程的主導施工者是教師，是擁有豐富情感、高超智慧、無限創造力與想象力的人類，這些特質是人工智能無法擁有的。同時，現如今，教師正從教學的主導者、知識灌輸者轉變為教育的引導者、陪伴者。因此，即便人工智能在學習能力、知識儲備、知識傳播速度及教授手段等方面遠超人類，教師仍具有不可替代的作用。但隨著先進科學技術的發展，教師應具備改革意識和危機意識，思考怎樣發揮人類獨有的育人特質，如何提高教師的不可替代性，未來需要的教育模式是怎樣的，需為國家、社會培育怎樣的人才等教育問題。教師只有時刻具備危機意識、創新意識，合理運用人工智能，才能拓寬教育的道路，給未來教育帶來更多機遇。

三、人工智能引領課堂教學變革的可行策略

（一）加強頂層設計

智能教育提出后很快上升到國家戰略層面，各級政府機關單位展開了對智能教育領域的探索。經過不斷研究、探索，在政府政策、學術研究的扶持下取得了實質性進展。但智能教育發展仍處于初級階段，需政府引導并繼續加強頂層設計，協同多方鼓勵智能教育可持續發展。

加強頂層設計，要求教育體系的管理者總覽全局、統籌兼顧，考慮與智能教育相關的各個層次和要素，從而尋找發展智能教育的最佳方案。加強和完善頂層設計是將人工智能與教育完美融合的基礎和保障，是將理論付諸于實踐的核心指導力量。因此，各級教育管理者要綜合考慮影響智能教育的各方面因素，加強頂層設計，確保智能教育拓展工作順利實施。加強頂層設計時要考慮的因素有很多，各級教育管理者要明確錯綜復雜的教育要素之間的關系，明確未來產業的真實需求，及時調整培養人才的目標和策略。同時，教育者要清楚，智能教育處于誕生初期，迅速成長的時期，因此，需要努力的時間還很漫長，只有多方合作、堅持不懈，找準加強頂層設計的正確方向和路線，才能協助智能教育平穩發展。

（二）構建教育大數據平臺

人工智能背景下，數據是支撐智能教育發展、應用的基石。隨著智能教育的迅速普及和教學改革的全面推進，新時代的教學方式發生了巨大變革，隨改革衍生出的課堂行為分析、學生學情分析、學生學習內容推薦、設計個性化教學方案等新型教學任務均需要龐大的數據作為支撐。構建完善的大數據平臺成為支撐智能教育發展的核心力量［9］。人工智能、云計算、大數據等先后涌現的集數據采集、儲存、分析于一體的新型技術手段為構建大數據平臺提供便利。這些智能數據平臺需有效保證數據的正確性、安全性并提高數據的利用率。第一，與教育相關的數據源眾多、數據格式不一、數據量龐大、數據應用場景多樣，建立大數據平臺時要建立健全數據運轉模式，確保數據的完整性；第二，要采用數據多維分析、數據聚類分析等多元化數據分析方法，基于教育專題數據模型和大數據框架模型，構建具有數據質量評估功能的模型；第三，構建的數據平臺需進一步規范教育教學行為，具有對智能教學過程進行監督的功能，最大化地確保采集到數據的實效性，構建一個以支撐教學工作為目的的新型智能化大數據平臺。

（三）提高師資隊伍綜合素養

要想更高效地將人工智能與教育融合，就要使廣大教師對智能教育產生認同感，教師擁有先進的教學思想是將新技術有效運用到教學中的重要因素。研究表明，教師對于新技術的認同程度會直接影響教師課堂情緒的高漲度、即興發揮能力、新技術使用率、師生互動效果等，教師對新技術的體驗較差或認為新技術教學不穩定是影響課堂使用新技術的主要原因。智能教育是一種新的教學模式且還未完全普及，部分教師難免會產生消極、抵抗的情緒，影響教學效果。因此，相關教育部門要注意培養高素質的師資力量，提高中小學教師的教學智慧與數據信息素養，大力推進智能教育的實施。

第一，有關部門可開展教師培訓工作，提升教師的教學智慧與數據信息素養，幫助教師更快速地熟悉智能教育相關內容。針對剛聘用的教師，學校可開設專門的智能教育規范課程，進行崗前培訓；對已有多年教育經驗的教師，可開展“智能教育技術應用”的主題培訓活動，提高其數據信息處理能力和教學專業能力，增加其對智能教育的認同感。此外，教師可定期與其他學校開展教師交流活動，提升教師的綜合素養。第二，學校或有關教育部門可開展優秀智能課程比拼（例如“微課大賽”）或教師職業技能大賽等評比活動，加快推進智能教育體系的推進。第三，學校要將智能教學范式運用效果加入各學院、各系、教師個人的教學考核范疇中，并將智能教學應用成果與教師績效聯系起來。總之，學校與教育部門要幫助教師高效、快速地培養智能教育素養，不斷提高教師對新型技術手段的接受程度，激發教師使用智能技術的積極性，促進人工智能與教育體系的深度融合，提高智能教育背景下的課堂教學效率。

（四）運用智能化，科學評價教學效果

人才培養是一個漫長的過程，運用智能化手段構建可視化數據信息平臺，收集學生每個教育階段的學習數據，可實現對教學效果的可預見性，幫助教師或其他教學管理者制定進一步的教學方案。學校構建教育可視化平臺，并將其與智能大數據平臺結合在一起，對平臺收集的數據實施標準化設計，充分發揮高校智能教育大數據優勢，明確教學效果，找準未來教育改革的方向。第一，可視化平臺采集的數據包括學生的考勤狀況、課堂參與度、家庭作業成績、考試測評結果等數據，還包括教師的備課資源、課堂表現數據等；第二，可視化平臺不僅要有數據來源明細、數據統計和分析明細，還要根據不同的考察指標，設計不同的可視化模型，例如，通過選擇某位學生的教育數據，教師可在平臺中看到對學生學習行為軌跡的詳細分析，可以看到學生具體時間在校園的行為軌跡，教師可利用大數據對學生進行橫向對比，擇優甄選培養高素質人才的最佳路徑；第三，構建可視化教育平臺，可將系統分析的結果進行共享，幫助學生制定個性化學習方案，幫助教師精準教學，有效提升教學質量和效果。

智能教育背景下，無論政府、企業還是教育部門，都應抓住機遇并充分發揮大數據的價值，推動新型技術、產業的融合發展。總之，人工智能正在潛移默化地引領傳統教育向智能教育轉型，顛覆傳統教與學的陳舊模式，推動我國教育走向信息化、智能化，不斷提高課堂教學有效性，培養出適應社會發展的新型人才。