以人工智能助力“互動課堂”：城鄉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展中心以基于人工智能的“城鄉結對互動課堂”建設實施為抓手，推動城鄉優質教育資源共建共享。一是借助模態分解等技術開展在線集體備課，通過構建學科知識圖譜、開發互動式教案學案、提供組合式課程資源包，為異地同步教學做好準備。二是依托云計算和機器學習等技術升級學習環境、優化教學節奏、促進合作學習、做好答疑輔導，提升課堂教學效能。三是全方位智能采集師生教與學的數據進行動態評價，并通過智能化分析為師生自動規劃后續學習方案。四是開展教師網絡研修活動，促進教師間的多向溝通和互動合作，助力教師專業成長。

關鍵詞 互動課堂；人工智能；城鄉結對；云計算；機器學習；自適應學習

中圖分類號G63

文獻標識碼B

文章編號1002-2384（2023）02-0034-03

針對城鄉義務教育發展不均衡的突出問題，近年來，江蘇省濱海縣教師發展中心以信息技術與教育教學深度融合為抓手，在全縣著力推進基于人工智能的“城鄉結對互動課堂”（以下簡稱“互動課堂”）的建設實施，通過將城鄉義務教育學校結對并組織引導其共同備課、上課、評價和研修，發揮優質學校和優秀教師的輻射帶動作用，推動城鄉優質教育資源共建共享，提升鄉村教師教學水平，從而讓更多學生享受公平而有質量的教育。

“互動課堂”采用“云、端、網”的環境架構，包括云平臺、云課堂（主講教室、聽講教室、終端教室）及教育專網和互聯網等。在具體操作上，“互動課堂”以“1+N”（N≤3）為主要教學組織模式，“1”是指一個主講教室（主講學校），“N”是指N個聽講教室和終端教室（聽講學校）。在主講教室，由主講教師為城鄉兩地學生進行同步授課；在聽講教室，聽講教師輔助主講教師開展教學活動；同時對“互動課堂”教學進行攝錄并制作成視頻課件，形成聽講學校的常態化校本資源供多個終端教室點播學習。本文主要從以下四方面簡要闡述我們在“互動課堂”運行中的思考與探索。

有效的集體備課、充分的教學準備是保證雙師課堂教學質量的前提。利用“互動課堂”云平臺的知識圖譜、模態分解等技術，城鄉兩地教師可以實現協同高效的在線集體備課，共同備教材、備學生、備教法、備課件，為異地同步互動教學做好準備。

1. 數據挖掘，構建學科知識圖譜

依托“互動課堂”云平臺，兩地教師可以靈活運用深度學習、大數據等功能模塊，對現有的教材、教學設計、教學資源等內容進行數據挖掘，梳理歸納各學科知識點、思維點，構建學科知識圖譜，進一步優化課程內容結構。在具體實施中，我們主要從學科核心素養、學科學段目標、學生年齡特點等方面對中小學各學科知識圖譜進行規劃設計，利用相關技術重組知識，分析、繪制和顯示學科知識點及思維點之間的聯系，并通過知識樹、思維導圖等形式實現知識圖譜的可視化表達。

2. 協同設計，開發互動式教案學案

在傳統的雙師課堂教學模式中，往往以主講教師為中心，聽講教師參與度相對欠缺。針對這一問題，“互動課堂”云平臺基于人工智能模態分解技術，在對前期課堂行為記錄分析的基礎上，對主講教師和聽講教師進行角色動作分解，讓兩地教師協同備課，按照“導入-探究新知-鞏固練習”的框架共同設計學習任務單。在教學設計中，教師要兼顧兩地學生的學習情況和能力水平，突出異地互動學習的組織和兩地教師的切換，注重學生的自主學習，關注教學實效。根據學習需要，兩地教師還可以設計課前導學單和課后拓展性練習，作為常規教學的補充。

3. 智能規劃，提供組合式課程資源包

兩地教師立足學科知識圖譜，圍繞具體學習主題，以重難點知識講解、典型問題解答、閱讀指導、實驗指導、實踐活動等為主要內容，制作多媒體影音課件，形成組合式課程資源包，并融合國家和省市智慧教育學習平臺，構建共享學科知識庫。這是“互動課堂”常態運行的重要模塊。組合式課程資源包基于自適應學習系統運行，可以根據每個學生的學習進度情況、針對薄弱知識點，為其智能規劃適合的學習路徑、制定個性化學習方案。此外，根據聽講學校師生需求，主講學校還可以及時推送分享優質課件、作業等學習資源。

課堂教學是“互動課堂”實施的主要渠道和關鍵環節。依托云計算、機器學習、智能配對等人工智能技術，“互動課堂”充分展現了其高速度、強交互的特色與優勢，為兩地師生開展雙向、即時、互動的學習活動提供了強有力的技術支撐，有效提升了課堂教學效能。

1. 平臺升級，創設高效學習環境

我們通過以下手段，著力為“互動課堂”教學創設高效、交互、立體的學習環境。首先，我縣為區域內學校教室配備了較完善的視聽設備，包括攝像機、自動跟蹤系統、全向麥克風等，以此打好硬件基礎。其次，我們進行“互動課堂”云平臺升級，一方面優化網絡傳輸，另一方面運用計算機視覺、自然語言處理等人工智能技術對音視頻運行數據進行壓縮采集，有效解決了“互動課堂”前期音畫不同步、主講教師動態跟蹤延遲、兩地學生互動不順暢等問題。最后，利用智能識別技術，通過嵌入式設備自動采集師生的語音、圖像、視頻等“互動課堂”學習生成信息，豐富、整合課堂行為數據。

2. 教師合作，把握互動教學節奏

一方面，“互動課堂”教學是基于個性化的學習，兩地教師引導學生根據教學內容和自身需要從“互動課堂”云平臺上自主選擇課程資源包，基于學生的學習進度和程度制訂不同的學習計劃，以幫助學生更有針對性地開展學習。另一方面，依托云平臺的全場景動態過程性數據采集，兩地教師互相配合、合理規劃和安排互動教學環節及節奏，主講教師要兼顧本班學生和異地師生，協調兩地學生發言展示的比例和順序，與在聽講教室的師生保持持續的交流與互動；聽講教師則要積極引導本班學生緊跟主講教師教學、專注于學習重難點和互動關鍵點。此外，兩地學校還盡可能創造條件，讓主講學校教師到聽講學校與學生進行現場教學互動，以降低兩地師生之間的疏離感。

3. 學伴配對，促進城鄉學生合作學習

“互動課堂”建設實施的重點目標在于加強城鄉學生互動交流，縮短兩地學生在學習文化、方式、能力等方面的差距。因此，在教學過程中，我們注重推進小組合作學習，兩地教師可以通過“互動課堂”云平臺，采用智能化學伴配對的方式將兩地學生打通組合、異質分組，使不同學校的學生在交流合作的過程中實現優勢互補、相互促進，激發出更多的學習動機和學習興趣，并利用云平臺和多種其他應用，實時記錄分享小組合作學習的過程與成果。在具體合作學習的方式上，兩地教師根據學習主題，組織學生在線參與漢字書寫、分角色朗讀、互動配音、數學博弈等游戲，運用智能識別技術獲取學生的圖像、語音、動作、表情等信息，增強兩地學生在小組合作中的深層次互動，凸顯人工智能支持下交互式合作學習的效率與優勢。

4. 精準指導，實現答疑效果最優化

為聽講學校學生進行答疑輔導是“互動課堂”教學的重要組成部分。當學生在學習中遇到困難或問題時，可以通過拍照上傳的方式向兩地教師提問。在答疑過程中，一方面，主講教師利用組合式課程資源包，引導學生梳理問題、分析問題、探尋解決問題的路徑；另一方面，聽講教師針對學生的學習關鍵點、疑難處進行個別具體輔導，指導學生通過觀察、操作、思考等將抽象的問題具體化，并適時與主講教師互動。此外，基于部分學生提出的學習問題，“互動課堂”云平臺可借助機器學習模型預測學生普遍的學習難點、疑點和漏點，兩地教師對此共同研討，每周安排答疑課對共性疑難問題進行專題指導，并在課堂教學中著重講解、演練疑難知識點，實現答疑輔導效率最大化。

我們以新時期的教育評價改革理念為指導，在推進“互動課堂”的過程中借助信息技術全方位智能采集師生教與學的數據，對學生的學習和成長進行動態評價，并通過智能化分析為師生自動規劃后續學習方案，以大數據支撐教與學的過程優化。

1. 智能采集學習數據，實現動態評價

依托“互動課堂”云平臺的智能采集技術，學生可以實時在線提交文字、語音、圖像、視頻等多種形式的學習反饋，教師在教學過程中則可以便捷地匯總兩地學生的學習行為、結果和成果，包括朗讀、書寫、實驗操作、作品創作等。基于采集到的數據，我們一方面強化過程評價和增值評價，即兩地教師利用云平臺的個人（小組）網絡學習空間，動態評價展示學生在近一周或一個月內的學習過程、進步及成果，讓學生直觀地感受到自己的成長和變化，激發學生自主學習的興趣和動力[1]；另一方面引導學生互評，即教師在云平臺展示優秀學生作品并組織評星等活動，引導學生積極向他人學習、不斷完善自我。

2. 智能分析學習現狀，實現自動決策

“互動課堂”云平臺可以根據師生教與學的現狀，智能規劃后續學習方案。一方面，兩地教師組織學生利用課后服務時間自主學習，在此過程中，云平臺的自動化分析程序可以對學生提交的作業或練習進行智能化分析，基于組合式課程資源包推薦適合學生的拓展練習和后續學習環節及內容，實現自適應學習；同時，兩地教師共同關注、監督學生的學習過程，從思維、方法、技巧等方面對學生進行評價，并利用思維導圖、交互課件等指導學生鞏固薄弱知識點、提升思維品質。另一方面，通過智能教學系統，云平臺可以全面獲取師生教與學的狀態及行為數據，包括教學環境物理狀態信息、教師教學狀態信息、學生生理與心理狀態信息等，并通過智能化分析自動規劃后續行動方案，輔助教師科學調整教學進度和內容，實現教學過程的整體優化。

除了常規的教學活動外，我們還通過開展基于“互動課堂”的教師網絡研修活動，以智慧教研助力教師的專業成長。

1. 多角色網絡遠程互動，彰顯智慧教研效能

我們結合利用“互動課堂”云平臺和江蘇省網絡名師工作室平臺，開展網絡遠程研修活動，組織兩地教師、縣教研員和有關專家開展在線觀摩評課及交流研討活動。在“互動課堂”觀摩課上，聽課教師可以通過云平臺對教學進行實時點評，給予定量評價或定性評價，還可以發起討論。課后，教研員和評課專家從信息技術應用、教法運用、教材實踐等方面對“互動課堂”教學進行評價評分。在此過程中，不同地域、背景的教師就同一教研專題進行交流探討，相互聆聽學習、取長補短，參與“互動課堂”教學的教師也可以根據同行和專家的討論點評不斷完善教學內容及課堂組織。網絡遠程研修較好地發揮了“互動課堂”作為教師“研究的平臺、成長的階梯、輻射的中心”的智慧教研效能。

2. 開展翻轉教研活動，創新教師研修模式

借助“互動課堂”混合研修移動應用工具，各參與學校通過準備階段向前“翻轉”、備課階段深度“翻轉”、活動后持續“翻轉”三個階段開展翻轉教研活動，強化教師間的多向溝通和互動合作，實現了教師研修模式的有效創新。在研修活動準備階段，參與教學展示的教師通過“互動課堂”云平臺向前“翻轉”，就教學內容、研修主題等與參與觀摩聽課的教師進行交流分享。在“互動課堂”備課階段，兩地教師利用混合研修移動應用工具的問卷、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，共同完成學習任務單設計、微課制作等課前準備工作。研修活動結束后，評課專家對“互動課堂”教學及教師研修情況進行多角度反饋點評指導，進一步強化參與教師對專題學習內容的理解和掌握。

參考文獻：

[1] 陳明珠.核心素養理念下網絡學習平臺在高中信息技術課程中的應用[J].信息系統工程，2021（12）：165-168.

（編輯 黃子珂）