AI助教賦能高校課堂教學模式創(chuàng)新研究與實踐

一、前言

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人工智能（AI）已滲透到社會的各個領(lǐng)域，教育領(lǐng)域也不例外。AI技術(shù)在教育中的應(yīng)用不僅改變了傳統(tǒng)的教學方式，還促進了教育理念的更新和教學模式的創(chuàng)新{]。AI助教作為AI技術(shù)與教育深度融合的產(chǎn)物，正逐步成為高校課堂教學模式創(chuàng)新的重要力量。本文旨在探討AI助教在高校課堂教學模式中的應(yīng)用現(xiàn)狀、優(yōu)勢、挑戰(zhàn)及實踐策略，以期為高校課堂教學模式創(chuàng)新提供參考和借鑒。

二、AI助教應(yīng)用到高校課堂教學模式的現(xiàn)實

傳統(tǒng)的高校課堂教學模式難以滿足學生差異化的認知需求。而AI助教通過數(shù)據(jù)挖掘與算法分析，能夠精準識別學生的知識水平、學習偏好及思想動態(tài)[2。為量化這一過程，引入了學習需求識別模型，見式（1）。

D=f（K，P，M）

D表示學生的學習需求，K表示學生的知識水平，P表示學生的學習偏好，M表示學生的思想動態(tài)。通過此模型，AI助教可以為每位學生定制個性化的學習方案，充分發(fā)揮AI助教在高校課堂教學模式中的作用，其作用主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（一）數(shù)據(jù)挖掘與資源共享

AI助教通過數(shù)據(jù)挖掘與算法分析，能夠精準識別學生的知識水平、學習偏好及思想動態(tài)，從而為每位學生定制個性化的學習方案[3。例如，AI助教可以動態(tài)跟蹤學生的課堂參與度、作業(yè)完成質(zhì)量及在線討論行為等，生成個性化的學習路徑，進而深化以學生為中心的育人理念。此外，AI助教的應(yīng)用可以優(yōu)化教學資源的配置。通過智能分析學生的學習需求和教師的教學資源，實現(xiàn)教學資源的精準匹配和高效利用。

（二）打破時空和學科教學限制

AI助教不受時空限制，可以為學生提供 7×24 小時的學習支持，及時解答學生的疑問，提高教學效率。同時，可以承擔部分批改作業(yè)、解答疑問的任務(wù)，從而減輕教師的工作負擔，使教師能夠更專注于完成機器無法替代的教學環(huán)節(jié)（如關(guān)注學生的心理發(fā)展、提供情感支持和創(chuàng)造力培養(yǎng)等）[4。此外，AI助教可以促進跨學科的知識融合，打破傳統(tǒng)學科之間的界限。例如，AI助教可以幫助文科生更好地理解復(fù)雜的數(shù)學模型，或者幫助理工科學生探索人文社科領(lǐng)域的深度問題。這種跨學科的思維方式有助于培養(yǎng)出更具創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才。

（三）構(gòu)建多維評價體系

傳統(tǒng)的教育教學評估大多依賴標準化考試，難以全面反映學生的學習情況和價值觀內(nèi)化程度。而AI助教通過全流程數(shù)據(jù)采集與分析，構(gòu)建涵蓋知識掌握、情感態(tài)度、行為傾向等多維評價體系。例如，AI助教可以實時監(jiān)測學生的表現(xiàn)，提供針對性的建議和反饋，幫助學生更高效地掌握知識，還可以生成學生的學習報告，為教師提供教學效果的量化數(shù)據(jù)，便于教師調(diào)整教學策略。

三、AI助教在高校課堂教學模式中的優(yōu)勢

（一）提升教學效率

AI助教能夠輔助教師進行智能備課和教學設(shè)計，快速生成個性化的教案和教學資源。為量化AI助教在提升教學效率方面的作用，引入教學效率提升模型，見式（2）。

E表示教學效率提升百分比， T_teacher 表示教師傳統(tǒng)備課時間， T_AI 表示使用AI助教后的備課時間。通過此模型可以計算出教師備課效率的提升情況，有針對性地進行改正。AI助教還能智能化分析學生的學習數(shù)據(jù)，為教師提供精準的教學反饋和建議，幫助教師優(yōu)化教學策略和方法，從而提升教學效率。例如，北京大學口腔虛擬仿真智慧實驗室就是以虛擬仿真技術(shù)、大數(shù)據(jù)為支撐，融合智能物聯(lián)、智能管理、智能學習與評估的多維度智能一體化虛擬仿真訓(xùn)練實驗室。該實驗室分為講授區(qū)、線上訓(xùn)練區(qū)、虛擬仿真訓(xùn)練區(qū)等。其中，線上訓(xùn)練區(qū)可進行線上虛擬仿真實驗教學和自動化評估，虛擬仿真訓(xùn)練區(qū)可進行多類型、快速反饋的虛擬仿真訓(xùn)練和評估。

（二）實現(xiàn)個性化教學

AI助教能夠深度分析學生學習數(shù)據(jù)，為每個學生量身定制個性化的學習路徑和學習計劃。為量化個性化教學的效果，引入了學習成果提升模型，見式（3）。

L=g（P_L，P_S）

L表示學生的學習成果， P_L 表示個性化學習路徑下的學習成效， P_s 表示標準化學習路徑下的學習成效。通過比較 P_L 和 P_s ，可以評估AI助教在個性化教學方面的效果。AI助教還能根據(jù)學生的學習進展和反饋，動態(tài)調(diào)整教學內(nèi)容和難度，確保學生能夠跟上教學進度并取得良好的學習效果。例如，清華大學以獨立研發(fā)、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的千億參數(shù)大模型GLM4作為平臺與技術(shù)基座，利用現(xiàn)有的教學數(shù)據(jù)、公開論文、慕課資源等資料，在GLM4基礎(chǔ)上，微調(diào)形成不同課程的垂直領(lǐng)域模型，開發(fā)專屬的人工智能助教，開展八門課程試點工作。在試點課程中，該AI助教可實現(xiàn)范例生成、自動出題、答疑解惑、運算推理、評價引導(dǎo)等功能。

（三）提供智能輔導(dǎo)與答疑

AI助教能夠?qū)崟r解答學生的問題，提供及時準確的解答和指導(dǎo)。為提升量化智能輔導(dǎo)與答疑的效果，引入了答疑效率提升模型，見式（4）。

Q表示答疑效率提升百分比， N_reslved 表示AI助教成功解答的問題數(shù)量， ΔN_total 表示學生提出的問題總數(shù)。這種智能輔導(dǎo)方式能夠彌補傳統(tǒng)教學中教師輔導(dǎo)時間有限、答疑不夠及時等不足，幫助學生及時解決學習中的困惑和問題。同時，AI助教還能通過智能分析學生的問題類型和難度，為學生提供差異化的輔導(dǎo)和答疑服務(wù)，提高輔導(dǎo)的針對性和有效性。例如，哈爾濱工業(yè)大學在電工電子國家級實驗教學示范中心引人AI助教系統(tǒng)，可以讓學生通過AI學習系統(tǒng)進行課前預(yù)習，并根據(jù)AI助教的解答了解所學課程的重點、難點。

（四）促進教學資源共享與優(yōu)化

AI助教能夠打破時間和空間的限制，實現(xiàn)教學資源的共享和優(yōu)化。為量化教學資源共享與優(yōu)化的效果，引入了資源共享效率模型，見式（5）。

R表示資源共享效率， N_reslved 表示被共享的教學資源數(shù)量， N_{totalresources} 表示總教學資源數(shù)量。借助在線平臺及智能分析技術(shù)，AI助教可高效整合并分享優(yōu)質(zhì)教學資源與典型案例，為師生提供參考借鑒。同時，它能依據(jù)學生的學習需求及反饋，動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化教學資源，保障其時效性與實用性。以北京師范大學為例，該校創(chuàng)新研發(fā)“AI+”課堂教學智能評測系統(tǒng)。該系統(tǒng)運用高級服務(wù)器、智能攝像頭、音響、投屏等設(shè)備，實現(xiàn)智能互聯(lián)。其智慧教室配備智能管理系統(tǒng)，借助智能化方式對課堂教學全程進行監(jiān)控與管理，提升了教育治理的效能。此外，系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)支撐有助于教育管理者作出科學合理的決策，推動高等教育持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展。

四、AI助教在高校課堂教學模式中的挑戰(zhàn)

（一）數(shù)據(jù)安全與隱私保護

高校課堂教學中，AI助教負責收集與分析學生學習數(shù)據(jù)，此過程不可避免涉及學生個人隱私與敏感信息。保障數(shù)據(jù)安全、防止泄露和濫用是AI助教應(yīng)用于高校教學的首要挑戰(zhàn)。學生數(shù)據(jù)安全至關(guān)重要，關(guān)乎個人隱私權(quán)益，也是教學環(huán)境信任度的基石。若保護不力，將嚴重沖擊教學信任基礎(chǔ)。為此，高校與教師需強化數(shù)據(jù)安全意識，從技術(shù)層面加強防護（如采用加密技術(shù)、設(shè)置訪問權(quán)限、定期備份數(shù)據(jù)等）。同時，要構(gòu)建健全的數(shù)據(jù)管理與保護機制，制定嚴格的數(shù)據(jù)使用政策，明確使用范圍、目的與流程，并定期開展安全審計，消除隱患。此外，高校還應(yīng)開展教育活動，提升學生數(shù)據(jù)安全意識，形成全方位保護體系。

（二）技術(shù)成熟度與穩(wěn)定性

AI助教的技術(shù)成熟度和穩(wěn)定性是其能否有效融入并提升高校課堂教學質(zhì)量的關(guān)鍵。盡管AI技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，但仍面臨諸多技術(shù)瓶頸和挑戰(zhàn)。例如，AI助教的智能分析能力和準確性尚需進一步提升，以更精準地識別學生的學習需求和問題。在復(fù)雜的教學場景中，AI助教的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性可能會受到影響，導(dǎo)致教學體驗下降。因此，高校和教師需要密切關(guān)注AI技術(shù)的最新進展和發(fā)展趨勢，積極參與技術(shù)研發(fā)和測試工作，不斷優(yōu)化算法模型，提升AI助教的技術(shù)性能。同時，建立反饋機制，及時收集和處理教師和學生的使用反饋，以便快速響應(yīng)和解決技術(shù)問題，確保AI助教在教學中的穩(wěn)定表現(xiàn)。

（三）教師接受度與培訓(xùn)

AI助教作為一種新興的教學輔助工具，其推廣和應(yīng)用離不開教師的認可和接受。然而，由于部分教師對AI技術(shù)的了解不足，或者擔心AI助教會威脅到自己的教學地位，可能會對AI助教持保守態(tài)度。為了提高教師對AI助教的接受度，高校需要加強教師對AI技術(shù)的培訓(xùn)和教育工作，包括組織定期的AI技術(shù)培訓(xùn)課程，邀請專家進行講座和演示，以及提供實踐機會，讓教師親身體驗AI助教在教學中的優(yōu)勢。此外，建立教師間的交流平臺分享使用AI助教的經(jīng)驗和心得，也有助于消除教師的顧慮，提升他們的AI應(yīng)用能力。通過系統(tǒng)的培訓(xùn)和交流，教師能夠更好地理解AI助教的價值，從而更加積極地將AI融人教學中。

（四）教學資源受限

在高校課堂教學中，AI助教的應(yīng)用受限于教學資源的數(shù)量和質(zhì)量。資源的標準化與兼容性是一大難題，不同系統(tǒng)、平臺間的資源難以無縫對接，不僅影響了資源的共享效率，也增加了教師的操作難度。一方面，高質(zhì)量的教學資源稀缺，尤其是針對特定學科或課程的專業(yè)資源，限制了AI助教在教學中的深度和廣度。另一方面，資源的獲取與更新成本高，包括購買版權(quán)、開發(fā)新資源等，對于經(jīng)費有限的高校來說是一大挑戰(zhàn)。為了解決這一問題，高校可以探索多元化的資源獲取渠道（如與行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)合作、利用開源教育資源等）。同時，鼓勵師生共創(chuàng)資源，通過項目式學習、翻轉(zhuǎn)課堂等教學模式，將學生的學習成果轉(zhuǎn)化為教學資源。此外，高校建立資源共享平臺，促進校際間、區(qū)域間的資源交流與合作，共同提升教學資源的豐富度和質(zhì)量。

五、AI助教賦能高校課堂教學模式創(chuàng)新實踐策略

（一）加強數(shù)據(jù)安全與隱私保護

教育數(shù)據(jù)管理中，保障數(shù)據(jù)安全與隱私意義重大，需從技術(shù)、管理和人員意識等多維度著手。

首先，技術(shù)方面，運用前沿加密技術(shù)保護教育數(shù)據(jù)，在存儲與傳輸環(huán)節(jié)加密處理，引入數(shù)據(jù)加密模型處理學生信息，見式（6）。

C=E_nc（D）

C表示加密后的數(shù)據(jù)，表示原始數(shù)據(jù)， E_nc 表示加密函數(shù)。

其次，管理方面，構(gòu)建嚴謹訪問控制體系，依規(guī)則和風險設(shè)權(quán)限，限制訪問范圍并記錄行為，采用多因素身份認證，降低數(shù)據(jù)泄露風險。同時，強化數(shù)據(jù)脫敏與匿名化，建立審核審計機制，實時監(jiān)測隱私泄露風險。

最后，人員意識上，提升教育工作者相關(guān)意識，定期培訓(xùn)，使其掌握安全技能，并建立應(yīng)急響應(yīng)機制，降低數(shù)據(jù)泄露損失。

（二）促進AI技術(shù)研發(fā)與優(yōu)化

為了充分發(fā)揮AI助教在高校課堂教學中的作用，高校應(yīng)當積極主動地與科研機構(gòu)及企業(yè)建立緊密的合作關(guān)系，共同推進AI技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用研發(fā)。這一策略不僅有助于引入最前沿的AI技術(shù)和算法模型，顯著提升AI助教的智能分析能力和準確性，還能夠通過不斷優(yōu)化AI助教的界面設(shè)計和操作流程，增強其實用性和易用性，使得教師能夠輕松上手，快速掌握AI各項功能，從而更高效地利用AI助教進行教學輔助。為量化技術(shù)成熟度與穩(wěn)定性，建議引人技術(shù)評估模型，見式（7）。

M=h（A，S，R）

M表示技術(shù)評估結(jié)果，A表示算法準確性，S表示系統(tǒng)穩(wěn)定性，R表示響應(yīng)速度。

同時，高校還應(yīng)高度重視對AI助教的技術(shù)測試和維護工作，包括對AI助教進行定期性能評估和壓力測試，以確保其在各種復(fù)雜場景下都能保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)和出色的響應(yīng)速度。高校應(yīng)建立快速響應(yīng)機制和技術(shù)支持團隊，及時解決教師在使用過程中遇到的各種技術(shù)問題，為AI助教在高校課堂中的廣泛應(yīng)用提供堅實的技術(shù)保障。

（三）加強教師培訓(xùn)與支持

為提升教師對AI助教的接受度和應(yīng)用能力，高校需加大對教師的培訓(xùn)和支持力度。一方面，通過組織專題培訓(xùn)、研討會等活動，邀請AI技術(shù)專家和教育領(lǐng)域?qū)W者為教師講解AI技術(shù)的最新進展和應(yīng)用趨勢，幫助教師理解AI助教的工作原理和潛在價值。另一方面，高校還應(yīng)提供全方位的技術(shù)支持和咨詢服務(wù)，為教師在使用AI助教過程中遇到的任何問題提供及時的解答和幫助，確保教師能夠順利地將AI助教融入日常教學中。

此外，為了激勵教師積極應(yīng)用AI助教進行教學創(chuàng)新和實踐，高校還可以建立相應(yīng)的激勵機制和評價體系，包括對在AI助教應(yīng)用方面表現(xiàn)突出的教師進行表彰和獎勵，以及將AI助教的應(yīng)用情況納入教師的教學評價體系中，以此激發(fā)教師的積極性和創(chuàng)造力，推動AI助教在高校課堂中的廣泛應(yīng)用和深入發(fā)展。

（四）推動教學資源共享與優(yōu)化

高校應(yīng)充分利用AI助教的技術(shù)優(yōu)勢，打破時間和空間的限制，實現(xiàn)教學資源的共享和優(yōu)化。通過搭建在線平臺和智能分析技術(shù)，將優(yōu)秀的教學資源和案例進行整理和分享，使得教師和學生能夠隨時隨地獲取所需的教學素材和學習資源。

同時，高校還可以利用智能推薦系統(tǒng)為教師提供個性化的教學資源推薦。通過分析教師的教學風格和學生的學習需求，智能推薦系統(tǒng)能夠為教師精準匹配符合教學需求和學生興趣的教學資源，從而進一步提高教學效果和學習體驗。

此外，通過智能評估系統(tǒng)對教學資源進行動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化也是提升教學質(zhì)量的重要途徑。智能評估系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測學生的學習進度和學習成果，并根據(jù)評估結(jié)果對教學資源進行動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化，以確保教學資源的時效性和針對性。

六、結(jié)語

通過對AI助教在高校課堂教學模式中的應(yīng)用現(xiàn)狀、優(yōu)勢、挑戰(zhàn)及實踐策略進行深入探討，揭示了AI助教在推動高校課堂教學模式創(chuàng)新中的重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，AI助教在智能備課與教學設(shè)計、個性化學習支持、課堂教學分析與反饋等方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，有效提升了教學效率，實現(xiàn)了個性化教學，提供了智能輔導(dǎo)與答疑服務(wù)，并促進了教學資源的共享與優(yōu)化。然而，AI助教在應(yīng)用過程中也面臨數(shù)據(jù)安全與隱私保護、技術(shù)成熟度與穩(wěn)定性、教師接受度與培訓(xùn)、教學資源受限等挑戰(zhàn)。為了充分發(fā)揮AI助教在高校課堂教學模式中的潛力，提出了一系列實踐策略，包括加強數(shù)據(jù)安全與隱私保護、促進AI技術(shù)研發(fā)與優(yōu)化、加強教師培訓(xùn)與支持、推動教學資源共享與優(yōu)化等。這些策略的實施將有助于進一步推動高校課堂教學模式的創(chuàng)新與發(fā)展，提升教學質(zhì)量和學習效果，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高素質(zhì)人才提供有力支持。

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基金項目：1.2024年黑龍江省高等教育教學改革研究重點項目“人工智能 + 高等教育’在應(yīng)用型財經(jīng)院校智能助教創(chuàng)新場景中的實踐研究”（項目編號：SJGZB2024265）；2.黑龍江財經(jīng)學院2023年科研創(chuàng)新團隊建設(shè)項目團隊：區(qū)域金融服務(wù)創(chuàng)新科研團隊（項目編號：KC202301）

作者單位：黑龍江財經(jīng)學院責任編輯：王穎振楊惠娟