基于人工智能的小學英語課堂問答互動系統設計與應用

摘 要：人工智能作為一種新興技術，其在教育教學中的應用不僅能夠提升教師的教學質量，還能夠有效提升學生的學習積極性。因此小學英語教師需要在日常教學中積極應用人工智能技術進行課堂問答互動。基于此，本文首先對小學英語課堂問答互動系統需求進行了分析，之后對這一系統的設計細節進行了探討，最后結合實際案例對小學英語課堂問答互動系統的應用進行了闡述，希望能夠推動小學英語課堂教學的健康持續發展。

關鍵詞：人工智能；小學英語課堂；問答互動系統

作者簡介：戴麗燕，福建省南安市水頭中心小學。

英語作為小學階段的重要學科之一，對學生綜合素養的提升有著重要作用。在新課程改革背景下，小學英語教師需要充分利用課堂教學時間，提升課堂的互動性，以便讓學生能夠在課堂活動中更熟練地掌握英語知識。人工智能技術的出現，為小學英語課堂問答互動系統提供了新的設計思路。因此，深入分析基于人工智能的小學英語課堂問答互動系統設計與應用具有十分重要的現實意義。

一、概念表述

（一）人工智能技術

人工智能技術是一種模仿人類行為、延伸人類智慧的技術。在具體使用中，這項技術涉及語言學、心理學、計算機科學等領域。人們應用這項技術能夠有效提升自身的工作效率，完成復雜任務。目前這項技術已經在無人駕駛、智能醫療、智能語音助手等領域得到了有效應用。而在教育領域，人工智能技術已經成為教育信息化發展的基礎技術之一。

（二）小學英語課堂問答互動系統

小學英語課堂問答互動系統是一種有效的工具，用于增強學生的課堂參與度和提高學習效果。系統內置智能題庫，教師可以從題庫中隨機抽取問題，根據自己的需要定制特定的問題進行提問。學生可以通過使用電子設備（如平板電腦、智能手機或專用應答器）來回答問題。系統可以即時反饋、記錄和分析每個學生的回答情況，為教師提供學生的學習進度和表現數據，以便更好地調整教學策略。還可以根據學生的回答情況，推送個性化的學習資源，幫助學生鞏固薄弱環節。系統需要保證學生的信息安全，同時鼓勵家長參與，家長可查看孩子的學習進度、與孩子一起回答問題等。

二、小學英語課堂問答互動系統需求分析

（一）用戶需求分析

傳統的小學英語教學中，教師多采用灌輸式教學模式。在這種教學模式下，學生的課堂互動需求無法被滿足，進而導致學生的學習積極性較差。小學階段往往采用的是大班教學模式。在傳統教學模式下教師無法確保與每個學生進行有效的互動。而人工智能技術出現后，教師可通過人工智能技術與學生進行互動。這樣不僅能夠對學生的學習情況進行實時了解，還可以提升學生的學習積極性。課堂問答互動系統的用戶可以分為兩類，分別是教師、學生。學生需求分析關注激發學習動力、提升語言能力、個性化學習路徑和即時反饋機制，以滿足學生的好奇心、提高學生的學習效果和滿足其個性化學習需求。而教師需求分析則聚焦提高教學效率、提升學生參與度、實時跟蹤學習進度以及易用性和穩定性，以幫助教師高效教學、調整教學策略并降低技術門檻。

（二）功能性需求分析

小學英語課堂問答互動系統功能性需求分析主要關注系統應具備的核心功能，以確保其能滿足實際教學需求。系統的主要功能包括教學管理、賬號管理、班級管理、學情統計、使用幫助以及消息通知等。系統需要支持多樣化的問答形式，如選擇題、填空題、簡答題等，以提高學生的參與度和語言應用能力。同時，系統還應提供即時的反饋和評價，幫助學生了解自己的學習狀況，從而及時調整學習策略。此外，系統還應具備學生管理功能，允許教師跟蹤學生的學習進度，并為每個學生提供個性化的學習建議。通過這些功能性設計，系統能夠為小學英語課堂創造一個互動、有趣且高效的學習環境。

三、小學英語課堂問答互動系統設計思路

（一）總體設計思路

該系統采用分層設計理念，將系統劃分為不同的層次以實現多個功能。包括用戶端、接入層、業務層、微服務、基礎服務等，具體結構架構見圖1。

（二）系統功能結構設計

根據系統需求分析，可以將系統功能結構分為五個模塊（見圖2），分別是賬戶管理、教學管理、學情統計、使用幫助以及班級管理。賬戶模塊包含登錄、注冊、忘記密碼、注銷賬戶、設置等功能。教學管理模塊包含任務進度查看、布置任務、下發任務、批閱任務等功能。學情統計模塊包含學生學習數據統計、班級學情等功能。使用幫助模塊包含智能客服、幫助與反饋功能。而班級管理模塊包含加入班級、退出班級、解散班級、創建班級等功能。

（三）課堂互動模塊設計

課堂互動模塊的設計旨在借助人工智能技術使學生在小學英語課堂獲得智能化、個性化和趣味性的學習體驗。同時，創意元素的加入有助于激發學生的學習興趣和積極性，提高課堂互動效果和學習成果。

1.問題生成與展示。在數字化和智能化的教育環境下，小學英語課堂問答互動系統的設計與應用顯得尤為重要。該系統的一大核心功能就是根據學生的學習水平和課程進度，智能地生成適合的問題。這不僅要求系統具備強大的數據分析能力，還需要有靈活多變的問題生成機制。

首先，系統會根據學生的歷史學習數據、課堂表現以及教師的反饋來評估學生的學習水平。學生的歷史學習數據涉及學生的詞匯量、語法掌握情況、口語表達能力等。系統會根據這些信息，結合當前課程的進度和教學目標，生成一系列難易程度適中的問題。

在問題的展示上，系統充分考慮了小學生的認知特點和興趣偏好。傳統的文字問答可能無法長期吸引學生的注意力，因此系統支持以文字、圖片或動畫等多種形式展示問題。例如，對于某些與日常生活緊密相關的問題，系統可以用生動的圖片或動畫來展示問題，讓學生在輕松愉快的氛圍中回答問題。

此外，問題的展示方式還可以根據教學需要進行靈活調整。例如，在復習階段，系統可以展示一系列的問題卡片，每張卡片上有一個問題，學生需要逐一回答。而在新課教學中，系統則可以通過動畫的形式，引導學生逐步探索新知識，并在探索過程中提出問題，激發學生的學習興趣。

2.學生回答接口。學生可以通過文字輸入、語音輸入或觸摸屏選擇答案。針對文字輸入，界面應提供虛擬鍵盤或手寫板；針對語音輸入，界面應顯示一個“START”的按鈕，并在學生回答時顯示一個麥克風圖標。

3.即時反饋與評價。系統應在學生回答后即時給出反饋，如“You're right”或“Try it again！”。同時，系統還應根據學生的回答給出相應的評價，如“Excellent！”或“Awesome”。

4.積分與獎勵機制。為了激勵學生積極參與，系統設置了積分與獎勵機制。每次正確回答問題，學生都可以獲得一定的積分。積分可以用來兌換虛擬獎品或實物獎品，以此提高學生的學生積極性。

課堂互動模式的設計需要結合人工智能技術，憑借人工智能的分析與學習能力，提高學生的學習參與度，增強師生互動，提高教學效率和培養學生的英語綜合運用能力，創造了一個更加活躍、高效、個性化的學習環境，使教學更加符合現代教育的需求，同時推動小學英語教學持續創新和發展。

（四）數據存儲應用

在系統設計中，數據庫可以分為分析數據庫、業務數據庫以及緩存數據庫。

1.分析數據庫。系統利用騰訊云Snova數據庫作為分析數據庫，設計人員需要將不同的數據存儲業務下發至Segment節點，并對客戶端與客戶進行權限認證，確保客戶的使用權限。

2.業務數據庫設計。系統可以根據用戶需求將不同的概念模型保存在業務數據庫中，其中較為常見的數據庫信息包括用戶的姓名、頭像、年齡、性別等信息，以便用戶能夠在系統中進行操作。由于一所學校包含多個班級，因此學校與班級之間的關系是一對多的關系，而班級中可以包含不同的互動小組，因此小組與班級之間也是一對多的關系。在業務數據庫中使用MySQL數據庫進行存儲，所以設計過程中面向周邊不同規模的教育機構進行了數據采集，并且將不同的數據進行分區設計，確保用戶可以對數據進行快速查詢。

3.緩存數據庫。為了提升客戶的訪問速度，系統將臨時數據存儲在緩存數據庫中，實現教師對信息數據快速讀取。緩存數據庫的更新方式包括主動刷新和過期失效，以便降低緩存數據庫的運行壓力。

四、人工智能技術在小學英語課堂問答互動系統中的應用

以外研社小學英語三年級下冊Module 3 Unit1“I like football.”的教學為例。本單元的主要教學目標是讓學生掌握 like、football、basketball等詞匯，并且能夠在口語交流中使用“I like...”“I don't like...”等句型討論自己的興趣愛好。首先，在教學開始之前，學生與教師需要通過移動終端登錄問答互動系統，教師查看學生的賬號登錄情況，確保每個學生都能夠順利使用問答互動系統。由于部分學生是第一次使用，所以在登錄時會遇到問題。這時教師就需要利用使用幫助模塊，幫助學生順利登錄系統。在登錄之后，教師需要借助互動模塊，為學生播放學生打籃球、踢足球的視頻。在播放過程中，系統能夠借助攝像頭拍攝學生的整體關注情況。在視頻播放完畢之后，教師需要根據學生的表現進行教學導入，如果部分學生注意力不集中，教師可以對其進行提問，引導其將注意力投入到課堂中，如提問“Do you like sports？ How long ago was the last time you played football？”。在教師提問過程中，系統會根據需要將教師的語言翻譯成中文，并在學生的屏幕中進行顯示。之后，教師需要通過系統為每個學生播放不同類型的圖片，可以是老虎張大嘴巴的圖片，也可以是樓頂向地面觀察的圖片，這時學生就會由于害怕說不喜歡這類圖片。之后，教師通過系統將“I don't like”或者夸張的表情包展現在屏幕上，讓學生深入了解這個句型如何使用。

教師為學生講解課文，以圖片的形式展現拓展新詞，包括football、table tennis等，之后利用系統為學生布置互動任務。系統根據學生在課堂上的表現，為其設置互動對話任務。例如，通過人工智能分析，系統為學生提供了以下對話練習：“What sports do you like？”“I like running.”。系統會對學生的錯誤發音進行糾正。如果發現有錯誤、不流暢的情況，系統會進行示范，并引導學生進行再次回答。當學生給出我喜歡跑步之后，系統會表達“I don't like running， I love to play football.”，通過這種形式與學生進行對話練習。在互動結束之后，系統會根據學生的表現進行打分，教師可以根據評分情況對學生的知識掌握程度進行評價，并且針對學生整體薄弱的知識點進行鞏固講解并練習。此外，教師還可以在系統后臺查看實時反饋，并進行課堂教學評估。通過這種教學方式，學生能夠在課堂上實現有效互動，并且對自身的口語能力進行充分鍛煉，而教師也能夠針對學生的學習情況對教學進度和方式進行調整，以便持續提升教學質量。

五、結語

在數字化與智能化的浪潮下，本文探索了人工智能技術在小學英語課堂的應用，以及基于人工智能的小學英語課堂問答互動系統的設計與應用。通過實踐與研究，我們可了解人工智能為傳統教育帶來的革新與活力。小學英語課堂問答互動系統的設計與應用，不僅有助于提升小學英語課堂的互動性和趣味性，更在無形中培養了學生的自主學習、協作學習和創新思維能力。人工智能的即時反饋與個性化推薦，使學生能夠在自我探索中不斷進步，享受到學習的樂趣與成就感。人工智能在教育領域具有巨大應用潛力和廣闊應用前景。隨著技術的不斷進步，未來的教育將更加智能化、個性化和多元化。期待更多的教育工作者和技術專家攜手合作，共同推動人工智能在教育領域的深入應用，為培養更多具有全球視野和創新精神的人才貢獻智慧和力量。

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