教育智能體賦能高中物理教學(xué)：創(chuàng)新實(shí)踐與應(yīng)用探索

在教育改革的浪潮中，傳統(tǒng)教學(xué)模式面臨著諸多挑戰(zhàn)，而新興技術(shù)的涌現(xiàn)為教學(xué)改革帶來(lái)了新的機(jī)遇^[1]。《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱“課標(biāo)”）強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，注重學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。然而，當(dāng)前教學(xué)中存在學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足、反饋不及時(shí)等問(wèn)題，制約了教學(xué)效果的提升。為解決這些問(wèn)題，筆者引入教育智能體，并聚焦于“教育智能體四小行動(dòng)”^[2]，以高一物理教學(xué)為例，探討其在教學(xué)中的創(chuàng)新實(shí)踐。筆者按照課標(biāo)要求，開(kāi)展文獻(xiàn)研究，闡述課題價(jià)值，針對(duì)教學(xué)中的痛點(diǎn)問(wèn)題提出解決方案，旨在提升學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力和個(gè)性化學(xué)習(xí)效果，為教育智能化轉(zhuǎn)型提供實(shí)證支持，以期為教學(xué)改革提供新的思路與方法。

一、教育智能體賦能教學(xué)的理論基礎(chǔ)與研究?jī)r(jià)值

（一）教育智能體的定義與作用

教育智能體作為生成式人工智能大模型的實(shí)踐應(yīng)用，為教學(xué)改革帶來(lái)了新的機(jī)遇。其能夠與人協(xié)同工作，執(zhí)行教學(xué)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)教育活動(dòng)的個(gè)性化和高效化。黎加厚教授提出的“教育智能體四小行動(dòng)”，即小場(chǎng)景、小研究、小智能體、小創(chuàng)新，為教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了具體路徑。教師在教學(xué)微場(chǎng)景中應(yīng)用教育智能體，可以更好地掌握教學(xué)節(jié)奏，優(yōu)化教學(xué)策略，滿足學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)需求，推動(dòng)因材施教和高質(zhì)量教育的實(shí)現(xiàn)。

（二）研究?jī)r(jià)值

教育智能體不僅是信息技術(shù)的新成員，還代表了一種全新的教學(xué)輔助工具，能夠與人協(xié)同工作，執(zhí)行教學(xué)任務(wù)。這種新型工具的出現(xiàn)，預(yù)示著教育方式、思維方式和教育管理方式的根本變革。已有研究將人工智能應(yīng)用于物理教學(xué)^[3-5] ，但關(guān)于教育智能體的研究相對(duì)較少。黎加厚教授強(qiáng)調(diào)，教育智能體的應(yīng)用，將使得每位教師和學(xué)生都能擁有適合自己的智能體輔助教學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)教育活動(dòng)的個(gè)性化和高效化^[6]。在全球教育改革的大背景下，我國(guó)教育改革正面臨著從量變到質(zhì)變的轉(zhuǎn)型。教育智能體的應(yīng)用，正是這一轉(zhuǎn)型過(guò)程中的關(guān)鍵一環(huán)。

二、教育智能體的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

為了實(shí)現(xiàn)講授型教學(xué)的創(chuàng)新目標(biāo)，提升學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力和個(gè)性化學(xué)習(xí)水平，筆者致力于構(gòu)建一個(gè)教育智能體。該智能體通過(guò)集成知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)表和工作流等高級(jí)功能，能夠?yàn)閷W(xué)生提供即時(shí)反饋，并為教師提供深入的學(xué)生學(xué)習(xí)情況分析，從而在講授型學(xué)習(xí)模式中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

（一）知識(shí)庫(kù)創(chuàng)建

“扣子”平臺(tái)的知識(shí)庫(kù)功能允許上傳和存儲(chǔ)外部知識(shí)內(nèi)容，并具備高級(jí)檢索能力。這一功能的應(yīng)用有效解決了傳統(tǒng)大模型在專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)不足和產(chǎn)生幻覺(jué)的問(wèn)題，顯著提升了回復(fù)的準(zhǔn)確率。以高一物理教學(xué)為例，筆者將測(cè)試題目和答案上傳至知識(shí)庫(kù)后，系統(tǒng)自動(dòng)完成標(biāo)注和數(shù)據(jù)處理，使其能夠在工作流和智能體中被高效調(diào)用。

（二）數(shù)據(jù)表創(chuàng)建

筆者創(chuàng)建數(shù)據(jù)表用于存儲(chǔ)和查看學(xué)生信息及反饋結(jié)果。該表涵蓋學(xué)號(hào)、年級(jí)、班級(jí)、姓名、試卷名稱、題號(hào)、智能體打分和智能體評(píng)價(jià)等關(guān)鍵字段，為教師提供了一個(gè)全面的視圖，以便監(jiān)控和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（三）工作流的設(shè)計(jì)

工作流是智能體的核心，各節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如下（如圖1）。

1.語(yǔ)音轉(zhuǎn)文字節(jié)點(diǎn)

筆者利用“扣子”平臺(tái)的官方插件Speech To Text，將學(xué)生的語(yǔ)音輸入轉(zhuǎn)換為文本，為后續(xù)處理打下基礎(chǔ)。

2.大模型節(jié)點(diǎn)

筆者選擇字節(jié)跳動(dòng)的“豆包”模型，結(jié)合預(yù)設(shè)的知識(shí)庫(kù)，對(duì)轉(zhuǎn)換后的文本進(jìn)行深入分析。設(shè)計(jì)系統(tǒng)提示詞和用戶提示詞是為了確保模型準(zhǔn)確理解學(xué)生的回答，并給出合理的評(píng)分。

系統(tǒng)提示詞：你是專業(yè)的高中物理作業(yè)評(píng)分師，精通高中物理的所有知識(shí)點(diǎn)和題目。學(xué)生有計(jì)算錯(cuò)誤則評(píng)分不高于6分，如整體思路正確可以得7分，錯(cuò)誤較少可以得9分，最高10分。

用戶提示詞：結(jié)合技能，理解{{input}}，找到其中的優(yōu)點(diǎn)并打分。

回答格式如下。優(yōu)點(diǎn)：……。錯(cuò)誤：……。分?jǐn)?shù)： 10 分。

3.代碼節(jié)點(diǎn)

筆者將大模型的輸出作為輸入，通過(guò)JavaScript代碼提取關(guān)鍵信息，并在輸出中添加“comment”和“score”兩個(gè)參數(shù)。

async function main（{ params}： Args）： Promiselt;Outputgt;{

const parts = params。input。match（/優(yōu)點(diǎn)：（[^.]+）。分?jǐn)?shù)：（＼d+）分/）;

const ret = {

\"comment\"：parts[1]，

\"score\"： parseInt（parts[2]，10）， };

return ret;}""" // 構(gòu)建輸出對(duì)象

4.數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)

筆者將輸入節(jié)點(diǎn)的信息和代碼節(jié)點(diǎn)的輸出存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)表中，便于教師在后臺(tái)進(jìn)行查閱和管理。該節(jié)點(diǎn)的輸入即所有需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并添加剛創(chuàng)建的數(shù)據(jù)表，SQL語(yǔ)句需要填寫(xiě)代碼如下：

INSERT INTO physicalhomework （student_id， grade， class， name， papername， questionnumber， score， comment）

VALUES （'{{ID}}'，'{{grade}}'， '{{class}}'， '{{name}}'， '{{papername}}'，'{{number}}'， {{score}}， '{{comment}}'）

三、教育智能體在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

學(xué)生上傳錄音文件與智能體互動(dòng)。智能體根據(jù)預(yù)設(shè)工作流，引導(dǎo)學(xué)生輸入必要的個(gè)人信息和題目信息，隨后輸出個(gè)性化的評(píng)價(jià)和分?jǐn)?shù)。這一過(guò)程不僅提高了學(xué)生參與度，也為教師提供了寶貴的反饋，以優(yōu)化教學(xué)方法和內(nèi)容。

為了全面評(píng)估智能體在教學(xué)中的應(yīng)用效果，筆者選取高一上學(xué)期第三章的小測(cè)題目作為案例。學(xué)生被要求選擇一道錯(cuò)題，并復(fù)述解題過(guò)程，錄制成音頻文件。用這種方法，我們能夠從多個(gè)維度分析智能體的性能，包括一致性檢驗(yàn)、個(gè)性化分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，而不是直接讓學(xué)生與智能體互動(dòng)，這允許我們對(duì)收集到的錄音文件進(jìn)行系統(tǒng)的分析。

（一）一致性檢驗(yàn)

針對(duì)測(cè)試題（如圖2），我們選取了一位學(xué)生的錄音文件，并將其轉(zhuǎn)換為文本。

題目：傾角為θ的光滑斜面長(zhǎng)和寬均為l，一個(gè)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)由斜面左上方頂點(diǎn)P靜止釋放，若要求質(zhì)點(diǎn)沿PQ連線滑到Q點(diǎn)，已知重力加速度為g，則在斜面上，可以對(duì)質(zhì)點(diǎn)施加的作用力大小可能為（ ）。

A.mgsin θ "" B.mg

C.""""" mgsin θ """ D.""""" mgsin θ

三次重復(fù)上傳至智能體，我們得到三次評(píng)分結(jié)果（見(jiàn)表1）。

結(jié)果表明，智能體給出的分?jǐn)?shù)具有較高的一致性，且能夠準(zhǔn)確識(shí)別學(xué)生的錯(cuò)誤，盡管對(duì)錯(cuò)誤原因的描述存在細(xì)微差異。

（二）個(gè)性化分析

繼續(xù)以上題為例，筆者收集了三位學(xué)生對(duì)該題的回答錄音，并上傳至智能體。智能體對(duì)每條回答的評(píng)分和反饋匯總?cè)缦拢ㄒ?jiàn)表2）。

結(jié)果顯示，智能體能夠根據(jù)不同學(xué)生的回答內(nèi)容給出差異化的評(píng)分，且評(píng)分依據(jù)合理，反映出智能體在個(gè)性化評(píng)估方面的良好性能。

（三）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

筆者將收集到的關(guān)于該題的14個(gè)錄音文件，逐一上傳給智能體，生成結(jié)果后從數(shù)據(jù)表中提取具體數(shù)據(jù)并統(tǒng)計(jì)。智能體的打分分布統(tǒng)計(jì)如下（見(jiàn)表3）。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，智能體的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)格，對(duì)于低分學(xué)生，可能意味著其理解存在較大偏差。在這種情況下，教師需要與學(xué)生進(jìn)行面對(duì)面的交流，以深入了解其學(xué)習(xí)障礙并提供針對(duì)性指導(dǎo)。

四、教育智能體應(yīng)用的反思與展望

（一）教育智能體應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

教育智能體在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用展現(xiàn)了其巨大潛力。它能夠即時(shí)反饋，增強(qiáng)學(xué)生自我講授的動(dòng)力，同時(shí)作為權(quán)威性評(píng)價(jià)工具，彌補(bǔ)學(xué)生間互評(píng)的不足，并分擔(dān)教師的工作量，為每位學(xué)生提供及時(shí)、全面的個(gè)性化指導(dǎo)和評(píng)價(jià)。此外，智能體將學(xué)生的反饋結(jié)果存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，還有助于教師依據(jù)數(shù)據(jù)優(yōu)化教學(xué)策略，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)。

（二）存在的問(wèn)題與改進(jìn)方向

盡管教育智能體在教學(xué)中表現(xiàn)出色，但仍存在一些問(wèn)題。工作流存在局限性，教師需要不斷探索新的教學(xué)模式，建立多樣化的工作流庫(kù)。用戶體驗(yàn)方面，需要優(yōu)化流程，提升語(yǔ)音識(shí)別準(zhǔn)確率，進(jìn)一步優(yōu)化智能體的評(píng)分機(jī)制，以更好地適應(yīng)多變的教學(xué)需求。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的深入，教育智能體有望在教育實(shí)踐中發(fā)揮更加重要的作用，為實(shí)現(xiàn)教育智能化轉(zhuǎn)型提供有力支持。

筆者在高中物理教學(xué)中應(yīng)用教育智能體，驗(yàn)證了其在提升學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力和個(gè)性化學(xué)習(xí)效果方面的有效性。教育智能體不僅能夠提供即時(shí)反饋，而且能根據(jù)學(xué)生的具體情況給出差異化的評(píng)估與指導(dǎo)。“教育智能體四小行動(dòng)”的實(shí)踐，為教育智能化轉(zhuǎn)型提供了新的視角和解決方案。在未來(lái)的教學(xué)改革中，教育智能體的應(yīng)用將具有廣闊的發(fā)展前景，值得我們深入研究與探索。

參考文獻(xiàn)

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（作者系廣東省深圳中學(xué)物理教師）

責(zé)任編輯：祝元志